專利名稱：溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及磁性存儲(chǔ)器件，并且更加具體地說(shuō)，涉及超高密度熱輔助磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器陣列(一般稱作“MRAM”)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正在變得日益復(fù)雜，其允許用戶以越來(lái)越快的速率執(zhí)行各種復(fù)雜多變的計(jì)算任務(wù)。存儲(chǔ)器的容量和對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)的速度帶給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體速度沉重的負(fù)擔(dān)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器在技術(shù)上可以采取電子、磁或光存儲(chǔ)中的任何形式；然而，通?？梢圆糠值馗鶕?jù)速度和功能將它劃分到不同的范疇中。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的兩種一般的范疇是主存儲(chǔ)器和海量存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器一般由快速、昂貴的易失隨機(jī)存取存儲(chǔ)器構(gòu)成，其通過(guò)存儲(chǔ)總線直接與處理器連接。主存儲(chǔ)器中對(duì)速度做出貢獻(xiàn)的一個(gè)因素通常是在無(wú)需組件發(fā)生物理移動(dòng)的情況下對(duì)特定的存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問(wèn)的能力。
一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)成在磁介質(zhì)(主或海量存儲(chǔ)器)中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)的原理是改變和/或反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)位(即，“0”或“1”的邏輯狀態(tài))的相對(duì)磁化取向的能力。材料矯頑力是必須對(duì)磁性粒子應(yīng)用的以減少和/或反轉(zhuǎn)粒子磁化的退磁力的等級(jí)。
現(xiàn)有的磁性存儲(chǔ)單元可以是隧道效應(yīng)磁阻存儲(chǔ)單元(TMR)、大型磁阻存儲(chǔ)單元(GMR)或巨型磁阻存儲(chǔ)單元(CMR)。這些類型的磁性存儲(chǔ)器通常被稱作自旋閥存儲(chǔ)單元(SVM)。圖1A和1B給出了具有兩個(gè)導(dǎo)體的典型的現(xiàn)有技術(shù)磁性存儲(chǔ)單元的透視圖。
如現(xiàn)有技術(shù)的圖1A和1B所示，磁自旋閥存儲(chǔ)單元100一般包括數(shù)據(jù)層101(也稱作存儲(chǔ)層或位層)、參考層103和位于數(shù)據(jù)層101和參考層103之間的中間層105。數(shù)據(jù)層101、參考層103和中間層105可由一層或多層材料制成?？赏ㄟ^(guò)導(dǎo)電行導(dǎo)體107和導(dǎo)電列導(dǎo)體109將電流和磁場(chǎng)提供給SVM單元100。
在典型的MRAM器件中，SVM單元以交叉點(diǎn)陣列的方式布置。平行的導(dǎo)電列(列1，2，3......)(也稱作字線)與平行的導(dǎo)電行(行A、B、C...)(也稱為位線)交叉。列和行陣列的傳統(tǒng)原則規(guī)定，任何給定的行將只與任何給定的列交叉一次。
SVM單元置于行和列之間的每個(gè)相交交叉點(diǎn)處。通過(guò)選擇特定的行(B)和特定的列(3)，位于它們的交點(diǎn)(B，3)處的任何一個(gè)存儲(chǔ)單元能夠與該陣列中的任何其它存儲(chǔ)單元分離開(kāi)。這種個(gè)體定位并非不具復(fù)雜性。典型的MRAM交叉點(diǎn)陣列可容易地包括可唯一的尋址1000000個(gè)SVM單元的至少1000行和1000列。
數(shù)據(jù)層101一般為按照磁化取向M2存儲(chǔ)數(shù)據(jù)位的磁材料層，磁化取向M2可響應(yīng)施加的外部磁場(chǎng)或電場(chǎng)進(jìn)行改變。更加具體的說(shuō)，代表邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)層101的磁化取向M2可從表示邏輯狀態(tài)“0”的第一取向旋轉(zhuǎn)(切換至)表示邏輯狀態(tài)“1”的第二取向，和/或反之亦然。
參考層103通常為一磁材料層，其中磁化取向M1是“釘扎的(pinned)”，也就是固定，在一預(yù)定的方向上的。該方向是通過(guò)在磁性存儲(chǔ)單元的制造過(guò)程中采用的微電子處理步驟預(yù)先預(yù)定和建立的。
