熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器的制造方法
【專利摘要】一種熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器（MRAM）裝置包括磁隧道結(jié)和隧道結(jié)編程電路。磁隧道結(jié)包括具有固定磁極性的參考層、隧道勢壘層以及在隧道勢壘層與參考層的相對側(cè)上的自由層。自由層包括具有第一居里溫度的第一層和具有不同于第一居里溫度的第二居里溫度的第二層。隧道結(jié)編程電路配置成施加通過磁隧道結(jié)的電流以在磁隧道結(jié)中產(chǎn)生寫入溫度且向磁隧道結(jié)的自由層進行寫入。
【專利說明】熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施方式一般涉及磁阻隨機存取存儲器(MRAM)，且更特別涉及具有多層自由層的隧道結(jié)的熱輔助自旋扭矩傳輸MRAM。
【背景技術(shù)】
[0002]磁阻隨機存取存儲器(MRAM)是非易失性計算機存儲器(NVRAM)技術(shù)。不像常規(guī)RAM芯片技術(shù)，MRAM數(shù)據(jù)不存儲為電荷或電流流動，而是通過磁存儲元件存儲。元件由兩個鐵磁板形成，每個鐵磁板可以保持由薄絕緣層分離的磁化方向。兩個板中的一個是設(shè)定為特定極性的參考磁體；另一個板的磁化方向可以通過電場或電流變化為平行于或反平行于參考磁體的磁化且被命名為“自由磁體”或“自由層”。自由磁體也可以被稱為位，且它可以存儲“I”或“O”的值。這種配置已知為磁隧道結(jié)且是MRAM位的最簡單結(jié)構(gòu)。存儲器設(shè)備從這種“單元”的柵格構(gòu)建。
[0003]被稱為熱MRAM的一種類型的MRAM被配置成當向隧道結(jié)的位寫入時使得熱施加于隧道結(jié)。尤其是，自由磁體傾向于在正常操作溫度保持穩(wěn)定，且更難以在正常操作溫度改變自由磁體的磁極性。向自由磁體提供熱可以有助于改變自由磁體的極性以對自由磁體的磁狀態(tài)進行編程。然而，加熱隧道結(jié)以寫入隧道結(jié)所必須的大量電流可能使得MRAM單元中的晶體管對于某些應用而言太大，這可能歸因于高級節(jié)點處的電遷移問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個實施方式，熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)裝置包括磁隧道結(jié)和隧道結(jié)編程電路。磁隧道結(jié)包括具有固定磁極性的參考層、隧道勢壘層以及在隧道勢壘層與參考層的相對側(cè)上的自由層。自由層包括具有第一居里(Curie)溫度的第一層和具有不同于第一居里溫度的第二居里溫度的第二層。隧道結(jié)編程電路被配置成施加通過磁隧道結(jié)的電流以在磁隧道結(jié)中產(chǎn)生寫入溫度并且向磁隧道結(jié)的自由層進行寫入。
[0005]根據(jù)一個實施方式，熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)單兀的磁隧道結(jié)包括具有固定磁極性的參考層、隧道勢壘層以及在隧道勢壘層與參考層的相對側(cè)上的自由層。自由層包括具有第一居里溫度的第一層和具有小于第一居里溫度的第二居里溫度的第二層。
[0006]本發(fā)明的另一實施方式包括向熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)裝置的隧道結(jié)寫入的方法。熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置包括磁隧道結(jié)，該磁隧道結(jié)具有參考層、隧道勢壘層和自由層，該自由層包含具有第一居里溫度的第一層和具有第二居里溫度的第二層。該方法包括向磁隧道結(jié)施加寫入電流以將磁隧道結(jié)加熱到小于第一居里溫度且大于第二居里溫度的寫入溫度。
[0007]附加特征和優(yōu)點通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)。將詳細描述本發(fā)明的其他實施方式和方面。為了更好地理解本發(fā)明的實施方式，參考說明書和附圖?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]在說明書和下面的權(quán)利要求書中描述本發(fā)明的特征特性化實施方式。從結(jié)合附圖的下面的詳細描述將顯見本發(fā)明的實施方式的這些特征和優(yōu)點，附圖中:
[0009]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)裝置；
[0010]圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置的隧道結(jié)；
[0011]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置的隧道結(jié)；
[0012]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置的隧道結(jié)；
[0013]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式形成熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置的方法的流程圖；
