磁振子磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于雙向?qū)懭氲臋C(jī)制。一種結(jié)構(gòu)包括在隧道勢(shì)壘頂上的參考層、在隧道勢(shì)壘之下的自由層、在自由層之下的金屬隔離物、在金屬隔離物之下的絕緣磁體以及在絕緣層之下的高電阻層。高電阻層作為加熱器，其中加熱器加熱絕緣磁體以產(chǎn)生自旋極化電子。絕緣磁體產(chǎn)生的自旋極化電子使自由層的磁化不穩(wěn)定化。當(dāng)磁化被不穩(wěn)定化時(shí)，施加電壓以改變自由層的磁化狀態(tài)。電壓的極性確定何時(shí)自由層的磁化平行和反平行于參考層的磁化。
【專利說(shuō)明】磁振子磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例性實(shí)施例涉及存儲(chǔ)器，更具體地，涉及磁存儲(chǔ)器器件的雙向?qū)懭搿?br> 【背景技術(shù)】
[0002]磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)是非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)。不同于常規(guī)RAM芯片技術(shù)，在MRAM中，數(shù)據(jù)不是以電荷或者電流存儲(chǔ)而是通過(guò)磁存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)。使用通過(guò)薄絕緣層分離的兩個(gè)鐵磁性板形成元件。兩個(gè)板的一個(gè)是設(shè)定為特殊極性的永磁體，其它場(chǎng)可以改變以匹配外場(chǎng)以存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。此配置公知為自旋閥并且是用于MRAM比特的最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。這樣的“基元”的格柵構(gòu)成存儲(chǔ)器器件。
[0003]讀取的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò)測(cè)量基元的電阻完成的。通過(guò)開(kāi)啟將電流從供電線經(jīng)過(guò)基兀傳輸?shù)降氐南嚓P(guān)的存取晶體管(典型地)選取特定的基兀。因?yàn)榇潘淼佬?yīng)，基兀的電阻隨著兩個(gè)板之間的場(chǎng)的相對(duì)取向而變化。通過(guò)測(cè)量最終的電流，可以確定與任意特定基元相關(guān)的電阻并且由此確定可寫(xiě)的板的磁取向。典型地，如果兩個(gè)板具有相同的取向，基元被認(rèn)為保持“O”的值，而如果連個(gè)板相反地取向，電阻值較高并且保持“I”的值。
[0004]使用多種方式將數(shù)據(jù)寫(xiě)入基元。在一種用于場(chǎng)寫(xiě)入MRAM的方法中，每個(gè)基元位于在基元之上和之下彼此設(shè)定為直角的一對(duì)寫(xiě)入線之間。當(dāng)電流流過(guò)他們時(shí)，在結(jié)處產(chǎn)生誘導(dǎo)的磁場(chǎng)，該誘導(dǎo)的磁場(chǎng)作用在可寫(xiě)的板上并且在適宜的條件下引起可寫(xiě)的板的取向反轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)示范性實(shí)施例，提供了一種用于雙向?qū)懭氲姆椒?。該方法提供了一種結(jié)構(gòu)，包括鄰近隧道勢(shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物、鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體以及鄰近所述絕緣層的高電阻層。所述方法包括，響應(yīng)于熱梯度，使所述絕緣磁體產(chǎn)生自旋極化電子，通過(guò)從所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子使自由層的磁化不穩(wěn)定化以及在自由層的磁化被不穩(wěn)定化期間或者稍后，向該結(jié)構(gòu)施加電壓以選擇自由層的磁化。所述電壓的極性確定何時(shí)所述自由層的磁化平行以及反平行于參考層的磁化。
[0006]根據(jù)示范性實(shí)施例，提供了一種用于雙向?qū)懭氪烹S機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法。一種結(jié)構(gòu)，包括鄰近隧道勢(shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物、鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體以及鄰近所述絕緣層的高電阻層。響應(yīng)于熱梯度，使絕緣磁體產(chǎn)生自旋極化電子。絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子使所述自由層的磁化不穩(wěn)定化。其中當(dāng)所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化時(shí)，向結(jié)構(gòu)施加電壓源的電壓以改變所述自由層的所述磁化。電壓極性確定何時(shí)自由層的磁化平行和反平行于參考層的磁化。
[0007]根據(jù)示范性實(shí)施例，提供了一種用于雙向?qū)懭氲姆椒āＴ摲椒ㄌ峁┝艘环N結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括鄰近隧道勢(shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物以及鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體。該方法包括向該結(jié)構(gòu)施加具有高脈沖的電壓以使隧道勢(shì)壘作為加熱器，其中所述加熱器加熱絕緣磁體以產(chǎn)生自旋極化電子并且通過(guò)從磁振子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化為自旋對(duì)準(zhǔn)電子的自旋極化電子使自由層的磁化不穩(wěn)定化。該方法還包括，當(dāng)所述自由層的所述磁化被不穩(wěn)定化時(shí)，施加具有低脈沖的電壓以改變自由層的磁化，其中配置低脈沖以便不使所述隧道勢(shì)壘作為熱干擾源。電壓極性確定何時(shí)自由層的磁化平行和反平行于參考層的磁化。
[0008]根據(jù)示范性實(shí)施例，提供了一種用于雙向?qū)懭氲拇烹S機(jī)存取存儲(chǔ)器器件。一種結(jié)構(gòu)包括鄰近隧道勢(shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物以及鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體。當(dāng)向結(jié)構(gòu)施加具有高脈沖的電壓時(shí)，配置高脈沖以使所述隧道勢(shì)壘作為加熱器，其中所述加熱器加熱所述絕緣磁體以產(chǎn)生自旋極化電子。配置所述高脈沖以通過(guò)從所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子使所述自由層的磁化不穩(wěn)定化。當(dāng)以低脈沖施加電壓時(shí)，當(dāng)自由層的磁化被不穩(wěn)定化時(shí)配置低脈沖以改變自由層的磁化，并且配置低脈沖以便不使所述隧道勢(shì)壘作為熱干擾源。電壓的極性確定何時(shí)自由層的磁化平行和反平行于參考層的磁化。
