CN1480946A - 多位磁性存储器 - Google Patents
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Abstract
一种存储单元(8)包括用铁磁材料包覆的导体(34)；在包覆导体(14)的相对侧上的第一和第二间隔层(16、24)；在第一间隔层(16)上的第一数据层(12)；和在第二间隔层(24)上的第二数据层(22)。
Description
技术领域
磁性随机存取存储器(“MRAM”)是可用于短期和长期数据储存的非易失存储器。MRAM具有比短期存储器如DRAM、SRAM和闪烁存储器低的功耗。MRAM可进行比常规长期存储器件如硬盘驱动器更快的读和写操作。此外，MRAM比硬盘驱动器更紧凑和消耗更低的功率。MRAM还可用于埋置应用，如超快处理器和网络设备。
背景技术
典型的MRAM器件包括存储单元阵列、沿着存储单元的行延伸的字线、和沿着存储单元的列延伸的位线。每个存储单元位于字线和位线的交叉部位。
存储单元可以以隧道磁阻(TMR)器件如自旋相关隧道(SDT)结为基础。典型的SDT结包括钉扎层、检测层以及夹在钉扎层和检测层之间的绝缘隧道阻挡层。钉扎层具有固定的磁化取向，以便在感兴趣范围内存在施加磁场时不旋转。检测层具有可以在两个方向的任一个方向取向的磁化：与钉扎层磁化相同的方向，或与钉扎层磁化相反的的方向。如果钉扎层和检测层的磁化处于相同方向，则可以说SDT结的取向是“平行的”。如果钉扎层和检测层的磁化处于相反方向，则可以说SDT的取向是“反平行的”。这两个稳定取向即平行和反平行可对应逻辑值“0”和“1”。
钉扎层的磁化取向可通过下层反铁磁(AF)钉扎层来固定。AF钉扎层提供大的交换场，该交换场保持钉扎层的磁化在一个方向。在AF层的下面通常是第一和第二籽晶层。第一籽晶层允许第二籽晶层以(111)晶体结构取向生长。第二籽晶层建立用于AF钉扎层的(111)晶体结构取向。
发明内容
根据本发明的一个方案，存储单元包括具有铁磁材料的导体包层；在包层导体的相反侧上的第一和第二间隔层；在第一间隔层上的第一数据层；以及在第二间隔层上的第二数据层。下面结合表示本发明的实施例的附图详细说明本发明的原理，使本发明的其它方案和优点更显然。
附图说明
图1表示根据本发明实施例的磁性存储器件的示意图。
图1a和1b表示磁性存储器件的不同磁化取向的示意图。
图2表示用于磁性存储器件的数据和参考层的磁滞回路的示意图。
图3表示在磁性存储器件上的写操作的示意图。
图4a-f表示在根据本发明实施例的磁性存储器件上的读操作的示意图。
图5表示根据本发明实施例的MRAM存储器件的示意图。
图6a-6c表示用于读取根据本发明实施例的MRAM存储器件的方法的示意图。
图7表示制造MRAM器件的示意方法。
图8-11表示根据本发明第一实施例的包层导体的示意图，示出了在制造的不同阶段期间的包层导体。
图12表示根据本发明第二实施例的包层导体的示意图。
具体实施方式
参照图1，其中示出了包括第一和第二磁性隧道结10和20的磁性存储器件8。第一磁性隧道结10包括第一数据层12、参考层14的上部分14a以及数据层12和上部分14a之间的第一绝缘隧道阻挡层16。第一数据层12由铁磁材料制成并具有可在通常沿着其磁化轴的两个方向(实线所示方向和虚线所示的另一方向)中的任一方向取向的磁化(由矢量M1表示)。参考层14的上部分14a也由铁磁材料制成并具有可在通常沿着其磁化轴的两个方向的任一方向取向的磁化(由矢量M3表示)。第一数据层12以及参考层14的上部分14a的磁化轴可在相同的方向延伸。
