專(zhuān)利名稱(chēng)：：自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及寫(xiě)入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過(guò)自旋極化電子來(lái)進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
：除了磁頭和例如磁傳感器的檢測(cè)元件外，已經(jīng)研究了使用磁膜的磁電阻元件在固態(tài)磁存儲(chǔ)器-磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)中用作存儲(chǔ)元件。磁電阻元件具有夾層結(jié)構(gòu)，其包括例如兩層磁金屬層和排列在其間的電介層。在具有夾層結(jié)構(gòu)的磁電阻元件中，因?yàn)閮蓪哟沤饘賹拥拇呕癄顟B(tài)根據(jù)數(shù)據(jù)而不同，所以使用隧道磁電阻(TMR)效應(yīng)可以讀出數(shù)據(jù)。最近，對(duì)于表示磁電阻波動(dòng)速率的MR比(磁電阻比)，獲得室溫下MR比大于20％的磁電阻元件，并且磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的研究和開(kāi)發(fā)十分活躍。使用TMR效應(yīng)的磁電阻元件可以如下實(shí)現(xiàn)在作為磁金屬層的鐵磁體上形成厚度從0.6納米至2.0納米范圍的Al(鋁)層，Al層的表面暴露于氧氣輝光放電或氧氣下，形成由Al2O3組成的隧道勢(shì)壘層，并且進(jìn)一步形成作為磁金屬層的鐵磁體。還使用MgO(氧化鎂)代替Al2O3作為隧道勢(shì)壘層。建議鐵磁單隧道結(jié)元件作為使用TMR效應(yīng)的磁電阻元件的另一種結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，在鐵磁單隧道結(jié)元件中，在磁化狀態(tài)由反鐵磁性層固定的磁性固定層中形成兩層鐵磁性層中的一層。此外，還建議了具有通過(guò)分散在電介體中的磁性顆粒的鐵磁隧道結(jié)和在連續(xù)膜中形成鐵磁體的鐵磁雙隧道結(jié)元件的磁電阻元件。因?yàn)镸R比從20％至230％變化，并且甚至增加施加到磁電阻元件上的電壓時(shí)也會(huì)抑制MR比降低，所以已經(jīng)認(rèn)為這些磁電阻元件具有巨大的潛在應(yīng)用。在使用磁電阻元件的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，讀出時(shí)間快達(dá)不大于10納秒并且可擦寫(xiě)次數(shù)(rewritableendurance)高達(dá)至少1015次。但是，使用脈沖電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁性記錄層中進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入(磁化反轉(zhuǎn))。因此，施加到字線(xiàn)和位線(xiàn)上的脈沖電流的電流密度增加，導(dǎo)致電力消耗增加、難于實(shí)現(xiàn)大存儲(chǔ)容量，以及產(chǎn)生脈沖電流的驅(qū)動(dòng)器面積增加等新的問(wèn)題。因此，建議了一種軛線(xiàn)技術(shù)，其中具有高磁導(dǎo)率的磁性材料(軛材料)提供在寫(xiě)入線(xiàn)周?chē)?，以高效地給磁電阻元件賦予磁場(chǎng)。根據(jù)該技術(shù)，可以降低在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間產(chǎn)生的脈沖電流的電流密度。但是，所述脈沖電流仍不會(huì)降低至磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器實(shí)際使用所需的值，即不大于1mA的值。建議了通過(guò)自旋注入的寫(xiě)入方法作為一種解決這些問(wèn)題的技術(shù)。自旋注入寫(xiě)入方法具有通過(guò)將自旋極化的電子注入到磁電阻元件的磁性記錄層中進(jìn)行磁性記錄層磁化反轉(zhuǎn)的特征。當(dāng)通過(guò)自旋極化的電子進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)榕c通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)的情況相比可以降低脈沖電流的密度，所以自旋注入寫(xiě)入方法有利于電力消耗降低、存儲(chǔ)容量增大、驅(qū)動(dòng)器面積降低等。在此情況下，為了脈沖電流不會(huì)產(chǎn)生環(huán)磁場(chǎng)，因?yàn)樾枰档痛烹娮柙某叽纾约纱烹娮柙欠奖愕?。為了?shí)現(xiàn)自旋注入寫(xiě)入方法，第一，當(dāng)磁電阻元件的尺寸等于或者小于0.1×0.1μm2時(shí)，需要保證熱穩(wěn)定性(熱波動(dòng)電阻)。第二，需要降低磁電阻元件尺寸的波動(dòng)。第三，需要降低自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的脈沖電流的電流密度。目前，自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的脈沖電流的電流密度約為107A/cm2，但是為了防止隧道勢(shì)壘擊穿問(wèn)題等，需要進(jìn)一步降低該電流密度。在使用巨磁電阻(GMR)效應(yīng)的磁電阻元件中，通過(guò)采用所謂的雙釘扎結(jié)構(gòu)，脈沖電流的電流密度可以降低至106A/cm2的程度。例如，在使用Cu/Co90Fe10、Ru/Co90Fe10作為自旋反射膜的情況中，自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的脈沖電流的電流密度分別變成為約8×106A/cm2和約2×106A/cm2。但是，這些值仍不足以實(shí)現(xiàn)磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。為了解決例如隧道勢(shì)壘擊穿和由于磁電阻元件溫度升高而引起的熱干擾的問(wèn)題，需要進(jìn)行可以實(shí)現(xiàn)電流密度進(jìn)一步降低的新結(jié)構(gòu)和寫(xiě)入方法的研究和開(kāi)發(fā)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器包括磁電阻元件，該磁電阻元件具有其磁化方向固定的磁性固定層、其磁化方向可以通過(guò)注入自旋極化電子改變的磁性記錄層、和提供在磁性固定層和磁性記錄層之間的隧道勢(shì)壘層；位線(xiàn)，該位線(xiàn)使自旋注入電流通過(guò)磁電阻元件，自旋注入電流用于產(chǎn)生自旋極化的電子；寫(xiě)入字線(xiàn)，輔助電流通過(guò)該寫(xiě)入字線(xiàn)，輔助電流用于沿著磁電阻元件的易磁化軸方向產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)；被連接到位線(xiàn)的第一驅(qū)動(dòng)器/吸收器(sinker)；被連接到寫(xiě)入字線(xiàn)的第二驅(qū)動(dòng)器/吸收器；第一解碼器，該第一解碼器控制第一驅(qū)動(dòng)器/吸收器，以根據(jù)磁電阻元件中的寫(xiě)入數(shù)據(jù)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值來(lái)確定自旋注入電流的取向，同時(shí)確定自旋注入電流截止的計(jì)時(shí)；以及第二解碼器，該第二解碼器控制驅(qū)動(dòng)器/吸收器，以根據(jù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值來(lái)確定自旋注入電流的取向，同時(shí)使得輔助電流的截止計(jì)時(shí)遲于自旋注入電流截止的計(jì)時(shí)。圖1表示磁電阻元件的熱干擾；圖2表示自旋注入寫(xiě)入期間磁電阻元件的溫度升高；圖3是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的示意圖；圖4是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的示意圖；圖5是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的示意圖；圖6是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的示意圖；圖7是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的示意圖；圖8是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的示意圖；圖9是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的示意圖；圖10是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的示意圖；圖11是表示磁電阻元件第一實(shí)施方案的示意圖；圖12是表示磁電阻元件第二實(shí)施方案的示意圖；圖13是表示磁電阻元件第三實(shí)施方案的示意圖；圖14是表示磁電阻元件第四實(shí)施方案的示意圖；圖15是表示磁電阻元件第五實(shí)施方案的示意圖；圖16是表示磁電阻元件第五實(shí)施方案的示意圖；圖17是表示磁電阻元件第五實(shí)施方案的示意圖；圖18是表示磁電阻元件第五實(shí)施方案的示意圖；圖19表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寫(xiě)入方法的流程圖；圖20是表示自旋注入電流和輔助磁場(chǎng)開(kāi)/關(guān)計(jì)時(shí)的波形圖；圖21是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器外圍電路的電路圖；圖22是表示用于圖21存儲(chǔ)器的信號(hào)波形的波形圖；圖23表示解碼器的實(shí)例；圖24表示該解碼器的該實(shí)例；圖25表示該解碼器的該實(shí)例；圖26表示該解碼器的該實(shí)例；圖27表示該解碼器的該實(shí)例；圖28表示有源信號(hào)RWL的產(chǎn)生電路的實(shí)例；圖29表示有源信號(hào)E2W的產(chǎn)生電路的實(shí)例；圖30表示有源信號(hào)W2E的產(chǎn)生電路的實(shí)例；圖31表示有源信