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Die Erfindung betrifft eine digitale magnetische Speicherzelleneinrich- tung.
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Eine derartige digitale Speicherzelleneinrichtung dient zum Speichern von Informationen auf magnetischer Basis. Eine einzelne Speicherzelleneinrichtung ist in der Regel Teil einer Speichereinrichtung, häufig auch MRAM (magnetic random access memory) genannt. Mit einem derartigen Speicher können Lese- und/oder Schreiboperationen durchgeführt werden. Jede einzelne Speicherzelleneinrichtung umfasst ein weichmagnetisches Lese- und/oder Schreibschichtsystem, das über eine Zwischenschicht von einem hartmagnetischen, beim vorliegenden Typ an Speicherzelleneinrichtung als AAF-System ausgebildeten hartmagnetischen Referenzschichtsystem getrennt ist. Die Magnetisierung der Referenzschicht des Referenzschichtsystems ist stabil und ändert sich in einem anliegenden Feld nicht, während die Magnetisierung des weichmagnetischen Lese- und/oder Schreibschichtsystems über ein anliegendes Feld geschaltet werden kann. Die beiden magnetischen Schichtsysteme können zueinander parallel oder antiparallel magnetisiert sein. Die beiden vorgenannten Zustände stellen jeweils ein Bit von Informationen dar, d. h. den logischen Null („0”)- oder Eins („1”)-Zustand. Ändert sich die relative Orientierung der Magnetisierung der beiden Schichten von parallel nach antiparallel oder umgekehrt, so ändert sich der Magnetowiderstand über diese Schichtstruktur um einige Prozent. Diese Änderung des Widerstands kann für das Auslesen in der Speicherzelle abgelegter digitaler Information verwendet werden. Die Änderung des Zellwiderstands kann durch eine Spannungsänderung erkannt werden. Beispielsweise kann bei Spannungszunahme die Zelle mit einer logischen Null („0”) und bei einer Spannungsabnahme die Zelle mit einer logischen Eins („1”) belegt werden. Besonders große Widerstandsänderungen im Bereich von einigen Prozent wurden bei Änderung der Magnetisierungsausrichtung von parallel nach antiparallel und umgekehrt in Zellstrukturen vom GMR-Typ (giant magneto resistance) oder dem TMR-Typ (tunnel magneto resistance) beobachtet.
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Ein wichtiger Vorteil derartiger magnetischer Speicherzellen liegt darin, dass auf diese Weise die Information persistent gespeichert ist, und ohne Aufrechterhaltung irgendeiner Grundversorgung auch bei ausgeschaltetem Gerät gespeichert und nach Einschalten des Geräts sofort wieder verfügbar ist, anders als bei bekannten herkömmlichen Halbleiterspeichern.
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Ein zentraler Bestandteil hierbei ist das Referenzschichtsystem, das als AAF-System (AAF = artifical anti ferromagnetic) ausgebildet ist. Ein derartiges AAF-System ist aufgrund seiner hohen magnetischen Steifigkeit und der relativ geringen Kopplung zum Messschichtsystem durch den sogenannten Orange-Peel-Effekt und/oder durch makroskopische magnetostatische Kopplungsfelder von Vorteil. Ein AAF-System besteht in der Regel aus einer ersten Magnetschicht oder einem Magnetschichtsystem, einer antiferromagnetischen Kopplungsschicht und einer zweiten magnetischen Schicht oder einem magnetischen Schichtsystem, das mit seiner Magnetisierung über die antiferromagnetische Kopplungsschicht entgegengesetzt zur Magnetisierung der unteren Magnetschicht gekoppelt wird. Ein solches AAF-System kann z. B. aus zwei magnetischen Co-Schichten und einer antiferromagnetischen Kopplungsschicht aus Cu gebildet werden.
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Um die Steifigkeit des AAF-Systems, also seine Resistenz gegen externe äußere Felder zu verbessern ist es üblich, an der dem Messschichtsystem abgewandten Magnetschicht des AAF-Systems eine antiferromagnetische Schicht anzuordnen. über diese antiferromagnetische Schicht wird die direkt benachbarte Magnetschicht in ihrer Magnetisierung zusätzlich gepinnt, so dass das AAF-System insgesamt härter wird (exchange pinning oder exchange biasing).