[0014]圖6說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式用于操作熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置的過程的框圖；
[0015]圖7說明根據(jù)實施方式的存儲器設(shè)備；以及
[0016]圖8說明包括根據(jù)實施方式的熱自旋扭矩傳輸MRAM陣列的計算機。
【具體實施方式】
[0017]常規(guī)MRAM設(shè)備要求大量電流來向隧道結(jié)的自由層進行寫入。本發(fā)明的實施方式涉及具有隧道結(jié)的熱自旋扭矩傳輸MRAM設(shè)備，該隧道結(jié)具有不同居里溫度的多個層，其中這些層中的至少一個在寫入溫度處是非磁性的以便減小向隧道結(jié)的自由層寫入所需的電流。
[0018]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)電路100。尤其是，圖1說明熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置100的一部分的剖面的側(cè)視圖，用于本說明書目的，其也可以僅被稱為MRAM裝置100。本發(fā)明的實施方式中，MRAM設(shè)備100可以對應于源自串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的一系列熱自旋扭矩MRAM單元的一個熱自旋扭矩MRAM單元，以形成用于存儲數(shù)據(jù)的存儲器陣列或其他存儲器結(jié)構(gòu)。MRAM裝置100可以包括多個絕緣層121、122和123。絕緣層121-123中的一個或更多個可以包括在其中形成的金屬層，諸如布線層(例如Ml)和連接布線層的通孔。
[0019]MRAM裝置100包括上接觸線102、磁隧道結(jié)104 (在下文中稱為“隧道結(jié)”)和下線106。隧道結(jié)104連接到上接觸線102和下線106兩者。下接觸線106可以直接連接到隧道結(jié)編程電路，或下接觸線106可以借助于通過一個或更多絕緣層延伸的一個或更多通孔和布線層連接到隧道結(jié)編程電路。上接觸線102和下線106可以均是導線或電線，諸如在半導體設(shè)備的布線層中形成的金屬布線。
[0020]上接觸線102還可以直接連接到隧道結(jié)編程電路，或上接觸線102可以借助于通孔和金屬層接觸(諸如通孔112和金屬層Ml)連接到隧道結(jié)編程電路。隧道結(jié)編程電路可以包括任意類型的選擇電路，該選擇電路包括可以導通或截止的一個或更多晶體管以借助于上和下接觸線102和106提供通過隧道結(jié)104的電流。
[0021]本發(fā)明的實施方式不限于上和下接觸線102和106以及隧道結(jié)104的這種特定剖面配置。而是，提供圖1的配置是用于說明目的，且本發(fā)明的實施方式涵蓋具有各種水平和垂直布置的上和下接觸線102和106以及隧道結(jié)104。[0022]絕緣層121-123可以由任意絕緣材料形成，諸如半導體材料。一些示例包括氮化硅或二氧化硅。上和下接觸線102和106可以由諸如鋁和銅之類的低電阻率金屬形成。通孔112也可以由低電阻率金屬或填充物形成。盡管已經(jīng)提供絕緣材料、低電阻率金屬和高電阻率金屬的一些示例，本發(fā)明的實施方式不限于這些示例，且任意類型的絕緣材料和金屬可以結(jié)合本發(fā)明的實施方式使用。
[0023]在本發(fā)明的實施方式中，隧道結(jié)104包括參考層、隧道勢壘層和具有變化居里溫度Tc的多個層的自由層。隧道結(jié)104可以通過用于在相互頂部上沉積不同材料的任意沉積工藝形成。
[0024]圖2-4說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式具有多層自由層的隧道結(jié)的示例結(jié)構(gòu)。這些實施方式僅作為示例提供，且本發(fā)明涵蓋具有自由層的任意隧道結(jié)，所述自由層具有變化的居里溫度Tc的多個層。
[0025]參考圖2，隧道結(jié)200包括參考層202、隧道勢壘層204和自由層205。隧道結(jié)200可以對應于圖1的隧道結(jié)104。自由層205包括高居里溫度層206和低居里溫度層208，其中居里溫度Tc被定義為材料變?yōu)榉谴判缘臏囟取Ａ硗?，在本說明書中，居里溫度Tc也被稱為去磁化溫度。 [0026]高居里溫度層206和低居里溫度層208在室溫具有組合熱穩(wěn)定性，該組合熱穩(wěn)定性定義在室溫或在非寫入操作溫度處的自由層205的熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性被定義為E/kBT,其中E代表能量勢能、磁能量或改變自由層205的磁極性所需的能量；kB代表玻爾茲曼常數(shù)，而T代表環(huán)境溫度。環(huán)境溫度可以根據(jù)環(huán)境改變。例如，在MRAM裝置100的正常讀取操作或任意其他非寫入狀態(tài)期間，溫度T可以低于100攝氏度(°C )，諸如約85°C，且在寫入操作期間，溫度T可以介于100°C和200°C之間。
[0027]作為示例，MRAM單元可以設(shè)計為在非寫入操作溫度或在約85°C具有10年保持能力，其中保持能力定義為自由層205保持存儲的磁對準10年的能力。在這種MRAM單元中，熱穩(wěn)定性可需要是> 60，或換句話說，E ^ 60kBT。在本發(fā)明的實施方式中，高居里溫度層206和低居里溫度層208被設(shè)計為使得其組合磁能量等于或大于60kBT。另外，高居里溫度層206被設(shè)計為使得其磁能量至少為10kBT以避免切換期間的熱縮鍛。例如，高居里溫度層206在85°C可以具有15kBT的磁能量且低居里溫度層208在約85°C可以具有45kBT的磁能量。
