[发明专利]压控层间交换耦合磁阻存储器设备及其操作方法

权利要求书

1.一种磁阻存储器设备，所述磁阻存储器设备包括：

第一电极；

第二电极；和

第一层叠堆，所述第一层叠堆位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述第一层叠堆包括：

自由层；

参考层；

绝缘层，所述绝缘层位于所述自由层与所述参考层之间；

铁磁层；和

导电非磁层间交换耦合层，所述导电非磁层间交换耦合层位于所述自由层与所述铁磁层之间。

2.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，其中：

所述自由层包括铁磁自由层；

所述参考层包括铁磁参考层；

所述绝缘层包括隧道势垒层；并且

所述铁磁层包括垂直磁各向异性(PMA)铁磁层，所述PMA铁磁层的PMA高于所述参考层的PMA。

3.根据权利要求2所述的磁阻存储器设备，其中：

所述隧道势垒层具有1.2nm或更小的厚度；并且

所述层间交换耦合层具有0.1nm至7nm的厚度。

4.根据权利要求3所述的磁阻存储器设备，其中：

所述参考层具有与所述PMA铁磁层的磁化方向平行的磁化方向；并且

包括所述隧道势垒层、所述自由层、所述层间交换耦合层和所述PMA铁磁层的第二层叠堆的电压依赖性交换耦合具有正交换耦合系数。

5.根据权利要求3所述的磁阻存储器设备，其中：

所述参考层具有与所述PMA铁磁层的磁化方向反平行的磁化方向；并且

包括所述隧道势垒层、所述自由层、所述层间交换耦合层和所述PMA铁磁层的第二层叠堆的电压依赖性交换耦合具有负交换耦合系数。

6.根据权利要求3所述的磁阻存储器设备，其中：

所述导电非磁层间交换耦合层基本上由选自Au、Cu、Cr、Ru和Al的至少一种金属元素组成；

所述隧道势垒层是位于所述第一电极与所述第二电极之间的唯一电绝缘层；并且

所述隧道势垒层基本上由氧化镁组成。

7.根据权利要求6所述的磁阻存储器设备，其中所述PMA铁磁层包含选自FePt合金、FePd合金、CoPt合金、Pt/Co多层叠堆、Co/Ag多层叠堆、Co/Cu多层叠堆、Co/Ni多层叠堆、(Pt/Co/Pt)/Pd多层叠堆、(Pt/Co/Pt)/Ag多层叠堆、(Pt/Co/Pt)/Cu多层叠堆、(Pt/Co/Pt)/Ni多层叠堆和Co/(Pt/Pd)多层叠堆的材料。

8.根据权利要求1所述的磁阻存储器设备，所述磁阻存储器设备还包括合成反铁磁结构，所述合成反铁磁结构包括所述参考层、固定铁磁层和反铁磁耦合层，所述固定铁磁层的磁化与所述参考层的参考磁化反平行，所述反铁磁耦合层位于所述参考层与所述固定铁磁层之间。

9.一种磁阻随机存取存储器，所述磁阻随机存取存储器包括：

根据权利要求2所述的磁阻存储器设备的实例的二维阵列；

字线，所述字线电连接所述二维阵列的所述第一电极的相应子组；

位线，所述位线电连接所述二维阵列的所述第二电极的相应子组；和

编程与感测电路系统，所述编程与感测电路系统连接到所述位线并被配置为通过自旋转移扭矩效应和压控交换耦合效应的组合来对所述磁阻存储器设备进行编程，以及通过隧道磁阻(TMR)效应来读取所述磁阻存储器设备。

10.一种操作根据权利要求2所述的磁阻存储器设备的方法，所述方法包括：

通过自旋转移扭矩效应和压控交换耦合效应的组合来对所述磁阻存储器设备进行编程；以及

通过隧道磁阻(TMR)效应来读取所述磁阻存储器设备。