專利名稱：熱促進(jìn)編程的磁性存儲元件方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例通常涉及磁性存儲元件，并尤其涉及在磁性存儲元件中的熱促進(jìn)編程操作。
背景技術(shù)：
磁性存儲元件包括一個以上的磁性存儲單元，所述磁性存儲單元包括具有可切換磁化方向的磁性介質(zhì)。在磁性介質(zhì)中儲存數(shù)據(jù)的能力取決于控制磁性介質(zhì)磁化方向的能力。改變(或切換)磁性介質(zhì)的磁化方向，允許在一個磁性存儲單元中儲存一個數(shù)據(jù)位(亦即邏輯狀態(tài)的“0”或“1”)。磁性存儲單元的一個磁化方向可被設(shè)定為邏輯“0”，而相反的磁化方向則可被設(shè)定為邏輯“1”。
磁性介質(zhì)的矯頑磁性(coercivity)，是指必須施加至磁性介質(zhì)以減少及/或逆轉(zhuǎn)此磁性介質(zhì)的磁性方向的去磁性外力。因此，必須施加足以克服在一個磁性存儲單元中的磁性介質(zhì)的矯頑磁性的磁場，以將磁性存儲單元從一個邏輯狀態(tài)改變至另一個邏輯狀態(tài)。一般而言，磁性介質(zhì)越小，矯頑磁性越高，且用以改變邏輯狀態(tài)所需要的磁場越高。
在磁性存儲元件中，已知有數(shù)種磁性存儲單元，例如磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)陣列，包括具有或不具有合成反鐵磁結(jié)構(gòu)(SAF)的隧穿磁阻存儲器(TMR)單元、具有或不具有合成反鐵磁結(jié)構(gòu)的巨磁電阻存儲單元(GMR)、以及具有或不具有合成反鐵磁結(jié)構(gòu)的超巨磁電阻存儲單元(CMR)等。這些存儲單元中的每一個都包括了數(shù)據(jù)層(亦可稱為儲存層或位層)、參考層、以及中介層，其位于數(shù)據(jù)層與參考層之間。數(shù)據(jù)層、參考層與中介層三者均可由一層或多層的材料制造而得。
數(shù)據(jù)層一般為一層可以儲存一位數(shù)據(jù)的磁性材料，此位數(shù)據(jù)以磁化方向的形式存在，并可根據(jù)外部磁場或上述磁場而改變。換而言之，數(shù)據(jù)層中代表邏輯狀態(tài)的磁化方向可以被旋轉(zhuǎn)(或切換)，從代表邏輯狀態(tài)“0”的第一方向旋轉(zhuǎn)至代表邏輯“1”的第二方向，反之依然。
參考層通常為磁性材料層，其磁化方向被「釘扎」，亦即固定于預(yù)定方向。通常需要數(shù)層磁性材料合并，以作為穩(wěn)定的被釘扎參考層。此預(yù)定方向在制造此磁性存儲單元時，通過微電子工藝而建立。
例如MRAM等的磁性存儲元件，通常使用磁隧穿接面(MTJ)存儲單元，其包括上述存儲單元中的一種、并位于導(dǎo)電行與列的橫向交叉點。該安排通常稱為交叉點存儲陣列(cross point memory array)。
在此交叉點陣列中，每一個單元的邏輯狀態(tài)取決于在數(shù)據(jù)層與參考層中的相對磁化方向。當(dāng)通過施加適當(dāng)電壓至相關(guān)的導(dǎo)電行與列中從而施加電位偏壓至數(shù)據(jù)層與參考層時，電子會從數(shù)據(jù)層與參考層之間遷移至中介層。引起電子遷移至中介層的現(xiàn)象，稱為量子力學(xué)隧穿，或自旋隧穿。通過感測電子的流動并測量存儲單元的電阻，則可決定其邏輯狀態(tài)。
舉例而言，若在數(shù)據(jù)儲存層中的整體磁化方向平行于參考層中的被釘扎磁化方向，則此磁性存儲單元將會處于低電阻狀態(tài)。若在數(shù)據(jù)儲存層中的整體磁化方向反平行(anti-parallel)(或相反)于參考層中的被釘扎磁化方向，則此磁性存儲單元將會處于高電阻狀態(tài)。低電阻狀態(tài)與高電阻狀態(tài)接著則會與邏輯狀態(tài)相關(guān)，使得存儲單元的邏輯狀態(tài)可以通過感測流經(jīng)此存儲單元的電流、并測量該存儲單元的相關(guān)電阻而決定。