如果第一数据层12和参考层14的上部分14a的磁化矢量(M1和M3)指向相同的方向，则第一磁性隧道结10的取向被认为是“平行”(见图1a)。如果第一数据层12和参考层14的上部分14a的磁化矢量(M1和M3)指向相反的方向，则第一磁性隧道结10的取向被认为是“反平行”(见图1b)。这两个稳定取向即平行和反平行可对应逻辑值“0”和“1”。
第一绝缘隧道阻挡层16允许在第一数据层12和参考层14的上部分14a之间产生量子机械隧道效应。这种隧道现象是与电子自旋相关的，使第一磁性隧道结10的电阻是第一数据层12和参考层14的上部分14a的磁化矢量(M1和M3)的相对取向的函数。例如，如果磁性隧道结10的磁化取向是平行的，则第一磁性隧道结10的电阻是第一值(R)，如果该磁化取向是反平行的，则上述电阻为第二值(R1+？R1)。第一绝缘隧道阻挡层16可以由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)、或氧化镁(MgO)制成。其他的介质材料和某些半导体材料也可用于第一绝缘隧道阻挡层16。绝缘隧道阻挡层16的厚度可以在约0.5纳米到约3纳米范围内。
通常认为第一磁性隧道结10具有1MΩ的标称电阻(R1)和30％的隧道磁阻。如果第一数据层磁化矢量(M1)指向左边，上部分磁化矢量(M3)指向右边(如图1b中所示)，磁性隧道结10的磁化取向将是反平行的，并且磁性隧道结10的电阻将为R1+？R1或1.3MΩ。如果数据层磁化矢量(M1)和参考层磁化矢量(M3)都指向右边(如图1a中所示)，则磁性隧道结10的磁化取向将是平行的，并且磁性隧道结10的电阻将为R1＝1.0MΩ。
第二磁性隧道结20包括第二数据层22、参考层14的下部分14b以及第二数据层22和下部分14b之间的第二绝缘隧道阻挡层24。第二隧道结20可具有与第一磁性隧道结10相同的结构。如果结构相同，第二数据层22由铁磁材料构成并具有可在通常沿着其磁化轴的两个方向中的任一方向取向的磁化(由矢量M2表示)。参考层14的下部分14b也由铁磁材料制成并具有可在通常沿着其磁化轴的两个方向的任一方向取向的磁化(由相同的矢量M3表示)。第二绝缘隧道阻挡层24允许在第二数据层22和参考层14之间产生量子机械隧道效应。第二磁性隧道结20的电阻是第二数据层22和参考层14的下部分14b的磁化矢量(M2和M3)的相对取向的函数。
第一电导体30与第一数据层12接触，第二电导体32与第二数据层22接触。参考层14包括第三导体34。导体30、32和34可由如铜或铝等材料制成。第一和第二导体30和32在相同方向延伸。第三导体34大体垂直于第一和第二导体30和32。
参考层14还包括在第三导体34上的铁磁包层36。参考层14的上部分14a包括在第三导体34和第一绝缘隧道阻挡层16之间的部分包层36。参考层的下部分14b包括在第三导体34和第二绝缘隧道阻挡层24之间的部分包层36。示出的包层厚度相对于第三导体34放大了。包层36的厚度可为约1-50nm(通常为4nm)。向第三导体34输送电流将围绕第三导体34产生磁场。如果电流流进第三导体34，则该磁场使参考层磁化矢量(M3)指向第三导体34的顺时针方向(如图1所示)。如果电流流进相反方向，则该磁场使参考层磁化矢量(M3)指向第三导体34的逆时针方向。磁化在上部分14A中指向一个方向，在下部分14b中指向相反方向。包层36提供磁场的导通路径。