[0028]高居里溫度層206和低居里溫度層208每個分別具有分別定義高居里溫度層206和低居里溫度層208變非磁性的溫度的特征電流溫度值Tc1和Tc2。施加于隧道結(jié)200的溫度T通過增加經(jīng)過隧道結(jié)200的施加于隧道結(jié)200的電流而增加。在本發(fā)明的實施方式中，施加于隧道結(jié)200的溫度T小于層206的居里溫度Tc1且大于層208的居里溫度Tc2?；驌Q句話說，Tc1XDTc2。
[0029]在自由層205配置成在85°C具有60kBT的磁能量的示例中，隧道結(jié)200的寫入溫度可以介于100°C和200°C之間。因此，在電路的非寫入操作期間，溫度T可以小于Tc1和Tc2，且自由層205可以具有通過等式E=60kBT表示的熱穩(wěn)定性。然而，在寫入操作期間，溫度T可以高于Tc2且低于Tc1，導致低居里溫度層208丟失其磁性且導致可以通過等式E=15kBT表示的自由層205的熱穩(wěn)定性對應于高居里溫度層206的磁穩(wěn)定性。因此，可以需要較少的能量來改變自由層205的磁極性。[0030]一般地描述寫入操作，當將執(zhí)行接入操作時，將電流施加于隧道結(jié)200以加熱隧道結(jié)200。電流中的電子可以具有預定自旋以導致層206和208在預定方向中的對準。施加于隧道結(jié)200的溫度T小于高居里溫度層206的居里溫度Tc1且大于低居里溫度層208的居里溫度Tc2。因此，低居里溫度層208丟失其磁化而高居里溫度層206保持其磁化。
[0031]因為低居里溫度層208是非磁性的，且僅高居里溫度層206是磁性的，自由層205變得容易切換。例如，在自由層205的熱穩(wěn)定性在85°C的溫度通過等式E=60kBT表達的實施方式中，在200°C的寫入溫度，自由層205的熱穩(wěn)定性可以僅是E=15kBT。因此，僅需要四分之一的額定電流來改變自由層205的磁極性。
[0032]盡管提供60kBT的熱穩(wěn)定性作為示例，正常操作熱穩(wěn)定性以及高和低居里溫度層206和208的熱穩(wěn)定性可以根據(jù)電路的設(shè)計考慮(諸如隧道結(jié)的所需保持能力)設(shè)定在預定水平。例如，可以使用具有E=80kBT-100kBT的熱穩(wěn)定性的自由層205實現(xiàn)較高的保持能力。另外，高居里溫度層206可以具有低至E=10kBT的熱穩(wěn)定性。高居里溫度層206和低居里溫度層208的熱穩(wěn)定性可以通過不同材料和屬性(諸如高居里溫度層206和低居里溫度層208的厚度和組成)獲得。
[0033]參考層202可以包含:具有垂直各向異性的鐵磁材料，諸如多層，包括但不限于Co I NiXo I Pt或Co I Pd ;稀土過渡金屬合金，包括但不限于CoTb、FeTb、CoFeTb、CoGd、FeGd和CoFeGd ;以及具有界面垂直各向異性的材料，諸如在適當材料上生長或由其覆蓋的CoFeB。參考層202具有固定或被壓制的磁取向。隧道勢壘層204可以包含諸如A1203、TiO2, MgO、SrTiO3或MgAl2O4之類的非導電材料或絕緣層。高居里溫度層206可以包含具有垂直磁性各向異性的諸如CoFeB的材料或雙層Fe | CoFeB和CoFe | CoFeB。上面列舉的材料通常呈現(xiàn)面內(nèi)磁各向異性。但是通過在其正頂端建立層，可以容易地實現(xiàn)垂直各向異性。
[0034]低居里溫度層208可以包含具有垂直各向異性的材料，諸如具有正確層厚度的多層Co|N1-Cu、Co I Pd或Co I Pt和稀有金屬過渡金屬合金。低居里溫度層208還可以包含具有垂直各向異性的具有Ta、Cr、Cu或氧化摻雜CoFeB的材料。盡管用于說明目的提供了少數(shù)材料的示例，本發(fā)明的實施方式涵蓋具有垂直各向異性的任意材料，其中一個材料具有比另一材料高的居里溫度，且其中材料被選擇為具有組合的熱穩(wěn)定性或具有預定值的能量勢。
[0035]隧道結(jié)200的相應層的厚度可以根據(jù)設(shè)計考慮改變。例如，隧道結(jié)200的層的厚度可以設(shè)計為具有預定厚度、具有預定范圍內(nèi)的厚度、具有相互之間固定比例的厚度或基于任意其他考慮或考慮組合的厚度。例如，參考層202可以具有約Inm至約50nm的范圍內(nèi)的厚度。隧道勢壘層204可以具有從約0.5nm至約2nm的范圍內(nèi)的厚度。高居里溫度層206可以具有約0.5nm至約5nm的范圍內(nèi)的厚度。低居里溫度層208可以具有約Inm至約IOnm的范圍內(nèi)的厚度。
[0036]圖3說明類似于圖2的隧道結(jié)200的隧道結(jié)300，其包括參考層302、隧道勢壘層304和自由層305，該自由層305包括高居里溫度層306和低居里溫度層308。隧道結(jié)300可以對應于圖1的隧道結(jié)104。隧道結(jié)300還包括間隔層310。間隔層310可以是諸如鉭、Ru.Pd.Pt或氧化物的非磁性材料，且可以選擇為在寫入溫度從低居里溫度層308去耦高居里溫度層306?？梢杂糜谛纬砷g隔層310的材料的其他示例包括具有低居里溫度的弱極性材料，諸如是Ta、Cr、Cu或氧化摻雜的CoFeB。間隔層的居里溫度應當?shù)扔诨虻陀赥c2，但是高于非寫入操作溫度。間隔層的厚度可以在從0.2nm至約2nm的范圍內(nèi)。