典型地，磁性存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)(“0”或“1”)取決于數(shù)據(jù)層101和參考層103中的相對(duì)磁化取向。例如，當(dāng)在SVM單元100的數(shù)據(jù)層101和參考層103的兩端施加電位偏壓時(shí)，電子穿過(guò)中間層105在數(shù)據(jù)層101和參考層103之間發(fā)生遷移。中間層105典型地為一般被稱作隧道勢(shì)壘層的薄介電層。使電子通過(guò)勢(shì)壘層發(fā)生遷移的現(xiàn)象可以被稱作量子力學(xué)隧道效應(yīng)或自旋隧道效應(yīng)。
邏輯狀態(tài)可通過(guò)測(cè)量存儲(chǔ)單元的電阻來(lái)確定。例如，如果數(shù)據(jù)層101中的總磁化取向平行于參考層103中的釘扎磁化取向，則磁性存儲(chǔ)單元將處在低電阻R的狀態(tài)。
如果數(shù)據(jù)層101中的總磁化取向與參考層103中的釘扎磁化取向反平行(相反)，則所述磁性存儲(chǔ)單元將處于高電阻R+ΔR的狀態(tài)。M2的取向并且因此SVM單元100的邏輯狀態(tài)可通過(guò)檢測(cè)SVM單元100的電阻進(jìn)行讀取。
關(guān)于矯頑力，通常地講，磁性粒子越小，它的矯頑力越高。大的矯頑力通常是不期望的，因?yàn)樗枰^大的磁場(chǎng)以幫助切換，這又需要較大的電源和潛在較大的導(dǎo)體。提供大的電源和大的導(dǎo)體通常會(huì)與減小元件必要的尺寸的努力發(fā)生沖突，并且因此會(huì)與允許將較大的存儲(chǔ)器保存在越來(lái)越小的空間中的努力發(fā)生沖突。
另外，磁性粒子的矯頑力也可能會(huì)受到溫度的影響。一般來(lái)說(shuō)，隨著溫度的升高，矯頑力將會(huì)降低。對(duì)于MRAM和SVM單元，升高SVM單元的溫度確實(shí)能夠降低矯頑力。在MRAM陣列中，切換一特定單元的磁化取向而基本不干擾其它單元可通過(guò)加熱選定單元降低特定SVM單元的矯頑力而得以加速。那么這樣一個(gè)受熱的SVM單元可通過(guò)不足以影響未選擇的鄰近SVM單元的場(chǎng)來(lái)進(jìn)行切換。
然而，環(huán)境因素可極大的影響SVM單元。在一次設(shè)置中為了減小其矯頑力而施加給SVM單元的熱量在另一設(shè)置中，即在單元極冷的情況下可能是沒(méi)有作用的。
同樣，在環(huán)境溫度是非常溫暖的情況下，額外的熱量(和切換場(chǎng)本身)可能不小心影響具體預(yù)期的SVM單元之外單元。因此環(huán)境溫度的變化和對(duì)MRAM操作的影響可能會(huì)惡化SVM單元的正常操作。
在典型的MRAM陣列中，整個(gè)空間中相當(dāng)大的數(shù)量可僅僅用于提供單元之間的物理緩沖。消除該緩沖空間或減小其比例可在相同的物理空間中實(shí)現(xiàn)更大的存儲(chǔ)量。
因此，需要一種超高密度熱輔助存儲(chǔ)陣列，其能夠克服上述指出的一個(gè)或多個(gè)缺陷。本發(fā)明能滿足該需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用作超高密度存儲(chǔ)陣列的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件。
更加具體地說(shuō)，并且僅作為例子，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明提供一種溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件，包括SVM單元陣列，所述SVM單元的特征在于具有可改變的磁化取向并且包括其中矯頑力隨著溫度的升高而減小的材料；至少一個(gè)參考SVM單元；和反饋控溫控制器，用于當(dāng)向參考SVM單元和選定陣列SVM單元施加功率以加熱所述參考SVM單元和所選定的陣列SVM單元時(shí)接收參考電壓和從所述參考SVM單元接收反饋電壓，所述反饋控溫控制器調(diào)節(jié)所施加的功率以使所述反饋電壓和參考電壓之間的差最小化。
在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可提供一種在溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件中的選定SVM單元上執(zhí)行寫(xiě)操作的方法，所述溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件包括SVM單元陣列，其中它們的矯頑力隨著溫度的升高而減??；與所述陣列基本相似并與之鄰近的一個(gè)參考SVM單元；和反饋控溫控制器，具有與所述參考SVM單元熱耦合的溫度傳感器，所述方法包括從所述陣列中選擇一特定SVM單元；對(duì)所述參考SVM單元施加一第一功率，所述第一功率對(duì)所述參考SVM單元進(jìn)行加熱；對(duì)所選定的SVM單元施加與所述第一功率基本相同的第二功率，所述第二功率對(duì)選定的SVM單元進(jìn)行加熱；從與所述參考SVM單元相耦合的溫度傳感器檢測(cè)反饋電壓；將反饋電壓與參考電壓進(jìn)行比較；調(diào)節(jié)施加給所述參考SVM單元的第一功率以使所述反饋電壓和參考電壓之間的差最小化；調(diào)節(jié)施加給所選定的SVM單元的第二功率以使其與調(diào)節(jié)后的第一電壓基本相同；和對(duì)所選定的SVM單元施加磁場(chǎng)；其中所選定陣列SVM單元的磁化取向可以發(fā)生變化，所述磁場(chǎng)大于所加熱的選定陣列SVM單元的矯頑力。
