專利名稱：信息存儲元件和向/從信息存儲元件寫入/讀取信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息存儲元件以及將信息寫入到信息存儲元件中并從信息存儲
元件讀取信息的方法。
背景技術(shù)：
當前，在諸如計算機的信息裝置中，廣泛地使用硬盤驅(qū)動器作為外部存儲單元。但是，由于硬盤驅(qū)動器包含旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，因此難以減小其尺寸并節(jié)省電力。從而，已經(jīng)開始使用含有閃存的硅盤驅(qū)動器(固態(tài)驅(qū)動器(SSD))作為用于小型裝置的外部存儲單元。然而，這樣的硅盤驅(qū)動器價格昂貴并且其存儲容量不夠。因此，非常需要這樣一種非易失性的存儲
單元，該存儲單元具有大的存儲容量，并且可以高速地將信息寫入到該存儲單元并從該存儲單元讀取信息。 作為一種這樣的存儲單元，已經(jīng)設計了一種電流誘導疇壁運動磁存儲器，該存儲器是由配置用來將信息作為磁性材料的磁化狀態(tài)存儲的磁存儲器發(fā)展而來的存儲器(例如，參考日本未審專利申請公開號2005-123617和2006-237183)。在這樣的電流誘導疇壁運動磁存儲器中，帶狀的鐵磁性材料層被分成多個磁化區(qū)域(磁疇)，并且電流被施加到所述鐵磁性材料層，從而在作為磁化區(qū)域的邊界的疇壁運動的同時，將信息寫入到鐵磁性材料層的磁化區(qū)域中或從該鐵磁性材料層的磁化區(qū)域中讀取信息。

發(fā)明內(nèi)容
這樣的電流誘導疇壁運動磁存儲器在信息的保持和疇壁的穩(wěn)定運動方面仍然存
在問題。為了輕易地使疇壁運動，可以減小鐵磁性材料層的厚度或者使用軟磁性材料作為
鐵磁性材料層。然而，這樣的解決方法與穩(wěn)定地保持信息相悖。而且，當疇壁在鐵磁性材料
層中移動長距離時，疇壁之間的距離可能會改變，因此很容易產(chǎn)生信息錯誤。
因此，希望提供這樣一種包含疇壁運動磁存儲器的信息存儲元件，和將信息寫入
到該信息存儲元件中以及從該信息存儲元件讀取信息的方法，在該信息存儲元件中，可以
實現(xiàn)穩(wěn)定的疇壁運動，并且可以可靠地執(zhí)行信息的寫入、保持和讀取。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元
件讀取信息的方法，該信息存儲元件包括帶狀的鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)、置于鐵
磁性材料層的一端的第一電極、置于鐵磁性材料層的另一端的第二電極，以及由反鐵磁性
材料構(gòu)成并且與鐵磁性材料層的至少一部分接觸設置的反鐵磁性區(qū)域，該方法包括下述步
驟在第一電極和第二電極之間施加電流，以產(chǎn)生電流誘導的疇壁運動；在鐵磁性材料層
中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到磁化區(qū)域中，或者，作為信息從磁化區(qū)域讀取磁化狀態(tài)；以
及在疇壁運動時，消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。
根據(jù)本發(fā)明實施例，提供一種信息存儲元件，該信息存儲元件包括帶狀的鐵磁性
材料層(鐵磁性記錄層)；置于鐵磁性材料層的一端的第一電極；置于鐵磁性材料層的另一端的第二電極；以及由反鐵磁性材料構(gòu)成并且與鐵磁性材料層的至少一部分接觸設置的反鐵磁區(qū)域，其中，通過在第一 電極和第二電極之間施加電流，產(chǎn)生電路誘導的疇壁運動，并且在鐵磁性材料層中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到磁化區(qū)域中，或者作為信息從磁化區(qū)域讀取磁化狀態(tài)。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法中或者在根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件中，磁化狀態(tài)作為信息被寫入到磁化區(qū)域中。寫入這樣的信息的方法取決于第三電極的配置和結(jié)構(gòu)，但是該方法的例子包括下述兩種方法一種方法中，基于巨磁阻(GMR)效應或隧穿磁阻(TMR)效應，通過由于施加電流而引起的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)(spin-injectionmagnetization reversal)來寫入信息，另一種方法中，基于通過電流產(chǎn)生的磁場來寫入信息。該磁化狀態(tài)作為信息讀取。讀取這樣的信息的方法的例子包括檢測在鐵磁性材料層中的電阻值的電平的方法和檢測在鐵磁性材料層中的磁場的方向的方法。在作為磁化區(qū)域之間的邊界(界面)的疇壁運動時，具體地說，緊鄰在疇壁運動開始之前，在運動開始的同時，或者在運動期間，為了消除或者減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合，升高鐵磁性材料層和/或反鐵磁性區(qū)域的溫度。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件和根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件中讀取信息的方法中，基本上都采用了下列措施中的任一個.A在鐵磁性材料層的軸線方向上，產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的溫度的升高量的變化。B在鐵磁性材料層的軸線方向上，改變反鐵磁性區(qū)域中的阻截溫度(blockingtemperature)TB。C周期性地布置反鐵磁性區(qū)域。 在室溫下，鐵磁性材料層的磁化方向被反鐵磁性區(qū)域固定，并且這樣的信息(在磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài))可以可靠地保持長時間。另外，在寫入或讀取信息時，消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。結(jié)果，可以輕易地使疇壁運動。因此，即使疇壁在鐵磁性材料層中移動長距離，也可以可靠地防止很容易發(fā)生信息錯誤的問題的出現(xiàn)。從而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在穩(wěn)定地保持信息的同時，可以可靠地執(zhí)行信息的寫入、記錄和讀取，并且可以在單個連續(xù)磁性元件中記錄大量的信息。因此，可以實現(xiàn)緊湊、重量輕并且便宜的信息存儲單元。


圖1A是例1的信息存儲元件的示意性局部平面 圖1B是例1的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖； 圖2A到圖2F是示出將信息寫入到例1的信息存儲元件中以及從例1的信息存儲元件讀取信息的方法的信息存儲元件的概念圖； 圖3A到圖3E是圖2F的續(xù)圖，示出將信息寫入到例1的信息存儲元件中以及從例1的信息存儲元件讀取信息的方法的信息存儲元件的概念圖； 圖4A到圖4D是示出制造例1的信息存儲元件的方法的基底等的示意性局部橫截面圖； 圖5A是例2的信息存儲元件的示意性局部平面圖； 圖5B是例2的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖； 圖6A是示出制造例2的信息存儲元件的方法的局部平面圖； 圖6B是示出制造例2的信息存儲元件的方法的基底等的示意性局部橫截面圖； 圖7A是圖6A的續(xù)圖，示出制造例2的信息存儲元件的方法的局部平面圖； 圖7B是圖6B的續(xù)圖，示出制造例2的信息存儲元件的方法的基底等的示意性局
部橫截面圖； 圖8A是圖7A的續(xù)圖，示出制造例2的信息存儲元件的方法的局部平面圖； 圖8B是圖7B的續(xù)圖，示出制造例2的信息存儲元件的方法的基底等的示意性局部橫截面圖； 圖9A是示出當以tr的周期將電壓+Vm施加到例2的信息存儲元件的第一電極時的疇壁再現(xiàn)率(r印roduction ratio)的曲線圖； 圖9B是示出當以tr的周期將電壓+￥ 1施加到比較例的信息存儲元件的第一電極時的疇壁再現(xiàn)率的曲線圖； 圖10A示出對施加到例2的信息存儲元件的第一電極的電壓進行調(diào)制的例子； 圖IOB是示出當施加在圖IOA中示出的電壓時的疇壁再現(xiàn)率的測量結(jié)果的曲線圖； 圖11A是例3的信息存儲元件的示意性局部平面圖； 圖11B是例3的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖； 圖12A是例4的信息存儲元件的示意性局部平面圖； 圖12B是例4的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖； 圖13A是例5的信息存儲元件的示意性局部平面圖； 圖13B是例5的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖； 圖14是例6的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖；以及 圖15是例1的信息存儲元件的變型例的示意性局部橫截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將在例子的基礎上參考附圖描述本發(fā)明。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件和根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法的概述