[0009]通過(guò)本公開(kāi)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)另外的特征。根據(jù)其它實(shí)施例的其它系統(tǒng)、方法、裝置和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在這里被詳細(xì)描述并且被認(rèn)為是所要求保護(hù)的本發(fā)明的一部分。為了更好的理解示范性實(shí)施例和特征，參考下面的描述和附圖。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]被認(rèn)為是本發(fā)明的主旨在說(shuō)明書(shū)的結(jié)論處的權(quán)利要求中被具體指出并且明確要求保護(hù)。根據(jù)隨后聯(lián)系附圖的詳細(xì)描述，本公開(kāi)的前述和其它特征是顯而易見(jiàn)的。
[0011]圖1示出了自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM2-端子器件的截面圖。
[0012]圖2示出了另一個(gè)自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM2-端子器件的截面圖。
[0013]圖3示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件的示意圖。
[0014]圖4示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件的示意圖。
[0015]圖5示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的電流對(duì)時(shí)間的圖。
[0016]圖6示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件陣列。
[0017]圖7示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的用于雙向?qū)懭氲姆椒ǖ牧鞒虉D。
[0018]圖8示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的用于雙向?qū)懭氲姆椒ǖ牧鞒虉D。
【具體實(shí)施方式】
[0019]磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)是與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造相容的非易失性固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)。信息以相對(duì)于參考膜磁取向的自由層膜的磁性取向而存儲(chǔ)。通過(guò)測(cè)量由自由層、隧穿勢(shì)壘以及參考層形成的磁隧道結(jié)的電阻完成基元或者比特的狀態(tài)的讀取。
[0020]根據(jù)使用的技術(shù)，可以通過(guò)幾種方法實(shí)現(xiàn)比特的寫(xiě)入。對(duì)于場(chǎng)-寫(xiě)入MRAM，典型地幾何結(jié)構(gòu)利用靠近磁隧道結(jié)放置的兩個(gè)正交電流承載布線。布線中的電流在MRAM基元上施加磁場(chǎng)，且其具有合適的場(chǎng)幅度、持續(xù)時(shí)間以及相對(duì)時(shí)序，自由層的取向可以寫(xiě)入到期望的狀態(tài)。在自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM中，在寫(xiě)入過(guò)程中不使用外磁場(chǎng)。相反，在參考層和自由層膜之間通過(guò)的電流不僅承載電荷電流而其還有自旋電流。此在兩個(gè)磁性膜(即，參考層和自由層)之間傳輸?shù)淖孕娏?，用于根?jù)電流的信號(hào)，使自由層定向?yàn)槠叫谢蛘叻雌叫杏趨⒖紝印?br> [0021]最近，在John C.Slonczewski的2010年六月24日接收并且在2010年8月3 日發(fā)表的“Initiation of spin-transfer torque by thermal transport frommagnons”P(pán)hysical Review B82, 054403 (2010)中描述了一種在磁性膜中產(chǎn)生自旋電流的新機(jī)制，在此引入其整個(gè)內(nèi)容作為參考。此技術(shù)包含通過(guò)施加跨膜的熱梯度在絕緣磁性膜中產(chǎn)生自旋波。當(dāng)這些自旋波或者磁振子觸及絕緣磁體和非磁性金屬之間的界面時(shí)，產(chǎn)生電子承載的自旋電流。與在常規(guī)自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM基元中使用的直接自旋電流相比，此機(jī)制更有效并且因此需要更低的功率來(lái)切換在非磁性金屬膜的另一側(cè)上的自由層。然而，如所推薦的，Slonczewski’ s方法將不能將自由層寫(xiě)入為兩種狀態(tài)(B卩，I或者0)中的任一種。這是因?yàn)榛仨毎诒∧くB層的一側(cè)上的加熱器以及在另一側(cè)上的熱沉。在沒(méi)有加熱器件的任一側(cè)所要求的不適宜功率的情況下，這兩個(gè)基元件不能簡(jiǎn)單地反轉(zhuǎn)。因此，示范性實(shí)施例提供實(shí)現(xiàn)磁振子MRAM的新機(jī)制。
[0022]寫(xiě)入小磁比特要求的磁場(chǎng)隨著比特尺寸的減小而增加。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)或者磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)中的磁存儲(chǔ)技術(shù)正在推動(dòng)克服有效磁場(chǎng)的物理限制以寫(xiě)入具有逐漸減小的尺寸的磁比特。自旋轉(zhuǎn)移矩提供了對(duì)直接電流誘導(dǎo)寫(xiě)入的備選，并且自旋轉(zhuǎn)移矩避免了一起使用磁場(chǎng)，延伸了這些技術(shù)的縮放前景。自旋轉(zhuǎn)移矩誘導(dǎo)的磁寫(xiě)入操作已經(jīng)被深入研究以擴(kuò)展MRAM的縮放，但是特別地仍不可用于HDD存儲(chǔ)技術(shù)。這主要是因?yàn)槟壳笆褂玫淖孕D(zhuǎn)移矩需要通過(guò)可觀的電流產(chǎn)生，因而需要到在寫(xiě)入操作期間寫(xiě)入的比特的電和物理接觸。示范性實(shí)施例提供用于產(chǎn)生并且利用自選電流和自旋轉(zhuǎn)移矩的方法和器件，用于處理和雙相寫(xiě)入納米磁比特。
