Beschreibung Magnetoresistive Speicherzelle mit dynamischer Referenz- schicht Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhö- hung einer relativen Widerstandsdifferenz einer magnetore- sistiven Speicherzelle mit jeweils einer Speicherschicht und einer Referenzschicht beidseits einer Tunnelbarriere zwischen einem ersten Magnetisierungszustand, in dem eine Mag- netisierung der Speicherschicht einer Referenzmagnetisierung der Referenzschicht gleichgerichtet ist und einem zweiten Zu- stand, in dem die Magnetisierung der Referenzmagnetisierung entgegengerichtet ist, in einer Halbleitereinrichtung.

Eine magnetoresistive Speicherzelle besteht üblicherweise aus zwei ferromagnetischen Systemen mit einer dazwischenliegenden nichtferromagnetischen Trennschicht. Im einfachsten Fall be- stehen dabei beide Systeme aus jeweils einer ferromagne- tischen Schicht.

Typischerweise ist die erste ferromagnetische Schicht dabei aus einem hartmagnetischen Werkstoff, etwa einer Kobald- Eisen-Legierung. Diese ferromagnetische Schicht fungiert mit einer nach Betrag und Richtung konstanten Magnetisierung als Referenzschicht.

Die zweite ferromagnetische Schicht aus einem weichmagneti- schen Werkstoff, typischerweise einer Nickel-Eisen-Legierung, bildet eine Speicherschicht. Die Ausrichtung der Mag- netisierung der Speicherschicht erfolgt korrespondierend zu einem Dateninhalt der Speicherzelle gleich-oder entgegenge- richtet der Magnetisierung der Referenzschicht. Die Speicher- zelle weist also zwei unterscheidbare Magnetisierungszustände (gleichgerichtet, entgegengerichtet) entsprechend ihrem Da- teninhalt auf.

Basiert die magnetoresistive Speicherzelle auf dem Tunnelef- fekt, so ist der Werkstoff der Trennschicht ein Dielektrikum.

Die Häufigkeit eines Übergangs von Elektronen von einer fer- romagnetischen Schicht zur anderen ist bei gleichgerichteter Magnetisierung der beiden ferromagnetischen Schichten höher als bei einer entgegengerichteten Magnetisierung der beiden Schichten. Aus der Leitfähigkeit des Schichtsystems kann auf die Orientierung der Magnetisierung der Speicherschicht rela- tiv zur Magnetisierung der Referenzschicht und damit auf den Dateninhalt der Speicherzelle zurückgeschlossen werden.

Je ausgeprägter der Unterschied der Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstands für die beiden Magnetisierungszu- stände der magnetoresistiven Speicherzelle ist, desto stö- rungssicherer und einfacher kann der Dateninhalt der Spei- cherzelle ausgelesen werden. Der Unterschied im Widerstands- verhalten wird umso größer, je weniger magnetische Domänenbe- reiche die beiden ferromagnetischen Schichten aufweisen und je höher die Spinpolarisation innerhalb der beiden Schichten ist.

Beim derzeitigen Stand der Technik beträgt die Widerstands- differenz für die beiden Magnetisierungszustände bei auf dem Tunneleffekt basierenden magnetoresistiven Speicherzellen beispielsweise 15-20%. In einer magnetoresistive Speicher- zellen aufweisenden Halbleitereinrichtung kann dagegen der Widerstand zweier in der Halbleitereinrichtung benachbarter Speicherzellen mit gleichem Magnetisierungszustand auch deut- lich mehr als 20% betragen. Die Leitfähigkeit divergiert also zwischen zwei Speicherzellen gleicher Magnetisierung in der selben Größenordnung, wie zwischen den beiden Magnetisie- rungszuständen einer Speicherzelle. Dadurch wird die Auswer- tung des Magnetisierungszustands und eine Bewertung des Da- teninhalts einer Speicherzelle erheblich erschwert.

In herkömmlichen Konzepten für die Referenzschicht einer magnetoresistiven Speicherzelle wird die Referenzschicht als magnetisch harte Schicht ausgelegt, die ihre Magnetisierung

im Verlauf eines Fertigungsprozesses für eine magnetoresisti- ve Speicherzelle aufweisende Halbleitereinrichtung erfährt und diese im Wesentlichen für eine Gesamtlebensdauer der Halbleitereinrichtung beibehält. Temperatur-und Langzeitda- tenstabilität der magnetoresistiven Speicherzelle hängen di- rekt von der Stabilität der Magnetisierung der Referenz- schicht ab.