所述優(yōu)選方法和裝置的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下述結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明將變得顯而易見(jiàn)，其中附圖通過(guò)例子示意的示出了本發(fā)明的原理。


圖1A-1B表示一現(xiàn)有技術(shù)的磁性存儲(chǔ)單元的透視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件的方框圖；圖3為圖2中所示的交叉點(diǎn)陣列和參考SVM單元的局部透視圖；圖4為圖2中所示的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件的概念電氣圖；圖5為說(shuō)明使用圖2、3和4中所示的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明之前，應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于一種特定類型的磁性存儲(chǔ)器的使用或應(yīng)用。因此，雖然為了便于說(shuō)明，本發(fā)明是針對(duì)典型的示范性實(shí)施方式來(lái)進(jìn)行說(shuō)明和描述的，但應(yīng)該理解本發(fā)明對(duì)于其它類型的磁性存儲(chǔ)器同樣適用。
現(xiàn)在參照附圖，并且更具體地參照?qǐng)D2，圖中示出了溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的一部分，其包括一自旋閥存儲(chǔ)器(SVM)單元的陣列202、至少一個(gè)參考SVM(RSVM)單元204和反饋控溫控制器206。熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200可進(jìn)一步包括一電源208和一取樣電路210，例如配備表示陣列202內(nèi)的選定電阻器件的狀態(tài)的數(shù)字輸出的自參考三重采樣讀出電路(self-reference triples ample sensecircuit)。還可以配備寫(xiě)電流發(fā)生器218。
與RSVM單元204相耦合的是溫度傳感器212。溫度傳感器212與RSVM單元204進(jìn)行熱耦合，并且在至少一個(gè)實(shí)施例中，與RSVM單元204進(jìn)行物理耦合。反饋控溫控制器206以電壓反饋的形式從溫度傳感器212接收反饋。在通過(guò)功率路徑214向陣列202內(nèi)的RSVM單元204和一選定SVM單元施加功率以加熱所述RSVM單元204和選定陣列SVM單元時(shí)，產(chǎn)生所述反饋。
向RSVM單元204和向陣列202提供加熱能量的功率路徑214基本上是相同的。概念上這只被表示為一單一功率路徑214，其分支成路徑214’和214”。照這樣，改變提供給功率路徑214的功率將直接導(dǎo)致由路徑214’和214”提供的功率的基本相等和對(duì)稱的變化。
此外，調(diào)節(jié)提供給RSVM單元204的功率導(dǎo)致了提供給陣列202的功率的基本對(duì)稱的調(diào)節(jié)。換句話說(shuō)，基本上通過(guò)同時(shí)應(yīng)用和調(diào)節(jié)提供給RSVM單元204的功率，可對(duì)選定陣列SVM單元施加和調(diào)節(jié)功率。在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供給選定SVM單元的功率與提供給RSVM單元204的功率基本一致。為了簡(jiǎn)化概念，RSVM單元204是與陣列202分開(kāi)說(shuō)明的，然而在至少一個(gè)實(shí)施例中，RSVM單元可位于陣列202內(nèi)。
圖3表示陣列202和RSVM單元204的一部分的透視圖。如圖所示，在至少一個(gè)實(shí)施例中，陣列202為有阻交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列(CPA)300，包括自旋閥存儲(chǔ)(SVM)單元302、302’、302”等。交叉點(diǎn)陣列300的每個(gè)SVM單元302包括至少一個(gè)鐵磁性數(shù)據(jù)層304(通常也稱作感測(cè)層)，中間層306和鐵磁性參考層308。
鐵磁性數(shù)據(jù)層304允許數(shù)據(jù)位按照可變磁化取向M1進(jìn)行存儲(chǔ)，并且該數(shù)據(jù)層由其中矯頑力隨著溫度升高而降低的材料構(gòu)成。中間層306具有相對(duì)側(cè)使得與一側(cè)接觸的數(shù)據(jù)層304基本上與參考層308直接對(duì)齊，并且基本上與參考層308均勻的間隔開(kāi)。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，參考層308為釘扎參考層，其特征在于具有釘扎磁化取向M2。在至少一個(gè)可選擇實(shí)施例中，參考層為軟參考層，其特征在于具有非釘扎磁化取向M2。軟參考層也可以具有比數(shù)據(jù)層304低的矯頑力。
