專利名稱：具有用于自旋轉(zhuǎn)移翻轉(zhuǎn)的高自旋極化層的mtj元件以及使用該磁性元件的自旋電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁存儲器系統(tǒng)，尤其涉及一種提供具有改進(jìn)信號及可使用自旋 轉(zhuǎn)移效應(yīng)以較低翻轉(zhuǎn)電流翻轉(zhuǎn)的磁性元件的方法及系統(tǒng)。技術(shù)背景圖1A及IB描述了常規(guī)磁性元件10及10'。此類常規(guī)磁性元件10/10' 可用于非易失性存儲器，如磁性隨機存取存儲器(MRAM)。常規(guī)磁性元件10為 自旋閥，且包括常規(guī)反鐵磁(AFM)層12、常規(guī)被釘扎層14、常規(guī)非磁性間隔 層16及常規(guī)自由層18。亦可使用諸如種子層或覆蓋層的其它層(未示)。常 規(guī)被釘扎層14及常規(guī)自由層18為鐵磁性的。因此，常規(guī)自由層18被描述為 具有可變的磁化19。常規(guī)非磁性間隔層16是導(dǎo)電的。AFM層12用于將被釘扎 層14的磁化固定或釘扎為特定方向。自由層18的該磁化可自'由旋轉(zhuǎn)， 一般是 作為外部磁場的響應(yīng)。圖1B所示的常規(guī)磁性元件10'為自旋隧道結(jié)。常規(guī)自 旋隧道結(jié)10'部分與常規(guī)自旋閥IO類似。然而，常規(guī)勢壘層16'為絕緣體， 其非常薄足以使電子在常規(guī)自旋隧道結(jié)10'內(nèi)隧穿。應(yīng)注意，僅描述了單自旋 閥10，但本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到可以使用雙自旋閥，其包 括兩層被釘扎層及將該兩層被釘扎層與該自由層隔開的兩層非磁性層。類似 地，盡管僅描述了單自旋隧道結(jié)10'，但本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地 認(rèn)識到可使用雙自旋隧道結(jié)，其包括兩層被釘扎層及將該兩層被釘扎層與該自 由層隔開的兩層勢壘層。分別根據(jù)常規(guī)自由層18/18'的磁化19/19'及常規(guī)被釘扎層14/14'的 定向，常規(guī)磁性元件10/10，的電阻分別改變。當(dāng)常規(guī)自由層18/18，的磁化 19/19'與常規(guī)被釘扎層14/14'的磁化平行時，常規(guī)磁性元件10/10'的電阻 為低。當(dāng)常規(guī)自由層18/18'的磁化19/19'與常規(guī)被釘扎層14/14'的磁化反 平行時，常規(guī)磁性元件10/10'的電阻為高。為了讀出常規(guī)磁性元件10/10'的電阻，驅(qū)動電流經(jīng)過常規(guī)磁性元件 10/10'。 一般在儲存器應(yīng)用中，電流是以CPP (電流方向垂直于平面，current perpendicular to plane)形式驅(qū)動，垂直于常規(guī)磁性元件10/10，的各層(向 上或向下，如圖1A或1B中所示的z方向)。根據(jù)電阻的變化， 一般使用常規(guī) 磁性元件10/10'的電壓降量來測量，可判定該電阻態(tài)且隨之判定存儲于常規(guī) 磁性元件10/10'中的數(shù)據(jù)。某些特定材料業(yè)已提出可用于常規(guī)磁性元件10'。該常規(guī)磁性元件10' 中，提出了可用作被釘扎層14'及自由層18'的材料包括選自Ni、 Co及Fe 之組群的鐵磁材料，及其合金如CoFe、 CoFeNi，以及諸如CoFeBx (其中x為 5-30原子百分比)、CoFeC、 CoFeHf的低磁矩鐵磁材料，或者類似材料。對于 常規(guī)勢壘層16'，提出可使用非晶形A10x或者具有(100)或(111 )織構(gòu)(texture) 的結(jié)晶Mg0。對于該些結(jié)構(gòu)，可達(dá)成較大磁致電阻，其高電阻態(tài)及低電阻態(tài)之 間可有多至有幾百個百分差。自旋轉(zhuǎn)移為這樣一種效應(yīng)，其可用于翻轉(zhuǎn)常規(guī)自由層18/18，的磁化 19/19'，藉此將數(shù)據(jù)存儲入常規(guī)磁性元件10/10'中。自旋轉(zhuǎn)移是以常規(guī)磁性 元件10'為背景描述，但同樣可用于常規(guī)磁性元件10。下文中該自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn) 象根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)描述，并且并不意欲限制本發(fā)明的范圍。當(dāng)自旋極化電流以CPP形式穿過諸如常規(guī)自旋隧道結(jié)10'的磁性多層時， 入射在鐵磁層上的電子的一部分自旋角動量傳遞至該鐵磁層。入射在常規(guī)自由 層18'上的電子可將其一部分的自旋角動量傳遞至該常規(guī)自由層18'。因 此，若該電流密度足夠高(約107-108A/cm2)，且自旋隧道結(jié)的橫向尺寸較小 (約小于200納米)，自旋極化電流可翻轉(zhuǎn)常規(guī)自由層18'的磁化19'的 方向。此外，為使自旋轉(zhuǎn)移能夠翻轉(zhuǎn)常規(guī)自由層18'的磁化19'的方向，常 規(guī)自由層18'應(yīng)足夠薄，例如，對于Co最好小于約10納米。當(dāng)常規(guī)磁性元 件10'的橫向尺寸較小(在幾百納米的范圍內(nèi))時，基于自旋轉(zhuǎn)移的磁化翻 轉(zhuǎn)較之其它翻轉(zhuǎn)機制占有優(yōu)勢，且變得可觀察到。因此，自旋轉(zhuǎn)移適用于具有
較小磁性元件10/10'的較高密度磁性存儲器。作為使用外部翻轉(zhuǎn)場以翻轉(zhuǎn)常規(guī)自旋隧道結(jié)10'的常規(guī)自由層18'的磁 化方向的代替或者附加，可以以該CPP形式使用自旋轉(zhuǎn)移。例如，可將常規(guī)自由層18'的磁化19'從與該常規(guī)被釘扎層14'的磁化反平行翻轉(zhuǎn)至與該常規(guī) 被釘扎層14'的磁化平行。電流從常規(guī)自由層18'被驅(qū)動至常規(guī)被釘扎層14' (傳導(dǎo)電子從常規(guī)被釘扎層14'行進(jìn)至常規(guī)自由層18')。從自常規(guī)被釘扎 層14'行進(jìn)的多數(shù)電子的自旋以與該常規(guī)被釘扎層14'的磁化方向相同的方 向極化。這些電子將其角動量中足以使常規(guī)自由層18'的磁化19'翻轉(zhuǎn)為與 被釘扎層14'的磁化平行的部分轉(zhuǎn)移至常規(guī)自由層18，?；蛘?，自由層18' 的磁化19'可從與常規(guī)被釘扎層14'的磁化平行的方向翻轉(zhuǎn)至與常規(guī)被釘扎 層14'的磁化反平行的方向。