(57)【要約】【課題】データ記憶層のスタックで構成された三次元磁気メモリを提供する。【解決手段】三次元磁気メモリ１００は、複数の積み重ねられたデータ記憶層１１２，１２２，１３２を含む。ビットは磁区の形態でデータ記憶層に書き込まれる。次に、ビットは、隣接するデータ記憶層を加熱することによって積み重ねられたデータ記憶層間で転送することができ、それにより、磁区からの磁界が隣接するデータ記憶層に磁区をインプリントすることが可能になる。隣接するデータ記憶層に磁区をインプリントすることによって、ビットは、あるデータ記憶層から別の層に複写される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平面を規定する第１のデータ記憶層を含む第１の記憶スタックと、
前記第１の記憶スタックに近接した第２の記憶スタックであって、前記第１の平面に平行な第２の平面を規定する第２のデータ記憶層を含む第２の記憶スタックと、
前記第１のデータ記憶層に近接した複数の書込み素子であって、前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の複数のビットを表す複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成する書込み素子と、
前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの磁界が前記第２のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第１のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層に複写できるように、前記第２のデータ記憶層を加熱するように適合された制御システムとを備える、磁気メモリ。
【請求項２】
前記第２の記憶スタックに近接した第３の記憶スタックであって、前記第１の平面および前記第２の平面に平行な第３の平面を規定する第３のデータ記憶層を含む第３の記憶スタックをさらに備え、
前記制御システムが、さらに、前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの磁界が前記第３のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第２のデータ記憶層から前記第３のデータ記憶層に複写できるように、前記第３のデータ記憶層を加熱するように適合された、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記制御システムが、さらに、前記第１のデータ記憶層を加熱して、前記第１のデータ記憶層に格納された前記磁区を消去するように適合され、
前記書込み素子が、さらに、前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の別の複数のビットを表す別の複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成するように適合された、請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
前記制御システムが、さらに、前記第３のデータ記憶層の前記磁区からの前記磁界が前記第２のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第３のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層に複写できるように、前記第２のデータ記憶層を加熱するように適合された、請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
前記制御システムが、さらに、前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの前記磁界が前記第１のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第２のデータ記憶層から前記第１のデータ記憶層に複写できるように、前記第１のデータ記憶層を加熱するように適合された、請求項４に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
前記第１のデータ記憶層に近接した複数の読取り素子であって、前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの磁界を感知して、前記ビットを前記第１のデータ記憶層から読み取るように適合された読取り素子をさらに備える、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項７】
前記第１のデータ記憶層から読み取った前記ビットを一時的に格納するように適合されたあふれ記憶システムをさらに備える、請求項６に記載の磁気メモリ。
【請求項８】
前記第１のデータ記憶層がストリップにパターニングされ、前記ストリップの位置が前記第１のデータ記憶層の前記磁区に対応し、
前記第２のデータ記憶層がストリップにパターニングされ、前記ストリップの位置が前記第２のデータ記憶層の前記磁区に対応し、前記第２のデータ記憶層の前記ストリップが前記第１のデータ記憶層の前記ストリップにほぼ直交する、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項９】
前記第１のデータ記憶層および前記第２のデータ記憶層の前記ストリップの幅が、前記磁区の所望のサイズに対応する、請求項８に記載の磁気メモリ。
【請求項１０】
前記第１の記憶スタックが、前記第１のデータ記憶層の加熱を前記第２のデータ記憶層から断熱するように適合された断熱層をさらに含む、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１１】
前記第１の記憶スタックが、前記第１のデータ記憶層を加熱するように適合された第１の加熱層をさらに含み、前記第１の加熱層が碁盤の目状に交差したコンダクタを備え、前記碁盤の目状に交差したコンダクタの交点が、前記第１のデータ記憶層の前記磁区の位置に対応する、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１２】
前記交点における前記碁盤の目状に交差したコンダクタの幅が、前記交点間における前記碁盤の目状に交差したコンダクタの幅よりも狭い、請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項１３】
第１の平面を規定する第１のデータ記憶層を含む第１の記憶スタックと、前記第１の記憶スタックに近接した第２の記憶スタックであって、前記第１の平面に平行な第２の平面を規定する第２のデータ記憶層を含む第２の記憶スタックとを含む、磁気メモリを動作させる方法において、
前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の複数のビットを表す複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成する工程と、
前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの磁界が、前記第２のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第１のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層に複写できるように、前記第２のデータ記憶層を加熱する工程とを含む、方法。
【請求項１４】
前記磁気メモリが、前記第２の記憶スタックに近接した第３の記憶スタックであって、前記第１の平面および前記第２の平面に平行な第３の平面を規定する第３のデータ記憶層を含む第３の記憶スタックをさらに備え、
前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの磁界が、前記第３のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第２のデータ記憶層から前記第３のデータ記憶層に複写できるように、前記第３のデータ記憶層を加熱する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のデータ記憶層を加熱して、前記第１のデータ記憶層に格納された前記磁区を消去する工程と、
前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の別の複数のビットを表す別の複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成する工程とをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３のデータ記憶層の前記磁区からの前記磁界が、前記第２のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第３のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層に複写できるように、前記第２のデータ記憶層を加熱する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの前記磁界が、前記第１のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第２のデータ記憶層から前記第１のデータ記憶層に複写できるように、前記第１のデータ記憶層を加熱する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの磁界を感知して、前記第１のデータ記憶層から前記ビットを読み取る工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のデータ記憶層から読み取った前記ビットをあふれ記憶システムに一時的に格納する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１の平面を規定する第１のデータ記憶層と、
前記第１の平面に平行な第２の平面を規定する、前記第１のデータ記憶層に近接した第２のデータ記憶層と、
前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、ビットのページを前記第１のデータ記憶層に書き込む手段であって、前記第１のデータ記憶層の磁化領域が、前記ビットのページを表す印加された前記磁界から形成される手段と、
前記第１のデータ記憶層の前記ビットのページを表す前記磁化領域からの磁界が、前記第２のデータ記憶層に対応する磁化領域を作成することを可能にする手段とを備え、
前記第２のデータ記憶層の前記磁化領域が、前記第１のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層に複写された前記ビットのページを表す、磁気メモリ。
【請求項２１】
前記可能にする手段が、前記第２のデータ記憶層を加熱して、前記第２のデータ記憶層の保磁力を低減する手段を含む、請求項２０の磁気メモリ。
【請求項２２】
前記第１のデータ記憶層に格納された磁化領域を消去する手段と、
前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の別の複数のビットを表す別の複数の磁化領域を前記第１のデータ記憶層に作成する手段とをさらに備える、請求項２０に記載の磁気メモリ。
【請求項２３】
前記消去する手段が、前記第１のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱する手段を備える、請求項２２に記載の磁気メモリ。
【請求項２４】
前記第２のデータ記憶層の前記ビットのページを表す前記磁化領域からの磁界が、前記第１のデータ記憶層に対応する磁化領域を作成することを可能にする手段であって、前記第１のデータ記憶層の前記磁化領域が、前記第２のデータ記憶層から前記第１のデータ記憶層に複写された前記ビットのページを表す手段をさらに備える、請求項２０に記載の磁気メモリ。
【請求項２５】
前記第１のデータ記憶層の前記磁化領域からの磁界を感知して、前記第１のデータ記憶層から前記ビットのページを読み取る手段をさらに備える、請求項２０に記載の磁気メモリ。
【請求項２６】
前記第１のデータ記憶層から読み取った前記ビットのページを一時的に格納する手段をさらに備える、請求項２５に記載の磁気メモリ。
【請求項２７】
