專利名稱：信息存儲(chǔ)元件及其信息讀寫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息存儲(chǔ)元件，以及向該信息存儲(chǔ)元件寫入信息和從該信息存儲(chǔ)元件
讀取信息的方法。
背景技術(shù)：
在諸如計(jì)算機(jī)的信息設(shè)備中，目前，廣泛使用硬盤驅(qū)動(dòng)器作為外部存儲(chǔ)單元。然 而，由于硬盤驅(qū)動(dòng)器包括轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此難以減小其尺寸和節(jié)省電力。因此，已經(jīng)開始使用 包括閃速存儲(chǔ)器的硅盤驅(qū)動(dòng)器(固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD))作為小型設(shè)備的外部存儲(chǔ)單元。然而， 這種硅盤驅(qū)動(dòng)器很昂貴，并且其存儲(chǔ)容量不足。因此，強(qiáng)烈需要一種具有大存儲(chǔ)容量、非易 失性的、并且可以高速地對其進(jìn)行信息讀寫的存儲(chǔ)單元。 作為這種存儲(chǔ)單元之一，已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)磁存儲(chǔ)器 (current—induced domain wall motion magnetic memory)，其為——禾中從被設(shè)i十成將信息 存儲(chǔ)為磁材料的磁化狀態(tài)的磁存儲(chǔ)器發(fā)展而來的存儲(chǔ)器(例如參見日本待審專利申請公 報(bào)2005-123617和2006-237183)。在這種電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)磁存儲(chǔ)器中，將帶狀鐵磁性 材料層分成多個(gè)磁化區(qū)(磁疇)，并對該鐵磁性材料層施加電流，由此在移動(dòng)磁疇壁(其為 磁化區(qū)的邊界)時(shí)將信息寫入鐵磁性材料層的磁化區(qū)或從其讀取信息。

發(fā)明內(nèi)容
這種電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)磁存儲(chǔ)器在保持信息和磁疇壁的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)方面仍然存
在問題。為了容易移動(dòng)磁疇壁，可以減小鐵磁性材料層的厚度或者使用軟磁材料作為鐵磁
性材料層。然而，這種解決方案與信息的穩(wěn)定保持相違背。再者，當(dāng)磁疇壁在鐵磁性材料層
中移動(dòng)長距離時(shí)，磁疇壁之間的距離會(huì)發(fā)生變化，因此可能容易出現(xiàn)信息錯(cuò)誤。 因此，期望提供一種包括磁疇壁運(yùn)動(dòng)磁存儲(chǔ)器的信息存儲(chǔ)元件，其中可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)
定的磁疇壁運(yùn)動(dòng)并且可以可靠地執(zhí)行信息的寫入、保持以及讀取，并且期望提供一種向該
信息存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法。 根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件以及在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí) 施例或第二實(shí)施例的信息讀寫方法中使用的信息存儲(chǔ)元件，提供了一種信息存儲(chǔ)元件，包 括帶狀鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)；布置在所述鐵磁性材料層的第一端處的第一電 極；以及布置在所述鐵磁性材料層的第二端處的第二電極；其中通過在所述第一電極與所 述第二電極之間施加電流來產(chǎn)生電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，在所述鐵磁性材料層中，磁化狀態(tài) 被寫入磁化區(qū)中作為信息或者磁化狀態(tài)從磁化區(qū)被讀取作為信息，各磁化區(qū)中的磁化方向 平行于所述鐵磁性材料層的厚度的方向。 在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件中，在讀信息或?qū)懶畔r(shí)，在所述鐵磁
性材料層中產(chǎn)生從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布。 在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件中，所述鐵磁性材料層中的垂直磁各向
異性從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)增強(qiáng)。
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此外，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法(以下稱為"根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息讀寫方法")中，在讀寫信息時(shí)，在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布，以控制所述鐵磁性材料層中的磁疇壁。 在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法(以下稱為"根據(jù)本發(fā)
明第二實(shí)施例的信息讀寫方法")中，信息存儲(chǔ)元件的鐵磁性材料層中的垂直磁各向異性從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)增強(qiáng)，并且在讀寫信息時(shí)，升高所述鐵磁性材料層的溫度，以控制所述鐵磁性材料層中的磁疇壁的位置。 在根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的信息讀寫方法中，或者在根據(jù)本發(fā)明第一和第
二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件中，將磁化狀態(tài)寫入磁化區(qū)中作為信息。寫入這種信息的方法取
決于第三電極的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)，但是該方法的示例包括如下方法基于巨磁阻(GMR)效應(yīng)或
隧道磁阻(TMR)效應(yīng)，通過由于電流的施加而導(dǎo)致的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)(spin-injection
magnetization reversal)來寫入信息的方法，和基于由電流產(chǎn)生的磁場來寫入信息的方
法。從磁化區(qū)讀取磁化狀態(tài)作為信息。讀取這種信息的方法的示例包括檢測鐵磁性材料
層的電阻值的高低的方法，和檢測鐵磁性材料層的磁場的方向的方法。 通常，在磁化區(qū)的磁化方向平行于鐵磁性材料層的厚度的方向的情況下，S卩，在磁
化區(qū)被垂直磁化的情況下，當(dāng)鐵磁性材料層的溫度升高從而降低垂直磁各向異性時(shí)，磁疇
壁容易移動(dòng)。與之相對照的是，當(dāng)鐵磁性材料層的溫度降低從而增強(qiáng)垂直磁各向異性時(shí)，磁
疇壁不容易移動(dòng)。 在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件和信息讀寫方法中，在讀寫信息時(shí)，產(chǎn)生從鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布。假設(shè)當(dāng)鐵磁性材料層的溫度低于1VC時(shí)，磁疇壁不容易移動(dòng)，當(dāng)鐵磁性材料層的溫度等于或高于T。t:時(shí)，磁疇壁容易移動(dòng)。在此，假設(shè)鐵磁性材料層在距鐵磁性材料層的第二端的距離為b的位置處的溫度為T。。當(dāng)在此狀態(tài)下將信息寫入鐵磁性材料層中時(shí)，由通過提供從第一電極到第二電極的電流產(chǎn)生的自旋矩而導(dǎo)致的電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)使作為寫入的信息的向上磁化狀態(tài)或向下磁化狀態(tài)向第一端移動(dòng)。當(dāng)向上磁化狀態(tài)或向下磁化狀態(tài)經(jīng)過距離k處的位置時(shí)，磁化狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)(磁疇壁的運(yùn)動(dòng))停止，并且作為信息的磁化狀態(tài)固定在位于距離k處的位置以外的區(qū)域中。隨后，假設(shè)通過改變從鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布，鐵磁性材料層在距鐵磁性材料層的第二端的距離為L2( < L》的位置處的溫度變成T。。當(dāng)在此狀態(tài)下將信息寫入鐵磁性材料層中并且磁化狀態(tài)經(jīng)過距離L2處的位置時(shí)，作為信息的磁化狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)(磁疇壁的運(yùn)動(dòng))停止，并且作為信息的磁化狀態(tài)固定在位于距離1^處的位置以外的區(qū)域中。這樣，可以將作為信息的磁化狀態(tài)可靠地寫入并固定在鐵磁性材料層中的期望位置(區(qū)域)處。 