當(dāng)電流從常規(guī)被釘扎層14'被驅(qū)動至常規(guī)自由 層18'(傳導(dǎo)電子以相反方向行進(jìn))時，多數(shù)電子的自旋以該常規(guī)自由層18' 的磁化方向極化。這些多數(shù)電子通過常規(guī)被釘扎層14'轉(zhuǎn)移。少數(shù)電子從常規(guī) 被釘扎層14'反射，返回至常規(guī)自由層18'且可轉(zhuǎn)移足夠量的其角動量以將 自由層18'的磁化19，翻轉(zhuǎn)至與與常規(guī)被釘扎層14，的磁化反平行。盡管自旋轉(zhuǎn)移可用來翻轉(zhuǎn)常規(guī)自由層18/18'的磁化19/19'，本技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到一般需要高密度電流。具體地，該翻轉(zhuǎn)磁化 19/19'所需的電流被稱為臨界電流。如前所述，該臨界電流系指至少接近 107A/cm2的臨界電流密度。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員亦可容易地認(rèn)識到該高電流 密度意味著需要寫電流為高及磁性元件尺寸為小。使用高臨界電流翻轉(zhuǎn)磁化19/19'會對磁性存儲器中的這種常規(guī)磁性元件 10/10'的效用及可靠性造成不利影響。該高臨界電流意味著高寫電流。使用 高寫電流導(dǎo)致不必要的功耗增加。該高寫電流需要諸如隔離晶體管的較大結(jié)構(gòu) 與現(xiàn)有磁性元件10/10' —起使用以形成存儲單元。從而，減少了該存儲器的 面密度。此外，由于常規(guī)勢壘層16'在較高寫電流時會遭受介電擊穿，具有較 高電阻且由此具有較高信號的常規(guī)磁性元件IO，可能較不可靠。由此，即使可 達(dá)成較高信號讀取，常規(guī)磁性元件10/10'不適合用于使用高自旋轉(zhuǎn)移翻轉(zhuǎn)電 流來寫入該常規(guī)磁性元件10/10，的高密度常規(guī)MRAM。
因此，需要一種提供磁性存儲元件的方法及系統(tǒng)，所述磁性存儲元件可使 用自旋勢壘以較低寫電流翻轉(zhuǎn)。本發(fā)明滿足了該需求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種提供磁性元件的方法及系統(tǒng)。所述方法及系統(tǒng)包括設(shè)置 第一及第二被釘扎層、自由層及分別位于所述第一及第二被釘扎層與所述自由 層之間的第一及第二勢壘層。所述第一勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過 所述第一勢壘層。此外，所述第一勢壘層具有與另一層交界的界面，所述另一 層諸如所述自由層或所述第一被釘扎層。所述界面具有提供至少50%的高自旋 極化的結(jié)構(gòu)。所述第二勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過所述第二勢壘 層。所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時，容許所述自由層可因 自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。根據(jù)本文所揭露的方法及系統(tǒng)，本發(fā)明提供具有較高信號且可以較低寫電 流使用自旋轉(zhuǎn)移來寫入的磁性元件。


圖1A為常規(guī)磁性元件，自旋閥的附圖； 圖1B為另一常規(guī)磁性元件，自旋隧道結(jié)的附圖； 圖2為新近開發(fā)的磁性元件，雙磁性自旋隧道結(jié)/自旋閥的附圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第一實施例的附圖； 圖4為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第一實施例的第二種 形式的附圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第二實施例的附圖； 圖6為表示本發(fā)明第二實施例的一種形式中的磁致電阻與插入層厚度之比 的曲線圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的第二實施磁性元件的第二種形 式例的附圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第三實施例的附圖9為示出根據(jù)本發(fā)明的方法實施例的附圖，所述方法用于提供相應(yīng)的可 使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件的。
具體實施方式
本發(fā)明涉及磁性元件及諸如MRAM的磁性存儲器。以下作為專利申請及其要件而提供的描述使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造及利用本發(fā)明。較佳實施例 的各種修改以及本文中所描述的普遍原理及特征對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說 是清楚明了的。由此，本發(fā)明并不意欲限制為所示的實施例，而應(yīng)具有與本文 所描述的原理及特征相一致的最大范圍。本發(fā)明亦以現(xiàn)有物理現(xiàn)象為背景描 述。然而，本發(fā)明并不意欲限制為物理現(xiàn)象的特定解釋。圖2為可用作磁性元件、稱為雙自旋過濾器70的一磁性元件實施例。雙 自旋過濾器70包括第一AFM層71、第一被釘扎層72、勢壘層73、自由層74、 間隔層75、第二被釘扎層76及第二AFM層。雙自旋過濾器70最好在適當(dāng)?shù)姆N 子層上制造，并且具有適當(dāng)?shù)母采w層(未示出)。被釘扎層72描述為包括由 一般為Ru的非磁性間隔層81隔開的磁性層80及82的合成被釘扎層。勢壘層 73為絕緣的且非常薄足以使電荷載流子在第一被釘扎層72與自由層74之間隧 穿。勢壘層73可為非晶形氧化鋁，或者包括最好具有(100)或(111)織構(gòu) 的MgO的晶體。自由層74為鐵磁性且具有因該自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象而可改變的磁化。 間隔層75為導(dǎo)電的且可包括諸如Cu的材料。鐵磁性的第二被釘扎層76具有 由AFM層77釘扎的磁化。較佳實施例中，最靠近自由層74的這些鐵磁層的磁 化反鐵磁性地對齊。由此，被釘扎層76的磁化方向與該層82的磁化方向相反。 雙自旋過濾器70可認(rèn)為是由共用自由層74的自旋隧道結(jié)或電流限制結(jié)(包括 層71、 72、 73及74)與自旋閥(包括層74、 75、 76及77)構(gòu)成。因此，達(dá) 成較高讀取信號的同時允許使用自旋轉(zhuǎn)移來寫入。盡管描述為單鐵磁膜，層72、 74和76可為合成的，及/或可進(jìn)行摻雜以改進(jìn)雙自旋過濾器70的熱穩(wěn)定性。 