使用双向磁振子写入的自旋扭矩mram的利记博彩app
【专利摘要】提供一种用于双向写入的装置。叠层包括隧道势垒上的参考层、自由层上的所述隧道势垒，以及金属间隔物上的所述自由层。所述装置包括绝缘磁体。珀尔帖材料热耦合到所述绝缘磁体和所述叠层。当冷却珀尔帖/绝缘磁体界面时，所述绝缘磁体被配置为传递自旋扭矩以便沿第一方向旋转所述自由层的磁化。当加热珀尔帖/绝缘磁体界面时，所述绝缘磁体被配置为传递所述自旋扭矩以便沿第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
【专利说明】使用双向磁振子写入的自旋扭矩MRAM
【技术领域】
[0001]示例性实施例涉及存储器，更具体地说，涉及存储器中的双向写入。
【背景技术】
[0002]磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性计算机存储器(NVRAM)技术。与传统的RAM芯片技术不同，在MRAM中，数据不存储为电荷或电流，而是按照磁存储元件存储。这些元件从两个铁磁板形成，每个铁磁板可以保持由薄绝缘层分隔的磁场。两个板中的一个是设置为特定极性的参考磁体；另一个板的场可以变化以匹配外部磁场以便存储记忆，并被称为“自由磁体”或“自由层”。该配置称为磁隧道结并且是MRAM位的最简单结构。从此类“单元”的网格构建存储器件。
[0003]一种读取方法通过测量单元的电阻实现。(通常)通过为关联晶体管供电来选择特定单元，该晶体管将电流从馈电线通过该单元切换到地。由于磁隧道效应，单元的电阻变化，这是由于两个板中的磁化定向所致。通过测量任意特定单元的电阻，可以确定可写板的磁化方向。为了下面讨论的一致性，可以将具有相同磁化方向的两个板定义为表示逻辑“ I ”，然而如果两个板具有相反的磁化，则电阻将较高，因此表示逻辑“O”。
【发明内容】
[0004]根据一个示例性实施例，提供一种磁阻随机存取存储器(MRAM)器件。磁叠层包括与隧道势垒相邻的参考层、与自由层相邻的所述隧道势垒，以及与金属间隔物相邻的所述自由层。绝缘磁体布置在所述磁叠层和珀尔帖(Peltier)材料之间。所述珀尔帖材料热耦合到所述绝缘磁体和所述磁叠层。冷却所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面导致所述绝缘磁体转移自旋扭矩以便沿第一方向旋转所述自由层的磁化。加热所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面导致所述绝缘磁体转移所述自旋扭矩以便沿第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
[0005]根据一个示例性实施例，提供一种磁阻随机存取存储器(MRAM)器件。磁叠层包括与隧道势垒相邻的参考层、与自由层相邻的所述隧道势垒，以及与金属间隔物相邻的所述自由层。所述MRAM器件包括绝缘磁体、热耦合到所述绝缘磁体和所述磁叠层的η型珀尔帖材料，以及热耦合到所述绝缘磁体和所述磁叠层的P型珀尔帖材料。冷却所述η型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面以及冷却所述P型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面导致所述绝缘磁体转移自旋扭矩以便沿第一方向旋转所述自由层的磁化。加热所述η型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面以及加热所述P型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面导致所述绝缘磁体转移所述自旋扭矩以便沿第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
[0006]根据一个示例性实施例，提供一种形成磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的方法。所述方法包括:形成与衬底相邻的绝缘磁体，形成与所述绝缘磁体相邻的金属间隔物，其中所述金属间隔物是第三引线，形成与所述金属间隔物相邻的自由层，并且形成与所述自由层相邻的隧道势垒。此外，所述方法包括形成与所述隧道势垒相邻的参考层，形成与所述参考层相邻的第二引线，形成与所述第二引线相邻的珀尔帖材料，并且形成与所述珀尔帖材料相邻的第一引线。
[0007]根据一个示例性实施例，提供一种形成磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的方法。所述方法包括形成与第一引线相邻的η型珀尔帖材料，形成与第四引线相邻的P型珀尔帖材料，并且形成与所述η型珀尔帖材料和所述P型珀尔帖材料两者相邻的第二引线。此外，所述方法包括形成与所述第二引线相邻的绝缘磁体，形成与所述绝缘磁体相邻的金属间隔物，形成与所述金属间隔物相邻的自由层，形成与所述自由层相邻的隧道势垒，形成与所述隧道势垒相邻的参考层，并且形成与所述参考层相邻的第三引线。
[0008]通过本公开的技术实现其它特性。在此详细描述了根据其它实施例的其它系统、方法、装置和/或计算机程序产品，并且它们被视为要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解示例性实施例和特性，参考说明书和附图。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]在说明书结尾处的权利要求中具体指出并明确要求保护了被视为本发明的主题。从下面结合附图的详细描述，本公开的上述和其它特性将变得显而易见，这些附图是:
[0010]图1是根据一个示例性实施例的MRAM器件的截面图；
[0011]图2是根据另一个示例性实施例的MRAM器件的截面图；
[0012]图3是根据另一个示例性实施例的MRAM器件的截面图；
[0013]图4Α示出根据一个示例性实施例的双向磁振子切换的空间温度分布的一个实例；
[0014]图4Β示出根据一个示例性实施例的双向磁振子切换的空间温度分布的一个实例；
[0015]图5Α示出根据一个示例性实施例的作为器件中的加热和冷却的瞬态响应的一个实例的图；
[0016]图5Β示出根据一个示例性实施例的作为器件的瞬态响应的一个实例的图；
[0017]图6示出根据一个示例性实施例的作为在短持续时间电流脉冲下器件中的加热和冷却的瞬态响应的一个实例的图；
