TT-MRAM的鐵磁性材料的兩個層的釘扎磁 化層12和存儲層14中的相應的磁矩（magnetic moment)在相反的方向（即，反向平行） 上的情況下，使得電子從釘扎磁化層12移動到存儲層14情況。
[0104] 釘扎磁化層12是由于高矯磁力使磁矩的方向被固定的釘扎磁性層。
[0105] 通過釘扎磁化層12的電子是自旋極化的，即，向上的類型和向下的類型的相應的 數(shù)量之間產(chǎn)生了差異。如果作為非磁性層的中間層13的厚度被制成足夠薄，那么在標準的 非磁性材料中電子將由于通過釘扎磁化層12是適度的和未極化的狀態(tài)（其中向上的類型 和向下的類型的數(shù)量是相等的）而在自旋極化之前到達另一磁性材料，即存儲層14。
[0106] 因為自旋極化的標志在存儲層14中是相反的，所W為了減少系統(tǒng)能量，一些電子 被反轉(zhuǎn)，即，改變自旋角動量的方向。該時，因為需要保持系統(tǒng)的總角動量，所W與由改變電 子的方向所引起的角動量改變的總數(shù)相等的反應力同樣被施加到存儲層14的磁矩。
[0107] 如果電流低，即每單位時間通過的電子的數(shù)量低，那么因為方向改變的電子的總 數(shù)也低，所W存儲層14的磁矩產(chǎn)生的角動量的改變同樣小。然而，如果電流增加，那么每單 位時間可W施加大的角動量的改變。
[0108] 隨時間變化的角動量是扭矩，并且如果扭矩超過給定的闊值，則存儲層14的磁矩 的運動開始，并且由于單軸各向異性，磁矩在旋轉(zhuǎn)180度的位置處變得穩(wěn)定。就是說，發(fā)生 從相反的方向（反向平行）到相同方向（平行）反轉(zhuǎn)。
[0109] 當磁化處于相同的方向上時，如果電流在相反方向上流動從而將電子從存儲層14 發(fā)送到釘扎磁化層12,那么該時候通過釘扎磁化層12反射的自旋反轉(zhuǎn)的電子將被提供關 于進入存儲層14的扭矩，使得可W將磁矩反轉(zhuǎn)到相反的方向。然而，當該樣做時，引起反轉(zhuǎn) 所需的電流量大于當從相反的方向反轉(zhuǎn)到相同的方向時。
[0110] 盡管難W直觀地理解從相同的方向到相反的方向的磁矩的反轉(zhuǎn)，但考慮釘扎磁化 層12的磁矩由于釘扎磁化層12被固定而沒有被反轉(zhuǎn)，并且因此存儲層14被反轉(zhuǎn)W保存整 個系統(tǒng)的角動量。
[0111] W該種方法，0/1的記錄通過使與相應的極性相對應并且具有等于或高于闊值的 量的電流在從釘扎磁化層12到存儲層14的方向上或在相反方向上流動來實現(xiàn)。
[011引同時，W與現(xiàn)有的MRAM同樣的方式，使用磁電阻效應實現(xiàn)信息的讀取。就是說，W 與上述記錄同樣的方法，使得電流在垂直于膜表面的方向上流動。利用元件所W表現(xiàn)出的 磁阻根據(jù)存儲層14的磁矩是否在與釘扎磁化層12的磁矩處于相同的方向上、或者處于相 反的方向上而改變的現(xiàn)象。
[0113] 用作釘扎磁化層12與存儲層14之間的中間層13的材料可W是金屬或者可W是 絕緣體。然而，存在W下情況，其中絕緣體被用作中間層W獲得更高的讀取信號（或電阻的 變化率）并且使得能夠利用更小的電流進行記錄。該樣的元件被稱作磁性隧道結(jié)（MTJ)。
[0114] 然而，當通過自旋扭矩磁化反轉(zhuǎn)使磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)時，需要的電流的闊值 Ic根據(jù)磁性層的易磁化軸是否處于平面內(nèi)的方向或垂直方向而不同。
[0115] 如果平面內(nèi)磁a化類型STT-MRAM的反轉(zhuǎn)電流被表示為"Ic_para"，
[0116] 那么，平行-〉反向平行；Ic_para = (AX a XMsXV/g(0)/P) (Hk+2piMs)
[0117] 反向平行-〉平行；Ic_para = -(AX a XMsXV/g(pi)/F〇 化k+2piMs)
[0118] 同時，如果垂直磁化類型STT-MRAM的反轉(zhuǎn)電流被表示為"Ic_pe巧"，
[0119] 平行-〉反向平行；Ic_pe巧=(AX a XMsXV/g(0)/P) (Hk-4piMs)
[0120] 反向平行-〉平行；-(AX a XMsXV/g(pi)/F〇 (Hk-4piMs)
[0121] 其中A是恒定值，a是阻巧常數(shù)，Ms是飽和磁化，V是元件容量，g(0)P、g(pi)P是 與當磁性平行或反向平行時自旋扭矩被轉(zhuǎn)移到另一個磁性層的效率相對應的系數(shù)，并且Hk 是磁各向異性（參見NPL 3)。
[0122] 在W上等式中，通過比較垂直磁化類型的0lk-4piMs)與平面內(nèi)磁化類型 0lk+2piMs)，可W理解垂直磁化類型適于減少記錄電流。
[0123] 應注意，當使用具有下面描述的熱穩(wěn)定性的指數(shù)的A的關系表示時，反轉(zhuǎn)電流Ic 通過W下等式1表示。
[0124] [數(shù)學式1]
[0125]
【主權(quán)項】