另外参考图2，其中示出了用语第一和第二数据层12和22的磁滞回路L1和L2。图2还示出了参考层14和上部分14a和下部分14b的磁滞回路L3。第一和第二数据层12和22可具有相同的矫顽力。即，HC1＝HC2。数据层12和22的矫顽力(HC1，HC2)比参考层部分14a和14b的矫顽力(HC3)高很多。数据层矫顽力(HC1，HC2)可以至少比参考层部分14a和14b的矫顽力(HC3)高2-5倍。例如，数据层矫顽力(HC1，HC2)可以为约250e，参考层矫顽力(HC3)可以为约50e。因此，认为参考层部分14a和14b比数据层12和22“软”，这是因为参考层磁化矢量(M3)更容易倒置。优选使参考层部分14a和14b的矫顽力(HC3)尽可能的低。
可以通过采用不同的位形状、几何形状、成分、厚度等使矫顽力不同。潜在的铁磁层材料包括镍铁(NiFe)、镍铁钴(NiFeCo)、钴铁(CoFe)、NiFeCo的其它软磁合金、掺杂非晶铁磁合金以及PERMALLOYTM。例如，数据层12和22可由如NiFeCo或CoFe的材料构成，并且包层36可由铁磁材料如NiFe构成。
磁性隧道结10和20可具有相同的电阻，但是不限于此。可通过采用用于绝缘隧道阻挡层16和24的不同厚度和/或材料使磁性隧道结10和20的电阻不同。下面将介绍具有不同电阻的磁性隧道结。
磁性隧道结10和20可作为两个独立位而操作。在这种双位结构中，存储器件8具有四个可能逻辑值：逻辑“00”、逻辑“01”、逻辑“10”和逻辑“11”。在替换方式中，磁性隧道结可作为位-位条(bit-bitbar)工作。在这种位-位条结构中，存储器件8具有两个可能的逻辑值：逻辑“0”和逻辑“1”(如果第一磁性隧道结10储存逻辑“1”，则第二磁性隧道结20储存逻辑“0”；如果第一磁性隧道结10储存逻辑“0”，则第二磁性隧道结20储存逻辑“1”)。双位结构提供比位-位条结构更高的储存密度。然而，位-位条结构提供自参考读操作，它可以利用更好的公共模式噪声抑制和更好的信噪比更快地进行操作。
现在参考图3。用于双位结构的写操作可通过向第一、第二和第三导体30、32和34输送第一、第二和第三写电流(IW1、IW2和IW3)来进行。第一、第二和第三写电流(IW1、IW2和IW3)分别产生围绕第一、第二和第三导体30、32和34的第一、第二和第三磁场(H1、H2和H3)。第一和第三磁场在组合时(H1+H3)超过第一数据层12的矫顽力，因此使第一数据层12的磁化矢量(M1)设定在所希望的取向。第一数据层磁化矢量(M1)的取向确定储存在第一磁性隧道结10中的逻辑值。第二和第三磁场在组合时(H2+H3)超过第二数据层22的矫顽力，因此使第二数据层22的磁化矢量(M2)设定在所希望的取向。第二数据层磁化矢量(M2)的取向确定储存在第二磁性隧道结20中的逻辑值。
第一数据层磁化矢量(M1)的取向可以独立于第二数据层磁化矢量(M2)的取向而设定。这样，第一和第三写电流的组合(IW1+IW3)可独立于第二和第三写电流(IW2+IW3)的组合而施加。
还通过向第一、第二和第三导体30、32和34输送第一、第二和第三写电流(IW1、IW2和IW3)来进行用于位-位条结构的写操作。使第一和第二数据层12和22的磁化矢量(M1和M2)指向相同方向(左边或右边)。在读操作期间，参考层14的上部分14a中的磁化总是指向参考层的下部分14b中的磁化的相反方向。结果是，第二磁性隧道结20储存在第一磁性隧道结10中储存的逻辑值的补数。
对于两种结构，可以依次写第一和第二磁性隧道结10和20。例如，第一和第二写电流(IW1或IW2)输送给第一或第二导体30或32，并利用小延迟(例如，20ns)将第三写电流(IW3)输送给第三导体34。结果是，首先施加硬轴场以利用它在沿着磁化轴对准的磁化矢量(M1和M2)上产生的更高力矩(磁化轴和硬轴由标以EA和HA的箭头表示)。
如果三个写电流的幅度相等，则围绕第一和第二导体30和32的磁场比围绕第三导体34的磁场对数据层22的影响更大(因为部分磁场使铁磁包层36饱和)。第三写电流(IW3)的幅度可比第一和第二写电流(IW1和IW2)的幅度更大，以便补偿铁磁包层36的饱和并在磁化矢量(M1和M2)上产生更高的力矩。
