CN100593822C

CN100593822C - 磁性存储单元结构与磁性存储装置

Info

Publication number: CN100593822C
Application number: CN200610059116A
Authority: CN
Inventors: 李元仁; 洪建中; 高明哲
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: CN101038784A

Abstract

本发明涉及一种磁性存储单元结构适用于双态型模式存取操作的一磁性存储装置，包括一磁性固定迭层，做为该磁性存储单元结构的一基层结构的一部分。一穿隧绝缘层位于该磁性固定迭层之上。一磁性自由迭层位于该穿隧绝缘层之上。一磁性偏压迭层，位于该磁性自由迭层之上。其中，磁性偏压迭层提供一偏压磁场给该磁性自由迭层，以使一双态操作区域更接近于一磁场零点。又，磁性偏压迭层所产生的磁场作用也包括缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。

Description

磁性存储单元结构与磁性存储装置

技术领域

本发明是有关于一种磁性存储器技术，且特别是有关于一种磁性存储单元的结构，可以在低驱动电流下操作。

背景技术

磁性存储器，例如磁性随机存取存储器(Magnetic Random AccessMemory，MRAM)也是一种非挥发性存储器，有非挥发性、高密集度、高读写速度、抗辐射线等优点。是利用相邻穿遂绝缘层的磁性物质的磁化向量，由于平行或反平行的排列所产生磁阻的大小来记录0或1的数据。写入数据时，一般所使用的方法为两条电流线，例如位元线(Bit Line，BL)及写入字元线(Write Word Line，WWL)感应磁场所交集选择到的磁性存储单元结构，藉由改变自由层磁化向量方向，来更改其磁电阻值。而在读取存储数据时，让选择到的磁性存储单元结构流入电流，从读取的电阻值可以判定存储数据之数位值。

图1绘示一磁性存储单元的基本结构。参阅图1，要存取一磁性存储单元结构，也是需要交叉且通入适当电流的电流线100、102，其依照操作的方式，又例如称为字元线与位元线。当二导线通入电流后会产生二个方向的磁场，以得到所要的磁场大小与方向，以施加在磁性存储单元结构104上。磁性存储单元结构104是迭层结构，包括一磁性固定层(magnetic pinned layer)在一预定方向具有固定的磁化向量(magnetization)，或是总磁矩(totalmagnetic moment)。利用磁阻的大小，来读取数据。又，藉由输出电极106、108，可以读出此磁性存储单元结构所存的数据。关于磁性存储器的操作细节，是本领域技术人员可以了解，不继续描述。

图2绘示磁性存储器的存储机制。于图2，磁性固定层104a有固定的磁矩方向107。磁性自由层104c，位于磁性固定层104a上方，其中间由一绝缘层104b所隔离。磁性自由层104c有一磁矩方向108a或是108b。由于磁矩方向107与磁矩方向108a平行，其产生的磁阻例如代表“0”的数据，反之磁矩方向107与磁矩方向108b反平行，其产生的磁阻例如代表“1”的数据。

对于一磁性存储单元结构而言，其磁阻(R)与磁场H大小的关系，如图3所示。实线代表单一磁性存储单元结构的磁阻线。然而，磁性存储装置会包含多个磁性存储单元结构，其每一个磁性存储单元结构的翻转场大小会有差异，因此磁阻线会有如虚线的变化，这会造成存取错误。图4绘示磁性传统存储单元结构的阵列结构。图4的左图是一阵列结构，例如藉由施加二个方向磁场Hx、Hy，对磁性存储单元结构140存取。右图是自由层的星状图(Asteroid curve)。在实线区域内，由于磁场小，不会改变磁性存储单元结构140磁化向量的方向。而在实线区域外的一有限区域内的磁场，可适合于磁场翻转的操作。如果磁场太大就会干扰到邻近的单元，也是不适合使用。因此，一般以操作区域144的磁场作为操作磁场。然而，由于其他的磁性存储单元结构142也会感受到施加的磁场，而由于邻近磁性存储单元结构142的操作条件变化，此施加的磁场也可能会改变其他磁性存储单元结构142的储存数据。因此，如图2的单层的自由层104c，会有存取错误的可能。