此外，亦描述了具有靜磁耦合自由層的其他磁性元件，包括具有靜磁耦合自由 層的雙自旋過濾器。因此，亦可提供使用諸如自旋隧道結(jié)或雙自旋過濾器的磁 性元件的其他結(jié)構(gòu)。 雙自旋過濾器70形成為容許使用自旋轉(zhuǎn)移來翻轉(zhuǎn)該自由層74的磁化。因 此，雙自旋過濾器70的尺寸最好較小，在幾百納米的范圍內(nèi)以減少自場效應(yīng)。 較佳實施例中，雙自旋過濾器70的尺寸小于200納米且最好為約100納米。 雙自旋過濾器70最好具有與圖2頁面的平面垂直的約50納米至150納米的深 度。該深度最好小于雙自旋過濾器70的寬度以使雙自旋過濾器70具有一些形 狀各向異性，保證自由層74具有較佳方向。此外，自由層74的厚度非常薄足 以使該自旋轉(zhuǎn)移足夠強以將該自由層的磁化旋轉(zhuǎn)至與該被釘扎層72及76的磁 化對齊。較佳實施例中，自由層74的厚度小于等于10nm。此外，對于具有較 佳尺寸的雙自旋過濾器70，可以相對小的電流提供107 A即s/cra2數(shù)量級的足夠 電流密度。例如，對于具有0.06x0.12 ^11112的橢圓形狀的雙自旋過濾器70，可 以約0.5 mA的電流提供約107 Amps/cn^的電流密度。結(jié)果，可避免為傳輸太 高電流而采用特殊電路。由此，使用雙自旋過濾器70容許將自旋轉(zhuǎn)移用作翻轉(zhuǎn)機制以及改進(jìn)的信 號。此外，可以將雙自旋過濾器70制造為具有較低的面電阻。例如，可達(dá)成 低于30 0hm卞t^的面電阻。再者，自由層74的磁化可保持為較低，以減少雙 自旋過濾器70的臨界電流。盡管上述磁性元件70工作良好而可達(dá)成預(yù)期目的，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員亦會認(rèn)識到減少使該磁性元件70翻轉(zhuǎn)所需的臨界電流是最好不過的。 最好也能增大磁性元件70的信號。本發(fā)明提供了一種提供磁性元件的方法及系統(tǒng)。所述方法及系統(tǒng)包括設(shè)置 第一及第二被釘扎層、自由層及分別位于所述第一及第二被釘扎層與所述自由 層之間的第一及第二勢壘層。所述第一勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過 所述第一勢壘層。此外，所述第一勢壘層具有與另一層交界的界面，所述另一 層諸如所述自由層或所述第一被釘扎層。所述界面具有提供至少50%的高自旋 極化的結(jié)構(gòu)。所述第二勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過所述第二勢壘 層。所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時，容許該自由層可因自 旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。將根據(jù)特定磁性存儲器及具某些組件的特定磁性單元來描述本發(fā)明。然
而，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到本方法及系統(tǒng)對于具有不同及/或 附加組件的其他磁性存儲元件及/或具有與本發(fā)明不相一致的不同及/或其他 特征的其他磁性存儲器來說亦可有效工作。本發(fā)明亦以該自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的現(xiàn)有理解以及由于與勢壘層交界的界面而導(dǎo)致的自旋極化為背景描述。因此，本技 術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到該方法及系統(tǒng)的行為的理論解釋是根 據(jù)該自旋轉(zhuǎn)移及自旋極化的現(xiàn)有理解作出的。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容 易地認(rèn)識到該方法及系統(tǒng)是以與基底有某些特定關(guān)系的結(jié)構(gòu)為背景描述。然 而，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到本方法及系統(tǒng)與其他結(jié)構(gòu)相 容。此外，本方法及系統(tǒng)以合成或單一的某些層為背景描述。然而，本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到這些層可為另外結(jié)構(gòu)。再者，本發(fā)明以具有 特定層的磁性元件為背景描述。然而，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn) 識到亦可使用與本發(fā)明不相一致的具有附加及/或不同層的磁性元件。此外， 某些組件描述為鐵磁性的。然而，如本文中所使用的，術(shù)語"鐵磁性"可包括 亞鐵磁或類似結(jié)構(gòu)。由此，如本文中所使用的，術(shù)語"鐵磁性"包括但不限于 鐵磁體及亞鐵磁體。本發(fā)明也以單一元件為背景進(jìn)行描述。然而，本技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到本發(fā)明與具有多個元件、位線及字線的磁性存儲器 相容。圖3為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第一實施例100的附圖。磁性元件100包括最好為AFM層的第一釘扎層102、第一被釘扎層104、 第一勢壘層112、自由層114、第二勢壘層116、第二被釘扎層118及第二釘扎 層120。亦示出了覆蓋層122。另一實施例中，采用其他釘扎該被釘扎層104 及118的機制時可省略第一釘扎層102及/或第二釘扎層120。較佳實施例中， AFM層102及120包括諸如P憶n及IrMn的材料。此外，種子層103可在基底 101上使用以提供AFM層102的所需織構(gòu)。任何鐵磁層，如自由層114、第一 被釘扎層104 (或鐵磁層106及110)及第二被釘扎層118包括Ni、 Co及Fe 中至少之一。例如，這些材料包括但不限于CoFe、 CoFe、 Ni、 CoFeB (B為至 少5原子百分比且不大于30原子百分比)、CoFeC及CoFelif。第一被釘扎層104描述為包括由導(dǎo)電的非磁性間隔層108隔開的鐵磁層 106及110的合成被釘扎層。此外，鐵磁層106及110最好為反鐵磁性地對齊。 然而，另一實施例中，第一被釘扎層104可為單一層。類似地，第二被釘扎層 118描述為單一層。然而，另一實施例中，第二被釘扎層118可為合成的。此 外，最靠近自由層114的被釘扎層104及118的磁化最好為反平行。因此，鐵 磁層110的磁化111最好與被釘扎層118的磁化119反平行。自由層114描述為單一自由層114。然而，自由層114亦可為合成的，包 括由非磁性間隔層(未單獨示出)隔開的鐵磁層(未單獨示出)。