[0023]圖1示出了自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM2-端子器件的實(shí)例，具有在磁隧道結(jié)疊層120中的固定層105 (釘扎層)、隧道勢(shì)壘110和自由層115。固定層105的磁化固定在一個(gè)方向，例如，如圖1所示指向右側(cè)；向上流經(jīng)磁隧道結(jié)疊層120的電流使得自由層115平行于固定層105，而向下流經(jīng)磁隧道結(jié)疊層120的電流使得自由層115反平行于固定層105。采用雙箭頭示出了自由層115以說(shuō)明磁化基于電流流經(jīng)的方向可以自由指向左或者右。當(dāng)自由層115的磁化指向與固定層105的磁化相同的方向(即，右側(cè))時(shí)，自由層115平行于固定層105。當(dāng)自由層105的磁化指向與固定層105的磁化相反的方向(即，左偵彳)時(shí)，自由層115反平行于固定層105。
[0024]圖2示出了自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM2-端子器件的實(shí)例，具有在磁隧道結(jié)疊層220中的固定層205(釘扎層)、隧道勢(shì)壘210和自由層215。固定層205的磁化固定在一個(gè)方向，例如，如圖2所示指向上；向上流經(jīng)磁隧道結(jié)疊層220的電流使得自由層215平行于固定層205，而向下流經(jīng)磁隧道結(jié)疊層220的電流使得自由層215反平行于固定層205。采用雙箭頭示出了自由層215以說(shuō)明磁化基于電流流經(jīng)的方向可以自由指向上或者下。當(dāng)自由層215的磁化指向與固定層205的磁化相同的方向(即，向上)時(shí)，自由層215平行于固定層205。當(dāng)自由層215的磁化指向與固定層205的磁化相反的方向(即，向下)時(shí)，自由層215反平行于固定層205。
[0025]對(duì)于圖1和2，使用更小的電流(具有任意極性)讀取器件100和200的電阻，該電阻分別依賴于自由層115和215以及固定層105和205的相對(duì)取向。在早期的自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM嘗試中，自由和固定層具有位于平面內(nèi)的磁化，如圖1所示。然而，這導(dǎo)致更高的切換電流?，F(xiàn)有技術(shù)使用的材料具有垂直于平面的磁化，如圖2所示；這被稱為垂直磁各向異性，或者PMA。然而，在現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)中，即使具有垂直各向異性，切換電流仍舊高于期望值。
[0026]示范性實(shí)施例公開(kāi)了一種用于使磁振子切換的新機(jī)制，其允許對(duì)自由層的雙相寫(xiě)入(例如，I或者0，平行和反平行)。
[0027]圖3示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)器件300。MRAM器件300包括參考層305 (例如，具有不變的固定磁化方向或取向的固定層)、隧道勢(shì)壘310和自由層315。用向上和向下的箭頭示出了自由層315以說(shuō)明自由層315的磁化可以指向上或者向下。設(shè)計(jì)MRAM器件300用于自由層315的雙向?qū)懭?即，寫(xiě)入具有向上和/或向下取向的磁化)。在此情況中，參考層305具有指向上的磁化因此雙向?qū)懭肟梢詫⒆杂蓪?15的磁化翻轉(zhuǎn)(flip)為平行(向上)或者反平行(向下)于參考層305。
[0028]對(duì)于MRAM器件300，垂直磁各向異性(PMA)隧道結(jié)，即自由層315(例如，鈷-鐵-硼合金)、隧道勢(shì)壘310 (例如，氧化鎂(MgO))和參考層305 (例如，鈷-鐵合金)。在普通金屬隔離物320 (即普通金屬層，例如，銅、鎢或者其它類似的普通金屬)頂部生長(zhǎng)自由層315，普通金屬隔離物320依次在絕緣磁體325 (例如，電阻磁體、鐵氧體或者其它軟磁絕緣體)頂上生長(zhǎng)。在絕緣磁體325之下，存在用作加熱器(B卩，金屬加熱器)的高阻金屬層330，跨兩個(gè)過(guò)孔連接。普通金屬隔離物320電連接到高阻金屬層330。在每個(gè)基元中使用兩個(gè)晶體管335和340 (當(dāng)連接為陣列時(shí)，單個(gè)MRAM器件300被認(rèn)為是基元)，其中一個(gè)晶體管335和另一個(gè)晶體管340連接到高阻金屬層(金屬加熱器)330的任一側(cè)。雖然示出了單個(gè)MRAM器件300的結(jié)構(gòu)，MRAM器件300 (作為基元)以陣列形式(如圖6所示)連接到多個(gè)MRAM器件300 (基元)以便大量器件300處于列或者行中，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所懂得的。
[0029]MRAM器件300還包括選擇線360用于向晶體管335和340 (包括用于相同列中的其它MRAM器件300的相同晶體管335和340)提供功率。寫(xiě)入線350連接到電壓源365，不穩(wěn)定化(destabilize)線355連接到電壓源370并且選擇線360連接到電壓源375。連接金屬382將寫(xiě)入線350連接到參考層305。連接金屬395將晶體管340連接到高阻金屬層330。連接金屬390將晶體管335連接到高阻金屬層330。
[0030]對(duì)MRAM器件300的寫(xiě)入對(duì)應(yīng)于自由層315的磁化的向上或者向下方向。對(duì)于自由層315，如果向上對(duì)應(yīng)于例如I (或者O)那么向下對(duì)應(yīng)于O (或者1)，并且反之亦然。
[0031]例如，對(duì)于寫(xiě)入，對(duì)于要寫(xiě)入的特定MRAM器件300 (在MRAM器件300的列中)，使用選擇線360選擇一列MRAM器件300 (在MRAM器件300的陣列中)，然后對(duì)應(yīng)的不穩(wěn)定化線355和寫(xiě)入線350 (在對(duì)應(yīng)于陣列中的其它MRAM器件300 (即，基元)的多個(gè)不穩(wěn)定化線355和寫(xiě)入線350之外)被激活。電壓源370的電壓施加到不穩(wěn)定化線355，并且來(lái)自不穩(wěn)定化線355的電流通過(guò)焦耳熱加熱高阻加熱層330(金屬加熱器或者電阻加熱層)。例如，來(lái)自不穩(wěn)定化線355的電流穿過(guò)晶體管340流到高阻金屬層330以加熱高阻金屬層330。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，焦耳加熱還公知為歐姆加熱或者電阻加熱是通過(guò)電流流過(guò)導(dǎo)體(例如，高阻金屬層330)釋放熱的過(guò)程。這產(chǎn)生溫度梯度，絕緣磁體325更熱而自由層315更冷。依次，這引起磁振子(在絕緣磁體325中)傳導(dǎo)熱穿過(guò)絕緣磁體325。然后，磁振子在與普通金屬隔離物320和絕緣磁體325的界面處產(chǎn)生自旋極化電子；自旋極化電子傳輸角動(dòng)量穿過(guò)普通金屬隔離物320到自由層315中。因?yàn)榻^緣磁體325的磁化是平面內(nèi)的(即，磁化具有向左或者向右的取向)，自旋極化電子(來(lái)自絕緣磁體320)的角動(dòng)量通過(guò)使自由層的磁化旋轉(zhuǎn)到接近平行于絕緣磁體的磁化而使自由層315的磁化不穩(wěn)定化。在去除磁振子誘導(dǎo)的自旋電流之后，自由層的此取向能量不利，因而隨后自由層將落回指向上或者向下的狀態(tài)中任一個(gè)(能量平衡)。為了選擇自由層磁化的最終狀態(tài)，電壓源365的正或者負(fù)(依賴于應(yīng)該寫(xiě)入的自由層315的方向)的電壓同時(shí)和/或稍后施加到寫(xiě)入線350。一旦不穩(wěn)定化線355的電壓源370關(guān)斷，電壓源365的正或者負(fù)的電壓用于“翻轉(zhuǎn)”自由層315向上或者向下。注意，在施加到寫(xiě)入線350的電壓源365關(guān)斷之前，關(guān)斷施加到不穩(wěn)定化線355的電壓源370。