在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法中，通過在第一電極和第二電極之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱，可以消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法中，多個反鐵磁性區(qū)域可以以其間留有間隔的方式布置。在這種情況下，當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目可以是N或更大。出于方便起見，該配置可以稱為"讀寫信息的第一方法"。可以根據(jù)信息存儲元件的規(guī)格適當?shù)卮_定以其間留有間隔的方式布置的反鐵磁性區(qū)域中的每一個在鐵磁性材料層的軸線方向上的長度，以及相鄰的反鐵磁性區(qū)域之間的距離。上面的描述也適用于下面描述的第一信息存儲元件。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法中，可以布置多個反鐵磁性區(qū)域，并且可以在反鐵磁性區(qū)域之間改變可固定磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài)的上限溫度(所謂的阻截溫度TB，在該阻截溫度TB，鐵磁性材料層與同該鐵磁性材料層接觸的反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合被消除)。在這種情況下，當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有高上限溫度的反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目可以是N或更大。出于方便起見，該配置可以稱為"讀寫信息的第二方法"。為了改變可固定磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài)的上限溫度，改變反鐵磁性區(qū)域的組成或結(jié)構(gòu)。鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域的溫度由T。表示。在反鐵磁性區(qū)域的阻截溫度TB高于溫度T。的情況下，反鐵磁性區(qū)域和同該反鐵磁性區(qū)域接觸的鐵磁性材料層的一部分之間的交換耦合沒有被消除。另一方面，在反鐵磁性區(qū)域的阻截溫度TB低于溫度T。的情況下，反鐵磁性區(qū)域和同該反鐵磁性區(qū)域接觸的鐵磁性材料層的一部分之間的交換耦合被消除。因此，通過改變反鐵磁性區(qū)域中的阻截溫度TB，可以根據(jù)反鐵磁性區(qū)域和鐵磁性材料層的溫度控制每一個反鐵磁性區(qū)域和鐵磁性材料層之間的交換耦合的消除狀態(tài)或減少狀態(tài)。具有不同的可固定磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài)的上限溫度的反鐵磁性區(qū)域可以被分成至少兩組。具有高上限溫度的反鐵磁性區(qū)域和具有低上限溫度的反鐵磁性區(qū)域可以交替地布置?？梢愿鶕?jù)信息存儲元件的規(guī)格適當?shù)卮_定具有高上限溫度的反鐵磁性區(qū)域中的每一個在鐵磁性材料層的軸線方向上的長度。該反鐵磁性區(qū)域可以在要記錄信息的鐵磁性材料層的一部分的整個表面之上形成。為了改變反鐵磁性區(qū)域的組成，例如，可以將氮離子或氧離子植入該反鐵磁性區(qū)域中。為了改變反鐵磁性區(qū)域的結(jié)構(gòu)，例如，可以改變該反鐵磁性區(qū)域的厚度。上面的描述也適用于下面描述的第二信息存儲元件。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法中，當沿著與鐵磁性材料層的軸線方向正交的虛擬平面切割鐵磁性材料層時的鐵磁性材料層的橫截面面積可以在鐵磁性材料層的軸線方向上變化。在這種情況下，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有小橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域可以在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置，該橫截面面積是當沿著與鐵磁性材料層的軸線方向正交的虛擬平面切割鐵磁性材料層時獲得的。此外，當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的數(shù)目可以是N或更大。出于方便起見，該配置可以稱為"讀寫信息的第三方法"。橫截面面積大小的變化或不同可以通過設置鐵磁性材料層的寬度，設置鐵磁性材料層的厚度，或者設置鐵磁性材料層的寬度和厚度來獲得。通過如上所述的那樣在鐵磁性材料層的軸線方向上改變鐵磁性材料層的橫截面面積，當將電流施加到鐵磁性材料層時，在鐵磁性材料層的軸線方向上，可以產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的溫度的升高量的變化。具有不同橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域可以被分成至少兩組?？梢愿鶕?jù)信息存儲元件的規(guī)格適當?shù)卮_定具有不同橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料的軸線方向上的長度。該反鐵磁性區(qū)域可以在要記錄信息的鐵磁性材料層的一部分的整個表面之上形成?；蛘?，多個反鐵磁性區(qū)域可以以其間留有間隔的方式布置。上面的描述也適用于下面描述的第三信息存儲元件。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法中，鐵磁性材料層的比電阻值在鐵磁性材料層的軸線方向上可以變化。在這種情況下，在鐵磁性材料層的軸線方向上，具有高比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有低 比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域可以交替地設置。此外，當要存儲的信息的比特數(shù)由N表 示時，具有低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目可以是N或更大。出于方便起見，該配 置可以稱為"讀寫信息的第四方法"。例如，通過將氮離子或氧離子植入鐵磁性材料層的所 需部分或區(qū)域，可以改變比電阻值。類似地，通過如上所述的那樣在鐵磁性材料層的軸線方 向上改變鐵磁性材料層的比電阻值，當將電流施加到鐵磁性材料層時，在鐵磁性材料層的 軸線方向上，可以產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的溫度的升高量的變化。具有不同 比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域可以被分成至少兩組?？梢愿鶕?jù)信息存儲元件的規(guī)格適當 地確定具有不同比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料的軸線方向上的長度。該反 鐵磁性區(qū)域可以在要記錄信息的鐵磁性材料層的一部分的整個表面之上形成。或者，多個 反鐵磁性區(qū)域可以以其間留有間隔的方式布置。上面的描述也適用于下面描述的第四信息 存儲元件。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取 信息的方法中，信息存儲元件還可以包括配置用來在鐵磁性材料層的軸線方向上改變鐵磁 性材料層的溫度的溫度控制裝置，該溫度控制裝置靠近鐵磁性材料層設置。出于方便起見， 該配置可以稱為"讀寫信息的第五方法"。通過如上所述的那樣設置溫度控制裝置并可任選 性地控制該溫度控制裝置，在鐵磁性材料層的軸線方向上，可以產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁 性記錄層)的溫度的升高量的變化。在這種情況下，可以設置溫度控制裝置，從而使得高溫 鐵磁性材料層的區(qū)域和低溫鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地形 成，并且可以可任選性地控制溫度控制裝置。此外，可以設置溫度控制裝置，從而使得當要 存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，低溫鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目是N或更大，并且可以可 任選性地控制溫度控制裝置。如上所述，鐵磁性材料層的溫度在鐵磁性材料層的軸線方向 上變化。具有不同溫度的鐵磁性材料層的區(qū)域可以被分成至少兩組?？梢愿鶕?jù)信息存儲元 件的規(guī)格適當?shù)卮_定具有不同溫度的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料的軸線方向上的 長度。該反鐵磁性區(qū)域可以在要記錄信息的鐵磁性材料層的一部分的整個表面之上形成。 或者，多個反鐵磁性區(qū)域可以以其間留有間隔的方式布置。上面的描述也適用于下面描述 的第五信息存儲元件。 溫度控制裝置的一個例子是配置用來加熱鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域的加熱 器。這樣的加熱器可以靠近鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域設置。例如，該加熱器可以由構(gòu) 圖的高電阻器層構(gòu)成。構(gòu)成該高電阻器層的材料的例子包括諸如碳化硅(SiC)和碳氮化 硅(SiCN)的碳基電阻器材料，氮化硅(SiN)基材料，諸如非晶硅的半導體電阻器材料，諸如 二氧化釕(Ru02)、氧化鉭、氧化鉻和氧化鈦的耐火金屬氧化物，以及諸如氮化鉭的耐火金屬 氮化物。或者，可以改變鐵磁性材料層周圍的熱傳導。也就是說，可以改變鐵磁性材料層周 圍的區(qū)域的熱傳導性。具體地說，例如，可以提供散熱器(heat sink)。在這樣的實施例中， 散熱器對應于溫度控制裝置。上面的描述也適用于下面的實施例。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取 信息的方法中，信息存儲元件還可以包括與鐵磁性材料層的一部分接觸設置的第三電極， 該第三電極包括與鐵磁性材料層的這一部分接觸的非磁性膜和置于該非磁性膜上的磁化 參考層(也稱為"釘扎層(Pi皿ed layer)"或者"磁化釘扎層")，并且，通過在第二電極和第三電極之間施加電流，可以將磁化狀態(tài)作為信息寫入到每一個磁化區(qū)域中。在這種情況 下，通過在第二電極和第三電極之間施加電流，可以將每個磁化區(qū)域中的電阻值作為信息 從第三電極讀取。