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Nachteilig hierbei ist jedoch die relativ schwache Kopplung zwischen der antiferromagnetischen Schicht und der auf ihr angeordneten Magnetschicht, die typischerweise kleiner als 0,3 mJ/m2 ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Magnetisierung eines aus der antiferromagnetischen Schicht und dem AAF-System bestehenden Biasschichtsystems nicht einfach eingestellt werden kann. Hierfür ist es erforderlich, die Temperatur des Biasschichtsystems über die sogenannten blocking-Temperatur der antiferromagnetischen Schicht zu erhöhen, so dass die Kopplung aufgehoben wird, gleichzeitig muss ein starkes externes Feld angelegt und in diesem anschließend abgekühlt werden. Dies ist vor allem bei Wheatston'schen Brückenschaltungen mit einander entgegengesetzt ausgerichteten AAF-Systemen problematisch. Schwierigkeiten treten auch dann auf, wenn die Dicken der Magnetschichten des AAF-Systems annähernd identisch sind, da dann das AAF-System kein oder nur ein minimales Nettomoment besitzt und über das externe Feld nur schwer eingestellt werden kann.
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Ein weiterer Nachteil der Verwendung eines AAF-Systems mit antiferromagnetischen Schichten ist darin zu sehen, dass die Dicke der antiferromagnetischen Schichten groß sein muss, um eine ausreichend hohe blocking-Temperatur zu erzielen. Hierdurch nimmt der Abstand der zum Lesen und Schreiben benötigten, ober- und unterhalb des Schichtsystems verlaufenden und sich dort kreuzenden Leitungen, die im Allgemeinen als Wort- und Bitleitungen benannt werden, zu, was zu einer Abnahme der Feldstärke der bestromten Leiter am weichmagnetischen Lese- und/oder Schreibschichtsystem führt, das hierüber gegebenenfalls geschalten werden soll.
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Um einen magnetischen Schichtenstapel bereitzustellen, der hinsichtlich der Magnetisierung des Referenzschichtsystems einfach einstellbar ist und eine geringere Schichtsystemhöhe aufweist, kann vorgesehen sein, dass das Referenzschichtsystem einen Schichtabschnitt umfassend wenigstens ein Biasschichtsystem mit wenigstens einer ferrimagnetischen Schicht aufweist, wobei die magnetischen Momente des Biasschichtsystems und der Referenzschicht über eine Kopplungsschicht entgegengesetzt gekoppelt sind.
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DE 198 30 343 C1 offenbart ein magnetisches Sensorsystem mit einem Lese- und Schreibschichtsystem sowie mit einem hartmagnetischen Referenzschichtsystem, das als AAF-System ausgebildet ist. Das Referenzschichtsystem weist eine Referenzschicht, eine Kopplungsschicht sowie ein Bias-Schichtsystem auf, wobei die magnetischen Momente des Bias-Schichtsystems und der Referenzschicht entgegengesetzt zueinander gekoppelt sind. Das Bias-Schichtsystem kann gemäß einer Ausführungsform eine ferrimagnetische Einzelschicht umfassen. Die ferrimagnetische Einzelschicht kann eine Legierung aus Übergangsmetallen und/oder Selten-Erd-Metallen enthalten.
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Aus
US 5 764 567 A ist eine magnetische Speicherzelleneinrichtung bekannt.
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Aus
DE 198 30 344 A1 ist bekannt, durch eine magnetoelastischer Kopplung eine uniaxiale Anisotropie in magnetischen Schichten zu erzeugen. Aus
WO 00/11664 A1 ist bekannt, mithilfe länglicher Kristallite eine uniaxiale Anisotropie in magnetischen Schichten zu erzeugen.
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JP 11-250427 A offenbart ein magnetoresistives Element mit einer ferrimagnetischen Schicht und einer weiteren Schicht, wobei die magnetischen Momente beider Schichten in entgegengesetzte Richtungen weisen.