例如，該實 施例中，自由層114可為CoFe/Ru/CoFe，其中Ru的厚度為至少2埃(Angstrora) 且不超過20埃。根據(jù)該Ru的厚度，這些鐵磁層的磁化平行或反平行地對齊。自由層114最好具有低磁矩及/或低垂直各向異性。低磁矩自由層U4具 有不大于1200emu/cc且最好為300-1000emu/cc之間的飽和磁化。低垂直各向 異性自由層114具有不大于約6000 0e且最好為100-5000 0e的垂直各向異性。 該垂直磁性各向異性定義為沿該垂直于膜平面的軸使該自由層磁矩飽和所需 的場。第一勢壘層112包括與另一層交界的界面，諸如界面113及115，所述另 一層最好為被釘扎層104 (且由此為鐵磁層110)或自由層114。該界面113及 /或115形成為提供大于50%的高自旋極化。較佳實施例中，該高自旋極化為至 少80%且最好為85%。由于該界面113及/或115費米能級處的自旋密度，該高 自旋極化是可能的。較佳實施例中，界面113及/或115以及該附隨的自旋極 化是通過對用于第一勢壘層112與被釘扎層104或者與自由層114的材料的適 當(dāng)組合進(jìn)行選擇而達(dá)成。由于該材料的選擇，形成于層112與104 (110)之間 及/或?qū)?12與114之間的界面113及/或115可具有用于達(dá)成該高自旋極化的 適當(dāng)結(jié)構(gòu)。較佳實施例中，該用于第一勢壘層112的材料為織構(gòu)成(100)或 (111)的Mg0。亦在較佳實施例中，第一被釘扎層104 (特別是鐵磁層110) 及/或自由層164為非晶形或以該(100)或(111)方向高度織構(gòu)。此外，盡管最靠近該基底(底部)的第一勢壘層112描述為具有這一與自 旋極化相關(guān)的性質(zhì)，另一實施例中，第二勢壘層116可具有與第二被釘扎層118 及/或與自由層114交界的界面，該界面形成為具有至少50%的高自旋極化，且
最好為至少80%或85%。再一實施例中，勢壘層112及116兩者都具有與層104 及/或114的以及與層114及/或118的提供高自旋極化的界面。磁性元件100亦形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過該磁性元件100時，容許該自由層114 可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。較佳實施例中，諸如寬度w的該自由層114的橫向尺 寸由此較小且最好小于200納米。此外，這些橫向尺寸最好有所不同亦保證自 由層114具有特定的易磁化軸。由此，磁性元件100可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入。此外，由于諸如界面113及115 的上述這些界面，達(dá)成高自旋極化。結(jié)果，增加了磁性元件100的磁阻信號。 此外，大多數(shù)的該信號是來自磁性元件100的具有該層104與114之間的第一 勢壘層112的這部分。因此，增加了來自磁性元件100的信號。例如，預(yù)期可 達(dá)成超過120。/。的磁致電阻。此外，該磁性元件100的RA相對較低，最好為10-100 Ohm卞i^的數(shù)量級。此外，由于磁化119及111為反平行對齊，自旋轉(zhuǎn)移期間 的翻轉(zhuǎn)電流是相加的。因此，可以以較低電流翻轉(zhuǎn)該自由層114的磁化。此外， 翻轉(zhuǎn)該自由層114的磁化所需臨界電流與該自旋極化成反比。因此，可進(jìn)一步 減少翻轉(zhuǎn)該自由層114的磁化所需的臨界電流。由此，改善了磁性元件100的 功耗及性能使之可用于較高密度的磁性存儲器。圖4為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第一實施例100'的 第二種形式的附圖。磁性元件100'與磁性元件100類似。因此，對類似組件 給予類似標(biāo)識。例如，磁性元件100'包括第一被釘扎層102'、第一勢壘層 112'、自由層114'、第二勢壘層116'及第二被釘扎層118，。自由層114，為低磁矩自由層。然而，自由層114'并非如上所述的單一 自由層或者合成自由層。而是該自由層114'包括由層132隔開的高自旋極化 層130及134。層130、 132、 134倶為鐵磁性。然而，中間層132具有低磁矩 及/或低垂直各向異性。例如，層130及134可包括2-10埃的CoFeB，而層132 可包括坡莫合金(Permalloy) CoPt。由此，高自旋極化層130及134形成與 勢壘層112'及116'交界的界面，而自由層114'的中間部分具有低磁矩或低 垂直各向異性。由此，磁性元件100'亦享有磁性元件100的優(yōu)點。圖5為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第二實施例150的附圖。磁性元件150包括最好為AFM層的第一釘扎層152、第一被釘扎層154、 第一勢壘層162、自由層164、第二勢壘層166、第二被釘扎層168及第二釘扎 層170。亦示出了覆蓋層172。另一實施例中，采用其他釘扎該被釘扎層154 及168的機制時可省略第一釘扎層152及/或第二釘扎層170。較佳實施例中， AFM層152及170包括諸如P憶n及IrMn的材料。此外，種子層153可在基底 151上使用以提供AFM層152的所需織構(gòu)。任何鐵磁層，如自由層164、第一 被釘扎層154 (或鐵磁層156及160)及第二被釘扎層168包括Ni、 Co及Fe 中至少之一。例如，這些材料包括但不限于CoFe、 Ni、 CoFeB、 CoFeCx、 CoFeHfx、 CoPt,及CoP山(x為至少5原子百分比且不大于50原子百分比)。自由層164 最好具有低磁矩。該低磁矩自由層164具有不大于1200emu/cc且最好在 300-1000emu/cc之間的飽和磁化?；蛘?，自由層164具有低垂直各向異性值。 該低垂直各向異性自由層164具有不大于約6000 0e且最好為100-5000 0e的 垂直各向異性。此外，自由層164可為三層，如圖4所示的自由層114'。再 參見圖5，由此，較佳實施例中，自由層164形成為具有低垂直各向異性及/ 或低磁矩。第一被釘扎層154描述為包括由導(dǎo)電的非磁性間隔層158隔開的鐵磁層 156及160的合成被釘扎層。此外，鐵磁層156及160最好為反鐵磁性地對齊。 然而，另一實施例中，第一被釘扎層154可為單一層。類似地，第二被釘扎層 168描述為單一層。然而，另一實施例中，第二被釘扎層168可為合成的。此 外，最靠近自由層164的被釘扎層154及168的磁化最好為反平行。因此，鐵 磁層160的磁化161最好與被釘扎層168的磁化169反平行。自由層164描述為單一自由層164。然而，自由層164亦可為合成的，包 括由非磁性間隔層(未單獨示出)隔開的鐵磁層(未單獨示出)。例如，該實 施例中，自由層164可為CoFe/Ru/CoFe，其中Ru的厚度為至少2埃且不超過 20埃。根據(jù)該Ru的厚度，這些鐵磁層的磁化平行或反平行地對齊。此外，自 由層164可為具有與勢壘層162及166鄰接的高自旋極化層，以及中心低磁矩 及/或低飽和磁化層。第一勢壘層162包括和另一層交界的界面，諸如界面163及165，所述另