構(gòu)成交叉點存儲陣列的導(dǎo)電行與列，通常稱為字線與位線。因此，在交叉點陣列中的目標(biāo)存儲單元的邏輯狀態(tài)，可以通過選擇適當(dāng)?shù)淖志€與位線而決定。
磁性存儲單元通常會包括額外的位線，以在適當(dāng)電壓施加于與目標(biāo)存儲單元相關(guān)的字線與位線時，來改變一個以上構(gòu)成此交叉點陣列的磁性存儲單元的磁化方向。在這些額外位線中流動的電流會在位線周圍產(chǎn)生一個磁場。此磁場的方向會影響目標(biāo)存儲單元的磁化方向。若由在這些位線中的一個中流動的電流所產(chǎn)生的磁場夠強，則可以克服目標(biāo)存儲單元的矯頑磁性，并旋轉(zhuǎn)(或切換)目標(biāo)存儲單元的磁化方向。
因此，為了改變磁性存儲單元的邏輯狀態(tài)，額外位線必須足夠接近磁性存儲單元，以使得在此額外位線中流動的電流所產(chǎn)生的磁場可以影響此存儲單元的磁化方向。此外，必須使用夠大的電流以產(chǎn)生足夠強度的磁場，以克服此磁性存儲單元的矯頑磁性。
改變在此額外位線中流動的電流方向則會改變其所產(chǎn)生磁場的方向，進(jìn)而致使存儲單元的磁化方向切換至另一方向。
與讀取操作相較之下，寫入或編程操作一般需要較大的電流與磁場。較大的電流也需要更耐用的電源供應(yīng)器與較大的切換晶體管。較大的電流與磁場，也需要在相鄰的單元之間設(shè)置適當(dāng)?shù)木彌_空間。這個原因是，當(dāng)針對一個目標(biāo)單元進(jìn)行邏輯狀態(tài)的編程時，對鄰近單元的數(shù)據(jù)層造成負(fù)面影響是不理想的。因此，制造時所遇到的設(shè)計問題，一般是從滿足寫入操作的需求開始。
由于磁性存儲元件的矯頑磁性會隨著此元件的尺寸縮小而增加，為了克服存儲單元的矯頑磁性，則需要更大的電源與更大的切換晶體管。從更大的電源與更大的切換晶體管所產(chǎn)生的更大的電流，有可能影響到相鄰存儲單元的狀態(tài)。因此，隨著磁性存儲元件尺寸的縮小，存儲元件整體空間的增加用以提供在相鄰存儲單元之間所需要的物理緩沖。若無此緩沖空間，則會產(chǎn)生更大的噪聲干擾問題。
上述的各問題，使得欲制造微小、密集、高密度磁性存儲元件更為困難。換而言之，使用額外位線以編程存儲單元、更大的電源、更大的切換晶體管、以及更大的隔離空間，都意味著在已知磁性存儲元件中所能達(dá)到的密度將會減少。在需要更多隔離空間時欲增加其密度，則導(dǎo)致與存儲單元之間的噪聲干擾有關(guān)的風(fēng)險與問題也會隨之增加。
此外，為了提供足以克服較小存儲單元的矯頑磁性所需要的較大電源與切換晶體管將會增加傳統(tǒng)磁性存儲元件的電能消耗?？梢岳斫獾氖?，增加的電能消耗一般是不理想的，尤其是對于日漸增加的移動設(shè)備而言。

發(fā)明內(nèi)容
一種磁性存儲元件，包括磁性存儲單元，其包括被釘扎層與自由層，此自由層以絕緣層而與被釘扎層分隔。此磁性存儲元件還包括熱盤(thermal plate)。此熱盤與自由層接觸。此磁性存儲元件配置為使第一電流流經(jīng)此熱盤而加熱此熱盤。由于此第一電流的加熱作用，自由層的磁性性質(zhì)可被改變。被改變的磁性性質(zhì)有助于切換自由層的磁化方向。接著可使第二電流流經(jīng)接近此自由層的位線，產(chǎn)生足以切換自由層磁化方向的磁場。由于加熱作用，可以使用較小電流以切換自由層的磁化方向，進(jìn)而減少此元件的功率消耗，其有助于增加密度、并增加隔離效果或減少在存儲單元之間的噪聲干擾。
在本發(fā)明的一個目的中，此熱盤由反鐵磁性材料所構(gòu)成。
在本發(fā)明的另一個目的中，磁性存儲單元可還包括釘扎層，此釘扎層用以固定被釘扎層的磁化方向。此釘扎層可包括反鐵磁材料與合成反鐵磁薄膜。此被釘扎層可包括3d過渡磁性金屬。
在本發(fā)明的又一目的中，此自由層亦可包括3d過渡磁性材料。