第二電極和第三電極可以設置為彼此面對，而鐵磁性材料層位于它們之 間。第二電極和第三電極可以置于鐵磁性材料層的同一側(cè)或者鐵磁性材料層的不同側(cè)。上 面的描述也適用于下面的實施例。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取 信息的方法中，信息存儲元件還可以包括與鐵磁性材料層的一部分相鄰的磁場產(chǎn)生/檢測 裝置，并且通過將電流施加到磁場產(chǎn)生/檢測裝置，可以將磁化狀態(tài)作為信息寫入到每一 個磁化區(qū)域中。在這種情況下，在每一個磁化區(qū)域中產(chǎn)生的磁場都可以由磁場產(chǎn)生/檢測 裝置作為信息讀取。磁場產(chǎn)生/檢測裝置的具體例子包括產(chǎn)生磁場的線圈和布線。通過對 磁場產(chǎn)生/檢測裝置施加電流，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到每一個磁化區(qū)域中。具體地說， 磁場是通過將電流施加到線圈或布線產(chǎn)生的，并且通過所需方向上的磁場可以將磁化狀態(tài) 在磁化區(qū)域中校準(align)。而且，在每一個磁化區(qū)域中產(chǎn)生的磁場的方向可以由充當磁場 產(chǎn)生/檢測裝置的線圈或布線作為信息讀取?；蛘撸鳛樽x取信息的方法，可以采用使用光 磁效應(刻爾效應)的方法。上面的描述也適用于下面的實施例。 此外，在根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件 讀取信息的方法中，優(yōu)選地，對為了產(chǎn)生電流誘導的疇壁運動而施加到鐵磁性材料層的電 流進行規(guī)則調(diào)制。在這種情況下，疇壁運動的速度可以保持恒定，并且可以更可靠地抑制在 信息的寫入或讀取期間對磁化信息的消除或改變。 根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件還可以包括與鐵磁性材料層的一部分接觸設 置的第三電極，該第三電極包括與鐵磁性材料層的這一部分接觸的非磁性膜和置于該非磁 性膜上的磁化參考層，其中，可以通過將電流施加在第二電極和第三電極之間來將磁化狀 態(tài)作為信息寫入到每一個磁化區(qū)域中。在這種情況下，通過在第二電極和第三電極之間施 加電流，可以將每個磁化區(qū)域中的電阻值作為信息從第三電極讀取。 根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件還可以包括與鐵磁性材料層的一部分相鄰的 磁場產(chǎn)生/檢測裝置，其中，通過將電流施加到磁場產(chǎn)生/檢測裝置，可以將磁化狀態(tài)作為 信息寫入到每一個磁化區(qū)域中。在這種情況下，在每一個磁化區(qū)域中產(chǎn)生的磁場都可以由 磁場產(chǎn)生/檢測裝置作為信息讀取。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件中，可以以其間留有間隔的方式布置多個反 鐵磁性區(qū)域。此外，當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目可以是N或 更大。出于方便起見，該配置可以稱為"第一信息存儲元件"。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件中，可以布置多個反鐵磁性區(qū)域，并且，可固
定磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài)的上限溫度(阻截溫度BT)可以在反鐵磁性區(qū)域之間變化。在這
種情況下，當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有高上限溫度的反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目
可以是N或更大。出于方便起見，該配置可以稱為"第二信息存儲元件"。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件中，當沿著與鐵磁性材料層的軸線方向正交
的虛擬平面切割鐵磁性材料層時的鐵磁性材料層的橫截面面積可以在鐵磁性材料層的軸
線方向上變化。在這種情況下，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有小橫截面
面積的鐵磁性材料層的區(qū)域可以在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置，該橫截面面積是當沿著與鐵磁性材料層的軸線方向正交的虛擬平面切割鐵磁性材料層時獲得的。此外， 當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目可 以是N或更大。出于方便起見，該配置可以稱為"第三信息存儲元件"。 在根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件中，鐵磁性材料層的比電阻值在鐵磁性材料 層的軸線方向上可以變化。在這種情況下，具有高比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有 低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域可以在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置。此外， 當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目可以 是N或更大。出于方便起見，該配置可以稱為"第四信息存儲元件"。 根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件還可以包括配置用來在鐵磁性材料層的軸線 方向上改變鐵磁性材料層的溫度的溫度控制裝置，該溫度控制裝置靠近鐵磁性材料層設 置。出于方便起見，該配置可以稱為"第五信息存儲元件"。 鐵磁性材料層的平面形狀可以是帶(條帶)形狀就足夠了 。鐵磁性材料層的平面 形狀可以是直線的或者彎曲的。鐵磁性材料層可以具有諸如"U字符"形的三維形狀或者諸 如"Y字符"形的分支形狀。 鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的磁化方向由鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)和 反鐵磁性區(qū)域之間的磁性交換耦合所固定。也就是說，鐵磁性材料層通過與反鐵磁性區(qū)域 的交換耦合釘扎。作為構(gòu)成這樣的鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的材料，優(yōu)選地使用具 有高自旋轉(zhuǎn)矩(spin-torque)效率的材料，從而使用小電流來使疇壁運動。該材料的具體 例子包括諸如鎳(Ni)、鐵(Fe)和鈷(Co)的鐵磁性材料；這些鐵磁性材料的合金(例如 Co-Fe、Co-Fe-Ni和Ni-Fe);其中非磁性元素(例如鉭、硼、鉻、鉬、硅、碳、氮、鋁、磷、鈮或者 鋯)與上述任何鐵磁性材料的合金混合的合金(例如Co-Fe-B);包含Co、Fe和Ni中至少 一種的氧化物(例如鐵酸鹽Fe-Mn0);稱為半金屬鐵磁性材料的一組金屬間化合物(例如 NiMnSb、Co2MnGe、Co2MnSi和Co2CrAl的Heusler(赫斯勒)合金);以及氧化物(例如(La， Sr)Mn03、 Cr02和Fe304)。鐵磁性材料層的結(jié)晶度是可任選的，并且鐵磁性材料層可以由多 晶體或單晶體組成，或者可以是非晶態(tài)的。鐵磁性材料層可以具有單層結(jié)構(gòu)、層疊有多個不 同鐵磁性材料層的疊層結(jié)構(gòu)、或者層疊有鐵磁性材料層和非磁性材料層的疊層結(jié)構(gòu)。
構(gòu)成反鐵磁性區(qū)域的材料的例子包括鐵錳合金、鎳錳合金、鉬錳合金、銥錳合金、 銠錳合金、氧化鈷和氧化鎳。為了有效地給鐵磁性材料層提供電流，更適合使用具有高電阻 的含有鐵(Fe)、鈷(Co)或鎳(Ni)的氧化物。 反鐵磁性區(qū)域可以形成為與鐵磁性材料層的一部分接觸，或者可以在鐵磁性材料 層的整個表面之上形成。通過采用前一配置，可以實現(xiàn)上述第C項。另一方面，在采用后 一配置的情況下，反鐵磁性區(qū)域和鐵磁性材料層的配置和結(jié)構(gòu)應當被最佳化，以便實現(xiàn)上 述第A項或第B項。 鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域可以通過諸如濺射方法、離子束沉積方法或真空沉 積方法的物理氣相沉積(PVD)方法，或者諸如原子層沉積(ALD)方法的化學氣相沉淀(CVD) 方法來形成。鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域的構(gòu)圖(pattering)可以通過反應離子刻蝕 (RIE)方法或離子銑削(ion milling)方法(離子束刻蝕方法)來執(zhí)行。
第一電極和第二電極的每一個都具有由例如Cu、Au、Pt或Ti的構(gòu)成單層結(jié)構(gòu)，或 者具有層疊結(jié)構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)包含底層(underlying layer)和置于該底層上的Cu層、Au層、Pt層等，該底層由例如Cr或Ti構(gòu)成。或者，第一電極和第二電極的每一個都可以具有 單層結(jié)構(gòu)或者層疊結(jié)構(gòu)，該單層結(jié)構(gòu)由例如W、Ru或Ta構(gòu)成，該層疊結(jié)構(gòu)包含W、Ru或Ta層 和Cu、 Cr或Ti層。例如，這些電極可以通過諸如濺射方法的PVD方法來形成。