针对上述等问题，例如美国专利第6,545,906号，为了降低邻近单元在写入数据时的干扰情形，自由层以铁磁(FM)/非磁性金属(M)/铁磁(FM)三层结构的一磁性自由迭层166来取代单层铁磁材料，如图5所示，在非磁性金属层152上下两层的铁磁性金属层150、154，以反平行排列，形成封闭的磁力线。在下面的磁性固定迭层168，藉由一穿隧绝缘层(tunnel barrier layer，T)156，与磁性自由迭层166隔开。磁性固定迭层168包括一上固定层(toppinned layer，TP)158、一非磁性金属层160、以及一下固定层(bottom pinnedlayer，BP)162。在上固定层与下固定层有固定的磁化向量。另外还有一基层164在底部，例如是反铁磁层。

针对三层结构的磁性自由迭层166，把字元线BL与写入位元线WWL相对自由迭层166的磁场异向轴(magnetic anisotropic axis)，使有45度的夹角，其磁场异向轴方向就是所谓的易轴(easy axis)方向。如此，字元线BL与写入位元线WWL可分别对自由迭层166，依照一先后关系，施加与易轴夹角为45度的磁场，以旋转自由迭层166的磁化向量。图6绘示磁场施加的时序。于图6，上图表示易轴(双箭头所示)与磁场方向的相对方向。下图是对于字元线BL与写入位元线WWL施加电流的时序。其中电流I_W代表会产生相对易轴正45度方向的磁场，即是上图的垂直轴，电流I_B代表会产生相对易轴负45度方向的磁场，即是上图的水平轴。依照施加电流的时序，则自由迭层166的上下二铁磁层150、154的磁化方向会反转。这种施加电流的时序，是藉由二个状态来达成，因此也称为双态模式(toggle mode)操作。每经过一次的双态模式操作，自由迭层166的上下二体磁层150、154的磁化方向会反转一次。由于上固定层158的磁化向量方向是固定的，在下铁磁层154的磁化向量方向会平行或是反平行于上固定层158的磁化向量方向，因此可以储存一个二位元数据。

图7绘示在自由迭层166的上下二铁磁层150、154的磁化向量与外加磁场大小的反应。图8绘示外加磁场的对应操作区域。参阅图7，细箭头代表自由迭层166的上下二铁磁层150、154的磁化向量的方向。当外加磁场H小的状况，二磁化向量的方向不会被改变，即是图8的不切换区域170。当外加磁场H增大到适当值时，二磁化向量的方向会于磁场H达到一平衡状态，因此会有一张角，此时的磁场范围就是双态模式下的双态操作区域174，其磁化向量的旋转，是利用相互垂直的二个方向的磁场，依照一特定时序的变化(参见图6)，以旋转合向量的方向，此合向量就是磁场H。因此磁化向量是以阶段的方式被翻转。然而，如果磁场H太大，二磁化向量的方向就一直被导向与磁场H相同的方向，这也不是适当的操作区域，在图8没有绘出。又，在双态操作区域174与不切换区域170之间存在有一直接切换区域(direct switch region)172，又简称为直接区域。由于直接切换区域172的控制不易，因此也不适用于磁性存储单元结构存取的操作。

虽然上述的双态操作可以解决前所提到的干扰问题，从图8可以看出，要进入双态操作区域174，其所需要的电流变大。因此，另一公知技术，如美国专利第6,545,906号的内容所述，可以将第一象限的双态操作区域174，往磁场零点移动，如此即可减低操作电流。图9绘示减小操作电流的传统技术示意图。参阅图9，磁性存储单元结构的基本结构仍与图5类似，如左图所示，其主要不同的是将下固定层162的磁化向量180，相对于上固定层158的磁化向量182增加，例如增加厚度，使总磁矩(total magnetic moment)的值增加。由于下固定层162与上固定层158的磁化向量不平衡，会产生一外漏磁场(fringe magnetic field)，会对自由迭层166产生一磁场偏压(bias filed)184，可以将第一象限的双态操作区域往磁场零点移动，其结果缩小成一距离186。因此，写入操作电流就可以减少。

