專利名稱：磁性存儲元件和磁性存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過自旋注入磁化反轉(zhuǎn)(spin injection magnetization reversal) 進(jìn)行信息記錄的非易失性磁性存儲元件和磁性存儲器。
背景技術(shù)：
動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)是能夠高速運(yùn)行的高密度記錄存儲器，其廣泛用作如計(jì)算機(jī)等各種信息裝置中的隨機(jī)存取存儲器。然而，DRAM是在斷電時將會丟失信息的易失性存儲器。因此，期望將一種與DRAM具有相當(dāng)性能且不會丟失信息的非易失性存儲器投入到實(shí)際應(yīng)用中。作為非易失性存儲器的一種選擇，基于磁性材料的磁化來記錄信息的磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)受到關(guān)注且得到快速發(fā)展。MRAM的記錄方法包括通過電流磁場來反轉(zhuǎn)磁化的方法；及通過向記錄層直接注入自旋極化的電子而引起磁化反轉(zhuǎn)的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)方法(如日本專利公開公報(bào) No. 2004-193595所述)。該方法受到關(guān)注的原因在于能夠使記錄電流隨元件尺寸的減小而減小。然而，在利用上述自旋注入磁化反轉(zhuǎn)方法的磁性存儲器中，如果減小元件尺寸，則記錄信息會由于熱波動而發(fā)生變化，從而記錄保持能力出現(xiàn)問題。為了避免熱波動所引起的信息保持特性降低的問題，需要采取諸如增大記錄層的膜厚度之類的解決措施。自旋注入引起磁化反轉(zhuǎn)所需的電流Ic通常是由下述表達(dá)式(1)(參見 J.C.Slonzewski, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 159 (1996)Ll ^) 表不。Ic = α · e · Y · Ms · V · Heff/ (g · μ B) ... (1)在該表達(dá)式中，α表示阻尼常數(shù)，e表示電子的電荷，Y表示陀螺儀常數(shù)(gyro constant)，Ms表示其磁化發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁性層的飽和磁化強(qiáng)度。此外，Heff表示作用于磁性層的有效磁場(例如，基于磁性各向異性的各向異性磁場(Ha)和外部磁場)，V表示磁性層的體積，g表示自旋注入效率，μ β表示玻爾磁子(Bohr magneton)。從表達(dá)式(1)可見，增大磁性層的體積V會出現(xiàn)使自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的電流 Ic增大及導(dǎo)致功耗增加的問題。而且，功耗的增加導(dǎo)致驅(qū)動晶體管的尺寸增大，由此難以提高磁性存儲器的記錄密度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，期望本發(fā)明能夠在不降低信息保持特性的情況下減小自旋注入進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)時所需的電流。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種磁性存儲元件，其包括基準(zhǔn)層，其磁化方向固定為預(yù)定方向；記錄層，其磁化方向由于對應(yīng)于記錄信息的方向上的自旋注入而變化；中間層，其將所述記錄層與所述基準(zhǔn)層隔開；以及熱發(fā)生器，其用于加熱所述記錄層，其中，所述記錄層的材料是在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200 V的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10 % 80 %的磁性材料。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種磁性存儲器，其包括具有上述結(jié)構(gòu)的磁性存儲元件。具體地，該磁性存儲器包括磁性存儲元件，所述磁性存儲元件包括基準(zhǔn)層，其磁化方向固定為預(yù)定方向；記錄層，其磁化方向由于對應(yīng)于記錄信息的方向上的自旋注入而變化；中間層，其將所述記錄層與所述基準(zhǔn)層隔開；以及熱發(fā)生器，其用于加熱所述記錄層。 