磁轨、信息存储装置和操作该信息存储装置的方法

专利名称：磁轨、信息存储装置和操作该信息存储装置的方法
技术领域：
—个或多个示例性实施例涉及磁轨、包括所述磁轨的信息存储装置和用于操作所
述信息存储装置的方法。
背景技术：
即使在断电时，非易失性信息存储装置也能保持记录的信息。传统的非易失性信息存储装置的示例包括硬盘驱动器(HDD)、非易失性随机存取存储器(RAM)等。
通常，由于HDD中包括的旋转机械装置，所以HDD会磨损。结果，会出现HDD操作失败，从而降低可靠性。同时，传统非易失性RAM的代表性示例是闪存。尽管传统的闪存不使用旋转机械装置，但这些存储器比传统HDD具有相对低的读写速度、相对短的寿命和小的存储容量。另外，传统的闪存具有相对高的制造成本。 另一非易失性存储器使用磁性材料的磁畴壁的移动。磁畴是最小的磁性区域，在该磁性区域中，在铁磁材料的特定方向布置了磁矩。磁畴壁是具有不同磁化方向的磁畴之间的较宽的区域。可通过向磁性材料提供电流来移动磁畴和磁畴壁。可通过使用磁畴和磁畴壁的移动来实现具有相对大的存储容量并且不使用旋转机械装置的信息存储装置。
尽管磁畴可具有相对小的大小(例如，长度大约为10nm)，但由于例如对平板工艺的限制，所以传统的读写单元不具有同样小的大小。目前，可将读单元或写单元的线宽降低至大约50nm和大约60nm之间(包括大约50nm和大约60nm)。因此，如果根据读单元(或写单元)的大小来确定磁畴的大小，则磁畴不小于大约50nm和大约60nm之间(包括大约50nm和大约60nm)。结果，增加记录密度相对困难。

发明内容
—个或多个示例性实施例提供一种磁轨，所述磁轨具有多个磁畴区域和在磁畴区域之间形成的磁畴壁区域。 —个或多个实施例提供一种使用磁畴和磁畴壁的移动的信息存储装置。
—个或多个实施例提供一种操作信息存储装置的方法。 根据至少一个示例性实施例，磁轨包括第一磁畴区域；至少一个第二磁畴区域。所述至少一个第二磁畴区域的长度可以与第一磁畴区域的长度不同。第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可以与第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度不同。 根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域的长度可大于第二磁畴区域的长度。另外，或作为选择，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可大于第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。 根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可以与第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度成比例；例如，可满足V1 = (11/12) XV2。在这个等式中，ll是第一磁畴区域的长度，12是第二磁畴区域的长度，VI是第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度，V2是第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。
根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域的属性可以与第二磁畴区域的属性不同。例如，第一磁畴区域可以与第二磁畴区域的自旋极化(spinpolarization)、饱和磁化强度和磁各向异性能量常数中的至少一个不同。 根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域和第二磁畴区域中的一个磁畴区域可具有比另外一个磁畴区域快的磁畴壁移动速度。第一磁畴区域和第二磁畴区域较快的一个磁畴区域的自旋极化可大于另一个的自旋极化。作为选择，或者另外，第一磁畴区域和第二磁畴区域中较快的磁畴区域的饱和磁化强度可小于另一个的饱和磁化强度。具有较快磁畴壁移动速度的磁畴区域的宽度可小于另一个的宽度。具有较快磁畴壁移动速度的磁畴区域的厚度可小于另一个磁畴区域的厚度。 根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域的宽度和/或厚度中的至少一个可以与第二磁畴区域的宽度和厚度不同。 根据至少一些示例性实施例，多个第二磁畴区域可以串行连接到第一磁畴区域的两端中的至少一端。 —个或多个示例性实施例提供一种磁轨，所述磁轨包括第一磁畴区域和至少一个第二磁畴区域。所述至少一个第二磁畴区域的长度可以小于第一磁畴区域的长度。第一磁畴区域可用作信息读/写区域。 第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可大于第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。在一个示例中，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可以与第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度成比例；例如，可满足V1 = (11/12)XV2。