本发明专利技术涉及一种基于自旋转矩磁化反转将信息存储在存储元件中的存储装置。所述存储装置包括存储元件，所述存储元件包括：存储层，其用于根据磁性材料的磁化状态保存信息；固定磁化层，其隔着非磁性层设置在所述存储层上，所述固定磁化层的磁化方向固定在与膜表面平行的方向上；和磁性层，其隔着非磁性层设置在所述存储层的与所述固定磁化层相对的一侧上，所述磁性层的磁化方向垂直于所述膜方向。所述存储装置还包括布线，通过所述布线使电流在所述存储元件的各层的层叠方向上流经所述存储元件。所述存储装置具有写入操作的高可靠性且能够进行高速操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于自旋转矩磁化反转(spin torque magnetization reversal)将信息存储在存储元件中的存储装置。
技术介绍
随着从移动终端到大容量服务器等各种信息设备的快速发展，要求构成这些信息设备的诸如存储器或逻辑元件等元件具有更高的性能，诸如有效提高集成度、加快速度 (speed-up)或降低功耗等。尤其是，半导体非易失性存储器得到显著发展，闪速存储器(flash memory)作为大容量文件存储器受到普及，以至于闪速存储器取代了硬盘驱动器。另一方面，由于期望将半导体非易失性存储器推广到代码存储器(code memory) 和工作存储器(working memory)以便使用半导体非易失存储器取代目前通常使用的 NOR(或非)闪速存储器和DRAM(动态随机存取存储器)等，半导体非易失性存储器正得到发展。例如，提出了作为半导体非易失性存储器的铁电随机存取存储器(Ferroelectric Random Access Memory, FeRAM)、磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)和相变随机存取存储器(Wiase-Change RAM, PCRAM)等。部分上述半导体非易失性存储器已经投入实际应用。由于这些非易失性存储器中的MRAM基于磁性材料的磁化方向来存储数据，所以 MRAM能够进行高速重写和几乎无限次(1015次以上)的重写。因而，在工业自动化、航天等领域中已经使用MRAM。由于MRAM可进行高速操作且具有高可靠性，因此预计MRAM将会推广到代码存储器和工作存储器。然而，MRAM在降低功耗和大容量提升方面还存在问题。这些问题是MRAM的记录原理所导致的本质问题，S卩，这些问题是如下记录方式所导致的本质问题通过由布线产生的电流磁场来实现磁化反转。作为一种解决上述问题的方法，不依赖于电流磁场的记录(即，磁化反转)方式正在进行研究。尤其是，自旋转矩磁化反转有关的研究正积极进行。例如，美国专利 No. 5，695，864和日本公开专利申请No. 2003-17782披露了这类研究。与MRAM的情况类似，利用自旋转矩磁化反转的存储元件是由磁性隧道结 (Magnetic Tunnel Junction，MTJ)构成。此外，在自旋转矩磁化反转类的存储元件中，当穿过被固定在某个方向上的磁化层的自旋极化电子试图进入另一自由磁性层(其方向不固定)时，转矩施加到该另一自由磁性层。在这种情况下，当等于或大于某一阈值的电流流经存储元件时，自由磁性层的磁化方向反转。通过改变流经存储元件的电流的极性来进行“0”或“ 1，，的重写。在约为0. 1 μ m级别的存储元件的情况下，用于使自由磁性层的磁性反转的电流的绝对值等于或小于1mA。此外，由于该电流值随着存储元件的体积成比例地减小，因此能够进行缩放。除此之外，由于不再需要过去的用于产生MRAM所需的记录电流磁场的字线，因此还可获得如下优点单元结构(cell structure)变得简单。在下文中，将利用自旋转矩磁化反转的MRAM称作“自旋转矩-磁性随机存取存储器” (Spin Torque-Magnetic Random Access Memory, ST-MRAM)。对作为非易失存储器的如下ST-MRAM寄予厚望该ST-MRAM在保留MRAM的高速操作和无限次重写等优点的同时，能够降低功耗和增加容量。在ST-MRAM中，使磁化发生反转的自旋转矩随着磁化方向而改变大小。在普通ST-MRAM存储元件的结构中，存在自旋转矩变为零的磁化角度。当处于初始状态的磁化角度与上述磁化角度一致时，磁化反转所需时段变得十分长。因此，可能会导致不能在写入时段内完成磁化反转的情况。当不能在写入时段内完成磁化反转时，写入操作失败(写入错误)，因此不能进行正常的写入操作。