专利名称：带有自定向发射级的磁沟道晶体管的制备方法和装置的制作方法
技术领域：
一般说来，本发明涉及磁性存储系统所用的磁头，更具体地说，涉及一种磁沟道晶体管，它具有自定向的铁磁发射极，以提供一种增强的发射极-集电极电流传递比。
背景技术：
在信息处理业中，磁记录是一个关键的和无价的环节。虽然早期的磁带设备使用的是一百年前的基本原理，硬盘驱动器的基本原理也有四十年以上的历史了，但是技术创新仍然不断涌现，使磁记录产品的存储能力和性能不断提高。对于硬盘驱动器，自从第一台磁盘驱动器应用于数据存储，面密度或者说磁性介质上写入数据位的密度已经提高了超过两百万倍。由于记录磁头、介质、驱动器电子和机械指标的改进，面密度不断增大。
磁记录介质的尺寸在加速缩小，同时容量在增大。容量增大和尺寸缩小的一个原因是巨磁阻磁头(GMR)。一个GMR磁头包括一层自旋阀薄膜，与常规的MR磁头相比，它提供的磁阻比(MR比)高。MR比就是外部磁场在高值和低值之间切换时，电阻的百分比变化。
自旋阀薄膜，或者说自旋阀晶体管，也可以用于其他设备中，比如磁性存储器(MRAM)，以便在低功耗的情况下实现实质上无限次的重写操作。不过，尽管已知自旋阀晶体管展示了极高的MR比，在某些特定的温度下可达百分之几百，但是常规的自旋阀晶体管有一个缺点，集电极电流(IC)极小。例如，集电极电流(IC)是发射极电流(IE)的大约10-4。
集电极电流级别小的一个原因是因为电子散射。自旋阀晶体管的工作原理是基于电子的自旋相关散射。这表明，电子散射的方式有变化，取决于自旋阀晶体管的基极包括的自旋阀薄膜中，两层磁性薄膜中电子自旋的方向是平行(即电子的自旋方向与磁性层中原子的自旋方向对齐)还是反向平行。更确切地说，当电子流过一个导体时，大约一半处于所谓的自旋向下状态，其他的处于自旋向上状态。在自旋阀的磁性层中，自旋方向与原子自旋平行的电子，与相反方向自旋的电子相比，不太容易散射。所以，在一个自旋阀中，由于层中磁场的方向，电子会散射，每个层中流过的电流变小。不过，一个磁场，比如磁盘驱动器的记录介质中编码数据产生的磁场，可能会改变自旋阀中原子的自旋方向，使更大的电流能够通过自旋阀。
同样，在自旋阀晶体管中，在一个磁性层之内或者在磁性层和一个非磁性层之间的界面上，也会发生扩散性的散射。尽管如此，由于基极和集电极之间界面上的强烈衍射效应，散射的电子不能流入集电极，所以集电极电流减小了。
集电极电流小的另一个原因是因为两个肖特基势垒高度之间有一个小差异，所以收集效率有限。例如，一个典型的自旋阀晶体管可能包括一个FeCo/Au/Co自旋阀，在两个Si晶片之间切换。另外，加入了若干Pt层，以界定发射极和集电极肖特基二极管。在发射极侧和集电极侧，最终的Si-Pt肖特基势垒分别具有0.85eV和0.81eV的势垒高度(由于在发射极侧和集电极侧，肖特基二极管的制备方法不同)。
发射极肖特基势垒受到正向偏压时，就把热电子注入了自旋阀。热电子就是带有远高于费米能级之能量的电子(载体)，而费米能级用于描述在一个指定的温度下，电子能量级别的集合中最高的级别。热电子穿过自旋阀之后，就在Si-Pt集电极肖特基势垒处，按照这些热电子的能量和动量收集它们。典型情况下，注入的热电子中，只能收集少数几个。这不多的热电子保持着足够的能量，能够超越集电极处的肖特基势垒，正如以上的讨论，它仅仅略低于发射极势垒(即在集电极处为0.81eV，在发射极处为0.85eV)。鉴于功耗、操作速度、噪音等因素，不希望自旋阀晶体管中集电极电流对发射极电流(IC/IE)的最终传递比低。
另一种传感器是磁沟道晶体管(MTT)。一个磁沟道晶体管(MTT)包括一个铁磁(FM)比如钴铁(CoFe)发射极、一个沟道势垒、一个单一的超薄FM基极层以及一个集电极比如GaAs。通过一个毗邻的反铁磁(AFM)厚层比如铱锰(IrMn)或铂锰(PtMn)层，使发射极磁沟道晶体管在基极上。发射极由AFM厚定向层定向之后，穿过定向后发射极的电子变为极化的(也就是使电子的自旋方向或者朝上，或者朝下)，以便增大传递比(IC/IE)。