RSVM單元204的熱性質(zhì)與陣列202的SVM單元的熱性質(zhì)有關(guān)，從而通過(guò)觀察RSVM單元204的熱學(xué)性狀，就可推測(cè)陣列202的SVM單元的熱學(xué)性狀。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，RSVM單元204可比SVM陣列202的單元大或小。當(dāng)RSVM單元204大于或小于陣列202的SVM單元時(shí)，和/或基本上不接近于陣列202，應(yīng)該理解和意識(shí)到施加給RSVM單元204的功率與施加給陣列202內(nèi)的一選定單元的調(diào)節(jié)后功率相對(duì)應(yīng)。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，RSVM單元204與交叉點(diǎn)陣列300的SVM單元302、302′、302″等基本類似。更加具體的說(shuō)，在至少一個(gè)實(shí)施例中，RSVM單元204基本上具有與SVM單元302相同的類型、尺寸和組成，所述SVM單元302具有如參照SVM單元302所述的那樣布置的至少一個(gè)鐵磁性數(shù)據(jù)層310、中間層312和鐵磁性參考層314。此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，RSVM單元204基本上與交叉點(diǎn)陣列300的SVM單元302、302’、302”相同。基本上相同的單元的使用可有利地使制造和控制過(guò)程簡(jiǎn)化。
鐵磁性數(shù)據(jù)層(304，310)和參考層(308，314)可由這樣的材料制成，其包括但不局限于鎳鐵(NiFe)、鎳鐵鈷(NiFeCo)、鈷鐵(CoFe)、和這種金屬的合金。更加具體地說(shuō)，在至少一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)層(304，310)和參考層(308，314)為鎳鐵(NiFe)。另外，數(shù)據(jù)層(304，310)和參考層(308，314)都可由材料的多重層形成。然而，為了簡(jiǎn)化概念和容易說(shuō)明，此處每層組分都被說(shuō)明為單一層。
如圖所示，多個(gè)導(dǎo)電列316、316’、316”跨越多個(gè)導(dǎo)電行318、318’、318”，由此形成多個(gè)交點(diǎn)。交叉點(diǎn)陣列300的每個(gè)SVM單元302、302’、302”等電接觸于和位于行和列之間的交點(diǎn)處。這樣，通過(guò)導(dǎo)電列316和導(dǎo)電行318可向交叉點(diǎn)陣列300內(nèi)的選定SVM單元302提供電流和磁場(chǎng)。
同樣，RSVM單元204具有一頂電導(dǎo)體320和一底電導(dǎo)體322。此外，RSVM單元204熱耦合到一溫度傳感器324，例如PN結(jié)二極管。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，交叉點(diǎn)陣列300的SVM單元和RSVM單元204可自加熱。更加具體地說(shuō)，流過(guò)由列316和行318給出的給定SVM單元302的功率，和流過(guò)由頂電導(dǎo)體320和底電導(dǎo)體322給出的RSVM單元204的功率將在流過(guò)所述單元的電流的隧道效應(yīng)中遭遇電阻，并且會(huì)造成所述SVM單元302和RSVM單元204內(nèi)的相當(dāng)大的和局部的溫升。所施加的功率可以是大約為1到3伏特的加熱脈沖。
在至少一個(gè)可選擇實(shí)施例中，交叉點(diǎn)陣列300的SVM單元302、302’、302”等和RSVM單元204是通過(guò)耦合加熱來(lái)進(jìn)行加熱的。更加具體地說(shuō)，加熱功率流過(guò)單獨(dú)的加熱設(shè)備，例如可移動(dòng)的納米觸點(diǎn)探針350，其與選擇的交叉點(diǎn)陣列SVM單元302熱耦合。基本上相同的單獨(dú)加熱設(shè)備，例如納米觸點(diǎn)探針350’也被設(shè)置以與RSVM單元204進(jìn)行熱耦合。在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述納米觸點(diǎn)探針350具有一活節(jié)支撐352、一末端觸點(diǎn)354和一熱導(dǎo)體356。
與RSVM單元204熱耦合的納米觸點(diǎn)探針350’基本上類似，具有一活節(jié)支撐352’、一末端觸點(diǎn)354’和一熱導(dǎo)體356’。在適當(dāng)?shù)那闆r下，例如陣列202的SVM單元共用一公共底導(dǎo)體的情況下，納米觸點(diǎn)探針350還可以配備適當(dāng)?shù)捻旊妼?dǎo)體。