[0018]图7示出根据一个示例性实施例的珀尔帖MRAM器件的切换延迟分布的图；
[0019]图8示出根据一个示例性实施例的具有倾斜各向异性的珀尔帖MRAM器件的切换延迟分布的图；
[0020]图9示出根据一个示例性实施例的形成用于双向写入的装置的流程图；
[0021]图10示出根据一个示例性实施例的形成用于双向写入的装置的流程图；
[0022]图11示出根据一个示例性实施例的形成用于双向写入的装置的流程图。
【具体实施方式】
[0023]随着位大小的减小，写入小磁位需要的磁场增加。硬盘驱动器(HDD)或磁随机存取存储器(MRAM)中的磁存储技术推动了可用于写入大小越来越小的磁位的磁场的物理限制。自旋扭矩提供一种替代的磁场感应写入。最新的基于自旋扭矩的写入依赖于充电电流，以便生成所述自旋电流以实现写入操作。使用自旋电流可避免基于磁场的写入的限制，从而扩展存储位的缩放可能性。
[0024]最近，最新的理论工作提出一种新的物理机制，以便使用热生成的磁振子电流生成自旋电流，在适当的界面处将磁振子电流转换为自旋电流。但是，在实际器件中，双向切换需要双向热流(例如，两个单独的热源)。在使用连接到器件(其又连接到热宿(thermalsink))的加热器的实现中，热流是单向。在器件的任一侧具有加热器(还具有热宿，以便生成足够的温度梯度)的布置可能导致问题，因为这需要大量电力。
[0025]在示例性实施例中，提出一种诸如MRAM器件之类的磁器件，该器件使用双向热流写入方案，不需要施加给器件的第二电流脉冲(并且不需要在器件的任一侧加热)。根据示例性实施例，通过将珀尔帖器件内置在磁器件附近来实现双向性。生成的结构是三端子器件(或者具有三个引线的器件)，从而实现读取和写入能力。该器件的优势包括但不限于具有随着标准自旋扭矩MRAM要求而明显降低的电源要求，并且分离读取和写入功能，这将导致磁叠层的设计限制较少。此外，源自随机热波动的切换延迟的随机扩散可以明显被压缩，这是由于磁振子扭矩驱动过度(例如，通过使绝缘磁体的磁各向异性倾斜)所致。此外，该器件通过消除在写入期间流过实际存储元件(例如，自由层)的高电流密度的要求(因为不需要电流流过自由层)，拓宽了磁结中的隧道势垒的电阻面积(RA)积的选择。
[0026]现在转到图1，示出根据一个示例性实施例的MRAM器件100的截面图。图1示出单级珀尔帖设计。
[0027]器件100的设计包括在引线LI上形成的珀尔帖材料102。在珀尔帖材料102之上形成引线L2。在引线L2上形成绝缘磁体104 (例如，由铁氧体(ferrite)制成)。绝缘磁体104具有钉扎的磁化方向(在该实例中被示出为右方向)，但应该理解，可以将钉扎的磁化方向选择为左磁化。在绝缘磁体104上形成常规金属间隔物108。常规金属间隔物和绝缘(铁氧体)磁体界面106在常规金属间隔物108和绝缘磁体104之间。在常规金属间隔物108之上形成自由层110。自由层110通过指向左右方向的箭头示出，这指示自由层110的磁化可以在左磁化和右磁化之间切换，具体取决于器件100的工作。可以在自由层110之上形成隧道势垒112，并且可以在隧道势垒112之上形成参考层114。参考层114是磁体(在该实例中被示出具有右方向的钉扎(即，固定)磁化)，但应该理解，在另一种情况下，参考层114可以具有左磁化。在参考层114之上形成引线L3。引线L1、L2和L3由金属制成，并且可以被视为金属线。
[0028]电压源116连接到器件100的引线LI和引线L2。电压源116被配置为根据需要改变(通过其极性)电流的方向，以便在一种情况下(例如，对于加热器件100)电流可以流入引线LI并且通过引线L2流出，在另一种情况下(例如，对于冷却器件100)电流可以流入引线L2并且通过引线LI流出。
[0029]例如，在引线LI和L2之间施加来自电压源116的电流，并且取决于电流的方向，L2/珀尔帖材料界面118处的温度升高或下降。选择引线L1、L2和L3的尺寸和热属性，以便热量在引线L2和L3之间流动。为此，引线L2的尺寸应该选择得尽可能小(即，薄)，以便热量不会沿着电线(其为引线L2)的长度流动。在图1中，引线L2的长度从左到右。同时，引线L2的截面尺寸应该足够大，以便电线中的焦耳热不会占主导地位。此外，引线LI和L3应该是良好的热宿，具有高导热性并且具有足够的尺寸，以便在工作下，这些电线(引线LI和L3)附近的温度下降小于跨有源叠层(其包括绝缘(铁氧体)磁体104、常规金属/绝缘磁体界面106、常规金属间隔物108、自由层110、隧道势垒112以及参考层114)的温度下降。
[0030]珀尔帖材料102和引线L2中的金属应该具有耐高温的属性(例如，较高的熔点>1200C)。这有助于珀尔帖叠层(其为引线L1、珀尔帖材料102和引线L2)之上的绝缘磁体104 (例如，作为铁氧体薄膜的磁绝缘体)的高温生长。可以使用通过具有极佳热电属性的材料(例如，掺杂铌(Nb)的钛酸锶(SrTiO3))(熔点大约?2100C)形成的薄膜作为珀尔帖材料102。可以使用钨(熔点?3500C)作为(电极)引线L2。还可以使用TaN、TiN和钥作为引线L2材料。
[0031]绝缘磁体104是不导电的磁材料，例如铁氧体。常规金属间隔物108是薄的非磁金属。磁叠层包括自由层110、隧道势垒112和参考层114。自由层110可以是铁磁薄膜(例如，Co40Fe40B20, Ni80Fe20和/或各种其它材料)，并且可以具有例如范围大约为0.5nm_5.0nm(纳米)的厚度。可以选择隧道势垒112以便提供较大磁阻，并且隧道势垒112可以是A10、MgO和/或类似的材料。可以选择自由层110的厚度以便在方便范围(例如，1-100欧姆-微米2)内提供电阻面积(RA)积。参考层114提供与隧道势垒112相邻的磁化，在导致自由层110旋转的条件下，参考层114不会改变磁化方向(其被示出为右磁化)。各种材料的参考层114可以用于该目的，并且可以包括诸如合成的反铁磁体、钉扎反铁磁体之类的元素。绝缘(铁氧体)磁体104、自由层110和参考层114的磁化方向可以是面内(左或右)和/或面外(例如，根据本公开为垂直方向，例如向上或向下，该实例中未示出，但所属【技术领域】的技术人员应该理解)。上面对引线L1、L2、L3、珀尔帖材料、绝缘磁体、自由层、隧道势垒和参考层的材料的描述(参考图1)也可以应用于图2和3。