第１のＸ−Ｙ平面を規定する第１のデータ記憶層を含む第１の記憶スタックであって、前記第１のデータ記憶層が、識別可能な磁化を有するビットを含むＸ−Ｙビットパターンを格納する第１の記憶スタックと、
前記第１の記憶スタックに近接した第２の記憶スタックであって、前記第１のＸ−Ｙ平面に平行な第２のＸ−Ｙ平面を規定する第２のデータ記憶層を含む第２の記憶スタックと、
前記第１のデータ記憶層の前記Ｘ−Ｙビットパターンにおける前記ビットの磁化が、前記第２のデータ記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを再現するようにすることによって、前記第１のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層への前記Ｘ−ＹビットパターンのＺ方向の転送を制御するように適合された制御システムとを備える、三次元固体磁気メモリ。
【請求項２８】
前記第１の記憶スタックと前記第２の記憶スタックの間の第１の中間スタックであって、前記第１のＸ−Ｙ平面および前記第２のＸ−Ｙ平面に平行な第３のＸ−Ｙ平面を規定する第１の中間記憶層を含む第１の中間スタックをさらに備え、
前記制御システムが、さらに、前記第１のデータ記憶層の前記Ｘ−Ｙビットパターンにおける前記ビットの磁化が、前記第１の中間記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを再現し、前記第１の中間記憶層の前記ビットパターンにおける前記ビットの磁化が、前記第２のデータ記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを再現するようにすることによって、前記第１のデータ記憶層から前記第２のデータ記憶層への前記Ｘ−ＹビットパターンのＺ方向の転送を制御するように適合された、請求項２７に記載の三次元固体磁気メモリ。
【請求項２９】
前記第２の記憶スタックに近接した第３の記憶スタックであって、前記第１のＸ−Ｙ平面および前記第２のＸ−Ｙ平面に平行な第３のＸ−Ｙ平面を規定する第３のデータ記憶層を含む第３の記憶スタックをさらに備え、
前記制御システムが、さらに、前記第２のデータ記憶層の前記Ｘ−Ｙビットパターンにおける前記ビットの磁化が、前記第３のデータ記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを再現するようにすることによって、前記第２のデータ記憶層から前記第３のデータ記憶層への前記Ｘ−ＹビットパターンのＺ方向の転送を制御するように適合された、請求項２７に記載の三次元固体磁気メモリ。
【請求項３０】
前記第２の記憶スタックと前記第３の記憶スタックの間の第２の中間スタックであって、前記第３のＸ−Ｙ平面に平行な第４のＸ−Ｙ平面を規定する第２の中間記憶層を含む第２の中間スタックをさらに備え、
前記制御システムが、さらに、前記第２のデータ記憶層の前記Ｘ−Ｙビットパターンにおける前記ビットの磁化が、前記第２の中間記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを再現し、前記第２の中間記憶層の前記Ｘ−Ｙビットパターンにおける前記ビットの磁化が、前記第３のデータ記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを再現するようにすることによって、前記第２のデータ記憶層から前記第３のデータ記憶層への前記Ｘ−ＹビットパターンのＺ方向の転送を制御するように適合された、請求項２９に記載の三次元固体磁気メモリ。
【請求項３１】
前記第１のデータ記憶層に近接しており、前記第１のデータ記憶層の前記Ｘ−Ｙビットパターンにおける前記ビットの磁化を感知して、前記第１のデータ記憶層から前記Ｘ−Ｙビットパターンを読み取るように適合された読取り素子の配列をさらに備える、請求項２７に記載の三次元固体磁気メモリ。
【請求項３２】
前記第１のデータ記憶層から読み取った前記Ｘ−Ｙビットパターンを一時的に格納するように適合されたあふれ記憶システムをさらに備える、請求項３１に記載の三次元固体磁気メモリ。
【請求項３３】
前記第１のデータ記憶層に近接しており、前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層に前記Ｘ−Ｙビットパターンを書き込むように適合された書込み素子の交差点配列をさらに備える、請求項２７に記載の三次元固体磁気メモリ。
【請求項３４】
複数の読取り素子および複数の書込み素子を形成する工程と、
前記複数の読取り素子および前記複数の書込み素子に近接した第１の記憶スタックであって、第１の平面を規定する第１のデータ記憶層を含む第１の記憶スタックを形成する工程と、
前記第１の記憶スタックに近接した第２の記憶スタックであって、前記第１の平面に平行な第２の平面を規定する第２のデータ記憶層を含む第２の記憶スタックを形成する工程とを含み、
前記書込み素子が、前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の複数のビットを表す複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成するように適合され、
前記第２のデータ記憶層が、前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの熱および磁界に応答して、前記第１のデータ記憶層から前記磁区をインプリントする、磁気メモリを製造する方法。
【請求項３５】
前記第１の記憶スタックと前記第２の記憶スタックの間に、前記第２の平面に平行な第３の平面を規定する第１の中間記憶層を含む第１の中間スタックを形成する工程をさらに含み、
前記第１の中間記憶層が、前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの熱および磁界に応答して、前記第１のデータ記憶層から前記磁区をインプリントし、
前記第２のデータ記憶層が、前記第１の中間記憶層の前記磁区からの熱および磁界に応答して、前記第１の中間記憶層から前記磁区をインプリントする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の記憶スタックに近接しており、前記第２の平面に平行な第３の平面を規定する第３のデータ記憶層を含む第３の記憶スタックを形成する工程をさらに含み、
前記第３のデータ記憶層が、前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの熱および磁界に応答して、前記第２のデータ記憶層から前記磁区をインプリントする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の記憶スタックと前記第３の記憶スタックの間に、前記第３の平面に平行な第４の平面を規定する第２の中間記憶層を含む第２の中間スタックを形成する工程をさらに含み、
前記第２の中間記憶層が、前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの熱および磁界に応答して、前記第２のデータ記憶層から前記磁区をインプリントし、
前記第３のデータ記憶層が、前記第２の中間記憶層の前記磁区からの熱および磁界に応答して、前記第２の中間記憶層から前記磁区をインプリントする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のデータ記憶層から読み取った前記ビットを一時的に格納するように適合されたあふれ記憶システムを形成する工程をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の記憶スタックを形成する前記工程が、前記第１のデータ記憶層をストリップにパターニングする工程を含み、前記ストリップの位置が前記第１のデータ記憶層の前記磁区に対応し、
前記第２の記憶スタックを形成する前記工程が、前記第２のデータ記憶層をストリップにパターニングする工程を含み、前記ストリップの位置が前記第２のデータ記憶層の前記磁区に対応し、前記第２のデータ記憶層の前記ストリップが前記第１のデータ記憶層の前記ストリップにほぼ直交する、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のデータ記憶層および前記第２のデータ記憶層の前記ストリップの幅が、前記磁区の所望のサイズに対応する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の記憶スタックを形成する前記工程が、
前記第１のデータ記憶層を形成する工程と、
前記第１のデータ記憶層に近接した加熱層を形成する工程と、
前記加熱層に近接した断熱層を形成する工程とを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
前記加熱層を形成する前記工程が、
交点が前記第１のデータ記憶層の前記磁区の位置に対応する、碁盤の目状に交差したコンダクタを形成する工程を含み、
前記交点における前記碁盤の目状に交差したコンダクタの幅が、前記交点間における前記碁盤の目状に交差したコンダクタの幅よりも狭い、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
第１の平面を規定する第１のデータ記憶層と、
前記第１のデータ記憶層上に積み重ねられた、前記第１の平面に平行な第２の平面を規定する少なくとも１つの２次データ記憶層と、
前記第１のデータ記憶層に磁区の形態でビットを書き込むとともに、前記第１のデータ記憶層の磁区からの磁界が前記少なくとも１つの２次データ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第１のデータ記憶層から前記少なくとも１つの２次データ記憶層に複写できるように、前記少なくとも１つの２次データ記憶層を加熱するように適合された制御システムとを備える、磁気メモリ。
【請求項４４】
複数のデータ記憶層と、
前記データ記憶層の間に形成された少なくとも１つの中間記憶層であって、前記データ記憶層とともに平行なＸ−Ｙ平面を規定する中間記憶層と、
前記少なくとも１つの中間記憶層を介して、１つのデータ記憶層の磁区からの磁界が別のデータ記憶層に前記磁区をインプリントできるようにすることによって、前記少なくとも１つの中間記憶層を介して、前記１つのデータ記憶層から前記別のデータ記憶層にＺ方向にビットを複写するように適合された制御システムとを備える、磁気メモリ。
【請求項４５】
前記データ記憶層が厚み方向磁化を有する材料から形成される、請求項４４に記載の磁気メモリ。
【請求項４６】
前記厚み方向磁化を有する前記材料が、ＴｂＦｅＣｏ材料、ＣｏＰｔ材料、またはＣｏＰｄ材料の１つを含む、請求項４５に記載の磁気メモリ。
【請求項４７】
前記データ記憶層が縦方向磁化を有する材料から形成される、請求項４４に記載の磁気メモリ。
【請求項４８】
第１の平面を規定する第１のデータ記憶層を含む第１の記憶スタックと、
前記第１の記憶スタックに近接した第１の中間スタックであって、前記第１の平面に平行な第２の平面を規定する第１の中間記憶層を含む第１の中間スタックと、
前記第１の中間スタックに近接した第２の記憶スタックであって、前記第２の平面に平行な第３の平面を規定する第２のデータ記憶層を含む第２の記憶スタックと、
前記第１の中間記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、前記第１のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合された制御システムと、
前記第１のデータ記憶層に近接した複数の書込み素子であって、前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、複数のビットを表す複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成するように適合された書込み素子とを備え、
前記制御システムが、さらに、前記第１の記憶層を冷却して、前記第１のデータ記憶層に前記磁区を格納するように適合された、磁気メモリ。
【請求項４９】
前記制御システムが、さらに、前記第２のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、前記第１の中間記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合され、
前記第１の中間記憶層の加熱によって、前記第１のデータ記憶層の前記磁区からの磁界が、前記第１の中間記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第１のデータ記憶層から前記第１の中間記憶層に複写することを可能にし、