假設(shè)在讀取信息時(shí)，鐵磁性材料層在距鐵磁性材料層的第二端的距離為L2的位置處的溫度為T。。由于通過提供從第二電極到第一電極的電流而產(chǎn)生的電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，作為信息的磁化狀態(tài)朝鐵磁性材料層的第二端移動(dòng)。然而，位于距離^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)不移動(dòng)。這樣，可以讀取從鐵磁性材料層的第二端到位于距離1^內(nèi)的位置的范圍的區(qū)域中的信息。隨后，假設(shè)通過改變從鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布，鐵磁性材料層在距鐵磁性材料層的第二端的距離為( > L2)的位置處的溫度變成T。。在此狀態(tài)下，作為信息的磁化狀態(tài)朝鐵磁性材料層的第二端移動(dòng)。然而，位于距離1^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)不移動(dòng)。這樣，可以可靠地讀取位于鐵磁性材料層中的期望位置(區(qū)域)處的作為信息的磁化狀態(tài)。注意，在讀取信息時(shí)，所存儲(chǔ)的信息被破壞。因此，有必要在信息的讀取完成之后將信息寫入或轉(zhuǎn)移到另一信息存儲(chǔ)元件。該信息讀寫方法是所謂的順序方法。 在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件和信息讀寫方法中，在讀寫信息時(shí)，升高鐵磁性材料層的溫度。在此，假設(shè)鐵磁性材料層的在距鐵磁性材料層的第二端的距離為的位置處的垂直磁各向異性值由MAi表示，鐵磁性材料層的在距鐵磁性材料層的第二端的距離為L2( < L》的位置處的垂直磁各向異性值由MA2( < MA》表示。此外，在垂直磁各向異性值MAi下，假設(shè)當(dāng)鐵磁性材料層的溫度等于或高于T/C時(shí)，磁疇壁容易移動(dòng)。在垂直磁各向異性值M^下，假設(shè)當(dāng)鐵磁性材料層的溫度等于或高于TVC (<1\)時(shí)，磁疇壁容易移動(dòng)。 在寫入信息時(shí)，假設(shè)鐵磁性材料層的溫度為1VC。當(dāng)在此狀態(tài)下將信息寫入鐵磁性材料層中時(shí)，由于通過施加從第一電極到第二電極的電流而產(chǎn)生的電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，作為信息的磁化狀態(tài)朝鐵磁性材料層的第一端移動(dòng)。當(dāng)磁化狀態(tài)經(jīng)過距離處的位置時(shí)，作為信息的磁化狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)(磁疇壁的運(yùn)動(dòng))停止，并且作為信息的磁化狀態(tài)固定在位于距離k處的位置以外的區(qū)域中。接著，將鐵磁性材料層的溫度降低到1VC。當(dāng)在此狀態(tài)下將信息寫入鐵磁性材料層中并且磁化狀態(tài)經(jīng)過距離L2處的位置時(shí)，作為信息的磁化狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)停止，并且作為信息的磁化狀態(tài)固定在位于距離L2處的位置以外的區(qū)域中。這樣，可以可靠地將作為信息的磁化狀態(tài)寫入并固定在鐵磁性材料層中的期望位置(區(qū)域)處。
在讀取信息時(shí)，假設(shè)鐵磁性材料層的溫度為T2°C。由于通過提供從第二電極到第一電極的電流而產(chǎn)生的電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，作為信息的磁化狀態(tài)朝鐵磁性材料層的第二端移動(dòng)。然而，位于距鐵磁性材料層的第二端的距離1^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)不移動(dòng)。這樣，可以讀取從鐵磁性材料層的第二端到位于距離L2內(nèi)的位置的范圍的區(qū)域中的信息。接著，將鐵磁性材料層的溫度升高到T/C 。在此狀態(tài)下，作為信息的磁化狀態(tài)朝鐵磁性材料層的第二端移動(dòng)。然而，位于距離^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)不移動(dòng)。這樣，可以可靠地讀取鐵磁性材料層中的期望位置(區(qū)域)處的磁化狀態(tài)作為信息。注意，在讀取信息時(shí)，所存儲(chǔ)的信息被破壞。因此，有必要在信息的讀取完成之后將信息寫入或轉(zhuǎn)移到另一信息存儲(chǔ)元件。該信息讀寫方法是順序方法。 因此，即使在鐵磁性材料層中磁疇壁移動(dòng)長距離時(shí)，也可以可靠地防止容易出現(xiàn)信息錯(cuò)誤的問題的發(fā)生。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以在穩(wěn)定地保持信息的同時(shí)可靠地執(zhí)行信息的寫入、記錄和讀取，并且可以在單個(gè)連續(xù)磁性元件中記錄大量信息。因此，可以實(shí)現(xiàn)小型、重量輕并且廉價(jià)的信息存儲(chǔ)單元。


圖1A是示例1的信息存儲(chǔ)元件的示意部分平面 圖1B是示例1的信息存儲(chǔ)元件的示意局部剖視圖； 圖2A，2B，2C，以及2E是信息存儲(chǔ)元件的概念圖，圖解說明了向示例1的信息存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法；
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圖2D是示意性地示出鐵磁性材料層的溫度分布的曲線圖； 圖3A， 3B， 3D，以及3E從圖2E繼續(xù)，是信息存儲(chǔ)元件的概念圖，圖解說明了向示例
1的信息存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法； 圖3C是示意性地示出鐵磁性材料層的溫度分布的曲線圖； 圖4A，4B，4D，以及4E從圖3E繼續(xù)，是信息存儲(chǔ)元件的概念圖，圖解說明了向示例
1的信息存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法； 圖4C是示意性地示出鐵磁性材料層的溫度分布的曲線圖； 圖5是示出包括CoFeCrB合金層和GdFeCo合金層的層疊結(jié)構(gòu)中垂直磁各向異性 與溫度之間的關(guān)系的曲線圖； 圖6是示出施加給示例1的信息存儲(chǔ)元件的第一電極和第三電極的電壓模式的曲 線圖； 圖7是示出當(dāng)將從示例1的信息存儲(chǔ)元件的第三電極輸出的電壓的變化測量為再 現(xiàn)信號(hào)電壓時(shí)的結(jié)果的曲線圖； 圖8A到8C是基板等的示意局部剖視圖，圖解說明了制造示例1的信息存儲(chǔ)元件 的方法； 圖9A和9B是示例2的信息存儲(chǔ)元件的示意部分平面圖；
圖10是示例4的信息存儲(chǔ)元件的示意局部剖視圖； 圖IIA， IIB， IIC，以及11E是信息存儲(chǔ)元件的概念圖，圖解說明了向示例5的信息 存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法； 圖11D是示意性地示出鐵磁性材料層的溫度分布的曲線圖； 圖12A， 12B， 12D，以及12E從圖IIE繼續(xù)，是信息存儲(chǔ)元件的概念圖，圖解說明了向
示例5的信息存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法； 圖12C是示意性地示出鐵磁性材料層的溫度分布的曲線圖； 圖13A， 13B， 13D，以及13E從圖12E繼續(xù)，是信息存儲(chǔ)元件的概念圖，圖解說明了向
示例5的信息存儲(chǔ)元件寫入信息并從其讀取信息的方法； 圖13C是示意性地示出鐵磁性材料層的溫度分布的曲線圖；以及 圖14是示例1的信息存儲(chǔ)元件的修改例的示意局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將基于示例參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述。[關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件及其信息讀寫方法的總體描述] 在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息的讀寫方法和根據(jù)本發(fā)明第二
實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息的讀寫方法中，信息存儲(chǔ)元件還可以包括與鐵磁性材料層的
一部分相接觸地布置的第三電極，第三電極包括與鐵磁性材料層的所述部分相接觸的非磁
性膜和布置在非磁性膜上的磁化基準(zhǔn)層(也稱為"固著層(pi皿ed layer)"或"磁化固著
層")，其中通過在第二電極與第三電極之間施加電流，可以將磁化狀態(tài)作為信息寫入每個(gè)
磁化區(qū)中。在此情況下，通過在第二電極與第三電極之間施加電流，可以從第三電極讀取每
個(gè)磁化區(qū)中的電阻值作為信息?？梢詫⒌诙姌O與第三電極布置成相互面對并且鐵磁性材
料層位于其間?？梢詫⒌诙姌O和第三電極布置在鐵磁性材料層的同一側(cè)或鐵磁性材料層的不同側(cè)。此外，在從鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布中，在較靠近第三電極的區(qū)域中溫度的升高會(huì)較大。 在根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的信息讀寫方法中，信息存儲(chǔ)元件還可以包括與