第三電極和鐵磁性材料層構(gòu)成具有TMR效應或GMR效應的信息記錄結(jié)構(gòu)。這里， 具有TMR效應并且由磁化參考層、非磁性膜和鐵磁性材料層構(gòu)成的信息記錄結(jié)構(gòu)是指這樣 一種結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，充當隧道絕緣膜的非磁性膜夾在磁化參考層和鐵磁性材料層之間。 包含在第三電極中的磁化參考層的材料的例子包括構(gòu)成鐵磁性材料層的上述材料。磁化 參考層可以具有具有層疊鐵結(jié)構(gòu)(具有反鐵磁性耦合的層疊結(jié)構(gòu)，也稱為合成反鐵磁體 (SAF))的配置或者具有靜磁耦合結(jié)構(gòu)的配置。層疊鐵結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)，例如，該結(jié)構(gòu)具有磁 化材料層/釕(Ru)層/磁化材料層的三層結(jié)構(gòu)(具體地說，例如，CoFe/Ru/CoFe的三層結(jié) 構(gòu)或者CoFeB/Ru/CoFeB的三層結(jié)構(gòu))，并且其中，根據(jù)釕層的厚度，這兩個磁化材料層之間 的層間交換耦合成為反鐵磁性的或鐵磁性的。這樣的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在例如S.S. Parkin et al.， Physical Review Letters, 7 May, pp. 2304-2307 (1990)中被報道了。其中兩層磁化材料 層之間的層間交換耦合成為反鐵磁性的結(jié)構(gòu)稱為"層疊鐵結(jié)構(gòu)"。另一方面，其中通過從兩 個鐵磁性材料層的端面泄漏磁場獲得反鐵磁性耦合的結(jié)構(gòu)稱為"靜磁耦合結(jié)構(gòu)"。包含在 第三電極中的非磁性膜的材料的例子包含絕緣材料，例如氧化鎂(MgO)、氮化鎂、氧化鋁 (Al0X)、氮化鋁(A1N)、氧化硅、氮化硅、Ti02 、 Cr203、 Ge 、 Ni0、 Cd0x、 Hf 02 、 Ta205、 BN和ZnS 。另 一方面，構(gòu)成具有GMR效應的信息記錄結(jié)構(gòu)的非磁化膜的材料的例子包含導電材料，例如 Cu、 Ru、 Cr、 Au、 Ag、 Pt和Ta及其合金。非磁性膜可以包含任何非金屬材料，只要該材料具 有高導電性(幾百或更小P Q ，cm的電阻率)。但是，優(yōu)選地，不會輕易地與鐵磁性材料層 或磁化參考層發(fā)生界面反應的材料被適當?shù)剡x作非磁性膜的材料。 例如，通過對由濺射方法形成的金屬膜進行氧化或氮化來獲得由絕緣材料構(gòu)成的 非磁性膜。更具體地說，在氧化鋁(A10x)或氧化鎂(Mg0)用作構(gòu)成非磁性膜的絕緣材料的 情況中，形成非磁性膜的方法的例子包括在大氣(atmosphere)中對通過濺射方法沉積的 鋁或鎂進行氧化的方法；對通過濺射方法沉積的鋁或鎂進行等離子體_氧化的方法；通過 用ICP等離子體對通過濺射方法沉積的鋁或鎂進行氧化的方法；在氧氣中對通過濺射方法 沉積的鋁或鎂進行自然氧化的方法；用氧自由基對通過濺射方法沉積的鋁或鎂進行氧化的 方法；在照射紫外線的同時在氧氣中自然氧化鋁或鎂的方法，該鋁或鎂是通過濺射方法沉 積的；通過反應濺射方法沉積鋁或鎂的方法；以及通過濺射方法沉積氧化鋁(A10x)或氧化 鎂(Mg0)的方法。 上面的描述總結(jié)如下。為了在鐵磁性材料層的軸線方向上產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵 磁性記錄層)的溫度的變化，可以采用下面的任何措施中的任一個。1可以改變鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的橫截面面積(寬度和/或厚度)。2可以通過例如將雜質(zhì)離子植入到鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)中來改變鐵
磁性材料層(鐵磁性記錄層)的比電阻值。3可以靠近鐵磁性材料層設置溫度控制裝置。4可以改變鐵磁性材料層周圍的熱傳導。 通過產(chǎn)生上述的溫度變化，可以在每一個反鐵磁性區(qū)域中控制消除或減少鐵磁性 材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。
5或者，代替產(chǎn)生溫度變化，通過以其間留有間隔的方式布置多個反鐵磁性區(qū) 域，可以控制鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。6此外，代替產(chǎn)生溫度變化，通過改變反鐵磁性區(qū)域的組成或結(jié)構(gòu)而改變阻截溫 度，可以在每一個反鐵磁性區(qū)域中控制消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交 換耦合。
例1 例1涉及根據(jù)本發(fā)明實施例的信息存儲元件和根據(jù)本發(fā)明實施例的將信息寫入 到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法。更具體地說，例1涉及第一信息 存儲元件和讀寫信息的第一方法。 圖1A是例1的信息存儲元件的示意性平面圖，并且圖IB是信息存儲元件的示意 性局部橫截面圖。如圖1A和圖1B所示，例1的信息存儲元件100包括帶狀的鐵磁性材料 層(鐵磁性記錄層)111。第一電極121設置在鐵磁性材料層111的一端，并且第二電極122 設置在鐵磁性材料層111的另一端。在例1的信息存儲元件100中，由于自旋轉(zhuǎn)矩而發(fā)生 電流誘導的疇壁運動，該自旋轉(zhuǎn)矩是由于在第一電極121和第二電極122之間施加電流而 產(chǎn)生的。在第一電極121和第二電極122之間施加的電流稱為"疇壁運動電流"。在鐵磁性 材料層111中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到磁化區(qū)域112中，或者將磁化狀態(tài)作為信息從磁 化區(qū)域112讀取。此外，多個由反鐵磁性材料構(gòu)成的反鐵磁性區(qū)域130被設置為與鐵磁性 材料層111的至少一部分接觸。附圖標記113表示作為磁化區(qū)域112之間的邊界(界面) 的疇壁。鐵磁性材料層111的易磁化軸線平行于鐵磁性材料層111的軸線。在圖1A中，省 略了層間絕緣層114。附圖標記124和125表示在層間絕緣層114上形成并分別連接到第 一電極121和第二電極122的布線。在圖1A和圖1B中示出的信息存儲元件100中，第一 電極121和第二電極122設置在鐵磁性材料層111的上部，第三電極123設置在鐵磁性材 料層111的下部。與此相反，第一電極121和第二電極122可以設置在鐵磁性材料層111 的下部，并且第三電極123可以設置在鐵磁性材料層111的上部。 在例1的信息存儲元件100中，反鐵磁性區(qū)域130以其間留有間隔的方式布置。此 外，當要被存儲的信息的比特數(shù)由N(例如，在例1中N = 16)表示時，反鐵磁性區(qū)域130的 數(shù)目是N或更多(具體地說，在例1中N二 16)。也就是說，在例1中采用了上述第C項
的措施。 例1的信息存儲元件100還包括與鐵磁性材料層111的一部分接觸設置的第三電 極123。第三電極123被設置為面對第二電極122，而鐵磁性材料層111位于其間。第三電 極123包括與鐵磁性材料層111的這一部分接觸的非磁性膜123A和置于非磁性膜123A上 (在圖中示出的狀態(tài)中，位于非磁性膜123A下)的磁化參考層123B。磁化參考層123B充 當用于確定要被記錄在磁化區(qū)域112中的磁化方向的標準磁化層。通過在第二電極122和 第三電極123之間施加電流，將磁化狀態(tài)寫入到每個磁化區(qū)域112中。而且，通過在第二電 極122和第三電極123之間施加電流，在每個磁化區(qū)域112中的電阻值(電阻值的電平)作 為信息從第三電極中被讀取。第三電極123和鐵磁性材料層111構(gòu)成具有GMR效應的信息 記錄結(jié)構(gòu)。磁化區(qū)域112通過由于形成疇壁113的電流引起的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)而形成， 因此將信息寫入到鐵磁性材料層111中。具體地說，在鐵磁性材料層111中，其磁化方向根 據(jù)電流流動的方向改變?yōu)槠叫杏诨蚰嫫叫杏诖呕瘏⒖紝?23B的磁化方向的方向。
在例1中，鐵磁性材料層111由厚度3nm并且寬度liim的線形Ni-Fe合金層構(gòu) 成，并且每一個反鐵磁性區(qū)域130由厚度0. 2 m的Ni0層構(gòu)成。包含在第三電極123中 的非磁性膜123A由厚度lnm的Cu層構(gòu)成。包含在第三電極123中的磁化參考層123B由 CoFe: lnm/Ru:0. 8nm/CoFe: lnm/PtMn:30nm/Ta:5nm的疊層膜構(gòu)成。第一電極121和第二電 極122中的每一個都由鈦層構(gòu)成。例如，第一電極121連接到驅(qū)動電源(未示出)，并且第 二電極122接地。第三電極123和鐵磁性材料層111可以構(gòu)成具有TMR效應的信息記錄結(jié) 構(gòu)。在這種情況下，非磁性膜123A可以由例如Mg0構(gòu)成。 現(xiàn)在將參考圖2A到圖2F和圖3A到圖3E描述例1的將信息寫入到信息存儲元件 中以及從信息存儲元件讀取信息的方法，所有這些圖都是信息存儲元件100的概念圖。在 例1的讀寫信息的方法中，在疇壁運動時消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的 交換耦合。在例1中的讀寫信息的方法是所謂的順序方法(sequentialmethod)。
在圖2A到圖2F和圖3A到圖3E中，在鐵磁性材料層111內(nèi)畫出的箭頭表示磁化 方向。出于方便起見，假定向右的箭頭表示信息"0"，向左的箭頭表示信息"1"。在第三電 極123內(nèi)畫出的箭頭表示在磁化參考層123B中的磁化方向。當從第三電極123向第二電 極122提供電流時，信息"0"(向右的箭頭)被寫入到面向第三電極123的鐵磁性材料層 111的一部分中。另一方面，當從第二電極122向第三電極123提供電流時，信息"1"(向 左的箭頭)被寫入到面向第三電極123的鐵磁性材料層111的這一部分中。此外，在鐵磁 性材料層111和反鐵磁性區(qū)域130之間存在交換耦合的狀態(tài)在圖2A到圖2F和圖3A到圖 3E中由鐵磁性材料層111的陰影線區(qū)域示出。 在圖2A中示出的狀態(tài)中，假定已經(jīng)將四個信息(l，l，l，l)寫入到鐵磁性材料層
111中。在這種情況下，認為在鐵磁性材料層111中形成了四個磁化區(qū)域112。 接下來，假設信息"O"被寫入到鐵磁性材料層111中。在這種情況下，如圖2B所
示，通過向第三電極123施加電壓+Vw，從第三電極123向第二電極122提供電流。因此，