不过，此AFM厚层在发射极中增加了一个串联电阻，因而减小了能够通过发射极到达集电极的电流。此外，当一个磁沟道晶体管在高温下运行时，锰具有一种趋势，向沟道势垒层中扩散以及通过影响穿过沟道势垒层的电子而使晶体管的性能变差。另外，AFM材料都有一个截止温度，当一种AFM材料超过这个截止温度时(例如，MTT在高温下运行)，该AFM材料就失去其定向并且变为不定向。因此，如果发射极变为不定向，穿过发射极的电子也就不再极化，使磁沟道晶体管的性能变差。
可见，对于磁沟道晶体管所用的一个自定向发射极，需要增强发射极-集电极电流传递比(IC/IE)。
也可见，需要有一种方法和装置，使磁沟道晶体管薄膜中由反铁磁厚层引起的电阻减小。
发明内容
为了克服上述现有技术的局限，以及克服其他的局限(阅读和理解本说明书之后它们将变得显而易见)，本发明公开了磁沟道晶体管所用的一种自定向发射极。
本发明通过除去一个毗邻的反铁磁定向电阻厚层，减小了自定向发射极中的电阻，从而解决了上述问题。同时，本发明还通过除去基极的定向层，减少了磁沟道晶体管(MTT)基极的串联电阻。
依据本发明的原理形成磁沟道晶体管的一种方法，包括形成一个发射极、形成一个基极和形成一个集电极；发射极包括一个自定向的第一铁磁层，它具有第一磁性取向；基极包括一个第二铁磁层，由其间的一个势垒层与第一铁磁层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；集电极包括一个在第二铁磁层上的第三铁磁层；其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种磁沟道晶体管传感器。磁沟道晶体管传感器包括三个铁磁层、一个电流源和一个电流幅度探测器；自定向的第一铁磁层具有第一磁性取向；第二铁磁层与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；第三铁磁层位于第二铁磁层上，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流；电流源连接到自定向第一铁磁层和第二铁磁层，用于提供流向自定向第一铁磁层和第二铁磁层的电流；电流幅度探测器连接到第三铁磁层，用于探测根据第一和第二磁性取向，通过第三铁磁层的电流幅度。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种磁存储系统。磁存储系统包括一片可移动的磁记录介质，一个磁沟道晶体管传感器和一个传动装置，磁沟道晶体管传感器用于探测可移动记录介质上的磁信号，传动装置连接到磁沟道晶体管传感器，使传感器相对于介质移动，其特征在于，磁沟道晶体管传感器进一步包括三个铁磁层、一个电流源和一个电流幅度探测器；自定向的第一铁磁层具有第一磁性取向；第二铁磁层与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；第三铁磁层位于第二铁磁层上，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流；电流源连接到自定向第一铁磁层和第二铁磁层，用于提供流向自定向第一铁磁层和第二铁磁层的电流；电流幅度探测器连接到第三铁磁层，用于探测根据第一和第二磁性取向，通过第三铁磁层的电流幅度。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种磁沟道晶体管。磁沟道晶体管包括一个发射极、一个基极和一个集电极；发射极包括一个自定向第一铁磁层，它具有第一磁性取向；基极包括一个第二铁磁层，由其间的一个势垒层与第一铁磁层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；集电极包括一个在第二铁磁层上的第三铁磁层；其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种存储器件。存储器件包括多个导体，第一组平行的导体行布置在第二组导体行之上，第二组导体行垂直于第一组导体行，其特征在于，在第一组平行导体行之一和第二组导体行之一的交叉点处形成了一个结，而且在每个叉点处都布置一个磁沟道晶体管，以便在该处存储数据，磁沟道晶体管包括三个铁磁层；自定向的第一铁磁层具有第一磁性取向；第二铁磁层与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；第三铁磁层位于第二铁磁层上，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流。