在这种情况下，11是第一磁畴区域的长度，12是第二磁畴区域的长度，VI是第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度，V2是第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。 —个或多个示例性实施例提供一种包括磁轨的信息存储装置。根据至少一些示例性实施例，所述磁轨包括多个磁畴区域和在每对相邻的磁畴区域之间形成的磁畴壁区域。所述多个磁畴区域包括第一磁畴区域和至少一个第二磁畴区域。所述至少一个第二磁畴区域的长度可小于第一磁畴区域的长度。所述信息存储装置还可包括第一单元和磁畴壁移动单元。所述第一单元可在第一磁畴区域中执行信息记录操作和信息再现操作中的至少一个。所述第一单元可以是隧道磁电阻(TMR)装置或巨磁电阻(GMR)装置。所述磁畴壁移动单元可移动磁畴壁区域的磁畴壁。 根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可大于第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度可以与第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度成比例；例如，可满足V1 = (11/12) XV2。在这种情况下，ll是第一磁畴区域的长度，12是第二磁畴区域的长度，VI是第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度，V2是第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。 第一磁畴区域的属性可以与第二磁畴区域的属性不同。例如，第一磁畴区域与第二磁畴区域的自旋极化、饱和磁化强度和磁各向异性能量常数中的至少一个可以不同。第一磁畴区域的自旋极化可大于第二磁畴区域的自旋极化，并且/或第一磁畴区域的饱和磁化强度可小于第二磁畴区域的饱和磁化强度。 根据至少一些示例性实施例，第一磁畴区域与第二磁畴区域的宽度和厚度中的至少一个可以不同。例如，第一磁畴区域的宽度可小于第二磁畴区域的宽度。作为选择，或者
5另外，第一磁畴区域的厚度可小于第二磁畴区域的厚度。 多个第二磁畴区域可被串行连接到第一磁畴区域的两端中的至少一端。


从下面结合附图对示例性实施例的描述中，总发明构思将是显然的并容易被理解，其中 图1是根据示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的横截面 图2和图3是根据示例性实施例的信息存储装置的读/写单元的横截面 图4是示出根据提供到三个具有不同自旋极化的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度改变的曲线图； 图5是示出根据提供到三个具有不同饱和磁化强度的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度改变的曲线图； 图6是示出根据提供到三个具有不同磁各向异性能量常数的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度改变的曲线图； 图7是示出根据提供到三个具有不同宽度的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度改变的曲线图； 图8是示出根据提供到两个具有不同厚度的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度改变的曲线图； 图9A和图9B是根据另一示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的平面 图10A和图10B是根据另一示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的横截面图。
具体实施例方式
现在将参照附图更全面地描述各种示例性实施例，在附图中示出了一些示例性实施例。 这里公开了详细示出的示例性实施例。然而，公开的特定结构和功能细节仅仅是代表性的，是为了描述示例性实施例的目的。然而，可以以许多替换形式来实施总发明构思，并且不应该将总发明构思解释为仅限于这里阐述的示例性实施例。 因此，尽管示例性实施例能够有各种修改和替换形式，但可在附图中通过举例的
方式来示出示例性实施例，这里将详细描述示例性实施例。然而，应该理解，没有意图将示
例性实施例限于公开的特定形式，相反，示例性实施例将覆盖落入总发明构思的范围内的
所有修改、等同物和替换。贯穿对附图的描述，相同的标号表示相同的元件。 应该理解，尽管术语第一、第二等在这里可被用于描述各种元件，但是这些元件不
应该被这些术语所限制。这些术语只用于相互区分元件。例如，在不脱离示例性实施例的
范围的情况下，第一元件可被称作第二元件，同样，第二元件可被称作第一元件。如这里所