[0037]盡管圖2和3說明一個高居里溫度層和一個低居里溫度層，但是當適當布置時，可以使用任意數(shù)目的層疊的低和高居里溫度層。圖4說明隧道結(jié)400的一個示例，隧道結(jié)400包括參考層402、隧道勢壘層404和自由層405。自由層包括與多個低居里溫度層408a、408b,408c和408d交替層疊的多個高居里溫度層406a、406b、406c和406d。406a比其他高居里溫度層相對更厚，其維持高于非寫入操作溫度的Τα。隧道結(jié)400可以對應于圖1的隧道結(jié)104。
[0038]盡管圖2-4說明了其中低居里溫度層(208，308，408)相對于隧道勢壘層(204，304,404)位于高居里溫度層(206, 306,406)上方的不例,本發(fā)明的實施方式涵蓋備選配置。例如，參考圖2，高居里溫度層206可以相對于隧道勢壘層204定位在低居里溫度層208上方。在該布置中，參考層位于隧道勢壘層頂部。另外，高居里溫度層206可以與低居里溫度層208具有相同的厚度或更厚的厚度。
[0039]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式形成熱自旋扭矩MRAM裝置的方法的流程圖。在一些實施方式中，在方框502中形成諸如晶體管的隧道結(jié)編程電路?？梢栽谒淼澜Y(jié)選擇電路上形成絕緣層、金屬層和通孔。還可以形成下接觸線。可以在下接觸線上形成絕緣層。
[0040]在方框504中，形成隧道結(jié)的參考層。參考層例如可以通過任意沉積工藝形成。參考層可以由以下材料形成:諸如多層的鐵磁材料，包括但不限于Co I N1、Co I Pt或Co I Pd ;稀土 -過渡金屬合金，包括但不限于CoTb、FeTb, CoFeTb, CoGd, FeGd和CoFeGd ；以及具有界面垂直各向異性的材料，諸如在適當材料上生長或由其覆蓋的CoFeB。
[0041]在方框506中，在參考層上形成隧道結(jié)隧道勢壘層。隧道結(jié)隧道勢壘層例如可以通過任意沉積工藝形成，且可以是諸如A1203、TiO2, MgO、SrTiO3或MgAl2O4的不導電材料。
[0042]在方框508中，在隧道結(jié)隧道勢壘層上形成高居里溫度層。高居里溫度層可以由具有比在隧道結(jié)操作期間在隧道結(jié)中執(zhí)行的寫入操作的溫度高的Tc的鐵磁材料形成。用于形成高居里溫度層的材料的示例包括具有垂直磁各向異性的CoFeB或雙層Fe | CoFeB和CoFe ICoFeB。
[0043]在方框510中，在高居里溫度層上形成間隔層510。間隔層510可以通過沉積形成，且可以由諸如Ta、Ru、Pd、Pt或氧化物的非磁性材料形成。它還可以是具有低居里溫度的弱磁性材料，諸如是Ta、Cr、Cu或氧化摻雜的CoFeB。
[0044]在方框512中，在間隔層上形成低居里溫度層。低居里溫度層可以由具有比在隧道結(jié)操作期間在隧道結(jié)中執(zhí)行的寫入操作的溫度低的Tc的鐵磁材料形成。用于形成低居里溫度層208的材料的示例包括具有正確層厚度的Co |N1-Cu、Co I Pd或Co |Pt的多層以及稀土過渡金屬合金。低居里溫度層208還可以包含具有垂直各向異性的使用Ta、Cr、Cu或氧化摻雜CoFeB的材料。
[0045]在方框514中，在絕緣層上形成上接觸線以接觸隧道結(jié)。
[0046]在本發(fā)明的實施方式中，絕緣層的形成可以通過任意沉積或生長工藝執(zhí)行，包括化學氣相沉積、水浴沉積或任意其他工藝。另外，通孔可以通過諸如化學、激光或物理蝕刻、切割或鉆孔的任意工藝形成。接觸線和布線可以通過任意沉積工藝、光刻或任意其他工藝形成。
[0047]在本發(fā)明的實施方式中，隧道結(jié)的自由層形成為具有不同居里溫度的多層。多層的材料和特性被選擇為使得在寫入操作期間，低居里溫度層是非磁性的且高居里溫度層是磁性的。多層的材料和特性也被選擇，使得在預定非寫入溫度或非寫入溫度的預定范圍處，隧道結(jié)的自由層的熱穩(wěn)定性具有預定值，該預定值包含低居里溫度層和高居里溫度層中每一個的熱穩(wěn)定性的和。
[0048]圖6是根據(jù)一個實施方式用于操作諸如圖1的MRAM裝置之類的包括隧道結(jié)的MRAM裝置的過程的框圖。在方框602中，選擇操作。如果將執(zhí)行讀取操作，則在方框604中，將讀取電流施加于隧道結(jié)，且隧道結(jié)的自由層的磁極性被確定以確定由磁極性表達的數(shù)據(jù)位的狀態(tài)。
[0049]如果寫入操作被選擇，則在方框606中，將寫入電流施加于隧道結(jié)。寫入電流大于讀取電流。寫入電流包含具有預定自旋扭矩的電子以對隧道結(jié)的磁極性進行編程。另外，寫入電流將磁隧道結(jié)加熱到大于自由層的第一子層(諸如圖2的第二層208)的居里溫度且小于自由層的第二子層(諸如圖2的第一層206)的居里溫度的溫度。因此，寫入電流去磁
化第一子層。
[0050]在方框608中，寫入電流停止，且第二子層停止被編程。在方框610中，在隧道結(jié)的溫度下降到第一子層的居里溫度以下時，第一子層開始被重新磁化。當被重新磁化時，第一子層采用第二子層的磁極性。
[0051]通過上述方法，具有高熱穩(wěn)定性的整個隧道結(jié)可以通過施加僅足夠?qū)λ淼澜Y(jié)的自由層的一個子層編程的電流而被編程。
[0052]圖7說明包括MRAM陣列710的存儲器設(shè)備700，該陣列包括如圖1所示的多個熱自旋扭矩MRAM裝置100。存儲器設(shè)備700通過存儲器控制器控制，該存儲器控制器是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解的處理電路720。處理電路720可以是用于操作MRAM陣列710的專用集成電路(ASIC)。而且，處理電路720可以執(zhí)行存儲在存儲器725中的指令以操作MRAM陣列710。存儲器設(shè)備700包括和/或操作為連接到向MRAM陣列710提供電壓偏置V的一個或更多電壓源705 (如處理電路720所指示)、引導信號的多路器715以及向?qū)懭胛痪€114、下和上接觸線110和102以及隧道結(jié)選擇電路提供電流的電流源707(如處理電路720所指示)。