在本说明书附带并形成其一部分的权利要求书中，具体指出了本发明特有的这些和多种其他的优点和新颖特性。不过，为了更好地理解本发明、其优点以及使用它所实现的目的，应当参考附图和附带的描述材料，附图形成了本说明书的另一部分，在描述材料中展示和介绍了依据本发明的一种装置的若干特定实例。
附图简要说明现在参考附图，其中相同的引用号自始至终表示对应的部件
图1展示了依据本发明的一个存储系统；图2展示了依据本发明之存储系统的一个具体实施例；图3展示了一个磁头的一种悬挂结构；图4展示了浮动块和磁头的ABS视图；图5展示了一种存储器件的一个实施例；图6展示了一种存储器件的操作，它使用了磁沟道晶体管的磁沟道结；图7展示了一个磁沟道晶体管(MTT)的能量图；图8展示了依据本发明的一个磁沟道晶体管，它带有减薄的基极层和一个自定向发射极；图9是一个流程图，展示了依据本发明的带有一个自定向发射极的磁沟道晶体管的形成过程。
具体实施例方式
在示范性实施例的以下说明中，参考了若干附图(附图形成了本说明书的一部分)，其中通过展示特定的实施例，说明了可以实施本发明的方式。应当理解，在不脱离本发明之范围的情况下，由于可以进行结构改变，所以也可以利用其他的实施例。
本发明通过除去一个毗邻的反铁磁定向电阻厚层，减小了自定向发射极层的串联电阻。同时，本发明还通过除去磁沟道晶体管基极的定向层，减少了晶体管基极的串联电阻。
图1展示了一个存储系统100。在图1中，传感器110受控于传动装置120。传动装置120控制着传感器110的位置。传感器110读写磁介质130上的数据。读/写信号传递到数据通道140。信号处理器150控制着传动装置120，并且对数据通道140的信号进行处理。此外，信号处理器150还控制着介质载体160，使得磁介质130相对于传感器110移动。并不意味着本发明仅限于存储系统100的一个具体类型，或者存储系统100中所用介质130的类型。
图2展示了依据本发明之存储系统200的一个具体实施例。在图2中，显示了一个硬盘驱动器存储系统200。系统200包括一个主轴210，它支撑着多片磁盘220并使它们旋转。主轴210由电机280转动，它又受控于电机控制器230。组合读写磁头270安装在浮动块260上，它又受到悬挂250和动臂240的支撑。处理电路与读写磁头270交换表示信息的信号，提供使磁盘220旋转的电机驱动信号，提供把浮动块260移动到各个磁轨的控制信号。虽然展示的是多磁盘存储系统，但是依据本发明单磁盘存储系统同样是可行的。
悬挂250和动臂240定位浮动块260，使读写磁头270与磁盘220的表面处于感应关系。当电机280转动磁盘220时，磁盘220的表面和ABS 290之间的一个薄气垫(气承)支撑着浮动块240。那么就可以使用读写磁头270，在磁盘220表面上的多个圆形的磁轨上写入信息，也可以从该处读取信息。
图3展示了一个磁头的一种悬挂结构300。浮动块310安装在悬挂322上。第一焊点330和第二焊点340分别把传感器350的导线连接到悬挂322上的导线345和348，第三焊点360和第四焊点370分别把写线圈(未显示)连接到悬挂322上的导线380和385。
图4为浮动块400和磁头410的ABS视图。浮动块有一根中心杆420以及两根侧杆430和460，中心杆支撑着磁头410。支撑杆420、430和460从横向杆440延伸出来。对于一片磁盘的旋转来说，横向杆440处于浮动块400的前缘450，而磁头410处于浮动块400的后缘470。
对附图1-4所示之磁存储系统的以上描述，目的仅仅是为了介绍，并不意味着本发明仅限于此处展示的磁存储系统。例如，磁存储系统可以包含多种记录介质比如磁带，以及多支动臂，每支动臂都可以支撑若干浮动块。此外，不使用一个气承浮动块，磁头的载体也可以使使磁头保持与介质接触或者是接近接触，比如以液承和其他接触或者接近接触的记录设备。