使用的，术语"和/或"包括列出的相关项的一个或多个的任何或所有结合。 应该理解，当元件或层被称为"形成在"另一元件或层上时，该元件可直接或间接
形成在另一元件或层上。也就是说，例如，可存在中间元件或层。相反，当元件或层被称为
"直接形成在"另一元件或层上时，则不存在中间元件或层。应该以相同的方式来解释用于描述元件或层之间的关系的其他词语(例如，"在...之间"与"直接在...之间"、"相邻"
与"直接相邻"等)。 这里使用的术语只为了描述特定实施例的目的，并不意于限制示例性实施例。这里所使用的单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指出。还应该理解，但这里使用术语"包括"时，术语"包括"指定陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。附图中的相同标号表示相同元件。
图1是根据示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的横截面图。 参照图l，磁轨100在既定、期望或预定的方向(例如，X轴方向)上延伸。磁轨
100是铁磁材料形成的信息存储层。例如，除了其他材料，磁轨100可包括Co、 Ni、 Fe及其
组合等中的至少一个，根据至少该示例性实施例，磁轨100包括第一磁畴区域dl和至少一
个第二磁畴区域d2。第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2可具有不同的长度。例如，第一
磁畴区域dl的长度11可大于第二磁畴区域d2的长度12。第一磁畴区域dl可用作信息存
储装置的读/写区域。 可在第一磁畴区域dl的至少一个侧面沿第一磁畴区域dl的长度方向上布置(例如串行布置)多个第二磁畴区域d2。例如，图1中的磁轨100包括多个连续布置的磁畴区域。磁畴区域之一构成第一磁畴区域dl，然而，其他磁畴区域构成第二磁畴区域d2。在图1中，磁轨100中除了第一磁畴区域dl之外的区域用Rl指示。其他区域R1包括第二磁畴区域d2。尽管图1中将第二磁畴区域d2布置在第一磁畴区域dl的两个侧面，但是可将第二磁畴区域d2只布置在第一磁畴区域dl的一个侧面。例如，可将第一磁畴区域dl布置在磁轨100的至少一端。然而，可在各个位置布置第一磁畴区域dl。 根据至少一些示例性实施例，可形成两个或多个第一磁畴区域dl。如果形成了两个第一磁畴区域dl，可在磁轨100的一端布置一个第一磁畴区域dl，而在磁轨100的另一端(相对端)布置另一第一磁畴区域dl。如果形成三个或多个第一磁畴区域dl，则可以以相等或者基本相等的间隔来布置第一磁畴区域dl。 可在每对相邻的磁畴区域之间形成磁畴壁区域DW。例如，在图1中，可在第一磁畴区域dl和各个相邻的第二磁畴区域d2之间布置磁畴壁区域DW。还可在每对相邻的第二磁畴区域d2之间布置磁畴壁区域DW。磁畴壁区域DW是钉扎(pi皿ing)磁畴壁的区域。
在图1中，二维地示出磁畴壁区域DW。但是，磁畴壁区域DW可以是具有既定、期望或者预定体积的三维区域。例如，磁畴壁区域DW可以是掺有杂质的区域或者具有凹槽(notch)的区域，从而通过掺入杂质或形成凹槽来定义磁畴壁区域DW。可在磁轨100的两个侧面形成凹槽。因为限定了磁畴壁区域DW，因此限定了多个磁畴区域(例如，第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2)。尽管磁轨100具有图1的线性形式，但是，磁轨100可具有各种可替换形式。 可在第一磁畴区域dl上形成第一单元200。第一单元200的长度可以与第一磁畴区域dl的长度11相同或者相似。第一单元200可以是使用隧道磁电阻(tu皿elmagneto-resistance, TMR)效应的装置(这里，将其称作TMR装置)，或者是使用巨磁电阻(GMR)效应的装置(以下称作GMR装置)。第一单元200可以是写单元、读单元或者读/写单元。尽管图1中在第一磁畴区域dl的底面形成第一单元200，但是第一单元200可位于第一磁畴区域dl的顶面上，或者第一单元200可被划分，并位于第一磁畴区域dl的顶面和底面上。如果形成两个或多个第一磁畴区域dl，则可在每个第一磁畴区域dl上形成第一单元200。下面将更详细地描述第一单元200。 还参照图1，所述信息存储装置还可包括连接到磁轨100的磁畴壁移动单元300。磁畴壁移动单元300可包括电源。电源可以是被配置为产生脉冲电流的电流源。磁畴壁移动单元300还可包括位于电源和磁轨100之间的开关装置，比如晶体管或二极管。尽管在图1中磁畴壁移动单元300连接到磁轨100的一端，但是，磁畴壁移动单元300可被连接到磁轨100的另一端或者两端。当从磁畴壁移动单元300向磁轨100提供脉冲电流时，磁畴区域(例如，第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2)中的磁畴和磁畴壁区域DW中的磁畴壁可在既定、期望或者预定的方向上移动一比特。 在更详细的示例中，响应于脉冲电流，第n磁畴区域(例如第一磁畴区域dl或第二磁畴区域d2)中的磁畴和第n磁畴壁区域DW中的磁畴壁可分别移动到第(n+l)(或第(n-l))磁畴区域(第一磁畴区域dl或第二磁畴区域d2)和第(n+l)(或第(n-l))磁畴壁区域DW。