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DE 43 20 514 A1 offenbart ein optisches Schreibverfahren für magnetooptische Speicher.
GB 2 333 900 A offenbart einen magnetischen Sensor mit einer Tunnelbarriereschicht.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale magnetische Speicherzelleneinrichtung bereitzustellen, die einen alternativen Schichtaufbau als herkömmliche Speicherzelleneinrichtungen besitzt; insbesondere hinsichtlich der aus dem Stand der Technik bekannten ferrimagnetischen Einzelschicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine digitale magnetische Speicherzelleneinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine ferrimagnetische Schicht als Schichtenfolge bzw. als ein Mehrschichtsystem aus einem magnetischen Ubergangsmetall und einem Selten-Erd-Metall ausgebildet.
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Die Erfindung verwendet weiterhin ein Bias-schichtsystem mit wenigstens einer ferrimagnetischen Schicht, wobei die magnetischen Momente dieses Biasschichtsystems bzw. der ferrimagnetischen Schicht mit denen der Referenz-schicht gekoppelt sind und damit das Referenzschichtsystem bilden. Die ferrimagnetische Schichtenfolge zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus wenigstens zwei magnetischen Untergittern besteht, deren magnetische Momente wie beim Antiferromagneten antiparallel ausgerichtet sind. Jedoch kompensieren sich die magnetischen Momente nicht vollständig, so dass ein resultierendes magnetisches Nettomoment entsteht. Ein Ferrimagnet verhält sich demnach nach außen wie ein Ferromagnet, lediglich die Größe der Sättigungsmagnetisierung ist in der Regel klein und die Temperaturabhängigkeit der Sättigung ist starker. Da der Temperaturverlauf der Magnetisierung der Untergitter in der Regel unterschiedlich ist und die Untergitter untereinander antiferromagnetisch koppeln (= antiparallel), gibt es bei Ferrimagneten eine Temperatur, an der sich die Momente gegenseitig aufheben (d. h. antiparallel gleich sind) und das Nettomoment verschwindet. Diese Temperatur nennt man Kompensationstemperatur. In der Nähe der Kompensationstemperatur hat die ferrimagnetische Schicht also nur ein minimales oder im Idealfall kein magnetisches Nettomoment. Während die Magnetisierung der ferrimagnetischen Schicht außerhalb des Kompensationstemperaturfensters durch ein relativ niedriges externes Feld eingestellt werden kann und mit ihr die Ausrichtung der gekoppelten Fixierschicht, ist in der Nähe der Kompensationstemperatur jedoch die Magnetisierung der ferrimagnetischen Schicht aufgrund des fehlenden magnetischen Nettomoments äußerst stabil. Legt man nun durch geeignete Materialwahl die Kompensationstemperatur der ferrimagnetischen Schicht so, dass sie in der Nähe der Operationstemperatur der Speicherzelleneinrichtung liegt, so erhält man ein äußerst stabiles Biasschichtsystem. Durch Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur in einen Bereich außerhalb dieser Kompensationstemperatur ist die Einstellung der Magnetisierung des Biasschichtsystems problemlos möglich. Die Temperaturänderung kann in beide Richtungen erfolgen, da sich normalerweise beim Durchtritt durch die Kompensationstemperatur das magnetische Moment eines ferrimagnetischen Stoffes umkehrt.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung der ferrimagnetischen Schicht innerhalb des Referenzschichtsystems ist, dass die Kopplung zur Referenzschicht eines damit verbundenen AAF-Systems sehr hoch gewählt werden kann, und zwar in einer Größenordnung von ca. Das heißt, das Referenzschichtsystem kann sehr stabil gemacht werden gegen externe Felder.
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Die ferrimagnetische Schichtenfolge kann ferner wesentlich dünner sein als die bisher verwendete antiferromagnetische Schicht, die zur Erzielung einer hohen blocking-Temperatur relativ dick sein muss, weshalb die Dicke der gesamten Speicherzelleneinrichtung verringert werden kann. Die Wort- und Bitleitung einer Speicherzelleneinrichtung liegen enger beieinander, so dass ein hinreichend hohes Feld an das weichmagnetische Lese- und Schreibschichtsystem gelegt werden kann. Abstandsbedingte Verluste können vermieden werden.