鐵磁性材料層的一部分相鄰的磁場檢測設(shè)備，并且可以通過該磁場檢測設(shè)備來讀取每個(gè)磁
化區(qū)中產(chǎn)生的磁場作為信息。該磁場檢測設(shè)備的具體示例包括檢測磁場的線圈和配線?？?br> 以通過用作磁場檢測設(shè)備的線圈或配線來讀取每個(gè)磁化區(qū)中產(chǎn)生的磁場的方向作為信息。
作為替換選擇，作為讀取信息的方法，可以采用利用光磁效應(yīng)(Kerr效應(yīng))的方法。 此外，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息讀寫方法中，當(dāng)沿與鐵磁
性材料層的軸的方向垂直的虛擬平面切割鐵磁性材料時(shí)該鐵磁性材料層的橫截面積可以在沿鐵磁性材料層的軸的方向上變化，并且，在讀或?qū)懶畔r(shí)，通過在第一電極與第二電極之間施加電流，會(huì)在鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。為了方便起見，將該構(gòu)造稱為"第一構(gòu)造"。作為替換選擇，鐵磁性材料層的比電阻值可以在鐵磁性材料層的軸的方向上變化，并且，在讀或?qū)懶畔r(shí)，通過在第一 電極與第二電極之間施加電流，會(huì)在鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。為了方便起見，將該構(gòu)造稱為"第二構(gòu)造"。作為替換選擇，信息存儲(chǔ)元件還可以包括溫度控制裝置，該溫度控制裝置被配置成改變鐵磁性材料層沿鐵磁性材料層的軸的方向的溫度，該溫度控制裝置被布置在鐵磁性材料層附近，其中，在讀寫信息時(shí)，可以通過溫度控制裝置在鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。為了方便起見，將該構(gòu)造稱為"第三構(gòu)造"。
可以通過設(shè)定鐵磁性材料層的寬度、設(shè)定鐵磁性材料層的厚度或者設(shè)定鐵磁性材料層的寬度和厚度，來獲得鐵磁性材料層的橫截面積在鐵磁性材料層的軸的方向上的變化(具體來說，在該變化中，橫截面積從鐵磁性材料層的第二端到其第一端逐漸連續(xù)地或臺(tái)階式地增大)?？梢愿鶕?jù)信息存儲(chǔ)元件的規(guī)格合適地確定橫截面積沿鐵磁性材料層的軸的方向上的變化量。例如，可以通過將氮離子或氧離子注入鐵磁性材料層的期望部分或區(qū)域中，來改變比電阻值。可以根據(jù)信息存儲(chǔ)元件的規(guī)格來合適地確定比電阻值的變化(具體來說，在該變化中，比電阻值從鐵磁性材料層的第二端到其第一端連續(xù)地或臺(tái)階式地逐漸減小)。 溫度控制裝置的一個(gè)示例是用于加熱鐵磁性材料層的加熱器?？梢詫⑦@種加熱器布置在鐵磁性材料層附近。該加熱器例如可以包括構(gòu)圖高電阻器層(patternedhigh-resistor layer)。構(gòu)成高電阻器層的材料的示例包括諸如碳化硅(SiC)和碳氮化硅(SiCN)之類的基于碳的電阻器材料、基于氮化硅(SiN)的材料、諸如非晶硅的半導(dǎo)體電阻器材料、諸如氧化釕(Ru02)、氧化鉭、氧化鉻以及氧化鈦之類的耐火金屬氧化物、以及諸如氮化鉭之類的耐火金屬氮化物。溫度控制裝置的另一示例是用于加熱鐵磁性材料層的激光束。作為替換選擇，可以改變鐵磁性材料層周圍的熱導(dǎo)。S卩，可以改變圍繞鐵磁性材料層的區(qū)域的熱導(dǎo)率。具體來說，例如，可以設(shè)置熱沉。在這種實(shí)施例中，熱沉對應(yīng)于溫度控制裝置。 在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息讀寫方法中，垂直磁各向異性可以在較靠近第三電極的區(qū)域中較小。 在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息讀寫方法中，可以由通過在第一電極與第二電極之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱來在鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。在此情況下，在第一 電極與第二電極之間施加的電流值可以臺(tái)階式地或連續(xù)地變化。
在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息讀寫方法中，可以由通過在第一
電極與第二電極之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱來升高鐵磁性材料層的溫度。 在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息讀寫方法中，當(dāng)將待存儲(chǔ)的信息
的比特?cái)?shù)表示為N時(shí)，生成不同的溫度分布N次。在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元
件或信息讀寫方法中，當(dāng)將待存儲(chǔ)的信息的比特?cái)?shù)表示為N時(shí)，生成不同的溫度升高N次。
可以根據(jù)信息存儲(chǔ)元件的規(guī)格合適地確定溫度分布或溫度的升高。 鐵磁性材料層的平面形狀是帶(條)狀就可以了。鐵磁性材料層的平面形狀可以是直線形或曲線形。鐵磁性材料層可以具有三維形狀，如"U字"形，或諸如"Y字"形的分叉形。 作為構(gòu)成鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)的材料，優(yōu)選地使用具有高自旋矩效率的材料，以利用小電流來移動(dòng)磁疇壁。其具體示例包括其中將釓(Gd)加入諸如鎳(Ni)、鐵(Fe)或鈷(Co)之類的鐵磁性材料的合金(如Co-Fe， Co-Fe-Ni，或Ni_Fe)中的合金。此外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)垂直磁各向異性，可以將諸如鋱(Tb)，鏑(Dy)，或鈥(Ho)之類的重稀土元素加入這種合金，或者可以層疊包括含有這種重稀土元素的合金的膜。鐵磁性材料層的結(jié)晶性是可選的，鐵磁性材料層可以包括多晶體或單晶體或者可以是非晶的。鐵磁性材料層可以具有單層結(jié)構(gòu)、其中如上所述地層疊有多個(gè)不同鐵磁性材料層的疊層結(jié)構(gòu)、或其中
層疊有鐵磁性材料層和非磁性材料層的疊層結(jié)構(gòu)。 鐵磁性材料層可以通過諸如濺射方法、離子束淀積方法或真空淀積方法之類的物理汽相淀積(PVD)方法或諸如原子層淀積(ALD)方法之類的化學(xué)汽相淀積(CVD)方法來形成。鐵磁性材料層的構(gòu)圖可以通過反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)方法或離子銑削方法(ionmilling method)(離子束刻蝕方法)來執(zhí)行。 在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件或信息讀寫方法中，從鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)地增強(qiáng)鐵磁性材料層中的垂直磁各向異性的方法的示例包括如下方法通過例如將離子注入鐵磁性材料層中來形成組分分布的方法，和通過使用激光束等的局部加熱方法來形成鐵磁性材料層的晶體性的分布的方法。 第一電極和第二電極中的每一個(gè)可以具有包括例如Cu，Au，Pt，或Ti的單層結(jié)構(gòu)，或者具有層疊結(jié)構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)包括含有例如Cr或Ti的基層和布置在該基層上的Cu層、Au層、Pt層等。作為替換選擇，第一電極和第二電極中的每一個(gè)可以具有包括例如W， Ru，或Ta的單層結(jié)構(gòu)，或者包括W， Ru，或Ta層和Cu， Cr，或Ti層的層疊結(jié)構(gòu)。這些電極例如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(yīng)或GMR效應(yīng)的信息記錄結(jié)構(gòu)。在此，具有TMR效應(yīng)并且包括磁化基準(zhǔn)層、非磁性膜以及鐵磁性材料層的信息記錄結(jié)構(gòu)是指其中充當(dāng)隧道絕緣膜的非磁性膜被夾在磁化基準(zhǔn)層與鐵磁性材料層之間的結(jié)構(gòu)。包括在第三電極中的磁化基準(zhǔn)層的材料的示例包括構(gòu)成鐵磁性材料層的上述材料。磁化基準(zhǔn)層可以具有包含層疊的鐵結(jié)構(gòu)(具有反鐵磁耦合的層疊結(jié)構(gòu)，也稱為合成反鐵磁體(SAF))的構(gòu)造或包含靜磁耦合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。層疊鐵結(jié)構(gòu)是如下結(jié)構(gòu)其例如具有磁性材料層/釕(Ru)層/磁性材料層的三層結(jié)構(gòu)(具體來說，例如，CoFe/Ru/CoFe的三層結(jié)構(gòu)或CoFeB/Ru/CoFeB的三層結(jié)構(gòu))，其中兩個(gè)磁性材料層之間的層間交換耦合根據(jù)釕層的厚度而變成反鐵磁性的或鐵磁性的。例如在S. S. Parkin et al. ，PhysicalReview Letters, 7May， pp. 2304-2307 (1990)中報(bào)道了這種結(jié)構(gòu)。其中兩個(gè)磁性材料層之間的層間交換耦合變成反鐵磁性的結(jié)構(gòu)稱為 "層疊鐵結(jié)構(gòu)"。另一方面，其中通過來自兩個(gè)磁性材料層的端面的泄漏磁場而獲得反鐵磁 耦合的結(jié)構(gòu)稱為"靜磁耦合結(jié)構(gòu)"。