本发明再更深入探讨上述图9的操作发现，虽然藉由施加磁场偏压184，把双态操作区域往磁场零点拉动，其同时也会造成直接操作区域的增加。如果直接操作区域跨过磁场零点，也会造成操作失败。因此，直接操作区域也会限制写入操作电流的减小。本发明提出解决的设计，将会描述于后。

发明内容

本发明提供一种磁性存储单元结构，在双态模式下操作，可以减小直接区域的范围，因此可以有效地更减小操作电流。

本发明提供一种磁性存储装置，利用多个上述磁性存储单元结构，构成一存储阵列。磁性存储装置至少可以达到高存储密度、高操作速度、以及低操电流。

本发明提出一种磁性存储单元结构，适用于双态型模式存取操作的磁性存储装置，包括磁性固定迭层，做为该磁性存储单元结构的基层结构的一部分。穿隧绝缘层位于该磁性固定迭层之上。磁性自由迭层位于该穿隧绝缘层之上。磁性偏压迭层，位于该磁性自由迭层之上。其中，磁性偏压迭层提供偏压磁场给该磁性自由迭层，以使双态操作区域更接近于磁场零点。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述磁性偏压迭层是由一非磁性金属层、一铁磁性金属层、以及一反铁磁性金属层所迭合而成。又例如，非磁性金属层是位于该磁性自由迭层之上。铁磁性金属层位于非磁性金属层之上。反铁磁性金属层位于该铁磁性金属层之上。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述反铁磁性金属层的一磁性易轴(easy axis)方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向是平行配置。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述铁磁性金属层的一磁性易轴方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向是平行配置。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述该磁性自由迭层是由一下铁磁性金属层、一非磁性金属层、以及一上铁磁性金属层依序迭合所成。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述磁性固定迭层施加于该磁性自由迭层的一总磁矩(magnetic moment)几乎为零。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述磁性自由迭层中，其下铁磁性金属层的一总磁矩大于该上铁磁性金属层的一总磁矩。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述磁性偏压迭层所产生的补偿磁场，对下铁磁性金属层与上铁磁性金属层的作用强度不同，以使双态操作区域更接近于磁场零点。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述磁性偏压迭层所产生的该偏压磁场缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。

本发明又提供另一种磁性存储单元结构，适用于双态型模式(ToggleModel)存取操作的一磁性存储装置。磁性存储单元结构包括一磁性固定迭层，做为该磁性存储单元结构的一基层结构的一部分。一穿隧绝缘层位于该磁性固定迭层之上。一磁性自由迭层位于该穿隧绝缘层之上。其中，磁性自由迭层包括一下铁磁性金属层、一非磁性金属层、以及一上铁磁性金属层。下铁磁性金属层的一总磁矩小于上铁磁性金属层的一总磁矩。

依照一实施例所述的磁性存储单元结构，上述磁场偏压缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。

本发明又提供一种磁性存储装置，利用多个上述磁性存储单元结构，构成一存储阵列。其中，磁性存储装置更包括一电路结构，根据该阵列的配置，以存取所述多个磁性存储单元结构之其一。

本发明因采用在磁性自由迭层上更设置一磁性偏压迭层施加补偿磁场给该磁性自由迭层，以缩小直接区域的大小，因此可以使双态操作区域更接近磁场零点，以有效缩小操作电流。另外，也可采用直接改变磁性自由迭层在无外部磁场下的磁化向量(magnetization)大小，如此有可以减少直接区域的大小。