納米觸點(diǎn)探針350是可移動(dòng)的，這樣就能夠從靠近一個(gè)SVM單元302的位置移動(dòng)到靠近另一個(gè)SVM單元例如SVM單元302’的位置。具體講，所述探針可以在一給定SVM單元302上沿X和Y坐標(biāo)軸定位。那么所述探針就可以沿Z坐標(biāo)軸定位以允許在納米觸點(diǎn)探針350和選擇的SVM單元302之間傳送能量(熱量或電流)。
圖4給出了熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的概念性電氣示意圖，其特征在于具有陣列202、RSVM單元204、和反饋控溫控制器206。為了有助于討論，該示意圖的專用元件已經(jīng)通過(guò)虛線框分開(kāi)，具體地說(shuō)就是，RSVM單元加熱器400、RSVM單元204的加熱電路402、溫度傳感器404、溫度控制器406和電源408。在至少一個(gè)實(shí)施例中，電源408為電流鏡。
在該概念性電氣示意圖中，RSVM單元204被表示為電阻元件410。當(dāng)通過(guò)導(dǎo)線412向電阻元件410(RSVM單元204)提供功率時(shí)，內(nèi)阻將產(chǎn)生熱量，表示為PH，由曲線箭頭414表示。熱電路402與RSVM單元加熱器400相耦合。更加具體地說(shuō)，在電阻元件410中消散的功率為熱電路產(chǎn)生能源，因?yàn)樗鲭娐返慕Y(jié)構(gòu)根據(jù)熱阻確定了熱阻和溫升。
熱量PH用作熱電路402的能源416。RSVM單元204對(duì)硅襯底中的溫度讀出二極管的熱阻(RT)由電阻器418表示。溫度讀出二極管對(duì)環(huán)境溫度的熱阻由電阻器420表示。
流過(guò)電阻器418和420的電流通過(guò)連接424將溫度耦合到PN結(jié)型二極管422上。很容易理解PN結(jié)型二極管422的性能是以大約每攝氏度2到4微伏特對(duì)溫度作出響應(yīng)。通過(guò)流過(guò)PN結(jié)二極管422的二極管電流(ID)形成的結(jié)電壓被提供為負(fù)反饋差分放大器426的負(fù)輸入端的反饋VT。
負(fù)反饋差分放大器426的作用是減小兩個(gè)輸入電壓之間的差。參考電壓Vref施加給“+”端，反饋電壓VT施加給“-”端。參考電壓Vref代表特定的溫度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，Vref代表RSVM單元(即，RSVM單元204)的減小的矯頑力的溫度。在適當(dāng)?shù)那闆r下，Vref可以代表對(duì)于熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的特定應(yīng)用所期望的工作溫度。
負(fù)反饋差分放大器426通過(guò)對(duì)電源408提供調(diào)節(jié)來(lái)減小兩個(gè)輸入電壓Vref和VT之間的差。在至少一個(gè)實(shí)施例中，電源408為變電流源428，主要為電阻元件410和陣列202內(nèi)的表示為電阻元件430的選定SVM單元302提供相同的功率，所述陣列202表示為交叉點(diǎn)陣列300。通過(guò)導(dǎo)體412給RSVM單元提供的(由虛線432表示)電流(功率)增加或降低與提供給交叉點(diǎn)陣列300的電阻元件430(選定SVM單元302)的電流(功率)基本相同。由行選擇元件434和列選擇元件436選擇的提供給電阻元件430的電流路徑由虛線438表示。
如圖4所概念性地示出的，熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的操作可概括如下基本上相等的熱能被施加給電阻元件410和電阻元件430。將在電阻元件410中消散的熱能耦合到熱電路402上。電阻元件410在環(huán)境溫度以上的溫升由熱電路402來(lái)識(shí)別和表示。
熱電路402在PN結(jié)二極管422處與一電路相耦合。感測(cè)電流流過(guò)PN結(jié)二極管。通過(guò)負(fù)反饋差分放大器426將由PN結(jié)二極管逐漸形成的電壓VT與參考電壓Vref進(jìn)行比較?；谪?fù)反饋，熱能被調(diào)節(jié)以使所述反饋電壓VT基本上等于參考電壓Vref。通過(guò)調(diào)節(jié)功率使各電壓相等，電阻元件410的溫度將與選定電阻元件430的溫度基本相同。
應(yīng)該意識(shí)到，RSVM單元204的環(huán)境溫度與陣列202中的SVM單元的環(huán)境溫度大約基本相同。此外，RSVM單元加熱器400中所示的加熱行為與陣列202內(nèi)的電阻元件430(選定的SVM單元302)的基本相同。雖然RSVM單元加熱器400是按照所施加的作為變化電流的功率的函數(shù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，但應(yīng)該理解和明白所述功率可以是施加的電壓，高頻(RF)功率，激光或其它形式的足以提供局部熱源的能量。