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與方法。本發(fā)明內(nèi)容說明章節(jié)目的并非在于定義本發(fā)明。本發(fā)明由權(quán)利要求所定義。舉凡本發(fā)明的實施例、特征、目的及優(yōu)點等將可通過下列說明書及附圖獲得充分了解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，繪示磁性存儲元件的配置；圖2是磁性存儲單元的放大圖，其包括圖1中的磁性存儲元件的一部份；圖3A-3C示出了圖2中的磁性存儲單元的磁滯系統(tǒng)(hysteresis)；圖4A-4C示出了圖2中的磁性存儲單元的磁滯系統(tǒng)；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例，繪示圖1的磁性存儲元件的讀取操作；圖6繪示用以編程磁性存儲單元的例示程序，此磁性存儲單元包括在圖1的磁性存儲元件之中；以及圖7繪示用以將磁性存儲單元的磁性存儲狀態(tài)，編程至圖6的相反狀態(tài)的例示程序，此磁性存儲單元包括在圖1的磁性存儲元件之中。
主要元件符號說明100MRAM元件102MTJ單元104熱盤106位線108通孔110連接器114第一字線晶體管116電極118連接器120第二字線晶體管122第二位線124共同源極節(jié)點126，128 字線202自由層204絕緣層206被釘扎層208SAF層210反鐵磁層212釘扎層502，602，604 電流702，704 電流606，706 磁場具體實施方式
以下所述的實施例，通常涉及磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)元件；然而，可以了解的是，本發(fā)明所述的方法與元件并不必定限定于MRAM元件，而是可以應(yīng)用至任何磁性存儲元件。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為限定于下述的特定實施例。
在下述的實施例中，磁性存儲元件包括磁性隧穿接面(MTJ)存儲單元，其包括有釘扎層、被釘扎層、以及自由層，自由層以絕緣層而與被釘扎層分隔。此磁性存儲單元亦包括耦合至自由層的熱盤。此熱盤可通過流經(jīng)此熱盤的電流而加熱。如下所述，此熱盤可經(jīng)由足夠的加熱而改變自由層的磁性活動，而有助于改變自由層的磁性方向。因此，可以利用較小的電流而改變自由層的磁性方向。
具有可較輕易改變自由層的磁化方向(或編程自由層的狀態(tài))的能力，不僅可以減少所需要的編程電流，亦可減少用以編程磁性存儲單元所需要的電源供應(yīng)器以及切換晶體管的尺寸。因此，在單元之間所需要的隔離空間可以縮小。噪聲干擾亦可被降低，上述各點則促進(jìn)了更密集的磁性存儲元件。此外，存儲單元的編程狀態(tài)的穩(wěn)定性，亦可被改良。
圖1說明了MRAM元件100，其配置根據(jù)本發(fā)明的一個實施例。MRAM元件100包括MTJ單元102，如圖所示。如下所詳述，MTJ單元102包括自由層，自由層與熱盤104接觸。熱盤104的一端可以經(jīng)由通孔108而連接至位線106。熱盤104的另一端可以經(jīng)由連接器110而連接至第一字線晶體管114。MTJ單元102可以從其連接至熱盤104的相反端，耦接至電極116。電極116可經(jīng)由連接器118而連接至第二字線晶體管120的漏極。字線晶體管114與120可包括共同源極節(jié)點124，如圖所示。字線晶體管114與120的柵極可分別耦接至字線126與128。
MRAM元件100亦可包括第二位線122，此第二位線相當(dāng)接近MTJ單元102。如下所詳述，位線122可用于編程MTJ單元102的狀態(tài)。
圖2是繪示MTJ單元102的放大圖。如圖所示，MTJ單元102可包括釘扎層212、被釘扎層206、絕緣層204、與自由層(或數(shù)據(jù)層)202。在圖2所示的實施例中，釘扎層212包括反鐵磁層210與合成反鐵磁(SAF)層208。反鐵磁層210可包括如鐵錳、鉑錳等反鐵磁材料。合成反鐵磁層208可包括合成反鐵磁薄膜，例如鈷鐵/釕/鈷鐵。