In aktuellen Konzepten wird die Referenzschicht entweder an natürliche antiferromagnetische Schichten gekoppelt (gepinnt) oder mit mindestens einer weiteren ferromagnetischen Schicht entgegengerichteter Magnetisierung zu einem artifiziellen An- tiferromagneten ergänzt. Solchermaßen über die Rudermann- Kittel-Kasuya-Yoshida- (RKKY-) Wechselwirkung verkoppelte fer- ro-bzw. antiferromagnetischen Systeme weisen gegenüber ein- zelnen hartmagnetischen Schichten eine verbesserte Tempera- tur-und Langzeitdatenstabilität auf und sind unempfindlicher gegen Störmagnetfelder.

Fig. 3 stellt einen schematischen Querschnitt durch eine magnetoresistive Speicherzelle dar. Beidseits einer Tunnel- barriere 2 liegen einander ein Referenzsystem 6 und ein Spei- chersystem, das in diesem Fall aus einer einzelnen Speicher- schicht 1 besteht, gegenüber. Die Referenzschicht 3 ist eine zur Tunnelbarriere 2 orientierte Teilschicht des Referenzsys- tems 6. Das Referenzsystem 6 ist in diesem Fall als ein arti- fizielles antiferromagnetisches Schichtsystem (AAF), beste- hend aus der Referenzschicht 3 und einer Referenzkoppel- schicht 5 beidseits einer Distanzschicht (eines Spacers) 4, ausgeprägt, wobei eine Magnetisierung 9 der Referenzkoppel- schicht 5 einer Referenzmagnetisierung 8 der Referenzschicht 3 entgegengerichtet ist.

In ähnlicher Weise kann die Referenzschicht 3 (dann als pin- ned layer) über den Spacer 4 an eine andere Schicht (pinning layer) aus einem natürlich antiferromagnetischen Werkstoff

gekoppelt sein. Solche Konzepte sind von magnetischen Senso- ren und insbesondere von magnetischen Schreib-Leseköpfen be- kannt.

Zwischen der Referenzschicht 8 bzw. dem Referenzsystem 6 und der Speicherschicht 7 wirken mehrere Koppelmechanismen, etwa die Neel-Wechselwirkung (orange peel coupling), das pinhole- coupling sowie Wechselwirkungen über magnetische Streufelder.

Stark miteinander verkoppelte Schichten reagieren gegenüber einer Ummagnetisierung träger als schwach gekoppelte Systeme.

Daher versuchen gegenwärtige Konzepte für Referenzsysteme, die Beträge dieser Wechselwirkungen zu verkleinern, um besse- re dynamische Eigenschaften der magnetoresistiven Speicher- zelle zu erzielen.

Zum anderen führt ein aus der Summe der Wechselwirkungen re- sultierendes Biasfeld in der Speicherschicht der magnetore- sistiven Speicherzelle zu einem asymmetrischen Schaltverhal- ten der Speicherschicht. Daher versuchen die aktuellen Kon- zepte, eine Kompensation der magnetischer Koppelmechanismen am Ort der Speicherschicht zu erzielen.

Zusammenfassend ergeben sich für die Referenzschicht, bzw. ein Referenzschichtsystem folgende, teilweise gegensätzliche Anforderungen : - Temperaturstabilität, Langzeitdatenstabilität und Magnet- feldunempfindlichkeit erfordern jeweils eine dicke und mag- netisch harte Referenzschicht.

- Ein niedriger Betrag der Neel-Kopplung erfordert eine di- cke Speicherschicht.

- Ein symmetrisches Schaltverhalten der Speicherschicht setzt eine zuverlässig reproduzierbare Oberflächenrauheit der Re- ferenzschicht sowie ein einstellbares Streufeld voraus.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Verfü- gung zu stellen, die eine Widerstandsdifferenz in einer magnetoresistiven Speicherzelle für zwei verschiedenen Magne- tisierungszustände erhöht. Außerdem ist ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit der eine solche Anordnung betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das die Aufga- be lösende Verfahren ist im Patentanspruch 10 angegeben. Vor- teilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.