为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示一磁性存储单元结构的基本结构；

图2绘示磁性存储器的存储机制；

图3绘示磁性存储单元结构的磁阻(R)与磁场H大小的关系；

图4绘示传统磁性存储单元结构的阵列结构；

图5绘示传统磁性存储单元结构的基本结构；

图6绘示磁场施加的时序；

图7绘示在自由迭层166的上下二铁磁层150、154的磁化方向与外加磁场的反应；

图8绘示外加磁场的对应操作区域；

图9绘示减小操作电流的传统技术示意图；

图10绘示根据传统技术所产生的现象的实验结果；

图11绘示在磁场座标下操作区域；

图12绘示本发明对造成图11的现象的原因的调查；

图13绘示本发明对造成图11的现象的原因的另一调查；

图14绘示依据本发明实施例，磁性存储单元结构剖面示意图；

图15绘示依据本发明一实施例，藉由磁性偏压迭层的设置所产生补偿机制的示意图；

图16绘示依照本发明一实施例，磁性存储单元结构的实际模拟结果；

图17绘示本发明另一实施例的磁性存储单元结构；

图18绘示依据本发明一实施例，在图17的设计的一实例下的模拟结果；

主要元件符号说明

100、102：电流线 300：磁性固定迭层

104：磁性存储单元结构 302：穿隧绝缘层

106、108：电极 304：铁磁金属层

140、142：磁性存储单元结构 306：非磁性金属层

144：操作区域 308：铁磁金属层

150：铁磁性金属层 310：非磁性金属层

152：非磁性金属层 312：铁磁金属层

154：铁磁性金属层 314：反铁磁金属层

156：穿隧绝缘层 316：磁性自由迭层

158：上固定层 318：磁性偏压迭层

160：非磁性金属 320：磁性固定迭层

162：下固定层 330：磁性固定迭层

164：基层

166：磁性自由迭层

168：磁性固定迭层

170：不切换区域

172：直接切换区域

174：双态操作区域

180、182：磁化向量

184：磁场偏压

186：距离

190：磁性自由层

192：磁性固定层

220：双态操作区域

202：直接区域

204：不切换区域角落

206：磁性自由层

208：直接区域

210：双态操作区域

212、214：区域

具体实施方式

承前述，本发明对图9的传统技术做进一研究后发现，虽然藉由施加磁场偏压184，把双态操作区域往磁场零点拉动，其同时也会造成直接操作区域的增加，使得写入操作电流无法更减小。以下会先描述本发明对传统技术的研究，找出可能的一些原因，因此也提出解决的设计。所举的一些实施例，是用来描述本发明之用，而不是用来限制本发明的范围。

图10绘示根据传统技术所产生的现象的实验结果。参阅图10，上图是传统磁性存储单元结构的示意图，包括磁性固定迭层192，以及在其上方的磁性自由迭层190。磁性自由迭层190的上下铁磁层的厚度一样，且磁化向量的大小一样。磁性固定迭层192的下固定层厚度比上固定层大，因此下固定层的总磁矩较大，会产生一外漏磁场，作用于磁性自由迭层190。由下图的磁阻与磁场的关系可以看出，虽然右边的双态操作区域的起始点已向磁场零点接近，其仍明显存在很大的直接区域194。图11绘示在磁场座标下操作区域。于图11中，第一象限的双态操作区域220趋向磁场零点偏移，而同时第三象限的双态操作区域也依相同方向偏移。图12绘示本发明对造成图11的现象的原因的调查。参阅图12，绘示的是在45度上所看到的磁阻与磁场的关系。虚线位置是磁场为零的位置，而直接区域208明显出现在双态操作区域210与不切换区域角落204之间，反之在区域214的地方，直接区域范围缩小。另外区域212是属于磁场太大的关系，造成磁性自由层206的上下二铁磁层的磁化向量互为平行。本发明更进一步调查如左下图绘示的传统磁性存储单元结构的作用，进而提出可能的解释如下。直接区域208由于磁性固定迭层对磁性自由迭层206的上下二铁磁层的作用，由于距离的关系，作用其上的磁场不同，其中下层因为比较接近而感受到较大的磁场。如此，当在虚线右边的正磁场环境下，会使直接区域208向磁场零点的方向增大。反之，在虚线左边的负磁场环境下，直接区域就被大量缩小，甚至消失。

图13绘示本发明对造成图11的现象的原因的另一调查。参阅图13，左图是对应图12，用来与另一情形的右图做比较。由模拟研究结果可以看出，当磁性固定迭层所产生的外漏磁场对磁性自由迭层的作用是从另一方向施加磁性偏压时，在虚线左边的负磁场区域会出现直接区域，且在虚线右边的正磁场区域的直接区域会消失。双态操作区域沿着+45度的方向被移动。因此，上述边际磁场可能是改变直接区域的原因之其一。