包括在第三電極中的非磁性膜的材料的示例包括諸如 氧化鎂(MgO)、氮化鎂、氧化鋁(A10》、氮化鋁(A1N)、氧化硅、氮化硅、Ti02， Cr203， Ge， NiO， CdOx， Hf02， Ta205， BN，以及ZnS之類的絕緣材料。另一方面，構(gòu)成具有GMR效應(yīng)的信息記錄 結(jié)構(gòu)的非磁性膜的材料的示例包括諸如Cu， Ru， Cr， Au， Ag， Pt，以及Ta及其合金之類的導(dǎo) 電材料。非磁性膜可以包括任何非金屬材料，只要該材料具有高電導(dǎo)率(幾百P Q ，cm或 更小的電阻率)。然而，優(yōu)選的是，不容易導(dǎo)致與鐵磁性材料層或磁化基準(zhǔn)層之間的界面反 應(yīng)的材料適合被選為非磁性膜的材料。 例如通過對采用濺射方法形成的金屬膜進(jìn)行氧化或氮化來獲得包括絕緣材料的 非磁性膜。更具體來說，在使用氧化鋁(A10x)或氧化鎂(MgO)作為構(gòu)成非磁性膜的絕緣 材料的情況下，形成非磁性膜的方法的示例包括在大氣中對采用濺射方法淀積的鋁或鎂 進(jìn)行氧化的方法、對采用濺射方法淀積的鋁或鎂進(jìn)行等離子氧化的方法、對采用濺射方法 淀積的鋁或鎂進(jìn)行ICP等離子氧化的方法、在氧氣中對采用濺射方法淀積的鋁或鎂進(jìn)行自 然氧化的方法、在氧基(oxygen radicals)中對采用濺射方法淀積的鋁或鎂進(jìn)行氧化的方 法、在照射紫外線的同時(shí)在氧氣中對采用濺射方法淀積的鋁或鎂進(jìn)行自然氧化的方法、通 過反應(yīng)性濺射方法對鋁或鎂進(jìn)行淀積的方法、以及通過濺射方法對氧化鋁(A10x)或氧化鎂 (MgO)進(jìn)行淀積的方法。
示仔l(wèi)j 1 示例1涉及根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件和根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的 信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法。更具體來說，示例l涉及第一構(gòu)造。 圖1A是示例1的信息存儲(chǔ)元件的示意部分平面圖，圖IB是沿圖1A的線IB-IB所 截取的示意局部剖視圖。如圖1A和1B所示，示例1的信息存儲(chǔ)元件IOO包括帶狀鐵磁性 材料層(鐵磁性記錄層)lll。在鐵磁性材料層111的一端(以下稱為"第一端")設(shè)置有 第一電極121，在鐵磁性材料層111的另一端(以下稱為"第二端")設(shè)置有第二電極122。 在示例1的信息存儲(chǔ)元件100中，發(fā)生由于在第一電極121與第二電極122之間施加電流 而導(dǎo)致的電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。在此，將在第一電極121與第二電極122之間施加的電流 稱為"磁疇壁移動(dòng)電流"。在鐵磁性材料層111中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入磁化區(qū)112中 或者從磁化區(qū)112讀取磁化狀態(tài)作為信息。此外，各磁化區(qū)112中的磁化方向平行于鐵磁 性材料層111的厚度方向。標(biāo)號(hào)113表示作為磁化區(qū)112之間的邊界(界面)的磁疇壁。 在圖IA中，略去了層間絕緣層114。標(biāo)號(hào)124表示設(shè)置在層間絕緣層114上并連接到第三 電極123的配線。在圖1A和1B所示的信息存儲(chǔ)元件100中，將第一電極121和第二電極 122設(shè)置在鐵磁性材料層111的下方，將第三電極123設(shè)置在鐵磁性材料層111上。作為替 換選擇，可以將第一電極121和第二電極122設(shè)置在鐵磁性材料層111上，將第三電極123 設(shè)置在鐵磁性材料層111的下方。 示例1的信息存儲(chǔ)元件100還包括與鐵磁性材料層111的一部分相接觸地設(shè)置的 第三電極123。第三電極123被布置成面對第二電極122并且鐵磁性材料層111在其之間。 第三電極123包括與鐵磁性材料層111的所述部分相接觸的非磁性膜123A和布置在該非 磁性膜123A上的磁化基準(zhǔn)層123B。磁化基準(zhǔn)層123B充當(dāng)用于確定要記錄在磁化區(qū)112中
11的磁化的方向的標(biāo)準(zhǔn)磁化層。通過在第二電極122與第三電極123之間施加電流，將磁化 狀態(tài)寫入每個(gè)磁化區(qū)112中。此外，通過在第二電極122與第三電極123之間施加電流，從 第三電極123讀取各磁化區(qū)112中的電阻值(電阻值的高低)作為信息。第三電極123和 鐵磁性材料層111構(gòu)成具有TMR效應(yīng)的信息記錄結(jié)構(gòu)。通過由于電流導(dǎo)致的自旋注入磁化 反轉(zhuǎn)(spin-injection m卿etizationreversal)以形成磁疇壁113，來形成磁化區(qū)112，從 而將信息寫入鐵磁性材料層111。具體來說，在鐵磁性材料層111中，根據(jù)電流流動(dòng)的方向， 將鐵磁性材料層111的磁化方向改變成與磁化基準(zhǔn)層123B的磁化方向相平行或反平行的 方向。 在示例1中，在讀或?qū)懶畔r(shí)，會(huì)在鐵磁性材料層111中產(chǎn)生從鐵磁性材料層111 的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布。因此，鐵磁性材料層111中的磁疇壁113的位置 受到控制。具體來說，當(dāng)沿與鐵磁性材料層111的軸的方向相垂直的虛擬平面切割鐵磁性 材料層111時(shí)鐵磁性材料層111的橫截面積在鐵磁性材料層111的軸的方向上變化。更具 體來說，鐵磁性材料層111的橫截面積變化，從而從第二端到第一端逐漸且連續(xù)增大。艮P， 鐵磁性材料層111的橫截面積朝著第一電極121增大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在讀或?qū)懶畔r(shí)，可以 通過在讀或?qū)懶畔r(shí)在第一電極121與第二電極122之間施加電流來在鐵磁性材料層111 中產(chǎn)生溫度分布。具體來說，該結(jié)構(gòu)可以形成其中鐵磁性材料層111的溫度朝著第一電極 121降低的狀態(tài)。 在示例1中，帶狀鐵磁性材料層111具有包括Ta基層(厚度2nm) 、 TbCo合金層 (厚度2nm)、GdFeCo合金層(厚度8nm)以及CoFeCrB合金層(厚度2nm)的層疊結(jié)構(gòu)。鐵磁 性材料層111的寬度從第二電極122側(cè)向第一電極121側(cè)逐漸變化，具體來說，從O. 10 ym 變化到O. 15iim。第一電極121與第二電極122之間的距離是1.3iim。第一電極121與第 二電極122之間的鐵磁性材料層111的電阻值是820 Q 。圖5示出了包括CoFeCrB合金層 和GdFeCo合金層的層疊結(jié)構(gòu)中垂直磁各向異性與溫度之間的關(guān)系。垂直磁各向異性在低 于15(TC的溫度范圍中降低，在等于或高于15(TC的溫度處變成基本上恒定。包括在第三電 極123中的非磁性膜123A包括厚度為0. 8nm的Mg0層。包括在第三電極123中的磁化基 準(zhǔn)層123B由包括CoFeB合金層(厚度lnm)和TbCo合金層(厚度20nm)的層疊膜構(gòu)成。 第一電極121和第二電極122中的每一個(gè)包括鈦層。例如，第一電極121連接到驅(qū)動(dòng)電源 (未示出)，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GMR效應(yīng) 的信息記錄結(jié)構(gòu)。在這種情況下，非磁性膜123A可以例如包括Cu。 現(xiàn)在將參照圖2A到2E、圖3A到3E以及圖4A到4E描述示例1的信息存儲(chǔ)元件的 信息讀寫方法，這些圖都是信息存儲(chǔ)元件100的概念圖。示例1中的信息讀寫方法是所謂 的順序方法。 在圖2A到2E、圖3A到3E以及圖4A到4E和下述圖11A至lj 11E、圖12A至lj 12E以及 圖13A到13E中，在鐵磁性材料層111內(nèi)部繪制的箭頭表示磁化方向。為了方便起見，假設(shè) 向上箭頭代表信息"0"，向下箭頭代表信息"l"。在第三電極123內(nèi)部繪制的箭頭表示磁化 基準(zhǔn)層123B中的磁化方向。當(dāng)從第三電極123向第二電極122供應(yīng)電流時(shí)，信息"0"(向 上箭頭)被寫入鐵磁性材料層111的一部分中，該部分面對第三電極123。另一方面，當(dāng)從 第二電極122向第三電極123供應(yīng)電流時(shí)，信息"1"(向下箭頭)被寫入鐵磁性材料層111 的面對第三電極123的所述部分中。假設(shè)當(dāng)鐵磁性材料層111的溫度低于T。t:時(shí)，磁疇壁不容易移動(dòng)，當(dāng)鐵磁性材料層in的溫度等于或高于ivc時(shí)，磁疇壁容易移動(dòng)。 首先，假設(shè)在圖2A所示的狀態(tài)下信息"O"被寫入鐵磁性材料層111中作為第一比特。在圖2A或下述圖IIA所示的狀態(tài)下，先前的信息會(huì)留在鐵磁性材料層111或511中，但是在圖中未示出這種信息?？梢酝ㄟ^從外部向鐵磁性材料層111或511施加磁場，對鐵磁性材料層111或511的磁化方向進(jìn)行初始化。 在此情況下，如圖2B所示，通過向第三電極123施加電壓+V,，提供從第三電極123到第二電極122的電流。因此，信息"0"(向上箭頭)被寫入鐵磁性材料層111的面對第三電極123的部分。 在以上施加電壓的同時(shí)或者緊接在此后，如圖2C所示，通過向第一電極121施加電壓+￥ 11，提供從第一電極121到第二電極122的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，在鐵磁性材料層111內(nèi)部產(chǎn)生了焦耳熱，并且由所產(chǎn)生的焦耳熱在鐵磁性材料層111中產(chǎn)生了溫度分布，在該溫度分布中，在第二電極122側(cè)溫度高，在第一電極121側(cè)溫度低(見圖2D)。注意，該溫度分布被產(chǎn)生為使得在距第二電極122的距離為的位置處鐵磁性材料層111的溫度為T。。此外，通過提供從第一電極121到第二電極122的磁疇壁移動(dòng)電流，會(huì)出現(xiàn)電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。具體來說，磁化狀態(tài)從左向右移動(dòng)(傳播)。即，磁疇壁向右移動(dòng)。當(dāng)磁疇壁經(jīng)過距離處的位置時(shí)，磁疇壁的運(yùn)動(dòng)停止。然后暫時(shí)停止對第一電極121和第三電極123施加電壓(見圖2E)。這樣，信息"O"被寫入鐵磁性材料層111的區(qū)域中，該區(qū)域位于距第二電極122的距離為的位置以外。 接下來，假設(shè)信息"l"被寫入鐵磁性材料層111中。在此情況下，如圖3A所示，通過對第三電極123施加電壓-V,，提供從第二電極122到第三電極123的電流。因此，信息"1"(向下箭頭)被寫入鐵磁性材料層111的面對第三電極123的部分中。