图5展示了一种存储器件500的一个实施例。存储器件500的一种类型是一种磁随机访问存储器(MRAM)。MRAM可以有至少两种磁性稳定状态，能够用电子方式写入和读出。一种存储器件500，比如MRAM，可以是非易失性固态磁存储器件，其中每个数据位存储在一个磁阻单元510中。因为无须连续地对固态存储器件刷新数据，这种非易失性与非破坏性读出、低功耗、高封装密度以及对存储位置的读写访问时间快相结合，是一种优于静态RAM、动态RAM和闪存的优点。
固态MRAM可以使用各向异性的磁阻(AMR)薄膜(也就是其电阻随施加的磁场而改变一种器件)作为磁阻元件510。磁阻(MR)响应越大(如巨磁阻(GMR)薄膜的响应)，MRAM就变得越是商业可行。不过，使用GMR薄膜的MRAM，其封装效率低于例如磁沟道晶体管(MTT)的磁沟道结(MTJ)的封装。磁沟道晶体管的磁沟道结使用交叉点架构(520、530)，提高了封装密度。
MRAM结构的一个可能的实施例，包括平行传感线520和平行字线530组成的一个阵列。平行传感线520和平行字线530的每个交接处都是一个磁阻单元510。磁阻单元510可以包括矫顽力不同的两个磁层，一个硬磁层540和一个软磁层550。同时通过一条传感线520的电流560和一条字线530的电流570产生的磁场，能够在520、530这两条线的交点，写入一个单元510。在字线530中一个较小的测量电流，使得在传感线520中探测到电阻变化，就能够读取单元510。
更具体地说，硬磁层540的磁性取向用于表示该数据位。为了写入数据，使一股电流570通过一条导线(字线530)，从而在邻近单元510处施加一个磁场，该磁场有足够的强度，能够使硬磁层540的磁性取向改变。为了读取，就通过一股较小的电流，它仅仅能够使软磁层550的磁性取向改变。该单元的电阻取决于硬磁层540和软磁层550是平行磁化还是反向平行磁化。因此，软磁层550的反转产生的电阻变化，就能够用于探查硬磁层540的磁化状态。
图6展示了一种存储器件600的操作，它使用了磁沟道结。磁沟道结(MTJ)610以及它形成的磁沟道晶体管(MTT)，可以用于一种存储器件中，比如磁RAM(MRAM)，也可以用于磁盘驱动器和磁带驱动器等设备中。图6中的设计使用了一个磁沟道结单元610，它包括两个磁性层620、625，由一个绝缘的薄势垒层630分开。磁沟道结610位于传感线640和字线650的交点处。当两层的磁性取向对齐时，例如第一层620使携带电流之电子的自旋极化，它利用量子沟道效应跨越势垒层630，到达例如第二层625，以产生例如一个一位(“1”)670。当第二铁磁层的磁化反转680时，沟道效应降低，因而可以产生一个零位(“0”)690。
这种沟道结器件可能需要一个MTT来选择每一位进行读写。不过，因为磁阻大，就能够在高性能的存储器件中，比如MRAM器件中，实施沟道结610。
图7展示了一个磁沟道晶体管(MTT)700的能量图。MTT包括一个铁磁(FM)发射极710比如CoFe、一个沟道势垒720比如Al2O3、一个超薄的单基极层730比如CoFe以及一个集电极740比如GaAs。发射极710使电子自旋极化715，因此自旋极化的电子电流717，就从发射极710通过沟道势垒720注入了基极730。在FM基极层730中，利用自旋有关的散射，自旋极化的电子进一步受到自旋过滤。
在磁沟道晶体管700的正常操作中，发射极710受到正向偏压760，使热电子的一股电流越过第一预定势垒级别790；处于预定势垒级别790的热电子超越了一个发射极/势垒界面735，比如一个肖特基势垒。热电子715通过沟道势垒720，注入基极730。热电子715具有一定的能量和动量，取决于发射极/势垒界面735处所用之金属/半导体的选择。这些热电子穿过沟道720，遇到第二势垒745，比如一个肖特基势垒。越过这个势垒745的电子，必须具有高于势垒745的能量，而且其动量适合基极730和集电极740之间半导体/金属界面的一种可用的状态。
因此，具有高能量和动量的电子715，将形成集电极电流750。丧失了其能量或者在基极层730中散射的所有其他电子，将放出热量并形成基极电流(IB)765。