[0053]圖8說明可以被包括在示例性實施方式中的計算機800 (其可以包括存儲器設(shè)備700以操作此處描述的特征)的示例。此處討論的各種方法、過程、模塊、流程圖、工具、應用、電路、元件、等式和技術(shù)也結(jié)合和/或利用計算機800的能力。此外，計算機800的能力可以用于實現(xiàn)此處討論的示例性實施方式的特征。計算機800的能力中的一個或更多個可以用于實現(xiàn)、合并、連接到和/或支持圖1-7中在此討論的任意元件(如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的)，諸如從隧道結(jié)104讀取數(shù)據(jù)或向隧道結(jié)104寫入數(shù)據(jù)。
[0054]一般地，就硬件架構(gòu)而言，計算機800可以包括經(jīng)由本地接口(未示出)通信耦合的一個或更多處理器810、計算機可讀存儲器810以及一個或更多輸入和/或輸出(I/O)設(shè)備870。如所屬領(lǐng)域所已知的，本地接口例如可以是但不限于一個或更多總線或其他有線或無線連接。本地接口可以具有諸如控制器、緩沖器(緩存)、驅(qū)動器、中繼器和接收器的附加元件以實現(xiàn)通信。而且，本地接口可以包括地址、控制和/或數(shù)據(jù)連接以在上述組件中實現(xiàn)適當?shù)耐ㄐ拧?br> [0055]處理器810是用于執(zhí)行可以存儲在存儲器820中的軟件的硬件設(shè)備。處理器810實質(zhì)上可以是與計算機800相關(guān)的若干處理器中的任意定制或商業(yè)可用處理器、中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)或輔助處理器，且處理器810可以是基于半導體的微處理器(微芯片形式)或微處理器。
[0056]計算機可讀存儲器820可以包括易失性存儲器元件(例如隨機存取存儲器(RAM)，諸如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)等)和非易失性存儲器元件(例如，ROM、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、可編程只讀存儲器(PROM )、磁帶、光盤只讀存儲器(⑶-ROM )、硬盤、軟盤、卡盤、盒式磁帶等)中的任意一個或組合。此外，存儲器820可以合并電、磁、光學和/或其他類型的存儲介質(zhì)。注意存儲器820可以具有分布式架構(gòu)，其中各個組件彼此遠離布置，但是可以被處理器810訪問。
[0057]在一個實施方式中，存儲器820包括圖1的MRAM設(shè)備100的陣列。例如，MRAM裝置100的陣列可以形成非易失性磁存儲器。
[0058]計算機可讀存儲器820中的軟件可以包括一個或更多分離程序，每一個分離程序包含用于實施邏輯功能的可執(zhí)行指令的有序列表。存儲器820中的軟件包括合適的操作系統(tǒng)(0/S)850、編譯器840、源代碼830以及示例性實施方式的一個或更多應用860。如上所述，應用860包含用于實施示例性實施方式的特征、處理、方法、功能和操作的各種功能部件。計算機800的應用860可以代表如在此討論的各種應用、代理、軟件部件、模塊、接口、控制器等，但是應用860并不表示限制。
[0059]操作系統(tǒng)850可以控制其他計算機程序的執(zhí)行，且提供調(diào)度、輸入輸出控制、文件和數(shù)據(jù)管理、存儲器管理以及通信控制和相關(guān)服務。
[0060]應用860可以是源程序、可執(zhí)行程序(對象代碼)、腳本或包含一組待執(zhí)行指令的任意其他實體。當是源程序時，則程序通常經(jīng)由可以包括或不包括在存儲器820中的編譯器(諸如編譯器840)、匯編器、解釋器等翻譯，以結(jié)合0/S850適當?shù)夭僮鳌４送?，應?60可以編寫為:(a)具有數(shù)據(jù)和方法類的面向?qū)ο缶幊陶Z言，或(b)具有例程、子例程和/或功能的過程編程語言。
[0061]在一些實施方式中，操作系統(tǒng)和應用860中的一個或更多個可以包括用于控制從圖1的MRAM裝置100的讀取和到圖1的MRAM裝置100的寫入操作的計算機代碼。
[0062]I/O設(shè)備820可以包括輸入設(shè)備(或外圍設(shè)備)，諸如例如但不限于，鼠標、鍵盤、掃描儀、麥克風、照相機等。此外，I/o設(shè)備870還可以包括輸出設(shè)備(或外圍設(shè)備)，例如但不限于打印機、顯示器等。最后，I/O設(shè)備870還可以包括通信輸入和輸出的設(shè)備，例如但不限于NIC或調(diào)制器/解調(diào)器(用于訪問遠程設(shè)備、其他文件、設(shè)備、系統(tǒng)或網(wǎng)絡)、射頻(RF)或其他收發(fā)器、電話接口、橋接器、路由器等。I/O設(shè)備870還包括用于通過諸如因特網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)之類的各種網(wǎng)絡通信的部件。I/O設(shè)備870可以利用藍牙連接和線纜(經(jīng)由例如通用串行總線(USB)端口、串行端口、并行端口、火線、HDMI (高分辨率多媒體接口)等)連接到處理器810和/或與之通信。
