使用压印技术来控制磁化状态的方法与流程

本公开涉及一种控制磁化状态的方法，特别涉及一种使用压印技术来控制磁化状态的简单方法。

背景技术：

近年来，由于信息产业的快速发展，所以对存储容量大于常规磁性存储介质的存储容量的磁性存储介质具有持续需求。因此，表现出导电性或基于磁阻的磁性的精细图案可以用于磁阻膜和磁性存储介质，并且在这种情况下，可以降低装置的电阻并可以增大从磁阻型磁头输出的再现信号的强度。

在这种磁性存储介质中，应当减小单位单元的尺寸或单位单元之间的距离以增大在给定空间中存储的数据量。然而，根据现有技术，难以减小这种尺寸或距离。另外，当超过一定限度时，变得难以稳定地存储数据。

此外，为了实现具有大容量、稳定的写入和良好的数据保持特性的磁性存储介质，可以使基板上的磁性层图案化成包括多个磁性图案的图案化介质的形式，该磁性图案彼此物理地隔开特定距离或间距，并且每个磁性图案都用于存储作为最小数据单元的1位。然而，为了在基板上形成图案化介质，需要进行包括掩模图案形成步骤、蚀刻步骤、填充步骤等的复杂制造过程，并且该复杂的制造过程导致缺陷数量增多。此外，在其中对磁性层进行蚀刻和填充步骤的情况下，磁性层可能具有不平坦的表面，从而可能进一步需要平坦化处理。这可能进一步增大制造过程的复杂性。

技术实现要素：

本发明构思的一些实施方案提供了一种使用压印技术来控制磁性层的磁化状态的方法，而不需要进行包括图案化、蚀刻、填充和平坦化步骤的复杂的制造过程。通过使用所述方法，可以稳定地处理大容量的数据。然而，本发明构思的范围不限于此。

根据本发明构思的一些实施方案，可以提供一种使用压印技术来控制磁化状态的方法。所述方法可以包括：使具有不同磁化状态的第一磁性结构和第二磁性结构朝向彼此移动；和当第一磁性结构和第二磁性结构之间的距离减小时，改变第一磁性结构或第二磁性结构的磁化状态。当第一磁性结构或第二磁性结构的磁化状态改变时，可以使用由第一磁性结构和第二磁性结构中的一个的磁化状态产生的磁场来使另一个磁性结构的磁化状态对齐。

在一些实施方案中，使第一磁性结构和第二磁性结构朝向彼此移动可以包括使第一磁性结构和第二磁性结构移动以彼此间隔开接近原子大小的距离或使其彼此重叠。

在一些实施方案中，当第一磁性结构具有比第二磁性结构的矫顽力相对更强的矫顽力时，第二磁性结构的磁化状态可以由第一磁性结构改变。

在一些实施方案中，当第二磁性结构具有比第一磁性结构的矫顽力相对更强的矫顽力时，第一磁性结构的磁化状态可以由第二磁性结构改变。

在一些实施方案中，当第一磁性结构或第二磁性结构具有图案化形状时，第一磁性结构或第二磁性结构在其中第一磁性结构和第二磁性结构彼此相邻或重叠的部分的磁化状态可以改变。

在一些实施方案中，所述方法还可以包括：当第一磁性结构或第二磁性结构的磁化状态的改变完成时，使第一磁性结构和第二磁性结构移动以彼此远离。

在一些实施方案中，所述方法还可以包括：在使第一磁性结构和第二磁性结构朝向彼此移动之前，向第一磁性结构和第二磁性结构中的每一个施加磁场。可以进行所述磁场的施加以改变第一磁性结构的磁化状态和第二磁性结构的磁化状态，从而允许第一磁性结构和第二磁性结构具有不同的磁化方向。

在一些实施方案中，第一磁性结构和第二磁性结构可以设置成薄膜的形式。

附图说明

从以下结合附图的简要说明中将更清楚地理解示例性实施方案。附图表示本文所述的非限制性示例性实施方案。

图1是示意性地示出了根据本发明构思的一些实施方案的在磁性结构中产生的磁场的场力线的图。

图2是示意性地示出了根据本发明构思的一些实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法的图。

图3是示意性地示出了根据本发明构思的其他实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法的图。

应当指出的是，这些附图旨在说明在某些示例性实施方案中使用的方法、结构和/或材料的一般特征，并对下面提供的书面说明进行补充。然而，这些附图未按比例绘制，并且可能不能精确地反映任何给定实施方案的精确结构或性能特征，并且不应被解释为限定或限制示例性实施方案所包含的值或性能的范围。例如，为了清楚起见，可以减少或放大分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和定位。在各种附图中类似或相同附图标记的使用旨在表示存在相似或相同元件或特征。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明构思的示例性实施方案进行更全面地说明，在附图中示出了示例性实施方案。然而，本发明构思的示例性实施方案可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使得本公开全面和完整，并且将示例性实施方案的构思充分地传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，放大了层和区域的厚度。附图中相似的附图标记表示相似的元件，从而省略对其的说明。