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Insgesamt kann hierdurch eine äußerst stabile und dickenreduzierte Speicherzelleneinrichtung erhalten werden, die trotz allem einfach hinsichtlich der Biasschichtmagnetisierung eingestellt werden kann. Dies gilt auch bezüglich einer aus einer Vielzahl solcher Speicherzelleneinrichtungen gebildeten Speichereinrichtung.
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Als Ubergangsmetall kann z. B. Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) verwendet werden, als Selten-Erd-Metall kann z. B. Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd) oder Terbium (Tb) verwendet werden.
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Für eine feste und stabile Kopplung der Momente der jeweils gekoppelten Schichten ist es zweckmäßig, wenn dies über eine RKKY-Kopplung (RKKY = Ruderman-Kittel-Kasuya-Joshida) erfolgt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine Schicht des Referenzschichtsystems eine uniaxiale Anisotropie aufweist, längs welcher die Magnetisierung im Operationstemperaturfenster gerichtet ist. Die Anisotropie führt zu einer weiteren Versteifung des Systems. Die uniaxiale Anisotropie kann in Richtung einer leichten Achse der Speicherzelleneinrichtung, die ihrerseits durch die Geometrie und die Orientierung der Speicherzelleneinrichtung bestimmt wird, induziert werden.
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Die uniaxiale Anisotropie kann im Rahmen einer ersten Erfindungsausgestaltung durch schräges Abscheiden der einen oder aller Schichten des Referenzschichtsystems erzeugt werden.
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Die Schichten werden hierbei z. B. unter einem Winkel bezüglich der Ebene des Substrats aufgedampft.
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Alternativ oder zusätzlich kann die uniaxiale Anisotropie auch durch Einprägen einer Vorzugsrichtung in einem bei der Schichtsystemerzeugung anliegenden Magnetfeld erzeugt sein.
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Hierbei bestimmt die Richtung des anliegenden Magnetfelds die Vorzugsrichtung des dabei erzeugten Schichtsystems.
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Eine weitere Möglichkeit der Anisotropieerzeugung ist eine Keimschicht, auf der das Referenzschichtsystem aufgewachsen ist. Diese Keimschicht besitzt selbst eine ausgezeichnete Richtung, die sich auf das aufwachsende Schichtsystem überträgt und die Vorzugsrichtung oder die leichte Richtung definiert.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Erzeugung der uniaxialen Anisotropie durch Einprägen einer Vorzugsrichtung während einer thermischen Ausheilphase in einem Magnetfeld.
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Eine andere Möglichkeit zur Anisotropieerzeugung sieht vor, dass die mindestens eine Referenzschicht des Referenzschichtsystems einen großen Magnetostriktionskoeffizienten aufweist.
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In diesem Fall kann die uniaxiale Anisotropie durch anisotrope Verformungsrelaxation erzeugt sein. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Kristallite der mindestens einen Schicht des Referenzschichtsystems eine längliche Form aufweisen.
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Es versteht sich von selbst, dass natürlich auch zwei oder mehr der beschriebenen Möglichkeiten zur Anisotropieerzeugung gleichzeitig angewandt werden können.
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Schließlich kann ein ein weichmagnetisches Lese- und/oder Schreibschichtsystem und ein Referenzschichtsystem entkoppelndes Entkopplungsschichtsystem vorgesehen sein.
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Die Speicherzelleneinrichtung selbst kann eine Speicherzellenstruktur vom GMR-Typ (giant-magnetoresistive) oder vom Typ der magnetic-tunnel-junction umfassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer herkömmlichen Speicherzelleneinrichtung,
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2 ein Diagramm zur Darstellung des temperaturabhängigen Magnetisierungsveriaufs eines Ferrimagneten,
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3 eine erfindungsgemäße Speicherzelleneinrichtung mit einem mehrschichtigen Biasschichtsystem,
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4 eine Prinzipskizze einer beispielhaften Speicherzelleneinrichtung einer denkbaren alternativen Ausführungsform mit einem mehrschichtigen AAF-Referenzschichtsystem,
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5 eine Prinzipskizze einer weiteren denkbaren alternativen Speicherzelleneinrichtung mit einer Keimschicht zur Erzeugung einer Anisotropie und
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6 eine Prinzipskizze einer weiteren denkbaren alternativen Speicherzelleneinrichtung mit einer Spannungsschicht zur Erzeugung der Anisotropie.