而且，所述磁性存儲器包括彼此交叉的兩種配線，并且所述磁性存儲元件布置在所述兩種配線的交叉點(diǎn)附近且在所述兩種配線之間。另外，所述記錄層的材料是在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10 % 80 %的磁性材料。如上所述，在本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件和磁性存儲器中，設(shè)有用于使所述記錄層變熱的熱發(fā)生器，并且使用磁化強(qiáng)度的溫度特性具有特定范圍的材料作為所述記錄層才材料。具體地，使用具有如下溫度特性的材料，記錄層材料的磁化強(qiáng)度在150°C時等于或高于室溫時磁化強(qiáng)度的50 %，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫下的磁化強(qiáng)度的10% 80%。采用這種結(jié)構(gòu)，能夠減小磁性存儲元件中自旋注入引起磁化反轉(zhuǎn)所需的電流。在此情況下，能夠通過小電流重寫信息，同時具有抗熱波動等的穩(wěn)定的信息保持性。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件和磁性存儲器，能夠在不降低信息保持性的情況下減小自旋注入引起磁化反轉(zhuǎn)所需的電流。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲器的結(jié)構(gòu)的示意性立體圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件的變化例的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件的另一變化例的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件的又一變化例的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件的再一變化例的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖7是表示磁性存儲元件的樣例1 7中的記錄層的磁化強(qiáng)度的溫度特性的圖； 及圖8是表示磁性存儲元件的樣例1 7中的每個元件結(jié)構(gòu)下的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)電流密度Jc的圖。
具體實(shí)施例方式下面參照

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的示例。按如下順序進(jìn)行說明。1.本發(fā)明的第一實(shí)施例(磁性存儲器的實(shí)施例)
2.本發(fā)明的第二實(shí)施例(磁性存儲元件的實(shí)施例)3.本發(fā)明的第二實(shí)施例的變化例4.工作示例和對比示例1.本發(fā)明的第一實(shí)施例(磁性存儲器的實(shí)施例)首先，參照圖1說明作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的磁性存儲器的實(shí)施例。如圖1所示，磁性存儲器10包括兩種彼此交叉的地址配線(例如字線和位線)，通過在這兩種配線的交叉點(diǎn)附近且在所述配線之間布置磁性存儲元件3而形成磁性存儲器10?？蓪⒑笪乃龅膶?shí)施例或變化例的磁性存儲元件用作磁性存儲元件3。在此情況下，在例如由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體基板11中的由元件隔離層2所隔離的區(qū)域中，形成有漏極區(qū)域8、源極區(qū)域7和柵極電極1。這些部件構(gòu)成了用于選擇相應(yīng)磁性存儲元件3的選擇晶體管。柵極電極1還用作一種地址配線(例如，字線)，其沿著圖中的前后方向延伸。漏極區(qū)域8形成為被圖中左右兩側(cè)的選擇晶體管所共用。配線9連接到漏極區(qū)域8。磁性存儲元件3布置在源極區(qū)域7和另一條地址配線(例如，位線)6之間，地址配線(例如，位線)6布置在上側(cè)且沿著圖中的水平方向延伸。磁性存儲元件3包括記錄層和用于加熱該記錄層的熱發(fā)生器，該記錄層是由鐵磁性層構(gòu)成，通過自旋注入來反轉(zhuǎn)該記錄層的磁化方向。