图1是示意性地示出了根据本发明构思的一些实施方案的在磁性结构中产生的磁场的场力线的图。

参照图1，磁性材料可以包括原子，每个原子都具有与磁棒相同的性质。磁棒可以具有从s极朝向n极的方向，并且该方向可以沿任意方向取向；即，磁棒可以具有自由度。磁性材料的原子可以具有像磁棒一样的自由度，这被称为“磁化方向”或“自旋方向”。当磁性材料的磁性原子具有排列的磁化方向时，其被称为磁性材料的“磁化状态”或“自旋状态”。如果磁性材料中的相邻原子具有使它们彼此平行对齐的性质，则这种性质被称为“铁磁性”。如果磁性材料中的铁磁性足够强以允许其中的相邻原子具有相同的磁化方向，则这种材料被称为“铁磁材料”。当磁性材料的区域中的原子具有彼此平行的磁化方向时，这样的区域被称为“磁畴”。另外，当磁性材料薄薄地层叠在一个平面上时，它可以被称为“磁性层”(在下文中，称为磁性结构10)。

取决于磁性结构10中的磁性材料的磁化状态，可以在磁性结构10周围产生磁场。例如，在第一磁性结构10附近可以设置有第二磁性结构20和第三磁性结构30，其磁化方向从s极朝向n极取向。在下文中，第一磁性结构10应当是其矫顽力比第二磁性结构20和第三磁性结构30的矫顽力强的磁性层。这里，在其中第二磁性结构20和第三磁性结构30中的每一个与第一磁性结构10之间的距离由于第一磁性结构10所产生的磁场而减小到原子大小的情况下，第二磁性结构20和第三磁性结构30的磁性原子可能受到磁场e的影响并且可能与磁场e对齐。第二磁性结构20和第三磁性结构30的磁化状态可以对齐以具有与第一磁性结构10相同的方向。相反，在其中第一磁性结构10和第二磁性结构20之间的距离或第一磁性结构10和第三磁性结构30之间的距离远大于原子大小的情况下，由磁性结构10,20,30中的每一个的磁化状态引起的磁场e可能彼此相互影响。这里，磁场e可以被称为偶极磁场。

换句话说，如果表现出相对较弱的矫顽力的第二磁性结构20和第三磁性结构30放置在表现出铁磁性质的第一磁性结构10附近，则表现出弱矫顽力的第二磁性结构20和第三磁性结构30的磁化方向可能由于表现出强矫顽力的第一磁性结构10所产生的磁场e而改变。在这种情况下，可能向表现出弱矫顽力的第二磁性结构20和第三磁性结构30施加使其与表现出强矫顽力的第一磁性结构10的磁场e的方向对齐的力，从而被重新对齐到与其初始磁化状态不同的磁化状态。这里，磁场e可以是通过交换相互作用产生的力。

图2是示意性地示出了根据本发明构思的一些实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法的图。

根据本发明构思的一些实施方案，如图2所示，使用压印技术来控制磁化状态的方法可以包括使第一磁性结构10和第二磁性结构20沿箭头p1的方向朝向彼此移动，并且当第一磁性结构10和第二磁性结构20之间的距离减小时改变第一磁性结构10或第二磁性结构20的磁化状态m。第一磁性结构10和第二磁性结构20可以具有不同的磁化状态。这里，在其中第一磁性结构10或第二磁性结构20的磁化状态m改变的情况下，使用由第一磁性结构10和第二磁性结构20中的一个的磁化状态m产生的磁场来使另一个磁性结构的磁化状态m对齐。

在根据本发明构思的实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法中，第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个都可以设置成薄膜的形式，但是本发明构思不限于此。在一些实施方案中，可以控制待施加到第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的磁场，以允许设置成薄膜形式的第一磁性结构10和第二磁性结构20具有彼此不同的磁化方向，并且这可以用于改变第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的初始磁化状态m。这里，假定第一磁性结构10具有与第二磁性结构20的矫顽力相比相对更强的矫顽力。

可以使具有不同磁化状态m的第一磁性结构10和第二磁性结构20彼此间隔开接近原子大小的距离。这里，第二磁性结构20的磁化状态由于第一磁性结构10而可以改变为具有与第一磁性结构10相同的磁化方向，如图2(b)所示。如果第二磁性结构20中的磁化状态m的改变完成，则可以使第一磁性结构10和第二磁性结构20移动以彼此远离，由此可以保持第二磁性结构20的磁化状态m。

在根据本发明构思的另一个实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法中，第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个都可以设置成薄膜的形式，但是本发明构思不限于此。在一些实施方案中，可以控制待施加到第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的磁场，以允许设置成薄膜形式的第一磁性结构10和第二磁性结构20具有彼此不同的磁化方向，并且这可以用于改变第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的初始磁化状态m。这里，假定第一磁性结构10具有与第二磁性结构20的矫顽力相比相对更强的矫顽力。