[0032]为了写入自由层110，电压源116在引线LI和L2之间施加电流，这导致引线L2(SP，引线L2和珀尔帖材料界面118)处的温度升高或下降，具体取决于电流的方向(并且引线LI具有相反的温度变化)。跨绝缘(铁氧体)磁体/常规金属界面106的正或负温度梯度分别产生朝向或远离绝缘磁体104 (磁绝缘体)的热通量。该热通量导致从绝缘磁体104注入到常规金属间隔物108的磁振子自旋电流，该电流流向自由层110并又导致自由层110的快速(磁化)切换。例如，温度升高4-10K (开尔文)(在自由层110处)足以将典型的自由层110从一个磁化方向(例如，左)切换到不同磁化方向(例如，右)，并且电压源116可以通过珀尔帖材料102施加0.5mA-lmA的电流以便实现这种切换(例如，对于70nm宽度X 150nm高度的柱状珀尔帖材料102)。电压源116施加的反向珀尔帖电流(S卩，反向极性)导致将自由层110的磁化反向定向(反向平行)为(铁氧体)绝缘磁体104层的磁化方向，从而实现双极写入能力。
[0033]假设电压源116施加的电流流入引线L2(S卩，电压源116的正极侧连接到引线L2，负极侧连接到引线LI)。这将导致引线L2和珀尔帖材料界面118处的温度升高，而LI和珀尔帖材料界面处的温度下降。因此，流入引线L2、通过珀尔帖材料102，然后通过引线LI流出的电流生成热流120 (即，热通量),其被示出为向上箭头。由于热流120,在绝缘磁体104中生成磁振子，以便根据绝缘磁体104的磁化产生具有角动量(即，自旋扭矩)的自旋电流124。因为热流120向上流动，所以自旋电流124进入自由层110并且导致自由层110的磁化具有右磁化(方向),这与绝缘磁体104的右磁化平行。
[0034]假设电压源116施加的电流流入引线L1(S卩，电压源116的正极侧连接到引线LI，负极侧连接到引线L2)。这将导致引线L2和珀尔帖材料界面118处的温度下降/冷却，而引线LI和珀尔帖材料102的界面处的温度升高。因此，流入引线L1、通过珀尔帖材料102，然后通过引线L2流出的电流生成热流122，其被示出为向下箭头。由于热流122，在绝缘磁体104中生成磁振子，以便根据绝缘磁体104的磁化产生具有角动量的自旋电流124。因为在这种情况下热流122向下流动，所以自旋电流124进入自由层110并且导致自由层110的磁化具有左磁化(方向),这与绝缘磁体104的右磁化反向平行。
[0035]引线LI和L2之间的双极电势(经由电压源116)通过珀尔帖材料102发送电流(例如Ip)。引线L2相对于引线LI的正电势(经由电压源116)加热引线L2 (B卩，金属条)，从而将引线L2转换为热源，而引线L3充当热宿。同样，引线L2相对于引线LI的负电势冷却引线L2，从而将引线L2转变为热宿，而引线L3充当热源。因此，改变在引线LI和引线L2之间施加的电压(通过电压源116施加)的极性产生双向热通量(dQ/dt)(被示出为热流120和122)，该热通量通常流经金属(L2)-铁氧体界面(其为引线L2和绝缘磁体104之间的界面)。这产生用于双向磁切换的双极磁振子电流(即，自旋电流124)。
[0036]因此，电流(来自电压源116)流入引线LI和/或引线L2的方向分别导致冷却或加热引线L2和珀尔帖材料102的界面。这允许自由层110的双向写入(对于面内，写入左或右磁化，或者对于面外，写入上或下磁化)。对于向上热流120，自旋电流124的角动量在自由层110中写入右磁化，对于向下热流122，自旋电流124的角动量在自由层110中写入左磁化，这实现双向写入，而不必例如在器件100的相对端提供两个单独的热源。
[0037]此外，可以通过测量引线L2和L3之间的电阻，实现器件100状态读出。消除垂直流向磁叠层(即，通过自由层110、隧道势垒112和参考层114)的高电流密度可明显放宽器件100 (其为存储器件)的隧道势垒112的电阻面积(RA)积的选择。在自由层110的磁化读取期间，隧道势垒112的相对较厚的MgO (较高RA)可以消除对较低电源电压的要求。另一方面，隧道势垒112的较低RA积可以确保通过电压读出更快地读取单元。应该理解，器件100可以被视为磁存储器件中的单元。可以以阵列方式连接许多单独的器件100作为磁存储器件的多个单元，其中自由层110的一个磁化方向对应于I (例如，右磁化)，相反的磁化方向(例如，左磁化)对应于O (和/或反之亦然)，如所属【技术领域】的技术人员理解的那样。
[0038]自旋电流(例如自旋电流124)携带和传递绝缘磁体(例如绝缘磁体104)的角动量(对应于磁化)以便翻转自由层(例如自由层110)的磁化的过程称为自旋扭矩传递(STT)。绝缘磁体104的角动量是其自旋扭矩。珀尔帖材料(例如珀尔帖材料102)用于利用珀尔帖效应。珀尔帖效应的一个实例是用于读取器的背景用途，但示例性实施例并不限于下面实例中使用的确切细节或材料。在珀尔帖效应中，当电流保持在包括两个不同导体的材料的电路中时，冷却与珀尔帖材料的一个结/界面，加热与珀尔帖材料的另一个结/界面；在包含不同半导体的电路中，效应甚至更强大。例如，在包括例如通过两条铜线连接到珀尔帖材料(例如，铋)长度的电池的电路中，在其中电流从铜传递到珀尔帖材料的结中出现温度升高，在其中电流从珀尔帖材料传递到铜的结中出现温度降低。
[0039]现在转到图2，示出根据另一个示例性实施例的MRAM器件200的截面图。器件200是示例性实施例的第二实现，并且其工作与上面针对图1讨论的类似。例如，器件200的设计包括元件204-214，它们对应于图1中的元件104-114。器件200包括在引线L2上形成的绝缘磁体204 (例如，由铁氧体制成)。绝缘磁体204具有钉扎的磁化方向(在该实例中被示出为右方向)，但应该理解，可以将磁化方向选择为左磁化。在绝缘磁体204上形成常规金属间隔物208。常规金属间隔物和绝缘(铁氧体)磁体界面206在常规金属间隔物208和绝缘磁体204之间。在常规金属间隔物208之上形成自由层210。自由层210通过指向左右方向的箭头示出，这指示自由层210的磁化可以在左磁化和右磁化之间切换，具体取决于器件200的工作。可以在自由层210之上形成隧道势垒212，并且可以在隧道势垒212之上形成参考层214。参考层214是在该实例中被示出具有右方向的钉扎(B卩，固定)磁化的磁体，但应该理解，在另一种情况下，参考层214可以具有左磁化。在参考层214之上形成引线L3。引线L1、L2和L3由金属制成，并且可以被视为金属线。