在上述施加電壓的同時(shí)或者緊接在此之后，如圖3B所示，通過向第一電極121施加電壓+Vm2( < +Vml)，提供從第一電極121到第二電極122的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，如在上述情況中那樣，由所產(chǎn)生的焦耳熱在鐵磁性材料層111中產(chǎn)生了溫度分布，在該溫度分布中，在第二電極122側(cè)溫度高，在第一電極121側(cè)溫度低。在此步驟中，該溫度分布被產(chǎn)生為使得在距第二電極122的距離為L2 ( < L》的位置處鐵磁性材料層111的溫度為T。(見圖3C)。此外，出現(xiàn)電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。具體來說，磁化狀態(tài)從左向右移動(dòng)(傳播)(見圖3B)。即，磁疇壁向右移動(dòng)。當(dāng)磁疇壁經(jīng)過距離L2處的位置時(shí)，磁疇壁的運(yùn)動(dòng)停止(見圖3D)。然后暫時(shí)停止對第一電極121和第三電極123施加電壓(見圖3E)。這樣，信息"l"被寫入鐵磁性材料層111的區(qū)域中，該區(qū)域位于距第二電極122的距離為L2的位置以外。即，在此狀態(tài)下，將兩條信息(O，l)寫入了鐵磁性材料層111中。 接下來，假設(shè)將信息"O"寫入鐵磁性材料層111中。在此情況下，如圖4A所示，通過對第三電極123施加電壓+￥,，提供從第三電極123到第二電極122的電流。因此，信息"0"(向上箭頭)被寫入鐵磁性材料層111的面對第三電極123的部分中。
在上述施加電壓的同時(shí)或者緊接在此之后，如圖4B所示，通過向第一 電極121施加電壓+Vm3( < +Vm2)，提供從第一電極121到第二電極122的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，如在上述情況中那樣，由所產(chǎn)生的焦耳熱在鐵磁性材料層111中產(chǎn)生了溫度分布，在該溫度分布中，在第二電極122側(cè)溫度高，在第一電極121側(cè)溫度低。在此步驟中，該溫度分布被產(chǎn)生為使得在距第二電極122的距離為L3( < L2)的位置處鐵磁性材料層111的溫度為T。(見圖4C)。此外，出現(xiàn)電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。具體來說，磁化狀態(tài)從左向右移動(dòng)(傳播)(見圖4B)。即，磁疇壁向右移動(dòng)。當(dāng)磁疇壁經(jīng)過距離L3處的位置時(shí)，磁疇壁的運(yùn)動(dòng)停止(見圖4D)。然后暫時(shí)停止對第一電極121和第三電極123施加電壓(見圖4E)。這樣，信息"0"被寫入鐵磁性材料層111的區(qū)域中，該區(qū)域位于距第二電極122的距離為L3的位置以外。即，在此狀態(tài)下，將三條信息(O，l，O)寫入了鐵磁性材料層111中。 通過在通過提供從第一電極121到第二電極122的磁疇壁移動(dòng)電流而移動(dòng)磁疇壁113的同時(shí)對磁疇壁移動(dòng)電流的值進(jìn)行控制，可以將信息順序地寫入鐵磁性材料層111中。
通過接連重復(fù)這種操作總共N次，可以將N比特的信息寫入鐵磁性材料層111中。
當(dāng)讀取鐵磁性材料層111中寫有的信息時(shí)，提供從第二電極122到第一電極121的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，產(chǎn)生了焦耳熱，從而在鐵磁性材料層lll中產(chǎn)生了溫度分布。注意，該磁疇壁移動(dòng)電流被提供為使得在距鐵磁性材料層的第二端的距離為L3的位置處鐵磁性材料層的溫度為T。。此外，磁疇壁113向鐵磁性材料層111的第二端移動(dòng)。然而，位于距離L3以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)不移動(dòng)。隨后，提供從第三電極123到第二電極122的電流，以檢查磁化區(qū)112的電阻值的高低。這樣，可以確定所寫入的信息是〃 0〃還是〃 1〃 。在此，當(dāng)鐵磁性材料層111的磁化方向與磁化基準(zhǔn)層123B的磁化方向相同時(shí)，電阻值低。當(dāng)鐵磁性材料層111的磁化方向與磁化基準(zhǔn)層123B的磁化方向反平行時(shí)，電阻值高。這樣，可以讀取從鐵磁性材料層111的第二端到位于距離L3內(nèi)的位置的范圍的區(qū)域中的信息。接著，增大從第二電極122到第一電極121提供的磁疇壁移動(dòng)電流的值。假設(shè)結(jié)果鐵磁性材料層在距鐵磁性材料層的第二端的距離為!^OL》的位置處的溫度變成T。。在此狀態(tài)下，作為信息的磁化狀態(tài)向鐵磁性材料層111的第二端移動(dòng)。然而，位于距離1^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)并不移動(dòng)。此外，增大從第二電極122到第一電極121提供的磁疇壁移動(dòng)電流的值。假設(shè)結(jié)果鐵磁性材料層在距鐵磁性材料層的第二端的距離為bOL》的位置處的溫度變成T。。在此狀態(tài)下，作為信息的磁化狀態(tài)向鐵磁性材料層111的第二端移動(dòng)。然而，位于距離1^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)并不移動(dòng)。這樣，可以可靠地讀取鐵磁性材料層中的期望位置(區(qū)域)處的磁化狀態(tài)作為信息。 對示例1的信息存儲(chǔ)元件的第一電極121施加圖6所示的電壓+Vm。隨時(shí)間將電壓+Vm從3. 0伏特降低到1. 0伏特。此外，對第三電極123交替施加圖6所示的電壓+Vm(=l.O伏特)和電壓-Vm(二-1.0伏特)。這樣，將信息寫入信息存儲(chǔ)元件的鐵磁性材料層lll中。隨后，讀取信息存儲(chǔ)元件的鐵磁性材料層lll中寫有的信息。具體來說，對第一電極121施加電壓-Vm。隨時(shí)間將電壓-Vm從-1.0伏特改變到-3.0伏特。測量當(dāng)對第三電極123施加0. 1毫安的恒定電流時(shí)從第三電極123輸出的電壓的變化，作為再現(xiàn)信號(hào)電壓。圖7示出了結(jié)果。圖7示出了讀取信息時(shí)的再現(xiàn)信號(hào)電壓與對第一電極121施加的電壓的絕對值之間的關(guān)系。圖7還示出了在寫入信息時(shí)對第三電極123施加的電壓。確認(rèn)了當(dāng)對第一電極121施加1. 5到2. 2伏特的范圍內(nèi)的電壓時(shí)，執(zhí)行了對信息的讀和寫。因此，通過優(yōu)化施加給第一電極121的電壓、鐵磁性材料層111的尺寸等，可以將更大量的信息存儲(chǔ)在鐵磁性材料層111中，以實(shí)現(xiàn)高密度記錄。 現(xiàn)在將參照圖8A到8C描述制造示例1的信息存儲(chǔ)元件100的方法的概要，圖8A到8C是基板等的示意局部剖視圖。
[步驟100]
首先，在由硅半導(dǎo)體基板構(gòu)成的基板110中形成第一電極121和第二電極122?？?以將第一電極121和第二電極122形成在基板110上。然而，優(yōu)選的是，基板110與第一電 極121之間和基板110與第二電極122之間的高度差很小，以不妨礙磁疇壁113的運(yùn)動(dòng)。為 此，理想的是將第一電極121和第二電極122形成為嵌入在基板110中。具體來說，通過光 刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)在基板110中形成溝部。隨后，通過濺射方法在基板110的整個(gè)表面上 形成Ti層。隨后，通過例如CMP方法去除設(shè)置在基板110的表面上的Ti層，從而將第一電 極121和第二電極122留在溝部中。這樣，如圖8A所示，可以將第一電極121和第二電極 122形成在基板110中。經(jīng)由設(shè)置在基板110上的配線(未示出)將第一電極121連接到 驅(qū)動(dòng)電源(未示出)。經(jīng)由設(shè)置在基板110上的配線(未示出)將第二電極122接地。
[步驟110] 接著，通過濺射方法在基板110的整個(gè)表面上形成鐵磁性材料層。然后對該鐵磁 性材料層進(jìn)行構(gòu)圖以形成帶狀鐵磁性材料層111 (見圖8B)?？梢酝ㄟ^離子銑削方法、反應(yīng) 性刻蝕方法等對鐵磁性材料層111執(zhí)行構(gòu)圖。作為替換選擇，可以使用剝離(lift-off)法。