因为通常认为电流以与电子移动的方向相反的方向流动，所以磁畴和磁畴壁以与电流流动方向相反的方向移动。 多个磁畴区域中的每个磁畴区域可对应于一比特。因此，响应于脉冲电流，位于第一点Pl的磁畴壁可移动到第二点P2，位于第二点P2的磁畴壁可移动到第三点P3。作为选择，位于第二点P2的磁畴壁可移动到第一点Pl，位于第三点P3的磁畴壁可移动到第二点P2。在第一磁畴区域dl中的磁畴壁移动速度V1可大于在第二磁畴区域d2中的磁畴壁移动速度V2。根据至少一个示例性实施例，第一磁畴区域dl的长度11、第二磁畴区域d2的长度12、第一磁畴区域dl的磁畴壁移动速度VI和第二磁畴区域d2的磁畴壁移动速度V2满足等式(1)。 为了实现磁畴壁移动速度上的差别，第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2可具有
不同的属性和/或大小(例如，厚度和/或宽度)，稍后将对其进行详细描述。 现在，将参照图2和图3详细描述第一单元200的示例性结构。 参照图2的示例性实施例，第一单元200A包括在第一磁畴区域dl的底面上形成
的第一钉扎层(pinning layer) 40a。第一隔离层20a可被置于第一钉扎层40a和第一磁畴
区域dl之间。尽管在图2中，在第一磁畴区域dl的底面上形成第一钉扎层40a，但是，作为
选择，可在图2中的第一磁畴区域dl的顶面上形成第一钉扎层40a。 第一隔离层20a可以是绝缘层或者是导电层。如果第一隔离层20a是绝缘层，则第一单元200A可以是TMR装置。如果第一隔离层20a是导电层，则第一单元200A可以是GMR装置。 仍参照图2，第一单元200A还包括在第一钉扎层40a的底面上形成的第一电极60a和在第一磁畴区域dl上形成的第二电极60b。可在第二电极60b和第一磁畴区域dl之间形成具有大于磁轨100的电阻的电阻层30。电阻层30可用作抑制和/或者防止电流的电垒向第一单元200A泄漏，其中，所述电流被提供给磁轨100以移动磁畴和磁畴壁。电阻层30可以不中断在第一电极60a和第二电极60b之间提供的电流的流动。可使用具有合适的电阻的材料来将电阻层30形成为合适的厚度。例如，电阻层30的特定电阻可比磁轨100的特定电阻大大约500和大约10000倍之间(例如，在大约1000倍和大约3000倍之间)。为了实现特定电阻上的差别，磁轨100可由NiFe、 Co、 CoNi、 CoFe、 CoCr、 CoCu、 NiCu、 FePt、FePd、 CoCrPt、 CoFeTb、 CoFeGd、 CoTb和CoFeNi之一、或它们之间的结合等形成，然而，电阻层30可由具有相对高的特定电阻的一个或多个材料形成。例如，电阻层30可以由非晶材料CoZrNb和CoFeB之一、它们的结合、或者包含比如Si和B的杂质的磁性材料形成。
如果隔离层20a是导电层，则可在磁轨100和第一隔离层20a之间形成与电阻层30相同或者基本相同的层。 尽管在图2中没有示出，但是可在第一钉扎层40a和第一电极60a之间形成用于钉扎第一钉扎层40a的磁化方向的至少一层。所述至少一层可包括反铁磁性的层。在现有技术中已公知用于钉扎第一钉扎层40a的磁化方向的一层(或多层)的结构，因此，将省略对其的详细描述。 图3是第一单元的另一示例性实施例的横截面示图。 参照图3的示例性实施例，第一单元200B包括在第一磁畴区域dl的底面上形成的第一钉扎层40a和在第一磁畴区域dl的顶面上形成的第二钉扎层40b。第一钉扎层40a和第二钉扎层40b可具有相反的磁化方向。在第一钉扎层40a和第二磁畴区域dl之间形成第一隔离层20a。在第二钉扎层40b和第一磁畴区域dl之间形成第二隔离层20b。
第一隔离层20a和第二隔离层20b可以是绝缘层或者是导电层。如果第一隔离层20a和第二隔离层20b是导电层，则可在第一隔离层20a和第一磁畴壁区域dl之间以及第二隔离层20b和第一磁畴区域dl之间形成与图2所示的电阻层30相同或者实质上相同的层。可在第一钉扎层40a的底面形成第一电极60a。可在第二钉扎层40b的顶面形成第二电极60b。 将简要描述通过使用分别在图2和图3示出的第一单元200A和200B来记录和再现信息的方法。 通过将写电流以既定、期望或预定方向提供给图2的第一单元200A，来将既定、期
望或预定信息记录在第一磁畴区域dl中。可根据写电流的方向来改变将在第一磁畴区域dl中记录的信息的类型。 例如，在图2中，如果将第一写电流从第二电极60b提供给第一电极60a，则电子从第一电极60a流向第二电极60b。在这种情况下，只有与第一钉扎层40a具有相同自旋方向的电子通过第一钉扎层40a，并向第一磁畴区域dl提供自旋转移力矩(spin transfertorque)。具有与第一钉扎层40a相反的自旋方向的电子不通过第一钉扎层40a。因此，第一磁畴区域dl可被磁化为与第一钉扎层40a相同的方向。在这种情况下，在第一磁畴区域dl中可记录信息"0"。 在另一示例中，如果将第二写电流从第一电极60a提供给第二电极60b，则电子从第二电极60b流向第一电极60a。在这种情况下，因为具有与第一钉扎层40a相同的自旋方向的电子通过第一钉扎层40a并流向第一 电极60a，而具有与第一钉扎层40a相反的自旋方向的电子不通过第一钉扎层40a，所以向第一磁畴区域dl提供自旋转移力矩。相反，这些电子返回到第一磁畴区域dl。因此，第一磁畴区域dl可被磁化为第一钉扎层40a的相反方向。在这种情况下，可在第一磁畴区域dl中记录信息"l"。这样，可通过向第一单元200A提供既定、期望或预定写电流来在第一磁畴区域dl的磁畴中记录信息"O"或"l"。