前記制御システムが、さらに、前記第１の中間記憶層を冷却して、前記第１の中間記憶層に前記磁区を格納するように適合された、請求項４８に記載の磁気メモリ。
【請求項５０】
前記第２の記憶スタックに近接した第２の中間スタックであって、前記第３の平面に平行な第４の平面を規定する第２の中間記憶層を含む第２の中間スタックをさらに備え、
前記制御システムが、さらに、前記第２の中間記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、前記第２のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合され、
前記第２のデータ記憶層の加熱によって、前記第１の中間記憶層の前記磁区からの磁界が、前記第２のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第１の中間記憶層から前記第２のデータ記憶層に複写することを可能にし、
前記制御システムが、さらに、前記第２のデータ記憶層を冷却して、前記第２のデータ記憶層に前記磁区を格納するように適合された、請求項４９に記載の磁気メモリ。
【請求項５１】
前記制御システムが、さらに、前記第１のデータ記憶層および前記第１の中間記憶層をそれらのキュリー温度よりも高温まで加熱して、前記第１のデータ記憶層に格納された前記磁区を消去し、前記第１のデータ記憶層を冷却し、次に前記第１の中間記憶層を冷却するように適合された、請求項５０に記載の磁気メモリ。
【請求項５２】
前記第２の中間スタックに近接した第３の記憶スタックであって、前記第４の平面に平行な第５の平面を規定する第３のデータ記憶層を含む第３の記憶スタックと、
前記第３の記憶スタックに近接した第３の中間スタックであって、前記第５の平面に平行な第６の平面を規定する第３の中間記憶層を含む第３の中間スタックとをさらに備え、
前記制御システムが、さらに、前記第３のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、前記第２の中間記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合され、
前記第２の中間記憶層の加熱によって、前記第２のデータ記憶層の前記磁区からの磁界が、前記第２の中間記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第２のデータ記憶層から前記第２の中間記憶層に複写することを可能にし、
前記制御システムが、さらに、前記第２の中間記憶層を冷却して、前記第２の中間記憶層に前記磁区を格納するように適合された、請求項５０に記載の磁気メモリ。
【請求項５３】
前記制御システムが、さらに、前記第３の中間記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、前記第３のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合され、
前記第３のデータ記憶層の加熱によって、前記第２の中間記憶層の前記磁区からの磁界が、前記第３のデータ記憶層に前記磁区をインプリントして、前記ビットを前記第２の中間記憶層から前記第３のデータ記憶層に複写することを可能にし、
前記制御システムが、さらに、前記第３のデータ記憶層を冷却して、前記第３のデータ記憶層に前記磁区を格納するように適合された、請求項５２に記載の磁気メモリ。
【請求項５４】
前記制御システムが、さらに、前記第１の中間記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで再び加熱し、前記第１のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで再び加熱するように適合され、
前記複数の書込み素子が、さらに、前記第１のデータ記憶層に磁界を印加して、前記第１のデータ記憶層の別の複数のビットを表す別の複数の磁区を前記第１のデータ記憶層に作成するように適合され、
前記制御システムが、さらに、前記第１のデータ記憶層を冷却して、前記第１のデータ記憶層に前記別の磁区を格納するように適合された、請求項５３に記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メモリの分野に関し、特に、データ記憶層のスタックで構成された三次元磁気メモリに関する。より具体的には、三次元磁気メモリは、データ記憶層間のビットの転送を可能にする。
【背景技術】
【０００２】
固体メモリは可動部を使用しない不揮発性記憶媒体である。固体メモリのいくつかの例は、フラッシュメモリおよびＭＲＡＭ（磁気抵抗ランダムアクセスメモリ）である。固体メモリは、電気機械式のディスクドライブを用いて可能であるよりもはるかに高速で、固体メモリ間のデータ転送が行われるという点で、従来のディスクドライブに対する利点を備える。固体メモリはまた、より長い作動期間を有することがあり、可動部がないため、より耐久性があることがある。従来の固体メモリに関する１つの問題は、電気機械式のディスクドライブを用いて達成できるよりも記憶容量がはるかに少ないことである。例えば、共通のフラッシュメモリは、約１ギガバイト（ＧＢ）まで格納することができるが、共通のハードドライブは１００ＧＢ以上格納することができる。１メガバイト当たりのコストは、電気機械式のディスクドライブよりも固体メモリの方が高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固体メモリは、最小形状（Ｆ）によって決定されるサイズを有する。固体磁気メモリに関する（フラッシュメモリとは対照的な）１つの問題は、メモリのセル密度である。典型的な固体磁気メモリは、典型的な４Ｆの距離範囲にわたって延びる電流線からの磁界の性質により、フラッシュメモリよりも大きいセルサイズを有する。例えば、ＭＲＡＭは３２Ｆ２のセル幅を有することがある一方、フラッシュメモリは４Ｆ２のセル幅を有することがある。残念なことに、固体磁気メモリのセル幅がより大きいと、セル密度は低減される。
【０００４】
したがって、セル幅を低減した固体磁気メモリを設計することが望ましいことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、三次元固体磁気メモリに関する上述および他の関連する問題を解決する。三次元磁気メモリは、各データ記憶層がデータのビットを格納するように適合された、複数の積み重ねられたデータ記憶層を含む。ビットは、所望に応じてデータ記憶層間で転送することができる。積み重ねられたデータ記憶層を使用して三次元磁気メモリを形成することにより、正味のセル幅は有利に低減され、それによってセル密度を増加させることができる。例えば、二次元磁気メモリが、当初は１６Ｆ２のセル幅を有するものと仮定する。磁気メモリが、１つのデータ記憶層の代わりに、本明細書に記載されるような４つの積み重ねられたデータ記憶層を用いて実装された場合、有効なセル幅を４Ｆ２に低減することができる。磁気メモリが、１つのデータ記憶層の代わりに、本明細書に記載されるような１６個の積み重ねられたデータ記憶層を用いて実装された場合、有効なセル幅を１Ｆ２に低減することができる。本明細書に記載されるような三次元磁気メモリは、有利には、セル密度（またはビット密度）の点でフラッシュメモリおよびディスクドライブに匹敵し得る。
【０００６】
本発明の一実施形態は、積み重ねられたデータ記憶層を有する磁気メモリである。磁気メモリは、第１の平面を規定する第１のデータ記憶層を含む第１の記憶スタックを含む。スタックは、順に重ねて蒸着された一連の薄膜であり、ここに記載される磁気メモリの基本的な構成単位を形成する。磁気メモリは、さらに、第１の記憶スタックに近接した第２の記憶スタックであって、第１の平面に平行な第２の平面を規定する第２のデータ記憶層を含む第２の記憶スタックを含む。第１の平面および第２の平面はＸ−Ｙ方向にあり、したがって、データ記憶層はＺ方向に積み重ねられる。磁気メモリは、さらに、第２の記憶スタックに近接した第３の記憶スタックであって、第２の平面に平行な第３の平面を規定する第３のデータ記憶層を含む第３の記憶スタックを含んでもよい。磁気メモリは、さらに、所望の実装に応じて、第４の記憶スタック、第５の記憶スタックなどを含んでもよい。
【０００７】
磁気メモリは、さらに、第１のデータ記憶層に近接した複数の書込み素子を含む。書込み素子は、第１のデータ記憶層に磁界を印加して、第１のデータ記憶層に複数の磁区を作成するように適合される。磁区は、第１のデータ記憶層に格納されている複数のビットを表す。磁気メモリは、さらに、第１のデータ記憶層の磁区からの磁界が、第２のデータ記憶層に磁区をインプリントできるように、第２のデータ記憶層を加熱するように適合された制御システムを含む。第２のデータ記憶層に磁区をインプリントすることによって、ビットは、第１のデータ記憶層から第２のデータ記憶層に複写される。
【０００８】
制御システムは、所望に応じて磁気メモリのデータ記憶層間でビットを転送するように適合されてもよい。例えば、制御システムは、さらに、第２のデータ記憶層の磁区からの磁界が、第３のデータ記憶層に磁区をインプリントできるように、第３のデータ記憶層を加熱するように適合されてもよい。第３のデータ記憶層に磁区をインプリントすることによって、ビットは、第２のデータ記憶層から第３のデータ記憶層に複写される。制御システムは、さらに、第３のデータ記憶層から第２のデータ記憶層に、また第２のデータ記憶層から第１のデータ記憶層になど、別の方向にビットを転送するように適合されてもよい。
【０００９】
別の実施形態では、磁気メモリは、さらに、第１の記憶スタックと第２の記憶スタックの間に第１の中間スタックと、第２の記憶スタックと第３の記憶スタックの間に第２の中間スタックとを含んでもよく、第１の中間スタックは第１の中間記憶層を含み、第２の中間スタックは第２の中間記憶層を含む。第１のデータ記憶層から第２のデータ記憶層にビットを複写するため、制御システムは、第２のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、第１の中間記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合される。第１の中間記憶層を加熱することで、第１のデータ記憶層の磁区からの磁界は、第１の中間記憶層に磁区をインプリントする。制御システムは、さらに、第１の中間記憶層を冷まし、次に第２のデータ記憶層を冷まし、それによって第１の中間記憶層に磁区を格納する。次に、制御システムは、さらに、第２の中間記憶層をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、第２のデータ記憶層をそのキュリー温度よりも低温まで加熱するように適合される。第２の中間記憶層を加熱することで、第１の中間記憶層の磁区からの磁界は、第２のデータ記憶層に磁区をインプリントする。制御システムは、さらに、第２のデータ記憶層を冷まし、次に第２の中間記憶層を冷まし、それによって第２のデータ記憶層に磁区を格納する。
【００１０】
別の実施形態では、磁気メモリは、さらに、第１のデータ記憶層に近接した複数の読取り素子を含む。読取り素子は、第１のデータ記憶層の磁区からの磁界を感知して、第１のデータ記憶層からビットを読み取るように適合される。
【００１１】
別の実施形態では、磁気メモリは、さらに、第１のデータ記憶層から読み取ったビットを一時的に格納するように適合されたあふれ記憶システムを含む。
【００１２】
別の実施形態では、第１のデータ記憶層はストリップにパターニングされる。ストリップの位置は第１のデータ記憶層の磁区に対応する。第２のデータ記憶層もストリップにパターニングされ、ストリップの位置は第２のデータ記憶層の磁区に対応する。第２のデータ記憶層のストリップは第１のデータ記憶層のストリップに直交する。磁気メモリ内の連続するデータ記憶層のストリップは、互いに直交して、磁区のサイズを制御する。
【００１３】