號(hào)N2S的產(chǎn)生電路的實(shí)例；圖32表示有源信號(hào)S2N的產(chǎn)生電路的實(shí)例；圖33表示確定有源信號(hào)計(jì)時(shí)的電路的實(shí)例；圖34表示確定有源信號(hào)計(jì)時(shí)的電路的實(shí)例；圖35是表示從圖33和34的電路中輸出的信號(hào)的波形圖；圖36表示延遲電路的實(shí)例；圖37表示該延遲電路的該實(shí)例；圖38是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的修改的示意圖；圖39是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的修改的示意圖；圖40是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的修改的示意圖；圖41是表示基本結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方案的修改的示意圖；圖42是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的修改的示意圖；圖43是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的修改的示意圖；圖44是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的修改的示意圖；圖45是表示基本結(jié)構(gòu)第二實(shí)施方案的修改的示意圖；圖46表示磁電阻元件的熱干擾；圖47表示磁電阻元件的熱干擾；圖48表示磁電阻元件的熱干擾；以及圖49表示磁電阻元件的熱干擾。具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)方面的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。1.結(jié)構(gòu)和寫(xiě)入方法(1)熱干擾圖1表示傳統(tǒng)磁電阻元件的熱干擾。假設(shè)使用脈沖寬度為50ns的脈沖電流(自旋極化電子)進(jìn)行自旋注入的磁化反轉(zhuǎn)。當(dāng)通過(guò)向磁電阻元件MTJ上施加脈沖電流進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)(開(kāi)關(guān))時(shí)，在每次寫(xiě)入時(shí)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)所需的脈沖電流電流密度(相應(yīng)于脈沖電壓)的波動(dòng)以及開(kāi)關(guān)后磁電阻波動(dòng)率(相應(yīng)于結(jié)電阻)中的波動(dòng)。認(rèn)為該波動(dòng)是由在開(kāi)關(guān)期間施加到磁電阻元件MTJ上的脈沖電流引起的。即，脈沖電流引起磁電阻元件MTJ的溫度上升。相信磁電阻元件MTJ的溫度上升在開(kāi)關(guān)期間對(duì)磁性記錄層(自由層)有一些影響。圖2表示當(dāng)用脈沖寬度為50ns的脈沖電流進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)時(shí)磁電阻元件的溫度上升。當(dāng)向磁電阻元件供應(yīng)脈沖電流時(shí)，磁電阻元件的溫度以恒定的速率增加。溫度增加到130℃。在截止脈沖電流后，充分冷卻磁電阻元件需要數(shù)十納秒。例如，在實(shí)施方案中，充分冷卻磁電阻元件花費(fèi)至少50納秒。(2)基本結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的實(shí)施方案中，使用沿著磁電阻元件易磁化軸方向的磁場(chǎng)輔助自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的磁化反轉(zhuǎn)(開(kāi)關(guān))，通過(guò)自旋極化的電子進(jìn)行該磁化反轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，在自旋注入磁化反轉(zhuǎn)方法中，盡管因?yàn)橥ㄟ^(guò)鼓勵(lì)電子自旋先行進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)，記錄層受熱波動(dòng)很大的影響，輔助磁場(chǎng)抑制記錄層中電子自旋的熱干擾，直到由于自旋極化的電子而升高的磁電阻元件溫度充分地降低。因而，當(dāng)在使用自旋極化的電子進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)期間施加輔助磁場(chǎng)時(shí)，抑制電子自旋先行，以降低磁電阻元件特性由于熱干擾的波動(dòng)。此外，輔助磁場(chǎng)降低了用于自旋注入磁化反轉(zhuǎn)的脈沖電流的電流密度，這就防止了例如隧道勢(shì)壘擊穿的問(wèn)題。沿著磁電阻元件易磁化軸方向的輔助磁場(chǎng)不會(huì)主要進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)，但是在開(kāi)關(guān)期間抑制了自由層中電子自旋的熱干擾，以至于不大于1mA的輔助電流足以產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)。(i)第一實(shí)施方案圖3至6表示基本結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方案。存儲(chǔ)單元包括一個(gè)MOS晶體管Tr和一個(gè)磁電阻元件MTJ。磁電阻元件MTJ的一端與位線(xiàn)BLu連接，并且另一端通過(guò)選擇元件-MOS晶體管TR與位線(xiàn)BLd連接。兩根位線(xiàn)BLu和BLd彼此相交排列。在實(shí)施方案中，位線(xiàn)BLu在磁電阻元件MTJ的難磁化軸方向上延伸，并且位線(xiàn)BLd在磁電阻元件MTJ的易磁化軸方向上延伸。但是，相反也是正確的。兩根位線(xiàn)BLu和BLd彼此平行排列。在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間向磁電阻元件MTJ供應(yīng)產(chǎn)生自旋注入磁化反轉(zhuǎn)的自旋注入電流(脈沖電流)Is。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)從位線(xiàn)BLu向位線(xiàn)BLd供應(yīng)自旋注入電流Is時(shí)，記錄層的磁化方向取向成與固定層(受釘扎層)的方向相同(平行狀態(tài))。當(dāng)從位線(xiàn)BLd向位線(xiàn)BLu供應(yīng)自旋注入電流Is時(shí)，記錄層的磁化方向與固定層的方向相反(反平行狀態(tài))。此時(shí)，在本實(shí)施方案中，在磁電阻元件MTJ附近排列沿著難磁化軸方向延伸的寫(xiě)入字線(xiàn)WWL。在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間輔助電流(脈沖電流)Ia通過(guò)寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且輔助電流(脈沖電流)Ia具有根據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)值確定的取向。輔助電流Ia在易磁化軸方向上產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H，其中輔助磁場(chǎng)H抑制了磁電阻元件MTJ的記錄層中電子自旋的熱干擾。參考圖3，在磁電阻元件MTJ上方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu相同的方向延伸。參考圖4，在磁電阻元件MTJ上方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu交叉的方向延伸。參考圖5，在磁電阻元件MTJ下方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu相同的方向延伸。參考圖6，在磁電阻元件MTJ下方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu交叉的方向延伸。如上所述，甚至在自旋注入電流Is截止后數(shù)十納秒，磁電阻元件MTJ的溫度也保持在高水平下。因?yàn)闉榱艘种朴涗泴又须娮幼孕裏岣蓴_，使用輔助磁場(chǎng)H，在自旋注入電流Is截止后輔助電流Ia繼續(xù)流通數(shù)十納秒。設(shè)置通過(guò)輔助電流Ia的計(jì)時(shí)與通過(guò)自旋注入電流Is的計(jì)時(shí)相同，或者通過(guò)輔助電流Ia的計(jì)時(shí)可以早于或遲于通過(guò)自旋注入電流Is的計(jì)時(shí)。(ii)第二實(shí)施方案圖7至10表示基本結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方案。與第一實(shí)施方案相同，存儲(chǔ)單元包括一個(gè)MOS晶體管Tr和一個(gè)磁電阻元件MTJ。第二實(shí)施方案因?yàn)榇烹娮柙﨧TJ是邊緣型隧道磁電阻元件而與第一實(shí)施方案不同。在正常磁電阻元件中如圖3至7所示的固定層上表面形成隧道勢(shì)壘層同時(shí)，在邊緣型隧道磁電阻元件中固定層的側(cè)面(板線(xiàn)部分)上形成隧道勢(shì)壘層。因此，通過(guò)固定層的厚度可以確定固定層和隧道勢(shì)壘層之間的結(jié)面積，從而允許降低元件之間特性的波動(dòng)。與第一實(shí)施方案相同，在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間向磁電阻元件MTJ供應(yīng)產(chǎn)生自旋注入磁化反轉(zhuǎn)的自旋注入電流Is。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)從位線(xiàn)BLu向位線(xiàn)BLd供應(yīng)自旋注入電流Is時(shí)，記錄層的磁化方向與固定層的方向相同(平行狀態(tài))。當(dāng)從位線(xiàn)BLd向位線(xiàn)BLu供應(yīng)自旋注入電流Is時(shí)，記錄層的磁化方向與固定層的方向相反(反平行狀態(tài))。在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間，輔助電流Ia通過(guò)寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且輔助電流(脈沖電流)Ia具有根據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)值確定的取向。