[0040]在图2的设计中，引线L2也可以称为中心条L2，并且引线L2连接两个珀尔帖材料201和202:—个臂是η型珀尔帖材料201，另一个臂是ρ型珀尔帖材料202，以便确保增强的珀尔帖系数。在这种情况下，电压源216施加的电流(即，珀尔帖电流)在引线LI和L4之间流动(再次为双向)，以便根据电压源216的极性加热或冷却引线L2 (S卩，L2和η型珀尔帖材料201之间的界面，以及引线L2和ρ型珀尔帖材料202之间的界面)。引线L2电连接到珀尔帖材料201和202，但未以其他方式连接到电路的其余部分。
[0041]例如，为了写入自由层210，假设电压源216施加的电流流入引线LI (S卩，电压源216的正极侧连接到引线LI，负极侧(或地)连接到引线L4)，并且流出引线L4。这将导致引线L2和η型珀尔帖材料201的界面处的温度下降/变冷，以及引线L2和ρ型珀尔帖材料202的界面处的温度下降/变冷。因此，流入引线L1、通过η型珀尔帖材料201、通过引线L2、通过ρ型珀尔帖材料202，然后通过引线L4流出的电流生成热流222 (例如，热通量)，其被示出为向下箭头。由于从引线L3流动的热流222 (通过绝缘磁体204向下)，在绝缘磁体204中激发/生成磁振子，以便根据绝缘磁体204的磁化产生具有角动量(即，自旋扭矩)的自旋电流224。因为热流222向下流动，所以自旋电流224 (携带自旋扭矩)进入自由层210并且导致自由层210的磁化具有左磁化(方向)，这与绝缘磁体204的右磁化反向平行。在这种情况下，引线L3充当热源，引线L2充当热宿。引线L3被设计为在热方面(和/或在物理上)足够大，以便不受冷却(或加热)引线L2和珀尔帖材料201及202之间的界面的影响；引线L3可以被视为热储。
[0042]现在，假设电压源216施加的电流流入引线L4(S卩，电压源216的正极侧连接到引线L4，负极侧(或地)连接到引线LI)并且流出引线LI。这将导致引线L2和η型珀尔帖材料201的界面处的温度升高/变热，以及ρ型材料202的界面处的温度升高/变热。因此，流入引线L4、通过ρ型珀尔帖材料202、通过引线L2、通过η型珀尔帖材料201，然后通过引线LI流出的电流生成热流220，其被示出为向上箭头。由于向上通过绝缘磁体204流出的热流220，在绝缘磁体204中激发/生成磁振子，以便根据绝缘磁体204的磁化产生具有角动量(即，自旋扭矩)的自旋电流224。因为在这种情况下热流220向上流动,所以自旋电流224进入自由层210并且导致自由层210的磁化具有右磁化(方向)，这与绝缘磁体204的右磁化平行。在这种情况下，引线L3充当热宿，引线L2充当热源。此外，L3被设计为在热方面(和/或在物理上)足够大，以便不受冷却或加热引线L2和珀尔帖材料201及202之间的界面的影响。
[0043]因此，在器件200中，电流(来自电压源216)流入引线LI和/或引线L4的方向分别导致冷却或加热引线L2和珀尔帖材料201及202的界面。这允许自由层210的双向写入(对于面内，写入左或右磁化，或者对于面外，写入上或下磁化)。对于向上热流220，自旋电流224的角动量(S卩，自旋扭矩)在自由层210中写入右磁化，对于向下热流222，自旋电流224的角动量在自由层210中写入左磁化，这实现双向写入，而不必例如在器件200的相对端提供两个单独的热源。
[0044]通过测量L3和LI或L4之间的电阻，实现读取(例如，自由层210中的I或O)器件200，其中对于自由层210，一个电阻对应于左磁化，另一个电阻对应于右磁化。当测量电阻(L3和LI或L4之间)时，可以谨慎使用电流，这些电流足够小，以便不会在读取期间导致引线L2 (条)处的温度变化。在示例性实施例中，可以通过在η型和ρ型珀尔帖材料201和202中使用低电流和/或使用(施加)相等电流(即，在引线LI和L4之间分配电流)，实现读取器件200而不导致引线L2处的温度变化。这种实现的一个优势是通过使热流远离绝缘(铁氧体)磁体204/常规金属间隔物208/自由层210/隧道势垒212/参考层214叠层结构，引线L2的导热性不会成为问题，并且引线L2 (即，金属条)可以变得较厚(从上到下)而不损害性能。根据示例性实施例，双珀尔帖结构(η型和ρ型珀尔帖材料201和202的臂)的选择放宽对连接到绝缘(铁氧体)磁体204的引线L2 (金属条)的尺寸和热属性的约束，因为不会通过引线L2 (金属条)从珀尔帖材料201及202和/或从磁材料(例如，绝缘磁体204、自由层210和参考层214)吸取热量，并且因为引线L2未连接到电路的其余部分。此夕卜，双珀尔帖材料201和202提高加热和冷却的效率。图2中示出的这种几何形状可以被视为比图1中示出的几何形状具有额外的优势。在此，即使引线L2变得非常厚也不会在器件200之外提供其它热路径(这可以阻碍热流220或222);而对于图1中的器件100，引线L2变得更厚以便容易携带电流从而为珀尔帖结构(例如，包括引线L1、引线L2和珀尔帖材料102)供电，这也可能使器件100热短路，因此最小化可供流过绝缘磁体104的热流。
[0045]参考图3，示出根据另一个示例性实施例的MRAM器件300的截面图。器件300是示例性实施例的第三实现，并且其工作与上面针对图1和2讨论的类似。例如，器件300的设计包括元件304-314，它们对应于图1中的元件104-114。
[0046]与图1和2不同，具有器件300的第三配置示出在参考层314 (即，固定层或钉扎层)之上的珀尔帖叠层(包括引线L1、珀尔帖材料302和引线L2)，其用于加热和/或冷却。绝缘(铁氧体)磁体304可以首先在衬底301 (例如，具有SiN涂层的无定形碳)上生长，然后其它后续层可以垂直生长，如图3中所示。引线L3是器件300中的常规金属间隔物308，并且在绝缘磁体304之上形成引线L3。常规金属间隔物和绝缘磁体界面306是常规金属间隔物308和绝缘磁体304 (铁氧体)之间的界面。在常规金属间隔物308之上形成自由层310，并且在自由层310上形成隧道势垒312。在隧道势垒312上形成参考层314。在参考层314上形成引线L2，并且在引线L2之上形成珀尔帖材料302。在珀尔帖材料302之上形成引线LI。
[0047]在自由层310的写入期间，通过珀尔帖材料302在引线LI和L2之间发送有向电流(经由电压源316)，并且电流最终加热(对于流入引线L2并且通过引线LI流出的电流)和/或冷却(对于流入引线LI并且通过引线L2流出的电流)引线L2/珀尔帖材料界面318。加热或冷却过程最终根据磁振子切换的需要，分别在常规金属间隔物/绝缘磁体(铁氧体)界面306处产生正温度梯度(例如，向上热流320)或负温度梯度(例如，向下热流322)。如上面讨论的，使电压源315施加给引线LI和L2的电压的极性反转允许双向切换自由层310的磁化。