別の実施形態では、第１の記憶スタックは、第１のデータ記憶層に加えて第１の加熱層および第１の断熱層を含む。第１の加熱層は第１のデータ記憶層を加熱するように適合される。第１の加熱層は、碁盤の目状に交差したコンダクタを含み、碁盤の目状に交差したコンダクタの交点は第１のデータ記憶層の磁区の位置に対応する。別の実施形態では、碁盤の目状に交差したコンダクタの交点における幅は、碁盤の目状に交差したコンダクタの交点間における幅よりも狭い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セル幅を低減した固体磁気メモリを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜３２および以下の記載は、本発明をどのように作成し使用するかを当業者に教示するため、本発明の特定の代表的な実施形態を説明する。発明の原理を教示するため、本発明のいくつかの従来の態様は、簡略化されるか、または省略されている。当業者であれば、本発明の範囲以内にある実施形態からの変形例を理解するであろう。当業者であれば、後述される特徴を様々に組み合わせて、本発明の多数の変形例を形成できることを理解するであろう。結果として、本発明は、後述される特定の実施形態に限定されず、請求項およびそれらの均等物によってのみ限定される。すべての図面において、同様の参照番号は同様の要素を表す。
【００１６】
図１は、本発明の典型的な一実施形態における磁気メモリ１００の断面図である。実際の磁気メモリは、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向にさらに延びることがあるので、図１の断面図は磁気メモリ１００の一部のみを示す。磁気メモリ１００は、複数の読取り素子１０２、複数の書込み素子１０４、第１の記憶スタック１１０、第２の記憶スタック１２０、および第３の記憶スタック１３０を含む層の主要コラム１０１を含む。磁気メモリ１００はまた、複数のトランジスタおよび他の素子で構成されてもよい制御システム１５０を含む。層の１つの主要コラム１０１が図１に示されるが、磁気メモリ１００は、図１に示されるような複数の主要コラムを含んでもよい。例えば、図１に示される主要コラム１０１が４Ｍｂｉｔｓの記憶装置（Ｘ方向に２ＫおよびＹ方向に２Ｋなど）を提供する場合、磁気メモリ１００は、図１に示されるような複数の主要コラム１０１を含んで、１６Ｍｂｉｔｓ、３２Ｍｂｉｔｓ、６４Ｍｂｉｔｓなどを提供してもよい。
【００１７】
読取り素子１０２および書込み素子１０４は記憶スタック１１０に近接し、記憶スタック１１０は記憶スタック１２０に近接し、記憶スタック１２０は記憶スタック１１０および記憶スタック１３０に近接している。近接とは、１つのスタックが別のスタックの近傍にあるかそれに隣接していることを意味する。この実施形態中には示されないより多数またはより少数の記憶スタックが、磁気メモリ１００内に存在してもよい。例えば、磁気メモリ１００は、第４の記憶スタック、第５の記憶スタックなどを含んでもよい。さらに、記憶スタック１１０、１２０、および１３０の間に中間層が存在してもよい。これらの中間層は、記憶スタック間のビットの転送を容易にするために使用されてもよく、それは図９〜１０に示される。
【００１８】
記憶スタックは、データのビットを格納するように適合された層の任意の部分集合を含む。記憶スタック１１０は、１つまたは複数の材料の層を含む。記憶スタック１１０の層の１つは、ビットを格納するように適合された磁性材料の層であるデータ記憶層１１２を含む。データ記憶層１１２は、ＴｂＦｅＣｏ、ＣｏＰｔ、またはＣｏＰｄの多層などの、厚み方向磁化を有する磁性材料で構成されてもよい。あるいは、データ記憶層１１２は、水平磁化または非厚み方向磁化を有する磁性材料で構成されてもよい。記憶スタック１１０はまた、データ記憶層１１２の加熱を他のデータ記憶層から断熱するように適合された、１つまたは複数の断熱層１１４を含んでもよい。記憶スタック１１０はまた、データ記憶層１１２を加熱するように適合された加熱層（図示せず）を含んでもよい。記憶スタック１２０は、データ記憶層１２２、断熱層１２４、および場合によっては加熱層を有して、記憶スタック１１０と同様の構成を有してもよい。記憶スタック１３０は、データ記憶層１３２、断熱層１３４、および場合によっては加熱層を有して、記憶スタック１１０と同様の構成を有してもよい。
【００１９】
記憶スタック１１０のデータ記憶層１１２は、Ｘ−Ｙ方向の第１の平面を規定する。記憶スタック１２０のデータ記憶層１２２は、Ｘ−Ｙ方向の第２の平面を規定する。記憶スタック１３０のデータ記憶層１３２は、Ｘ−Ｙ方向の第３の平面を規定する。図１に明らかなように、データ記憶層の第１の平面、第２の平面、および第３の平面は、互いに平行である。
【００２０】
図２は、本発明の代表的な一実施形態における読取り素子１０２の平面図である。読取り素子１０２はＸ−Ｙ方向の配列状である。読取り素子１０２は、データ記憶層１１２、１２２、および１３２において、所望のビット密度に応じて間隔を空けられる。読取り素子１０２は、データ記憶層１１２に格納されたビットを表す磁区からの磁界を感知するように適合された任意の素子を含む。例えば、読取り素子１０２は、ホール効果素子、回転バルブ素子、またはトンネルバルブ素子を含んでもよい。
【００２１】
図３は、本発明の代表的な一実施形態における書込み素子１０４の平面図である。書込み素子１０４は、電流ループの交差点配列から形成される。個々の書込み素子１０４は、図３の点線の円によって示される。導電性材料から形成された電流ループ３０２はＸ方向に進み、電流ループ３０４はＹ方向に進む。電流ループの交点は、点線の四角形として示される読取り素子１０２の位置に対応する。電流ループ３０２および３０４はそれぞれ、大きさＸの磁界を生成する。電流ループが交差しない位置では、磁界はＸの大きさを有する。電流ループが交差する位置では、両方の電流ループからの磁界は加算されて、２Ｘの大きさを有する磁界を生成する。２Ｘの磁界は、図１のデータ記憶層１１２にビットを書き込むために使用される。
【００２２】
本発明の特徴および態様によれば、磁気メモリ１００は、データ記憶層１１２、１２２、および１３２（ならびに場合によっては図示されない他のデータ記憶層）にビットを格納するように適合される。磁気メモリ１００にビットを格納するため、データ記憶層１１２、１２２、および１３２はそれぞれ、Ｘ−Ｙ方向にビットを格納することができる。磁気メモリ１００はまた、データ記憶層１１２、１２２、および１３２の間に、図１のＺ方向にビットを転送することができる。
【００２３】
図４は、本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリ１００にビットを書き込む方法４００を示すフローチャートである。ステップ４０２において、書込み素子１０４は、データ記憶層１１２に磁界を印加して、データ記憶層１１２に複数の磁区を作成するかインプリントする。磁区は、異なる磁化（またはバックグラウンド磁化）の領域に囲まれた磁化領域を含む。磁区は、データ記憶層１１２に書き込まれているデータの複数のビットを表す。磁区はまた、本明細書では、磁化または磁気インプリントの領域と称されてもよい。制御システム１５０は、データ記憶層１１２を加熱して、データ記憶層１１２に磁区を作成するのを助けてもよい。データ記憶層１１２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、保磁力（Ｈｃ）が低減され、この層の磁化が、書込み素子１０４からの磁界によってより影響を受け易くなる。データ記憶層１１２はある抵抗を備えた金属材料を含むので、制御システム１５０は、データ記憶層１１２に電流を直接印加して、熱を加えてもよい。あるいは、制御システム１５０は、データ記憶層１１２に近接した記憶スタック１１０に含まれている加熱層（図示せず）に電流を印加してもよい。
【００２４】
図５は、データ記憶層１１２に書き込まれたビットを示すデータ記憶層１１２の一部分の等角図である。データ記憶層１１２は、図５において下向きの平面に垂直な磁化などのバックグラウンド磁化を有する。ビットは、磁区５０２の形態でデータ記憶層１１２に書き込まれる。磁区５０２は、データ記憶層１１２の主要な磁化と反対の極性に磁化を局所的に変更することによって形成される。磁区５０２の磁化は、図５において矢印によって示される。バックグラウンド磁化の反対に磁化された磁区５０２が存在することは、「１」などのビットの１つの二値を示す。データ記憶層１１２の特定の領域に反対に磁化された領域５０２が存在しないことは、「０」などのビットの別の二値を示す。図５において磁区５０２が存在しないことは、点線の円として示される。
【００２５】
図６は、図４のステップ４０２にしたがって、データ記憶層１１２にビットが書き込まれた磁気メモリ１００を示す。磁区は、右端の書込み素子１０４および中央の書込み素子１０４によって、データ記憶層１１２にインプリントされている。磁区は、右端の書込み素子１０４に近接した領域、および中央の書込み素子１０４に近接した領域を表す、点線の四角形内にある上向きの単一の矢印によって示される。反対の磁区を有さないバックグラウンド磁化は、左端の書込み素子１０４に近接したデータ記憶層１１２にインプリントされている。反対の磁区が存在しないことは、左端の書込み素子１０４に近接した領域を表す、矢印を含まない点線の四角形によって示される。
【００２６】
図６においてデータ記憶層１１２にビットが書き込まれているので、制御システム１５０は、以下のように主要コラム１０１の上方にビットを転送してもよい。制御システム１５０は、図４のステップ４０４において、データ記憶層１１２の磁区からの磁界が、データ記憶層１２２に磁区をインプリントできるように、データ記憶層１２２を加熱する。データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１１２に格納されたビットは、Ｚ方向（図６において上方）にデータ記憶層１２２に複写される。制御システム１５０は、データ記憶層１２２に電流を直接印加して、熱を加えてもよく、または、データ記憶層１２２に近接した記憶スタック１２０に含まれる加熱層（図示せず）に電流を印加してもよい。この実施形態では、熱は、データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２に磁区をインプリントするために使用されるが、磁区の転送を容易にするため、他の方法または手段が使用されてもよい。図７は、図４のステップ４０４にしたがって、データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２にビットが複写された磁気メモリ１００を示す。分離された磁区が存在しないことも、図７において点線の四角形によって示される。
【００２７】
磁区は、データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２に直接インプリントされなくてもよい。上述したように、データ記憶層１１２とデータ記憶層１２２の間に転送を容易にする中間層が存在してもよい。例えば、制御システム１５０は、最初にデータ記憶層１１２から中間層に磁区を複写し、次に中間層からデータ記憶層１２２に磁区を複写してもよい。中間層（１つまたは複数）は、他の層の他の磁区（他のビットパターン用の磁区など）が、データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２への磁区の転送を妨害するのを防ぐバッファの役割をする。
【００２８】
図７においてデータ記憶層１２２にビットが書き込まれているので、制御システム１５０は、以下のように主要コラム１０１の上方にビットを転送してもよい。制御システム１５０は、図４のステップ４０６において、データ記憶層１２２の磁区からの磁界が、データ記憶層１３２に磁区をインプリントできるように、データ記憶層１３２を加熱する。データ記憶層１２２からデータ記憶層１３２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１２２に格納されたビットは、Ｚ方向にデータ記憶層１３２に複写される。やはり、制御システム１５０は、データ記憶層１３２に電流を直接印加して、熱を加えてもよく、または、データ記憶層１３２に近接した記憶スタック１３０に含まれる加熱層（図示せず）に電流を印加してもよい。図８は、図４のステップ４０６にしたがって、データ記憶層１２２からデータ記憶層１３２にビットが複写された磁気メモリ１００を示す。図４の方法４００は、磁気メモリ１００の上方の層を加熱して、主要コラム１０１の上方にビットを転送するさらなる工程を含んでもよい。
【００２９】
あるデータ記憶層から別の層にビットを複写した後に、制御システム１５０は、送り出し側のデータ記憶層からビットを消去してもよい。例えば、データ記憶層１１２からビットを消去するため、制御システム１５０は、データ記憶層１１２をそのキュリー温度（Ｔｃ）以上まで加熱して磁区を消去し、データ記憶層１１２が冷めた後に、それを最初の磁化またはバックグラウンド磁化に戻してもよい。制御システム１５０は、データ記憶層１１２をその最初の磁化またはバックグラウンド磁化に戻すため、バイアス磁界がある状態でデータ記憶層１１２を加熱し冷却してもよい。このようにして、ビットはデータ記憶層１１２から消去される。制御システム１５０は、データ記憶層１１２に電流を直接印加して、熱を加えてもよく、または、データ記憶層１１２に近接した記憶スタック１１０に含まれる加熱層（図示せず）に電流を印加してもよい。