可以理解的是，本發(fā)明所述的實施例并不限于釘扎層212中使用SAF薄膜。此外，在MTJ單元102中是否包括反鐵磁層210均可，視實施例而定。
根據(jù)實施例的不同，釘扎層212的厚度可以介于約5至約80納米。
被釘扎層206可包括3d過渡磁性材料，例如鈷鐵。根據(jù)實施例的不同，被釘扎層206的厚度可介于約1至約20納米。
絕緣層204可包括薄層絕緣材料，例如氧化鋁、氧化鎂等。根據(jù)實施例的不同，絕緣層204的厚度可介于約0.7至3納米之間。
自由層202亦可包括3d過渡磁性材料，例如鈷鐵。根據(jù)實施例的不同，自由層202的厚度可以介于約1至約20納米之間。
電極116可以包括導(dǎo)電金屬層。相似地，通孔108、接點110與118、以及位線106，122均可包括導(dǎo)電金屬材料。
根據(jù)實施例的不同，熱盤104可包括反鐵磁材料、或反鐵磁/非磁性材料。舉例而言，熱盤104可包括XMn或XMn/Y，其中X為鉑、銥或鐵等，而Y為釕或銥等。
可以了解的是，熱盤104的反鐵磁性質(zhì)可協(xié)助將自由層202的現(xiàn)有磁化方向釘扎住。自由層202的釘扎作用會使得MTJ單元的狀態(tài)更穩(wěn)定；然而，此釘扎作用亦使得要克服自由層202的矯頑磁性來切換其磁化方向變得更為困難。因此，則需要一個大電流來切換自由層202的狀態(tài)。然而在此處的實施例中，熱盤104通過流經(jīng)熱盤104的電流所加熱。流經(jīng)熱盤104的電流的幅度足以將熱盤104的溫度提升至特定臨界點之上，例如尼爾溫度(Néel temperature)或阻隔溫度(blocking temperature)，在此溫度時熱盤104會成為順磁性。因此，熱盤104將不再把自由層202釘扎于其現(xiàn)存狀態(tài)，因而可使用較小幅度磁場以切換自由層202的狀態(tài)。
此現(xiàn)象可由圖3A-3C以及圖4A-4C的磁滯曲線來說明。在圖3A-3C中，自由層202的磁化方向從正向切換到負(fù)向。在圖3A中，自由層202具有正向磁化方向。如磁滯曲線302所示，其需要大磁場以克服自由層202的矯頑磁性、并將其磁化方向切換至負(fù)向。在熱盤104被加熱后(如上所述)，自由層202不再被熱盤104所釘扎，因為熱盤104不再是反鐵磁體。因此，自由層202的磁性活動改變了，如圖3B中的磁滯曲線304所示。如圖3B所示，改變自由層202的磁化方向所需的磁場大幅降低。因此，在熱盤104被加熱時，可施加磁場至自由層202以切換自由層202的磁化方向。
熱盤104可被允許冷卻至一個溫度，此時其恢復(fù)為反鐵磁體。此現(xiàn)象會使熱盤104將自由層202釘扎于其新磁化方向。此現(xiàn)象可由圖3C中的磁滯曲線306說明。如圖所示，在此點，欲克服自由層202的矯頑磁性，則再次需要大磁場方能達(dá)成。
圖4A至4C說明了將自由層202從負(fù)向磁化方向改變至正向磁化方向的逆向操作。因此，圖4A中的磁滯曲線402說明，在加熱之前需要一個大磁場以改變自由層202的磁化方向。在加熱之后，磁滯曲線平移至圖4B中央的磁滯曲線404，并可使用一個相當(dāng)?shù)偷拇艌鲆愿淖冏杂蓪?02的磁化方向。在加熱之后，磁滯曲線會再次平移，如圖4C中的磁滯曲線406所示，并且自由層202會再次被釘扎。
磁滯曲線從左向右或從右向左偏移的過程，如圖3A至3C以及圖4A至4C所示，可被稱為磁場冷卻程序。此外，在熱盤104與自由層202之間的交互作用，可被稱為交換偏壓耦合(exchange bias)，或交換偏壓耦合力。因此，當(dāng)施加交換偏壓耦合力時，則需要一個大磁場以改變自由層202的磁化方向。當(dāng)熱盤104被加熱時，交換偏壓耦合力即被消除(或克服)，因此欲改變自由層202的磁化方向僅需要一個遠(yuǎn)小于原磁場的磁場。
因此，借著將熱盤104包含在MRAM的磁性存儲單元中，可使用較低的電流將磁性存儲單元從一個狀態(tài)編程至另一個狀態(tài)。此外，由于自由層202的狀態(tài)由熱盤104所釘扎，存儲單元的狀態(tài)將更穩(wěn)定。