[0048]应选择引线L1、L2和L3的尺寸和热属性，使得热量在引线L2和L3之间流动。为此，引线L2的尺寸应该选择得尽可能小(即，薄，从上到下)，以便热量不会沿着引线L2 (电线)的长度流动。同时，引线L2 (电线)应该足够大(即，厚)，以便引线L2中的焦耳热不会占主导地位。引线LI和L3应该是良好的热宿。器件300的这种设计可以更广泛地选择磁材料(例如，绝缘磁体304、自由层310、隧道势垒312和参考层314)和电极材料(例如，金属引线L3、L2和LI)，因为高温硬铁氧体(其为绝缘磁体304)首先在磁叠层(即，自由层310、隧道势垒312和参考层314)和珀尔帖叠层(B卩，引线L2、珀尔帖材料302和引线LI)之下生长。
[0049]对于图1、2和3中的所有三个配置，可以实现与平面垂直(即，自由层310的向上或向下磁化)的垂直磁各向异性(PMA)，这有助于减小快速磁振子切换需要的常规金属间隔物/绝缘(铁氧体)磁体界面106、206、306处的阈值温差。在PMA配置中，磁振子自旋扭矩(对应于角动量)必须克服低于面内配置的磁能势鱼(例如，大约?2* *Ms) (Ms是存储层的饱和磁化)。明显较低的热电流(例如，大约?0.1mA-0.5mA)可以在常规金属间隔物/绝缘(铁氧体)磁体界面106、206、306处产生需要的温差。这用于50 (宽度)X 100 (长度)nm的器件100、200、300并且随面积伸缩。用于磁振子切换的温差阈值减小到大约4K-8K (开尔文)。
[0050]可以针对这些器件100、200、300使用较高的RA，因为没有写入电流流经器件100、200、300。这是有利的，因为改善了隧道势垒完整性(包括隧道势垒112、212、312)，并实现更高的有效位单元隧道磁阻(TMR)(包括晶体管阻抗)。位单元对应于自由层，例如自由层110、210、310。
[0051]在一种实现中，引线L2的厚度(从上到下)可以在5至10纳米(nm)之间，并且引线L2的宽度可以与磁隧道结的直径相同(例如，大约?50nm-100nm)。在引线L2的该范围内，焦耳热足够小以便抑制珀尔帖冷却，并且MRAM器件按预期方式工作。此外，引线L2的长度(其指向图1-3中的页)可以与磁隧道结的直径相同(例如,大约?50nm-100nm)。但是，当引线L2通过金属过孔和触点连接到存取晶体管(未示出，但所属【技术领域】的技术人员应该理解)之一的源极/漏极时，引线L2在某些情况下可以较长(例如，大约?lOOnm)。根据本公开，构想可以针对引线L1、L2和L3使用各种尺寸，并且并非旨在限制示例性实施例。
[0052]图4A示出在图400中的加热下的空间温度分布的一个实例，图4B示出在图405中的冷却下的空间温度分布的一个实例，它们根据示例性实施例用于例如器件100、300中的双向磁振子切换(例如，单级珀尔帖器件)。器件100、300是用于读取和写入多个位(I和O)的MRAM器件。为了在图4A和4B中示出加热和冷却，注意较浅的阴影表示较高的温度，深阴影表示较低的温度。
[0053]图4A示出珀尔帖材料(例如，珀尔帖材料102、302)加热MRAM器件的一个实例。加热导致热通量(即，热流)进入磁叠层，该叠层包括参考层、隧道势垒、自由层、常规金属间隔物和绝缘磁体。在该实例中，当电压源(例如，电压源116、316)在器件100、300的引线LI和L2之间施加20mV时，跨磁叠层具有IOK (开尔文)的温度变化。
[0054]图4B示出珀尔帖材料(例如，珀尔帖材料102和302)冷却MRAM器件的一个实例。冷却导致热通量(即，热流)通过磁叠层，该叠层包括参考层、隧道势垒、自由层、常规金属间隔物和绝缘磁体。在该实例中，当电压源(例如，电压源116、316)在器件100、300的引线LI和L2之间施加20mV时，跨磁叠层具有-8K的温度变化。图4A和4B中分别示出用于双向磁振子切换的热电(珀尔帖)加热和冷却下的空间温度分布。对于从引线LI流向引线L2的珀尔帖电流(参考图3 )，热量向下流动(通过热流322示出)。但是，通过使弓丨线LI和引线L2之间的珀尔帖电流的方向反转，热量向上流动(通过热流320示出)。与最新的电流驱动的MRAM不同，电流不需要流经图3中的隧道势垒312以实现磁切换。这明显放宽薄隧道势垒312的设计约束。在一种实现中，隧道势垒312可以变得更厚，以便增强隧道磁阻(TMR)，并且减少读取干扰(破坏性读取)引起的参数故障。
[0055]图5A示出根据示例性实施例的作为稳定电流下的珀尔帖MRAM (例如器件100、200、300)中的加热和冷却的瞬态响应的一个实例的图500。图5A示出加热中的均匀温度升高(均匀阶梯函数)或者冷却中的均匀温度下降，以零(O)作为规范化起始点。在图5A中，y轴是在叠层(参考层、隧道势垒和自由层)下面的金属间隔物和绝缘磁体(其为铁氧体)之间的温差(S T=Tms-Tfekkite，以开尔文为单位)。X轴示出在珀尔帖MRAM器件中施加加热或冷却的时间(以纳秒为单位)。在引线LI和L2之间施加双极电压。正电压(Vp>0)导致正δΤ，而负电压(Vp〈0)使得δΤ为负。
[0056]图5Β示出根据示例性实施例的作为稳定电流下的珀尔帖MRAM (例如器件100、200、300)中的加热的瞬态响应的一个实例的图505。图5Β示出当加热珀尔帖材料时，将自由层从一个磁化方向(例如向右(或向上))切换到不同磁化方向(例如向左(或向下))的一个实例。y轴表示从一个磁化到另一个磁化的切换。在y轴上，I表示自由层的一个磁化方向(例如，向右)，而-1表不自由层的另一个磁化。X轴表不对于施加给拍尔帖材料的给定能量E和给定珀尔帖电流(Ip)，将自由层从一个磁化方向切换到另一个磁化方向的切换时间(以纳秒为单位)。例如，对于跨珀尔帖材料的引线(例如，图1和3中的引线LI和L2，或者图2中的引线LI和L4)施加的50mV，切换能量(E)为3.41pJ/切换以及珀尔帖电流Ip=L 80mA,自由层的切换时间不到Ins。
[0057]图6示出根据示例性实施例的作为在短持续时间珀尔帖电流脉冲下的珀尔帖MRAM (例如器件100、200、300)中的加热和冷却的瞬态响应的一个实例的图600。图5A和5B示出例如电压源116、216、316施加的用于加热(负电流)和/或冷却(正电流)其相应珀尔帖材料的稳定珀尔帖电流。但是，图6使用例如电压源116、216、316施加的短持续时间(脉冲)珀尔帖电流(Ip)加热(负电流)和/或冷却(正电流)其相应珀尔帖材料。短持续时间珀尔帖电流(Ip)脉冲提供比稳定珀尔帖电流更快的自由层切换，并且短持续时间珀尔帖电流脉冲比传统自旋扭矩MRAM器件节省50-60%的能量。