如果使用如图3所示的第一单元200B，则因为可以从第一钉扎层40a和第二钉扎层40b中的每一层向第一磁畴区域dl提供自旋转移力矩，所以与图2所示的第一单元200A相比，可用较小的电流量来执行记录操作。 通过重复地在既定、期望和预定方向上提供写电流并将磁轨100的磁畴壁移动1比特，可在磁轨100中记录多条信息。 可向第一单元200A提供读电流以再现记录在图2所示的第一磁畴区域dl中的信息。因为读电流的电阻根据记录在第一磁畴区域dl中的信息的类型而改变，所以可确定记录在第一磁畴区域dl中的信息。可在第一电极60a和第二电极60b之间或者在第一电极60a和磁轨100的一端提供读电流。尽管可在第一电极60a和磁轨100的一端提供读电流，但是除第一磁畴区域dl之外的所有磁畴区域(例如第二磁畴区域d2)的磁化状态可不会很大地影响读电流。相反，其上形成第一单元200A的第一磁畴区域dl的磁化状态显著影响读电流的量。在如图3所示的第一单元200B的情况下，可在第一电极60a和第二电极60b之一与磁轨100的一端之间提供读电流。 通过在既定、期望或预定方向上提供读电流并将磁轨100的磁畴壁移动1比特而重复地读第一磁畴域dl的信息，来从磁轨100再现多条信息。 如上所述，当在既定、期望或预定方向上移动磁轨100的磁畴壁时，在第一磁畴区域dl中的磁畴壁移动速度可能会大于第二磁畴区域d2中的磁畴壁移动速度。例如，参照图1，当位于第一点Pl的磁畴壁移动到第二点P2时，位于第二点P2的磁畴壁移动到第三点P3。 在图1中，可由例如第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2(例如，其他区域Rl)的不同属性和/或大小而引起磁畴壁移动速度不同。更详细地讲，例如，如果第一磁畴区域dl与第二磁畴区域d2的自旋极化Sp、饱和磁化强度Ms和/或磁各向异性能量常数Ku不同，则第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2可具有不同的磁畴壁移动速度。此外，如果第一磁畴区域dl与第二磁畴区域d2的厚度和/或宽度不同，则第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2可具有不同的磁畴壁移动速度。现在将参照图4至图8来描述第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2具有不同磁畴壁移动速度的原理。 图4是示出根据提供到三个具有不同自旋极化Sp的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度V。w改变的曲线。将结合图1来描述图4。 参照图4，随着自旋极化Sp增加，磁畴壁移动速度V。w增加。因此，当形成图l所示的结构时，可通过有选择地增加第一磁畴区域dl的自旋极化Sp来增加第一磁畴区域dl中的磁畴壁移动速度V。『用于增加自旋极化Sp的方法的示例是气体吸附方法。更详细地讲，通过只将第一磁畴区域dl暴露给气相而只在第一磁畴区域dl中吸收既定、期望或预定气相。结果，可增加第一磁畴区域dl的自旋极化Sp。作为选择，可使用其他方法来使第一磁畴区域dl和其他区域Rl之间的自旋极化Sp不同。 图5是示出根据提供到三个具有不同饱和磁化强度Ms的磁轨样本的电流密度，磁
10畴壁移动速度V，改变的曲线图。将结合图1来描述图5。 参照图5，随着饱和磁化强度Ms降低，磁畴壁移动速度VTO增加。因此，当形成图1所示的结构时，可通过使第一磁畴区域dl的饱和磁化强度Ms比第二磁畴区域d2的饱和磁化强度Ms低，来增加第一磁畴区域dl中的磁畴壁移动速度V。w。例如，如果软磁层附加到第一磁畴区域dl的表面，则由于软磁层而降低第一磁畴区域dl的饱和磁化强度Ms。在图2中，例如，软磁层可被置于第一磁畴区域dl和第一隔离层20a之间和/或第一磁畴区域dl和电阻层30之间。在图3中，软磁层可被置于第一磁畴区域dl和第一隔离层20a之间和/或第一磁畴区域dl和第二隔离层20b之间。代替所述使用软磁层的方法和/或与使用软磁层的方法一起，还可使用其他方法。例如，通过用具有相对低的饱和磁化强度Ms的第一材料形成第一磁畴区域dl并用具有相对高的饱和磁化强度Ms的第二材料形成第二磁畴区域d2，可使饱和磁化强度Ms不同。 图6是示出根据提供到三个具有不同磁各向异性能量常数Ku的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度V，改变的曲线图。将结合图l来描述图6。 参照图6，随着磁各向异性能量常数Ku增加，磁畴壁移动速度VTO增加，然后降低。更详细地讲，磁各向异性能量常数Ku大约是2X 106erg/CC的磁轨样本的磁畴壁移动速度VDW大于磁各向异性能量常数Ku大约是IX 106erg/CC的磁轨样本的磁畴壁移动速度VDW。