圖5根據(jù)一個實施例，繪示用以感測MTJ102的狀態(tài)的一種例示方法。首先，晶體管120通過施加一個感測電壓至字線126而啟動，字線126耦接至晶體管120的柵極。晶體管114以及與磁性存儲元件100中的其他單元相關(guān)的所有字線晶體管，通過施加一個0伏特或輕微負(fù)的偏壓至字線128以及耦接至與其他單元相關(guān)的所有其他晶體管的柵極的字線而關(guān)閉，字線128耦接至晶體管114的柵極。
接著則在位線106與共同源極124之間施加一個電壓差。此電壓差會致使感測電流502流經(jīng)位線106并向下經(jīng)由通孔108而流至熱盤104。感測電流502接著從熱盤104流經(jīng)MTJ單元102而流至電極116，接著經(jīng)由接點118而往下流至晶體管120的柵極。電流502接著從共同源極節(jié)點124流出，在此其可被感測以決定MTJ單元102的電阻。
電流502的方向取決于與施加至位線106與共同源極124的電壓差相關(guān)的電壓方向。因此，施加與圖5的范例所施加的電壓差相反方向的電壓差，將致使一個電流流向與圖5相反的方向。
若自由層202的磁化方向?qū)?zhǔn)至被釘扎層206的磁化方向，則MTJ的電阻會比未對準(zhǔn)時的電阻低。通過感測MTJ102的電阻，可以決定MTJ102的狀態(tài)。
除了位線106以外的所有其他位線可以浮置或接地。相似地，除了共同源極節(jié)點124以外的其他共同源極節(jié)點可以浮置或接地。
在感測操作中，位線122以及在元件100中的所有相似位線浮置或接地。
圖6繪示一個例示方法，以將MTJ102的狀態(tài)編程至邏輯“1”。首先，施加一個電壓至字線128而啟動晶體管114，字線128耦接至晶體管114的柵極。施加一個0伏特或一個輕微負(fù)偏壓至晶體管120與所有其他與元件100中的其他單元相關(guān)的晶體管的柵極，從而關(guān)閉這些晶體管。接著施加一個電壓差至位線106與共同源極124之間，而產(chǎn)生流經(jīng)位線106的電流602。電流602的方向再次取決于所施加至位線106與共同源極124之間的電壓差的電壓方向。
在圖6的實施例中，電流602流經(jīng)位線106、并經(jīng)由通孔108而往下流至熱盤104。此電流將加熱熱盤104。此加熱作用的發(fā)生是由于熱盤104的高電阻。此高電阻使得大部分的壓降發(fā)生在熱盤104之中，進(jìn)而加熱熱盤104。此加熱功率將遵守下列公式P＝IV。
電流602會流經(jīng)熱盤104，并經(jīng)由接點110與晶體管而往下流至共同源極124。一旦熱盤104被加熱到足以高于其尼爾溫度或阻隔溫度時，可接著通過位線122施加一個電流以產(chǎn)生磁場606。磁場606可用于改變自由層202的磁化方向?？梢粤私獾氖?，當(dāng)施加足夠強的磁場606時，自由層202的磁化方向?qū)姥艌?06的方向。
在圖6的實施例中，流入位線122的電流604是流入頁面。此將產(chǎn)生如圖所述的磁場。
當(dāng)自由層202的磁化方向通過磁場606而改變時，則可移除先前施加至位線106與共同源極124之間的電壓差，亦即同時移除電流602。電流604也可被移除。一旦電流602被移除，熱盤104的溫度會降至尼爾溫度或阻隔溫度以下，且熱盤104會再次成為反鐵磁體。此現(xiàn)象會將自由層202的磁化方向釘扎，如上所述。
在圖6所述的編程操作中，除了位線106以外的所有位線，可以是浮置或接地。相似的，在元件100中，除了共同源極節(jié)點124以外的其他所有共同源極節(jié)點，可以浮置或接地。
圖7繪示了一個例示方法，以將自由層202的狀態(tài)改變至邏輯“0”。此方法類似于圖6所示的方法，然而，在位線122中所流動的電流方向704是流出頁面，并且其電流方向與圖6中的電流604相反。此現(xiàn)象將致使自由層的磁化方向被切換至依循磁場706的方向。