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1 zeigt eine Speicherzelleneinrichtung 1 mit einem herkömmlichen Schichtaufbau. Dieser besteht aus einem Referenzschichtsystem 2, das über ein Entkopplungsschicht 3 von einem Lese- und Schreibschichtsystem 4 entkoppelt ist. Gezeigt sind ferner die Wort- und Bitleitungen 5a, 5b, die oberhalb und unterhalb rechtwinklig zueinander verlaufen. Das Referenzschichtsystem 2 besteht aus einem Schichtabschnitt 6, der ein unteres Biasschichtsystem 7 umfasst, das im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer ferrimägnetischen Schicht 8 und einer damit gekoppelten ferromagnetischen Schicht 26 besteht, im gezeigten Beispiel ist die ferrimagnetische Schicht 8 eine Legierungsschicht, wobei als Legierungskomponenten ein Obergangsmetall, z. B. Fe, Co, Ni und ein Selten-Erd-Metall, z. B. Gd, Dy, Tb verwendet werden können. Es bilden sich innerhalb der ferrimagnetischen Schicht 8 zwei magnetische Untergitter mit einander entgegengesetzten magnetischen Momenten M, wie in 1 durch die einander entgegengesetzt gerichteten Pfeile dargestellt ist. Die magnetischen Momente der beiden Untergitter sind jedoch hinsichtlich Anzahl und/oder Stärke verschieden, das heißt, sie kompensieren sich bis auf einen schmalen Kompensationstemperaturbereich nicht. Hieraus resultiert ein Nettomoment des Biasschichtsystems 7 im Bereich außerhalb des Kompensationstemperaturbereichs. Hierauf wird Nachfolgend noch eingegangen.
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Über ein antiferromagnetisches Kopplungsschichtsystem 9 wird das magnetische Nettomoment des Biasschichtsystems 7 antiparallel mit den magnetischen Momenten M einer Referenzschicht 10 gekoppelt. Das heißt, die magnetischen Momente M und damit die Magnetisierung der Referenzschicht 10 steht zu dem resultierenden Nettomoment des Biasschichtsystems 7 entgegengesetzt. Das Referenzschichtsystem 2 bildet insgesamt ein AAF-System. Die Kopplung zwischen der Magnetisierung des Biasschichtsystems 7, also der ferrimagnetischen Schicht 8, der ferromagnetischen Schicht 26 und der Magnetisierung der Referenzschicht 10 ist sehr stark, das heißt, die Magnetisierung der Referenzschicht 10 ist sehr stabil ausgerichtet. Dieses Biasschichtsystem 7 bzw. die ferrimagnetische Schicht 8 selbst weist eine uniaxiale Anisotropie auf, längs welcher sich die Magnetisierungen der Untergitter ausrichten. Diese Anisotropie führt dazu, dass die Magnetisierung des Biasschichtsystems 7 selbst sehr stabil ist, was wiederum zur Stabilität des gesamten Referenzschichtsystems führt.
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2 beschreibt den Verlauf der temperaturabhängigen Magnetisierung der ferrimagnetischen Schicht 8. Gezeigt ist längs der Abszisse die anliegende Temperatur, längs der Ordinate die jeweilige Magnetisierung des Untergitters der Übergangsmetallkomponente (JTM), die Magnetisierung der Selten-Erd-Komponente (JRE) sowie die resultierende Nettomagnetisierung (JRE-TM).