在调查出造成直接区域变化的原因后，本发明提出解决的方法。图14绘示依据本发明实施例，磁性存储单元结构剖面示意图。本发明的磁性存储单元结构，可以取代图1的磁性存储单元104，配合存取存储单元阵列的电路结构，可以构成一磁性存储装置，其使用双态型模式存取操作。参阅图14，磁性存储单元结构包括一磁性固定迭层300，做为基层结构的一部分。一穿隧绝缘层302位于磁性固定迭层300之上。一磁性自由迭层316位于穿隧绝缘层302之上。一磁性偏压迭层318，位于磁性自由迭层316之上。其中，磁性偏压迭层318可以提供一偏压磁场给磁性自由迭层316，以使一双态操作区域更接近于一磁场零点。又同时，也可以减少直接区域。如此，双态操作区域可以又更接近于一磁场零点。相对而言，操作电流可以有效地被降低。特别是，写入操作电流可以在低电流的条件下进行写入动作。

上述磁性自由迭层316，例如可以是传统的三层结构，包括下铁磁金属层304、非磁性金属层306、上铁磁金属层308。另外，本发明在磁性自由迭层316上增加磁性偏压迭层318。此磁性偏压迭层318例如包括非磁性金属层310、铁磁性金属层312、以及反铁磁性金属层314。此三层的位置关系例如是非磁性金属层310位于磁性自由结构层316之上。铁磁性金属层312位于非磁性金属层310之上。反铁磁性金属层314位于铁磁性金属层312之上。然而这不是唯一的方式。例如，铁磁性金属层312与反铁磁性金属层314的顺序可以对调。又，磁性偏压迭层318的作用是产生磁场偏压，施加于磁性自由迭层316上。因此，铁磁性金属层312与反铁磁性金属层314也可以由单一层的铁磁金属或是更多层的铁磁金属所构成。反铁磁性金属层314本身含有相等量但不同方向的磁化向量，因此总磁矩是零，然而有助于将铁磁性金属层312的磁化向量固定。非磁性金属层310是有隔离作用，以避免太靠近而产生过强的磁性耦合。换句话说，非磁性金属层310也不是必要的构件。也就是说，磁性偏压迭层318的结构，只要能产生适当的磁场偏压即可，不需要有特定的结构。

又如箭头所示，反铁磁性金属层314的一磁性易轴(easy axis)方向与磁性自由迭层316的一磁性易轴方向是平行配置。又，铁磁性金属层312的一磁性易轴方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向也是平行配置。其中，铁磁性金属层312的磁化向量方向是藉由铁磁性金属层312与反铁磁性金属层314的交互作用而固定。

另外磁性固定迭层300例如是一般的三层结构，但是调整使施加于磁性自由迭层316的一总磁性向量为零，其例如可以利用厚度来调整。总磁矩为零的物理现象就是，磁性固定迭层300不会有传统的外漏磁场，影响到该磁性自由迭层。本发明利用磁性偏压迭层318对磁性自由迭层316施加偏压，以使双态操作区域往磁场零点接近。又，为了减少直接区域的范围，可以配合磁性偏压迭层318所产生的偏压作用来调整磁性自由迭层316。例如，磁性自由迭层316中的下铁磁性金属层304的磁化向量可以调整使大于上铁磁性金属层308的一总磁矩。如此，磁性偏压迭层318的磁化向量的作用距离效应可以被减少或消除，因此也同时减少直接区域的范围。双态操作区域可以更接近磁场零点，因此可以更减少操作电流。

图15绘示依据本发明一实施例，藉由磁性偏压迭层的设置所产生补偿机制的示意图。参阅图15，由于调整磁性自由迭层316的上下二铁磁金属层的磁化向量做适当调整，以抵消从磁性偏压迭层318对磁性自由迭层316，由于距离关系所产生的不同作用量。其结果如右图所示。明显地，在第一象限的双态操作区域往磁场零点(点线位置)偏移。同时，第一象限的直接区域也有效地被消除。