輔助電流Ia在易磁化軸方向上產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H，并且輔助磁場(chǎng)H抑制了磁電阻元件MTJ的記錄層中電子自旋的熱干擾。參考圖7，在磁電阻元件MTJ上方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu相同的方向延伸。參考圖8，在磁電阻元件MTJ上方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu交叉的方向延伸。參考圖9，在磁電阻元件MTJ下方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu相同的方向延伸。參考圖10，在磁電阻元件MTJ下方排列寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，并且寫(xiě)入字線(xiàn)WWL沿著與位線(xiàn)BLu交叉的方向延伸。與第一實(shí)施方案相同，設(shè)置通過(guò)輔助電流Ia的計(jì)時(shí)與通過(guò)自旋注入電流Is的計(jì)時(shí)相同，或者通過(guò)輔助電流Ia的計(jì)時(shí)可以早于或遲于通過(guò)自旋注入電流Is的計(jì)時(shí)。與第一實(shí)施方案相同，在從自旋注入電流Is截止開(kāi)始經(jīng)過(guò)數(shù)十納秒時(shí)設(shè)置輔助電流Ia截止的計(jì)時(shí)。(3)磁電阻元件的結(jié)構(gòu)為了通過(guò)解決例如隧道勢(shì)壘層擊穿和磁電阻元件溫度上升引起的熱干擾的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)大容量的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，還需要研究磁電阻元件的結(jié)構(gòu)。需要給磁電阻元件提供自旋注入磁化反轉(zhuǎn)并且可以在低電流密度下進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)。下面將說(shuō)明一些實(shí)施方案。(i)第一實(shí)施方案圖11表示磁電阻元件的第一實(shí)施方案。在第一實(shí)施方案中，磁電阻元件包括反鐵磁性層3、第一磁性固定層4、隧道勢(shì)壘層5、磁性記錄層6、非磁性金屬層7、第二磁性固定層8和反鐵磁性層9。磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5排列在第一磁性固定層4上。第二磁性固定層8通過(guò)非磁性金屬層7排列在磁性記錄層6上。在第一磁性固定層4中，通過(guò)第一磁性固定層4和反鐵磁性層3之間的交換相互結(jié)合固定磁化狀態(tài)。在第二磁性固定層8中，通過(guò)第二磁性固定層8和反鐵磁性層9之間的交換相互結(jié)合固定磁化狀態(tài)。設(shè)置第一磁性固定層4的磁化方向在第二磁性固定層8磁化方向的相反方向上。磁電阻元件排列在作為電極的基底層2上，并且電極層10排列在反鐵磁性層9上。當(dāng)自旋注入電流從電極層10流向基底層2時(shí)，自旋極化的電子從第一磁性固定層4注入磁性記錄層6，并且磁性記錄層6的磁化方向變成與第一磁性固定層4相同的方向(平行狀態(tài))。當(dāng)自旋注入電流從基底層2流向電極層10時(shí)，自旋極化的電子從第二磁性固定層8注入磁性記錄層6，并且磁性記錄層6的磁化方向變成與第二磁性固定層8相同的方向(反平行狀態(tài))。在自旋注入磁化反轉(zhuǎn)方法中，為了高效地進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)，通過(guò)增強(qiáng)自旋反射比的材料組合形成非磁性金屬層7和第二磁性固定層8。舉例來(lái)說(shuō)，在第二磁性固定層8由包括Co(例如富Co)的鐵磁性材料組成時(shí)，非磁性金屬層7由選自Zr、Hf、Rh、Ag、Cu和Au組，優(yōu)選Zr、Hf、Rh和Ag組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。另外，在第二磁性固定層8由包括Fe(例如富Fe)的鐵磁性材料組成時(shí)，非磁性金屬層7由選自Rh、Pt、Ir、Al、Ga、Cu和Au組，優(yōu)選Rh、Pt、Ir、Al和Ga組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第二磁性固定層8由包括Ni(例如富Ni)的鐵磁性材料組成時(shí)，非磁性金屬層7由選自Zr、Hf、Au、Ag和Cu組，優(yōu)選Zr、Hf、Au和Ag組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，第二磁性固定層8反射在與第二磁性固定層8的磁化方向(電子自旋的取向)相反的方向上自旋極化的電子。因此，適當(dāng)選擇用于非磁性金屬層7的材料能夠高效地反射在與第二磁性固定層8的磁化方向相反的方向上自旋極化的電子，以反轉(zhuǎn)磁性記錄層6的磁化狀態(tài)。需要第一磁性固定層4和第二磁性固定層8的磁矩方向總是彼此相差約180度。因此，舉例來(lái)說(shuō)，可以分別向第一磁性固定層4和第二磁性固定層8上添加具有不同奈耳溫度TN的反鐵磁性層3和9，并且當(dāng)溫度介于確定磁化方向的退火過(guò)程中冷卻期間的奈耳溫度TN之間時(shí)，磁場(chǎng)方向可以反轉(zhuǎn)180度。(ii)第二實(shí)施方案圖12表示磁電阻元件的第二實(shí)施方案。第二實(shí)施方案是第一實(shí)施方案的一個(gè)修改方案，并且第二實(shí)施方案在第二磁性固定層的結(jié)構(gòu)方面與第一實(shí)施方案不同。在第二實(shí)施方案中，磁電阻元件包括反鐵磁性層3、第一磁性固定層4、隧道勢(shì)壘層5、磁性記錄層6、非磁性金屬層7、第二磁性固定層8SAF和反鐵磁性層9。磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5排列在第一磁性固定層4上。第二磁性固定層8SAF通過(guò)非磁性金屬層7排列在磁性記錄層6上。在第一磁性固定層4中，通過(guò)第一磁性固定層4和反鐵磁性層3之間的交換相互結(jié)合固定磁化狀態(tài)。第二磁性固定層8SAF具有SAF(合成的反鐵磁性)結(jié)構(gòu)，并且固定第二磁性固定層8SAF的磁化狀態(tài)。采用SAF結(jié)構(gòu)可以設(shè)置位于第二磁性固定層8SAF隧道勢(shì)壘層5側(cè)的第一磁性固定層4和鐵磁性層的磁化方向在相互相反的方向上成180度角，甚至不需使用第一實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)所需的退火過(guò)程。在第二實(shí)施方案中，當(dāng)在反轉(zhuǎn)第一磁性固定層4和磁性記錄層6之間的磁矩(磁化)從反平行狀態(tài)到平行狀態(tài)中，電子從第一磁性固定層4注入磁性記錄層6時(shí)，在第一磁性固定層4中自旋極化的電子通過(guò)隧道勢(shì)壘層5，以向磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。自旋極化的電子從磁性記錄層6通過(guò)非磁性金屬層7到達(dá)第二磁性固定層8SAF。但是，自旋極化的電子在第二磁性固定層8SAF上被反射，并且作為反射的自旋電子的自旋極化的電子再次給磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)?shù)谝淮判怨潭▽?和磁性記錄層6之間的磁矩處于反平行狀態(tài)時(shí)，磁性記錄層6的磁矩被反轉(zhuǎn)，并且第一磁性固定層4和磁性記錄層6之間的磁矩變成平行狀態(tài)。當(dāng)在反轉(zhuǎn)第一磁性固定層4和磁性記錄層6之間的磁矩從平行狀態(tài)到反平行狀態(tài)中，電子從第二磁性固定層8SAF注入磁性記錄層6時(shí)，在第二磁性固定層8SAF中自旋極化的電子通過(guò)非磁性金屬層7，以向磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。自旋極化的電子趨向于從磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5流向第一磁性固定層4。但是，因?yàn)楫?dāng)電子通過(guò)隧道勢(shì)壘層5時(shí)，隧道效應(yīng)概率在第一磁性固定層4磁矩的相反方向上具有自旋的電子中降低，所以電子被反射，并且作為反射的自旋電子的電子再次給磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)?shù)谝淮判怨潭▽?和磁性記錄層6之間的磁矩處于平行狀態(tài)時(shí)，磁性記錄層6的磁矩被反轉(zhuǎn)，并且第一磁性固定層4和磁性記錄層6之間的磁矩變成反平行狀態(tài)。因此，通過(guò)改變自旋注入電流的流過(guò)方向可以反轉(zhuǎn)磁性記錄層6的磁化方向，從而可以通過(guò)自旋注入進(jìn)行“0”和“1”的寫(xiě)入。在第二磁性固定層8SAF由包括Co(例如富Co)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Zr、Hf、Rh、Ag、Cu和Au組，優(yōu)選Zr、Hf、Rh和Ag組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第二磁性固定層8SAF由包括Fe(例如富Fe)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Rh、Pt、Ir、Al、Ga、Cu和Au組，優(yōu)選Rh、Pt、Ir、Al和Ga組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。此外，在第二磁性固定層8SAF由包括Ni(例如富Ni)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Zr、Hf、Au、Ag和Cu組，優(yōu)選Zr、Hf、Au和Ag組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。(iii)第三實(shí)施方案圖13表示磁電阻元件的第三實(shí)施方案。在第三實(shí)施方案中，磁電阻元件包括反鐵磁性層3、第一磁性固定層4、隧道勢(shì)壘層5、磁性記錄層6、非磁性金屬層7、第二磁性固定層8和反鐵磁性層9。磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5排列在第一磁性固定層4上。第二磁性固定層8通過(guò)非磁性金屬層7排列在磁性記錄層6上。在第一磁性固定層4中，通過(guò)第一磁性固定層4和反鐵磁性層3之間的交換相互結(jié)合固定磁化狀態(tài)。在第二磁性固定層8中，通過(guò)第二磁性固定層8和反鐵磁性層9之間的交換相互結(jié)合固定磁化狀態(tài)。設(shè)置第一磁性固定層4的磁化方向在與第二磁性固定層8的磁化方向相同的方向上。磁電阻元件排列在基底層2上，并且電極層10排列在反鐵磁性層9上。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)自旋注入電流從電極層10流向基底層2時(shí)，電子從第一磁性固定層4注入磁性記錄層6，并且第一磁性固定層4中在與第一磁性固定層4磁矩相同的方向上自旋極化的電子通過(guò)隧道勢(shì)壘層5賦予磁性記錄層6自旋轉(zhuǎn)矩(平行狀態(tài))。此外，電子通過(guò)磁性記錄層6和非磁性金屬層7注入第二磁性固定層8。當(dāng)選擇用于非磁性金屬層7的材料時(shí)，在與第二磁性固定層8的磁矩相同的方向上具有自旋的電子在第二磁性固定層8上被反射，并且再次作為反射的自旋電子注入磁性記錄層6，從而允許磁性記錄層6的磁化方向沿著與第一磁性固定層4磁化方向相同的方向取向(平行狀態(tài))。當(dāng)自旋注入電流從基底層2流向電極層10時(shí)，電子從第二磁性固定層8通過(guò)非磁性金屬層7注入磁性記錄層6。當(dāng)選擇用于非磁性金屬層7的材料時(shí)，在第二磁性固定層8中自旋極化的電子流過(guò)非磁性金屬層7中，在與第二磁性固定層8的磁矩相反的方向上具有自旋的電子是主要的，并且自旋極化的電子賦予磁性記錄層6自旋轉(zhuǎn)矩。此外，電子趨向于從磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5流向第一磁性固定層4。但是，因?yàn)楫?dāng)電子通過(guò)隧道勢(shì)壘層5時(shí)，隧道效應(yīng)概率在第一磁性固定層4磁矩的相反方向上具有自旋的電子中降低，所以電子被反射，并且作為反射的自旋電子的電子再次給磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。因此，磁性記錄層6的磁化方向在與第一磁性固定層4的磁化方向相反的方向上取向(反平行狀態(tài))。在自旋注入磁化反轉(zhuǎn)方法中，為了高效地進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)，通過(guò)增強(qiáng)自旋反射比的材料組合形成非磁性金屬層7和第二磁性固定層8。在第二磁性固定層8由包括Co(例如富Co)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Cr、Ir、Os、Ru和Re組，優(yōu)選Cr、Ir和Os組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第二磁性固定層8由包括Fe(例如富Fe)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Mn、Cr、V、Mo、Re、Ru、Os、W和Ti組，優(yōu)選Mn、Cr、V、Mo和Re組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。此外，在第二磁性固定層8由包括Ni(例如富Ni)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Rh、Ru、Ir、Os、Cr、Re、W、Nb、V、Ta和Mo組，優(yōu)選Rh、Ru、Ir和Os組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，第二磁性固定層8反射在與第二磁性固定層8的磁化方向(電子自旋的取向)相反的方向上自旋極化的電子。因此，適當(dāng)選擇用于非磁性金屬層7的材料能夠高效地反射在與第二磁性固定層8的磁化方向相反的方向上自旋極化的電子，以反轉(zhuǎn)磁性記錄層6的磁化狀態(tài)。在第三實(shí)施方案中，因?yàn)榈谝淮判怨潭▽?和第二磁性固定層8的磁矩方向在相同的方向上取向，所以不需要第一實(shí)施方案的退火過(guò)程。(iv)第四實(shí)施方案圖14表示磁電阻元件的第四實(shí)施方案。第四實(shí)施方案是第三實(shí)施方案的一個(gè)修改方案，并且第四實(shí)施方案在第一和第二磁性固定層分別具有SAF(合成的反鐵磁性)結(jié)構(gòu)方面與第三實(shí)施方案不同。在第四實(shí)施方案中，磁電阻元件包括反鐵磁性層3、第一磁性固定層4SAFSAF、隧道勢(shì)壘層5、磁性記錄層6、非磁性金屬層7、第二磁性固定層8SAF和反鐵磁性層9。磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5排列在第一磁性固定層4SAF上。第二磁性固定層8SAF通過(guò)非磁性金屬層7排列在磁性記錄層6上。第一磁性固定層4SAF具有SAF結(jié)構(gòu)，并且固定第一磁性固定層4SAF的磁化狀態(tài)。相似地，第二磁性固定層8SAF具有SAF結(jié)構(gòu)，并且固定第二磁性固定層8SAF的磁化狀態(tài)。在第四實(shí)施方案中，按照與第三實(shí)施方案相似的方式進(jìn)行寫(xiě)入。也就是說(shuō)，當(dāng)在反轉(zhuǎn)第一磁性固定層4SAF和磁性記錄層6之間的磁矩(磁化)從反平行狀態(tài)到平行狀態(tài)中，電子從第一磁性固定層4注入磁性記錄層6時(shí)，在第一磁性固定層4SAF中自旋極化的電子通過(guò)隧道勢(shì)壘層5，以向磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。自旋極化的電子從磁性記錄層6通過(guò)非磁性金屬層7到達(dá)第二磁性固定層8SAF。但是，自旋極化的電子在第二磁性固定層8SAF上被反射，并且作為反射的自旋電子的自旋極化的電子再次給磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)?shù)谝淮判怨潭▽?SAF和磁性記錄層6之間的磁矩(磁化)處于反平行狀態(tài)時(shí)，磁性記錄層6的磁矩被反轉(zhuǎn)，并且第一磁性固定層4SAF和磁性記錄層6之間的磁矩變成平行狀態(tài)。當(dāng)在反轉(zhuǎn)第一磁性固定層4SAF和磁性記錄層6之間的磁矩(磁化)從平行狀態(tài)到反平行狀態(tài)中，電子從第二磁性固定層8SAF注入磁性記錄層6時(shí)，在第二磁性固定層8SAF中自旋極化的電子通過(guò)非磁性金屬層7，以向磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。自旋極化的電子趨向于從磁性記錄層6通過(guò)隧道勢(shì)壘層5流向第一磁性固定層4SAF。但是，因?yàn)楫?dāng)電子通過(guò)隧道勢(shì)壘層5時(shí)，隧道效應(yīng)概率在第一磁性固定層4SAF磁矩的相反方向上具有自旋的電子中降低，所以電子被反射，并且作為反射的自旋電子的電子再次給磁性記錄層6賦予自旋轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)?shù)谝淮判怨潭▽?SAF和磁性記錄層6之間的磁矩處于平行狀態(tài)時(shí)，磁性記錄層6的磁矩被反轉(zhuǎn)，并且第一磁性固定層4SAF和磁性記錄層6之間的磁矩變成反平行狀態(tài)。因此，通過(guò)改變自旋注入電流相對(duì)于磁電阻元件的流過(guò)方向可以反轉(zhuǎn)磁化，從而可以通過(guò)自旋注入進(jìn)行“0”和“1”的寫(xiě)入。在第一和第二磁性固定層4SAF和8SAF由包括Co(例如富Co)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Cr、Ir、Os、Ru和Re組，優(yōu)選Cr、Ir和Os組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第一和第二磁性固定層4SAF和8SAF由包括Fe(例如富Fe)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Mn、Cr、V、Mo、Re、Ru、Os、W和Ti組，優(yōu)選Mn、Cr、V、Mo和Re組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第一和第二磁性固定層4SAF和8SAF由包括Ni(例如富Ni)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Rh、Ru、Ir、Os、Cr、Re、W、Nb、V、Ta和Mo組，優(yōu)選Rh、Ru、Ir和Os組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。(v)第五實(shí)施方案圖15至18是磁電阻元件的第五實(shí)施方案。第五實(shí)施方案是第一至第四實(shí)施方案的一個(gè)改進(jìn)方案，并且第五實(shí)施方案特征在于當(dāng)與第一至第四實(shí)施方案比較時(shí)磁性記錄層通過(guò)多個(gè)陣列形狀的柱狀層形成。圖15是圖11中所示的第一實(shí)施方案的改進(jìn)；圖16是圖12中所示的第二實(shí)施方案的改進(jìn)；圖17是圖13中所示的第三實(shí)施方案的改進(jìn)；并且圖18是圖14中所示的第四實(shí)施方案的改進(jìn)。通過(guò)一組多個(gè)陣列形狀的柱狀層(鐵磁體)形成磁性記錄層6。在每個(gè)柱形層中磁化方向可以改變。通過(guò)絕緣體11(或者電介體)分隔柱形層。隧道勢(shì)壘層5排列在第一磁性固定層4或4SAF和磁性記錄層6之間。在圖15和16所示結(jié)構(gòu)的情況中，為了增強(qiáng)自旋反射比，通過(guò)下面的材料組合形成非磁性金屬層7和第二磁性固定層8或8SAF。另外，在第二磁性固定層8或8SAF由包括Co(例如富Co)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Zr、Hf、Rh、Ag、Cu和Au組，優(yōu)選Zr、Hf、Rh和Ag組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第二磁性固定層8或8SAF由包括Fe(例如富Fe)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Rh、Pt、Ir、Al、Ga、Cu和Au組，優(yōu)選Rh、Pt、Ir、Al和Ga組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。