如后文的磁性存儲元件的實(shí)施例所述，該記錄層是由如下材料構(gòu)成該材料在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，并且在150°C 200°C溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10 % 80 %。磁性存儲元件3布置在柵極電極1和配線6的交叉點(diǎn)附近，柵極電極1和配線6用作兩種地址配線，磁性存儲元件3經(jīng)上接觸層4和下接觸層4連接到這兩種地址配線。由此，能夠通過這兩種配線(即，柵極電極1和配線6)在垂直方向上向磁性存儲元件3施加電流，并能夠通過對應(yīng)于信息的自旋注入來反轉(zhuǎn)記錄層的磁化方向。存在有包含記錄層和熱發(fā)生器的磁性存儲元件3的上述結(jié)構(gòu)能夠使磁性存儲器 10在信息記錄時有效降低記錄層的磁化強(qiáng)度，能夠通過小電流來重寫信息，并同時保留了抗熱波動等穩(wěn)定的信息保持特性。2.本發(fā)明的第二實(shí)施例(磁性存儲元件的實(shí)施例)下面參照圖2說明本發(fā)明實(shí)施例的磁性存儲元件的一個示例。如圖2所示，在磁性存儲元件30中，在基板21上依次形成基體層22和反鐵磁性層23，基板21例如是由熱氧化硅構(gòu)成，基體層22例如是由Ta構(gòu)成且還用作一個電極，反鐵磁性層23例如是由PtMn構(gòu)成。而且，由諸如( 或CoFeB之類的鐵磁性材料構(gòu)成的基準(zhǔn)層M堆疊在反鐵磁性層23 上，基準(zhǔn)層M的磁化方向是固定的。在基準(zhǔn)層M上依次形成由例如Ru構(gòu)成的非磁性層25 和諸如( 或CoFeB之類的鐵磁性材料構(gòu)成的基準(zhǔn)層26。在此情況下，基準(zhǔn)層M和基準(zhǔn)層26隔著非磁性層25彼此耦合，使得基準(zhǔn)層24和基準(zhǔn)層沈的磁化方向彼此反向平行，于是形成了合成的亞鐵磁性結(jié)構(gòu)。然而，該結(jié)構(gòu)不限于此。記錄層觀隔著由非磁性材料構(gòu)成的中間層27形成在基準(zhǔn)層沈上，記錄層觀的磁化方向由于自旋注入而發(fā)生變化。優(yōu)選地，例如使用諸如Cu之類的具有小自旋散射(spin scattering)的金屬材料或者諸如Al2O3或MgO之類的陶瓷材料作為中間層27的材料。尤其優(yōu)選使用MgO等，這是因?yàn)樽x取時可獲得較大信號作為再生信號。后文會說明記錄層觀的材料。在磁性存儲元件30中，例如由耐熱層形成的熱發(fā)生器33形成在由鐵磁性層構(gòu)成的記錄層觀上，該耐熱層例如是由Ti構(gòu)成。而且，由例如Ta構(gòu)成的覆蓋層四形成在熱發(fā)生器33上，從而構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部20。多層結(jié)構(gòu)部20的平面形狀例如可以是如圖1所示的橢圓形。然而，也可以采用其它的平面形狀，沒有具體限制。多層結(jié)構(gòu)部20的外圍掩埋在由非磁性材料構(gòu)成的填充層31中，多層結(jié)構(gòu)部20的表面與覆蓋層四齊平。在覆蓋層四和填充層31上形成用于向磁性存儲元件30施加電流的電極層32。在圖2及后文所述的圖 3 圖6中，箭頭示意表示鐵磁性層的磁化方向。在磁性存儲元件30中，在基體層22和電極層32之間施加電壓，從而在磁性存儲元件30的膜平面的垂直方向上施加電流以實(shí)現(xiàn)自旋注入，由此改變記錄層觀和基準(zhǔn)層沈的磁化方向之間的相對角度。因此，在通過施加電流而進(jìn)行的自旋注入中，由于施加電流而產(chǎn)生焦耳熱，所以即使當(dāng)不設(shè)置熱發(fā)生器33時也存在熱量產(chǎn)生的影響。但是，如果使用與相關(guān)技術(shù)相同的材料作為記錄層觀的磁性材料，則普通元件結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的焦耳熱對自旋注入電流的減小的貢獻(xiàn)率可以忽略不計(jì)。相比之下，可通過如下方式實(shí)現(xiàn)自旋注入電流的減小，即，將磁特性與溫度的關(guān)系落入特定范圍內(nèi)的磁性材料用作記錄層觀的材料，并且設(shè)置熱發(fā)生器33以積極利用熱量產(chǎn)生效應(yīng)。具體地，在本實(shí)施例中，使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層觀，S卩，該材料在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10% 80%。