由一台电流测量设备798测量的集电极电流750，决定性地取决于基极730的磁矩725或735相对于发射极710的磁矩715的方向。为了清楚起见，多数的自旋电子就是在磁性材料中其自旋与磁性取向对齐(低散射率)的电子，而少数的自旋电子就是其自旋与磁性取向相反(高散射率)的电子。因此，在平行的格局715、725中，大多数注入的电子715作为多数电子进入基极730。这些多数电子的散射概率低，结果就可以测量出大的集电极电流750。
在反向平行的格局715、735中，大多数电子715作为少数电子注入，这些少数电子的散射概率高，因此将在基极730中放出热量并形成基极电流765。仅有非常少量的多数电子将进入集电极740，结果使集电极电流750小。
通过例如提高沟道势垒720上施加的电压，也能够使输出的集电极电流750增大。不过，这种提高的电压会要求沟道势垒720具有更高的击穿电压。在基极中也可以使用一种自旋阀结构，以提供更大的磁控电流(MC——集电极电流中的变化)。不过，如同在自旋阀结构中的情形，多层基极的缺点是减小了输出电流750，因为自旋阀的多个层增大了串联电阻。因此，在保持大的磁控电流值的同时，提高集电极电流750的一种方法，是减少自旋无关的散射以及缩小基极层730的厚度。
图8展示了依据本发明的一个磁沟道晶体管800，它带有缩小了厚度的基极层和一个自定向发射极。磁沟道晶体管800可以划分为两个主要的类别，反铁磁(AFM)定向型和自定向型。反铁磁定向型磁沟道晶体管包括一种结构，它包括邻近一个非铁磁薄层的至少一个铁磁(FM)层。该铁磁层称为被定向层，因为一个邻近的AFM厚层(通常称为定向层)使它磁性定向或者说定向在一个固定不变的方向。定向层通过反铁磁的交换耦合，对被定向层的磁性取向进行定向。
在自定向器件中，可以在制造过程中对被定向层的磁矩进行定向；也就是由薄膜的特定厚度和成分来设定磁矩。自定向层可以是单一材料的单层形成，也可以是多种材料的一种复合的层结构。值得注意的是，自定向型磁沟道晶体管不需要在其邻近应用其他的外层来保持所需的磁性取向，所以被视为超过反铁磁定向型磁沟道晶体管的一种改进。
本发明之磁沟道晶体管800所用的自定向结构855包括一个基底810，它可以是任何适当的成分，包括半导体材料、玻璃或者陶瓷材料比如氧化铝(Al2O3)。任何系统，只要可以如图8所示，在基底810上沉积多层结构，都可以制造磁沟道晶体管800。
为了改变后续层的晶体结构或颗粒尺寸，沉积了种子层820。种子层820可以是多层，也可以是单层(即由邻近基底810的一个PtMn层构成)。
在本发明的一个实施例中，一种自定向的层状结构，比如制造发射极结构855所用的结构，可能包括至少两层铁磁薄膜830、850，由一层反铁磁耦合薄膜840分开。在这种结构中，能够去除使被定向层定向所用的邻近的一个反铁磁厚层。组成层状定向层的两层铁磁薄膜830、850，利用反铁磁耦合薄膜840的适当类型和厚度，相互反铁磁耦合，使得这两层铁磁薄膜830、850的磁性取向相互反向平行。
例如，自定向层830-850可以包括一种复合层状结构，它具有由CoFe制成的外层830和850。内层840可以由Ru制成。由于使用了正磁致伸缩的CoFe材料，这种CoFe/Ru/CoFe复合层状结构的定向强度高。不过，本发明不限于这些材料，也可能使用其他材料来取代CoFe和Ru，以实现高定向强度。
正如以上的讨论，需要高定向强度来保持第一磁性取向(图7中715)，使得自定向层暴露在非磁化作用下时基本不变。除了其他特性以外，这种提高的定向强度对扩大磁沟道晶体管效应的动态范围，即磁沟道晶体管800的电阻变化幅度有效果。同样，定向结构855的自定向场应当大于磁沟道晶体管800运行温度下的任何消磁场，以确保施加外部信号场期间，自定向结构855的磁性取向(图7中715)。