然而，磁各向异性能量常数Ku大约是3 X 106erg/cc的磁轨样本的磁畴壁移动速度VDW只稍小于磁各向异性能量常数Ku大约是2X 106erg/CC的磁轨样本的磁畴壁移动速度VDW。基于此，磁畴壁移动速度VTO可增加，直至磁各向异性能量常数Ku增加到既定、期望或预定临界值，但是当磁各向异性能量常数Ku大于临界值时，磁畴壁移动速度VWD可只稍微降低。磁各向异性能量常数Ku是与磁轨100的结晶度相关的材料常数。例如，随着磁轨100的结晶度提高(例如，相对好或者更好)，磁各向异性能量常数Ku增加。因此，当形成图l所示的结构时，通过使第一磁畴区域dl与第二磁畴区域d2(例如图1中的其他区域R1)的结晶度不同，第一磁畴区域dl与第二磁畴区域d2的磁各向异性能量常数Ku可以不同。因此，第一磁畴区域dl与第二磁畴区域d2中的磁畴壁移动速度V^可以不同。
例如，如果杂质离子(比如氦(He)离子或镓(Ga)离子)加进磁轨100的既定、期望或预定区域，则所述既定、期望或预定区域的磁各向异性能量常数Ku可有选择地降低。这里，所述既定、期望或预定区域可以是第一磁畴区域dl或第二磁畴区域d2。除了涂杂质离子，也可使用其他方法。例如，因为在基层(base layer)上形成的磁层(magnetic layer)的结晶度可根据基层的结晶度而改变，所以可通过在具有不同结晶度特性的基层上形成第一磁畴区域dl和第二磁畴区域d2，而使第一磁畴区域dl与第二磁畴区域d2的结晶度不同。 图7是示出根据提供到三个具有不同宽度的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速度L变化的曲线图。将结合图1来描述图7。 参照图7，随着磁轨样本的宽度减小，磁畴壁移动速度V^增加。磁轨样本的宽度与提供的电流密度成反比。因此，在磁轨IOO中，如果第一磁畴区域dl的宽度(例如，在Y轴方向上的长度)大约是32nm，第二磁畴区域d2的宽度大约是64nm，并在第一磁畴区域dl中流过大约60MA/cm2的电流，则在第二磁畴区域d2中流过大约30MA/cm2的电流。如图7所示，如果在具有大约32nm的宽度的磁轨样本中流过大约60MA/cm2的电流，则磁畴壁以大约55. 6m/s的速度移动。如果在具有大约64nm的宽度的磁轨样本中流过大约30MA/cm2 的电流，则磁畴壁以大约22. 4m/s的速度移动。因此，如果第一磁畴区域dl的宽度大约是 32nm，第二磁畴区域d2的宽度大约是64nm，并且在第一磁畴区域dl中流过大约60MA/cm2 的电流，则第一磁畴区域dl中的磁畴壁移动速度VTO (大约55. 6mm/s)大约是第二磁畴区域 d2中的磁畴壁移动速度VTO(大约22. 4mm/s)的2. 5倍。 图8是示出根据提供到两个具有不同厚度的磁轨样本的电流密度，磁畴壁移动速 度V，变化的曲线图。将结合图1来描述图8。 参照图8，随着磁轨样本的厚度减小，磁畴壁移动速度V^增加。磁轨样本的厚度与 提供的电流密度成反比。因此，在磁轨100中，如果第一磁畴区域dl的厚度大约是5nm，第 二磁畴区域d2的厚度大约是10nm，并且在第一磁畴区域dl中流过大约60MA/cm2的电流， 则在第二磁畴区域d2中流过大约30MA/cm2的电流。如图8所示，如果在具有大约5nm的厚 度的磁轨样本中流过大约60MA/cm2的电流，则磁畴壁以大约53. 5m/s的速度移动。如果在 具有大约10nm的厚度的磁轨样本中流过大约30MA/cm2的电流，则磁畴壁以大约5. 5m/s的 速度移动。因此，如果第一磁畴区域dl的厚度大约是5nm，第二磁畴区域d2的厚度大约是 10nm，并且在第一磁畴区域dl中流过大约60MA/cm2的电流，则第一磁畴区域dl中的磁畴壁 移动速度VTO(大约53. 5m/s)大约是第二磁畴区域d2中的磁畴壁移动速度VTO(大约5. 5m/ s)的10倍。 表1显示了基于图4至图8的曲线根据磁轨的材料特性和大小(宽度和厚度)，磁
畴壁移动速度的示例性变化。 表1
条件l条件2磁畴壁移动速度比 (条件1/条件2)
自旋极化Sp0. 70. 51. 52
饱和磁化强度Ms (emu/cc)1002002. 13
各向异性能量常数Ku(Merg/cc)231. 11
宽度(nm)32642. 49
厚度(nm)5109. 73 参照表1，当磁轨的宽度和/或厚度改变时(例如，当磁轨的厚度改变时)磁畴壁 移动速度的变化大于材料特性改变时磁畴壁移动速度的变化。 在图1示出的示例性实施例中，通过使第一磁畴区域dl与其他区域R1中的自旋 极化Sp、饱和磁化强度Ms、磁各向异性能量常数Ku、宽度和厚度中的至少一个不同，磁畴壁 可在磁轨100的第一磁畴区域dl中以相对高的速度移动。因此，可实现满足等式(1)的磁 轨100和包括磁轨100的信息存储装置。
这样，根据上述示例性实施例，可实现如下所述的磁轨100，在所述磁轨100中，根 据磁畴区域的长度，磁畴区域具有不同磁畴壁移动速度。此外，如果磁轨ioo被应用到信息 存储装置，则可有选择地只将其上形成有第一单元200的第一磁畴区域dl形成为相对大， 而其他区域Rl(第二磁畴区域d2)可形成为相对小。例如，不管第一单元200的大小，可尽 可能小地形成其他区域R1，从而增加记录密度。另外，因为不需要将第一单元200形成为与 其他区域R1 —样小，所以可更容易地形成第一单元200。 图9A是根据另一示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的平面图。图9B是根 据另一示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的平面图。 在图9A和图9B中，图1中示出的第一磁畴区域dl和其他区域Rl具有不同宽度。