由于使用這樣的磁性材料，所以在施加自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的電流時，充分降低了記錄層觀的磁化強(qiáng)度，從而降低了記錄電流。如果使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層觀的材料，即該材料在溫度高于 200°C時的磁化強(qiáng)度降低到在室溫時的磁化強(qiáng)度的80%以下，則在施加自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的電流時不會充分降低磁化強(qiáng)度，不會出現(xiàn)大大減小記錄電流的效果。相反，如果記錄層觀在溫度低于150°C時的磁化強(qiáng)度降低到小于在室溫時的磁化強(qiáng)度的50%，則盡管能實(shí)現(xiàn)減小記錄電流的效果，但會出現(xiàn)信息保持性的問題。因?yàn)樽孕⑷胄痛判源鎯υ?0是非易失性存儲器，所以應(yīng)該能夠在一定溫度范圍內(nèi)保持所記錄的信息例如十年。盡管溫度范圍隨使用目的而變化，但通常溫度范圍的上限為大約90°C 120°C。于是，使用這些溫度作為上限進(jìn)行信息保持測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果使用磁化強(qiáng)度在溫度低于150°C時降低到小于室溫時的磁化強(qiáng)度的50%作為記錄層觀的材料時，則沒有充分降低信息保持差錯的出現(xiàn)率。如果記錄層28在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度低于室溫時的磁化強(qiáng)度的10%，則能夠通過小電流產(chǎn)生磁化反轉(zhuǎn)。但是，如果使用磁化強(qiáng)度極低的材料作為記錄層觀，則會頻繁出現(xiàn)回跳(back hopping)，且難以穩(wěn)定控制記錄層28的磁化狀態(tài)(例如參見 "Journal of Applied Physics 105,07D126 (2009) “ )因此，在本實(shí)施例中，使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層28，S卩，該材料在 150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10% 80%。這樣的溫度特性是優(yōu)選的，這是因?yàn)椋?使用通過將Co和狗中的至少一種元素與非磁性元素和氧化物中的至少一者進(jìn)行組合所得到的材料，能夠容易實(shí)現(xiàn)這類磁性材料。非磁性元素的示例包括Ta、^ 和V。氧化物的示例包括Si02、MgO和Al-O (鋁氧化物)。用作基體的磁性材料的示例包括Coi^e、CoFeB以及包含這些物質(zhì)的合金。優(yōu)選地，使用諸如Ti層之類的耐熱率高的材料層作為熱發(fā)生器33。如果使用這樣的耐熱材料作為熱發(fā)生器33，則在施加電流時會在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生熱量。另外，該結(jié)構(gòu)簡單且易于制造。用作基準(zhǔn)層M和沈以及記錄層28的磁性層可以是水平磁化膜也可以是垂直磁化膜。然而，當(dāng)基準(zhǔn)層M和26是水平磁化膜時，也采用水平磁化膜作為記錄層觀。相反， 當(dāng)基準(zhǔn)層對和26時垂直磁化膜時，優(yōu)選地也采用垂直磁化膜作為記錄層28。如上所述，優(yōu)選地，基準(zhǔn)層M和沈的磁化方向與記錄層觀的磁化方向彼此平行或反向平行。對于構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部20的除記錄層觀和熱發(fā)生器33之外的其它各層的材料，除了可以使用上述材料之外，也可以使用與相關(guān)技術(shù)的自旋型磁性存儲元件相同的材料。各層的膜厚度也是如此，并且制造方法也沒有具體限制。而且，這同樣適用于基板21、填充層 31和電極層32，它們的材料和構(gòu)造沒有具體限制。3.本發(fā)明第二實(shí)施例的變化例(3-1)第一變化例下面參照圖3說明第二實(shí)施例的磁性存儲元件的第一變化例。如圖3所示，在磁性存儲元件50中，熱發(fā)生器53形成在基板41上。