一層最好為被釘扎層154 (且由此為鐵磁層160)或自由層164。該界面163及 /或165形成為提供大于50%的高自旋極化。較佳實施例中，該高自旋極化為至 少80%且最好為85%。由于該界面163及/或165的費米能級處的自旋密度，該 高自旋極化是可能的。較佳實施例中，界面163及/或165以及該附隨的自旋 極化是通過對用于第一勢壘層162與被釘扎層154或者與自由層164的材料的 適當(dāng)組合進(jìn)行選擇而達(dá)成。由于該材料的選擇，形成于層162與154 (160)之 間及/或?qū)?62與164之間的界面163及/或165可具有用于達(dá)成該高自旋極化 的適當(dāng)結(jié)構(gòu)。較佳實施例中，用于第一勢壘層162的材料為織構(gòu)成(100)或 (111)的MgO。亦在較佳實施例中，第一被釘扎層154 (特別是鐵磁層160) 為非晶形或以該(100)或(111)方向高度織構(gòu)。此外，第二勢壘層166可具有分別與第二被釘扎層168的及/或與自由層 164交界的界面171及167，形成為具有至少50。/。的高自旋極化，且最好為至少 80%或85%。較佳實施例中，該界面層167及/或171以及該附隨的自旋極化是 通過對用于第二勢壘層166與第二被釘扎層168或者與自由層164的材料的適 當(dāng)組合進(jìn)行選擇而達(dá)成。由于該材料的選擇，形成于層168與166之間及/或 層164與166之間的界面171及/或167可具有用于達(dá)成該高自旋極化的適當(dāng) 結(jié)構(gòu)。較佳實施例中，該用于第二勢壘層166的材料為非晶形A1(X或者為織構(gòu) 為(100)或(111)的結(jié)晶MgO。亦在較佳實施例中，第二被釘扎層168或自 由層164為非晶形或以該(100)或(111)方向高度織構(gòu)。磁性元件150亦包括插入層180。除該插入層180之外或者作為該插入層 180的代替，磁性元件150可包括可選插入層182。插入層180或182為非磁 性的且為導(dǎo)電的。 一實施例中，插入層180或182包括Cu、 R及Re中的至少 之一，并且厚度為至少2埃且不大于50埃。插入層180或182用于調(diào)制磁性 元件150的磁致電阻。例如，圖6為表示磁致電阻與插入層厚度之比的曲線圖 190，其用于本發(fā)明第二實施例的一種形式。由曲線圖190可知，該信號隨該 插入層的厚度變化。由此，通過選擇該插入層180或182的適當(dāng)厚度，可保證 該插入層不會破壞該磁性元件150的信號。磁性元件150亦形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過該磁性元件150時，容許該自由層可 因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。較佳實施例中，諸如寬度W的該自由層164的橫向尺寸由此較小且最好小于200納米。此外，這些橫向尺寸最好有所不同以保證自由 層164具有某個易磁化軸。由此，磁性元件150可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入。此外，由于諸如界面163、 165、 167及/或171的上述這些界面，達(dá)成高自旋極化。其結(jié)果，增加了磁性元件 150的磁阻信號。因此，增大了該來自磁性元件150的信號。例如，預(yù)期可達(dá) 成超過120%的磁致電阻。此外，該磁性元件150的RA相對較低，最好為10-100 Ohm屮n^的數(shù)量級。此外，由于磁化169及161為反平行對齊，自旋轉(zhuǎn)移期間 的翻轉(zhuǎn)電流為相加的。因此，可以較低電流翻轉(zhuǎn)該自由層164的磁化。此外， 翻轉(zhuǎn)該自由層164的磁化所需的臨界電流與該自旋極化成反比。因此，可進(jìn)一 步減少翻轉(zhuǎn)該自由層164的磁化所需的臨界電流。由此，改善了磁性元件150 的功耗及性能使之可用于較高密度的磁性存儲器。圖7為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第二實施例150'的 第二種形式的附圖。磁性元件150'與磁性元件150類似。因此，對于類似組 件給予類似標(biāo)識。例如，磁性元件150，包括第一被釘扎層154，、第一勢壘 層162'、自由層164'、第二勢壘層166'及第二被釘扎層168'。磁性元件150'包括非必要的插入層180'及182'。然而，與圖4所示的 磁性元件150形成對照，插入層180'位于第一被釘扎層160'與勢壘層162' 之間。類似地，非必要的插入層182'位于第一勢壘層162'與自由層164'之 間。插入層180'及182'的作用與如上所述的類似。因此，磁性元件150'亦 享有磁性元件150的優(yōu)點。圖8為根據(jù)本發(fā)明的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件第三實施例200的附 圖。磁性元件200包括最好為AFM層的釘扎層202、被釘扎層204、勢壘層212 及自由層214。亦示出了覆蓋層216。代替實施例中，采用其他釘扎該被釘扎 層204磁化的機制時可省略釘扎層202。較佳實施例中，AFM層202包括諸如 PtMn及IrMn的材料。此外，種子層203可在基底201上使用以提供AFM層202 的所需織構(gòu)。任何鐵磁層，如自由層214及被釘扎層204(或鐵磁層206及210)， 包括Ni、 Co及Fe中至少之一。例如，這些材料包括但不限于CoFe、 CoFe、 Ni、 CoFeB (B為至少5原子百分比且不大于30原子百分比)、CoFeC及CoFeHf。 由此，可認(rèn)為磁性元件200為一種特殊情況，其為磁性元件100、 100' 、 150 及150'之一的一部分。被釘扎層204描述為包括由導(dǎo)電的非磁性間隔層208隔開的鐵磁層206及 210的合成被釘扎層。此外，鐵磁層206及210最好為反鐵磁性地對齊。然而， 另一實施例中，第一被釘扎層104可為單一層。自由層214描述為單一自由層214。然而，自由層214亦可為合成的，包 括由非磁性間隔層(未單獨示出)隔開的鐵磁層(未單獨示出)。例如，該實 施例中，自由層214可為CoFe/Ru/CoFe，其中Ru的厚度為至少2埃且不超過 20埃。根據(jù)該Ru的厚度，該些鐵磁層的磁化平行或反平行地對齊。自由層214 具有低磁矩及/或低垂直各向異性。 一實施例中，自由層214由此具有不大于 1200emu/cc且最好為300-1000erau/cc之間的飽和磁化。另一實施例中，自由 層214具有不大于約6000 0e且最好為100-5000 0e的低垂直各向異性。勢壘層212由具有(100)或(111)織構(gòu)的結(jié)晶Mg0構(gòu)成。