信息"0"(向右的箭頭)被寫入到鐵磁性材料層111的一部分中，這一部分面對第三電極
123。 在上述施加電壓的同時或隨后立即，如圖2C所示，通過對第一電極121施加電壓 +乂111，從第一電極121向第二電極122提供疇壁運動電流。隨后，如圖2D所示，在鐵磁性材 料層111的內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱，并且，通過產(chǎn)生的焦耳熱消除或較少鐵磁性材料層lll和每一 個反鐵磁性區(qū)域130之間的交換耦合。另外，通過從第一電極121向第二電極122提供疇 壁運動電流，發(fā)生電流誘導疇壁運動。具體地說，磁化狀態(tài)從左向右運動(傳播)。也就是 說，疇壁向右運動。這里，由于鐵磁性材料層111和每一個反鐵磁性區(qū)域130之間的交換耦 合被消除或減少了，所以很容易發(fā)生疇壁113的運動。即使鐵磁性材料層111和每一個反 鐵磁性區(qū)域130之間的交換耦合被消除或減少了 ，并且疇壁113運動，寫入到鐵磁性材料層 111中的信息也不會改變。 接下來，當疇壁113穿過疇壁113與反鐵磁性區(qū)域130接觸的部分時，如圖2E所 示，停止從第三電極123向第二電極122提供電流。另外，如圖2F所示，停止提供疇壁運動 電流或者減小疇壁運動電流的值。當疇壁運動電流的值減小到一定程度時，鐵磁性材料層 111的溫度降低并且與每一個反鐵磁性區(qū)域130的耦合被恢復。因此，疇壁113正好在疇壁 113與反鐵磁性區(qū)域130接觸之前停止。因此，一個信息被寫入到鐵磁性材料層111中。
接下來，假設信息"l"被寫入到鐵磁性材料層111中。在這種情況下，如圖3A所 示，通過向第三電極123施加電壓-Vw，從第二電極122向第三電極123提供電流。因此，信 息"l"(向左的箭頭)被寫入到面對第三電極123的鐵磁性材料層111的一部分中。
在上述施加電壓的同時或隨后立即，如圖3B所示，通過對第一電極121施加電壓 +乂111，從第一電極121向第二電極122提供疇壁運動電流。隨后，與上述情況一樣，通過產(chǎn)生 的焦耳熱消除或減少在鐵磁性材料層111和每一個反鐵磁性區(qū)域130之間的交換耦合。另 外，發(fā)生電流誘導疇壁運動(參見圖3C)。 接下來，如圖3D所示，停止從第二電極122向第三電極123提供電流。另外，如圖 3E所示，停止提供疇壁運動電流或者減小疇壁運動電流的值。因此， 一個信息被寫入到鐵磁 性材料層111中。在這一狀態(tài)下，六個信息(l，l，l，l，O，l)被寫入到鐵磁性材料層111中， 但是在圖3E中未示出前兩個信息。當通過從第一電極121向第二電極122提供疇壁運動 電流來使疇壁113運動時，信息可以順序地被寫入到鐵磁性材料層111中。
當寫入在鐵磁性材料層111中的信息被讀取時，從第二電極122向第一電極121 提供疇壁運動電流。因此，產(chǎn)生焦耳熱，并且鐵磁性材料層111和每一個反鐵磁性區(qū)域130 之間的交換耦合被消除或減少。另外，疇壁113運動。接下來，通過停止從第二電極122向 第一電極121提供疇壁運動電流，鐵磁性材料層111和每一個反鐵磁性區(qū)域130之間的交 換耦合被恢復，并且停止磁化區(qū)域112的運動。隨后，從第三電極123向第二電極122提供 電流，以便檢查磁化區(qū)域112的電阻值的電平。因此，可以確定寫入的信息是"0"還是"1"。 這里，當鐵磁性材料層111的磁化方向與磁化參考層123B的磁化方向相同時，電阻低。當 鐵磁性材料層111的磁化方向與磁化參考層123B的磁化方向逆平行時，電阻高。當通過從 第二電極122向第一電極121提供疇壁運動電流來使疇壁113運動時，可以順序地讀取寫 入到鐵磁性材料層111中的信息。 現(xiàn)在將參考圖4A到圖4D描述制造例1的信息存儲元件100的方法的概要，圖4A 到圖4D是基底等的示意性局部橫截面圖。
步驟-100
首先，在由硅半導體基底構(gòu)成的基底110中形成第三電極123。可以在基底110上 形成第三電極123。但是，優(yōu)選地，基底110和第三電極123之間的水平差很小，從而不會抑 制疇壁113的運動。出于這個目的，希望形成嵌入在基底110中的第三電極123。具體地 說，通過平版印刷(lithography)技術(shù)和蝕刻技術(shù)在基底110中形成溝槽。隨后，通過濺射 方法在基底110的整個表面之上形成磁化參考層123B和非磁性膜123A。接著，通過例如 CMP方法將置于基底110的表面上的非磁性膜123A和磁化參考層123B去除，這樣留下在溝 槽中的非磁性膜123A和磁化參考層123B。因此，如圖4A所示，可以在基底110中形成第 三電極123。磁化參考層123B通過在基底110上設置的布線(未示出)連接到信息讀取/ 寫入電源(未示出)。
步驟-110
接著，通過濺射方法在基底110的整個表面之上形成鐵磁性材料層。然后，對鐵磁 性材料層進行構(gòu)圖，以便形成帶狀的鐵磁性材料層111 (參見圖4B)。對鐵磁性材料層111 的構(gòu)圖可以通過離子銑削方法、反應刻蝕方法等來執(zhí)行?；蛘?，可以采用剝離(lift-off) 方法。
步驟-120
隨后，形成以其間留有間隔的方式布置的反鐵磁性區(qū)域130。具體地說，通過濺 射方法在整個表面之上形成反鐵磁性材料層，然后通過離子銑削方法或反應刻蝕方法對該 反鐵磁性材料層進行構(gòu)圖。因此，可以獲得以其間留有間隔的方式布置的反鐵磁性區(qū)域 130 (參見圖4C)?；蛘?，可以通過形成鐵磁性材料層和反鐵磁性材料層，然后對反鐵磁性材 料層構(gòu)圖并進一步對鐵磁性材料層構(gòu)圖，來形成反鐵磁性區(qū)域130。
步驟-130
隨后，通過普通方法在帶狀的鐵磁性材料層111的兩端形成第一電極121和第二 電極122(參見圖4D)。隨后，通過例如CVD方法在整個表面之上形成由絕緣材料構(gòu)成的層 間絕緣層114。然后，在層間絕緣層114的多個部分上形成開口，這些部分位于第一電極 121和第二電極122上。然后，在包含開口的內(nèi)側(cè)的層間絕緣層114上形成布線124和布 線125。因此，可以制造在圖1A和圖1B中示出的例1的信息存儲元件100。構(gòu)成層間絕緣 層114的材料的例子包括諸如Si02的SiOx材料(構(gòu)成氧化硅膜的材料)、非摻雜硅酸鹽 玻璃(NSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG) 、 PSG、 BSG、 AsSG、 SbSG和旋涂玻璃(spin-on-glasss) (SOG);低電介質(zhì)常數(shù)絕緣材料(例如碳氟化合物、環(huán)全氟化碳聚合物、苯并環(huán)丁烯、環(huán)碳 氟化合物樹脂、聚四氟乙烯、非晶態(tài)的四氟乙烯、含氟的芳基醚、含氟的聚酰亞胺、非晶態(tài)的
碳、有機SOG、聚對二甲苯和含氟的富勒烯)；聚酰亞胺樹脂；碳氟化合物樹脂；Silk(商標， 涂敷類型的低電介質(zhì)常數(shù)層間絕緣膜材料，由The Dow Chemical Co.制造)和Flare (商 標，由HoneywellElectronic Materials Co.制造的聚烯丙基醚(PAE))。
在例1的信息存儲元件100中，鐵磁性材料層111的磁化方向在室溫下由每一個 反鐵磁性區(qū)域130固定，因此信息可以可靠地保持長時間。此外，當寫入或讀取信息時，可 以通過消除或減少鐵磁性材料層和每一個反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合來輕易地使疇壁 運動。因此，即使疇壁在鐵磁性材料層中移動長距離，也可以可靠地防止很容易發(fā)生信息錯 誤的問題的出現(xiàn)。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的該實施例，在穩(wěn)定地保持信息的同時，可以可靠地執(zhí) 行信息的記錄和讀取，并且可以在單個連續(xù)磁性元件中記錄大量的信息。因此，可以實現(xiàn)緊 湊、重量輕并且便宜的信息存儲單元。
例2 例2是例1的變型例。圖5A是例2的信息存儲元件200的示意性局部平面圖，并 且圖5B是信息存儲元件200的示意性局部橫截面圖。在圖5A中示出的例子中，四個信息 存儲元件200并列設置。在例2中的信息存儲元件200和下面例子中的信息存儲元件中， 由具有與構(gòu)成例1的信息存儲元件100的部件的最后兩位數(shù)字相同的最后兩位數(shù)字的附圖 標記所指示的部件與例1的信息存儲元件100的對應部件相同。在圖5A中，省略了層間絕 緣層214。在圖5A和下面描述的圖7A和圖8A中，為了清晰地示出反鐵磁性區(qū)域230、絕緣 膜232、第一電極221、第二電極222和第三電極223，這些部件由陰影線區(qū)域表示。
在例2的每一個信息存儲元件200中，反鐵磁性區(qū)域230設置在基底210上。第 二電極222和第三電極223置于鐵磁性材料層211的同一側(cè)。更具體地說，鐵磁性材料層 211設置在基底210上，并且第一電極221、第二電極222和第三電極223設置在鐵磁性材 料層211上?，F(xiàn)在將參考圖6A、圖7A和圖8A以及圖6B、圖7B和圖8B，描述制造例2的信息存儲元件200的方法的概要，圖6A、圖7A和圖8A是基底等的示意性局部平面圖，圖6B、圖7B 和圖8B是其示意性局部端視圖。
步驟-200
首先，在由硅半導體基底構(gòu)成的基底210上形成以其間留有間隔的方式布置的反 鐵磁性區(qū)域230。具體地說，通過平版印刷技術(shù)和蝕刻技術(shù)，在由硅半導體基底構(gòu)成的基底 210上形成每一個都具有"V"形橫截面形狀的溝槽231 (參見圖6A和圖6B)。每一個溝槽 231都具有1 ii m的寬度和約0. 5 ii m的寬度。溝槽231的間距為1. 5 y m。每一個信息存儲 元件200的溝槽的數(shù)目為八個。隨后，通過濺射方法在整個表面之上形成由NiO構(gòu)成的厚 度為0. 2 ii m的反鐵磁性材料層，以及由Si02構(gòu)成的厚度為0. 5 ii m的絕緣膜232。然后，通 過CMP方法去除置于基底210的表面上的反鐵磁性材料層和絕緣膜232，這樣留下了在溝槽 231中的反鐵磁性材料層230A和絕緣膜232。因此，可以在基底210上的16個位置處以其 間留有間隔的方式形成反鐵磁性材料層230(參見圖7A和圖7B)。
步驟-210