在熱發(fā)生器53上依次形成基體層42、 反鐵磁性層43、基準(zhǔn)層44、非磁性層45、基準(zhǔn)層46、由非磁性層構(gòu)成的中間層47、記錄層48 和覆蓋層49。熱發(fā)生器53例如是由耐熱層形成。熱發(fā)生器53至覆蓋層49中的各層的平面形狀例如形成為橢圓形，從而構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部40。而且，在多層結(jié)構(gòu)部40周圍形成填充層51，在覆蓋層49和填充層51上形成有電極層52。在該示例中，也使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層48的材料，即該材料在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10% 80%。構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部40的除熱發(fā)生器53之外的其它各層的材料和膜厚度可以與相關(guān)技術(shù)的自旋注入型磁性存儲元件中的相同，制造方法也沒有具體限制。這同樣適用于基板41、 填充層51和電極層52，它們的材料和構(gòu)造沒有具體限制。在圖2和圖3所示的示例中，基準(zhǔn)層M和沈布置成比記錄層28離基板21更近， 基準(zhǔn)層44和46布置成比記錄層48離基板41更近。然而，該結(jié)構(gòu)不限于此。例如，通過顛倒的結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)相同的特性，即，記錄層觀和48布置成分別離基板21和41更近，而基準(zhǔn)層MJ6和基準(zhǔn)層44、46布置成分別離上側(cè)的電極層32和52更近。(3-2)第二變化例下面參照圖4說明第二實(shí)施例的磁性存儲元件的第二變化例。在圖4所示的示例中，磁性存儲元件90具有所謂的雙結(jié)構(gòu)，其中，基準(zhǔn)層66隔著由非磁性層構(gòu)成的中間層67 形成在記錄層68下方，基準(zhǔn)層76隔著由非磁性層構(gòu)成的中間層77形成在記錄層68上方。 在磁性存儲元件90中，在基板61上依次形成基體層62、反鐵磁性層63、基準(zhǔn)層64、非磁性層65、基準(zhǔn)層66、由非磁性層構(gòu)成的中間層67和記錄層68。而且，在記錄層68上依次形成由非磁性層構(gòu)成的中間層77、基準(zhǔn)層76、非磁性層75、基準(zhǔn)層74、非磁性層85、基準(zhǔn)層84和反鐵磁性層83。在反鐵磁性層83上形成例如由耐熱層構(gòu)成的熱發(fā)生器93。另外，在熱發(fā)生器93上形成有覆蓋層89，從而構(gòu)成了多層結(jié)構(gòu)部60。在多層結(jié)構(gòu)部60周圍形成填充層 91，在覆蓋層89和填充層91上形成有電極層92。在該示例中，也使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層68的材料，即，該材料在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10% 80%。構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部60的除熱發(fā)生器93之外的其它各層的材料和膜厚度可以與相關(guān)技術(shù)的自旋注入型磁性存儲元件中的相同，制造方法也沒有具體限制。這同樣適用于基板61、 填充層91和電極層92，它們的材料和構(gòu)造沒有具體限制。(3-3)第三變化例下面參照圖5說明第二實(shí)施例的磁性存儲元件的第三變化例。在圖5所示的示例中，類似于第二變化例，磁性存儲元件130也具有雙結(jié)構(gòu)，其中，基準(zhǔn)層106隔著由非磁性層構(gòu)成的中間層107形成于記錄層108下方，基準(zhǔn)層116隔著由非磁性層構(gòu)成的中間層117 形成于記錄層108上方。然而，熱發(fā)生器133設(shè)于基板101和基體層102之間。在該磁性存儲元件130中，在基板101上依次形成例如由耐熱層構(gòu)成的熱發(fā)生器133、基體層102、反鐵磁性層103、基準(zhǔn)層104、非磁性層105、基準(zhǔn)層106、由非磁性層構(gòu)成的中間層107和記錄層108。而且，在記錄層108上依次形成由非磁性層構(gòu)成的中間層117、基準(zhǔn)層116、非磁性層115、基準(zhǔn)層114、非磁性層125、基準(zhǔn)層IM和反鐵磁性層123。