再次地，除了位線106之外，所有與元件100中的單元相關(guān)的位線，可以浮置或接地，而在元件100中除了共同源極節(jié)點124以外的其他所有共同源極節(jié)點，可浮置或接地。
可以了解的是，在上述實施例中所施加的電壓與電壓差，必須足以產(chǎn)生所述的電流與磁場。因此，對每一個特定應(yīng)用而言，所施加的電壓與電壓差將視情況而改變。在各實施例中所述及的描述不應(yīng)被視為將本發(fā)明限定于特定的電壓與電壓差。
此外，產(chǎn)生電流流經(jīng)熱盤104以將熱盤104加熱至超過其尼爾溫度或阻隔溫度的時間長度，必須足以使其達(dá)到所需的溫度。例如，對鐵錳而言，所達(dá)到的溫度必須約高于300℃。因此，若使用鐵錳于熱盤104中，則在熱盤104中產(chǎn)生電流的時間必須夠長，以將熱盤104加熱至約超過300℃。因此，在本發(fā)明中所產(chǎn)生的各個電流的時間長度，將取決于特定應(yīng)用。在本文中所述及者不應(yīng)被視為將本發(fā)明限制于任何特定的時間長度或時間區(qū)間。在本文中所述及者亦不應(yīng)被視為將熱盤104加熱至任何限定溫度。同樣地，熱盤104應(yīng)經(jīng)過足夠加熱，使得其溫度升高至大于所使用的特定材料的尼爾溫度或阻隔溫度。
雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不局限于以上詳細(xì)描述。以上描述中已經(jīng)提出了替換方式和修改樣式，并且其他替換方式及修改樣式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，特別是，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法，所有在實質(zhì)上等同于本發(fā)明的構(gòu)件結(jié)合而實現(xiàn)與本發(fā)明實質(zhì)上相同結(jié)果者都不會脫離本發(fā)明的精神范疇。因此，所有這些替換方式及修改樣式意欲落在本發(fā)明在權(quán)利要求以及等價物所界定的范圍內(nèi)。任何前文所提及的專利申請以及印刷文本都是本案的參考。
權(quán)利要求
1.一種磁性存儲元件，包括磁性存儲單元，所述磁性存儲單元包括被釘扎層，包括被釘扎的磁化方向；釘扎層，位于所述被釘扎層之下，配置為固定所述被釘扎層的磁化方向；絕緣層，位于所述被釘扎層上；自由層，位于所述絕緣層上，其包括可切換的磁化方向；以及熱盤，耦接至所述自由層，當(dāng)所述熱盤溫度低于特定溫度時，所述熱盤通過交換偏壓耦合效應(yīng)決定所述自由層的磁化方向。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，當(dāng)所述熱盤的溫度高于所述特定溫度時，所述熱盤并不產(chǎn)生所述交換偏壓耦合效應(yīng)來決定所述自由層的所述磁化方向。
3.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述熱盤由反鐵磁材料所構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的磁性存儲元件，其中，所述反鐵磁材料為XMn或XMn/Y。
5.如權(quán)利要求4所述的磁性存儲元件，其中，X為鉑、銥、或鐵。
6.如權(quán)利要求4所述的磁性存儲元件，其中，Y為釕或銥。
7.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述釘扎層包括合成反鐵磁層。
8.如權(quán)利要求7所述的磁性存儲元件，其中，所述合成反鐵磁層包括鈷鐵/釕/鈷鐵。
9.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述釘扎層還包括反鐵磁層。
10.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述釘扎層的厚度介于約5nm至80nm之間。