此外，在第二磁性固定層8或8SAF由包括Ni(例如富Ni)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Zr、Hf、Au、Ag和Cu組，優(yōu)選Zr、Hf、Au和Ag組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在圖17和18所示結(jié)構(gòu)的情況中，為了增強(qiáng)自旋反射比，通過(guò)下面的材料組合形成非磁性金屬層7和第二磁性固定層8或8SAF。在第二磁性固定層8或8SAF由包括Co(例如富Co)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Cr、Ir、Os、Ru和Re組，優(yōu)選Cr、Ir和Os組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第二磁性固定層8或8SAF由包括Fe(例如富Fe)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Mn、Cr、V、Mo、Re、Ru、Os、W和Ti組，優(yōu)選Mn、Cr、V、Mo和Re組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。在第二磁性固定層8或8SAF由包括Ni(例如富Ni)的鐵磁性材料組成的情況中，非磁性金屬層7由選自Rh、Ru、Ir、Os、Cr、Re、W、Nb、V、Ta和Mo組，優(yōu)選Rh、Ru、Ir和Os組中的至少一種金屬，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。因此，根據(jù)磁性記錄層6由多個(gè)柱形層形成的磁電阻元件，當(dāng)與第一至第四實(shí)施方案比較時(shí)，鐵磁隧道結(jié)的有效結(jié)面積降低。因而，即使在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間流過(guò)自旋注入電流，也幾乎不會(huì)產(chǎn)生由于自旋注入電流引起的環(huán)磁場(chǎng)，這就允許在磁性記錄層中穩(wěn)定地進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)。當(dāng)磁電阻元件的尺寸較大時(shí)，第五實(shí)施方案是有效的。具體地說(shuō)，當(dāng)柱形層由圓柱形成時(shí)，優(yōu)選柱形層的直徑設(shè)置在1至100納米的范圍內(nèi)。當(dāng)柱形層的直徑小于1納米時(shí)，柱形結(jié)構(gòu)的鐵磁體變成超順磁。當(dāng)柱形層的直徑大于100納米時(shí)，由于周期性磁疇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，幾乎不能進(jìn)行穩(wěn)定的磁化反轉(zhuǎn)并且MR比也降低。(vi)總結(jié)如上所述，在自旋注入寫(xiě)入方法中，當(dāng)磁性記錄層6包含Ni-Co、Ni-Fe、Co-Fe、或Co-Fe-Ni時(shí)，非磁性金屬層7由選自Au、Zr、Hf、Rh、Pt、Ir、Al和Ga組，或者包括其中至少一種金屬的合金組成。因此，可以降低自旋注入電流Is。當(dāng)使用第一至第四實(shí)施方案的磁電阻元件作為圖3至10所示的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元時(shí)，電流密度在磁化反轉(zhuǎn)期間降低，從而允許解決例如隧道勢(shì)壘層擊穿和熱干擾的問(wèn)題。在此情況下，為了在磁化反轉(zhuǎn)期間穩(wěn)定第一和第二磁性固定層4或4SAF及8或8SAF的磁化狀態(tài)，第一和第二磁性固定層4或4SAF及8或8SAF的體積盡可能增大。參考SAF結(jié)構(gòu)，可以對(duì)第一和第二磁性固定層之一或兩者使用SAF結(jié)構(gòu)。(4)寫(xiě)入方法下面將描述使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入方法(磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程)。圖19表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程的流程圖。圖20表示用于實(shí)現(xiàn)圖19的過(guò)程的自旋注入電流和輔助磁場(chǎng)(輔助電流)的信號(hào)波形。首先，向磁電阻元件供給具有根據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值取向的自旋注入電流Is(步驟ST1，時(shí)間t1)。產(chǎn)生由自旋注入電流Is自旋極化的電子，并且自旋轉(zhuǎn)矩通過(guò)自旋極化的電子對(duì)磁性記錄層起作用，開(kāi)始磁化反轉(zhuǎn)。當(dāng)自旋注入電流Is通過(guò)磁電阻元件時(shí)，因?yàn)榇烹娮柙臏囟戎饾u上升(參見(jiàn)圖2)，在自旋注入電流Ia通過(guò)計(jì)時(shí)的同時(shí)，或者在自旋注入電流Ia通過(guò)后，輔助電流Is通過(guò)寫(xiě)入字線(xiàn)WWL，產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H(步驟ST2，時(shí)間t2)。輔助磁場(chǎng)H在磁電阻元件的易磁化軸方向上產(chǎn)生，這就抑制了磁性自由層中由于磁電阻元件的溫度上升引起的電子自旋熱干擾。輔助電流Ia通過(guò)字線(xiàn)WWL，產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H的計(jì)時(shí)可以早于自旋注入電流Ia通過(guò)的計(jì)時(shí)。然后，自旋注入電流Is截止(步驟ST3，時(shí)間t3)。在此情況下，從圖2中可以看出，磁電阻元件具有足以產(chǎn)生電子自旋熱干擾直至從自旋注入電流Is截止后數(shù)十納秒的高溫。因此，直到數(shù)十納秒后，甚至在自旋注入電流Is截止后，也連續(xù)提供輔助電流Ia。在磁電阻元件的溫度充分下降時(shí)，停止輔助電流Ia，截止輔助磁場(chǎng)H(步驟ST4，時(shí)間t4)。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的磁化反轉(zhuǎn)方法，在電流截止計(jì)時(shí)中，因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生輔助磁場(chǎng)的脈沖電流遲于用于自旋注入寫(xiě)入的脈沖電流時(shí)，可以有效地防止由于磁電阻元件溫度上升引起的磁性記錄層中電子自旋的熱干擾。實(shí)施例下面將說(shuō)明優(yōu)選的實(shí)施例。(1)電路實(shí)施例圖21示意性地表示了用來(lái)實(shí)現(xiàn)自旋注入磁化反轉(zhuǎn)的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的外圍電路。在圖21中使用的信號(hào)中，b***應(yīng)該意指邏輯***被反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)信號(hào)(***是任何信號(hào))。此外，i應(yīng)該意指多行中的第i行，并且j應(yīng)該意指多列中的第j列。磁電阻元件MTJ的一端通過(guò)接觸部件CNT與上位線(xiàn)BLu連接。磁電阻元件MTJ的另一端通過(guò)作為下電極的基底層2和作為選擇開(kāi)關(guān)的MOS晶體管Tr與下位線(xiàn)BLd連接。來(lái)自讀出字線(xiàn)的行選擇信號(hào)RWLi被輸入到N-溝道MOS晶體管Tr的柵極。上位線(xiàn)BLu和下位線(xiàn)BLd都在相同的方向上延伸。即，在本實(shí)施方案中，上位線(xiàn)BLu和下位線(xiàn)BLd都在列方向上延伸。上位線(xiàn)BLu的一端與CMOS型驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1連接。向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1的P-溝道MOS晶體管的柵極輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj，并且向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1的N-溝道MOS晶體管的柵極輸入合成信號(hào)N2Sj。下位線(xiàn)BLu的一端與CMOS型驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS2連接。向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS2的P-溝道MOS晶體管的柵極輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)bS2Nj，并且向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS2的N-溝道MOS晶體管的柵極輸入合成信號(hào)N2Sj。舉例來(lái)說(shuō)，行選擇信號(hào)RWLi設(shè)置為“H”，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj和合成信號(hào)S2Nj設(shè)置為“L”，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)bS2Nj和合成信號(hào)S2Nj設(shè)置為“H”，這就使自旋注入電流Is從驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1流向驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS2。另一方面，行選擇信號(hào)RWLi設(shè)置為“H”，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj和合成信號(hào)S2Nj設(shè)置為“H”，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)bS2Nj和合成信號(hào)N2Sj設(shè)置為“L”，這就使自旋注入電流Is從驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS2流向驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1。