[0063]當計算機800操作時，處理器810配置成執(zhí)行存儲在存儲器820中的軟件、將數(shù)據(jù)通信到存儲器820或從存儲器820獲取數(shù)據(jù)，且一般根據(jù)軟件控制計算機800的操作。應用860和0/S850通過處理器810完整地或部分地讀取、也許在處理器810中緩沖且然后被執(zhí)行。[0064]當應用860以軟件實施時，應當注意的是，應用860本質(zhì)上可以存儲在任意計算機可讀存儲介質(zhì)上，用于被任意計算機相關(guān)系統(tǒng)或方法使用或與之結(jié)合使用。
[0065]應用860可以在任意計算機可讀介質(zhì)中實施，以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置、服務器或設(shè)備(諸如基于計算機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)、或可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置、或設(shè)備抓取指令且執(zhí)行指令的其他系統(tǒng))使用或與之結(jié)合使用。
[0066]在示例性實施方式中，在應用860以硬件實施時，應用860可以使用本領(lǐng)域公知的以下技術(shù)中的任意一個或組合實施:具有用于對數(shù)據(jù)信號實施邏輯功能的邏輯門的(多個)離散邏輯電路、具有適當組合邏輯門的專用集成電路(ASIC)、(多個)可編程門陣列(PGA)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。
[0067]應當理解，計算機800包括可以被包括在此處討論的各個設(shè)備、服務器和系統(tǒng)中的軟件和硬件部件的非限制性示例，且應當理解，附加軟件和硬件部件可以被包括在示例性實施方式中討論的各種設(shè)備和系統(tǒng)中。
[0068]所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員知道，本發(fā)明的各個方面可以實現(xiàn)為裝置、系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各個方面可以實現(xiàn)為以下形式，即:完全的硬件實施方式、完全的軟件實施方式(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，或硬件和軟件方面結(jié)合的實施方式，這里可以統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本發(fā)明的各個方面可以實現(xiàn)為在一個或多個計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品的形式，該計算機可讀介質(zhì)中包含在其上實施的計算機可讀的程序代碼。
[0069]可以采用一個或多個計算機可讀介質(zhì)的任意組合。計算機可讀介質(zhì)可以是計算機可讀信號介質(zhì)或者計算機可讀存儲介質(zhì)。計算機可讀存儲介質(zhì)例如可以是一但不限于——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的組合。計算機可讀存儲介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導線的電連接、便攜式計算機盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式緊湊盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計算機可讀存儲介質(zhì)可以是任何包含或存儲程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。
[0070]計算機可讀的信號介質(zhì)可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數(shù)據(jù)信號，其中承載了計算機可讀的程序代碼。這種傳播的數(shù)據(jù)信號可以采用多種形式，包括——但不限于——電磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機可讀的信號介質(zhì)還可以是計算機可讀存儲介質(zhì)以外的任何計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)可以發(fā)送、傳播或者傳輸用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用的程序。