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Anhand des Verlaufs der Nettomagnetisierung JRE-TM ist ersichtlich, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel aufgrund der größeren Magnetisierung JRE der Selten-Erd-Komponente eine mit zunehmender Temperatur abnehmende Gesamtmagnetisierung gegeben ist. Bei einer Kompensationstemperatur Tcomp ist die Gesamtmagnetisierung jedoch Null, das heißt, die Magnetisierungen JRE und JTM sind bei entgegengesetzter Ausrichtung gleich groß. Mit weiterer Temperaturerhöhung überwiegt die Magnetisierung JTM. Die Gesamtmagnetisierung bricht bei Erreichen der Curietemperatur Tc zusammen.
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Ersichtlich ist ferner, dass die Koerzitivfeldstärke Hc um diese Kompensationstemperatur Tcomp sehr stark ansteigt bzw. bei der Kompensationstemperatur Tcomp aufgrund des hier gegebenen Nettomoments von Null unendlich ist.
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Es wird nun die wenigstens eine ferrimagnetische Schicht 8 so hinsichtlich der verwendeten Materialien, ihrer Dimensionierung und ihrer Geometrie etc. gewählt, dass der Bereich um die Kompensationstemperatur Tcomp in dem Operationstemperaturbereich, innerhalb welchem die Speicherzelleneinrichtung 1 betrieben wird, liegt oder mit diesem zusammenfällt. Das heißt, beim normalen Betrieb der Speicherzelleneinrichtung ist das magnetische Gesamtmoment der wenigstens einen ferrimagnetischen Schicht annähernd Null, das heißt, sie ist sehr stabil gegen ein anliegendes externes Feld, da die Koerzitivfeldstärke Hc sehr groß ist. Das bedeutet, dass auch die Kopplung zur Referenzschicht 10 sehr stabil ist, da die die Kopplung bewirkende wenigstens einen ferrimagnetische Schicht 8 bzw. das Biasschichtsystem 7 sich im anliegenden Feld nicht ändert.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ausrichtung der Magnetisierung der Referenzschicht 10 relativ einfach ist. Die Magnetisierung der Referenzschicht 10 muss bei derartigen Speicherzelleneinrichtungen bekanntermaßen sehr stabil sein. Das Signal, dessen Höhe ein Maß für die eingeschriebene Information ist, ist bekanntermaßen abhängig von der Richtung der Magnetisierung des weichmagnetischen Messschichtsystems 4, die in dem anliegenden externen und zu messenden Magnetfeld sehr leicht drehbar ist, bezüglich der Richtung der feststehenden, harten Magnetisierung der Referenzschicht 10. Infolgedessen ist es erforderlich, diese Magnetisierung der Referenzschicht 10 einzustellen.
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Diese Ausrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Speicherzelleneinrichtung aufgrund der Verwendung der wenigstens einen ferrimagnetischen Schicht 8 relativ einfach. Hierzu muss lediglich die Temperatur soweit erhöht oder erniedrigt werden, dass man sich aus dem Bereich um die Kompensationstemperatur Tcomp weit genug hinausbewegt, so dass ein resultierendes Nettomoment gegeben ist. Durch ein vergleichsweise geringes externes Feld kann nun die Magnetisierung der wenigstens einen ferrimagnetischen Schicht eingestellt werden, zumal die Koerzitivfeldstärke einer ferrimagnetischen Schicht relativ niedrig ist. Aufgrund der sich dann ergebenden Kopplung zur Referenzschicht 10 stellt sich dessen Magnetisierung wiederum antiparallel ein. Durch einfache, geringe Temperaturerhöhung oder Erniedrigung unter Verwendung eines geringen Einstellfelds kann also die Magnetisierung der wenigstens einen ferrimagnetischen Schicht in die gewünschte Richtung, in welcher die wenigstens eine ferrimagnetische Schicht bevorzugt eine uniaxiale Anisotropie aufweist, eingestellt werden. Es ist nicht wie beim Stand der Technik unter Verwendung eines natürlichen Antiferromagneten mit aufgesetztem AAF-System erforderlich, eine hohe Temperatur anzufahren, um über die blocking-Temperatur zu kommen und anschließend in einem hohen externen Magnetfeld abzukühlen.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Speicherzelleneinrichtung 11. Auch hier ist ein Referenzschichtsystem 2' vorgesehen, bestehend aus einem Biasschichtsystem 7', einer antiferromagnetischen Kopplungsschicht 9' sowie einer Referenzschicht 10'. Im Unterschied zum Biasschichtsystem 7 aus 1 ist das Fixierschichtsystem 7 ein Mehrschichtsystem bestehend aus separaten Schichten 8', 8', wobei die eine Schicht 8' z. B. vom übergangsmetall und die Schicht 8'' vom Selten-Erd-Metall gebildet ist. Die Funktionsweise bzw. die Eigenschaften dieses Fixierschichtsystems 7' sind jedoch die gleichen wie des Systems aus 1.