参照图9A，磁轨100a的第一磁畴区域dl'具有相对小的第一宽度wl，而其他磁畴 区域(例如第二磁畴区域d2')具有较大的第二宽度w2。第一磁畴区域dl'可以是形成有 第一单元200的区域。连接区域DWl'用作磁畴壁区域，并且可在第一磁畴区域dr和相邻 第二磁畴区域d2'之间形成。如图9A所示，例如，连接区域DW1'的宽度从相邻第二磁畴区 域d2'至第一磁畴区域dl'逐渐变细。尽管在图9A中二维地示出两个相邻第二磁畴区域 d2'之间的磁畴壁区域DW，但是磁畴壁区域DW可实质上是具有既定、期望或者预定体积的 三维区域。在图9A中，第一磁畴区域dl'的中心和第二磁畴区域d2'的中心可被置于同一 直线或轴上。作为选择，然而，如图9B所示，第一磁畴区域dl'和第二磁畴区域d2'的相对 位置可以改变。 参照图9B，第一磁畴区域dl'比图9A所示的第一磁畴区域dl'位于图中较低的 位置(与Y轴方向相反的方向)。在这个示例中，磁轨100b的侧面是平的。在图9B中，与 图9A所示的连接区域DW1'相似，第一磁畴区域dl"和相邻第二磁畴区域d2"之间的连接 区域DW"的宽度从相邻第二磁畴区域d2"到第一磁畴区域dl"逐渐变细。
图IOA是根据另一示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的横截面图。图10B 是根据另一示例性实施例的包括磁轨的信息存储装置的横截面图。在图IOA和图10B中， 图1中示出的第一磁畴区域dl和其他区域Rl具有不同的厚度。 参照图IOA，磁轨100c的第一磁畴区域dll'具有相对小的第一厚度tl，而其他磁 畴区域(例如，第二磁畴区域d22')具有较大的第二厚度t2。第一磁畴区域dll'可以是形 成有第一单元200的区域。连接区域DW2'可用作磁畴壁区域，并可在第一磁畴区域dll'和 相邻第二磁畴区域d22'之间形成。如图10A所示，连接区域DW2'的厚度从相邻第二磁畴 区域d22'到第一磁畴区域dll'逐渐变细。在图IOA中，尽管因为在磁轨100c的顶面形成 沟槽，因此磁轨100c的底面是平的，并且第一磁畴区域dll'具有相对小的厚度，但是可以 以各种方式(例如，如图IOB所示的方式)来修改这种结构。 图IOB所示的结构与通过完全颠倒图IOA所示的结构而获得的结构相似。参照图 lOB，第一磁畴区域dll'位于图的上面位置。在这个示例中，磁轨100d的顶面是平的。在图 IOB中，与图10A所示的连接区域DW2'相似，第一磁畴区域dll"和相邻第二磁畴区域d22" 之间的连接区域DW2"的厚度从相邻第二磁畴区域d22"到第一磁畴区域dll"逐渐变细。
在图9A、9B、10A和10B中，标号200表示在第一磁畴区域dl'、 dl"、 dll，或dll" 上形成的第一单元。在至少一个示例性实施例中，可形成第一单元200的一部分，可在第 一单元200的所述一部分上形成磁轨100a、100b、100c或100d，然后可在磁轨100a、100b、100c或100d上形成第一单元200的其他部分。可有选择地形成连接区域DW1'、DW1"、DW2' 或DW2"。尽管在图9A、图9B、图IOA和图10B上没有显示，但是与磁畴壁移动单元300相同 或者基本相同的单元可被连接到磁轨100a、100b、100c和100d的每一个中。
应该理解，这里描述的示例性实施例只是描述的意义，而不是为了限制的目的。例 如，本领域的技术人员应该理解，可以以各种方式来构造图1、2、3、9A、9B、10A和10B中示出 的结构，并且在图1、2、3、9A、9B、10A和10B中，磁轨100、 100a、 100b、 100c、 100d以及第一钉 扎层40a和第二钉扎层40b可具有垂直或水平磁各向异性。因此，每个示例性实施例中的各 个特征或方面的描述通常应该被认为可用于其他示例性实施例中的其他相似特征或方面。
权利要求
一种磁轨，包括第一磁畴区域；至少一个第二磁畴区域，所述至少一个第二磁畴区域的长度与第一磁畴区域的长度不同；其中，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度与第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度不同。
2. 如权利要求1所述的磁轨，其中，第一磁畴区域的长度大于第二磁畴区域的长度。
3. 如权利要求1所述的磁轨，其中，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度大于第二磁畴 区域中的磁畴壁移动速度。
4. 如权利要求1所述的磁轨，其中，满足V1 = (11/12) XV2，其中，11是第一磁畴区域 的长度，12是第二磁畴区域的长度，VI是第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度，V2是第二磁 畴区域中的磁畴壁移动速度。