[0071]計算機可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可以用任何適當?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括一但不限于一無線、有線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0072]可以以一種或多種程序設(shè)計語言的任意組合來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明的各個方面的操作的計算機程序代碼，所述程序設(shè)計語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言一諸如Java、Smalltalk、C++等，還包括常規(guī)的過程式程序設(shè)計語言一諸如“C”語言或類似的程序設(shè)計語言。程序代碼可以完全地在用戶計算機上執(zhí)行、部分地在用戶計算機上執(zhí)行、作為一個獨立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執(zhí)行、或者完全在遠程計算機或服務器上執(zhí)行。在涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的網(wǎng)絡一包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)—連接到用戶計算機，或者，可以連接到外部計算機(例如利用因特網(wǎng)服務提供商來通過因特網(wǎng)連接)。
[0073]本發(fā)明的各個方面已經(jīng)被參照方法、裝置(系統(tǒng))和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖所描述。應當理解，流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計算機程序指令實現(xiàn)。這些計算機程序指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而生產(chǎn)出一種機器，使得這些計算機程序指令在通過計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行時，產(chǎn)生了實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的裝置。
[0074]也可以把這些計算機程序指令存儲在計算機可讀介質(zhì)中，這些指令使得計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備以特定方式工作，從而，存儲在計算機可讀介質(zhì)中的指令就產(chǎn)生出包括實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的指令的制造品(article of manufacture)0
[0075]計算機程序指令還可以裝載到計算機、其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其他設(shè)備以導致在計算機、其他可編程裝置或其他設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的過程，使得在計算機或其他可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)流程圖和/或框圖方框或多個方框中指定的功能/動作的過程。
[0076]附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個實施方式的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的架構(gòu)、功能性和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應當注意，在有些作為替換的實現(xiàn)中，方框中所標注的功能也可以以不同于附圖中所標注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實現(xiàn)。
[0077]此處使用的術(shù)語僅用于描述特定實施方式的目的且并不旨在作為本發(fā)明的限制。當在此使用時，除非上下文明確聲明，否則單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”旨在也包括復數(shù)形式。還應當理解，當在本說明書中使用時，術(shù)語“包含”及其動名詞旨在指定陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或更多其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。
[0078]相應的結(jié)構(gòu)、材料、動作以及下面的權(quán)利要求書中所有方法或步驟加上功能元件的等價旨在包括與如特別要求的其他權(quán)利要求元件組合地執(zhí)行功能的任意結(jié)構(gòu)、材料或動作。本發(fā)明的描述針對說明和描述目的提出，但其并不旨在是排他性的或限制以所公開形式的公開。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將顯見不偏離本發(fā)明的范圍和精神的很多修改和變型。實施方式被選擇和描述以最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，且使得所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解預期為適于實際使用的本發(fā)明的各個實施方式和各種修改。
[0079]盡管已經(jīng)描述了優(yōu)選實施方式，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員知道，現(xiàn)在以及未來，可以做出落入下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)的各種改進和增強。
【權(quán)利要求】