由此，勢壘層 212包括界面113及115。該界面113及/或115形成為提供大于50%的高自旋 極化。較佳實施例中，該高自旋極化為至少80%且最好為85%。較佳實施例中， 被釘扎層104 (特別是鐵磁層210)及/或自由層264為非晶形或以該(100) 或(111)方向高度織構(gòu)。此外，盡管并未示出，可設(shè)置諸如插入層180及182 的插入層。磁性元件200亦形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過該磁性元件200時，容許該自由層214 可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。較佳實施例中，諸如寬度w的該自由層214的橫向尺 寸由此較小且最好小于200納米。此外，這些橫向尺寸最好有所不同以保證自 由層214具有某個易磁化軸。由此，磁性元件200可以相對低的自旋轉(zhuǎn)移翻轉(zhuǎn) 電流來翻轉(zhuǎn)，同時提供較高的磁阻信號。圖9為示出根據(jù)本發(fā)明的實施例方法300的附圖，所述方法用于提供相應(yīng) 的可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的磁性元件。清楚起見，方法300以磁性元件150為背 景描述。然而，該方法300當(dāng)然可用于某些其他磁性元件。方法300亦以提供 單磁性元件為背景進(jìn)行描述。然而，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn)識
到亦可提供多磁性元件。方法300最好在設(shè)置種子層153之后開始。通過步驟302設(shè)置第一釘扎層 152。通過步驟304設(shè)置第一被釘扎層154。步驟304最好包括設(shè)置合成被釘扎 層，其具有由非磁性間隔層158隔開的鐵磁層156及160。通過步驟306設(shè)置 第一勢壘層162。步驟306包括使第一勢壘層162由該所需材料及織構(gòu)組成以 使該所需界面處的自旋極化為高。步驟306亦包括將第一勢壘層162設(shè)置成允 許隧穿通過釘扎層160與自由層164之間的第一勢壘層162。通過步驟308設(shè) 置自由層164。步驟308可包括設(shè)置具有磁性層的合成自由層，所述磁性層由 非磁性間隔層隔開，并且其磁化是平行或反平行的。應(yīng)注意，若設(shè)置磁性元件 200，步驟308基本完成了磁性元件200的設(shè)置。通過步驟310設(shè)置非必要的插入層180、 182、 180，及/或182'。應(yīng)注意， 可在該方法300中更先或更后執(zhí)行步驟310以使非必要插入層180、 182、 180' 及/或182'位于所需的位置。此外，步驟310包括在該方法的不同處形成多層。 通過步驟312設(shè)置第二勢壘層168。步驟312最好包括使第二勢壘層166由該 所需材料及織構(gòu)組成以使該所需界面處的自旋極化為高。步驟312亦包括將第 二勢壘層164設(shè)置成允許隧穿通過第二釘扎層168與自由層164之間的第二勢 壘層164。通過步驟314設(shè)置第二被釘扎層154，步驟314最好包括設(shè)置合成被釘扎 層，其具有由非磁性間隔層158隔開的鐵磁層156及160。通過步驟316設(shè)置 第二AFM層170。然后通過步驟318設(shè)置覆蓋層。由此，可制造磁性元件100、 100' 、 150、 150'或200。因此，使用方法 200可制造磁性元件100、 100， 、 150、 150，或200，這些元件可使用自旋轉(zhuǎn) 移寫入，并且具有較高信號以及較低的用于自旋轉(zhuǎn)移寫入的臨界電流。揭露了提供能夠使用自旋轉(zhuǎn)移來寫入的磁性元件的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明根 據(jù)所示的實施例描述，并且本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到對這些 實施例可作改變，且認(rèn)識到任何變化盡在本發(fā)明的精神及范圍之內(nèi)。因此，本 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不脫離權(quán)利要求書的精神及范圍的情況下作出 許多修改。
權(quán)利要求
1、一種磁性元件，包括第一被釘扎層；第一勢壘層，所述第一勢壘層為絕緣的并且形成為容許隧穿通過所述第一勢壘層，所述第一勢壘層具有與另一層交界的界面，所述界面具有提供至少50％的高自旋極化的結(jié)構(gòu)；自由層，所述第一勢壘層位于所述第一被釘扎層與所述自由層之間；第二勢壘層，所述自由層位于所述第一勢壘層與所述第二勢壘層之間，所述第二勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過所述第二勢壘層；第二被釘扎層，所述第二勢壘層位于所述自由層與所述第二被釘扎層之間；其中，所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時，容許所述自由層可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層具有第一晶 體織構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求2所述的磁性元件，其中所述第一晶體織構(gòu)為(100) 及(111)。
4、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一勢壘層包括具有(100)及(111)織構(gòu)的結(jié)晶MgO。
5、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層具有非晶結(jié) 構(gòu)。
6、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二勢壘層進(jìn)一歩包括鋁 氧化物。
7、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層具有以第一 方向釘扎的第一磁化，所述第二被釘扎層具有以與所述第一方向相反的第二方向釘扎的第二磁化。
8、 如權(quán)利要求l所述的磁性元件，其中所述自由層為合成自由層，包 括第一磁性層、第二磁性層及所述第一磁性層與所述第二磁性層之 間的非磁性間隔層。
9、 如權(quán)利要求8所述的磁性元件，其中所述非磁性間隔層包括Ru、 Cu、 Ir、 Re及Rh，并且厚度為約2-20埃之間。
10、 如權(quán)利要求9所述的磁性元件，其中所述第一磁性層具有第一磁 化，所述第二磁性層具有第二磁化，并且其中所述第一磁化與所述 第二磁化為平行。
11、 如權(quán)利要求9所述的磁性元件，其中所述第一磁性層具有第一磁 化，所述第二磁性層具有第二磁化，并且其中所述第一磁化與所述 第二磁化為反平行。