[步驟120] 隨后，形成第三電極123。具體來說，通過濺射方法和氧化方法在整個(gè)表面上形成 非磁性膜123A，并通過濺射方法進(jìn)一步形成磁化基準(zhǔn)層123B。然后通過離子銑削方法、反 應(yīng)性刻蝕方法等對非磁性膜123A和磁化基準(zhǔn)層123B進(jìn)行構(gòu)圖(見圖8C)。
[步驟130] 隨后，通過例如CVD方法在整個(gè)表面上形成包括絕緣材料的層間絕緣層114。然 后在層間絕緣層114的一部分中形成開口，該部分位于第三電極123上。然后在層間絕緣 層114上，包括開口的內(nèi)部，形成配線124。這樣，可以制造出圖1A和1B所示的示例1的信 息存儲(chǔ)元件100。構(gòu)成層間絕緣層114的材料的示例包括諸如Si02的Si0y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 以及旋涂玻璃(spin-on-glass) (S0G) ;SiN ;SiON ;SiOC ;SiOF ;SiCN ;低介電常數(shù)絕緣材料 (如碳氟化合物、環(huán)全氟碳聚合物(cycloperfluorocarbon polymers)、苯并環(huán)丁烯、環(huán)氟碳 樹脂、聚四氟乙烯、非晶四氟乙烯、氟化芳醚、氟化聚酰亞胺、非晶碳、有機(jī)SOG、聚對二甲苯 以及氟化福勒烯)；聚酰亞胺樹脂；碳氟樹脂；Silk(商標(biāo)，由Dow化學(xué)公司制造的涂敷型低 介電常數(shù)層間絕緣膜材料)以及Flare (商標(biāo)，由Honeywell電子材料公司制造的聚烯丙醚 (polyallylether)(PAE))。 根據(jù)示例1的信息存儲(chǔ)元件100，即使磁疇壁113在鐵磁性材料層111中移動(dòng)長距 離，也可以可靠防止出現(xiàn)容易發(fā)生信息錯(cuò)誤的問題。因此，可以在穩(wěn)定地保持信息的同時(shí)可 靠地執(zhí)行信息的寫入、記錄和讀取，并且可以在單個(gè)連續(xù)磁性元件中記錄大量信息。因此， 可以實(shí)現(xiàn)小型、重量輕并且廉價(jià)的信息存儲(chǔ)單元。
示例2 示例2是示例1的修改例。圖9A和9B是示例2的信息存儲(chǔ)元件200的示意部分 平面圖。在圖9A所示的信息存儲(chǔ)元件200中，三個(gè)信息存儲(chǔ)元件200共享一個(gè)第二電極 222。另一方面，在圖9B所示的信息存儲(chǔ)元件200中，三個(gè)信息存儲(chǔ)元件200共享一個(gè)第一 電極221。示例2的信息存儲(chǔ)元件200的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)可以與示例1的信息存儲(chǔ)元件100的 相同，因此略去對其的詳細(xì)描述。在示例2的信息存儲(chǔ)元件200和下述示例的信息存儲(chǔ)元件中，由具有與構(gòu)成示例1的信息存儲(chǔ)元件100的組件的最后兩位數(shù)字相同的最后兩位數(shù) 字的標(biāo)號(hào)表示的組件與示例1的信息存儲(chǔ)元件100的對應(yīng)組件相同。
示例3 示例3也是示例1的修改例，但是涉及第二構(gòu)造。在示例3的信息存儲(chǔ)元件中，鐵 磁性材料層(鐵磁性記錄層)的比電阻值在鐵磁性材料層的軸的方向上變化。具體來說，鐵 磁性材料層的比電阻值從鐵磁性材料層的第二端到其第一端按臺(tái)階方式逐漸降低。因此， 在讀寫信息時(shí)，可以通過在第一電極與第二電極之間施加電流來產(chǎn)生溫度分布?？梢岳?通過將氮離子或氧離子注入鐵磁性材料層的期望部分或區(qū)域中來改變比電阻值。示例3的 信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)可以與示例1的信息存儲(chǔ)元件100的相同，因此略去對其的詳 細(xì)描述。 在示例3中，當(dāng)提供從第一電極到第二電極的磁疇壁移動(dòng)電流時(shí)或者當(dāng)施加從第 二電極到第一電極的磁疇壁移動(dòng)電流時(shí)，會(huì)在鐵磁性材料層內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱。結(jié)果，會(huì)由于 所產(chǎn)生的焦耳熱而在鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布，在該溫度分布中，在第二電極側(cè)溫度 高，在第一電極側(cè)溫度低。示例3的信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法可以與示例1的信息存 儲(chǔ)元件的信息讀寫方法基本上相同，因此略去對其的詳細(xì)描述。 在示例3中，如在示例1中的描述那樣，鐵磁性材料層的橫截面積可以變化。此外， 可以將示例2中描述的信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造應(yīng)用于示例3的信息存儲(chǔ)元件。
示例4 示例4也是示例1的修改例，但是涉及第三構(gòu)造。圖10是示例4的信息存儲(chǔ)元件 400的示意局部剖視圖。如圖10所示，在鐵磁性材料層411附近布置有被配置成改變鐵磁 性材料層411在鐵磁性材料層411的軸的方向上的溫度的溫度控制裝置440。通過按此方 式設(shè)置溫度控制裝置440，在讀或?qū)懶畔r(shí)，會(huì)由溫度控制裝置440在鐵磁性材料層(鐵磁 性記錄層)411中產(chǎn)生溫度分布。 如圖10的示意局部剖視圖所示，在示例4中，溫度控制裝置440包括用于改變鐵 磁性材料層411周圍的區(qū)域的熱導(dǎo)率的熱沉。更具體來說，在鐵磁性材料層411上設(shè)置有 層間絕緣層414。在層間絕緣層414的一部分(該部分被布置在鐵磁性材料層411的上部 上)中設(shè)置有凹部。將具有帶狀并且包括銅(Cu)層的溫度控制裝置440設(shè)置在包括所述 凹部的層間絕緣層414上，以使其平行于鐵磁性材料層411。從鐵磁性材料層411的頂面 到溫度控制裝置440的底面的距離從鐵磁性材料層411的第二端向其第一端逐漸且連續(xù)減 小。作為替換選擇，該距離可以按臺(tái)階方式逐漸減小。這樣，鐵磁性材料層411的溫度在鐵 磁性材料層411的軸的方向上改變。將具有不同溫度的鐵磁性材料層411的區(qū)域分成多個(gè) 組，組的數(shù)量是要存儲(chǔ)在鐵磁性材料層411中的信息的條數(shù)(比特?cái)?shù)量)。除了這一點(diǎn)以 外，示例4的信息存儲(chǔ)元件400的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)可以與示例1的信息存儲(chǔ)元件100的相同，因 此略去對其的詳細(xì)描述。作為溫度控制裝置440，可以設(shè)置加熱器或者使用激光束來加熱鐵 磁性材料層411，而不是設(shè)置熱沉。 在示例4中，當(dāng)提供從第一電極421到第二電極422的磁疇壁移動(dòng)電流時(shí)或者當(dāng) 提供從第二電極422到第一電極421的磁疇壁移動(dòng)電流時(shí)，會(huì)在鐵磁性材料層411內(nèi)部產(chǎn) 生焦耳熱。結(jié)果，會(huì)由于所產(chǎn)生的焦耳熱而在鐵磁性材料層411中產(chǎn)生溫度分布，在該溫度 分布中，在第二電極422側(cè)溫度高，在第一電極421側(cè)溫度低。示例4的信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法可以與示例1的信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法基本上相同，因此略去對其的詳 細(xì)描述。 在示例4中，如在示例1中的描述那樣，鐵磁性材料層的橫截面積可以變化。此外， 可以將示例2中描述的信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造應(yīng)用于示例4的信息存儲(chǔ)元件。此外，可以將 示例3中描述的信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造應(yīng)用于示例4的信息存儲(chǔ)元件，或者可以將示例1中 描述的信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造與示例3中描述的信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造的組合應(yīng)用于示例4的 信息存儲(chǔ)元件。
示例5 示例5涉及根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件和根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的 信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法。 在示例5的信息存儲(chǔ)元件500中，鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)511中的垂直磁 各向異性從鐵磁性材料層511的第二端向其第一端單調(diào)增強(qiáng)。此外，鐵磁性材料層511的 較靠近第三電極523的區(qū)域具有較小的垂直磁各向異性。在示例5的信息讀寫方法中，在 讀或?qū)懶畔r(shí)，通過升高鐵磁性材料層511的溫度來控制鐵磁性材料層511中的磁疇壁的 位置。在示例5中，由通過在第一電極521與第二電極522之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱 來升高鐵磁性材料層511的溫度。在示例5中，臺(tái)階式地改變在第一電極521與第二電極 522之間施加的電流值。 為了從鐵磁性材料層511的第二端到其第一端單調(diào)地增強(qiáng)鐵磁性材料層511中的 垂直磁各向異性，通過例如將諸如Tb離子(其會(huì)增強(qiáng)垂直磁各向異性)的離子，或者氧離 子或氮離子(其會(huì)減弱垂直磁各向異性)注入鐵磁性材料層511中，來形成組分分布。為 了注入離子使得存在離子含量梯度，例如，可以使用光刻膠等在信息存儲(chǔ)元件的一端形成 遮蔽墻狀的圖案，然后可以使用該圖案作為遮蔽物從斜方向注入離子。這樣，可以形成組分 分布。作為替換選擇，可以通過使用激光束等的局部加熱方法來形成鐵磁性材料層511的 晶體性分布。鐵磁性材料層511由其垂直磁各向異性具有梯度的材料構(gòu)成，該材料是通過 采用上述方法將氧離子從斜方向注入TbGdFeCo中以形成氧含量分布而制備的。