[0058]图6中的虚线表示对于电压振幅Vp和脉冲宽度PW的各种高斯电脉冲，金属-铁氧体界面处的温度衰减曲线(profile)。例如，黑色虚线提供对于振幅为IOOmv并且PW=0.1ns的高斯电压脉冲，规范化为S Tmax=HK的温度衰减曲线(δ T)。在引线LI和L2之间流动的对应电流为Ip=3.5mA (也为高斯分布，形状与施加的电压Vp相同)。在磁化切换(平行-反向平行)中耗散的总能量为E=0.35微微焦耳切换。图6中的黑色实曲线示出平行到反向平行切换响应。
[0059]此外，根据示例性实施例，当电压源116、216、316在范围为0.lns-0.3ns的持续时间内施加范围为lmA-3.5mA的电流脉冲时，自由层110,210,310 (在器件100、200、300中)的磁化被配置为在2ns内切换(例如，不到2ns、大约2ns和/或略多于2ns)。
[0060]在示例性实施例中，珀尔帖材料可以是掺杂铌的SrTi03。引线L2可以包括具有高熔化温度的导电材料，例如，引线L2可以包括但不限于诸如钨、钥、TaN、Ta、TiN和及其混合物之类的导电材料。
[0061]现在转到图7，图7示出根据示例性实施例的珀尔帖MRAM器件(例如器件100、200、300)中的切换延迟分布的图700。
[0062]图700示出具有垂直磁各向异性的珀尔帖MRAM(自由层110、210、310、参考层114、214、314和绝缘磁体104、204、304的磁各向异性与平面垂直)中的切换延迟的概率分布。MRAM设计规范为:垂直磁各向异性(Ku2) =4.5 X 106emu/cm3 ;饱和磁化(Ms) =850emu/cm3 ;吉尔伯特阻尼常数(a )=0.01 ;自由层的体积(V) =100X 50X 3nm3。
[0063]金属-铁氧体界面(其为金属间隔物/绝缘磁体界面106、206、306)处的较高温度梯度(ST)可减小平均切换延迟，如图700中所示。但是，对于给定切换延迟和故障概率，切换温度梯度(STc)(显著)增加，这是由于自由层磁化的随机热波动所致。这可以使珀尔帖MRAM中的切换变得非重复且随机，这转而降低参数存储器成品率。热累积延迟导致切换延迟分布的长尾，如图7中所示。温差(δΤ)越低，热累积延迟的主导地位就越大，这导致分布的拉长尾。较低的ST (=2开尔文)比较高的δΤ (=10开尔文)的延迟扩展更大。
[0064]图8示出根据示例性实施例的具有垂直磁各向异性的珀尔帖MRAM (自由层110、210、310、参考层114、214、314和绝缘磁体104、204、304的磁各向异性与平面垂直)中的概率分布的图800。但是，在图8的情况下，示出根据示例性实施例，当稍微倾斜绝缘磁体(铁氧体)磁各向异性时的珀尔帖MRAM (例如，器件100、200、300)中的切换延迟分布，这可减小切换延迟扩展(与图700相比) 。在这种情况下，绝缘磁体104、204、304的磁化并不完全垂直(向上或向下)，而是磁化稍微倾斜一个角度，例如Θ tiit= 31/IO0构想绝缘磁体的磁化可以倾斜更小或更大，并且绝缘磁体的垂直磁各向异性并不限于倾斜Θ tilt= /10。
[0065]此外，对于给定温度梯度，自由层磁切换变得重复，并且切换延迟分布被压缩(即，X轴上的大小减小)。这种设计明显改进参数存储器成品率。借助自由层和绝缘磁体(铁氧体)之间的共线磁各向异性(9mt=0°)，自由层力矩围绕其易磁化轴(在我们的实例情况中，其与平面垂直，但并不限于此)的热感应初始角进动将启动磁振子电流感应磁化切换。具有足够低的切换故障概率的更快切换需要足够大的δΤ (>10Κ)。但是，借助稍微倾斜绝缘磁体各向异性(Θ ?it~Pi/10弧度)，磁振子电流感应磁化反转变得基本上与初始热波动无关，因此使得自由层切换几乎没有错误。
[0066]图9示出形成用于自由层双向写入的装置的过程的流程图900。参考图1中的器件 100。
[0067]首先，在方框902，在第一引线(例如，金属引线LI)上形成珀尔帖材料(例如，珀尔帖材料102)。在方框904，在珀尔帖材料102上形成第二引线(例如，金属引线L2)。在方框906，在第二引线上形成绝缘材料(例如，铁氧体绝缘材料104)。绝缘材料104可以具有面内磁各向异性(例如，左或右磁化)。
[0068]此外，在方框908，在绝缘磁体104上形成常规金属间隔物(例如，常规金属间隔物108)。绝缘磁体104是不导电的绝缘体。在方框910，在常规金属间隔物108上形成自由层(例如，自由层110)。在方框912，在自由层110上形成隧道势垒(例如，隧道势垒112)。在方框914，在隧道势垒112上形成参考层114。在方框916，在参考层114上形成第三引线(例如，金属引线L3)。
[0069]图10示出根据示例性实施例的形成用于自由层双向写入的装置的过程的流程图1000。参考图3中的器件300。
[0070]在方框1002，在衬底(例如，衬底301)上形成绝缘磁体(例如，绝缘磁体304)。在方框1004，在绝缘磁体304上形成常规金属间隔物(例如，金属间隔物308)。金属间隔物308也是第三引线(例如，金属引线L3)。在方框1006，在常规金属间隔物308上形成自由层(例如，自由层310)。
[0071]此外，在方框1008，在自由层310上形成隧道势垒(例如，隧道势垒312)。在方框1010，在隧道势垒312上形成参考层(例如，参考层314)。在方框1012，在参考层314上形成第二引线(例如，金属引线L2)。在方框1014，在第二引线上形成珀尔帖材料(例如，珀尔帖材料302)。在方框1016，在珀尔帖材料302上形成第一引线(例如，金属引线LI)。
[0072]图11示出根据示例性实施例的形成用于自由层双向写入的装置的过程的流程图1100。参考图2中的器件200。
[0073]在方框1102，在第一引线(例如，金属引线LI)上形成η型珀尔帖材料(例如，η型珀尔帖材料201)。η型珀尔帖材料201掺杂以掺杂剂以便在η型珀尔帖材料201中产生过量负电荷。在方框1104，在第四引线(例如，金属引线L4)上形成ρ型珀尔帖材料(例如，ρ型珀尔帖材料202)。ρ型珀尔帖材料202掺杂以掺杂剂以便在ρ型珀尔帖材料202中产生过量正电荷。