【００３０】
図８では、データ記憶層１１２に元々書き込まれていたビットは、データ記憶層１２２およびデータ記憶層１３２に複写されていた。ビットは、データ記憶層１３２に格納されてもよいし、または、磁気メモリ１００のスタックの上方（追加の記憶スタックは図８には示されていないが）に転送されてもよい。データ記憶層１３２にビットが格納されているので、制御システム１５０はデータ記憶層１１２に格納されたビットパターンを消去してもよく、書込み素子１０４は別のビットパターンをデータ記憶層１１２に書き込んでもよい。制御システム１５０は、データ記憶層１２２に格納されたビットパターンを消去し、図４のステップ４０４に記載されるように、データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２に新しいビットパターンを転送してもよい。１つのビットパターンがデータ記憶層１３２に格納され、別のビットパターンがデータ記憶層１２２に格納されているので、制御システム１５０はデータ記憶層１１２に格納されたビットパターンを消去してもよく、書込み素子１０４は、所望に応じてさらに別のビットパターンをデータ記憶層１１２に書き込んでもよい。
【００３１】
図９は、磁気メモリ１００がさらに中間スタックを含む、磁気メモリ１００の別の実施形態の断面図を示す。この実施形態では、磁気メモリ１００は、さらに、中間スタック１４０および１５０を含む。中間スタックは、データのビットを一時的に格納するように適合された層の任意の部分集合を含む。中間スタック１４０は１つまたは複数の材料の層を含む。中間スタック１４０の層の１つは、ビットを一時的に格納するように適合された磁性材料の層である中間記憶層１４２を含む。中間記憶層１４２は、ＴｂＦｅＣｏまたはＣｏＰｔの多層などの、データ記憶層１１２、１２２、および１３２に使用されたのと同じ材料で構成されてもよい。中間記憶層１４２は、データ記憶層１１２、１２２、および１３２の平面に平行な平面を規定する。中間スタック１４０はまた、他のデータ記憶層からの中間記憶層１４２の加熱を断熱するように適合された、１つまたは複数の断熱層１４４を含んでもよい。中間スタック１４０はまた、中間記憶層１４２を加熱するように適合された加熱層（図示せず）を含んでもよい。中間スタック１５０は、中間記憶層１５２、断熱層１５４、および場合によっては加熱層を有する、中間スタック１４０と同様の構成を有してもよい。
【００３２】
図１０は、本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリ１００にビットを書き込む方法１０００を示すフローチャートである。ステップ１００２において、制御システム１５０は、中間記憶層１４２をそのキュリー温度以上まで加熱し、データ記憶層１１２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。キュリー温度よりもわずかに低温まで加熱するとは、層をそのキュリー温度よりも低い温度まで、ただし層の磁化が磁界によってより影響を受け易くなるのに十分に高い温度まで加熱することを指す。中間記憶層１４２をそのキュリー温度以上まで加熱することで、この層のあらゆる磁区が消去されるので、データ記憶層１１２に影響しなくなる。データ記憶層１１２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、書込み素子１０４をこの層により書き込み易くなる。
【００３３】
ステップ１００３において、書込み素子１０４は、データ記憶層１１２に磁界を印加して、データ記憶層１１２に複数の磁区を作成またはインプリントする。磁区は、データ記憶層１１２に書き込まれているビットパターンを表す。ステップ１００４において、制御システム１５０はデータ記憶層１１２を冷まし、それによってデータ記憶層１１２に磁区を格納する。ステップ１００５において、次に、制御システム１５０は中間記憶層１４２を冷ます。中間記憶層１４２が冷めると、データ記憶層１１２またはデータ記憶層１２２からの磁区が層にインプリントされてもよい。中間記憶層１４２のいずれの磁区も、データ記憶層１１２が既に冷めているので、そこに格納された磁区に影響しないはずである。
【００３４】
データ記憶層１１２からデータ記憶層１２２にビットを複写するため、以下を行う。制御システム１５０は、ステップ１００６において、データ記憶層１２２をそのキュリー温度以上まで加熱し、中間記憶層１４２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層１２２をそのキュリー温度以上まで加熱することにより、この層のあらゆる磁区が消去されるので、中間記憶層１４２に影響しなくなる。中間記憶層１４２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、データ記憶層１１２の磁区からの磁界が、中間記憶層１４２に磁区をインプリントすることが可能になる。データ記憶層１１２から中間記憶層１４２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１１２に格納されたビットは、Ｚ方向（図９において上方）に中間記憶層１４２に複写される。ステップ１００７において、制御システム１５０は中間記憶層１４２を冷まし、それによって中間記憶層１４２に磁区を格納する。ステップ１００８において、次に、制御システム１５０はデータ記憶層１２２を冷ます。
【００３５】
次に、制御システム１５０は、ステップ１００９において、中間記憶層１５２をそのキュリー温度以上まで加熱し、データ記憶層１２２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。中間記憶層１５２をそのキュリー温度まで、またはそれよりも高温まで加熱することにより、この層のあらゆる磁区が消去されるので、データ記憶層１２２に影響しなくなる。データ記憶層１２２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、中間記憶層１４２の磁区からの磁界が、データ記憶層１２２に磁区をインプリントすることが可能になる。中間記憶層１４２からデータ記憶層１２２に磁区をインプリントすることによって、中間記憶層１４２に格納されたビットは、Ｚ方向（図９において上方）にデータ記憶層１２２に複写される。ステップ１０１０において、制御システム１５０はデータ記憶層１２２を冷まし、それによってデータ記憶層１２２に磁区を格納する。ステップ１０１１において、次に、制御システム１５０は中間記憶層１４２を冷ます。このようにして、ビットは、中間記憶層１４２を介してデータ記憶層１１２からデータ記憶層１２２に成功裡に複写されている。ビットを主要コラム１０１のさらに上方に複写するため、同様の方法が使用される。
【００３６】
制御システム１５０は、所望に応じてデータ記憶層１１２からビットを消去してもよい。ビットを消去するため、制御システム１５０は、中間記憶層１４２をそのキュリー温度まで、またはそれよりも高温まで加熱し、データ記憶層１１２をそのキュリー温度まで、またはそれよりも高温まで加熱する。制御システム１５０はデータ記憶層１１２を冷まし、それによってデータ記憶層１１２をその最初の磁化またはバックグラウンド磁化に戻す。制御システム１５０は、データ記憶層１１２をその最初の磁化またはバックグラウンド磁化に戻すため、バイアス磁界がある状態でデータ記憶層１１２を加熱し冷却してもよい。次に、制御システム１５０は中間記憶層１４２を冷ます。やはり、中間記憶層１４２が冷めると、データ記憶層１２２からの磁区がこの層にインプリントされてもよい。中間記憶層１４２の中のいずれの磁区も、データ記憶層１１２が既に冷めているので、そこに格納された磁区に影響しないはずである。
【００３７】
ある時点で、データ記憶層１１２、１２２、または１３２に格納されたビットは、磁気メモリ１００から読み取られる。図１１は、本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリ１００からビットを読み取る方法１１００を示すフローチャートである。この実施形態は、データ記憶層１３２に格納されたビットを読み取ることを示すが、同様のプロセスが、他のデータ記憶層に格納されたビットを読み取るために使用されてもよい。図１２は、代表的な一実施形態における、データ記憶層１３２にビットが格納された磁気メモリ１００を示す。データ記憶層１１２が読取り素子１０２に近接しているので、データ記憶層１３２のビットを読み取るため、データ記憶層１１２まで主要コラム１０１の下方にビットを転送する必要がある。他のビットパターンがデータ記憶層１１２またはデータ記憶層１２２に格納されている場合、これらのビットパターンは読み取られ、図１６に記載されるあふれ記憶システムに一時的にオフロードされる。
【００３８】
図１１のステップ１１０２において、制御システム１５０は、データ記憶層１３２の磁区からの磁界が、データ記憶層１２２に磁区をインプリントできるように、データ記憶層１２２を加熱する。データ記憶層１３２からデータ記憶層１２２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１３２に格納されたビットは、Ｚ方向（図１２において下方）にデータ記憶層１２２に複写される。
【００３９】
ステップ１１０６において、制御システム１５０は、データ記憶層１２２の磁区からの磁界が、データ記憶層１１２に磁区をインプリントできるように、データ記憶層１１２を加熱する。データ記憶層１２２からデータ記憶層１１２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１２２に格納されたビットは、Ｚ方向にデータ記憶層１１２に複写される。図１３は、データ記憶層１３２からデータ記憶層１２２に、またデータ記憶層１２２からデータ記憶層１１２にビットが複写された磁気メモリ１００を示す。
【００４０】
あるデータ記憶層から別の層にビットを複写した後、制御システム１５０は、送り出し側のデータ記憶層からビットを消去してもよい。例えば、データ記憶層１３２からビットを消去するため、制御システム１５０は、データ記憶層１３２をそのキュリー温度（Ｔｃ）以上まで加熱して磁区を消去し、データ記憶層１３２が冷めた後に、それを最初の磁化またはバックグラウンド磁化に戻してもよい。制御システム１５０は、データ記憶層１３２をその最初の磁化またはバックグラウンド磁化に戻すため、バイアス磁界がある状態でデータ記憶層１３２を加熱し冷却してもよい。このようにしてビットはデータ記憶層１３２から消去される。
【００４１】
読取り素子１０２に近接したデータ記憶層１１２にビットが転送されるので、ビットは、読取り素子１０２によって読み取ることができる位置にある。読取り素子１０２は、ステップ１１１０において、データ記憶層１１２の磁区からの磁界を感知して、データ記憶層１１２からビットを読み取る。例えば、読取り素子１０２が回転バルブの場合、回転バルブの抵抗は、データ記憶層１１２から出る磁界の方向および大きさに依存する。例えば、磁区からの上向きの磁界によって１つの抵抗値が得られ、下向きの磁界によって第２の抵抗が得られる。したがって、分離された磁区によって１つの抵抗が得られ、バックグラウンド磁化、すなわち分離されていない磁区によって第２の抵抗が得られる。
【００４２】
図１４は、磁気メモリ１００がさらに中間スタックを含む、磁気メモリ１００の別の実施形態の断面図を示す。磁気メモリ１００のこの実施形態は図９にも示される。しかしながら、図１４は、読み取られるデータ記憶層１１２まで下方に複写される必要がある、データ記憶層１３２に格納されたビットパターンを示す。
【００４３】
図１５は、本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリ１００からビットを読み取る方法１５００を示すフローチャートである。ステップ１５０２において、制御システム１５０は、データ記憶層１２２をそのキュリー温度以上まで加熱し、中間記憶層１５２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層１２２をそのキュリー温度以上まで加熱することにより、この層のあらゆる磁区が消去されるので、中間記憶層１５２に影響しなくなる。中間記憶層１５２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、データ記憶層１３２の磁区からの磁界が、中間記憶層１５２に磁区をインプリントすることが可能になる。データ記憶層１３２から中間記憶層１５２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１３２に格納されたビットは、Ｚ方向（図１４において下方）に中間記憶層１５２に複写される。ステップ１５０３において、制御システム１５０は、中間記憶層１５２を冷まし、それによって中間記憶層１５２に磁区を格納する。ステップ１５０４において、次に、制御システム１５０はデータ記憶層１２２を冷ます。