上述磁性偏压迭层318的非磁性金属层310的材料例如是Cu、Ru、Ag、或是其他传导金属。铁磁性金属层312的材料例如是Fe、Co、Ni、CoFe、CoFeB、或是其他铁磁性金属。反铁磁性金属层314的材料例如是RtMn、MnIr、CoO、或是其他反铁磁性金属。穿隧绝缘层302的材料例如是氧化铝。本发明增加磁性偏压迭层318的制作，在制程上可以与传统制程相容，可以容易达成，不会造成制作困难的问题。

图16绘示依照本发明一实施例，磁性存储单元结构的实际实验结果。参阅图16，穿隧绝缘层AlOx上的六层的材料如左图所示。另外，每一层的材料依序是NiFe、Ru、NiFe、Ru、IrMn、CoFe，其厚度例如依序是30、20、28.5、20、60、15，单位是埃(＝10^-8cm)。从右图的实验结果可以看出，双态操作区域往磁场零点偏移，且大致上没有直接区域。因此，本发明提出的存储单元结构，确实能达到本发明的目的。

又，根据相同的考虑，本发明又提出变化的设计。图17绘示本发明另一实施例的磁性存储单元结构。参阅图17，为了达到减少直接区域的效果，且使双态区域能朝向磁场零点偏移，本发明提出仅调整磁性自由迭层。由于直接区域是因为磁性固定迭层对磁性自由迭层的上下二铁磁金属层的作用不同所造成，在不增加磁性偏压迭层的设置下，也可以调整磁性自由迭层中上下两铁磁层的总磁矩。于左图，例如藉由厚度的调整，使上铁磁金属层的磁化向量m₁大于下铁磁金属层的总磁矩m₂(m₁＞m₂)。其结果，磁性固定迭层对下铁磁金属层的作用比上铁磁金属层的作用大。然而在m₁＞m₂的条件下，其可以平衡磁性固定迭层所造成的差异。其结果如右图所示，在第一象限的双态操作区域也会朝向磁场零点偏移，且大致上没有直接区域。

图18绘示依据本发明一实施例，在图17的设计的一实例下的实验结果。参阅图18，磁性固定迭层330的上下二层的厚度例如设定为30埃与40埃，以产生一外漏磁场。磁性自由迭层316的上下二层的厚度例如设定为34.5埃与30埃。其他三个图是多次的实验结果。由实验结果可以看出本实施例的设计也可以达到类似的效果。

综上所述，在本发明对会影响直接区域的一些因素做详细研究与了解后，提出如图14与图17的设计，藉由磁性偏压迭层318的制作或是对磁性自由迭层316的磁化向量做调整，可以有效减小直接区域的范围，因此能降低操作电流。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种磁性存储单元结构，适用于双态型模式存取操作的一磁性存储装置，该磁性存储单元结构包括：

一磁性固定迭层，做为该磁性存储单元结构的一基层结构的一部分；

一穿隧绝缘层，位于该磁性固定迭层之上；

一磁性自由迭层，位于该穿隧绝缘层之上，以及

一磁性偏压迭层，位于该磁性自由迭层之上，

其中，该磁性偏压迭层提供一偏压磁场给该磁性自由迭层，以使一双态操作区域更接近于一磁场零点。

2.如权利要求1所述之磁性存储单元结构，其中该磁性偏压迭层由一非磁性金属层、一铁磁性金属层、以及一反铁磁性金属层所迭合而成。

3.如权利要求2所述之磁性存储单元结构，其中该非磁性金属层位于该磁性自由迭层之上，该铁磁性金属层与该反铁磁性金属层，顺序或反顺序迭合位于该非磁性金属层之上。

4.如权利要求2所述之磁性存储单元结构，其中该反铁磁性金属层的一磁性易轴方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向是平行配置。

5.如权利要求2所述之磁性存储单元结构，其中该铁磁性金属层的一磁性易轴方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向是平行配置。