在自定向的发射极结构855和基极870之间，在自定向结构855上可以形成一个沟道势垒层860(即沟道)。基极870可以由一种铁磁材料制成，比如NiFe。与在基极中具有一个定向层的自旋阀晶体管不同，本发明是在发射极855中有一个定向层，也就是从基极870中去除了定向层。因此，本发明减小了基极870中的串联电阻，增大了穿过基极870的电流。在基极870上形成一个集电极880。集电极电流(图7中750)决定性地取决于基极的磁矩方向(图7中725、735)相对于发射极的磁矩方向(图7中715)。一个盖层890，比如Ta，可以用作一个缓冲层(即给予一个良好的生长表面)，并且阻止下伏材料在空气中被氧化。不过，本发明不限于使用一个缓冲层，也不限于这种具体的材料。
对于基极层870来说，MTT的基极层870中所用的AFM材料是高电阻材料，会使组合的定向层和AFM层产生一个串联电阻。该AFM层没有任何贡献，只是增大了电阻，降低了器件的性能。所以，需要降低MTT器件中的串联电阻，因为串联电阻是累积的，较大的电阻升高了层中的电压，比如在发射极、基极和集电极层中。因此，在本发明中，从基极层870中去除了AFM层，从而减小了基极层870中的电阻，提高了MTT的性能，因为可以把更大的电流从发射极结构855传送到集电极层880中。
所以，从基极870中去除AFM层(在基极870中减少了若干层)之后，提高了发射极-集电极电流传递比(IC/IE)，它减小了基极的厚度，减小了电阻，因此通过增大电流而提高了磁沟道的性能。
对于自定向的发射极结构855，可以通过薄膜的特定厚度和成分来设定发射极定向层的磁矩。自定向的发射极层855可以是单一材料的单层，也可以是如图8所示的多种材料830-850的一个复合层结构。不过，自定向的发射极855不需要在其邻近应用其他的外层来保持所需的磁性取向，因此是超过反铁磁定向型器件的一种改进，因为发射极855没有邻近的反铁磁层产生的附加电阻。
本领域的一个普通技术人员会理解，在发射极855、基极870和集电极880上都有电压降。如果在发射极结构855中的电阻大，由于以上讨论的串联电阻，在组合的发射极结构855和AFM上的电压降也将会高。因此，在发射极结构855中去除了AFM定向厚层并且在发射极855、基极870和集电极880上施加相同的电压(如同使用AFM厚层时施加的电压)，就会产生更大的发射极电流(图7中717)，也就是，如果能够从发射极结构855向集电极880传递更大的电流(即提高发射极-集电极电流传递比(IC/IE))，磁沟道晶体管800的效率就更高。
同时，本发明从发射极结构855中去除了反铁磁层，使锰(Mn)扩散进势垒层造成晶体管800的性能退化得以减轻。因为本发明的发射极结构855是自定向的，就不需要一个反铁磁(AFM)层比如铟锰(InMn)或铂锰(PtMn)来进行定向。因此，当磁沟道晶体管800在高温下运行时，将不会有锰扩散进势垒层860中并影响电子穿过沟道而使晶体管的性能退化。
不仅如此，还从根本上降低了超过截止温度所造成的定向损失。AFM材料具有截止温度，超过时就会在定向材料中造成磁化强度的一种损失。所以，不用AFM层，当一个MTT在高温下运行时，AFM材料的截止温度就不是问题了。因此，在高温下MTT 800将不会失去其定向而变为不定向的。所以，发射极结构855将仍然保持极化，并且保持MTT 800所需的性能。
图9是一个流程图900，展示了依据本发明的带有一个自定向发射极的磁沟道晶体管的形成过程。一个磁沟道晶体管的形成过包括形成一个铁磁发射极层；发射极层是自定向的，并且在一个基底上提供第一磁性取向(910)。形成一个铁磁基极层，并且通过在发射极和基极层之间形成一个势垒层(绝缘体)(920)，与发射极层分开(930)。形成一个铁磁集电极层，其中流过铁磁集电极层的电流幅度是根据第一和第二磁性取向(940)。
为了至少和说明的目的，已经呈献了本发明示范性实施例的上述说明。并非试图面面俱到或者把本发明局限于所公开的严格形式。根据以上教导，许多修改和变化都是可能的。应当注意，本发明的范围不是受到这份详细说明的限制，而是受到其附带的权利要求书的限制。
权利要求