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4 zeigt als Prinzipskizze eine denkbare alternative Speicherzelleneinrichtung 12 mit einem mehrschichtigen Referenzschichtsystem 2''. Sie umfasst einen unteren Schichtabschnitt 2''a bestehend aus einer unteren Ferromagnetschicht 27 (z. B. Co), einer ferrimagnetischen Schicht 28 (z. B. CoTb) und einer oberen Ferromagnetschicht 29 (z. B. Co). Ober eine antiferromagnetisch koppelnde Zwischenschicht 30 (z. B. Cu oder Re) ist ein oberer Schichtabschnitt 2''b mit seiner unteren ferromagnetischen Schicht 31 (z. B. Co) gekoppelt. Auf der Schicht 31 ist wiederum eine ferrimagnetische Schicht 32 (z. B. CoTb) und auf dieser eine ferrimagnetische Schicht 33 (z. B. Co) aufgebracht. Über eine Entkopplungsschicht 34 ist schließlich das eigentliche Lese- und Schreibschichtsystem 35 entkoppelt. Der gesamte Referenzschichtaufbau bildet ein AAF-System.
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5 zeigt schließlich eine weitere denkbare Speicherzelleneinrichtung 13, die in ihrem Aufbau im gezeigten Ausführungsbeispiel dem aus 1 entspricht. Zur Erzeugung einer Anisotropie in dem Biasschichtsystem 7''' ist hier eine Keimschicht 14 vorgesehen, auf welcher das Biasschichtsystem 7'' bzw. die ferrimagnetische Schicht 8''' abgeschieden ist.
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Die Keimschicht besitzt eine Vorzugsrichtung bzw. Anisotropie, die sich beim Schichtwachstum auf die ferrimagnetische Schicht 8''' überträgt. Längs dieser Anisotropie oder leichten Richtung stellt sich die Magnetisierung der jeweiligen Untergitter bevorzugt ein.
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Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung dieser Anisotropie ist bezüglich der in 6 gezeigten Speicherzelleneinrichtung 15 beschrieben, die im Aufbau dem aus 5 ähnlich ist.
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Dort ist jedoch anstelle der Keimschicht 14 (die natürlich ebenfalls vorgesehen sein könnte) auf das Biasschichtsystem 7'''' bzw. die ferrimagnetische Schicht 8'''' eine Spannungsschicht 16 aufgebracht, z. B. aus SiO2, die in die ferrimagnetische Schicht uniaxial gerichtete Spannungen induziert, die wiederum eine uniaxiale Anisotropie induzieren.
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Neben den in 5 und 6 beschriebenen Möglichkeiten zur Induzierung oder Erzeugung einer uniaxialen Anisotropie besteht natürlich auch die Möglichkeit, diese durch ein schräges Abscheiden der ferrimagnetischen Schicht oder durch Einprägen einer Vorzugsrichtung in einem anliegenden Feld, gegebenenfalls während eines thermischen Ausheilschritts oder unter Verwendung einer ferrimagnetischen Schicht mit einem großen Magnetostriktionskoeffizienten und gegebenenfalls entsprechender Formgabe der Schichtkörner zu erzeugen. Dem Fachmann sind hinreichende Möglichkeiten zur Erzeugung einer Anisotropie bekannt, die er sämtlich einzeln oder in Kombination anwenden kann.