11.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述被釘扎層為鈷鐵。
12.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述被釘扎層的厚度介于約1nm至20nm之間。
13.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述絕緣層包括氧化鋁或氧化鎂。
14.如權(quán)利要求13所述的磁性存儲元件，其中，所述絕緣層的厚度介于約0.7nm至3nm之間。
15.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述自由層的材料為鈷鐵。
16.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，還包括第一位線，其耦接至所述熱盤的一端。
17.如權(quán)利要求16所述的磁性存儲元件，還包括一對字線晶體管以及由該對字線晶體管所共用的共同源極節(jié)點，且其中所述熱盤的另一端耦接至該對字線晶體管中一個的漏極。
18.如權(quán)利要求17所述的磁性存儲元件，其中，另一個所述字線晶體管的漏極耦接至所述磁性存儲單元。
19.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，還包括緊鄰于所述磁性存儲單元的第二位線。
20.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，所述磁性存儲元件包括磁性存儲單元的交叉陣列。
21.一種用以編程磁性存儲元件的方法，所述磁性存儲元件包括熱盤、位線、以及磁性存儲單元，所述磁性存儲單元包括被釘扎層、釘扎層、以及自由層，所述自由層包括可切換的磁化方向，所述方法包括施加電流至所述熱盤，所述電流致使所述熱盤的溫度高于臨界點；以及施加電流流至所述位線，所述電流用于產(chǎn)生磁場，所述磁場的強度足以切換所述自由層的所述磁化方向。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括將電流從所述熱盤移除、并允許所述熱盤冷卻，以釘扎所述自由層的磁化方向。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括從所述位線移除所述電流。
24.一種用以讀取磁性存儲單元的狀態(tài)的方法，所述磁性存儲單元包括熱盤、位線、一對包括共同源極節(jié)點的字線晶體管、以及磁性存儲單元，所述磁性存儲單元包括被釘扎層以及自由層，所述被釘扎層包括釘扎磁化方向，所述自由層包括可切換的磁化方向，所述方法包括通過以下步驟而產(chǎn)生感測電流啟動該對字線晶體管之一；以及施加一個電壓差于所述位線與所述共同源極節(jié)點之間；以及利用感測放大器偵測所述感測電流，以決定所述被釘扎層的磁化方向與所述自由層的磁化方向是平行的還是反平行的。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括關(guān)閉另一個所述字線晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性存儲元件，其包括磁性存儲單元，此磁性存儲單元包括被釘扎層以及自由層，自由層以絕緣層而與被釘扎層分離。此磁性存儲元件亦包括接觸至自由層的熱盤。此磁性存儲元件配置為可以利用流經(jīng)此熱盤的第一電流來加熱此熱盤。此自由層的磁性性質(zhì)可被第一電流所導(dǎo)致的加熱作用而改變，進(jìn)而更容易切換自由層的磁化方向。接著可使第二電流流經(jīng)接近自由層的位線，產(chǎn)生足以切換自由層的磁化方向的磁場。
文檔編號H01F10/32GK101068037SQ20071010218
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者何家驊, 謝光宇 申請人:旺宏電子股份有限公司