另外，在反鐵磁性層123 上形成有覆蓋層129，從而構(gòu)成了多層結(jié)構(gòu)部100。在多層結(jié)構(gòu)部100周圍形成填充層131， 在覆蓋層1 和填充層131上形成有電極層132。在該示例中，也使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層108的材料，即該材料在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10% 80%。構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部100的除熱發(fā)生器113之外的其它各層的材料和膜厚度可以與相關(guān)技術(shù)的自旋注入型磁性存儲元件中的相同，制造方法也沒有具體限制。這同樣適用于基板 101、填充層131和電極層132，它們的材料和構(gòu)造沒有具體限制。(3-4)第四變化例下面參照圖6說明第二實(shí)施例的磁性存儲元件的第四變化例。在該示例中，如圖6 所示，類似于圖2和圖3所示的示例，基準(zhǔn)層144和146設(shè)于記錄層148的同一側(cè)。然而， 在該示例中，熱發(fā)生器153設(shè)在填充層151上，但與多層結(jié)構(gòu)部140分開。在該磁性存儲元件150中，在基板141上依次形成基體層142、反鐵磁性層143、基準(zhǔn)層144、非磁性層145、 基準(zhǔn)層146、由非磁性層構(gòu)成的中間層147、記錄層148和覆蓋層149?；w層142至覆蓋層 149中的各層的平面形狀例如形成為橢圓形，從而構(gòu)成了多層結(jié)構(gòu)部140。而且，在多層結(jié)構(gòu)部140周圍形成填充層151，在覆蓋層149和填充層151上形成電極層152。而且，在填充層151上的靠近多層結(jié)構(gòu)部140的位置處，熱發(fā)生器153例如形成在靠近電極層152的位置處。熱發(fā)生器153例如是由耐熱層構(gòu)成。在該示例中，也使用具有如下性質(zhì)的磁性材料作為記錄層148的材料，即，該材料在150°C時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少 50 %，且在150°C 200 V的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10 % 80 %。 構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)部140的除熱發(fā)生器153之外的其它各層的材料和膜厚度可以與相關(guān)技術(shù)的自旋注入型的磁性存儲元件中的相同，制造方法也沒有具體限制。這同樣適用于基板141、 填充層151和電極層152，它們的材料和構(gòu)造沒有具體限制。在上述第二實(shí)施例的第二變化例的磁性存儲元件90和第二實(shí)施例的第三變化例的磁性存儲元件130中，作為基準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)，兩個磁性材料層和一個非磁性材料層布置在下部(基板側(cè))，三個磁性材料層和兩個非磁性材料層布置在上部(與基板相對的一側(cè))。 然而，該結(jié)構(gòu)不限于此。下部和上部可以互換，也可以采用一個磁性材料層作為基準(zhǔn)層。而且，磁性材料層的組合和個數(shù)沒有具體限制。例如，上部和下部的磁性材料層的個數(shù)可以分別是一個和兩個，或者分別是三個和四個。在圖2 圖6所示的上述所有磁性存儲元件30、50、90、130和150中，熱發(fā)生器設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)部中或設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)部周圍的填充層上。在任一示例中，熱發(fā)生器產(chǎn)生的熱量到達(dá)記錄層，且與未設(shè)有熱發(fā)生器的情況相比，增加了每單位電流產(chǎn)生的熱量。因此， 與未設(shè)有熱發(fā)生器的情況相比，記錄層的溫升更高。因而，在自旋注入中，與室溫時的磁化強(qiáng)度相比，磁化強(qiáng)度降低。因此，例如即使在增大記錄層的體積以增強(qiáng)信息保持特性時，仍能避免自旋注入磁化反轉(zhuǎn)電流的增加。