[发明专利]利用磁畴壁移动的数据存储装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据存储装置，更具体地讲，涉及一种利用磁性材料中的磁畴壁(magnetic domain wall)移动的数据存储装置和操作该数据存储装置的方法。

背景技术

构成铁磁体的微小磁区称为磁畴。磁畴中的所有电子的旋转(即它们的磁矩的方向)是相同的。磁畴的大小和磁化方向能够根据磁性物质的性质、形状和大小以及外部能量而被适当地控制。

磁畴壁是具有不同磁化方向的磁畴之间的边界部分。磁畴壁能够根据外部磁场或施加于磁性物质的电流而移动。也就是说，具有特定磁化方向的多个磁畴能够形成于具有预定宽度和厚度的磁层中，并且磁畴和磁畴壁能够通过使用磁场或具有适当强度的电流被移动。

磁畴壁移动的原理能够应用于数据存储装置。例如，当磁畴根据磁畴壁的移动而经过读/写磁头时，可在没有记录介质的物理移动(例如，旋转)的情况下实现读/写数据的操作。因此，与通常的随机存取存储器(RAM)不同，应用了磁畴壁移动的原理的数据存储装置不需要用于指定读(或写)数据的基元(cell)的字线(word line)，并且与硬盘驱动器(HDD)不同，不必旋转这种数据存储装置的记录介质。由于利用磁畴壁移动的数据存储装置具有相对简单的结构和较小的比特大小(bit size)，所以能够实现超过1万亿字节(1 tera bytes)的超大存储容量。

然而，由于这种数据存储装置处于发展的第一阶段，所以应该解决几个问题以便这些数据存储装置可以投入实际应用。特别地，需要研发一种在利用磁畴壁移动的数据存储装置中实际应用的记录数据的方法。以下，将描述传统的利用磁畴壁移动的数据存储装置中的写操作(以下，称为传统写操作)的问题。

传统写操作能够分为利用外部磁场的方法和利用电子的自旋力矩(spintorque)现象的方法。利用电子的自旋力矩现象的方法可分为利用巨磁阻(GMR)的方法和利用隧道磁阻(TMR)的方法。

当磁层具有较大的磁各向异性能(magnetic anisotropic energy)时，不能应用利用外部磁场的方法，这意味着通过使用利用外部磁场的方法不能实现具有良好性质和高记录密度的数据存储装置。

在利用电子的自旋力矩现象的方法中，当记录数据的磁层的厚度大于预定厚度(即，大约3nm)时，难以执行写操作。因此，利用电子的自旋力矩现象的方法不能应用于要求磁层的厚度大于100nm的垂直磁记录方法。TMR或GMR写磁头(write head)具有铁磁层(固定层，pinned layer)、分离层(绝缘层或导电层)、和记录数据的磁层顺序堆叠的堆叠结构。在堆叠处理中，由于分离层的表面可能因蚀刻(etching)而损伤，所以写操作的性质可能恶化。另外，由于TMR或GMR写磁头的形成需要多层薄膜处理，所以制造TMR或GMR写磁头比较困难。

因此，需要研发一种不受记录数据的磁层的性质和尺寸限制的写操作，其中，从根本上防止写操作的操作特性由于分离层损伤而恶化。

另外，需要研发一种包括相对于上述新的写方法执行适当的读操作的读磁头的数据存储装置以及一种用于移动磁畴壁的装置。

发明内容

本发明提供了一种包括数据记录装置的数据存储装置，该数据存储装置不受记录数据的磁层的性质和尺寸的限制，其中，从根本上防止了数据存储装置的操作特性由于蚀刻损伤而恶化。

本发明还提供了一种操作该数据存储装置的方法。

根据本发明的一方面，提供了一种数据存储装置，包括：第一磁层，用于写数据，并包括在彼此相反的方向磁化的两个磁畴；第二磁层，用于存储数据，并形成于第一磁层的至少一侧。

所述数据存储装置可还包括：数据记录装置，连接至第一磁层的两端以及第二磁层的与第一磁层不相邻的一端；读磁头，设置为与第二磁层的与第一磁层不相邻的所述一端相距预定距离；电流检测器，连接至读磁头和数据记录装置。

读磁头可设置于与第二磁层的所述一端接近的第二磁层的部分。

读磁头可包括顺序形成于第二磁层的下表面的绝缘层、电极层、铁磁自由层、分离层和铁磁固定层。

电极层和铁磁固定层可连接至电流检测器。

读磁头可包括顺序形成于第二磁层的下表面的铁磁自由层、分离层和铁磁固定层。

铁磁固定层和第二磁层的所述一端可连接至电流检测器。

可在第二磁层的所述一端和电流检测器之间以及第二磁层的所述一端和数据记录装置之间分别设置开关装置。

数据记录装置可包括电流控制器。

数据记录装置可包括电压控制器。