读操作一般可通过向第三导体34输送读电流进行。读电流产生围绕第三导体34的磁场。磁场使参考层14的上部分14a的磁化指向参考层14的下部分14b磁化的相反方向。由于参考层14的矫顽力(HC3)很低，因此读电流的幅度也很低。这样，得到的磁场不影响数据层12或22的磁化。
下面参考图4a。可通过读取一个磁性隧道结10或20，然后读取另一个磁性隧道结来进行双位结构的读操作。为读取第一磁性隧道结10，在第一导体30的一端和第三导体34上的节点(N)之间施加电压(V)。结果是，检测电流(IS10)流过第一磁性隧道结10。同时，读电流(IR)输送给第三导体34。读电流(IR)设定参考层14的磁化矢量(M3)。检测和读电流(IS10+IR)流进节点(N)。由于读电流(IR)的幅度是已知的，因此可以确定检测电流(IS10)的幅度以及第一磁性隧道结10的电阻和逻辑状态。检测电流(IS10)与第一磁性隧道结10的电阻成反比。因此IS10＝V/R1或IS10＝V/(R1+？R1)。第二磁性隧道结20的逻辑状态可用相同方式确定，如图4b所示(其中IS20表示流过第二磁性隧道结20的检测电流)。
双位结构中的磁性隧道结10和20可以同时读取。图4c表示同时读取磁性隧道结10和20的一种方式。第一导体30连接到第一读出放大器410的第一输入端，第二导体32连接到第二读出放大器420的第一输入端。当电压(V)施加于读出放大器410和420的第二输入端时，读出放大器410和420在它们的第一输入端产生偏置电压。这些偏置电压使检测电流(IS10和IS20)流过第一和第二磁性隧道结10和20。第一读出放大器410检测其第二输入端的电流(IS10)，并产生与检测电流(IS10)成比例的输出电压。第一读出放大器输出电压表示第一磁性隧道结10的电阻状态。第二读出放大器420检测在其第二输入端上的电流(IS20)，并产生与该检测电流(IS20)成比例的输出电压。第二读出放大器输出电压表示第二磁性隧道结20的电阻状态。
图4d表示同时读取磁性隧道结10和20的另一种方式。第一磁性隧道结10具有两个电阻状态(R1，R1+？R1)，第二磁性隧道结20具有两个电阻状态(R2，R2+？R2)。在读操作期间，第一电位(V)施加于第一和第二导体30和32，并且第三导体34保持在低于第一电位的电位。结果是，第一检测电流(IS10)流过第一磁性隧道结10并进入节点(N)，并且第二检测电流(IS20)流过第二磁性隧道结20并进入节点(N)。测量流进节点(N)的电流总和(IS10+IS20+IR)可推断器件8的电阻状态。推断的电阻状态将为R1+R2、R1+R2+？R1、R1+R2+？R2、或R1+R2+？R1+？R2。只要？R1是不同于？R2而可检测的，可以读取四个不同电阻状态并因此读取四个不同逻辑电平。
参见图4e和4f，通过向第三导体34输送读电流(IR)，同时穿过两个磁性隧道结10和20施加电压(V)，同时检测流过磁性隧道结10和20的电流(IS10+IS20)，并比较检测电流(IS10+IS20)，由此可进行位-位条结构的读操作。读电流(IR)产生围绕第三导体34的磁场(H3)和使参考层磁化矢量(M3)假设为公知取向。如图4e所示，第一磁性隧道结10的磁化取向是反平行的，第二磁性隧道结20的磁化取向是平行的。因此，第一磁性隧道结10的电阻高于第二磁性隧道结20的电阻，并且第一磁性隧道结10的检测电流(IS10)高于第二磁性隧道结20的检测电流(IS20)。检测电流(IS10和IS20)的比较表示器件8存储逻辑“1”。