具有反饋控溫控制器206的熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200根據(jù)選定SVM單元的升高溫度可有利地允許進(jìn)行可靠的熱輔助寫(xiě)操作。這種熱輔助操作被控制到一個(gè)非常窄和精確的溫度范圍。此外，影響陣列SVM單元的最后溫度的環(huán)境溫度(也就是，襯底溫度)的變化被有效地消除了。該消除可有利地在不需要使陣列202的每個(gè)SVM單元與各個(gè)溫度傳感器相適合的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)。
上面已經(jīng)說(shuō)明了具有RSVM單元204和反饋控溫控制器206的熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的有形實(shí)施例，現(xiàn)在將參照?qǐng)D5的流程圖和在圖2、3和4中所示出的組件來(lái)說(shuō)明涉及所述使用方法的另一實(shí)施例。應(yīng)該意識(shí)到所述的方法不需要按在這里所述的順序來(lái)執(zhí)行，而是所述說(shuō)明僅僅是根據(jù)本發(fā)明的使用所述溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的至少一個(gè)方法的典型實(shí)施例。
參照?qǐng)D3和4中所示的組件，并且如圖5的流程圖所示，在框500，對(duì)特定SVM單元進(jìn)行選擇。這種選擇可利用行選擇元件434和列選擇元件436選擇一特定列316和特定行318以選擇一特定SVM單元302。
第一功率被施加給RSVM單元204。在框502，該第一功率為加熱功率，并且其施加是用于加熱RSVM單元204。在框504，與第一功率基本相等的第二功率被施加給選定電阻元件430(選擇SVM單元302)。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二功率的施加將在RSVM單元204和選定的電阻元件430內(nèi)產(chǎn)生自加熱。在一可選擇實(shí)施例中，該加熱是通過(guò)耦合加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中所述第一和第二功率被施加給獨(dú)立的加熱設(shè)備，它們與RSVM單元204和選定的電阻元件430熱耦合。
通常應(yīng)該意識(shí)到，在磁性存儲(chǔ)技術(shù)中，隨著磁性位的大小的減小，所述位的矯頑力將增加。例如，0.25×0.75微米位可以具有約40Oe[1Oe＝1000/(4*pi)A/m]的矯頑力，而0.15×0.45微米位可以具有約75Oe[1Oe＝1000/(4*pi)A/m]的矯頑力。例如，100攝氏度的溫升可給予約50％的矯頑力的下降。當(dāng)溫度降低至初始狀態(tài)時(shí)，初始矯頑力一般將回復(fù)。
這樣，對(duì)RSVM單元204應(yīng)用加熱功率將減小RSVM單元204的矯頑力。因?yàn)橥ㄟ^(guò)測(cè)量和控制電阻元件410(RSVM單元204)的溫度可使RSVM單元204基本上與陣列202的SVM單元一樣，所以能夠推斷施加給選定電阻元件430(選定SVM單元302)的基本相同的溫度控制。
在框506，為了實(shí)現(xiàn)該溫度控制，從耦合到RSVM單元204的溫度控制器206來(lái)檢測(cè)反饋電壓VT。在框510，將反饋電壓VT與參考電壓Vref進(jìn)行比較。參考電壓Vref代表一特定的溫度，并且在至少一個(gè)實(shí)施例中代表RSVM單元204和選定SVM單元302的減少的矯頑力。
在框512，根據(jù)VT與Vref的比較，負(fù)反饋差分放大器426調(diào)節(jié)施加給RSVM單元204的可變第一功率。因?yàn)樵摴β适峭ㄟ^(guò)電源408提供的，所以施加給電阻元件430的第二功率同樣被調(diào)節(jié)至與第一功率基本一致，框514。
依據(jù)在RSVM單元204中獲得的期望溫度和通過(guò)推斷在選定SVM單元302中獲得的期望溫度，將寫(xiě)磁場(chǎng)施加給選定SVM單元302，框516。所施加的磁場(chǎng)大于選定SVM單元302的減小的矯頑力。因?yàn)橥ㄟ^(guò)施加以熱量形式的功率而減小了電阻元件430(選定的SVM單元302)的矯頑力，所以選定SVM單元302的磁化取向可以發(fā)生變化。適當(dāng)?shù)臋z測(cè)操作可與寫(xiě)操作進(jìn)行結(jié)合以確定寫(xiě)操作已經(jīng)已經(jīng)取得成功。
如在判斷操作518中所指出的，另外的寫(xiě)操作重復(fù)上述的方法。該方法可有利地實(shí)現(xiàn)執(zhí)行精確的熱輔助寫(xiě)操作。這樣，陣列202內(nèi)的SVM單元之間的緩沖間隔容限可被減小。
另一個(gè)實(shí)施例可以理解是并入所述熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有主板、至少一個(gè)CPU和如上面參照?qǐng)D4所述的熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的計(jì)算機(jī)可將所述改進(jìn)的熱輔助磁性存儲(chǔ)器件200的優(yōu)點(diǎn)提升到系統(tǒng)級(jí)。