5. 如权利要求1所述的磁轨，其中，第一磁畴区域的属性与第二磁畴区域的属性不同。
6. 如权利要求5所述的磁轨，其中，第一磁畴区域与第二磁畴区域的宽度和厚度中的 至少一个不同。
7. 如权利要求5所述的磁轨，其中，第一磁畴区域与第二磁畴区域的自旋极化、饱和磁 化强度和磁各向异性能量常数中的至少一个不同。
8. 如权利要求l所述的磁轨，其中，第一磁畴区域与第二磁畴区域的宽度和厚度中的 至少一个不同。
9. 如权利要求1所述的磁轨，其中，多个第二磁畴区域串行连接到第一磁畴区域的至 少一端。
10. —种磁轨，包括多个磁畴区域，所述多个磁畴区域包括第一磁畴区域和至少一个第二磁畴区域，所述 至少一个第二磁畴区域的长度小于第一磁畴区域的长度； 磁畴壁区域，形成在每对相邻的磁畴区域之间， 其中，第一磁畴区域是信息读/写区域。
11. 如权利要求io所述的磁轨，其中，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度大于第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。
12. 如权利要求ll所述的磁轨，其中，满足Vl = (11/12) XV2，其中，11是第一磁畴区 域的长度，12是第二磁畴区域的长度，VI是第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度，V2是第二 磁畴区域中的磁畴壁移动速度。
13. —种信息存储装置，包括 权利要求10的磁轨；第一单元，被构造为在第一磁畴区域中执行信息记录操作和信息再现操作中的至少一个.磁畴壁移动单元，被构造为移动磁畴壁区域的磁畴壁。
14. 如权利要求13所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度大 于第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。
15. 如权利要求14所述的信息存储装置，其中，满足V1 = (11/12) XV2，其中，11是第 一磁畴区域的长度，12是第二磁畴区域的长度，VI是第一磁畴区域中的磁畴壁移动速度，V2是第二磁畴区域中的磁畴壁移动速度。
16. 如权利要求14所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域的属性与第二磁畴区域的属性不同。
17. 如权利要求16所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域与第二磁畴区域的宽度和厚度中的至少一个不同。
18. 如权利要求16所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域与第二磁畴区域的自旋极化、饱和磁化强度和磁各向异性能量常数中的至少一个不同。
19. 如权利要求18所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域的自旋极化大于第二磁畴区域的自旋极化。
20. 如权利要求18所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域的饱和磁化强度小于第二磁畴区域的饱和磁化强度。
21. 如权利要求14所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域与第二磁畴区域的宽度和厚度中的至少一个不同。
22. 如权利要求21所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域的宽度小于第二磁畴区域的宽度。
23. 如权利要求21所述的信息存储装置，其中，第一磁畴区域的厚度小于第二磁畴区域的厚度。
24. 如权利要求13所述的信息存储装置，其中，多个第二磁畴区域被串行连接到第一磁畴区域的至少一端。
25. 如权利要求13所述的信息存储装置，其中，第一单元是隧道磁电阻TMR装置和巨磁电阻GMR装置之一。
全文摘要
提供了一种磁轨、信息存储装置和操作该信息存储装置的方法。所述磁轨包括具有不同长度和不同磁畴壁移动速度的第一磁畴区域和第二磁畴区域。第一磁畴区域和第二磁畴区域中较长的磁畴区域用作信息读/写区域。所述信息存储装置包括磁轨。所述磁轨包括多个磁畴区域和在相邻磁畴区域之间形成的磁畴壁区域。所述多个磁畴区域包括第一磁畴区域和至少一个第二磁畴区域，所述至少一个第二磁畴区域的长度小于第一磁畴区域的长度。所述信息存储装置还包括第一单元和磁畴壁移动单元，其中，所述第一单元被构造为在第一磁畴区域上执行信息记录操作和信息再现操作中的至少一个，所述磁畴壁移动单元被构造为移动磁畴壁区域的磁畴壁。
文档编号G11C11/16GK101751988SQ20091025396
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月11日 优先权日2008年12月15日
发明者徐顺爱, 曹永真, 李成喆, 申在光, 皮雄焕, 裴智莹 申请人:三星电子株式会社