[发明专利]具有横向钉扎的非易失性存储器单元

说明书

发明内容

本发明的各个实施例一般涉及配置有横向磁化钉扎层的非易失性存储器单元。

根据各个实施例，磁性自由层通过非磁性间隔层与反铁磁性层(AFM)横向隔开，并通过磁性隧道结与合成反铁磁性层(SAF)中间地隔开。AFM通过与SAF的钉扎区接触来钉扎住SAF的磁化，所述SAF的钉扎区横向地延伸超过磁性隧道结。

以本发明的各个实施例为表征的这些和其他特征和优点可考虑以下具体讨论和所附附图来理解。

附图说明

图1是根据本发明的各个实施例所构成和操作的示例性数据存储设备的概括功能示图。

图2示出用于从图1的设备的存储器阵列读取数据和向其写入数据的电路。

图3概括地示出一种可将数据写入存储器阵列的存储器单元的方式。

图4概括地示出一种可从图3的存储器单元读取数据的方式。

图5示出根据本发明的各个实施例所构成和操作的示例性存储器单元。

图6示出根据本发明的各个实施例所构成和操作的示例性存储器单元的等距示图。

图7显示存储器单元的示例性替换构造。

图8显示根据本发明各种实施例进行的示例性单元制造例程的一种流程图和相应说明的磁性叠层。

具体实施方式

本公开一般涉及非易失性存储器单元，诸如自旋矩随机存取存储器(STRAM)单元。固态非易失性存储器是在形状因数不断减小的情况下为了提供可靠的数据存储和更快的数据传输速率而正在开发的技术。然而，与固态单元关联的若干问题抑制了实际应用，例如大的切换电流、低的工作裕量以及导致低的总数据容量的低的面密度。在近期的尝试中，高易失性通过降低单元的隧道磁阻(TMR)效应而进一步败坏了固态单元，这对应于降低的单元可读性和可写性。

因此，具有由相对磁性自由层横向定位的反铁磁性层(AFM)磁性钉扎的合成反铁磁性(SAF)层的固态非易失性存储器单元降低了易失性，同时提高了可读性和可写性。AFM相对于自由层的横向取向允许高温退火以增加单元的TMR，并且同时不会通过来自AFM的易失性原子扩散而增加易失性。AFM的这种横向结构也提供了较小的单元总厚度，该较小的单元总厚度能导致各数据存储设备中增加的存储容量。

图1提供根据本发明的各种实施例来配置和操作的数据存储设备100的功能框图。该数据存储设备被构想成包括诸如PCMCIA卡或USB型的外部存储器件之类的便携式非易失性的存储设备。然而，应当理解，设备100的这些特性仅仅是出于说明具体实施例的目的，而非限于所要求保护的主题。

设备100的最高层的控制由合适的控制器102进行，控制器102可以是可编程的或基于硬件的微控制器。控制器102经由控制器接口(I/F)电路104和主机I/F电路106与主机设备通信。必要命令、编程、操作数据等的本地存储经由随机存取存储器(RAM)108和只读存储器(ROM)110提供。缓冲器112用来暂存来自主机设备的输入写数据并将待传输的数据回读给主机设备。

在114示出包括大量存储器阵列116(标示为阵列0-N)的存储空间，尽管应当理解可根据需要使用单个阵列。每个阵列116包括一块选定存储容量的半导体存储器。控制器102和存储器空间114之间的通信是经由存储器(MEM)接口118来协调的。根据需要，实时差错检测和校正(EDC)编码和解码操作是藉由EDC块120在数据传输过程中执行的。

尽管并非限制，但在一些实施例中，图1所示的各个电路被排列成单个芯片集，该单个芯片集在具有合适的封装、外壳和互连特征(出于清楚的目的而未单独示出)的一个或多个半导体管芯上形成。运作该设备的输入功率由合适的功率管理电路122处理并从例如电池、AC电源输入等适当源提供。功率也能例如通过使用USB式接口等从主机直接被提供给设备100。

可使用任何数量的数据存储和传输协议，诸如逻辑块寻址(LBA)，由此数据被排列并存储在固定尺寸的块(诸如512个字节的用户数据加上ECC、备份、报头信息等的开销字节)中。根据LBA发布主机命令，并且设备100可进行相应LBA至PBA(物理块地址)的转换来标识并提供与拟存储或检索的数据相关联的位置。

图2提供图1的存储器空间114的选择方面的一般表示。数据被存储为存储器单元124的行列布局，它们可由各行(字)和列(位)线访问。单元和其存取线的实际配置将取决于给定应用的要求。然而，一般而言，应当理解，各种控制线一般将包括选择性地启用和禁用对各个单元值相应的写入和读取的启用线。