由此，就能夠在不降低信息保持穩(wěn)定性的情況下提供具有減小了的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)電流的磁性存儲元件和磁性存儲器。與圖6所示的示例相比，在如圖2 圖5所示的熱發(fā)生器設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)部中的元件結(jié)構(gòu)的情況下，記錄層和作為散熱器的上/下電極之間的距離更長，記錄層的溫升更高。具體地，在如圖6所示的熱發(fā)生器153設(shè)置在填充層151上的第四變化例的情況下，雖然記錄層146的溫升比在其它示例中的溫升小，但仍足以實(shí)現(xiàn)由溫升所致的上述效果。4.工作示例和對比示例下面說明本發(fā)明的工作示例和對比示例。首先，為了證實(shí)本發(fā)明實(shí)施例的有益效果，制造由下表1所示的磁性材料構(gòu)成的記錄層，并評估其磁化強(qiáng)度的溫度特性。表1所述的樣例1 樣例7示出了構(gòu)成記錄層的材料和各材料的總的膜厚度(單位mm)。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種磁性存儲元件，其包括基準(zhǔn)層，其磁化方向固定為預(yù)定方向；記錄層，其磁化方向由于對應(yīng)于記錄信息的方向上的自旋注入而改變； 中間層，其將所述記錄層與所述基準(zhǔn)層隔開；以及熱發(fā)生器，其用于加熱所述記錄層，其中，所述記錄層的材料是在150°c時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少 50%，且在150°C 200°C的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10% 80% 的磁性材料。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性存儲元件，其中，通過將Co和中的至少一種元素與非磁性元素和氧化物中的至少一種進(jìn)行組合來獲得所述記錄層的所述材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁性存儲元件，其中，所述熱發(fā)生器是堆疊在多層結(jié)構(gòu)中的耐熱層，所述多層結(jié)構(gòu)包括所述基準(zhǔn)層、所述中間層和所述記錄層。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁性存儲元件，其中，所述熱發(fā)生器堆疊在所述記錄層的存在有所述中間層的一側(cè)的相對側(cè)上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的磁性存儲元件，其中，所述熱發(fā)生器堆疊在所述基準(zhǔn)層的存在有所述中間層的一側(cè)的相對側(cè)上。
6.如權(quán)利要求1或2所述的磁性存儲元件，其中，所述熱發(fā)生器設(shè)置在掩埋有多層結(jié)構(gòu)的填充層上，所述多層結(jié)構(gòu)包括所述基準(zhǔn)層、所述中間層和所述記錄層。
7.—種磁性存儲器，其包括磁性存儲元件，其是權(quán)利要求1 6中任一權(quán)利要求所述的磁性存儲元件；以及彼此交叉的兩種配線，其中，所述磁性存儲元件布置在所述兩種配線的交叉點(diǎn)附近且布置在所述兩種配線之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁性存儲元件和包括該磁性存儲元件的磁性存儲器。所述磁性存儲元件包括基準(zhǔn)層，其磁化方向固定為預(yù)定方向；記錄層，其磁化方向由于對應(yīng)于記錄信息的方向上的自旋注入而變化；中間層，其將所述記錄層與所述基準(zhǔn)層隔開；以及熱發(fā)生器，其用于加熱所述記錄層，其中，所述記錄層的材料是在150℃時的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的至少50％，且在150℃～200℃的溫度范圍內(nèi)的磁化強(qiáng)度是在室溫時的磁化強(qiáng)度的10％～80％的磁性材料。本發(fā)明能夠在不降低信息保持性的情況下減小自旋注入引起磁化反轉(zhuǎn)所需的電流。
文檔編號G11C11/15GK102332297SQ20111017348
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者內(nèi)田裕行, 別所和宏, 大森廣之, 山根一陽, 細(xì)見政功, 肥后豐 申請人:索尼公司