1.一种形成磁沟道晶体管的方法，包括形成一个发射极，包括一个自定向的第一铁磁层，该第一铁磁层具有第一磁性取向；形成一个基极，包括一个第二铁磁层，与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；以及形成一个集电极，包括一个在第二铁磁层上的第三铁磁层，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，形成第一铁磁层进一步包括使用单一材料的单层来形成第一铁磁层，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，形成第一铁磁层进一步包括使用多种材料的一种复合层结构来形成第一铁磁层，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一铁磁层使通过第一铁磁层的电子极化，以便提高发射极-集电极电流传递比(IC/IE)。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一和第二磁性取向的方向关系进一步包括第二磁性取向和第一磁性取向之间实质上平行对齐，以便允许电流流动。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一和第二磁性取向的方向关系进一步包括第二磁性取向和第一磁性取向之间实质上反向平行对齐，以便抑制电流流动。
7.一种磁沟道晶体管传感器，包括一个具有第一磁性取向的自定向的第一铁磁层；一个第二铁磁层，与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；一个位于第二铁磁层上的第三铁磁层，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流；一个电流源，连接到自定向第一铁磁层和第二铁磁层，用于提供流向自定向第一铁磁层和第二铁磁层的电流；以及一个电流幅度探测器，连接到第三铁磁层，用于探测根据第一和第二磁性取向，通过第三铁磁层的电流幅度。
8.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，第一铁磁层由单一材料的单层组成，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
9.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，第一铁磁层由多种材料的一种复合层结构组成，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
10.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，自定向结构包括一个被定向层，用于使通过第一铁磁层的电子极化，以便提高发射极-集电极电流传递比(IC/IE)。
11.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，势垒层是一种绝缘体。
12.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，第二铁磁层磁化的磁性取向实质上平行于第一铁磁层磁化的磁性取向，以便允许电流流过第三铁磁层。
13.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，第二铁磁层磁化的磁性取向实质上反向平行于第一铁磁层磁化的磁性取向，以便抑制电流流过第三铁磁层。
14.根据权利要求7的磁沟道晶体管传感器，其特征在于，第一、第二和第三铁磁层分别进一步包括一个发射极、一个基极和一个集电极。
15.一种磁存储系统，包括一片可移动的磁记录介质；一个磁沟道晶体管传感器，用于探测可移动记录介质上的磁信号；以及一个传动装置，连接到磁沟道晶体管传感器，使传感器相对于介质移动，其特征在于，磁沟道晶体管传感器进一步包括一个具有第一磁性取向的自定向的第一铁磁层；一个第二铁磁层，与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；一个位于第二铁磁层上的第三铁磁层，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流；一个电流源，连接到自定向第一铁磁层和第二铁磁层，用于提供流向自定向第一铁磁层和第二铁磁层的电流；以及一个电流幅度探测器，连接到第三铁磁层，用于探测根据第一和第二磁性取向，流过第三铁磁层的电流幅度。