如图4f所示，第一磁性隧道结10的磁化取向是平行的，并且第二磁性隧道结20的磁化取向是反平行的。因此，第一磁性隧道结10的电阻小于第二磁性隧道结20的电阻，并且第一磁性隧道结10的检测电流(IS10)小于第二磁性隧道结20的检测电流(IS20)。检测电流(IS10和IS20)的比较表示器件8存储逻辑“0”。
现在参考图5，其中示出了MRAM器件110。MRAM器件110包括存储单元114的阵列112。每个存储单元114包括第一和第二磁性隧道结10和12。存储单元114在行和列方向排列，并且行沿着x方向延伸，列沿着y方向延伸。为简化MRAM器件110的表示，只示出了相对少量的存储单元114。实际上，可采用任何尺寸的阵列。
字线116延着x方向延伸。每个字线116包括用铁磁材料35覆盖的第三导体34。每个字线116与一行第一绝缘隧道阻挡层16(第一磁性隧道结10)和一行第二绝缘隧道阻挡层24(第二磁性隧道结20)接触。第一和第二位线118和120沿着y方向延伸。每个第一位线118包括与第一数据层12(第一磁性隧道结10)的列接触的第一导体30。每个第一磁性隧道结10位于字线116和第一位线118的交叉部位。每个第二磁性隧道结20位于字线116和第二位线120的交叉部位。
MRAM器件110还包括第一和第二行解码器122a和122b、第一和第二列解码器124a和124b、以及读/写电路126。在读和写操作期间解码器122a、122b、124a和124b选择字线和位线116、118和120。被选择的第一磁性隧道结10位于被选择字线116和被选择第一位线118的交叉部位。被选择的第二磁性隧道结20位于被选择字线116和被选择第二位线120的交叉部位。
读/写电路126包括电流源128，用于在写操作期间向被选择字线和位线116、118和120输送写电流。电流源128还在读操作期间输送读电流。读/写电路126包括读出放大器130、接地连线132、和在读操作期间施加电压的电压源134。
读/写电路126可构成为进行双位或位-位条操作。在用于位-位条结构的写操作期间，读/写电路126将逻辑值写入被选择存储单元114的磁性隧道结10和20之一中，并将逻辑值的COMPLIMENT写入磁性隧道结10和20的另一个中。在双位结构的写操作期间，读/写电路126将分离的逻辑值写入被选择存储单元114的第一和第二磁性隧道结10和20中。
下面参考图6a，其中示出了双位和位-位条结构的读操作。通过在电流源128和接地连线132之间连接字线116而选择它。通过将第一和第二位线118和120连接到第一和第二读出放大器410和420的第一输入端而选择它们。阵列电压(Va)施加于第一和第二读出放大器410和420的第二输入端，在第二输入端产生电压(Va’)。约等于阵列电压(Va)的这个电压(Va’)使检测电流(IS10和IS20)流过。第一检测电流(IS10)从第一放大器410流过第一磁性隧道结10并进入接地连线132。第二检测电流(IS20)从第二放大器420流过第二磁性隧道结20并进入接地连线132。每个读出放大器410和420产生与在其第一输入端的检测电流成比例的输出电压。
在替换实施例中，被选择第一和第二位线116和118可以多路复用于一个读出放大器。一个读出放大器将进行两个分开的读操作。
对于双位结构，可采用第一比较器比较第一读出放大器410的输出与参考电压。如果第一读出放大器410的输出大于参考电压，则推断为第一逻辑值，如果第一读出放大器410的输出小于参考电压，则推断为第二逻辑值。第二磁性隧道结20的逻辑值可用相同方式确定。