1.一種熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)裝置，包含: 磁隧道結(jié)，包含具有固定磁極性的參考層、隧道勢壘層以及在所述隧道勢壘層與所述參考層的相對側(cè)上的自由層，所述自由層包括具有第一居里溫度的第一層和具有不同于所述第一居里溫度的第二居里溫度的第二層；以及 隧道結(jié)編程電路，配置成施加通過所述磁隧道結(jié)的電流以在所述磁隧道結(jié)中產(chǎn)生寫入溫度且向所述磁隧道結(jié)的所述自由層進行寫入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述第一居里溫度大于所述磁隧道結(jié)的所述寫入溫度且所述第二居里溫度小于所述磁隧道結(jié)的所述寫入溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述第一居里溫度大于150攝氏度(°C)且所述第二居里溫度小于200°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述第一和第二居里溫度均大于所述磁隧道結(jié)的非寫入操作溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述第一和所述第二層在預定非寫入操作溫度處具有對應于目標磁極性保持能力的組合熱穩(wěn)定性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述第一層具有在約10kBT和約20kBT之間的磁能量，其中kB是玻爾茲曼常數(shù)而T是環(huán)境溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，還包含: 在所述第一層和所述第二層之間的非磁性間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1`所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述自由層包括在與多個第二層交替配置中層疊的多個第一層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置，其中所述第二層在非寫入操作溫度處具有比所述第一層高的熱穩(wěn)定性。
10.一種熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)單兀的磁隧道結(jié),包含: 具有固定磁極性的參考層； 隧道勢壘層；以及 在所述隧道勢壘層與所述參考層的相對側(cè)上的自由層，所述自由層包括具有第一居里溫度的第一層和具有小于所述第一居里溫度的第二居里溫度的第二層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁隧道結(jié)，其中所述第一層具有大于所述磁隧道結(jié)的寫入溫度的居里溫度且所述第二層具有小于所述磁隧道結(jié)的所述寫入溫度的居里溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁隧道結(jié)，其中所述第一和第二層在預定非寫入操作溫度處具有對應于目標磁極性保持能力的組合熱穩(wěn)定性。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁隧道結(jié)，其中所述第一層具有在約10kBT和約20kBT2間的磁能量，其中kB是玻爾茲曼常數(shù)而T是環(huán)境溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁隧道結(jié)，還包含: 在所述第一層和所述第二層之間的非磁性間隔。
15.—種向熱自旋扭矩傳輸磁阻隨機存取存儲器(MRAM)裝置的磁隧道結(jié)寫入的方法，所述熱自旋扭矩傳輸MRAM裝置包括磁隧道結(jié)，所述磁隧道結(jié)具有參考層、隧道勢壘層和自由層，所述自由層包含具有第一居里溫度的第一層和具有第二居里溫度的第二層，該方法包含:向所述磁隧道結(jié)施加寫入電流以將所述磁隧道結(jié)加熱到小于所述第一居里溫度且大于所述第二居里溫度的寫入溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中基于確定隧道結(jié)控制信號對應于寫操作，將所述寫入電流施加于所述磁隧道結(jié)，該方法還包含: 向所述磁隧道結(jié)施加讀取電流以將所述磁隧道結(jié)加熱到小于所述第一居里溫度和所述第二居里溫度中的每一個的讀取溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一居里溫度大于150攝氏度(°C)且所述第二居里溫度小于200°C。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一和第二層在預定非寫入操作溫度處具有對應于目標磁極性保持能力的組合熱穩(wěn)定性。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一層具有在約10kBT和約20kBT之間的磁能量，其中kB是玻爾茲曼常數(shù)而T是環(huán)境溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述磁隧道結(jié)還包含在所述第一層和所述第二層之間的非磁性間隔。`
【文檔編號】G11C11/16GK103872242SQ201310629760
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】D·C·沃萊吉, 胡國菡 申請人:國際商業(yè)機器公司