在行方向上延伸的寫(xiě)入字線(xiàn)WWL排列在磁電阻元件MTJ附近。寫(xiě)入字線(xiàn)WWL的一端與CMOS型驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS3連接。向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS3的P-溝道MOS晶體管的柵極輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi，并且向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS3的N-溝道MOS晶體管的柵極輸入合成信號(hào)W2Ei。寫(xiě)入字線(xiàn)WWL的另一端與CMOS型驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS4連接。向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS4的P-溝道MOS晶體管的柵極輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)bW2Ei，并且向構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS4的N-溝道MOS晶體管的柵極輸入合成信號(hào)E2Wi。舉例來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi和合成信號(hào)E2Wi設(shè)置為“L”，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)bW2Ei和合成信號(hào)E2Wi設(shè)置為“H”，這就使輔助電流Ia從驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS3流向驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS4。另一方面，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi和合成信號(hào)W2Ei設(shè)置為“H”，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)bW2Ei和合成信號(hào)E2Wi設(shè)置為“L”，這就使輔助電流Ia從驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS4流向驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS3。上位線(xiàn)BLu的另一端通過(guò)作為列選擇開(kāi)關(guān)的N-溝道MOS晶體管CSW與讀出放大器S/A的正側(cè)輸入端連接。讀出放大器S/A例如包括差動(dòng)放大器。向MOS晶體管CSW的柵極輸入列選擇信號(hào)CSLj。向讀出放大器S/A的負(fù)側(cè)輸入端輸入?yún)⒖茧妱?shì)REF。參考電勢(shì)REF成為確定來(lái)自磁電阻元件MTJ的讀出數(shù)據(jù)值的參考。讀出放大器S/A的輸出信號(hào)變成磁電阻元件MTJ的讀出數(shù)據(jù)ROUT。(2)信號(hào)計(jì)時(shí)波形圖22表示用于圖21的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和合成信號(hào)的波形。圖22的信號(hào)計(jì)時(shí)波形是產(chǎn)生圖21所示的自旋注入電流Is和輔助電流Ia的一個(gè)實(shí)例。首先，在時(shí)間t1，設(shè)置合成信號(hào)E2Wi為“H”并且設(shè)置驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi為“L”，這就使輔助電流Ia通過(guò)寫(xiě)入字線(xiàn)WWL從驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS3流向驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS4。在時(shí)間t2設(shè)置讀出選擇信號(hào)RWLi為“H”。然后，在時(shí)間t3設(shè)置合成信號(hào)N2Sj為“H”并且設(shè)置驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj為“L”，這就使自旋注入電流Is從驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1流向驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS2。此后，在時(shí)間t4設(shè)置合成信號(hào)N2Sj為“L”、設(shè)置驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj為“H”，并且截止自旋注入電流Is。然后，在時(shí)間t5設(shè)置讀出選擇信號(hào)RWLi為“L”。在從自旋注入電流Is截止數(shù)十納秒后的時(shí)間t6，設(shè)置合成信號(hào)E2Wi為“L”、設(shè)置驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi為“H”、截止輔助電流Ia，并且取消輔助磁場(chǎng)H。在本實(shí)施例的信號(hào)計(jì)時(shí)波形中，在自旋注入電流Is通過(guò)前，通過(guò)輔助電流Ia，產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H。但是，如上所述，可以在自旋注入電流Is通過(guò)的同時(shí)或者自旋注入電流Is通過(guò)后產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H。(3)解碼器下面將說(shuō)明控制圖21的驅(qū)動(dòng)器/吸收器DS1、DS2、DS3和DS4的解碼器的實(shí)施例。在磁電阻元件中寫(xiě)入數(shù)據(jù)期間，解碼器控制驅(qū)動(dòng)器/吸收器，根據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值確定自旋注入電流Is和輔助電流Ia的取向。解碼器還控制驅(qū)動(dòng)器/吸收器，確定自旋注入電流Is和輔助電流Ia供應(yīng)/截止的計(jì)時(shí)。圖23表示產(chǎn)生讀出選擇信號(hào)RWLi的解碼器實(shí)施例。在本實(shí)施例中，解碼器包括AND門(mén)電路。當(dāng)有源信號(hào)RWL和行地址信號(hào)設(shè)置在“H”時(shí)，讀出選擇信號(hào)RWLi變成“H”。圖24表示產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi和合成信號(hào)E2Wi的解碼器實(shí)施例。在本實(shí)施例中，解碼器包括AND門(mén)電路。當(dāng)有源信號(hào)E2W和行地址信號(hào)均設(shè)置在“H”時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bE2Wi變成“L”并且合成信號(hào)E2Wi變成“H”。圖25表示產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)bW2Ei和合成信號(hào)W2Ei的解碼器實(shí)施例。在本實(shí)施例中，解碼器包括AND門(mén)電路。當(dāng)有源信號(hào)W2E和行地址信號(hào)均設(shè)置在“H”時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bW2Ei和合成信號(hào)W2Ei均變成“H”。圖26表示產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj和合成信號(hào)N2Sj的解碼器實(shí)施例。在本實(shí)施例中，解碼器包括AND門(mén)電路。當(dāng)有源信號(hào)N2S和列地址信號(hào)均設(shè)置在“H”時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bN2Sj變成“L”并且合成信號(hào)N2Sj變成“H”。圖27表示產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)bS2Nj和合成信號(hào)S2Nj的解碼器實(shí)施例。在本實(shí)施例中，解碼器包括AND門(mén)電路。當(dāng)有源信號(hào)S2N和列地址信號(hào)均設(shè)置在“H”時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)bS2Nj變成“L”并且合成信號(hào)S2Nj變成“H”。圖28至32表示產(chǎn)生有源信號(hào)RWL、E2W、W2E、N2S和S2N的電路。信號(hào)A、B、C、D、E和F確定分別輸出信號(hào)RWL、E2W、W2E、N2S和S2N的計(jì)時(shí)。在圖29至32中，DATA1是當(dāng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)是“1”時(shí)變成“H”的信號(hào)，并且DATA0是當(dāng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)是“0”時(shí)變成“H”的信號(hào)。因此，根據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值來(lái)確定自旋注入電流Is和輔助電流Ia的取向。在本實(shí)施例中，設(shè)置輔助電流Ia通過(guò)的計(jì)時(shí)在自旋注入電流Is通過(guò)前。但是，可以設(shè)置輔助電流Ia通過(guò)的計(jì)時(shí)在自旋注入電流Is通過(guò)的同時(shí)或者自旋注入電流Is通過(guò)后。圖33和34表示基于寫(xiě)入信號(hào)WRITE產(chǎn)生信號(hào)A、B、C、D、E和F的延遲電路1至6。