隨后，如例1的步驟-110所示，通過濺射方法在整個表面之上形成鐵磁性材料層， 然后對該鐵磁性材料層進行構(gòu)圖。因此，獲得了每一個都具有O. 15iim的寬度和30iim的 長度的帶狀鐵磁性材料層211 (參見圖8A和圖8B)。
步驟-220
接著，為了形成第三電極223，通過濺射方法在整個表面之上形成非磁性膜223A 和磁化參考層223B。隨后，在磁化參考層223B上形成由Ti構(gòu)成的布線(未示出)，另外， 形成也充當布線的第一電極221和也充當布線的第二電極222。然后，通過普通方法對暴露 的磁化參考層223B和非磁性膜223A進行構(gòu)圖。接著，通過例如CVD方法在整個表面之上 形成由絕緣材料構(gòu)成的層間絕緣層214。因此，可以制造在圖5A和圖5B中示出的例2的信 息存儲元件200。 在這樣獲得的例2的信息存儲元件200中，第一電極221和第二電極222之間的 電阻值為1.3kQ，并且第二電極222和第三電極223之間的電阻值為300 Q 。
第二電極222接地，并且在對第三電極223施加振幅為±1伏特并且周期為tr的 方波電壓的同時，對第一電極221施加時長為16tr的恒定電壓+Vm，因此將16比特的信息 (包括交替的"0"和"1"的信息)寫入到鐵磁性材料層211中。隨后，為了讀取信息，對第 一電極221施加電壓_Vm。通過確定在第三電極223和第二電極222之間測量到的電阻值 的變化次數(shù)，測量疇壁的數(shù)目。這種測量被反復執(zhí)行，以確定再現(xiàn)疇壁數(shù)目與記錄疇壁數(shù)目 (具體地說為16)的比值(疇壁再現(xiàn)率)。當疇壁再現(xiàn)率為"O"時，其說明沒有再現(xiàn)疇壁的 狀態(tài)。當疇壁再現(xiàn)率為"l"時，其說明再現(xiàn)的疇壁的數(shù)目與記錄疇壁的數(shù)目相同的狀態(tài)。
圖9A示出當向第一電極221施加電壓+Vm時疇壁再現(xiàn)率和周期^之間的關(guān)系。 作為一個比較例，通過省略上述步驟-200，制備不包括反鐵磁性區(qū)域230的信息存儲元件， 并且執(zhí)行相同的測量。圖9B示出結(jié)果。如圖9A所示，疇壁再現(xiàn)率"1"可以通過最佳化施 加到第一電極221上的電壓+Vm和周期^來實現(xiàn)。相反地，如圖9B所示，在沒有形成反鐵 磁性區(qū)域230的情況下，疇壁沒有被適當?shù)毓潭ǎ虼水牨谠佻F(xiàn)率達不到"1"。
此外，如圖10A所示，對施加到第一電極221的電壓進行調(diào)制。具體地說，將電壓 +￥ 1和電壓+^交替地施加到第一電極211。這里，施加到第一電極221的電壓+Vm的值改變?yōu)?. 5V、3. 0V、3. 5V和4. 0V，并且施加電壓+Vm持續(xù)的時間寬度為2毫微秒。電壓+VS的 值為1. 5V。此外，在一個周期^中施加一個電壓+Vm的脈沖。圖10B示出在這種情況下疇 壁再現(xiàn)率的測量結(jié)果。發(fā)現(xiàn)在電壓+Vm為3. 0V或更大并且周期tr為15毫微秒或更大的條 件下可以實現(xiàn)穩(wěn)定的操作。具體地說，通過規(guī)則調(diào)整為了引起電流誘導的疇壁運動而施加 到鐵磁性材料層211的電流，疇壁運動的速度可以保持恒定，并且可以更可靠地抑制在讀 寫信息期間磁化信息中的消除或改變。當從第一電極221向第二電極222提供疇壁運動電 流時的疇壁運動電流的調(diào)制，或者當從第二電極222向第一電極221提供疇壁運動電流時 的疇壁運動電流的調(diào)制可以是電壓調(diào)制、脈沖寬度改變的脈沖寬度調(diào)制，或者這些調(diào)制的 組合。上述內(nèi)容也適用于下面的例子。
例3 例3也是例1的變型例。例2涉及第二信息存儲元件和讀寫信息的第二方法。在 例3中，在反鐵磁性區(qū)域中的阻截溫度TB在鐵磁性材料層的軸線方向上變化(上述的第B項)。 圖IIA是例3的信息存儲元件的示意性平面圖，并且圖IIB是該信息存儲元件的 示意性局部橫截面圖。如圖IIA和圖IIB所示，在例3中，反鐵磁性區(qū)域330的組成發(fā)生了 變化，并且，可固定磁化區(qū)域的磁化狀態(tài)的上限溫度(阻截溫度TB)在反鐵磁性區(qū)域330之 間變化。當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有高阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330H 的數(shù)目是N或更大(在例3中的N，并且具體地說N二 16)。具有不同阻截溫度TB的反鐵 磁性區(qū)域330被分成兩組。具有高阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330H和具有低阻截溫度TB 的反鐵磁性區(qū)域330L交替地布置。在圖11A中，省略了層間絕緣層314。在圖11B中，具有 高阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330H從左上方向右下方由陰影線區(qū)域示出。如上所述，可 固定磁化區(qū)域的磁化狀態(tài)的上限溫度(阻截溫度TB)在反鐵磁性區(qū)域330中變化。因此， 當對鐵磁性材料層311施加疇壁運動電流并且鐵磁性材料層311和反鐵磁性區(qū)域330的溫 度由T。表示時，在反鐵磁性區(qū)域330H的阻截溫度TB大于溫度T。的情況下，每一個反鐵磁 性區(qū)域330H和與該反鐵磁性區(qū)域330H接觸的鐵磁性材料層311的對應部分之間的交換耦 合沒有被消除。另一方面，在反鐵磁性區(qū)域330L的阻截溫度TB低于溫度T。的情況下，每 一個反鐵磁性區(qū)域330L和與該反鐵磁性區(qū)域330L接觸的鐵磁性材料層311的對應部分之 間的交換耦合被消除。因此，通過改變在反鐵磁性區(qū)域330中的阻截溫度TB，可以根據(jù)反 鐵磁性區(qū)域330和鐵磁性材料層311的溫度控制每一個反鐵磁性區(qū)域330和鐵磁性材料層 311之間的交換耦合的消除狀態(tài)或減少狀態(tài)。在例3中，具有高阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū) 域330H中的阻截溫度TB在20(TC到250°C的范圍內(nèi)，并且具有低阻截溫度TB的反鐵磁性 區(qū)域330L中的阻截溫度TB為室溫或更低。為了改變上述的阻截溫度TB，當氧離子被離子 植入到反鐵磁性區(qū)域330中時，植入的氧離子的量被改變?；蛘?，反鐵磁性區(qū)域330的阻截 溫度TB可以通過改變反鐵磁性區(qū)域330的結(jié)構(gòu)來改變，例如，通過改變反鐵磁性區(qū)域330 的厚度來改變。在例3中，反鐵磁性區(qū)域330被設置為覆蓋鐵磁性材料層311的整個表面。
在例3中，當從第一電極321向第二電極322提供疇壁運動電流或者從第二電極 322向第一電極321提供疇壁運動電流時，在鐵磁性材料層311內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱，并且由于 產(chǎn)生的焦耳熱，熱鐵磁性材料層311和反鐵磁性區(qū)域330的溫度升高。這里，設計阻截溫度TB并且設置疇壁運動電流，使得可以實現(xiàn)這樣一種狀態(tài)，其中，在具有高阻截溫度TB的反 鐵磁性區(qū)域330H中，在鐵磁性材料層311和每一個反鐵磁性區(qū)域330之間的交換耦合不會 發(fā)生消除或減少，而在具有低阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330L中，在鐵磁性材料層311和 每一個反鐵磁性區(qū)域330之間的交換耦合發(fā)生消除或減少。因此，在具有高阻截溫度TB的 反鐵磁性區(qū)域330H中，在鐵磁性材料層311和每一個反鐵磁性區(qū)域330之間的交換耦合不 發(fā)生消除或減少。另一方面，在具有低阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330L中，在鐵磁性材料 層311和每一個反鐵磁性區(qū)域330之間的交換耦合發(fā)生消除或減少。這里，在開始運動之前 疇壁位于鐵磁性材料層311的一部分中，當施加疇壁運動電流時，位于具有高阻截溫度TB 的反鐵磁性區(qū)域330H下方的這一部分開始運動。然后，疇壁快速地穿過鐵磁性材料層311 的一部分，這一部分位于具有低阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330L下方。在疇壁穿過位于 具有低阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330L下方的鐵磁性材料層311的這一部分的同時，或 者，在完成通過之時，當停止提供疇壁運動電流或者減小疇壁運動電流的值時，在位于具有 低阻截溫度TB的反鐵磁性區(qū)域330L下方的鐵磁性材料層311的這一部分中，鐵磁性材料 層311和反鐵磁性區(qū)域330之間的交換耦合立即再次產(chǎn)生。因此，在位于具有高阻截溫度 TB的反鐵磁性區(qū)域330H下方的鐵磁性材料層311的這一部分中，疇壁的運動可以可靠地停 止。 與例2中一樣，在例3的配置和結(jié)構(gòu)中，從基底側(cè)起，反鐵磁性區(qū)域330和鐵磁性 材料層311可以依次形成。該結(jié)構(gòu)也適用于下述的例4、例5和例6。在例3和下述的例4、 例5和例6中，第一電極和第二電極設置在置于鐵磁性材料層下方的基底的各部分中，并且 第三電極設置在鐵磁性材料層上。或者，第一電極、第二電極和第三電極的布置可以與例1 或例2中的布置相同。電極的布置也適用于下述的例4、例5和例6。