除了上述的點(diǎn)以外，示例5的信息存儲(chǔ)元件500的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)可以與示例1的信 息存儲(chǔ)元件100的基本上相同，因此略去對其的詳細(xì)描述。 現(xiàn)在將參照圖11A到IIE、圖12A到12E以及圖13A到13E描述示例5的信息存儲(chǔ) 元件的信息讀寫方法，這些圖都是信息存儲(chǔ)元件500的概念圖。示例5中的信息讀寫方法 也是順序方法。 假設(shè)鐵磁性材料層511的在距鐵磁性材料層511的第二端的距離為的位置處的 垂直磁各向異性值由M^表示，鐵磁性材料層511的在距鐵磁性材料層511的第二端的距離 為L2 ( < L》的位置處的垂直磁各向異性值由MA2 ( < MA》表示，鐵磁性材料層511的在距鐵 磁性材料層511的第二端的距離為L3( < L2)的位置處的垂直磁各向異性值由MA3( < MA2) 表示。此外，在垂直磁各向異性值M^下，當(dāng)鐵磁性材料層511的溫度等于或高于1VC時(shí)， 磁疇壁容易移動(dòng)。在垂直磁各向異性值區(qū)2下，假設(shè)當(dāng)鐵磁性材料層511的溫度等于或高于 T2°C (<1\)時(shí)，磁疇壁容易移動(dòng)。此外，在垂直磁各向異性值區(qū)3下，假設(shè)當(dāng)鐵磁性材料層 511的溫度等于或高于T3°C ( < T2)時(shí)，磁疇壁容易移動(dòng)。 首先，假設(shè)在圖11A所示的狀態(tài)下，將信息"0"寫入鐵磁性材料層511中作為第一比特。在此情況下，如圖11B所示，通過對第三電極523施加電壓+V,，提供從第三電極523 到第二電極522的電流。因此，信息"0"(向上箭頭)被寫入鐵磁性材料層511的面對第三 電極523的部分中。 在上述施加電壓的同時(shí)或者緊接在此之后，如圖11C所示，通過向第一 電極521施 加電壓+￥ 11，提供從第一電極521到第二電極522的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，在鐵磁性材料 層511內(nèi)部產(chǎn)生了焦耳熱，并且由所產(chǎn)生的焦耳熱將鐵磁性材料層511的溫度升高到1\ (見 圖11D)。此外，通過提供從第一電極521到第二電極522的磁疇壁移動(dòng)電流，會(huì)出現(xiàn)電流感 生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。具體來說，磁化狀態(tài)從左向右移動(dòng)(傳播)。即，磁疇壁向右移動(dòng)。當(dāng)磁疇 壁經(jīng)過距離處的位置時(shí)，磁疇壁的運(yùn)動(dòng)停止。然后暫時(shí)停止對第一電極521和第三電極 523施加電壓(見圖IIE)。這樣，信息"0"被寫入鐵磁性材料層511的區(qū)域中，該區(qū)域位于 距第二電極522的距離為的位置以外。 接下來，假設(shè)信息"l"被寫入鐵磁性材料層511中。在此情況下，如圖12A所示， 通過對第三電極523施加電壓-V,，提供從第二電極522到第三電極523的電流。因此，信 息"l"(向下箭頭)被寫入鐵磁性材料層511的面對第三電極523的部分中。
在上述施加電壓的同時(shí)或者緊接在此之后，如圖12B所示，通過向第一 電極521施 加電壓+Vm2( < +Vml)，提供從第一電極521到第二電極522的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，如在 上述情況中那樣，由所產(chǎn)生的焦耳熱使鐵磁性材料層511的溫度變成T2(見圖12C)。此外， 出現(xiàn)電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。具體來說，磁化狀態(tài)從左向右移動(dòng)(傳播)(見圖12B)。 S卩，磁 疇壁向右移動(dòng)。當(dāng)磁疇壁經(jīng)過距離1^處的位置時(shí)，磁疇壁的運(yùn)動(dòng)停止(見圖12D)。然后暫 時(shí)停止對第一電極521和第三電極523施加電壓(見圖12E)。這樣，信息"1"被寫入鐵磁 性材料層511的區(qū)域中，該區(qū)域位于距第二電極522的距離為L2的位置以外。S卩，在此狀 態(tài)下，將兩條信息(O，l)寫入了鐵磁性材料層511中。 接下來，假設(shè)將信息"O"寫入鐵磁性材料層511中。在此情況下，如圖13A所示， 通過對第三電極523施加電壓+￥,，提供從第三電極523到第二電極522的電流。因此，信 息"0"(向上箭頭)被寫入鐵磁性材料層511的面對第三電極523的部分中。
在上述施加電壓的同時(shí)或者緊接在此之后，如圖13B所示，通過向第一 電極521施 加電壓+Vm3( < +Vm2)，提供從第一電極521到第二電極522的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，如在 上述情況中那樣，由所產(chǎn)生的焦耳熱使鐵磁性材料層511的溫度變成T3(見圖13C)。此外， 出現(xiàn)電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)。具體來說，磁化狀態(tài)從左向右移動(dòng)(傳播)(見圖13B)。 S卩，磁 疇壁向右移動(dòng)。當(dāng)磁疇壁經(jīng)過距離1^處的位置時(shí)，磁疇壁的運(yùn)動(dòng)停止(見圖13D)。然后暫 時(shí)停止對第一電極521和第三電極523施加電壓(見圖13E)。這樣，信息"0"被寫入鐵磁 性材料層511的區(qū)域中，該區(qū)域位于距第二電極522的距離為L3的位置以外。S卩，在此狀 態(tài)下，將三條信息(O，l，O)寫入了鐵磁性材料層511中。 通過在通過提供從第一電極521到第二電極522的磁疇壁移動(dòng)電流而移動(dòng)磁疇壁 513的同時(shí)對磁疇壁移動(dòng)電流的值進(jìn)行控制，可以將信息順序地寫入鐵磁性材料層511中。
通過接連重復(fù)這種操作總共N次，可以將N比特的信息寫入鐵磁性材料層511中。
當(dāng)讀取鐵磁性材料層511中寫有的信息時(shí)，提供從第二電極522到第一電極521 的磁疇壁移動(dòng)電流。結(jié)果，產(chǎn)生了焦耳熱，從而將鐵磁性材料層511的溫度升高到l。此 外，磁疇壁513朝鐵磁性材料層511的第二端移動(dòng)。然而，位于距離1^以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)并不移動(dòng)。隨后，提供從第三電極523到第二電極522的電流，以檢查磁化區(qū)512的 電阻值的高低。這樣，可以確定所寫入的信息是〃 0〃還是〃 1〃 。在此，當(dāng)鐵磁性材料層 511的磁化方向與磁化基準(zhǔn)層523B的磁化方向相同時(shí)，電阻值低。當(dāng)鐵磁性材料層511的 磁化方向與磁化基準(zhǔn)層523B的磁化方向反平行時(shí)，電阻值高。這樣，可以讀取從鐵磁性材 料層511的第二端到位于距離L3內(nèi)的位置的范圍的區(qū)域中的信息。接著，增大從第二電極 522到第一電極521提供的磁疇壁移動(dòng)電流的值。假設(shè)結(jié)果鐵磁性材料層511的溫度變成 T2。在此狀態(tài)下，作為信息的磁化狀態(tài)向鐵磁性材料層511的第二端移動(dòng)。然而，位于距離 L2以外的區(qū)域中的磁化狀態(tài)并不移動(dòng)。這樣，可以可靠地讀取鐵磁性材料層511中的期望 位置(區(qū)域)處的磁化狀態(tài)作為信息。此外，增大從第二電極522到第一電極521提供的 磁疇壁移動(dòng)電流的值。假設(shè)結(jié)果鐵磁性材料層511的溫度變成1\。在此狀態(tài)下，作為信息 的磁化狀態(tài)向鐵磁性材料層511的第二端移動(dòng)。然而，位于距離1^以外的區(qū)域中的磁化狀 態(tài)并不移動(dòng)。這樣，可以可靠地讀取鐵磁性材料層511中的期望位置(區(qū)域)處的磁化狀 態(tài)作為信息。 已經(jīng)基于優(yōu)選示例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于這些示例。示例中所描述 的信息存儲(chǔ)元件的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、材料以及制造方法僅僅是例示性的，并且可以合適地改變。 作為替換方式，作為從鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)讀取信息的方法，可以采用通過檢測 鐵磁性材料層中的磁場的方向來讀取信息的方法。在這種情況下，磁場檢測設(shè)備的具體示 例包括線圈和配線。 圖14是示例1的信息存儲(chǔ)元件的修改例的示意局部剖視圖。如圖14所示，信息存 儲(chǔ)元件600中的帶狀鐵磁性材料層(鐵磁性記錄層)611可以例如是U形三維層。信息存 儲(chǔ)元件600可以例如采用以下方法制造。