圖35表示圖33和34的延遲電路1至6的操作波形。圖36和37表示延遲電路1至6的的實(shí)例。圖36的實(shí)例是延遲電路由串聯(lián)連接的多個(gè)反相器形成的反相器型。延遲時(shí)間通過(guò)反相器的數(shù)量控制。實(shí)施例37的實(shí)例是延遲電路由電阻R和電容C形成的RC型。延遲時(shí)間可以通過(guò)電阻R的電阻值和電容C的電容值來(lái)控制。3.修改下面將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的基本結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖3至10)的修改方案。(1)第一修改方案圖38至45表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的基本結(jié)構(gòu)的修改方案。修改方案具有所謂軛線(xiàn)結(jié)構(gòu)，其中為了高效地向磁電阻元件MTJ賦予輔助磁場(chǎng)H，在寫(xiě)入字線(xiàn)WWL周?chē)帕杏绍洿挪牧?軛材料)組成的磁性層12。根據(jù)該軛線(xiàn)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步降低用來(lái)產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)H的輔助電流Ia。具體地說(shuō)，輔助電流Ia可以設(shè)置產(chǎn)不大于0.5mA的值。圖38至45中所示的結(jié)構(gòu)分別相應(yīng)于圖3至10中所示的基本結(jié)構(gòu)。(2)第二修改方案參考磁電阻元件，進(jìn)行下面的修改。在圖11至18所示的磁電阻元件中，反鐵磁性層3或9可以由例如Fe-Mn、Pt-Mn、Pt-Cr-Mn、Ni-Mn、Ir-Mn、NiO和Fe2O3的材料組成。第一和第二磁性固定層4或4SAF及8或8SAF可以由具有單方向各向異性的材料組成，并且磁性記錄層6可以由具有單軸向各向異性的材料組成。構(gòu)成第一和第二磁性固定層4或4SAF及8或8SAF的鐵磁性層和磁記錄層6的厚度設(shè)置在0.1納米至100納米的范圍內(nèi)。為了保證鐵磁體不會(huì)變成超順磁，優(yōu)選鐵磁性層的厚度不小于0.4納米。在圖15至18所示的磁電阻元件中，作為由電介體分開(kāi)的鐵磁性顆粒的柱形層可以由Co、Fe、或Ni、或者其合金，或者選自Co-Pt、Co-Fe-Pt、Fe-Pt、Co-Fe-Cr-Pt和Co-Cr-Pt組中的至少一種金屬組成。在圖11至18所示的磁電阻元件的磁性記錄層6中，通過(guò)向磁性材料中添加非磁性元素，例如Ag、Cu、Au、Al、Ru、Os、Re、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Ir、W、Mo和Nb，可以調(diào)節(jié)物理性質(zhì)，例如磁性質(zhì)、結(jié)晶度、機(jī)械性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。4.實(shí)驗(yàn)實(shí)施例然后，將說(shuō)明實(shí)驗(yàn)實(shí)施例。(1)第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例是包括圖6的基本結(jié)構(gòu)和圖21至37的電路的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。使用磁性固定層具有如圖12或14所示的SAF結(jié)構(gòu)的磁電阻元件作為第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的磁電阻元件。生產(chǎn)第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的程序如下首先，在半導(dǎo)體襯底上形成MOS晶體管和寫(xiě)入字線(xiàn)WWL。然后，形成磁性固定層具有如圖12或14所示的SAF結(jié)構(gòu)的磁電阻元件。在圖12的磁電阻元件(樣品1a)的情形中，形成Ta/Cu/Ta疊層作為基底層(電極層)2。在基底層2上形成由Ru(5納米)/PtMn(20納米)組成的反鐵磁性層3。在該反鐵磁性層3上順序形成由Co75Fe25(5納米)組成的第一磁性固定層4、由AlOx(1.4納米)組成的隧道勢(shì)壘層5和由Co90Fe10(3納米)組成的磁性記錄層6。在磁性記錄層6上形成由Cu(5納米)組成的非磁性金屬層7。在該非磁性金屬層7上形成由Co75Fe25(5納米)/Ru(0.9納米)/Co75Fe25(5納米)組成的第二磁性固定層8SAF。在該第二磁性固定層8SAF上形成由PtMn(20納米)/Ru(5納米)組成的反鐵磁性層9。然后，在該反鐵磁性層9上形成由Ta(150納米)組成的電極層10。在圖14的磁電阻元件(樣品1b)的情形中，形成Ta/Cu/Ta疊層作為基底層(電極層)2。在基底層2上形成由Ru(5納米)/PtMn(20納米)組成的反鐵磁性層3。在該反鐵磁性層3上形成由Co75Fe25(5納米)/Ru(0.9納米)/Co75Fe25(5納米)組成的第一磁性固定層4SAF。在該第一磁性固定層4SAF上順序形成由AlOx(1.4納米)組成的隧道勢(shì)壘層5和由Co90Fe10(3納米)組成的磁性記錄層6。在磁性記錄層6上形成由Cu(5納米)組成的非磁性金屬層7。在該非磁性金屬層7上形成由Co75Fe25(5納米)/Ru(0.9納米)/Co75Fe25(5納米)組成的第二磁性固定層8SAF。在該第二磁性固定層8SAF上形成由PtMn(20納米)/Ru(5納米)組成的反鐵磁性層9。然后，在該反鐵磁性層9上形成由Ta(150納米)組成的電極層10。此時(shí)，舉例來(lái)說(shuō)，在形成了0.6納米厚的Al后，通過(guò)重復(fù)該過(guò)程兩次可以產(chǎn)生由1.4納米厚的AlOx組成的隧道勢(shì)壘層5，該過(guò)程是指Al被純氧氣自然地原位氧化。用TEM(透射電子顯微鏡)觀察通過(guò)上述方法生產(chǎn)的AlOx厚度上的橫截面，證實(shí)由于氧化AlOx的厚度變成1.4納米，同時(shí)Al層的總厚度為1.2(＝0.6+0.6納米)。使用EB(電子束)成像設(shè)備可以在定義了結(jié)面積的部分上形成隧道結(jié)，并且使用KrF步進(jìn)設(shè)備可以在其它部分上形成隧道結(jié)。結(jié)面積為0.1×0.15μm2。在形成了結(jié)隔離后，形成由35納米厚的SiOx組成的保護(hù)層，并且形成由Ta/Ru組成的電極。然后，在通過(guò)背部刻蝕曝光接觸層后，進(jìn)行接觸清洗，形成由Ti(15納米)/Al(300納米)/Ti(15納米)組成的上電極。然后，在280℃下進(jìn)行退火10小時(shí)，同時(shí)在磁性層的主軸上施加磁場(chǎng)，以給磁電阻元件賦予單軸向各向異性。圖46表示根據(jù)第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例(樣品1a)的磁電阻元件的熱干擾，并且圖47表示根據(jù)第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例(樣品1b)的磁電阻元件的熱干擾，當(dāng)獲得圖46和47中所示的結(jié)果時(shí)，為了使先有技術(shù)(圖1)與本發(fā)明之間的作用差異更加明顯，基本上采用與先有技術(shù)中相同的條件。即，自旋注入寫(xiě)入時(shí)間設(shè)置為50納秒，輔助電流設(shè)置為0.4mA，并且自旋注入電流截止和輔助電流截止之間的延遲時(shí)間設(shè)置為20納秒。從這些圖中可以看出在第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的樣品1a和1b中，脈沖電流的電流密度(相應(yīng)于脈沖電壓)的波動(dòng)和開(kāi)關(guān)后磁電阻波動(dòng)狀態(tài)(相應(yīng)于結(jié)電阻)的波動(dòng)降低很大。在磁化反轉(zhuǎn)(開(kāi)關(guān))中，需要降低脈沖電流的電流密度的波動(dòng)和開(kāi)關(guān)后磁電阻波動(dòng)狀態(tài)的波動(dòng)。不管輔助磁場(chǎng)產(chǎn)生的計(jì)時(shí)如何，都以相同的方式獲得這些結(jié)果，即輔助磁場(chǎng)產(chǎn)生的計(jì)時(shí)與自旋注入電流通過(guò)的計(jì)時(shí)無(wú)關(guān)。因此，該結(jié)果有助于大容量磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的實(shí)際使用。(2)第二實(shí)驗(yàn)實(shí)施例第二實(shí)驗(yàn)實(shí)施例是包括圖41的基本結(jié)構(gòu)和圖21至37的電路的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。使用磁性固定層具有如圖12或14所示的SAF結(jié)構(gòu)的磁電阻元件作為第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的磁電阻元件。生產(chǎn)第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的程序如下首先，在半導(dǎo)體襯底上形成具有軛結(jié)構(gòu)的MOS晶體管和寫(xiě)入字線(xiàn)WWL。然后，形成磁性固定層具有如圖12或14所示的SAF結(jié)構(gòu)的磁電阻元件。例如，在圖12的磁電阻元件(樣品2a)中，形成Ta/Cu/Ta疊層作為基底層(電極層)2。在基底層2上形成由Ru(5納米)/PtMn(20納米)組成的反鐵磁性層3。在該反鐵磁性層3上順序形成由Co65Fe35(5納米)組成的第一磁性固定層4、由MgO(0.9納米)組成的隧道勢(shì)壘層5和由(Co65Fe35)80B20(3.5納米)組成的磁性記錄層6。在磁性記錄層6上形成由Rh(5納米)組成的非磁性金屬層7。在該非磁性金屬層7上形成由Co75Fe25(5納米)/Ru(0.9納米)/Co75Fe25(5納米)組成的第二磁性固定層8SAF。在該第二磁性固定層8SAF上形成由PtMn(20納米)/Ru(5納米)組成的反鐵磁性層9。然后，在該反鐵磁性層9上形成由Ta(150納米)組成的電極層10。在圖14的磁電阻元件(樣品2b)的情形中，形成Ta/Cu/Ta疊層作為基底層(電極層)2。在基底層2上形成由Ru(5納米)/PtMn(20納米)組成的反鐵磁性層3。