[0032]例如，考慮這樣的情況，自由層315具有向上的磁化385狀態(tài)(以右側(cè)的虛線箭頭示出)。通過(guò)電壓源375的電壓開(kāi)啟選擇線360。選擇線360開(kāi)啟晶體管335和340。通過(guò)電壓源370的電壓開(kāi)啟不穩(wěn)定化線355以向絕緣磁體325提供電流，該絕緣磁體325用作產(chǎn)生溫度梯度的加熱器。溫度梯度導(dǎo)致在絕緣磁體325中產(chǎn)生磁振子，其中磁振子產(chǎn)生自旋極化電子以傳輸角動(dòng)量穿過(guò)絕緣磁體325到自由層315中。因?yàn)樽孕龢O化電子具有根據(jù)絕緣磁體325的磁化的面內(nèi)(左或者右)角動(dòng)量,此角動(dòng)量破壞/不穩(wěn)定化自由層315的面夕卜(向上或者向下)磁化。現(xiàn)在，當(dāng)自由層315在不穩(wěn)定化狀態(tài)中時(shí)(例如，之后或者期間)，可以通過(guò)電壓源365向?qū)懭刖€350施加正電壓，該電壓源將翻轉(zhuǎn)向上磁化385以具有類似于向下磁化380箭頭的磁化取向(通過(guò)左側(cè)虛線箭頭示出)。相反地，如果自由層315初始具有向下磁化380狀態(tài)，并且如果在不穩(wěn)定化之后/期間通過(guò)電壓源365向?qū)懭刖€350施加負(fù)電壓，那么向下磁化380箭頭將翻轉(zhuǎn)到具有類似于向上磁化385箭頭的磁化取向。如此，分別基于電壓源365提供的正或者負(fù)電壓，可以進(jìn)行雙向?qū)懭胍詫⒆杂蓪?15的磁化寫(xiě)為反平行和/或平行于參考層305。
[0033]圖4示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)器件400。圖4示出了顯示如MRAM器件400的兩端子器件的另一個(gè)實(shí)施例。在此情況中，隧道勢(shì)壘410用作加熱器。隧道勢(shì)壘410具有與參考層405 (例如，10歐姆)和自由層415 (例如10歐姆)相比的高電阻，例如1000歐姆。
[0034]寫(xiě)入線450通過(guò)金屬連接到電壓源465和自由層415。在圖4中沒(méi)有圖3中示出的不穩(wěn)定化線。在自由層415和絕緣磁體425之間形成普通金屬隔離物420。選擇線460連接到晶體管435和電壓源475。晶體管435通過(guò)連接金屬490連接到絕緣磁體425和金屬隔離物420。在圖4中，連接金屬482將寫(xiě)入線450連接到參考層405。
[0035]雖然示出了單個(gè)MRAM器件400的結(jié)構(gòu)，MRAM器件400 (作為基元)以陣列形式(如圖6所示)連接到多個(gè)MRAM器件400 (基元)以便大量MRAM器件400成列或者行，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的。
[0036]參考圖4，為了寫(xiě)入MRAM器件400，向?qū)懭刖€450施加電壓源465的電壓，其通過(guò)焦耳熱加熱隧道勢(shì)壘410 (作為高阻加熱層或者金屬加熱器)。例如，來(lái)自寫(xiě)入線450的電流流經(jīng)連接金屬482穿過(guò)參考層405并且進(jìn)入隧道勢(shì)壘410。隧道勢(shì)壘410加熱，并且這產(chǎn)生溫度梯度，隧道勢(shì)壘410更熱，以便熱流過(guò)自由層415穿過(guò)金屬隔離物420進(jìn)入絕緣磁體425。依次,這引起磁振子(在絕緣磁體425中)傳導(dǎo)熱穿過(guò)絕緣磁體425,如圖3所示。然后，磁振子在與金屬隔離物420和絕緣磁體425的界面處產(chǎn)生自旋極化電子；自旋極化電子傳輸(絕緣磁體425的)角動(dòng)量穿過(guò)普通金屬隔離物420到自由層415中。因?yàn)榻^緣磁體425的磁化為面內(nèi)(即，磁化具有向左或者向右的取向)，來(lái)自絕緣磁體425的自旋極化電子的角動(dòng)量使自由層415磁化不穩(wěn)定化；這稱為磁振子不穩(wěn)定化，因?yàn)樽杂蓪?15的磁化暫時(shí)設(shè)置為面內(nèi)狀態(tài)(即，向左或者向右取向)和/或朝面內(nèi)狀態(tài)傾斜，但是因?yàn)樽杂蓪?15的磁化被設(shè)計(jì)為是面外的(即，向上或者向下取向)，該條件是不穩(wěn)定的。根據(jù)示范性實(shí)施例，在通過(guò)使用雙脈沖機(jī)制翻轉(zhuǎn)矩之前關(guān)斷磁振子不穩(wěn)定化，如圖5所示。電壓源465的高脈沖開(kāi)始是大幅度的以不穩(wěn)定化自由層415，并且隨后高脈沖的幅度下降(例如，類似于臺(tái)階函數(shù))。如圖5所示，初始電流(I)高以通過(guò)焦耳熱加熱隧道勢(shì)壘410以引起熱梯度而使自由層415不穩(wěn)定化，這依次導(dǎo)致自旋極化電子在絕緣磁體425中產(chǎn)生并且流到自由層415中。
[0037]在更低的電流處(S卩，翻轉(zhuǎn)電流)，磁振子不穩(wěn)定化大部分關(guān)斷(因?yàn)榇耪褡泳嘏c電流的平方(I2)成比例)，而源于施加的電流的直接自旋轉(zhuǎn)移矩(與電流(I)成比例)仍舊活躍；在低脈沖期間來(lái)自電流的自旋轉(zhuǎn)移矩(與熱流相反)確定最終狀態(tài)(即，向上或者向下磁化)。在低脈沖期間，隧道勢(shì)壘410不作為熱干擾源。來(lái)自電壓源465的正/負(fù)電流用于寫(xiě)入1/0或者反之亦然。
[0038]例如，考慮種寫(xiě)入情況，當(dāng)自由層415具有向下磁化480狀態(tài)(以左側(cè)的虛線箭頭示出)。通過(guò)電壓源475的電壓開(kāi)啟選擇線460。選擇線460開(kāi)啟(向柵極供能)晶體管435。通過(guò)電壓源465的電壓開(kāi)啟(即，供能)寫(xiě)入線450以將高幅度(如圖5所示)的電流提供到用作產(chǎn)生溫度梯度的加熱器的隧道勢(shì)壘410。溫度梯度導(dǎo)致在絕緣磁體425中產(chǎn)生磁振子，其中磁振子產(chǎn)生自旋極化電子以傳輸角動(dòng)量穿過(guò)普通金屬隔離物4205到自由層415中。因?yàn)樽孕龢O化電子具有根據(jù)絕緣磁體425的磁化的處于面內(nèi)(左或者右)的角動(dòng)量,此角動(dòng)量破壞/不穩(wěn)定化自由層415的面外(向上或者向下)磁化。一旦高幅度電流(高脈沖)切換到了低幅度電流(即，翻轉(zhuǎn)電流或者低脈沖)并且當(dāng)通過(guò)電壓源465向?qū)懭刖€450施加正電壓以產(chǎn)生正電流時(shí)，此正電流隨后將翻轉(zhuǎn)向下的磁化480箭頭(通過(guò)左側(cè)的虛線箭頭示出)。在此實(shí)例中，自由層415的向上磁化485意味著自由層415的磁化平行于參考層405的向上磁化。相反地，如果自由層415最初具有向上磁化485狀態(tài)，并且如果在通過(guò)電壓源465(不穩(wěn)定化期間或之后)向?qū)懭刖€450施加負(fù)電壓(產(chǎn)生負(fù)電流)，那么，當(dāng)電壓源465下降到如圖5所示的低電流時(shí)，向上磁化485箭頭將翻轉(zhuǎn)到具有類似于向下磁化480箭頭的磁化取向。如此，基于通過(guò)電壓源465提供的正或者負(fù)電壓(電流)，可以進(jìn)行雙向?qū)懭胍詫⒆杂蓪?15的磁化寫(xiě)成反平行和/或平行于參考層405。