雖然參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以產(chǎn)生各種變更、變化和改進(jìn)，并且可以對(duì)其中的元件和步驟產(chǎn)生等價(jià)替換。另外，在不脫離其實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的教導(dǎo)產(chǎn)生許多修改以適應(yīng)特定的情形和材料。雖然上面沒(méi)有清楚地說(shuō)明，但這種變更、改變、修改和改進(jìn)仍然意在包含在本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)內(nèi)。因此，本發(fā)明并不局限于如預(yù)期用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式所披露的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在后附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，包括SVM單元(302、302’、302”)陣列(202)，所述SVM單元(302、302’、302”)的特征在于具有可改變的磁化取向并且包括其中矯頑力隨著溫度的升高而減小的材料；與所述陣列(202)的SVM單元(302、302’、302”)基本相似的至少一個(gè)參考SVM單元(204)，所述參考SVM單元(204)位于非常接近陣列(202)的位置；和反饋控溫控制器(206)，用于接收參考電壓和當(dāng)向參考SVM單元(204)和選定陣列(202)SVM單元(302)施加功率以加熱所述參考SVM單元(204)和所選定的陣列(202)SVM單元(302)時(shí)從所述參考SVM單元(204)接收反饋電壓，所述反饋控溫控制器(206)調(diào)節(jié)所施加的功率以使所述反饋電壓和參考電壓之間的差最小化。
2.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述至少一個(gè)參考SVM單元(204)與陣列(202)的SVM單元(302、302’、302”)基本相同。
3.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考SVM單元(204)的環(huán)境溫度與SVM單元(302、302’、302”)陣列(202)的環(huán)境溫度基本近似相同。
4.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考SVM單元(204)位于所述陣列(202)內(nèi)。
5.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考電壓代表特定溫度。
6.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考電壓代表所述參考SVM單元(204)的減小矯頑力的溫度。
7.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，所述反饋控溫控制器(206)進(jìn)一步包括負(fù)反饋差分放大器(426)，用于接收所述參考電壓和反饋電壓。
8.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所施加的功率是加熱功率。
9.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考SVM單元(204)和選定陣列(202)SVM單元(302)通過(guò)流過(guò)參考SVM單元(204)和選定陣列(202)SVM單元(302)的功率而進(jìn)行自加熱。
10.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考SVM單元(204)和選定陣列(202)SVM單元(302)通過(guò)耦合加熱來(lái)進(jìn)行加熱，其中加熱功率流過(guò)與參考SVM單元(204)和選定陣列(202)SVM單元(302)熱耦合的獨(dú)立加熱設(shè)備。
11.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述陣列(202)為一交叉點(diǎn)陣列(300)，包括多個(gè)平行的導(dǎo)電行(318、318’、318”)；和多個(gè)平行的與所述行(318、318’、318”)交叉的導(dǎo)電列(316、316’、316”)，每個(gè)由此形成帶有多個(gè)交點(diǎn)的交叉點(diǎn)陣列(300)；其中所述交叉點(diǎn)陣列(300)的每個(gè)SVM單元(302、302’、302”)電接觸于和位于行(318)和列(316)之間的交點(diǎn)處。
12.權(quán)利要求1所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，其中所述參考SVM單元(204)與溫度傳感器(212)熱耦合。