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，且提供一种可在短时段内进行写入操作而不产生任何错误的存储装置。为达到上述目的，本专利技术的实施例提供一种存储装置，所述存储装置包括存储元件。所述存储元件包括存储层，其用于根据磁性材料的磁化状态保存信息，固定磁化层，其隔着非磁性层设置在所述存储层上，所述固定磁化层的磁化方向固定成与膜表面平行的方向，和磁性层，其隔着非磁性层设置在所述存储层的与所述固定磁化层相对的一侧上，所述磁性层的磁化方向是垂直于所述膜表面的方向。所述存储装置还包括布线，通过所述布线使电流在所述存储元件的各层的层叠方向上流经所述存储元件。在本专利技术实施例的存储装置的结构中，磁化方向垂直于所述膜表面的所述磁化层隔着非磁性层设置在所述存储层的与所述固定磁化层相对的一侧，所述固定磁化层的磁化方向固定在与所述膜表面平行的方向上。由于所述存储层的磁化方向大致平行于所述膜表面，所以磁化方向垂直于所述膜表面的所述磁化层的磁化方向与磁化方向大致平行于所述膜表面的所述存储层的磁化方向之间的相对角度大约为90°。由此，能够抑制磁化反转所需时段由于存储层和固定磁化层的磁化方向变得大致平行或反相平行的原因而出现的发散。因此，存储层的磁化方向能够在预定的有限的时段内反转，从而能够将信息写入存储元件。如上所述，根据本专利技术，由于所述存储层的磁化方向可在预定的时段内反转，从而将信息写入到存储元件，因此可减少写入错误，并能够在较短时段内进行写入操作。由于能够减少写入错误，所以能够增强写入操作的可靠性。由于能够在较短时段内进行写入操作，因此能够加速操作。因此，根据本专利技术，能够实现具有写入操作的高可靠性且进行高速操作的存储装置。附图说明图1是说明构成本专利技术实施例的存储装置的存储元件的示意性结构的剖面图；图2是表示在将自旋极化强度作为参数的情况下磁化角度与反转时段之间关系的图表；图3是说明本专利技术实施例的存储装置的示意性结构的俯视图；及图4是说明现有ST-MRAM的示意性结构的剖面图。具体实施例方式在下文中，将参考附图详细说明本专利技术的实施例。应注意，下文将根据以下顺序进行说明。1.本专利技术的概要2.实施例1.本专利技术的概要在具体说明本专利技术的实施例之前，首先对本专利技术进行概述。图4是表示现有ST-MRAM的示意性结构的剖面图。如图4所示，固定磁化层(也称为基准层)52、非磁性层(中间层)53、自由磁化层 (存储层) 和保护层55依次层叠在基体层51上，从而构成存储元件，其中，固定磁化层 52的磁化M52的方向是固定的，自由磁化层M的磁化M54的方向适于反转。在固定磁化层52、非磁性层53、自由磁化层M和保护层55中，固定磁化层52的磁化M52的方向被高磁性矫顽力等固定。在图4所示的ST-MRAM (存储元件)中，根据具有单轴各向异性(uniaxial anisotropy)的存储层M的磁化(磁矩)MM的方向来存储信息。使电流在与存储元件中的每个层的膜表面相垂直的方向(即多个层层叠的方向) 上流动，从而在充当存储层M的自由磁化层中引起自旋转矩磁化反转，因而将信息写入存储元件。这里，将简要说明自旋转矩磁化反转。电子具有两种自旋角动量。暂时将这两种自旋角动量分别定义为向上自旋角动量和向下自旋角动量。在非磁性材料的内部，所有具有向上自旋角动量的电子的数量和所有具有向下自旋角动量的电子的数量相同。另本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种存储装置，其包括：存储元件，其包括：存储层，其用于根据磁性材料的磁化状态保存信息，固定磁化层，其隔着非磁性层设置在所述存储层上，所述固定磁化层的磁化方向固定成与膜表面平行的方向，和磁性层，其隔着非磁性层设置在所述存储层的与所述固定磁化层相对的一侧上，所述磁性层的磁化方向是垂直于所述膜表面的方向；以及布线，通过所述布线使电流在所述存储元件的各层的层叠方向上流经所述存储元件。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：肥后丰，细见政功，大森广之，别所和宏，山根一阳，内田裕行，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP
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