可以使具有不同磁化状态m的第一磁性结构10和第二磁性结构20设置成彼此重叠。在这种情况下，如图2(c)所示，第二磁性结构20的磁化状态m由于第一磁性结构10而可以复制成具有与第一磁性结构10的磁化方向相同的形状。此后，可以使第一磁性结构10和第二磁性结构20沿箭头p2的方向移动以彼此远离，由此可以维持第二磁性结构20的磁化状态。

在根据本发明构思的其他实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法中，第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个都可以设置成薄膜的形式，但是本发明构思不限于此。在一些实施方案中，可以控制待施加到第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的磁场，以允许设置成薄膜形式的第一磁性结构10和第二磁性结构20具有彼此不同的磁化方向，并且这可以用于改变第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的初始磁化状态m。这里，假定第二磁性结构20具有与第一磁性结构10的矫顽力相比相对更强的矫顽力。

可以使具有不同磁化状态的第一磁性结构10和第二磁性结构20设置成彼此间隔开接近原子大小的距离。这里，尽管未示出，但是第一磁性结构10的磁化状态由于第二磁性结构20而可以改变为具有与第二磁性结构20的磁化方向相同的形状。即使当使具有不同磁化状态的第一磁性结构10和第二磁性结构20设置为彼此重叠时，第一磁性结构10的磁化状态也可以由于第二磁性结构20而改变为具有与第二磁性结构20相同的磁化方向。

图3是示意性地示出了根据本发明构思的其他实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法的图。

根据本发明构思的其他实施方案，如图3所示，使用压印技术来控制磁化状态的方法可以适用于形成为具有图案化形状的第一磁性结构10或第二磁性结构20。例如，在其中第一磁性结构10是图案化磁性层的情况下，第一磁性结构10可以与基板40固定地连接。这里，基板40可以由不会引起第一磁性结构10的磁化状态改变的材料形成。通过沿箭头方向对第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个施加磁场e，可以允许第一磁性结构10和第二磁性结构20具有不同的磁化方向，此外，允许改变第一磁性结构10和第二磁性结构20中的每一个的初始磁化状态m。

可以使具有不同磁化状态m的第一磁性结构10和第二磁性结构20设置成彼此间隔开接近原子大小的距离，或者可以使其沿箭头p1方向移动以彼此重叠。这里，具有图案化形状的第一磁性结构10应具有与具有非图案化形状的第二磁性结构20相比相对更强的矫顽力。如果具有强矫顽力和非图案化形状的第一磁性结构10与具有相对较弱的矫顽力和图案化形状的第二磁性结构20相邻，则具有相对更强的矫顽力的第一磁性结构10的磁化状态可能不会改变，从而不可能在第一磁性结构10中形成磁性图案。因此，如果第二磁性结构20具有图案化形状，则第二磁性结构20应具有与第一磁性结构10相比相对更强的矫顽力。

如图3(c)所示，第二磁性结构20的磁化状态m由于第一磁性结构10而可以改变为仅在其中第一磁性结构10和第二磁性结构20彼此相邻或重叠的区域中具有与第一磁性结构10相同的磁化方向。如果第二磁性结构20的磁化状态m的改变完成，则可以使第一磁性结构10和第二磁性结构20沿箭头p2的方向移动以彼此远离，从而可以在第二磁性结构20中形成磁性图案，允许其用作大容量数据存储装置。

如上所述，在根据本发明构思的一些实施方案的使用压印技术来控制磁化状态的方法中，可以使具有不同磁化状态的第一磁性结构10和第二磁性结构20朝向彼此移动，以允许第一磁性结构10和第二磁性结构20中的一个的磁化状态具有与另一个磁性结构相同的磁化状态。因此，可以使用压印技术在磁性层中容易地或自由地形成磁性图案，而无需复杂的制造过程。

在上述实施方案中，仅使用两个磁性结构来控制磁性层的磁化状态，但是取决于磁性图案的形状或者磁性结构的长度或形状，可以改变磁性结构的数量或者控制用于使磁性结构的初始磁化状态对齐的磁场的强度或方向。这可以用于实现各种磁性形状。

可以在特定位置处容易地形成磁性图案，从而通过控制磁化状态，可以容易地控制导通状态和断开状态。该方法可以用于实现包括存储装置的磁性装置。

根据本发明构思的一些实施方案，通过成本有效且简单的制造过程，可以实现使用压印技术来控制磁化状态的方法。此外，可以防止发生缺陷并且可以稳定地控制磁性材料的磁化状态。然而，本发明构思的范围不限于此。

虽然具体示出和说明了本发明构思的示例性实施方案，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下，可以在其中产生形式和细节上的改变。