Bei einer Anordnung der erfindungsgemäßen Art wird also eine Referenzschicht einer in einer Halbleitereinrichtung befind- lichen magnetoresistiven Speicherzelle als magnetisch weiche Schicht ausgeführt. Dies erfolgt durch eine Realisierung aus einen weichmagnetischen Werkstoff, etwa einer Nickel-Eisen- Legierung. Ferner kann die Referenzschicht auch dünn ausge- führt werden. Die Referenzschicht enthält dann keine oder we- nig Domänen und es liegt eine hohe Spinpolarisation vor.

Beim Beschreiben der Speicherzelle erzeugen Schreibströme in Adressenleitungen der Speicherzelle Magnetfelder, die ausrei- chend stark sind, um die Magnetisierung einer Speicherschicht der Speicherzelle, wenn notwendig, sicher umzuschalten. Da sich die weichmagnetische Referenzschicht nur wenige Nanome- ter von der Speicherschicht entfernt befindet, wird auch de- ren Magnetisierung von den von den Schreibströmen erzeugten Magnetfeldern beeinflusst und ausgelenkt, gegebenenfalls ent- gegen einer Orientierung der Referenzmagnetisierung ausge- richtet.

Ein folgendes Auslesen der Speicherzelle würde dann stets den parallelen, also niederohmigen Dateninhalt liefern, da ein Lesesystem der Speicherzelle nur die relative Ausrichtung der Magnetisierungen von Speicher-und Referenzschicht (paral-

lel/antiparallel) zu erkennen vermag und nach dem Schreiben beide Schichten stets gleich ausgerichtet sind.

Es muss also sichergestellt werden, dass in der Referenz- schicht nach dem Beschreiben der Speicherzelle wieder die ur- sprüngliche Referenzmagnetisierung hergestellt wird.

Dies erfolgt mit Hilfe eines magnetischen Stützfeldes. Da der Abstand zwischen Referenz-und Speicherschicht in aktuellen Strukturen nur wenige Nanometer beträgt, wirkt dabei ein auf die Referenzschicht wirkendes Stützfeld auch auf die Spei- cherschicht, deren Orientierung aber unabhängig vom Stützfeld in jedem Fall erhalten bleiben muss.

Dies wird durch eine geeignete Wahl der Koerzitivfeldstärke der Referenzschicht relativ zur Koerzitivfeldstärke der Spei- cherschicht sichergestellt.

Die Koerzitivfeldstärke der Speicherschicht wird üblicherwei- se durch die für die Halbleitereinrichtung möglichen Schreib- ströme vorgegeben.

Das Stützfeld wird so ausgelegt, dass einerseits ein noch in der Speicherschicht wirksamer Anteil deutlich kleiner ist als die Koerzitivfeldstärke der Speicherschicht, um bei antipa- ralleler Ausrichtung von Stützfeld und der Magnetisierung der Speicherschicht eine ausreichende Störsicherheit zu gewähr- leisten. Andererseits muss das Stützfeld groß genug sein, um die Referenzschicht zuverlässig auszurichten. Das beinhaltet auch eine ausreichende Stabilität gegen externe dynamische Störfelder.

Für die Koerzitivfeldstärke der Referenzschicht ergibt sich, dass sie einerseits deutlich geringer sein muss als das Stützfeld am Ort der Referenzschicht, um von diesem sicher gesteuert werden zu können. Für den Fall eines temporären und während eines Lesevorgangs absenten Stützfeldes sollte die Koerzitivfeldstärke der Referenzschicht andererseits noch

groß genug sein, um einen stabilen Lesevorgang zu ermögli- chen, also stark genug, um ausreichend träge auf externe dy- namische Störfelder anzusprechen. Die Koerzitivfeldstärke der Referenzschicht kann bei gleicher Stabilität gegen externe Felder geringer gewählt werden, wenn ein stationäres oder ein temporäres und während des Lesevorgangs aktives Stützfeld sich während des Lesevorgangs vektoriell zur Referenzmagne- tisierung addiert.

Bevorzugte Werte für die Koerzitivfeldstärken in üblichen Strukturen für magnetoresistive Speicherzellen sind 3kA/m für die Speicherschicht und 0,5 kA/m für die Referenzschicht. Das Stützfeld sollte dann beispielsweise 0,8 kA/m aufweisen.