对于位-位条结构，可通过比较器比较读出放大器410和420的输出。比较器的输出表示第一磁性隧道结10的电阻状态是否高于第二磁性隧道结20的电阻状态。如果第一读出放大器410的输出大于第二读出放大器420的输出，则推断为第一逻辑值。如果第一读出放大器410的输出小于第二读出放大器420的输出，则推断为第二逻辑值。可采用差分读出放大器代替该比较器以及第一和第二读出放大器410和420。
在阵列112中，磁性隧道结10和20通过很多平行路径一起耦合。在一个交叉部位看到的电阻等于在其它行和列中的磁性隧道结10和20的电阻和磁性隧道结平行的交叉部位的磁性隧道结10的电阻。因此，磁性隧道结10的阵列112可以以两级交叉部位电阻器网络为特征。
由于磁性隧道结10和20作为交叉部位电阻器网络而连接，因此寄生或潜行路径电流可能干扰被选择磁性隧道结10和20上的读操作。阻挡器件如二极管或晶体管可连接到磁性隧道结10和20。这些阻挡器件可阻挡寄生电流。
在替换方式中，可采用在受让人的美国专利US6259644中公开的“等电位”法处理寄生电流。在美国专利US6259644中公开的等电位法包括将电位施加于被选线，并将相同电位施加于未选位线和未选字线的子系统中。寄生电流被分流以便不干扰检测电流。
根据本发明的一个实施例，等电位可应用于如下阵列。被选字线116设定为阵列电压(Va)，被选位线118和120连接到地132，由此检测电流(IS10，IS20)流过第一和第二磁性隧道结10和20。阵列电压(Va)还施加于所有未选字线和位线116、118和120。因而，寄生电流不会干扰检测电流。
等电位法的另一实施例示于图6b中。在本例中，阵列112的每个存储单元114具有四个可检测电阻状态(R1+R2、R1+R2+？R1、R1+R2+？R2、或R1+R2+？R1+？R2)。阵列电压(Va)施加于读出放大器610的第一输入端，被选字线116连接到读出放大器610的第二输入端。读出放大器610的第二输入端将电压(Va’)耦合到被选字线116，其中Va’＝Va。被选位线118和120连接到地132。检测电流(IS10，IS20)流过第一和第二磁性隧道结10和20。读出放大器610通过产生与字线116上的总电流(IS10＋IS20)成比例的输出电压确定被选存储单元114的电阻状态。
为使寄生电流最小化，电压V1施加于所有上部未选位线118，电压V2施加于所有下部未选位线120。允许所有未选字线116浮置。寄生电流(IS10，IS20)流过施加电压V1和V2的结10和20。电压V1和V2可设定为阵列电压(Va)，由此V1＝V2＝Va。
图6C表示阵列112的每个存储单元114具有四个可检测电阻状态的另一实施例。读出放大器610的第一和第二输入端分别连接到地(GND)和被选字线116。阵列电压(Va)施加于被选位线118和120。电压V1施加于所有上部未选位线118，电压V2施加于所有下部未选位线120。V1＝V2＝GND。在替换实施例中，V1＝？，V2＝-？。其中？是在地(GND)上面只有几(例如几十)毫伏的小电位。因此，GND＜？＜＜Va。通过用这种方式偏置阵列的上部和下部，寄生电流(IS10，IS20)不会干扰检测电流。
图7表示形成MRAM器件的示意方法。在衬底上形成包括行解码器122a和122b、列解码器124a和124b以及读/写电路126的电路(方框210)。在衬底上淀积第一位线118的列(方框212)。第一位线118之间的空间用介质材料填充。
淀积磁性材料的第一叠置体(方框214)。该叠置体包括在第一位线118上的铁磁材料、和在铁磁材料上的绝缘隧道阻挡材料。将第一叠置体构图成位(方框216)，并用介质出来填充位线之间的空间。
在被构图的第一叠置体上形成字线116(方框218)，并用介质材料填充字线116之间的空间。还形成到衬底中的电路的互连(例如通路)。下面详细说明字线116的制造。