12、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層為合成被釘 扎層，包括第一磁性層、第二磁性層及所述第一磁性層與所述第二 磁性層之間的非磁性間隔層。
13、 如權(quán)利要求12所述的磁性元件，其中所述第二被釘扎層為合成被 釘扎層，包括第一磁性層、第二磁性層、第三磁性層、第一非磁性 間隔層及第二非磁性間隔層，所述第一非磁性間隔層位于所述第一 磁性層與所述第二磁性層之間，所述第二非磁性間隔層位于所述第 二磁性層與所述第三磁性層之間。
14、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層、所述自由 層及所述第二被釘扎層包括Ni、 Co及Fe中至少之一。
15、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層、所述自由 層及第二被釘扎層包括CoFeBx、 CoFeCx、 CoFeHfx、 CoPtx、 CoPd沖 至少之一，其中x為約5-50原子百分比。
16、 如權(quán)利要求l所述的磁性元件，其中所述自由層為低磁矩自由層。
17、 如權(quán)利要求16所述的磁性元件，其中所述低磁矩自由層具有 300-1000erau/cc的飽和磁化。
18、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層具有100-5000 0e 的低垂直各向異性值。
19、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層為包括第一層、第 二層及第三層的三層，所述第二層夾在所述第一層與所述第三層之 間，所述第一層鄰接所述第一勢壘層并且具有第一高自旋極化，所 述第三層鄰接所述第二勢壘層并且具有第二高自旋極化，所述第二 層具有低磁矩或者低垂直各向異性。
20、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述界面位于所述自由層與所 述第一勢壘層之間。
21、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述界面位于所述第一被釘扎 層與所述第一勢壘層之間。
22、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自旋極化為至少50%。
23、 如權(quán)利要求22所述的磁性元件，其中所述自旋極化為約85%。
24、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二勢壘層包括與第三層 交界的第二界面，所述第二界面具有提供至少50%的第二高自旋極 化的第二結(jié)構(gòu)。
25、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，進(jìn)一步包括位于所述第一勢壘層與所述第一被釘扎層之間的界面層，所 述界面層為導(dǎo)電的及非磁性。
26、 如權(quán)利要求21所述的磁性元件，其中所述界面層包括Cu、 Ru、 Rh、 Ir及Re中至少之一。
27、 如權(quán)利要求l所述的磁性元件，進(jìn)一步包括位于所述第一勢壘層與所述自由層之間的界面層，所述界面 層為導(dǎo)電的及非磁性。
28、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，進(jìn)一步包括位于所述第二勢壘層與所述第二被釘扎層之間的界面層，所 述界面層為導(dǎo)電的及非磁性，所述第二勢壘層包括與第三層交界的 第二界面，所述第二界面具有提供至少50%的第二高自旋極化的第二結(jié)構(gòu)。
29、 如權(quán)利要求1所述的磁性元件，進(jìn)一步包括位于所述第二勢壘層與所述自由層之間的界面層，所述界面 層為導(dǎo)電的及非磁性，所述第二勢壘層包括與第三層交界的第二界 面，所述第二界面具有提供至少50%的第二高自旋極化的第二結(jié)構(gòu)。
30、 一種磁性元件，包括第一被釘扎層；第一勢壘層，所述第一勢壘層為絕緣的并且形成為容許隧穿 通過該第一勢壘層，所述第一勢壘層具有與另一層交界的界面，所述界面具有提供至少50%的高自旋極化的結(jié)構(gòu)，所述第一勢壘層包括Mg0;自由層，所述第一勢壘層位于所述第一被釘扎層與所述自由層之間；第二勢壘層，所述自由層位于所述第一勢壘層與所述第二勢 壘層之間，所述第二勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過所述第二勢壘層，所述第二勢壘層包括MgO與氧化鋁中至少之一；第二被釘扎層，所述第二勢壘層位于所述自由層與所述第二被釘扎層之間；其中，所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時， 容許所述自由層可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。
31、 一種磁性元件，包括被釘扎層；勢壘層，所述勢壘層為具有100或lll織構(gòu)的結(jié)晶MgO，并且 形成為容許隧穿通過所述勢壘層；自由層，所述勢壘層位于所述被釘扎層與所述自由層之間， 所述自由層具有低磁矩及低垂直各向異性中至少之一；其中，所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時， 容許所述自由層可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。
32、 如權(quán)利要求31所述的磁性元件，其中所述自由層具有 300-1000emu/cc的飽和磁化。
33、 如權(quán)利要求31所述的磁性元件，其中所述自由層具有100-5000 Oe 的低垂直各向異性值。'
34、 如權(quán)利要求31所述的磁性元件，其中所述自由層為包括第一部分 與第二部分的雙層，所述第一部分鄰接所述勢壘層且具有高自旋極 化，所述自由層的第二部分具有所述低磁矩或所述低垂直各向異 性。
35、 如權(quán)利要求34所述的磁性元件，進(jìn)一步包括第二勢壘層，所述自由層位于所述第二勢壘層與所述勢壘層 之間；及第二被釘扎層，所述第二勢壘層位于所述自由層與所述第二 被釘扎層之間，所述第二勢壘層形成為容許隧穿通過所述第二勢壘 層。
36、 一種設(shè)置磁性元件的方法，包括設(shè)置第一被釘扎層；設(shè)置第一勢壘層，所述第一勢壘層為絕緣的并且形成為容許 隧穿通過所述第一勢壘層，所述第一勢壘層具有與另一層交界的界 面，所述界面具有提供至少50%的高自旋極化的結(jié)構(gòu)；設(shè)置自由層，所述第一勢壘層位于所述第一被釘扎層與所述 自由層之間；設(shè)置第二勢壘層，所述自由層位于所述第一勢壘層與所述第二勢壘層之間，所述第二勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過所 述第二勢壘層；設(shè)置第二被釘扎層，所述第二勢壘層位于所述自由層與所述 第二被釘扎層之間；其中，所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時， 容許所述自由層可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。