[0074]此外，在方框1106，在η型珀尔帖材料201和ρ型珀尔帖材料202上形成第二引线(例如，金属引线L2)。在方框1108，在第二引线L2上形成绝缘磁体(例如，绝缘磁体204)。在方框1110，在绝缘磁体204上形成常规金属间隔物(例如，常规金属间隔物208)。在方框1012，在常规金属间隔物208上形成自由层210。在方框1114，在自由层210上形成隧道势垒(例如，隧道势垒212)，并且在方框1116，在隧道势垒212上形成参考层(例如，参考层214)。在方框1118，在参考层214上形成第三引线(例如，金属引线L3)。
[0075]在此使用的术语只是为了描述特定的实施例并且并非旨在作为本发明的限制。如在此所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文明确地另有所指。还将理解，当在此说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了声明的特性、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是并不排除一个或多个其它特性、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或增加。
[0076]下面权利要求中的对应结构、材料、操作以及所有功能性限定的装置或步骤的等同替换，旨在包括任何用于与在权利要求中具体指出的其它元件相组合地执行该功能的结构、材料或操作。出于示例和说明目的给出了对本发明的描述，但所述描述并非旨在是穷举的或是将本发明限于所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于所属【技术领域】的普通技术人员来说许多修改和变化都将是显而易见的。实施例的选择和描述是为了最佳地解释本发明的原理和实际应用，并且当适合于所构想的特定使用时，使得所属【技术领域】的其它普通技术人员能够理解本发明的具有各种修改的各种实施例。
[0077]在此示出的流程图只是一个实例。在此描述的这些图或步骤(或操作)可以存在许多变型而不偏离本发明的精神。例如，可以按不同的顺序执行步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。所有这些变型都被视为要求保护的本发明的一部分。
[0078] 尽管描述了本发明的示例性实施例，但所属【技术领域】的技术人员将理解的是，可以在现在和将来进行各种落入下面权利要求范围的改进和增强。这些权利要求应该被解释为维持对首先描述的本发明的正确保护。
【权利要求】
1.一种磁阻随机存取存储器(MRAM)器件，包括: 磁叠层，其包括与隧道势垒相邻的参考层、与自由层相邻的所述隧道势垒以及与金属间隔物相邻的所述自由层；以及 绝缘磁体，其布置在所述磁叠层和珀尔帖材料之间； 所述珀尔帖材料热耦合到所述绝缘磁体和所述磁叠层； 其中冷却所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面导致所述绝缘磁体传递自旋扭矩以便沿第一方向旋转所述自由层的磁化；以及 其中加热所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面导致所述绝缘磁体传递所述自旋扭矩以便沿第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
2.根据权利要求1的器件，其中跨连接到所述珀尔帖材料的第一引线和第二引线施加的具有第一极性的电压导致所述绝缘磁体传递所述自旋扭矩以便沿所述第一方向旋转所述自由层的所述磁化；以及 其中跨连接到所述珀尔帖材料的所述第一引线和所述第二引线施加的具有第二极性的电压导致所述绝缘磁体传递所述自旋扭矩以便沿所述第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
3.根据权利要求1的器件，其中沿所述第一方向的所述自由层的所述磁化与沿所述第二方向的所述自由层的所述磁化相反。
4.根据权利要求1的器件,其中: 所述自由层的所述磁化 是面外的； 所述绝缘磁体的磁化是面外的并且是倾斜的，所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜对应于从所述绝缘磁体的垂直方向倾斜的各向异性；以及 所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜减小用于旋转所述自由层的所述磁化的所述自旋扭矩的切换延迟。
5.根据权利要求2的器件，其中经由所述珀尔帖材料的所述第一引线和所述第二引线施加的电流脉冲针对所述电压的所述第一极性导致冷却所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面，并且针对所述电压的所述第二极性导致加热所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面。
6.根据权利要求1的器件，还包括: 第一引线、第二引线和第三引线； 其中所述珀尔帖材料与所述第一引线相邻，所述第二引线与所述珀尔帖材料相邻，所述绝缘磁体与所述第二引线相邻，所述叠层与所述绝缘磁体相邻，并且所述第三引线与所述叠层相邻。
7.根据权利要求6的器件，其中所述自由层被配置为借助测量跨所述第二引线和所述第三引线的电阻而读取所述自由层的状态。
8.根据权利要求1的器件，还包括: 第一引线、第二引线、包括所述金属间隔物的第三引线，以及衬底； 其中所述绝缘磁体与所述衬底相邻，所述叠层与所述绝缘磁体相邻，所述第二引线与所述叠层相邻，所述珀尔帖材料与所述第二引线相邻，并且所述第一引线与所述珀尔帖材料相邻。
9.根据权利要求8的器件，所述自由层被配置为借助测量跨所述第二引线和所述第三引线的电阻而读取所述自由层的状态。
10.根据权利要求1的器件，其中所述珀尔帖材料是掺杂铌的SrTi03。
11.根据权利要求2的器件，其中: 所述第二引线包括导电材料；以及 所述导电材料包括以下项中的一个或多个:钨、钥、TaN、Ta、TiN以及它们的组合。
