[发明专利]使用电感转换的磁随机存取存储器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁随机存取存储器装置，具体说，涉及一种使用电感转换(CID)方法的磁随机存取存储器装置。

背景技术

随着信息产业的发展，会需要大量信息处理。因此，对可存储大量信息的数据存储介质的需求持续增加。由于这些增加的需求，进行了关于具有更高的数据存储速度的更小的信息存储介质的研究，结果，研发了各种类型的信息存储设备。

信息存储设备可划分为易失性信息存储设备和非易失性信息存储设备。在易失性信息存储设备的情况下，当关闭电源时所有记录的信息会被擦除。然而，易失性信息存储设备可具有更高信息记录和/或再现速度。在非易失性信息存储设备的情况下，即使关闭电源也不会擦除记录的信息。

易失性信息存储设备的示例为动态随机存取存储器(DRAM)装置。非易失性信息存储设备的示例可包括硬盘驱动(HDD)和随机存取存储器(RAM)装置。

图1A是作为现有技术的非易失性信息存储设备的示例的磁随机存取存储器(MRAM)的横截面图。

参照图1A，可在可电连接到晶体管10的基极12之上形成磁阻结构14。可在相应于磁阻结构14的区域中在基极12的下侧形成第一导线16a。可在磁阻结构14上形成第二导线16b。在现有技术MRAM中，为了记录信息，磁场可被施加到磁阻结构14以将磁阻结构的磁性材料磁化为两个存储器状态中的一个。

例如，当电流流过第一导线16a或第二导线16b时，可在第一导线16a或第二导线16b周围产生磁场。产生的磁场可确定磁阻结构14的自由层104的磁化方向，并因此可记录信息。磁阻结构14可包括：反铁磁性层101；固定层102，其磁化方向由反铁磁性层101固定；非磁性层103，在固定层102上形成；和/或自由层，在非磁性103上形成，并且它的磁化方向可反转。

使用磁场以转换期望的存储单元(memory cell)方向的存储器装置具有以下问题中的一个或多个。

首先，当减少单元格的大小以实现高密度存储器装置时，可增加自由层104的矫顽力(coercivity)，从而增加存储器装置的转换区域。因此，将被应用于存储器装置的电流的磁场必须更大。其次，在包括多个存储单元的存储器装置中，磁场可影响第一导线16a和第二导线16b周围的存储单元，并且还可转换不期望的存储单元。结果，在使用磁转换方法的磁存储器装置中，在确保选择性和高密度性方面具有困难。为处理上述问题，研究了使用电感转换(CID)方法的磁存储器装置。

图1B是使用CID方法的现有技术的存储器装置的透视图。参照图1B，可在电连接到晶体管10的下部电极17上依次形成磁阻结构14和上部电极18。在相应于下部电极17的磁阻结构14上可依次形成反铁磁性层101、由反铁磁性层101固定其磁化方向的固定层102、非磁性层103和/或在非磁性层103上形成并且其磁化方向可反转的自由层104。

在图1B的CID方法中，可通过将按照一个方向极化其旋转的电流通过下部电极17施加到磁阻结构14并通过使用电子的旋转转移直接将自由层104转换为期望的方向。

该方法有利于实现高密度，因为随单元大小的减小，可减少所需的电流。使用CID方法的磁存储器装置的问题在于转换所需要的临界电流仍然会很大，很难将其商品化。因此，正在进行用于减少临界电流的研究。

现将描述已经提出的减少临界电流的方法。

第一，极化因数的减小可减小临界电流。随输入的电流的极化因数增大，可减小转换所需要的临界电流。然而，因为极化因数是物质的基本特性，所以极化只可略有增加。第二，提出了一种使用多层结构的方法；然而，该处理较复杂。第三，进行了关于使用半金属(half-metal)的研究，因为众所周知理论上半金属具有较大的极化因数。然而，半金属也很难应用于产品。第四，提出了一种减少剩磁(remanent magnetization)的值和磁层的厚度的方法。然而，由于由单元自身的体积减少引起的超顺磁效应，无法保证记录的信息的稳定性。

发明内容

示例性实施例可提供一种使用CID方法的存储器装置，所述磁存储器装置具有可减小转换存储器装置所需要的临界电流的结构。根据示例性实施例，提供一种使用电感转换方法的磁存储器装置，包括：下部电极；磁阻结构，在下部电极上形成并且磁阻结构具有包含两个边的第一自由层，在宽度方向上两个边之间的距离是变化的；以及上部电极，在磁阻结构上形成。自由层的两个边的宽度可向边的中心凹陷，并且自由层可具有椭圆形结构。