【００４４】
ステップ１５０５において、制御システム１５０は、中間記憶層１４２をそのキュリー温度以上まで加熱し、データ記憶層１２２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。中間記憶層１４２をそのキュリー温度以上まで加熱することにより、この層のあらゆる磁区が消去されるので、データ記憶層１２２に影響しなくなる。データ記憶層１２２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、中間記憶層１５２の磁区からの磁界が、データ記憶層１２２に磁区をインプリントすることが可能になる。中間記憶層１５２からデータ記憶層１２２に磁区をインプリントすることによって、中間記憶層１５２に格納されたビットは、Ｚ方向（図１４において下方）にデータ記憶層１２２に複写される。ステップ１５０６において、制御システム１５０は、データ記憶層１２２を冷まし、それによってデータ記憶層１２２に磁区を格納する。ステップ１５０７において、次に、制御システム１５０は中間記憶層１４２を冷ます。このようにして、ビットは、中間記憶層１５２を介してデータ記憶層１３２からデータ記憶層１２２に成功裡に複写されている。
【００４５】
ステップ１５０８において、制御システム１５０は、データ記憶層１１２をそのキュリー温度以上まで加熱し、中間記憶層１４２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層１１２をそのキュリー温度以上まで加熱することにより、この層のあらゆる磁区が消去されるので、中間記憶層１４２に影響しなくなる。中間記憶層１４２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱することにより、データ記憶層１２２の磁区からの磁界が、中間記憶層１４２に磁区をインプリントすることが可能になる。データ記憶層１２２から中間記憶層１４２に磁区をインプリントすることによって、データ記憶層１２２に格納されたビットは、Ｚ方向（図１４において下方）に中間記憶層１４２に複写される。ステップ１５０９において、制御システム１５０は、中間記憶層１４２を冷まし、それによって中間記憶層１４２に磁区を格納する。ステップ１５１０において、次に、制御システム１５０はデータ記憶層１１２を冷ます。データ記憶層１１２が冷めると、中間記憶層１４２の磁区からの磁界は、データ記憶層１１２に磁区をインプリントする。中間記憶層１４２からデータ記憶層１１２に磁区をインプリントすることによって、中間記憶層１４２に格納されたビットは、Ｚ方向（図１４において下方）にデータ記憶層１１２に複写される。
【００４６】
読取り素子１０２に近接したデータ記憶層１１２にビットが転送されるので、ビットは、読取り素子１０２によって読み取ることができる位置にある。読取り素子１０２は、ステップ１５１１において、データ記憶層１１２の磁区からの磁界を感知して、データ記憶層１１２からビットを読み取る。
【００４７】
上述したように、データ記憶層１３２のビットパターンが読み取られ、別のビットパターンがデータ記憶層１２２に同時に格納される場合、制御システム１５０は、データ記憶層１３２に格納されたビットをデータ記憶層１１２に転送することができるように、複数のデータ記憶層に格納されたビットパターンをデータ記憶層１３２の下方に移動させる必要がある。データ記憶層１２２および他のデータ記憶層からのビットパターンを一時的に格納する場所を提供するため、磁気メモリ１００は、さらに、本明細書の特徴および態様によるあふれ記憶システムを含んでもよい。
【００４８】
図１６は、あふれ記憶システム１６０２を含む磁気メモリ１００を示す。あふれ記憶システム１６０２は、データ記憶層１１２から読み取ったビットを格納するように適合された任意の所望のメモリを含んでもよい。あふれ記憶システム１６０２は、記憶スタック１１０、１２０、および１３０に非常に類似した、１つまたは複数の記憶スタックを含んでもよい。あふれ記憶システム１６０２は、図１６に示される磁気メモリ１００の単一のコラムに役立ってもよく、または図示されない磁気メモリ１００の複数のコラムに役立ってもよい。図１６に示されるように、データ記憶層１２２およびデータ記憶層１３２は両方ともビットを格納している。データ記憶層１２２は第１のビットパターンを格納し、データ記憶層１３２は第２のビットパターンを格納する。データ記憶層１３２に格納されたビットに対する要求が磁気メモリ１００において受け取られた場合、制御システム１５０は図１１に記載されるように動作して、データ記憶層１２２の第１のビットパターンをあふれ記憶システム１６０２に移動させる。制御システム１５０はまた、図１１に記載されるように動作して、データ記憶層１３２の第２のビットパターンをデータ記憶層１１２に移動させ、データ記憶層１１２からビットを読み取る。以前はデータ記憶層１３２に格納されていた第２のビットパターンが読み取られた後、制御システム１５０は、あふれ記憶システム１６０２に格納されている第１のビットパターンを、データ記憶層１２２または磁気メモリ１００の別のデータ記憶層に再び書き込んでもよい。
【００４９】
上述したように、記憶スタック１１０、１２０、および１３０はそれぞれ、記憶スタックの対応するデータ記憶層を加熱するように適合された加熱層を含んでもよい。図１７は、加熱層を含む記憶スタック１１０を示す。この実施形態では、記憶スタック１１０は、加熱層１７０２、データ記憶層１１２、および断熱層１１４を含む。加熱層１７０２は、制御システム１５０によって提供される電流に応答してデータ記憶層１１２を加熱するように適合される（図１を参照）。加熱層１７０２は、電流に応答してデータ記憶層１１２を加熱するのに十分な抵抗を有する、半導体または金属の層を含んでもよい。加熱層１７０２がデータ記憶層１１２を加熱するとき、断熱層１１４は、他のデータ記憶層から熱を断熱するように適合される。
【００５０】
加熱層１７０２は、碁盤の目状に交差したコンダクタを含んでもよい。図１８は、碁盤の目状に交差したコンダクタを含む加熱層１７０２の平面図である。図１８の中の水平のコンダクタ１８０２および垂直のコンダクタ１８０４は、複数のポイントで交差する。コンダクタ１８０２および１８０４の交点は、データ記憶層１２２の磁区の位置（すなわち、ビットが格納される位置）に対応する。この実施形態では、コンダクタ１８０２および１８０４は幅が均一ではない。交点（すなわち、ビット位置）におけるコンダクタ１８０２および１８０４の幅は、交点間におけるコンダクタ１８０２および１８０４の幅よりも狭い。コンダクタ１８０２および１８０４が交点においてより狭いので、電力損がより多く、それによって交点における温度がより高くなる。コンダクタ１８０２および１８０４が交点間においてより広いので、電力損がより少なく、それによって交点間における温度がより低くなる。この構成の１つの利点は、高温が交点においてのみ提供されるので、消費電力がより少ないことである。別の利点は、ビット位置間におけるデータ記憶層１２２の領域が低温のままなので、コンダクタ１８０２および１８０４の長さに沿って、データ記憶層１２２により高い熱勾配が得られることである。別の利点は、データ記憶層１２２のより小さな体積が加熱され、したがって冷却されるので、冷却時間がより早いことである。別の利点は、コンダクタ１８０２および１８０４の平均幅がより大きいので、ワイヤの抵抗をより低くできることである。
【００５１】
他の実施形態では、加熱層１７０２は碁盤の目状に交差したコンダクタを含まないが、水平のコンダクタ１８０２または垂直のコンダクタ１８０４のいずれかを含む。水平のコンダクタ１８０２または垂直のコンダクタ１８０４は、データ記憶層１２２の磁区の位置（すなわち、ビットが格納される位置）に対応する位置においてより狭くてもよい。
【００５２】
図５を再び参照すると、磁区５０２は、あるデータ記憶層から別の層まで転送されるとき、より大きくなってもよい。磁区５０２からの磁界は、完全に垂直ではなく、磁区壁で分岐する傾向がある。これが発生することにより、磁区は、連続するデータ記憶層に転送されるときにサイズが大きくなる場合があり、それが磁気メモリ１００全体の密度に影響する場合がある（図１を参照）。本明細書の特徴および態様によれば、一実施形態において、磁気メモリ１００のデータ記憶層をパターニングして、磁区のサイズを制御することができる。
【００５３】
図１９は、本発明の代表的な一実施形態においてパターニングされたデータ記憶層１１２を示す。この実施形態では、データ記憶層１１２はストリップにパターニングされる。ストリップの位置はデータ記憶層１１２の磁区に対応する。ストリップの幅は磁区の所望のサイズに対応する。例えば、磁区の所望の幅が１ミクロンである場合、ストリップの幅は１．２ミクロンであってもよい。磁区は、データ記憶層１１２のストリップの長さに沿って（図１９における上下）広がることができるので、磁気メモリ１００のスタックの次のデータ記憶層、すなわちデータ記憶層１２２もまた、データ記憶層１１２のストリップに直交するストリップにパターニングされてもよい。
【００５４】
図２０は、本発明の代表的な一実施形態においてパターニングされたデータ記憶層１２２を示す。データ記憶層１２２も、データ記憶層１１２に類似したストリップにパターニングされる。しかしながら、データ記憶層１２２のストリップは、データ記憶層１１２のストリップに直交する。磁区は、ストリップの長さに沿って（図２０における左右）広がることができるが、磁区は、その前の直交するストリップによってそれらの方向に制御される。後に続くデータ記憶層のストリップをその前のデータ記憶層に直交するようにすることによって、磁区の広がりをすべての方向において制御することができる。図１のデータ記憶層１３２がストリップにパターニングされた場合、ストリップはやはり、データ記憶層１２２のストリップに直交する。
【００５５】
データ記憶層は、ストリップ以外の異なる形状にパターニングされてもよい。例えば、データ記憶層は、所望の磁区のサイズを有する材料の区画である磁区の「島」にパターニングされてもよい。図３２は、本発明の別の代表的な実施形態においてパターニングされたデータ記憶層１１２を示す。この実施形態では、データ記憶層１１２は磁区サイズの島にパターニングされる。島の位置はデータ記憶層１１２の中の磁区に対応する。島の面積は磁区の所望のサイズに対応する。磁気メモリ１００のスタックの次のデータ記憶層、すなわちデータ記憶層１２２も、同様の島にパターニングされてもよい。
【００５６】
図２１は、本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリを製造する方法２１００を示すフローチャートである。方法２１００は、上述の図面に示された磁気メモリ１００を製造するために使用されてもよい。ステップ２１０２は、複数の読取り素子および複数の書込み素子を形成する工程を含む。読取り素子は第１の層に形成されてもよく、書込み素子は１つまたは複数の他の層に形成されてもよい。例えば、読取り素子は、ホール効果素子、回転バルブ素子、またはトンネルバルブ素子の配列を含んでもよい。書込み素子は、読取り素子に対応する複数の電流ループを含んでもよい。ステップ２１０４は、複数の読取り素子および複数の書込み素子に近接した第１の記憶スタックを形成する工程を含む。第１の記憶スタックは、第１の平面を規定する第１のデータ記憶層を含む。第１のデータ記憶層は、ＴｂＦｅＣｏまたはＣｏＰｔの多層などの磁性材料で構成されてもよい。ステップ２１０６は、第１の記憶スタックに近接した第２の記憶スタックを形成する工程を含む。第２の記憶スタックは、第１の平面に平行な第２の平面を規定する第２のデータ記憶層を含む。
【００５７】
ステップ２１０２において形成される書込み素子は、第１のデータ記憶層に磁界を印加して、第１のデータ記憶層の複数のビットを表す、第１のデータ記憶層の複数の磁区を作成するように適合される。ステップ２１０６において形成される第２のデータ記憶層は、第１のデータ記憶層の磁区からの熱および磁界に応答して、第１のデータ記憶層から磁区を再現する。ステップ２１０４において形成される第１のデータ記憶層は、熱に応答して磁区を消去する。