在該反鐵磁性層3上形成由Co75Fe25(5納米)/Ru(0.9納米)/Co75Fe25(5納米)組成的第一磁性固定層4SAF。在該第一磁性固定層4SAF上順序形成由MgO(0.9納米)組成的隧道勢(shì)壘層5和由(Co65Fe35)80B20(3.5納米)組成的磁性記錄層6。在磁性記錄層6上形成由Rh(5納米)組成的非磁性金屬層7。在該非磁性金屬層7上形成由Co75Fe25(5納米)/Ru(0.9納米)/Co75Fe25(5納米)組成的第二磁性固定層8SAF。在該第二磁性固定層8SAF上形成由PtMn(20納米)/Ru(5納米)組成的反鐵磁性層9。然后，在該反鐵磁性層9上形成由Ta(150納米)組成的電極層10。此時(shí)，舉例來(lái)說(shuō)，在通過(guò)RF直接濺射形成Mg后，通過(guò)進(jìn)行等離子體氧化3秒鐘可以產(chǎn)生由0.9納米厚的MgO組成的隧道勢(shì)壘層5。按照與第一實(shí)驗(yàn)實(shí)施例相同的方式賦予磁電阻元件單軸向各向異性。圖48表示根據(jù)第二實(shí)驗(yàn)實(shí)施例(樣品2a)的磁電阻元件的熱干擾，并且圖49表示根據(jù)第二實(shí)驗(yàn)實(shí)施例(樣品2b)的磁電阻元件的熱干擾，當(dāng)獲得圖48和49中所示的結(jié)果時(shí)，為了使先有技術(shù)(圖1)與本發(fā)明之間的作用差異更加明顯，基本上采用與先有技術(shù)中相同的條件。即，自旋注入寫(xiě)入時(shí)間設(shè)置為50納秒，輔助電流設(shè)置為0.2mA，并且自旋注入電流截止和輔助電流截止之間的延遲時(shí)間設(shè)置為20納秒。從這些圖中可以看出在第二實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的樣品2a和2b中，脈沖電流的電流密度(相應(yīng)于脈沖電壓)的波動(dòng)和開(kāi)關(guān)后磁電阻波動(dòng)率(相應(yīng)于結(jié)電阻)的波動(dòng)降低很大。在磁化反轉(zhuǎn)(開(kāi)關(guān))中，需要降低脈沖電流的電流密度的波動(dòng)和開(kāi)關(guān)后磁電阻波動(dòng)率的波動(dòng)。不管輔助磁場(chǎng)產(chǎn)生的計(jì)時(shí)如何，都以相同的方式獲得這些結(jié)果，即輔助磁場(chǎng)產(chǎn)生的計(jì)時(shí)與自旋注入電流通過(guò)的計(jì)時(shí)無(wú)關(guān)。因此，該結(jié)果有助于大容量磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的實(shí)際使用。5.其它如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，通過(guò)新的結(jié)構(gòu)和寫(xiě)入方法可以解決例如隧道勢(shì)壘擊穿和由于磁電阻元件溫度上升引起的熱干擾的問(wèn)題。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解其它的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在更廣義的方面上不局限于本文中表示和說(shuō)明的具體細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施例。因此，可以做出各種修改而不會(huì)背離由附加權(quán)利要求及其等價(jià)物定義的本發(fā)明一般概念的精神和范圍。權(quán)利要求1.一種自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括磁電阻元件，該磁電阻元件具有其磁化方向固定的磁性固定層、其磁化方向可以通過(guò)注入自旋極化電子改變的磁性記錄層、和提供在磁性固定層和磁性記錄層之間的隧道勢(shì)壘層；位線(xiàn)，該位線(xiàn)使自旋注入電流通過(guò)磁電阻元件，自旋注入電流用于產(chǎn)生自旋極化的電子；寫(xiě)入字線(xiàn)，輔助電流通過(guò)該寫(xiě)入字線(xiàn)，輔助電流用于沿著磁電阻元件的易磁化軸方向產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)；被連接到位線(xiàn)的第一驅(qū)動(dòng)器/吸收器；被連接到寫(xiě)入字線(xiàn)的第二驅(qū)動(dòng)器/吸收器；第一解碼器，該第一解碼器控制第一驅(qū)動(dòng)器/吸收器，以根據(jù)磁電阻元件中的寫(xiě)入數(shù)據(jù)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值來(lái)確定自旋注入電流的取向，同時(shí)確定自旋注入電流截止的計(jì)時(shí)；以及第二解碼器，該第二解碼器控制驅(qū)動(dòng)器/吸收器，以根據(jù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間寫(xiě)入數(shù)據(jù)的值來(lái)確定自旋注入電流的取向，同時(shí)使得輔助電流的截止計(jì)時(shí)遲于自旋注入電流截止的計(jì)時(shí)。2.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述位線(xiàn)和所述寫(xiě)入字線(xiàn)彼此交叉而延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述位線(xiàn)和所述寫(xiě)入字線(xiàn)彼此平行而延伸。4.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述輔助電流在從自旋注入電流截止開(kāi)始經(jīng)過(guò)至少50納秒時(shí)截止。5.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述輔助電流不大于1mA。6.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述磁電阻元件具有位于磁性記錄層與隧道勢(shì)壘層相反的一側(cè)上的另一個(gè)磁性固定層，該另一個(gè)磁性固定層具有與所述磁性固定層的磁化方向相反方向的磁化。7.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述磁電阻元件具有位于磁性記錄層與隧道勢(shì)壘層相反的一側(cè)上的另一個(gè)磁性固定層，該另一個(gè)磁性固定層具有與所述磁性固定層的磁化方向相同方向的磁化。8.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述磁性記錄層由多個(gè)柱狀層形成，多個(gè)柱狀層由絕緣體或電介體隔開(kāi)。9.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述位線(xiàn)和所述寫(xiě)入字線(xiàn)都具有軛形布線(xiàn)結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述磁電阻元件排列在半導(dǎo)體襯底上方，并且所述寫(xiě)入字線(xiàn)排列在磁電阻元件下方。11.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述磁電阻元件排列在半導(dǎo)體襯底上方，并且所述寫(xiě)入字線(xiàn)排列在磁電阻元件上方。12.根據(jù)權(quán)利要求1的自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所述磁電阻元件的一端被連接到所述位線(xiàn)，并且另一端被連接到讀出選擇開(kāi)關(guān)。13.一種寫(xiě)入方法，包括使自旋注入電流通過(guò)磁電阻元件；使得磁電阻元件中的磁性記錄層的磁化方向可以通過(guò)產(chǎn)生自旋極化電子而改變；截止自旋注入電流；以及在自旋注入電流截止后沿著磁電阻元件的易磁化軸方向?qū)⑤o助磁場(chǎng)施加到磁性記錄層，施加恒定的期間。14.根據(jù)權(quán)利要求13的寫(xiě)入方法，其中通過(guò)自旋極化電子來(lái)進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)。15.根據(jù)權(quán)利要求13的寫(xiě)入方法，其中僅僅通過(guò)輔助磁場(chǎng)不進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)。16.根據(jù)權(quán)利要求13的寫(xiě)入方法，其中所述輔助磁場(chǎng)由不同于自旋注入電流的輔助電流產(chǎn)生。17.根據(jù)權(quán)利要求16的寫(xiě)入方法，其中所述輔助電流的路徑不同于自旋注入電流的路徑。18.根據(jù)權(quán)利要求13的寫(xiě)入方法，其中所述恒定期間不低于50納秒。19.根據(jù)權(quán)利要求13的寫(xiě)入方法，其中所述輔助磁場(chǎng)在自旋注入電流通過(guò)磁電阻元件之前或同時(shí)產(chǎn)生。20.根據(jù)權(quán)利要求13的寫(xiě)入方法，其中所述輔助磁場(chǎng)在自旋注入電流通過(guò)磁電阻元件同時(shí)或之后產(chǎn)生。全文摘要根據(jù)本發(fā)明的一種自旋注入磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括磁電阻元件，該磁電阻元件具有其磁化方向固定的磁性固定層、其磁化方向可以通過(guò)注入自旋極化電子改變的磁性記錄層、和提供在磁性固定層和磁性記錄層之間的隧道勢(shì)壘層；位線(xiàn)，該位線(xiàn)使自旋注入電流通過(guò)磁電阻元件，自旋注入電流用于產(chǎn)生自旋極化的電子；寫(xiě)入字線(xiàn)，輔助電流通過(guò)該寫(xiě)入字線(xiàn)，輔助電流用于沿著磁電阻元件的易磁化軸方向產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)；以及驅(qū)動(dòng)器/吸收器，該驅(qū)動(dòng)器/吸收器確定自旋注入電流的方向和輔助電流的方向。文檔編號(hào)H01L43/00GK1811984SQ20061000243公開(kāi)日2006年8月2日申請(qǐng)日期2006年1月27日優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日發(fā)明者齊藤好昭,杉山英行,井口智明,巖田佳久申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