Das Stützmagnetfeld. kann auf verschiedene Weisen erzeugt wer- den. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Magnetisierung der Referenzschicht durch einen Referenzmagne- tisierungsstrom in einer nahe der Referenzschicht geführten Leiterbahn ausgerichtet. Dabei liegt der Referenzmagnetisie- rungsstrom nur für eine kurze Zeitspanne an. Der Stromimpuls kann entweder an einen Schreibvorgang gebunden sein, in des- sen Anschluss er erfolgt oder an einen Lesevorgang, wobei er kurz vor und/oder während des Lesevorgangs ausgelöst wird.

Letzteres hat eine höhere Stabilität gegen externe Störfelder zur Folge.

Der Stromimpuls kann immer rein lokal, also bezogen auf die gerade beschriebene oder gleich zu lesende Speicherzelle er- folgen. Die Leiterbahn kann dann eine ohnehin benötigte Lei- terbahn sein, die so modifiziert ist, dass sie den Stromim- puls zusätzlich zu ihrer ursprünglichen Funktion leitet. Es können aber auch zu diesem Zweck dedizierte Leiterbahnen vor- gesehen werden.

In beiden Fällen kann der Schaltungsaufwand zu Lasten einer höheren Leistungsaufnahme verringert werden, indem der Strom- impuls nicht einzeln adressiert wird, sondern Gruppen von Speicherzellen gleichzeitig adressiert.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in der Halbleitereinrichtung mindestens ein hartmagneti- sches Referenzstützsystem vorgesehen, das durch mindestens eine nichtferromagnetische Schicht von der magnetisch weichen Referenzschicht getrennt ist.

Im einfachsten Fall besteht das Referenzstützsystem aus einer Referenzstützschicht, die eine der Referenzmagnetisierung entgegengesetzte Referenzstützmagnetisierung trägt. Bei die- ser Ausführungsform der Erfindung richtet sich die Magneti- sierung der Referenzschicht nach jedem Auslenken aus der Richtung der Referenzmagnetisierung wieder selbsttätig nach dieser aus.

Ein Referenzstützsystem kann lokal, also für jede Speicher- zelle einzeln, realisiert werden.

In einer bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird das Referenzstützsystem als einfache Referenzstützschicht jedoch über eine gesamte, zu den Referenzschichten parallele Quer- schnittsfläche der Halbleitereinrichtung aufgebracht. Somit wird in einfacher Weise ein am Ort der Referenzschichten weitgehend homogenes Stützfeld erzeugt.

Eine solche Referenzstützschicht lässt sich innerhalb wie au- ßerhalb der Halbleitereinrichtung vorsehen.

Wird eine Referenzstützschicht innerhalb einer Halbleiter- einrichtung aufgebracht, so geschieht dies vorzugsweise auf Wafer-Ebene mittels der zur Bearbeitung eines Wafers üblichen Technologien und mit den bei der Herstellung der Speicher- zellen verwendeten Werkstoffen, etwa einer Kobalt-Eisen- Legierung. Die magnetischen Eigenschaften einer solchen Refe- renzstützschicht können durch ein Strukturieren der Referenz- stützschicht gezielt beeinflusst werden.

Innerhalb der Halbleitereinrichtung kann die Referenzstütz- schicht, etwa durch eine Dielektrikumsschicht von einer an-

schließenden Passivierungsschicht getrennt, unterhalb der Speicherzellen aufgebracht werden.

Bei Halbleitereinrichtungen mit mehreren Speicherzellenebenen kann jeder Speicherzellenebene jeweils mindestens eine Refe- renzstützschicht zugeordnet werden, die auf die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Speicherzellenebene hin magneti- siert wird. Speicherzellenebenen und Referenzstützschichten wechseln sich in diesem Fall im Schichtaufbau der Halblei- tereinrichtung ab. Dabei ist es auch möglich, dass eine Refe- renzstützschicht mindestens zwei sich jeweils an der Refe- renzstützschicht gegenüberliegenden Speicherzellenebenen zu- geordnet ist.

Wird die Referenzstützschicht während oder nach einem Häusen der Halbleitereinrichtung aufgebracht, so gilt sie in diesem Kontext als Referenzstützschicht außerhalb der Halbleiter- einrichtung. Eine solche Referenzstützschicht ist dann allen Speicherzellenebenen gemeinsam zugeordnet.