【００５８】
図２１の方法２１００は、さらに、第２の記憶スタックに近接した第３の記憶スタックを形成する工程を含むステップ２１０８を含んでもよい。第３の記憶スタックは、第１の平面および第２の平面に平行な第３の平面を規定する第３のデータ記憶層を含む。ステップ２１０８において形成される第３のデータ記憶層は、第２のデータ記憶層の磁区からの熱および磁界に応答して、第２のデータ記憶層から磁区を再現する。ステップ２１０６において形成される第２のデータ記憶層は、熱に応答して磁区を消去する。方法２１００は、第４の記憶スタック、第５の記憶スタックなどを形成する他の工程を含んでもよい。データ記憶層は、さらに、熱に応答して、磁区がデータ記憶層間でビットを他の方向に転送できるようにする。方法２１００はまた、記憶スタック間に図９に示されるような中間スタックを形成するさらなる工程を含んでもよい。
【００５９】
図２２は、本発明の代表的な一実施形態における、図１の記憶スタック１２０などの記憶スタックを製造する方法２２００を示すフローチャートである。ステップ２２０２はデータ記憶層を形成する工程を含む。ステップ２２０４はデータ記憶層に近接した加熱層を形成する工程を含む。ステップ２２０６は加熱層に近接した断熱層を形成する工程を含む。方法２２００はまた、本明細書に記載されるような中間スタックを形成するのに使用されてもよい。
【００６０】
図２３は、本発明の代表的な一実施形態における、データ記憶層をパターニングする方法２３００を示すフローチャートである。ステップ２３０２は、第１のデータ記憶層をストリップにパターニングする工程を含む。パターニング工程は、第１のデータ記憶層の薄膜全体の上にフォトレジストを形成し、剥離を行ってストリップを形成する工程を含んでもよい。あるいは、磁気薄膜にエッチングまたはミリングを施して、ストリップを形成することができる。上述したように、第１のデータ記憶層は、磁区の形態でビットを格納するように適合される。ストリップの位置は第１のデータ記憶層の中の磁区に対応する。ストリップの幅は磁区の所望のサイズに対応する。例えば、磁区の所望の幅が１ミクロンである場合、ストリップの幅は１．２ミクロンであってもよい。
【００６１】
ステップ２３０４は、第２のデータ記憶層をストリップにパターニングする工程を含む。やはり、パターニング工程は、第２のデータ記憶層の薄膜全体の上にフォトレジストを形成し、剥離、ミリング、またはエッチングを行ってストリップを形成する工程を含んでもよい。第２のデータ記憶層のストリップは、第１のデータ記憶層のストリップに直交する。ストリップをデータ記憶層の連続するストリップに直交させることにより、磁区のサイズを有利に制御することができる。方法２３００は、連続するデータ記憶層を、前のデータ記憶層のストリップに直交するストリップにパターニングする他の工程を含んでもよい。
（実施例）
図２４は、本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリ２４００のさらに詳細な一実施形態の断面図である。磁気メモリ２４００は三次元固体メモリを含む。実際の磁気メモリはＸ−Ｙ方向にさらに延びることがあるので、図２４の断面図は磁気メモリ２４００の一部のみを示す。磁気メモリ２４００は、読取り素子２４０２の配列、電流ループ２４０４の交差点配列、複数の記憶スタック２４１０、２４３０、２４５０および２４７０、複数の中間スタック２４２０、２４４０、および２４６０、ならびに制御システム２４８０を含む、層の主要コラム２４０１を含む。記憶スタック２４１０、２４３０、２４５０、および２４７０は、ビットを実際に格納するのに使用され、中間スタック２４２０、２４４０、および２４６０は、記憶スタック２４１０、２４３０、２４５０、および２４７０の間のバッファとして使用される。記憶スタック２４１０は、読取り素子２４０２の配列および電流ループ２４０４の交差点配列に近接して形成される。中間スタック２４２０は記憶スタック２４１０に近接して形成される。記憶スタック２４３０は中間スタック２４２０に近接して形成される。中間スタック２４４０は記憶スタック２４３０に近接して形成される。記憶スタック２４５０は中間スタック２４４０に近接して形成される。中間スタック２４６０は記憶スタック２４５０に近接して形成される。記憶スタック２４７０は中間スタック２４６０に近接して形成される。磁気メモリ２４００は、所望に応じて、ｎ個の記憶スタックおよびｎ−１個の中間スタックを含んでもよい。
【００６２】
記憶スタック２４１０、２４３０、２４５０、および２４７０はそれぞれ、データ記憶層、加熱層、および断熱層を含む。データ記憶層は、３００〜５００ｅｍｕ／ｃｃ範囲の典型的なＭｒを備えたＴｂＦｅＣｏまたはＣｏＰｔの多層などの、垂直媒体タイプの層を含む。データ記憶層はまた、２００℃付近になるように設計されたキュリー温度を有する。加熱層は、電流の印加に応答して温度が増加するように適合された任意の抵抗材料を含む。断熱層は、データ記憶層に対する熱をそれに対応する記憶スタックに閉じ込める任意の断熱材を含む。
【００６３】
中間スタック２４２０、２４４０、および２４６０はそれぞれ、データ記憶層、加熱層、および断熱層である記憶スタックに類似した層を含む。
【００６４】
以下、磁気メモリ２４００における書込み操作について記載する。最初に、データ記憶層２４１２の磁化方向は均一の方向に設定され、それはバックグラウンド方向である。これは、書き込みループ２４０４のすべてに電流を印加し、データ記憶層２４１２をそのキュリー温度（Ｔｃ）付近またはそれよりも高温まで加熱することによって達成することができる。あるいは、大きな電流ループを記憶スタック２４１０の下方に形成して、バイアス磁界をデータ記憶層２４１２に提供し、それによってデータ記憶層２４１２が加熱されたときにそれを磁化することができる。
【００６５】
データを書き始めるため、ビットのページが記憶スタック２４１０に書き込まれる。ビットのページは、４ｋｂｉｔｓ、８ｋｂｉｔｓなどの任意のビット数を含む。記憶スタック２４１０にビットのページを書き込むため、制御システム２４８０は加熱層２４１３に電流を印加し、それによって加熱層２４１３の温度を上昇させる。次に、データ記憶層２４１２の磁化を外部磁界に応答してより容易に変更できるように、加熱層２４１３からの熱によってデータ記憶層２４１２の温度を上昇させる。換言すれば、加熱によってデータ記憶層２４１２の保磁力および／またはＨｋを低下させて、磁区のインプリントをエネルギー的に好ましいものにする。断熱層２４１４は、加熱層２４１３からの熱を、コラム２４０１の上方に形成された他のデータ記憶層に影響しないように断熱する。
【００６６】
中間スタック２４２０のデータ記憶層２４２２に存在するいずれの磁区も、記憶スタック２４１０のデータ記憶層２４１２の書込みに影響を及ぼさないことを確実にするため、制御システム２４８０は加熱層２４２３に電流を印加し、それによって、データ記憶層２４２２の温度をそのキュリー温度（Ｔｃ）よりも高温まで上昇させて、この層のあらゆる磁区を消去する。次に、制御システム２４８０は、電流ループ２４０４の交差点配列に通電して、データ記憶層２４１２の特定の位置にビットを書き込む。電流ループ２４０４は、データ記憶層２４１２の正常な磁化と反対の磁界を生成する。約５００Ｏｅの磁界などの電流ループ２４０４からの磁界は、データ記憶層２４１２の特定の位置の時下を変更して、磁区を作成する。磁区はデータ記憶層２４１２のビットを表す。データ記憶層２４１２を加熱することによって、磁界がデータ記憶層２４１２の磁化をより容易に変更し、磁区を作成することが可能になる。
【００６７】
磁区がデータ記憶層２４１２に書き込まれるとき、制御システム２４８０は、加熱層２４１３への電流の印加を停止して、磁区がインプリントされたデータ記憶層２４１２が冷めるようにし、電流ループ２４０４の配列への電流の印加を停止する。データ記憶層２４１２が十分に冷めた後、制御システム２４８０は、加熱層２４２３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４２２を冷ます。図２５は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４１２にビットが書き込まれた磁気メモリ２４００を示す。ビットを表す磁区は、点線の四角形の中にある上向きの単一の矢印によって示される。磁区が存在しないことは、空の点線の四角形によって示される。データ記憶層２４２２が冷めるとき、図２５には図示されないが、データ記憶層２４１２またはデータ記憶層２４３２のいずれかから磁区がインプリントされてもよい。
【００６８】
ビットは、代替方法でデータ記憶層２４１２に書き込まれてもよい。最初に、制御システム２４８０は、加熱層２４１３および加熱層２４２３に電流を印加してもよい。次に、制御システム２４８０は、電流ループ２４０４の交差点配列に通電して、上向きのビットを書き込んでもよい。次に、制御システム２４８０は、逆電流によって電流ループ２４０４の交差点配列に通電して、下向きのビットを書き込んでもよい。磁区がデータ記憶層２４１２に書き込まれるとき、制御システム２４８０は、加熱層２４１３への電流の印加を停止して、磁区がインプリントされたデータ記憶層２４１２を冷ます。データ記憶層２４１２が十分に冷めた後、制御システム２４８０は、加熱層２４２３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４２２を冷ます。
【００６９】
制御システム２４８０は、所望に応じて、データ記憶層２４１２に格納されたビットのページを主要コラム２４０１の上方の他の記憶スタックに転送してもよい。ビットのページを主要コラム２４０１の上方に転送するため、制御システム２４８０は、加熱層２４３３に電流を印加して、データ記憶層２４３２をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、この層のあらゆる磁区を消去する。制御システム２４８０はまた、加熱層２４２３に電流を印加して、データ記憶層２４２２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層２４２２を加熱するとき、データ記憶層２４１２の磁区からの磁界は、データ記憶層２４２２に磁区をインプリントまたは再現する。
【００７０】
磁区がデータ記憶層２４２２にインプリントされるとき、制御システム２４８０は、加熱層２４２３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４２２を冷ます。次に、制御システム２４８０は、加熱層２４３３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４３２を冷ます。図２６は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４２２にビットがインプリントされた磁気メモリ２４００を示す。データ記憶層２４３２が冷めるとき、図２６には図示されないが、データ記憶層２４２２またはデータ記憶層２４４２のいずれかから磁区がインプリントされてもよい。
【００７１】
データ記憶層２４２２はこの実施形態では中間層であり、したがって、制御システム２４８０は、データ記憶層２４２２に格納されたビットのページを主要コラム２４０１のさらに上方の次の記憶スタックに転送する。制御システム２４８０は、加熱層２４４３に電流を印加して、データ記憶層２４４２をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、この層のあらゆる磁区を消去する。制御システム２４８０はまた、加熱層２４３３に電流を印加して、データ記憶層２４３２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層２４３２を加熱するとき、データ記憶層２４２２の磁区からの磁界は、データ記憶層２４３２に磁区をインプリントまたは再現する。
【００７２】
磁区がデータ記憶層２４３２に書き込まれるとき、制御システム２４８０は、最初に加熱層２４３３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４３２を冷ます。次に、制御システム２４８０は、加熱層２４４３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４４２を冷ます。図２７は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４３２にビットが書き込まれた磁気メモリ２４００を示す。データ記憶層２４４２が冷めるとき、図２７には図示されないが、データ記憶層２４３２またはデータ記憶層２４５２のいずれかから磁区がインプリントされてもよい。