37、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述被釘扎層設(shè)置步驟進(jìn)一步包 括設(shè)置所述具有第一晶體織構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)的被釘扎層。
38、 如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述第一晶體織構(gòu)為(100)及(111)。
39、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中第一勢壘層設(shè)置步驟進(jìn)一步包括設(shè)置具有(100)及(111)織構(gòu)的結(jié)晶MgO。
40、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中設(shè)置所述第二勢壘層進(jìn)一步包括設(shè)置進(jìn)一步包括鋁氧化物的第二勢壘層。
41、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述第一被釘扎層具有以第一方 向釘扎的第一磁化，所述第二被釘扎層具有以與所述第一方向相反 的第二方向釘扎的第二磁化。
42、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述自由層設(shè)置進(jìn)一步包括設(shè)置合成自由層，其包括第一磁性層、第二磁性層及所述第 一磁性層與所述第二磁性層之間的非磁性間隔層。
43、 如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述非磁性間隔層包括Ru、 Ru、 Cu、 Ir、 Re或Rh中任意之一，并且厚度為約2-20埃之間。
44、 如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述第一磁性層具有第一磁化， 所述第二磁性層具有第二磁化，并且其中所述第一磁化與所述第二 磁化平行。
45、 如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述第一磁性層具有第一磁化， 所述第二磁性層具有第二磁化，并且其中所述第一磁化與所述第二 磁化反平行。
46、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述第一被釘扎層設(shè)置步驟進(jìn)一 步包括設(shè)置合成被釘扎層，所述合成被釘扎層包括第一磁性層、第 二磁性層、第三磁性層及所述第一磁性層與所述第二磁性層之間的 第一非磁性間隔層與所述第二磁性層與所述第三磁性層之間的第二非磁性間隔層。
47、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述第一被釘扎層、所述自由層 及所述第二被釘扎層包括CoFeBx、 CoFeCx、 CoFeHfx、 CoPtx、 CoPdx 中至少之一，x為約5-50原子百分比。
48、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述界面位于所述自由層與所述 第一勢壘層之間。
49、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述界面位于所述第一被釘扎層 與所述第一勢壘層之間。
50、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述自旋極化為至少50%。
51、 如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述自旋極化為約85%。
52、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述第二勢壘層包括與第三層交 界的第二界面，所述第二界面具有提供至少50%的第二高自旋極化 的第二結(jié)構(gòu)。
53、 如權(quán)利要求36所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置位于所述第一勢壘層與所述第一被釘扎層之間的界面 層，所述界面層為導(dǎo)電的及非磁性。
54、 如權(quán)利要求53所述的方法，其中所述界面層包括Cu、 Ru、 Rh、 Ir 及Re中至少之一。
55、 如權(quán)利要求36所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置位于所述第一勢壘層與所述自由層之間的界面層，所述 界面層為導(dǎo)電的及非磁性。
56、 如權(quán)利要求36所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置位于所述第二勢壘層與所述第二被釘扎層之間的界面 層，所述界面層為導(dǎo)電的及非磁性，所述第二勢壘層包括與第三層 交界的第二界面，所述第二界面具有提供至少50%的第二高自旋極 化的第二結(jié)構(gòu)。
57、 如權(quán)利要求36所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置位于所述第二勢壘層與所述自由層之間的界面層，所述 界面層為導(dǎo)電的及非磁性，所述第二勢壘層包括與第三層交界的第 二界面，所述第二界面具有提供至少50%的第二高自旋極化的第二 結(jié)構(gòu)。
全文摘要
揭露了一種提供磁性元件的方法及系統(tǒng)。所述方法及系統(tǒng)包括設(shè)置第一及第二被釘扎層、自由層及分別位于所述第一及第二被釘扎層與所述自由層之間的第一及第二勢壘層。所述第一勢壘層為絕緣的結(jié)晶MgO且形成為容許隧穿通過所述第一勢壘層。此外，所述第一勢壘層具有與另一層交界的界面，所述另一層諸如所述自由層或所述第一被釘扎層。所述界面具有提供至少50％的高自旋極化的結(jié)構(gòu)。所述第二勢壘層為絕緣的且形成為容許隧穿通過所述第二勢壘層。所述磁性元件形成為當(dāng)寫電流經(jīng)過所述磁性元件時，容許該自由層可因自旋轉(zhuǎn)移而被翻轉(zhuǎn)。
文檔編號H01L29/82GK101133476SQ200580048787
公開日2008年2月27日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者懷一鳴, 馬亨德拉·帕卡拉 申請人:弘世科技公司