[0039]圖6示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的陣列600MRAM的實(shí)例。每個(gè)MRAM器件300和/或MRAM器件400可以看作MRAM器件的陣列600中的基元以用于雙向?qū)懭氡忍?，例如這里描述的I和O對(duì)應(yīng)于自由層315和415的向上或者向下磁化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白如何通過(guò)讀取電阻讀取每個(gè)MRAM器件300、400 (B卩，基元)的比特。
[0040]圖7根據(jù)示范性實(shí)施例示出了用于雙向?qū)懭?例如，I和O兩者)的流程700。參考圖3。
[0041]在框705處，對(duì)于要被切換的MRAM器件300 (S卩，陣列600中的基元)，通過(guò)電壓源375向選擇線360供能(即，選擇線偏置)。這激活兩個(gè)晶體管335和340。
[0042]在框710處，通過(guò)電壓源370向不穩(wěn)定化線355供能。這引起電流流經(jīng)高阻金屬層330 (即，普通金屬加熱器)并且提高其溫度。熱量從高阻金屬層330穿過(guò)絕緣磁體325并且穿過(guò)疊層(即，自由層315、隧道勢(shì)壘310和參考層305)流向?qū)懭刖€350。
[0043]在框715處，通過(guò)電壓源365向?qū)懭刖€350供能(即，寫(xiě)入線偏置)，并且同時(shí)和/或稍后關(guān)斷不穩(wěn)定化線355 (B卩，電壓源370)。這導(dǎo)致自旋轉(zhuǎn)移矩對(duì)自由層315起作用并且根據(jù)電壓源365施加的供能寫(xiě)入線350電壓的符號(hào)，自旋轉(zhuǎn)移矩將導(dǎo)致自由層315與參考層305相比較傾向于平行或者反平行取向。注意，應(yīng)該存在穿過(guò)MRAM器件300的電流(通過(guò)電壓源365)而在框710中建立的溫度梯度(B卩，熱)仍舊存在以便用于寫(xiě)入的閾值沒(méi)有被減小。
[0044]在框720處，關(guān)斷電壓源365 (B卩，寫(xiě)入線偏置)，因?yàn)樽杂蓪?15的磁化已經(jīng)根據(jù)電壓源的極性翻轉(zhuǎn)。在框725處關(guān)斷電壓源375 (S卩，選擇線偏置)。
[0045]通過(guò)電壓源365向?qū)懭刖€350施加的電壓的極性決定自由層315的磁化取向，因?yàn)樽杂蓪?15的磁化沒(méi)有限制為以單一方向?qū)懭?，其為單向?qū)懭?。例如，電壓?65的正電壓引起向上的磁化(例如，向上磁化385)并且電壓源365的負(fù)電壓引起向下的磁化(例如，向下磁化380)。
[0046]圖8示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的用于雙向?qū)懭?例如，I和O兩者)的流程800。參考圖4和5。
[0047]在框805處，對(duì)于要被切換的MRAM器件400 (S卩，陣列600中的基元)，通過(guò)電壓源475向選擇線460供能。這激活晶體管435。
[0048]在框810處，通過(guò)電壓源465開(kāi)啟寫(xiě)入線450。電壓源465的極性將決定自由層415的最終狀態(tài)，以便對(duì)于電流的一個(gè)極性，MRAM器件400偏愛(ài)自由層415和參考層405平行取向，而對(duì)于另一個(gè)電流極性，則偏愛(ài)自由層415和參考層405相反取向(反平行)。因?yàn)樗淼绖?shì)壘410中的焦耳熱產(chǎn)生，電流幅度(寫(xiě)入線偏置幅度)應(yīng)該足以在絕緣磁體425 (鐵氧體)/普通金屬隔離物420界面中產(chǎn)生顯著的熱梯度。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，流經(jīng)焦耳加熱器的脈沖寬度為500皮秒并幅度為2xl06安培/cm2的Gaussian電流脈沖在金屬絕緣磁體界面處產(chǎn)生10-12開(kāi)爾文的溫度差。
[0049]框815，電壓源465的電壓(寫(xiě)入線偏置)減少(從不穩(wěn)定化電流(高脈沖)減小到翻轉(zhuǎn)電流(低脈沖)，如圖5所示)到足以允許(來(lái)自絕緣磁體425)自旋轉(zhuǎn)移矩電流移動(dòng)自由層取向但又足夠低以快速減少溫度梯度的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，利用以0.5ns到1.0ns的持續(xù)時(shí)間供給的足夠高幅度(例如，2xl06安培/cm2)的加熱脈沖，可以在2ns內(nèi)完成整個(gè)切換過(guò)程。在此周期中，自由層415將切換到優(yōu)選狀態(tài)(如通過(guò)來(lái)自電壓源465的電流極性確定的)，并且用于隨后切換的在自由層415中的能量勢(shì)壘將上升到高的值。在反轉(zhuǎn)自由層415的磁化之后，迅速減小熱梯度將自由層415離開(kāi)不穩(wěn)定化狀態(tài)。低脈沖(即，圖5中的低電流)具有足夠低的幅度以停止/抑制隧道勢(shì)壘410的加熱。在低脈沖之前施加高脈沖。
[0050]在框820處，關(guān)斷選擇線460 (B卩，電壓源475)。通過(guò)電壓源465向?qū)懭刖€450施加的電壓的極性確定自由層415的磁化取向。例如，電壓源465的正電壓引起向上的磁化(例如，向上磁化485)以及電壓源465的負(fù)電壓引起向下的磁化(例如，向下磁化480)。
[0051]同樣，注意，在沒(méi)有不穩(wěn)定化自旋轉(zhuǎn)移矩時(shí)，自由層(例如，圖3-8中)被設(shè)計(jì)為是面外的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在沒(méi)有不穩(wěn)定化自旋轉(zhuǎn)移矩時(shí)，MRAM器件(圖3-8中討論的)可以設(shè)計(jì)為是面內(nèi)的。
[0052]所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各個(gè)方面可以具體實(shí)現(xiàn)為以下形式，即:完全的硬件實(shí)施方式、完全的軟件實(shí)施方式(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，或硬件和軟件方面結(jié)合的實(shí)施方式，這里可以統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的各個(gè)方面還可以實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中包含計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼。