Eine solche Lösung ist das Verwenden von Gehäusen aus einem ferromagnetischen Werkstoff oder das Platzieren der Halblei- tereinrichtung auf einem geeigneten Träger.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anord- nung für eine außerhalb der Halbleitereinrichtung aufgebrach- te Referenzstützschicht ist ein vormagnetisiertes Plättchen oder eine vormagnetisierte Folie, die bevorzugt auf mindes- tens einer zur Referenzschicht parallelen Oberfläche der Halbleitereinrichtung aufgebracht werden.

In jedem Fall kann auch eine für eine Abschirmung der Halb- leitereinrichtung gegen äußere Felder vorgesehene Anordnung als Referenzstützschicht oder aber die Referenzstützschicht als Schirmung der Halbleitereinrichtung genutzt werden.

Um ein über alle Speicherzellen homogenes Stützfeld zu erzeu- gen, wird die Referenzstützschicht bevorzugterweise über eine

gesamte, zu den Speicherschichten parallele Querschnittsflä- che der Halbleitereinrichtung aufgebracht.

Ein nachträgliches Strukturieren der Referenzstützschicht er- möglicht den Feinabgleich eines Kompensationsfeldes in der Speicherschicht.

Die magnetische Stabilität des Referenzstützsystems prägt die Temperatur-und Langzeitdatenstabilität der magnetore- sistiven Speicherzelle. Entsprechend wird das Referenzstütz- system in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er- findung als magnetisch hartes Schichtsystem ausgeführt.

Dazu wird die Referenzstützschicht über eine Referenzstütz- distanzschicht aus einem leitfähigen, nichtmagnetischen Werk- stoff (typischerweise einem Edelmetall wie Ruthenium, Gold, Kupfer, Palladium, Platin, Osmium, Quecksilber oder Rhodium) an eine Referenzstützkoppelschicht aus einem ferromagneti- schen Werkstoff (typischerweise eine Kobalt-Eisen-Legierung) mit einer zur Magnetisierung der Referenzstützschicht antipa- rallelen Magnetisierung (AAF) oder an eine Schicht aus einem natürlich antiferromagnetischen Werkstoff gekoppelt. Durch eine von Rudermann, Kittel, Kasuya und Yoshida beschriebene Wechselwirkung verkleben die Spinpolarisationen in den beiden Schichten beidseits der Referenzstützdistanzschicht. Auf die- se Weise wird die Referenzstützschicht magnetisch stabil.

Werden die an der Referenzstützdistanzschicht gegenüberlie- gende ferromagnetischen Teilschichten eines Referenzstütz- systems asymmetrisch, also mit verschiedener Schichtstärke vorgesehen, so weist das Referenzstützsystem ein Nettomoment (im Folgenden Streufeld) auf. Das Streufeld wird zum Stütz- feld der Referenzschicht.

Bei geeigneter Dimensionierung lässt sich mit dem Stützfeld auch ein in der Speicherschicht aufgrund verschiedener Kop- pelmechanismen wirksames Biasfeld kompensieren.

In einer magnetoresistiven Speicherzelle mit magnetisch wei- cher Referenzschicht ist also die Spinpolarisation in der Re- ferenzschicht gegenüber einem herkömmlichen Aufbau mit hart- magnetischer Referenzschicht deutlich erhöht. Die beiden Zu- stände der Speicherzelle, also parallele oder antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen von Speicher-und Referenz- schicht entsprechend dem binären Dateninhalt der Speicher- zelle, sind leichter unterscheidbar. Ein auf der Halbleiter- einrichtung vorzusehender Aufwand für eine Schaltung, die den elektrischen Widerstand der Speicherzelle misst und bewertet, wird geringer und die Störsicherheit erhöht.

Die Referenzschicht wird in einer erfindungsgemäßen Anordnung von den die Magnetisierung der Speicherschicht steuernden Magnetfeldern von Schreibströmen beeinflusst. Wird bei einem Schreibvorgang die Speicherschicht gegen die Referenzmagneti- sierung magnetisiert, so wirkt das vom Schreibstrom erzeugte Magnetfeld auch gegen die Referenzmagnetisierung. Die Magne- tisierung der Referenzschicht wird dabei umgekehrt. Da ein Dateninhalt nach der relativen Orientierung der Magnetisie- rungen in Speicher-und Referenzschicht bewertet, aber in Form der Orientierung der Magnetisierung der Speicherschicht abgelegt wird, greifen Maßnahmen, die Referenzmagnetisierung wiederherzustellen.