13.權(quán)利要求12所述的溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)，進(jìn)一步包括在對(duì)選定陣列(202)SVM單元(302)進(jìn)行寫(xiě)操作期間用于加熱所述選定陣列(202)SVM單元(302)的電路(402)，該電路(402)對(duì)所述參考SVM單元(204)和所選定陣列(202)SVM單元(302)施加基本相同的功率；從耦合到所述參考SVM單元(204)的溫度傳感器(404)檢測(cè)反饋電壓；調(diào)節(jié)施加給所述參考SVM單元(204)和所選定陣列(202)SVM單元(302)的功率以使所述反饋電壓和參考電壓之間的差最小化；和對(duì)所選定的陣列(202)SVM單元(302)施加磁場(chǎng)；其中所選定陣列(202)SVM單元(302)的磁化取向可發(fā)生變化，所述磁場(chǎng)大于被加熱的選定陣列(202)SVM單元(302)的矯頑力。
14.一種在溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)中的選定SVM單元(302)上執(zhí)行寫(xiě)操作的方法，所述溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)包括SVM單元(302、302’、302”)陣列(202)，其中它們的矯頑力隨著溫度的升高而減小；與所述陣列(202)基本相似并與之非常接近的一個(gè)參考SVM單元(204)；和一反饋控溫控制器(206)，具有與所述參考SVM單元(204)熱耦合的溫度傳感器(404)，所述方法包括從所述陣列(202)中選擇一特定SVM單元(302)；對(duì)所述參考SVM單元(204)施加第一功率，所述第一功率對(duì)所述參考SVM單元(204)進(jìn)行加熱；對(duì)所選定的SVM單元(302)施加與所述第一功率基本相同的第二功率，所述第二功率對(duì)選定的SVM單元(302)進(jìn)行加熱；從與所述參考SVM單元(204)相耦合的溫度傳感器(404)檢測(cè)反饋電壓；將反饋電壓與參考電壓進(jìn)行比較；調(diào)節(jié)施加給所述參考SVM單元(204)的第一功率以使所述反饋電壓和參考電壓之間的差最小化；調(diào)節(jié)施加給所選擇的SVM單元(302)的第二功率以使其與調(diào)節(jié)后的第一電壓基本相同；和對(duì)所選定的SVM單元(302)施加磁場(chǎng)；其中所選定陣列(202)SVM單元(302)的磁化取向可以發(fā)生變化，所述磁場(chǎng)大于被加熱的選定陣列(202)SVM單元(302)的矯頑力。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述陣列(202)為一交叉點(diǎn)陣列(300)。
16.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述參考電壓代表特定溫度。
17.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述參考電壓代表所述所選定的SVM單元(302)和參考SVM單元(204)的減小的矯頑力的溫度。
18.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述參考SVM單元(204)和選定SVM單元(302)通過(guò)流過(guò)參考SVM單元(204)所施加的第一功率和流過(guò)選定SVM單元(302)的第二功率而進(jìn)行自加熱。
19.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述參考SVM單元(204)和選定SVM單元(302)通過(guò)耦合加熱來(lái)進(jìn)行加熱，其中所述第一功率流過(guò)與參考SVM單元(204)熱耦合的獨(dú)立加熱設(shè)備，而所述第二功率流過(guò)一與所選定SVM單元(302)熱耦合的獨(dú)立加熱設(shè)備。
20.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述參考SVM單元(204)的環(huán)境溫度與SVM單元(302、302’、302”)陣列(202)的環(huán)境溫度基本相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種溫度受控、熱輔助磁性存儲(chǔ)器件(200)。在一特定實(shí)施例中，有一個(gè)SVM單元陣列(202)，所述每個(gè)SVM單元的特征在于具有可改變的磁化取向并且包括其中矯頑力隨著溫度的升高而減小的材料。另外，配備有與所述陣列(202)的SVM單元基本相似并非常接近的至少一個(gè)參考SVM(RSVM)單元(204)。所配備的反饋控溫控制器(206)對(duì)應(yīng)于溫度從所述參考SVM單元(204)接收反饋電壓，并調(diào)節(jié)施加給所述RSVM單元(204)和SVM單元的功率。本發(fā)明還提供一種相關(guān)聯(lián)的方法。
文檔編號(hào)H01L27/105GK1658326SQ200510009079
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者F·A·佩爾納, M·K·巴塔查里亞 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司