淀积磁性材料的第二叠置体(方框220)。该叠置体包括在字线116上的铁磁材料、以及在铁磁材料上的绝缘隧道阻挡材料。将第二叠置体构图成位(方框222)，并用介质材料填充位之间的空间。
在被构图的第二叠置体上形成第二位线120(方框224)，并用介质材料填充第二位线120之间的空间。还形成到达衬底中的电路的互连(例如通路)。
下面参照图8-11，其中示出了用于制造字线1116的铜镶嵌工艺。在形成在第一叠置体上的介质材料中刻蚀沟槽310(图8)。利用各向同性工艺淀积铁磁材料薄层36，以便沟槽310的侧壁被涂敷成与沟槽310的底部大致相同的厚度(图9)。该铁磁材料是可渗透的以便足以用做磁芯，并且在没有断开或太多空隙的情况下该铁磁材料围绕所有截面是连续的。然后利用电镀或其它合适手段用铜34填充沟槽310。然后使该结构平面化。该平面化结构示于图10中。在平面化结构上淀积铁磁材料层36(图11)。通过使该层的厚度与覆盖沟槽侧壁和底部的铁磁材料的厚度不同，可按照希望那样控制磁性能。
虽然作为完全包覆的形式(即在其顶部、底部和侧壁的包覆)示出了字线116，但不限于此。字线可以部分包覆。
下面参照图12，其中示出了部分包覆字线216的例子。只有铜芯34的顶部和底部用铁磁材料36包覆。该顶部和底部包层用做数据层。
虽然前面结合磁性隧道结介绍了本发明。但是本发明不限于此。本发明可应用于具有相同操作特性的其它类型磁阻器件。例如，本发明可应用于巨型磁阻(GMR)器件。GMR器件具有与TMR器件相同的基本结构，除了数据层和参考层由导电非磁性金属层而不是绝缘隧道阻挡层分开之外。示意间隔层金属包括金、银和铜。数据和参考磁化矢量的相对取向影响GMR器件的面内电阻。
本发明不限于GMR和TMR器件。例如，本发明可应用于顶部和底部自旋阀。
虽然前面已经介绍和示出了本发明的几个特殊实施例，但是本发明不限于这里所述和所示的特殊形式或部件的设置。本发明可根据下列权利要求书限定。
Claims (10)
1、一种存储单元(8)，包括：
用铁磁材料(36)包覆的导体(34)；
在包覆导体的相对侧上的第一和第二间隔层(16、24)；
在第一间隔层(16)上的第一数据层(12)；和
在第二间隔层(24)上的第二数据层(22)。
2、根据权利要求1的存储单元，其中导体(34)是完全被包覆。
3、根据权利要求1的存储单元，其中只有导体(34)的顶部和底部被包覆。
4、根据权利要求1的存储单元，其中包覆导体(14)是软磁的。
5、根据权利要求1的存储单元，其中第一和第二数据层(12，22)的矫顽力基本上高于包覆导体(14)的矫顽力。
6、根据权利要求1的存储单元，其中第一和第二数据层(12，22)由不同于导体(34)上的包层(36)的铁磁材料制成。
7、根据权利要求1的存储单元，其中间隔层(16，24)是绝缘隧道阻挡层，由此第一数据层和间隔层(12，16)以及包覆导体(14a)形成第一磁性隧道结，并且第二数据层和间隔层(22，24)以及包层导体(14b)形成第二磁性隧道结。
8、根据权利要求7的存储单元，该存储单元具有至少四个可检测的不同逻辑状态。
9、根据权利要求7的存储单元，还包括在第一数据层(12)上的第一导体(30)和在第二数据层(22)上的第二导体(32)，包覆导体(14)垂直于第一和第二导体(30，32)。
10、一种在权利要求7的存储单元上进行读操作的方法，该方法包括向包覆导体(14)施加读电流(IR)，并使第一和第二电流(IS10，IS20)流过第一和第二磁性隧道结。
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