例4 例4也是例1的變型例。例4涉及第三信息存儲元件和讀寫信息的第三方法。在 例4中，在鐵磁性材料層的軸線方向上，產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的溫度的升高 量的變化(上述的第A項)。 圖12A是例4的信息存儲元件的示意性平面圖，并且圖12B是該信息存儲元件的 示意性局部橫截面圖。如圖12A和圖12B所示，在例4中，當沿著與鐵磁性材料層411的軸 線方向正交的虛擬平面切割鐵磁性材料層411時鐵磁性材料層411的橫截面面積在鐵磁性 材料層411的軸線方向上變化。更具體地說，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域 411L和具有小橫截面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域411S在鐵磁性材料層411的軸線方 向上交替地設置，該橫截面面積是當沿著與鐵磁性材料層411的軸線方向正交的虛擬平面 切割鐵磁性材料層411時獲得的。當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有大橫截面面 積的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目是N或更大(N在例4中，具體地說N二 16)。具有不同橫 截面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域被分成兩個組。通過如上所述的那樣在鐵磁性材料層 411的軸線方向上改變鐵磁性材料層411的橫截面面積，當將疇壁運動電流施加到鐵磁性 材料層411時，在鐵磁性材料層411的軸線方向上，產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)411 的溫度的升高量的變化。在圖12A中，省略了層間絕緣層414。 在例4中，反鐵磁性區(qū)域430被設置為覆蓋鐵磁性材料層411的整個表面。
在例4中，當從第一電極421向第二電極422提供疇壁運動電流或者從第二電極422向第一電極421提供疇壁運動電流時，在鐵磁性材料層411內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱，并且由于 產(chǎn)生的焦耳熱，鐵磁性材料層411和反鐵磁性區(qū)域430的溫度升高。這里，在具有大橫截面 面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域411L中溫度的升高量AIY小于在具有小橫截面面積的鐵 磁性材料層411的區(qū)域411S中溫度的升高量ATS。因此，在具有小橫截面面積的鐵磁性材 料層411的區(qū)域411S中，與具有大橫截面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域411L相比，鐵磁 性材料層411和反鐵磁性區(qū)域430之間的交換耦合的消除或減少可靠地發(fā)生。這里，當施 加疇壁運動電流時，在運動開始之前，位于具有大橫截面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域 411L中的疇壁開始運動。然后，該疇壁快速地穿過具有小橫截面面積的鐵磁性材料層411 的區(qū)域411S。在疇壁穿過具有小橫截面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域411S的同時，或 者，在完成通過之時，當停止提供疇壁運動電流或者減小疇壁運動電流的值時，具有大橫截 面面積的鐵磁性材料層411的區(qū)域411L的溫度立即降低，并且鐵磁性材料層411和反鐵磁 性區(qū)域430之間的交換耦合再次產(chǎn)生。因此，可以在具有大橫截面面積的鐵磁性材料層411 的區(qū)域411L中可靠地停止疇壁運動。
例5 例5也是例1的變型例。例5涉及第四信息存儲元件和讀寫信息的第四方法。在 例5中，在鐵磁性材料層的軸線方向上，產(chǎn)生該鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的溫度的升 高量的變化(上述的第A項)。 圖13A是例5的信息存儲元件的示意性平面圖，并且圖13B是該信息存儲元件的 示意性局部橫截面圖。如圖13A和13B所示，在例5中，鐵磁性材料層511的比電阻值在鐵 磁性材料層511的軸線方向上變化。更具體地說，具有高比電阻值的鐵磁性材料層511的 區(qū)域511H和具有低比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L在鐵磁性材料層511的軸線 方向上交替地設置。在圖13A中，省略了層間絕緣層514。在圖13B中，具有高比電阻值的 區(qū)域511H從左上方向右下方由陰影線區(qū)域示出。當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具 有低比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L的數(shù)目是N或更大(在例5中是N，具體地 說N二16)。具有不同比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域被分成兩個組。通過如上所述 的那樣在鐵磁性材料層511的軸線方向上改變鐵磁性材料層511的比電阻值，當將疇壁運 動電流施加到鐵磁性材料層511時，在鐵磁性材料層511的軸線方向上，產(chǎn)生鐵磁性材料層 (鐵磁性記錄層)511的溫度的升高量的變化。具有高比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域 511H和具有低比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L可以通過在鐵磁性材料層511中 植入氮離子或氧離子來形成。 在例5中，反鐵磁性區(qū)域530被設置為覆蓋鐵磁性材料層511的整個表面。
在例5中，當從第一電極521向第二電極522提供疇壁運動電流或者從第二電極 522向第一電極521提供疇壁運動電流時，在鐵磁性材料層511內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱，并且由于 產(chǎn)生的焦耳熱，鐵磁性材料層511和反鐵磁性區(qū)域530的溫度升高。這里，在具有低比電阻 值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L中溫度的升高量AIY小于在具有高比電阻值的鐵磁性 材料層511的區(qū)域511H中溫度的升高量ATH。因此，在具有高比電阻值的鐵磁性材料層 511的區(qū)域511H中，與具有低比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L相比，鐵磁性材料 層511和反鐵磁性區(qū)域530之間交換耦合的消除或減少可靠地發(fā)生。這里，當施加疇壁運動 電流時，在運動開始之前，位于具有低比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L中的疇壁開始運動。然后，該疇壁快速地穿過具有高比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511H。在 疇壁穿過具有高比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511H的同時，或者，在完成通過之時， 當停止提供疇壁運動電流或者減小疇壁運動電流的值時，具有低比電阻值的鐵磁性材料層 511的區(qū)域511L的溫度立即降低，并且鐵磁性材料層511和反鐵磁性區(qū)域530之間的交換 耦合再次產(chǎn)生。因此，可以在具有低比電阻值的鐵磁性材料層511的區(qū)域511L中可靠地停 止疇壁運動。
例6 例6也是例1的變型例。例6涉及第五信息存儲元件和讀寫信息的第五方法。在 例6中，在該鐵磁性材料層的軸線方向上，產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的溫度的升 高量的變化(上述的第A項)。 在例6中，靠近鐵磁性材料層611設置溫度控制裝置640 ，該溫度控制裝置640配 置用來在鐵磁性材料層611的軸線方向上改變鐵磁性材料層611的溫度。通過以這種方式 設置溫度控制裝置640，可以在鐵磁性材料層611的軸線方向上產(chǎn)生鐵磁性材料層(鐵磁性 記錄層)611的溫度的升高量的變化。 圖14是例6的信息存儲元件的示意性局部橫截面圖。如圖14所示，在例6中，溫 度控制裝置640由用于改變鐵磁性材料層611周圍的區(qū)域的熱傳導性的散熱器構(gòu)成。更具 體地說，層間絕緣層614設置在覆蓋鐵磁性材料層611的反鐵磁性區(qū)域630上。在層間絕 緣層614的多個部分上設置凹部，這些部分置于鐵磁性材料層611的上部上。帶狀的由銅 (Cu)層構(gòu)成的溫度控制裝置640設置在包含凹部的層間絕緣層614上，以便與鐵磁性材料 層611平行。從溫度控制裝置640的底面到鐵磁性材料層611的每一個部分(區(qū)域)611L 中的反鐵磁性區(qū)域630的距離比從溫度控制裝置640的底面到鐵磁性材料層611的每一個 部分(區(qū)域)611S中的反鐵磁性區(qū)域630的距離長。鐵磁性材料層611的溫度以這種方式 在鐵磁性材料層611的軸線方向上改變。具有不同溫度的鐵磁性材料層611的區(qū)域被分成 兩個組。在圖14中，區(qū)域611S由從左上方到右下方的陰影線區(qū)域示出。
類似地，在例6中，當從第一電極621向第二電極622提供疇壁運動電流或者從第 二電極622向第一電極621提供疇壁運動電流時，在鐵磁性材料層611內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱，并 且由于產(chǎn)生的焦耳熱，鐵磁性材料層611和反鐵磁性區(qū)域630的溫度升高。這里，在鐵磁性 材料層611的區(qū)域611S中溫度的升高量ATS小于在鐵磁性材料層611的區(qū)域611L中溫 度的升高量AIY。因此，在鐵磁性材料層611的區(qū)域611L中，與鐵磁性材料層611的區(qū)域 611S相比，鐵磁性材料層611和反鐵磁性區(qū)域630之間的交換耦合的消除或減少可靠地發(fā) 生。這里，當施加疇壁運動電流時，在運動開始之前，位于鐵磁性材料層611的區(qū)域611S中 的疇壁開始運動。然后，疇壁快速地穿過鐵磁性材料層611的區(qū)域611L。在疇壁穿過位于 鐵磁性材料層611的區(qū)域611L的同時，或者在完成通過之時，當停止提供疇壁運動電流或 者減小疇壁運動電流的值，鐵磁性材料層611的區(qū)域611S的溫度立即降低，并且鐵磁性材 料層611和反鐵磁性區(qū)域630之間的交換耦合再次產(chǎn)生。因此，可以在鐵磁性材料層611的 區(qū)域611S中可靠地停止疇壁的運動。代替散熱器，加熱器也可以設置為溫度控制裝置640。