6.如权利要求2所述之磁性存储单元结构，其中该铁磁性金属层的一磁化向量方向是藉由该铁磁性金属层与该反铁磁性金属层的交互作用而固定。

7.如权利要求2所述之磁性存储单元结构，其中该磁性自由迭层是由一下铁磁金属层、一非磁性金属层、以及一上铁磁金属层依序迭合所成。

8.如权利要求7所述之磁性存储单元结构，其中该磁性固定迭层施加于该磁性自由迭层的一总磁矩为零。

9.如权利要求8所述之磁性存储单元结构，其中在该磁性自由迭层中，该下铁磁金属层的一总磁矩大于该上铁磁金属层的一总磁矩。

10.如权利要求9所述之磁性存储单元结构，其中该磁性偏压迭层所产生的该偏压磁场，对该下铁磁金属层与该上铁磁金属层的作用强度不同，以使该双态操作区域更接近于该磁场零点。

11.如权利要求1所述之磁性存储单元结构，其中，该磁性偏压迭层所产生的该偏压磁场缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。

12.一种磁性存储单元结构，适用于双态型模式存取操作的一磁性存储装置，该磁性存储单元结构包括：

一穿隧绝缘层，位于该磁性固定迭层之上；以及

一磁性自由迭层，位于该穿隧绝缘层之上，其中该磁性自由迭层包括一下铁磁金属层、一非磁性金属层、以及一上铁磁金属层，

其中该下铁磁金属层的一总磁矩小于该上铁磁金属层的一总磁矩，且该磁性固定迭层对该下铁磁金属层的作用量，大于对该上铁磁金属层的作用量，以对一双态操作区域产生一磁场偏压，使双态操作区域趋向一磁场零点偏移。

13.如权利要求12所述之磁性存储单元结构，其中该磁场偏压缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。

14.一种磁性存储装置，采用双态型模式存取操作，包括：

多个磁性存储单元结构，以一阵列配置；以及

一电路结构，根据该阵列的配置，以存取所述多个磁性存储单元结构之其一，

其中所述多个磁性存储单元结构的每一个包括：

一穿隧绝缘层，位于该磁性固定迭层之上；

一磁性自由迭层，位于该穿隧绝缘层之上，以及

一磁性偏压迭层，位于该磁性自由迭层之上，其中该磁性偏压迭层提供一补偿磁场给该磁性自由迭层，以使一双态操作区域更接近于一磁场零点。

15.如权利要求14所述之磁性存储装置，其中该磁性偏压迭层由一非磁性金属层、一铁磁金属层、以及一反铁磁金属层所迭合而成。

16.如权利要求15所述之磁性存储装置，其中该非磁性金属层位于该磁性自由迭层之上，该铁磁性金属层与该反铁磁性金属层，顺序或反顺序迭合位于该非磁性金属层之上。

17.如权利要求15所述之磁性存储装置，其中该反铁磁金属层的一磁性易轴方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向是平行配置，且该铁磁金属层的一磁性易轴方向与该磁性自由迭层的一磁性易轴方向是平行配置。

18.如权利要求15所述之磁性存储装置，其中该铁磁金属层的一磁化向量方向是藉由该铁磁金属层与该反铁磁金属层的交互作用而固定。

19.如权利要求15所述之磁性存储装置，其中该磁性自由迭层是由一下铁磁金属层、一非磁性金属层、以及一上铁磁金属层依序迭合所成。

20.如权利要求14所述之磁性存储装置，其中该磁性固定迭层施加于该磁性自由迭层的一总磁性向量为零。

21.如权利要求14所述之磁性存储装置，其中该磁性偏压迭层所产生的该补偿磁场缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。

22.一种磁性存储装置，采用双态型模式存取操作，包括：

多个磁性存储单元结构，以一阵列配置；以及

其中所述多个磁性存储单元结构的每一个包括：

一穿隧绝缘层，位于该磁性固定迭层之上；以及

其中该下铁磁金属层的一磁化向量小于该上铁磁金属层的一磁化向量，且该磁性固定迭层对该下铁磁金属层的作用量，大于对该上铁磁金属层的作用量，以对一双态操作区域产生一磁场偏压，使双态操作区域趋向一磁场零点偏移。

23.如权利要求22所述之磁性存储装置，其中该磁场偏压缩小邻接于该双态操作区域的一直接区域。