In der Referenzschicht wird also gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Referenzmagnetisierung durch ein Referenzstütz- feld wiederhergestellt, bevor die magnetoresistive Speicher- zelle ausgelesen wird. Damit kann die Beeinflussung der Refe- renzmagnetisierung durch einen Schreibvorgang hingenommen werden.

Ein Mechanismus (Referenz-Reset) zum Wiederherstellen der Re- ferenzmagnetisierung der Referenzschicht erfolgt unabhängig vom eingelesenen Datum entweder im Anschluss an einen Schreibvorgang oder vor jedem Lesevorgang. Dieser Mechanismus basiert auf bekannten Effekten, wie zum Beispiel Magneto- statik, Neel-Kopplung oder pinhole coupling.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Referenz-Reset vor jedem Lesevorgang.

Für den Lesevorgang werden Verfahren gewählt, bei denen die Referenzmagnetisierung ähnlich wie bei einem Schreibvorgang zerstört werden kann. Solche Verfahren bieten eine bessere Unterscheidbarkeit der beiden Zustände der Speicherzelle.

Das Referenzstützfeld wird in einer ersten bevorzugten Aus- führungsform der Erfindung als statisches Referenzstützfeld eines hartmagnetischen Referenzstützsystems innerhalb oder außerhalb der Halbleitereinrichtung erzeugt.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das Refe- renzstützfeld durch einen Referenzmagnetisierungsstrom er- zeugt. Für den Referenzmagnetisierungsstrom wird in einer an die Referenzschicht angrenzenden Passivierungsschicht eine Leiterbahn vorgesehen oder die Beschaltung einer bereits vor- handenen Leiterbahn für diesen Zweck angepasst.

In dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Koerzitiv- feldstärke der Referenzschicht so ausgelegt, dass die Refe- renzmagnetisierung stabil gegen das Streufeld der magneti- sierten Speicherschicht ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei für einander entsprechende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen : Fig. 1 schematische Querschnitte durch magnetoresistive Speicherzellen nach einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine magnetore- sistive Speicherzelle nach einem dritten Ausführungs- beispiel der Erfindung, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine herkömmli- che magnetoresistive Speicherzelle.

Die Fig. 3 wurde bereits eingangs erläutert.

Die beiden Zeichnungen in Fig. 1 zeigen zwei vereinfachte, nicht maßstabsgetreue und auf die Darstellung der für die Er- findung wesentlichen Merkmale beschränkte Querschnitte durch eine Halbleitereinrichtung mit magnetoresistiven Speicherzel- len 17.

Eine Speicherzelle 17 besteht aus jeweils einer Speicher- schicht 1 und einer Referenzschicht 3 beiderseits einer Tun- nelbarriere 2. Die Referenzschicht 3 trägt die Referenzmagne- tisierung 8. Die Magnetisierung 7 der Speicherschicht 1 ist entsprechend dem Dateninhalt der Speicherzelle 17 parallel oder antiparallel zur Referenzmagnetisierung 8.

An der Referenzschicht 3 der Tunnelbarriere 2 gegenüberlie- gend schließt üblicherweise eine Passivierungsschicht (Lei- terbahnschicht) 12 an. Die Passivierungsschicht 12 ihrerseits ist auf einer Dielektrikumsschicht 13 aufgebracht.

In Fig. la ist das Referenzstützsystem als verteilte Refe- renzstützschicht 16 ausgeprägt.

Die magnetisch harte Referenzstützschicht 16 trägt eine Refe- renzstützmagnetisierung 15, die der Referenzmagnetisierung 8 entgegengerichtet ist.

Eine zwischen der Referenzstützschicht 16 und der Referenz- schicht 3 wirksame Streufeldkopplung wirkt in Richtung einer antiparallelen Ausrichtung der Magnetisierungen und dreht ei- ne aus der Richtung der Referenzmagnetisierung 8 ausgelenkte Magnetisierung der Referenzschicht 3 wieder in Richtung der Referenzmagnetisierung 8.

In Fig. lb liegt an der Dielektrikumsschicht 13 der Referenz- schicht 3 ein lokales Referenzstützsystem 14 gegenüber. Das lokale Referenzstützsystem 14 erstreckt sich dabei über einen jeweils einer Speicherzelle 17 zugeordneten Bereich.