12.一种磁阻随机存取存储器(MRAM)器件，包括: 磁叠层，其包括与隧道势垒相邻的参考层、与自由层相邻的所述隧道势垒，以及与金属间隔物相邻的所述自由层； 绝缘磁体； η型珀尔帖材料，其热耦合到所述绝缘磁体和所述磁叠层；以及 P型珀尔帖材料，其热耦合到所述绝缘磁体和所述磁叠层； 其中冷却所述η型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面以及冷却所述P型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面导致所述绝缘磁体传递自旋扭矩以便沿第一方向旋转所述自由层的磁化；以及 其中加热所述η型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面以及加热所述P型珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面导致所述绝缘磁体传递所述自旋扭矩以便沿第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
13.根据权利要求12的器件，还包括: 第一引线、第二引线、第三引线和第四引线； 其中所述η型珀尔帖材料与所述第一引线相邻，并且所述第二引线的一部分与所述η型珀尔帖材料相邻； 其中所述P型珀尔帖材料与所述第四引线相邻，并且所述第二引线的一个不同部分与所述P型珀尔帖材料相邻；以及 其中所述绝缘磁体与所述第二引线相邻，所述叠层与所述绝缘磁体相邻，并且所述第三引线与所述叠层相邻。
14.根据权利要求13的器件，其中跨分别连接到所述η型珀尔帖材料和所述P型珀尔帖材料的所述第一引线和所述第四引线施加的具有第一极性的电压将导致所述绝缘磁体基于所述电压的所述第一极性而传递所述自旋扭矩以便沿所述第一方向旋转所述自由层的所述磁化；以及 其中跨分别连接到所述η型珀尔帖材料和所述P型珀尔帖材料的所述第一引线和所述第四引线施加的具有第二极性的电压将导致所述绝缘磁体基于所述电压的所述第二极性而传递所述自旋扭矩以便沿所述第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
15.根据权利要求12的器件，其中: 所述自由层的所述磁化是面外的； 所述绝缘磁体的磁化是面外的并且是倾斜的，所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜对应于从所述绝缘磁体的垂直方向倾斜的各向异性；以及 所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜减小用于旋转所述自由层的所述磁化的所述自旋扭矩的切换延迟。
16.根据权利要求14的器件，其中经由所述η型珀尔帖材料的所述第一引线和所述P型珀尔帖材料的所述第四引线施加的电流脉冲针对所述电压的所述第一极性导致冷却所述η型珀尔帖材料和所述绝缘材料之间的界面并且冷却所述P型珀尔帖材料和所述绝缘材料之间的界面；以及 其中经由所述η型珀尔帖材料的所述第一引线和所述P型珀尔帖材料的所述第四引线施加的所述电流脉冲针对所述电压的所述第二极性导致加热所述η型珀尔帖材料和所述绝缘材料之间的所述界面并且加热所述P型珀尔帖材料和所述绝缘材料之间的所述界面。
17.一种形成磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的方法，所述方法包括: 形成与衬底相邻的绝缘磁体； 形成与所述绝缘磁体相邻的金属间隔物，所述金属间隔物是第三引线； 形成与所述金属间隔物相邻的自由层； 形成与所述自由层相邻的隧道势垒； 形成与所述隧道势垒相邻的参考层； 形成与所述参考层相邻的第二引线； 形成与所述第二引线相邻的珀尔帖材料；以及 形成与所述珀尔帖材料相邻的第一引线。
18.根据权利要求17的方法，还包括冷却所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的界面，以导致所述绝缘磁体传递自旋扭矩以便沿第一方向旋转所述自由层的磁化；以及 加热所述珀尔帖材料和所述绝缘磁体之间的所述界面，以导致所述绝缘磁体传递所述自旋扭矩以便沿第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
19.根据权利要求17的方法，其中: 所述自由层的所述磁化是面外的； 所述绝缘磁体的磁化是面外的并且是倾斜的，所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜对应于从所述绝缘磁体的垂直方向倾斜的各向异性；以及 所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜减小用于旋转所述自由层的所述磁化的所述自旋扭矩的切换延迟。
20.一种形成磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的方法，所述方法包括: 形成与第一引线相邻的η型珀尔帖材料； 形成与第四引线相邻的P型珀尔帖材料； 形成与所述η型珀尔帖材料和所述P型珀尔帖材料两者相邻的第二引线； 形成与所述第二引线相邻的绝缘磁体； 形成与所述绝缘磁体相邻的金属间隔物； 形成与所述金属间隔物相邻的自由层； 形成与所述自由层相邻的隧道势垒； 形成与所述隧道势垒相邻的参考层；以及 形成与所述参考层相邻的第三引线。
21.根据权利要求20的方法，其中跨分别连接到所述η型珀尔帖材料和所述P型珀尔帖材料的所述第一引线和所述第四引线施加的具有第一极性的电压将导致所述绝缘磁体基于所述电压的所述第一极性而传递所述自旋扭矩以便沿所述第一方向旋转所述自由层的所述磁化；以及 其中跨分别连接到所述η型珀尔帖材料和所述p型珀尔帖材料的所述第一引线和所述第四引线施加的具有第二极性的电压将导致所述绝缘磁体基于所述电压的所述第二极性而传递所述自旋扭矩以便沿所述第二方向旋转所述自由层的所述磁化。
22.根据权利要求20的方法，其中: 所述自由层的所述磁化是面外的； 所述绝缘磁体的磁化是面外的并且是倾斜的，所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜对应于从所述绝缘磁体的垂直方向倾斜的各向异性；以及 所述绝缘磁体的所述磁化的所述倾斜减小用于旋转所述自由层的所述磁化的所述自旋扭矩的切换延迟。`
【文档编号】H01L29/82GK103503154SQ201280021478
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月3日 优先权日:2011年5月3日
【发明者】D·W·阿布拉汗, N·N·莫于穆德尔 申请人:国际商业机器公司