1. 一種存儲元件，包括： 分層結(jié)構(gòu)，包括： 存儲層，具有垂直于所述存儲層的表面的磁化，并且對應于信息改變所述存儲層的磁 化方向； 釘扎磁化層，具有垂直于所述釘扎磁化層的表面的磁化，并且用作用于存儲在所述存 儲層中的信息的標準；以及 絕緣層，由非磁性材料組成并且被設置在所述存儲層與所述釘扎磁化層之間， 其中，通過在所述分層結(jié)構(gòu)的層壓方向上注入自旋極化電子改變所述存儲層的磁化方 向來執(zhí)行所述存儲層中的信息的記錄， 其中，所述釘扎磁化層具有由非磁性層和至少兩個鐵磁性層組成的層壓鐵磁釘扎結(jié) 構(gòu)， 其中，使用CoFeB磁性層配置所述釘扎磁化層中的與所述絕緣層接觸的磁性材料，并 且 其中，所述釘扎磁化層中的不與所述絕緣層接觸的磁性材料是使用Pt族金屬元素和 鐵磁性3d過渡金屬元素中的每一個的至少一種的合金和層壓結(jié)構(gòu)中的一個，所述鐵磁性 3d過渡金屬元素是3d過渡金屬元素中的鐵磁性元素，并且所述Pt族金屬元素的原子濃度 低于所述鐵磁性3d過渡金屬元素的原子濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲元件， 其中，在使用所述Pt族金屬元素和所述鐵磁性3d過渡金屬元素中的每一個中的至少 一種的磁性材料中，所述Pt族金屬元素的原子濃度為40%以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲元件， 其中，Pt和Pd中的至少一個被用作所述Pt族金屬元素。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲元件， 其中，Co和Fe中的至少一個被用作所述鐵磁性3d過渡金屬元素。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲元件， 其中，所述釘扎磁化層中的所述非磁性層的上表面和下表面均與所述磁性材料接觸， 所述磁性材料使用所述Pt族金屬元素和所述鐵磁性3d過渡金屬元素中的每一個的至少一 種。
6. -種存儲裝置，包括： 存儲元件，被配置為利用磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息；以及 彼此相交的兩種類型的配線， 其中，所述存儲元件具有分層結(jié)構(gòu)，所述分層結(jié)構(gòu)包括： 存儲層，具有垂直于所述存儲層的表面的磁化，并且對應于信息改變所述存儲層的磁 化方向； 釘扎磁化層，具有垂直于所述釘扎磁化層的表面的磁化，并且用作用于存儲在所述存 儲層中的信息的標準；以及 絕緣層，由非磁性材料組成并且被設置在所述存儲層與所述釘扎磁化層之間， 其中，通過在所述分層結(jié)構(gòu)的層壓方向上注入自旋極化電子改變所述存儲層的磁化方 向來執(zhí)行所述存儲層中的信息的記錄， 其中，所述釘扎磁化層具有由非磁性層和至少兩個鐵磁性層組成的層壓鐵磁釘扎結(jié) 構(gòu)， 其中，使用CoFeB磁性層配置所述釘扎磁化層中的與所述絕緣層接觸的磁性材料，并 且 其中，所述釘扎磁化層中的不與所述絕緣層接觸的磁性材料是使用Pt族金屬元素和 鐵磁性3d過渡金屬元素中的每一個的至少一種的合金和層壓結(jié)構(gòu)中的一個，所述鐵磁性 3d過渡金屬元素是3d過渡金屬元素中的鐵磁性元素，并且所述Pt族金屬元素的原子濃度 低于所述鐵磁性3d過渡金屬元素的原子濃度， 其中，所述存儲元件被布置在所述兩種類型的配線之間，并且 其中，經(jīng)由所述兩種類型的配線，所述層壓方向上的電流在所述存儲元件中流動并且 所述自旋極化電子被注入。
7. 一種磁頭，包括： 分層結(jié)構(gòu)，包括： 存儲層，具有垂直于所述存儲層的表面的磁化，并且對應于信息改變所述存儲層的磁 化方向； 釘扎磁化層，具有垂直于所述釘扎磁化層的表面的磁化，并且用作用于存儲在所述存 儲層中的信息的標準；以及 絕緣層，由非磁性材料組成并且被設置在所述存儲層與所述釘扎磁化層之間， 其中，所述釘扎磁化層具有由至少兩個鐵磁性層和非磁性層組成的層壓鐵磁釘扎結(jié) 構(gòu)， 其中，使用CoFeB磁性層配置所述釘扎磁化層中的與所述絕緣層接觸的磁性材料，并 且 其中，所述釘扎磁化層中的不與所述絕緣層接觸的磁性材料是使用Pt族金屬元素和 鐵磁性3d過渡金屬元素中的每一個的至少一種的合金和層壓結(jié)構(gòu)中的一個，所述鐵磁性 3d過渡金屬元素是3d過渡金屬元素中的鐵磁性元素，并且所述Pt族金屬元素的原子濃度 低于所述鐵磁性3d過渡金屬元素的原子濃度。
【專利摘要】提供了一種存儲元件，包括分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)包括：存儲層，具有垂直于所述存儲層的表面的磁化，并且對應于信息改變其磁化方向；釘扎磁化層，具有垂直于釘扎磁化層的表面的磁化，并且用作用于存儲在存儲層中的信息的標準；以及絕緣層，由非磁性材料組成并且被設置在存儲層與釘扎磁化層之間。
【IPC分類】G11C11-16, H01L43-08, B82Y25-00
【公開號】CN104662686
【申請?zhí)枴緾N201380049184
【發(fā)明人】山根一陽, 細見政功, 大森廣之, 別所和宏, 肥后豐, 淺山徹哉, 內(nèi)田裕行
【申請人】索尼公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年8月9日
【公告號】EP2901507A1, US20150228889, WO2014049935A1