具體來說，在包括硅半導(dǎo)體基板的基板610中形 成每個(gè)都具有包括磁化基準(zhǔn)層623B和非磁性膜623A的層疊結(jié)構(gòu)的多個(gè)第三電極623。隨 后，在基板610上形成層間絕緣層615。接著，在位于第三電極623上的層間絕緣層615中 形成開口。在開口中形成鐵磁性材料層611，然后將鐵磁性材料層611覆蓋以絕緣膜616。 隨后，去除絕緣膜616的位于各開口的底部上以及位于層間絕緣層615的頂面上的部分。 隨后，對每個(gè)開口充以第二電極622，并在暴露在層間絕緣層615的頂面上的鐵磁性材料層 611上形成第一電極621。本申請包含與2008年10月20日在日本專利局提交的日本在先專利申請 JP2008-269926中公開的主題有關(guān)的主題，通過引用將其全部內(nèi)容并入于此。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以作出各種修改、組合、 子組合以及變更，只要它們在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種信息存儲(chǔ)元件，包括帶狀鐵磁性材料層；布置在所述鐵磁性材料層的第一端處的第一電極；以及布置在所述鐵磁性材料層的第二端處的第二電極；其中通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流來產(chǎn)生電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，在所述鐵磁性材料層中，磁化狀態(tài)作為信息被寫入磁化區(qū)中或者磁化狀態(tài)作為信息從磁化區(qū)被讀取，各磁化區(qū)中的磁化方向平行于所述鐵磁性材料層的厚度的方向；以及在寫入信息或讀取信息時(shí)，在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息存儲(chǔ)元件，還包括被布置成與所述鐵磁性材料層的一部分相接觸的第三電極，該第三電極包括與所述鐵磁性材料層的所述一部分相接觸的非磁性膜和布置在該非磁性膜上的磁化基準(zhǔn)層，其中通過在所述第二電極與所述第三電極之間施加電流，將磁化狀態(tài)作為信息寫入各磁化區(qū)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息存儲(chǔ)元件，其中通過在所述第二電極與所述第三電極之間施加電流，從所述第三電極讀取各磁化區(qū)中的電阻值作為信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，在從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布中，在較靠近所述第三電極的區(qū)域中溫度的升高較大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，當(dāng)沿與所述鐵磁性材料層的軸的方向垂直的虛擬平面切割所述鐵磁性材料層時(shí)所述鐵磁性材料層的橫截面積在所述鐵磁性材料層的軸的方向上變化，以及在寫入信息或讀取信息時(shí)，通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流，在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息存儲(chǔ)元件，其中所述鐵磁性材料層的比電阻值在所述鐵磁性材料層的軸的方向上變化，以及在寫入信息或讀取信息時(shí)，通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流，在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的信息存儲(chǔ)元件，還包括溫度控制裝置，用于在所述鐵磁性材料層的軸的方向上改變所述鐵磁性材料層的溫度，所述溫度控制裝置被布置在所述鐵磁性材料層的附近，其中，在寫入信息或讀取信息時(shí)，由所述溫度控制裝置在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。
8. —種信息存儲(chǔ)元件，包括帶狀鐵磁性材料層；布置在所述鐵磁性材料層的第一端處的第一電極；以及布置在所述鐵磁性材料層的第二端處的第二電極；其中通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流來產(chǎn)生電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，在所述鐵磁性材料層中，磁化狀態(tài)被寫入磁化區(qū)中作為信息或者磁化狀態(tài)從磁化區(qū)被讀取作為信息，各磁化區(qū)中的磁化方向平行于所述鐵磁性材料層的厚度的方向；以及所述鐵磁性材料層中的垂直磁各向異性從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)增強(qiáng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的信息存儲(chǔ)元件，還包括被布置成與所述鐵磁性材料層的一部分相接觸的第三電極，該第三電極包括與所述鐵磁性材料層的所述一部分相接觸的非磁性膜和布置在該非磁性膜上的磁化基準(zhǔn)層，其中通過在所述第二電極與所述第三電極之間施加電流，將磁化狀態(tài)寫入各磁化區(qū)中作為信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的信息存儲(chǔ)元件，其中通過在所述第二電極與所述第三電極之間施加電流，從所述第三電極讀取各磁化區(qū)中的電阻值作為信息。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的信息存儲(chǔ)元件，其中在較靠近所述第三電極的區(qū)域中垂直磁各向異性較小。
12. —種信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法，該信息存儲(chǔ)元件包括帶狀鐵磁性材料層；布置在所述鐵磁性材料層的第一端處的第一電極；以及布置在所述鐵磁性材料層的第二端處的第二電極；其中各磁化區(qū)中的磁化方向平行于所述鐵磁性材料層的厚度的方向，所述方法包括以下步驟在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流，以產(chǎn)生電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)；在所述鐵磁性材料層中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入磁化區(qū)中或者從磁化區(qū)讀取磁化狀態(tài)作為信息；以及在寫入信息或讀取信息時(shí)，在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生從所述第二端到所述第一端單調(diào)降低的溫度分布，以控制所述鐵磁性材料層中的磁疇壁的位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中由通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱來在所述鐵磁性材料層中產(chǎn)生溫度分布。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述第一電極與所述第二電極之間施加的電流的值臺(tái)階式地或者連續(xù)地改變。
15. —種信息存儲(chǔ)元件的信息讀寫方法，該信息存儲(chǔ)元件包括帶狀鐵磁性材料層；布置在所述鐵磁性材料層的第一端處的第一電極；以及布置在所述鐵磁性材料層的第二端處的第二電極；其中各磁化區(qū)中的磁化方向平行于所述鐵磁性材料層的厚度的方向；以及所述鐵磁性材料層中的垂直磁各向異性從所述鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)增強(qiáng)，所述方法包括以下步驟在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流，以產(chǎn)生電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)；在所述鐵磁性材料層中，將磁化狀態(tài)作為信息寫入磁化區(qū)中或者從磁化區(qū)讀取磁化狀態(tài)作為信息；以及在寫入信息或讀取信息時(shí)，升高所述鐵磁性材料層的溫度，以控制所述鐵磁性材料層中的磁疇壁的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中由通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加電流而產(chǎn)生的焦耳熱來升高所述鐵磁性材料層的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及信息存儲(chǔ)元件及其信息讀寫方法。一種信息存儲(chǔ)元件，包括帶狀鐵磁性材料層；布置在鐵磁性材料層的第一端處的第一電極；以及布置在鐵磁性材料層的第二端處的第二電極；其中通過在第一電極與第二電極之間施加電流來產(chǎn)生電流感生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，在鐵磁性材料層中，磁化狀態(tài)被寫入磁化區(qū)中作為信息或者磁化狀態(tài)從磁化區(qū)被讀取作為信息，各磁化區(qū)中的磁化方向平行于鐵磁性材料層的厚度的方向；以及在讀寫信息時(shí)，在鐵磁性材料層中產(chǎn)生從鐵磁性材料層的第二端到其第一端單調(diào)降低的溫度分布。
文檔編號(hào)H01L27/22GK101727966SQ200910179480
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者大森広之 申請人:索尼株式會(huì)社