Dabei wird das Referenzstützsystem 14 aus einer lokalen fer- romagnetischen Referenzstützschicht 20 und einer antiferro- magnetischen Referenzstützkoppelschicht 19 mit einer Magneti- sierung 21 beidseits einer nichtmagnetischen Referenzstütz- distanzschicht 18 gebildet. Die Magnetisierungen 20,21 sind über die RKKY-Wechselwirkung fest miteinander verkoppelt.

Weichen die Beträge der Magnetisierungen 20,21 voneinander ab, dann bildet das lokale Referenzstützsystem 14 ein Streu- feld (Nettomoment) aus, das zum Stützfeld für die Referenz- magnetisierung 8 wird und mit dem eine Kompensation der Neel- Wechselwirkung zwischen der Speicherschicht 1 und der Refe- renzschicht 3 erzielt werden kann.

Ein von Schreibströmen erzeugtes Schreibmagnetfeld, das die Magnetisierung 7 der Speicherschicht 1 aus einem zur Refe- renzmagnetisierung 8 parallelen Zustand in einen antiparalle- len Zustand schaltet, wirkt in gleicher Weise auch auf die Magnetisierung der Referenzschicht 3.

Zwar ist deren Abstand zur Quelle des Schreibmagnetfeldes größer und damit auch das wirksame Magnetfeld kleiner. Ande- rerseits ist die Koerzitivfeldstärke der magnetisch weichen Referenzschicht 3 deutlich geringer.

Die Magnetisierung der Referenzschicht 3 kann sich aus der zur Referenzstützmagnetisierung 15 antiparallelen Orientie- rung in eine parallele drehen.

Nach Abklingen des Schreibmagnetfeldes wirken nur noch die Streufeldkopplungen der Speicherschicht 1 und der Referenz- stützschicht 16 oder des Referenzstützsystems 14 auf die Re- ferenzschicht 3, wobei die Streufeldkopplung (das Stützfeld) der Referenzstützschicht 16 oder des Referenzstützsystems 14 dominiert.

Da das in der Referenzschicht 3 wirksame Stützfeld stärker als die Koerzitivfeldstärke der magnetisch weichen Referenz-

schicht 3 ist, dreht sich die Magnetisierung der Referenz- schicht 3 wieder in Richtung der Referenzmagnetisierung 8.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einem vereinfachten Querschnitt durch eine magnetoresistive Speicherzelle 17 dargestellt.

Die Speicherzelle 17 besteht aus jeweils einer Speicher- schicht 1 und einer Referenzschicht 3 beiderseits einer Tun- nelbarriere 2. Die Referenzschicht 3 trägt die Referenzmagne- tisierung 8. Die Magnetisierung 7 der Speicherschicht 1 ist entsprechend dem Dateninhalt der Speicherzelle 17 parallel oder antiparallel zur Referenzmagnetisierung 8.

In einer Leiterbahn. 10, die in diesem Beispiel an einer der Tunnelbarriere 2 gegenüberliegenden Oberfläche der Referenz- schicht 3 angeordnet ist, fließt vor und/oder während eines Lesevorgangs an der Speicherzelle 17 in Pfeilrichtung ein Re- ferenzmagnetisierungsstrom 11. Das durch den Referenzmag- netisierungsstrom 11 erzeugte Magnetfeld wirkt in Richtung der Referenzmagnetisierung.

Die Koerzitivfeldstärke der Referenzschicht 3 ist dabei aus- reichend groß gegen das Streufeld der Speicherschicht 1.

Bezugszeichenliste 1 Speicherschicht 2 Tunnelbarriere 3 Referenzschicht 4 Distanzschicht (Spacer) 5 Referenzkoppelschicht 6 Referenzsystem 7 Magnetisierung der Speicherschicht 8 Referenzmagnetisierung 9 Magnetisierung der Referenzkoppelschicht 10 Leiterbahn 11 Referenzmagnetisierungsstrom 12 Passivierungsschicht 13 Dielektrikumsschicht 14 lokales Referenzstützsystem 15 Referenzstützmagnetisierung 16 verteilte Referenzstützschicht 17 magnetoresistive Speicherzelle 18 Referenzstützdistanzschicht 19 Referenzstützkoppelschicht 20 lokale Referenzstützschicht 21 Magnetisierung der Referenzstützkoppelschicht