[0053]可以采用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任意組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)或者計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是一但不限于——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的組合。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線的電連接、便攜式計(jì)算機(jī)磁盤(pán)、硬盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式壓縮盤(pán)只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、光存儲(chǔ)器件、磁存儲(chǔ)器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何包含或存儲(chǔ)程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。
[0054]計(jì)算機(jī)可讀的信號(hào)介質(zhì)可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數(shù)據(jù)信號(hào)，其中承載了計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼。這種傳播的數(shù)據(jù)信號(hào)可以采用多種形式，包括——但不限于——電磁信號(hào)、光信號(hào)或上述的任意合適的組合。計(jì)算機(jī)可讀的信號(hào)介質(zhì)還可以是計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)以外的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以發(fā)送、傳播或者傳輸用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用的程序。
[0055]計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可以用任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括一但不限于一無(wú)線、有線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0056]可以以一種或多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的任意組合來(lái)編寫(xiě)用于執(zhí)行本發(fā)明的方面的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼，所述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言一諸如Java、Smalltalk、C++等，還包括常規(guī)的過(guò)程式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言一諸如“C”語(yǔ)言或類似的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。程序代碼可以完全地在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、部分地在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、作為一個(gè)獨(dú)立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計(jì)算機(jī)上部分在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、或者完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在涉及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的情形中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過(guò)任意種類的網(wǎng)絡(luò)一包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)—連接到用戶計(jì)算機(jī)，或者，可以連接到外部計(jì)算機(jī)(例如利用因特網(wǎng)服務(wù)提供商來(lái)通過(guò)因特網(wǎng)連接)。
[0057]下面將參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，流程圖和/或框圖的每個(gè)方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)程序指令可以提供給通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而產(chǎn)生一種機(jī)器，使得這些計(jì)算機(jī)程序指令在通過(guò)計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行時(shí)，產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的裝置。
[0058]也可以把這些計(jì)算機(jī)程序指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，這些指令使得計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備以特定方式操作，從而，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令就產(chǎn)生出包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的指令的制品。
[0059]計(jì)算機(jī)程序指令還可以加載到計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備上以引起在計(jì)算機(jī)、其它可編程裝置或者其它器件上執(zhí)行的一系列操作步驟，以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)執(zhí)行的處理，以便在計(jì)算機(jī)或者其它可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于處理實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或多個(gè)方框中規(guī)定的功能/動(dòng)作的指令的處理。