【００７３】
データ記憶層２４３２は、ビットのページが格納されてもよい実際の記憶層である。ビットのページがデータ記憶層２４３２に転送されているので、制御システム２４８０はデータ記憶層２４１２からビットのページを消去してもよいが、これは必須ではない。ビットを消去するため、制御システム２４８０は、加熱層２４１３および加熱層２４２３に電流を印加して、データ記憶層２４１２およびデータ記憶層２４２２をそれらのキュリー温度よりも高温までそれぞれ加熱する。これらのデータ記憶層２４１２および２４２２をそれらのキュリー温度よりも高温まで加熱することにより、実質的に、磁区が、したがってビットがこれらの層から消去される。制御システム２４８０は、最初に加熱層２４１３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４１２を冷ます。データ記憶層２４１２は磁界が存在しない状態で冷却され、その結果ビットがこの層から消去される。次に、制御システム２４８０は、加熱層２４２３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４２２を冷ます。データ記憶層２４３２の磁区は、データ記憶層２４２２が冷めている間に、データ記憶層２４２２にまたインプリントされる。しかしながら、データ記憶層２４１２はすでに冷めているので、磁区はこの層には再びインプリントされない。図２８は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４１２からビットが消去された磁気メモリ２４００を示す。
【００７４】
制御システム２４８０は、所望に応じて、データ記憶層２４３２に格納されたビットのページをスタックのさらに上方の他の記憶スタックに転送してもよい。ビットのページをスタックの上方に転送するため、制御システム２４８０は、加熱層２４５３に電流を印加して、データ記憶層２４５２をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、この層のあらゆる磁区を消去する。制御システム２４８０はまた、加熱層２４４３に電流を印加して、データ記憶層２４４２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層２４４２を加熱するとき、データ記憶層２４３２の磁区からの磁界は、データ記憶層２４４２に磁区をインプリントまたは再現する。
【００７５】
磁区がデータ記憶層２４４２に書き込まれているとき、制御システム２４８０は、最初に加熱層２４４３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４４２を冷ます。次に、制御システム２４８０は、加熱層２４５３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４５２を冷ます。図２９は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４４２にビットが書き込まれた磁気メモリ２４００を示す。データ記憶層２４５２が冷めるとき、図２９には図示されないが、データ記憶層２４４２またはデータ記憶層２４６２のいずれかから磁区がインプリントされてもよい。
【００７６】
データ記憶層２４４２はこの実施形態では中間層であり、したがって、制御システム２４８０は、データ記憶層２４４２に格納されたビットのページを主要コラム２４０１のさらに上方の次の記憶スタックに転送する。制御システム２４８０は、加熱層２４６３に電流を印加して、データ記憶層２４６２をそのキュリー温度よりも高温まで加熱し、この層のあらゆる磁区を消去する。制御システム２４８０は、加熱層２４５３に電流を印加して、データ記憶層２４５２をそのキュリー温度よりもわずかに低温まで加熱する。データ記憶層２４５２を加熱するとき、データ記憶層２４４２の磁区からの磁界は、データ記憶層２４５２に磁区をインプリントまたは再現する。
【００７７】
磁区がデータ記憶層２４５２に書き込まれているとき、制御システム２４８０は、最初に加熱層２４５３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４５２を冷ます。次に、制御システム２４８０は、加熱層２４６３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４６２を冷ます。図３０は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４５２にビットが書き込まれた磁気メモリ２４００を示す。データ記憶層２４６２が冷めるとき、図３０には図示されないが、データ記憶層２４５２またはデータ記憶層２４７２のいずれかから磁区がインプリントされてもよい。
【００７８】
データ記憶層２４３２は、ビットのページが格納されてもよい実際の記憶層である。ビットのページがデータ記憶層２４５２に転送されているので、制御システム２４８０はデータ記憶層２４２２からビットのページを消去してもよいが、これは必須ではない。
【００７９】
ビットのページが記憶スタック２４３０および／または記憶スタック２４５０に転送されているので、制御システム２４８０は、記憶スタック２４１０に別のビットのページを格納してもよい。記憶スタック２４１０に別のビットのページを書き込むため、制御システム２４８０は加熱層２４１３に電流を印加し、それによって加熱層２４１３の温度を上昇させる。次に、データ記憶層２４１２の磁化を外部磁界に応答してより容易に変更できるように、加熱層２４１３からの熱によってデータ記憶層２４１２の温度を上昇させる。中間スタック２４２０のデータ記憶層２４２２に存在するいずれの磁区も、記憶スタック２４１０のデータ記憶層２４１２の書込みに影響を及ぼさないことを確実にするため、制御システム２４８０は加熱層２４２３に電流を印加し、それによって、加熱層２４２３の温度をそのキュリー温度よりも高温まで上昇させて、この層のあらゆる磁区を消去する。次に、制御システム２４８０は、電流ループ２４０４の交差点配列に通電して、データ記憶層２４１２に新しいビットのページを書き込む。データ記憶層２４１２を加熱することによって、磁界がデータ記憶層２４１２の磁化をより容易に変更し、磁区を作成することが可能になる。
【００８０】
磁区がデータ記憶層２４１２に書き込まれるとき、制御システム２４８０は、加熱層２４１３への電流の印加を停止して、磁区がインプリントされたデータ記憶層２４１２を冷ます。データ記憶層２４１２が十分に冷めた後、制御システム２４８０は加熱層２４２３への電流の印加を停止して、データ記憶層２４２２を冷ます。図３１は、代表的な一実施形態における、データ記憶層２４１２に別のビットのページが書き込まれた磁気メモリ２４００を示す。データ記憶層２４２２が冷めるとき、図３１には図示されないが、データ記憶層２４１２またはデータ記憶層２４３２のいずれかから磁区がインプリントされてもよい。
【００８１】
特定の実施形態を本明細書に記載したが、本発明の範囲はそれらの特定の実施形態に限定されない。本発明の範囲は、請求項およびそのあらゆる等価物によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の代表的な一実施形態における磁気メモリの断面図である。
【図２】本発明の代表的な一実施形態における図１の磁気メモリの読取り素子の平面図である。
【図３】本発明の代表的な一実施形態における図１の磁気メモリの書込み素子の平面図である。
【図４】本発明の代表的な一実施形態における、図１の磁気メモリにビットを書き込む方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の代表的な一実施形態における、第１のデータ記憶層に書き込まれたビットを示す第１データ記憶層の一部分の等角図である。
【図６】本発明の代表的な一実施形態における、第１データ記憶層にビットが書き込まれた磁気メモリを示す図である。
【図７】本発明の代表的な一実施形態における、第１のデータ記憶層から第２のデータ記憶層にビットが複写された磁気メモリを示す図である。
【図８】本発明の代表的な一実施形態における、第２のデータ記憶層から第３のデータ記憶層にビットが複写された磁気メモリを示す図である。
【図９】磁気メモリがさらに中間スタックを含む、磁気メモリの別の実施形態の断面図である。
【図１０】本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリにビットを書き込む方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリからビットを読み取る方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の代表的な一実施形態における、第３のデータ記憶層にビットが格納された磁気メモリを示す図である。
【図１３】本発明の代表的な一実施形態における、第２データ記憶層から第１のデータ記憶層にビットが複写された磁気メモリを示す図である。
【図１４】磁気メモリがさらに中間スタックを含む、磁気メモリの別の実施形態の断面図である。
【図１５】本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリからビットを読み取る方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の代表的な一実施形態における、あふれ記憶システムを含む磁気メモリを示す図である。
【図１７】本発明の代表的な一実施形態における、加熱層を含む記憶スタックを示す図である。
【図１８】本発明の代表的な一実施形態における、碁盤の目状に交差したコンダクタを含む加熱層の平面図である。
【図１９】本発明の代表的な一実施形態においてパターニングされた第１のデータ記憶層を示す図である。
【図２０】本発明の代表的な一実施形態においてパターニングされた第２のデータ記憶層を示す図である。
【図２１】本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリを製造する方法を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の代表的な一実施形態における、記憶スタックを製造する方法を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の代表的な一実施形態における、データ記憶層をパターニングする方法を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の代表的な一実施形態における、磁気メモリのさらに詳細な一実施形態の断面図である。
【図２５】本発明の代表的な一実施形態における、第１のデータ記憶層にビットが書き込まれた図２４の磁気メモリを示す図である。
【図２６】本発明の代表的な一実施形態における、第２のデータ記憶層にビットのページがインプリントされた図２４の磁気メモリを示す図である。
【図２７】本発明の代表的な一実施形態における、第３のデータ記憶層にビットが書き込まれた図２４の磁気メモリを示す図である。
【図２８】本発明の代表的な一実施形態における、第１のデータ記憶層からビットが消去された図２４の磁気メモリを示す図である。
【図２９】本発明の代表的な一実施形態における、第４のデータ記憶層にビットが書き込まれた図２４の磁気メモリを示す図である。
【図３０】本発明の代表的な一実施形態における、第５のデータ記憶層にビットが書き込まれた図２４の磁気メモリを示す図である。
【図３１】本発明の代表的な一実施形態における、第１のデータ記憶層に別のビットのページが書き込まれた図２４の磁気メモリを示す図である。
【図３２】本発明の別の代表的な実施形態においてパターニングされた第１のデータ記憶層を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００…磁気メモリ、１０２…読取り素子、１０４…書込み素子、１１０，１２０，１３０…記憶スタック、１１２，１２２，１３２…データ記憶層、１１４，１２４，１３４…断熱層、１５０…制御システム、３０２，３０４…電流ループ、５０２…磁区、
１４０，１５０…中間スタック、１４２，１５２…中間記憶層、１４４，１５４…断熱層、１６０２…あふれ記憶システム、１７０２…加熱層、１８０２…水平のコンダクタ、
１８０４…垂直のコンダクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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