已經(jīng)基于優(yōu)選例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不限于這些例子。在各例子 中描述的信息存儲元件的配置、結(jié)構(gòu)、材料和制造方法只是示例性的，并且可以對其進行適 當?shù)男薷?。或者，作為將信息寫入到鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)中并從鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)讀取信息的方法，可以采用這樣一種方法，在該方法中，基于由電流產(chǎn)生 的磁場寫入信息，并且通過檢測在鐵磁性材料層中的磁場方向來讀取信息。在這種情況下， 磁場產(chǎn)生/檢測裝置的具體例子包括產(chǎn)生磁場的線圈和布線。 圖15是例1的信息存儲元件的變型例的示意性局部橫截面圖。如圖15所示，例 如，信息存儲元件700中的帶狀鐵磁性材料層(鐵磁性材料層)711可以是U形三維層。例 如，該信息存儲元件700可以通過下述方法制造。具體地說，在由硅半導體基底構(gòu)成的基 底710上形成每一個都具有包含非磁性膜723A和磁化參考層723B的層疊結(jié)構(gòu)的第三電極 723。隨后，在基底710上形成層疊有層間絕緣層715和反鐵磁性材料層730A的層疊結(jié)構(gòu)。 接下來，在位于第三電極723上的層疊結(jié)構(gòu)中形成開口。在開口中形成鐵磁性材料層711， 然后，在鐵磁性材料層711上形成絕緣膜723。隨后，將位于每一個開口的底部和層疊結(jié)構(gòu) 的頂面上的絕緣膜723的部分去除。隨后，用第二電極722填充每一個開口，并且在暴露于 層疊結(jié)構(gòu)的頂面上的鐵磁性材料層711上形成第一電極721。 本申請包括與在2008年IO月16日遞交到日本專利局的日本在先專利申請JP 2008-267222中公開的主題相關(guān)的主題，該專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，根據(jù)設計要求和其它因素，可以進行各種修改、組 合、子組合和替換，只要它們在所附的權(quán)利要求或其等同形式的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
一種將信息寫入到信息存儲元件中以及從信息存儲元件讀取信息的方法，該信息存儲元件包括帶狀的鐵磁性材料層、置于鐵磁性材料層的一端的第一電極、置于鐵磁性材料層的另一端的第二電極，以及由反鐵磁性材料構(gòu)成并且與鐵磁性材料層的至少一部分接觸設置的反鐵磁性區(qū)域，該方法包括下述步驟在第一電極和第二電極之間施加電流，以產(chǎn)生電流誘導的疇壁運動；在鐵磁性材料層中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到磁化區(qū)域中，或者，作為信息從磁化區(qū)域讀取磁化狀態(tài)；以及在疇壁運動時，消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過在第一電極和第二電極之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱，來消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，以其間留有間隔的方式布置多個反鐵磁性區(qū)域，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，布置多個反鐵磁性區(qū)域，能夠固定磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài)的上限溫度在反鐵磁性區(qū)域之間變化，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有高上限溫度的反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有小橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置，該橫截面面積是當沿著與鐵磁性材料層的軸線方向正交的虛擬平面切割鐵磁性材料層時獲得的，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，具有高比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該信息存儲元件還包括溫度控制部件，用于在鐵磁性材料層的軸線方向上改變鐵磁性材料層的溫度，該溫度控制部件靠近鐵磁性材料層設置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該信息存儲元件還包括第三電極，該第三電極與鐵磁性材料層的一部分接觸設置，該第三電極包括與鐵磁性材料層的一部分接觸的非磁性膜和置于該非磁性膜上的磁化參考層，并且通過在第二電極和第三電極之間施加電流，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到每個磁化區(qū)域中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過在第二電極和第三電極之間施加電流，作為信息從第三電極讀取每個磁化區(qū)域中的電阻值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對為了產(chǎn)生電流誘導的疇壁運動而施加到鐵磁性材料層的電流進行規(guī)則調(diào)制。
11. 一種信息存儲元件，包括帶狀的鐵磁性材料層；置于鐵磁性材料層的一端的第一電極；置于鐵磁性材料層的另一端的第二電極；以及由反鐵磁性材料構(gòu)成并且與鐵磁性材料層的至少一部分接觸設置的反鐵磁區(qū)域，其中，通過在第一電極和第二電極之間施加電流，產(chǎn)生電路誘導的疇壁運動，并且在鐵磁性材料層中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到磁化區(qū)域中，或者作為信息從磁化區(qū)域讀取磁化狀態(tài)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信息存儲元件，還包括第三電極，該第三電極與鐵磁性材料層的一部分接觸設置，該第三電極包括與鐵磁性材料層的一部分接觸的非磁性膜和置于該非磁性膜上的磁化參考層，其中，通過在第二電極和第三電極之間施加電流，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到每個磁化區(qū)域中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過在第二電極和第三電極之間施加電流，作為信息從第三電極讀取每個磁化區(qū)域中的電阻值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的信息存儲元件，其中，以其間留有間隔的方式布置多個反鐵磁性區(qū)域，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的信息存儲元件，其中，布置多個反鐵磁性區(qū)域，能夠固定磁化區(qū)域中的磁化狀態(tài)的上限溫度在反鐵磁性區(qū)域之間變化，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有高上限溫度的反鐵磁性區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
16. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的信息存儲元件，其中，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有小橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置，該橫截面面積是當沿著與鐵磁性材料層的軸線方向正交的虛擬平面切割鐵磁性材料層時獲得的，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有大橫截面面積的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
17. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的信息存儲元件，其中，具有高比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域和具有低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域在鐵磁性材料層的軸線方向上交替地設置，并且當要存儲的信息的比特數(shù)由N表示時，具有低比電阻值的鐵磁性材料層的區(qū)域的數(shù)目是N或更大。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信息存儲元件，還包括溫度控制部件，用于在鐵磁性材料層的軸線方向上改變鐵磁性材料層的溫度，該溫度控制部件靠近鐵磁性材料層設置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種信息存儲元件以及將信息寫入到信息存儲元件中并從信息存儲元件讀取信息的方法。該信息存儲元件包括帶狀的鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)、置于鐵磁性材料層的一端的第一電極、置于鐵磁性材料層的另一端的第二電極，以及由反鐵磁性材料構(gòu)成并且與鐵磁性材料層的至少一部分接觸設置的反鐵磁性區(qū)域，該方法包括下述步驟在第一電極和第二電極之間施加電流，以產(chǎn)生電流誘導的疇壁運動；在鐵磁性材料層中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入到磁化區(qū)域中，或者，作為信息從磁化區(qū)域讀取磁化狀態(tài)；以及在疇壁運動時，消除或減少鐵磁性材料層和反鐵磁性區(qū)域之間的交換耦合。
文檔編號G11C11/14GK101727967SQ20091020517
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者大森広之 申請人:索尼株式會社