[0060]附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可以代表一個(gè)模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為備選的實(shí)現(xiàn)中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動(dòng)作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0061]這是使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施例的目的并且沒(méi)有旨在限制本發(fā)明。如這里使用的，除非內(nèi)容中明確指明否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”旨在還包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該明白，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”，當(dāng)在此說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，具體指規(guī)定的特征、整數(shù)(integer)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個(gè)或更多特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或其組的存在或者添加。
[0062]在下面的權(quán)利要求中的對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、作用和所有裝置或步驟加功能元件的等價(jià)物旨在包括用于結(jié)合其它特別要求保護(hù)的其它要求保護(hù)的元件執(zhí)行功能的任意結(jié)構(gòu)、材料和作用。提出本發(fā)明的描述用于示出和描述目的并且沒(méi)有旨在窮盡或者限制本發(fā)明到在公開(kāi)的形式中。在不脫離描述的本發(fā)明的范圍和精神下本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白許多修改和變化。選擇并描述實(shí)施例的目的是更好的解釋本發(fā)明、實(shí)際應(yīng)用的規(guī)律，并且使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員明白用于具有適合于實(shí)際應(yīng)用的各種修改的本發(fā)明。
[0063]這里示出的流程圖僅為一個(gè)實(shí)例。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，對(duì)于其中描述的該程序或者步驟(或者操作)可具有許多變化。例如，可以以不同的次序執(zhí)行步驟或者可以添加或者刪除或者修改步驟。所有這些變化被認(rèn)為是所要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。
[0064]雖然描述了本發(fā)明的示范性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，現(xiàn)在和將來(lái)，可以進(jìn)行落入到在隨后的權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種改善和增強(qiáng)。這些權(quán)利要求應(yīng)該解釋為保持對(duì)首次描述的本發(fā)明的適宜保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)器件的雙向?qū)懭氲姆椒ǎ銎骷哂袇⒖紝?、鄰近所述參考層的隧道?shì)壘、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物、鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體以及鄰近所述絕緣磁體的金屬加熱器，所述方法包括: 響應(yīng)于熱梯度使所述絕緣磁體產(chǎn)生自旋極化電子； 通過(guò)從所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子開(kāi)始所述自由層的磁化的不穩(wěn)定化；以及 在開(kāi)始所述不穩(wěn)定化之后，向所述MRAM器件施加電壓，以選擇所述自由層的所述磁化。 其中所述電壓的極性確定所述自由層的磁化是平行還是反平行于所述參考層的磁化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)所述電壓的所述極性為正時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有一個(gè)磁化取向；并且 其中當(dāng)所述電壓的所述極性為負(fù)時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有另一磁化取向；
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)從所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子開(kāi)始所述自由層的所述磁化的不穩(wěn)定化包括: 向所述金屬加熱器供能以便使所述熱梯度從所述高電阻層穿過(guò)所述絕緣磁體、所述金屬隔離物流動(dòng)到所述自由層中； 其中所述熱梯度產(chǎn)生所述自旋極化電子，所述自旋極化電子具有使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化的角動(dòng)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述自由層的所述磁化在沒(méi)有不穩(wěn)定化自旋轉(zhuǎn)移矩時(shí)是面外的； 其中所述絕緣磁體的磁化是面內(nèi)的；以及 其中由于所述自由層的所述磁化是面外的，所述自旋極化電子的所述角動(dòng)量使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化。
5.一種磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件，包括: 鄰近隧道勢(shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物、鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體以及鄰近所述絕緣層的金屬加熱器。 其中，響應(yīng)于熱梯度，配置所述絕緣磁體以產(chǎn)生自旋極化電子； 其中所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子使所述自由層的磁化不穩(wěn)定化； 其中當(dāng)所述自由層的所述磁化被不穩(wěn)定化時(shí)，向所述MRAM器件施加的電壓改變所述自由層的所述磁化。 其中所述施加的電壓的極性確定所述自由層的所述磁化是平行還是反平行于所述參考層的磁化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其中當(dāng)所述施加的電壓的所述極性為正時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有一個(gè)磁化取向；以及 其中當(dāng)所述施加的電壓的所述極性 為負(fù)時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有另一個(gè)磁化取向；