16.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，第一铁磁层由单一材料的单层组成，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
17.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，第一铁磁层由多种材料的一种复合层结构组成，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
18.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，自定向结构包括一个被定向层，用于使通过第一铁磁层的电子极化，以便提高发射极-集电极电流传递比(IC/IE)。
19.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，势垒层是一种绝缘体。
20.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，第二铁磁层磁化的磁性取向实质上平行于第一铁磁层磁化的磁性取向，以便允许电流流过第三铁磁层。
21.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，第二铁磁层磁化的磁性取向实质上反向平行于第一铁磁层磁化的磁性取向，以便抑制电流流过第三铁磁层。
22.根据权利要求15的磁存储系统，其特征在于，第一、第二和第三铁磁层分别进一步包括一个发射极、一个基极和一个集电极。
23.一种磁沟道晶体管，包括一个发射极，包括一个具有第一磁性取向的自定向第一铁磁层它；一个基极，包括一个第二铁磁层，与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；以及一个集电极，包括一个在第二铁磁层上的第三铁磁层；其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流。
24.根据权利要求23的磁沟道晶体管，其特征在于，第一铁磁层由单一材料的单层组成，以便减小第一铁磁层中的串联电阻。
25.根据权利要求23的磁沟道晶体管，其特征在于，自定向结构包括一个被定向层，用于使通过第一铁磁层的电子极化，以便提高发射极-集电极电流传递比(IC/IE)。
26.根据权利要求23的磁沟道晶体管，其特征在于，第二铁磁层磁化的磁性取向实质上平行于第一铁磁层磁化的磁性取向，以便允许电流流过第三铁磁层。
27.根据权利要求23的磁沟道晶体管，其特征在于，第二铁磁层磁化的磁性取向实质上反向平行于第一铁磁层磁化的磁性取向，以便抑制电流流过第三铁磁层。
28.一种存储器件，包括多个导体，第一组平行的导体行布置在垂直于第一组导体行的第二组导体行之上，其特征在于，在第一组平行导体行之一和第二组导体行之一二者间的交叉点处形成了一个结；以及一个布置在每个叉点处的磁沟道晶体管，以便在该处存储数据，该磁沟道晶体管包括一个具有第一磁性取向的自定向的第一铁磁层；一个第二铁磁层，与第一铁磁层由其间的一个势垒层分开，该第二铁磁层具有第二磁性取向；以及一个位于第二铁磁层上的第三铁磁层，其中第一和第二磁性取向的方向确定了流过集电极的电流。
全文摘要
本发明公开了带有自定向发射极之磁沟道晶体管的制备方法和装置。形成了一种带有自定向发射极层的磁沟道晶体管(MTT)。自定向发射极层通过去除一个邻近的反铁磁定向电阻厚层，减小了电阻。同时，本发明也通过从基极中去除一个被定向层，减小了磁沟道晶体管基极中的串联电阻。
文档编号G11B5/39GK1551114SQ20041003860
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月27日 优先权日2003年5月2日
发明者哈戴亚尔·S.·吉尔, 哈戴亚尔 S. 吉尔 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司