7.根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其中通過(guò)向所述金屬加熱器供能造成所述熱梯度，以及所述熱梯度從所述高阻電層，穿過(guò)所述絕緣磁體，穿過(guò)所述金屬隔離物并流動(dòng)到所述自由層中；以及 其中，所述熱梯度產(chǎn)生所述自旋極化電子，所述自旋極化電子具有使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化的角動(dòng)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其中所述自由層的所述磁化在沒(méi)有不穩(wěn)定化自旋轉(zhuǎn)移矩時(shí)是面外的 其中所述絕緣磁體的磁化是面內(nèi)的；以及 其中由于所述自由層的所述磁化是面外的，所述自旋極化電子的所述角動(dòng)量使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化。
9.一種用于磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)器件的雙向?qū)懭氲姆椒?，所述器件具有鄰近隧道?shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物以及鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體，所述方法包括: 向所述MRAM器件施加第一幅度的第一電壓脈沖，所述第一幅度足以使所述隧道勢(shì)壘作為加熱所述絕緣磁體的加熱器以便產(chǎn)生自旋極化電子； 通過(guò)從所述絕緣磁體中的磁振子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化為自旋對(duì)準(zhǔn)電子的所述自旋極化電子使所述自由層的磁化不穩(wěn)定化；以及 當(dāng)所述自由層的所述磁化被不穩(wěn)定化時(shí)，向所述MRAM器件施加足以改變所述自由層的所述磁化的第二幅度的第二電壓脈沖，其中所述第二幅度足夠低以便不使所述隧道勢(shì)壘作為熱干擾源； 其中所述第二電壓脈沖的極性確定所述自由層的所述磁化是平行還是反平行于所述參考層的磁化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中配置所述第一電壓脈沖以提供使所述隧道勢(shì)壘作為所述加熱器的第一幅度的電流；以及 其中配置所述第二電壓脈沖以提供不使所述熱勢(shì)壘作為所述加熱器的第二幅度的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在所述第二電壓脈沖之前施加所述第一電壓脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中當(dāng)所述第二電壓脈沖的所述極性為正時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有一個(gè)磁化取向；以及 其中當(dāng)所述第二電壓脈沖的所述極性為負(fù)時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有另一個(gè)磁化取向。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過(guò)從所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子使得所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化包括: 產(chǎn)生從所述隧道勢(shì)壘，穿過(guò)所述自由層、穿過(guò)所述金屬隔離物并進(jìn)入到所述絕緣磁體中的熱梯度； 其中，所述熱梯度產(chǎn)生所述自旋極化電子，所述自旋極化電子具有使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化的角動(dòng)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述自由層的所述磁化在沒(méi)有不穩(wěn)定化自旋轉(zhuǎn)移矩時(shí)是面外的； 其中所述絕緣磁體的所述磁化是面內(nèi)的；以及 其中由于所述自由層的所述磁化是面外的，所述自旋極化電子的所述角動(dòng)量使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化。
15.一種磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器器件，包括: 鄰近隧道勢(shì)壘的參考層、鄰近所述隧道勢(shì)壘的自由層、鄰近所述自由層的金屬隔離物以及鄰近所述金屬隔離物的絕緣磁體； 其中配置向所述結(jié)構(gòu)施加的第一幅度的第一電壓脈沖以使所述隧道勢(shì)壘作為加熱器，其中所述加熱器加熱所述絕緣磁體以產(chǎn)生自旋極化電子； 其中配置所述第一電壓脈沖以通過(guò)從所述絕緣磁體產(chǎn)生的所述自旋極化電子使所述自由層的磁化不穩(wěn)定化: 其中，當(dāng)所述自由層的所述磁化被不穩(wěn)定化時(shí)，以第二幅度施加的第二電壓脈沖被配置為改變所述自由層的所述磁化而不使所述隧道勢(shì)壘作為熱干擾源；以及 其中所述第二電壓脈沖的極性確定所述自由層的所述磁化是平行還是反平行于所述參考層的磁化。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中配置所述第一電壓脈沖以提供使所述隧道勢(shì)壘作為所述加熱器的高電流；以及 其中配置所述第一電壓脈沖以提供不使所述熱勢(shì)壘作為所述加熱器的第一幅度的電流；以及
17.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中在所述第二電壓脈沖之前施加所述第一電壓脈沖。
18.根據(jù)權(quán)利要求 15的器件，其中當(dāng)所述第二電壓脈沖的所述極性為正時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有一個(gè)磁化取向；以及 其中當(dāng)所述第二電壓脈沖的所述極性為負(fù)時(shí)，所述自由層的所述磁化翻轉(zhuǎn)以具有另一磁化取向。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中通過(guò)所述隧道勢(shì)壘的所述加熱引起的熱梯度，從所述隧道勢(shì)壘，穿過(guò)所述自由層，穿過(guò)所述金屬隔離物并且流動(dòng)到所述絕緣磁體中；以及 其中，所述熱梯度產(chǎn)生所述自旋極化電子，所述自旋極化電子具有使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化的角動(dòng)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述自由層的所述磁化在沒(méi)有不穩(wěn)定化自旋轉(zhuǎn)移矩時(shí)是面外的； 其中所述絕緣磁體的磁化是面內(nèi)的；以及 其中由于所述自由層的所述磁化是面外的，所述自旋極化電子的所述角動(dòng)量使所述自由層的所述磁化不穩(wěn)定化。
【文檔編號(hào)】G11C11/00GK103890854SQ201280021240
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月3日
【發(fā)明者】D·W·阿布拉汗, N·N·莫于穆德?tīng)? D·C·沃萊吉 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司