具有细长自由层的磁结及其提供方法和包括其的磁存储器技术

本发明专利技术提供了具有细长自由层的磁结及其提供方法和包括其的磁存储器。描述了一种可用于磁性装置的磁结。所述磁结具有自由层、参考层以及在参考层与自由层之间的非磁性间隔层。当写入电流经过磁结时，自由层在稳定磁状态之间是可切换的。自由层具有在第一方向上的长度、在与第一方向垂直的第二方向上的宽度、交换刚度和与长度除以宽度相等的长宽比。长宽比大于1。交换刚度不小于2×10

Magnetic junction with elongated free layer, method of providing the same, and magnetic memory including the same

The present invention provides a magnetic junction having an elongated free layer, a method of providing the same, and a magnetic memory including the same. A magnetic junction that can be used in magnetic devices is described. The magnetic junction has a free layer, a reference layer, and a nonmagnetic spacer layer between the reference layer and the free layer. When the write current passes through the magnetic junction, the free layer is switchable between the stable magnetic states. The free layer has a length in the first direction, a width in the second direction perpendicular to the first direction, an exchange stiffness, and a aspect ratio equal to the length divided by the width. Aspect ratio is greater than 1. The exchange stiffness shall be no less than 2 * 10

【技术实现步骤摘要】
具有细长自由层的磁结及其提供方法和包括其的磁存储器本申请要求于2015年11月16日提交的第62/255,994号临时专利申请和于2016年2月12日提交的第15/043,349号非临时专利申请的权益，通过引用将所述申请包含于此。
本专利技术涉及一种磁结及其提供方法和一种包括其的磁存储器，更具体地讲，涉及一种具有细长自由层的磁结及其提供方法和一种包括其的磁存储器。
技术介绍
磁存储器，特别是磁随机存取存储器(MRAM)因其在操作期间读/写速度高、耐力优秀、非易失性和低功耗的潜能而受到越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。MRAM的一种类型是自旋转移力矩随机存储存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用由被驱动经过磁结的电流来至少部分地对其进行写入的磁结。被驱动经过磁结的自旋极化电流在磁结中对磁矩施加自旋力矩。结果，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可被切换到期望的状态。例如，传统磁隧道结(MTJ)可以用于传统STT-MRAM中。传统MTJ包括传统被钉扎层(或传统参考层)、传统自由层以及在传统参考层与传统自由层之间的传统隧道势垒层。传统MTJ可以包括传统反铁磁(AFM)层。传统参考层和传统自由层是磁性的。传统参考层的磁化在特定的方向上被固定或被钉扎。传统自由层具有可变的磁化。传统自由层可以是单层或可以包括多层。参考层和自由层可以具有垂直于层的平面(垂直于平面)或在层的平面内(平面内)来取向的它们的磁化。为了切换传统自由层的磁矩，在电流垂直于平面(CPP)方向上驱动电流经过传统MTJ。此电流被参考层所自旋极化。当在CPP构造中驱动足够的电流经过传统磁结时，自由层的磁矩可以被切换为平行于或反平行于参考层磁矩。磁构造上的差异对应于不同的磁阻，并因此对应于传统MTJ的不同逻辑状态(例如，逻辑“1”和逻辑“0”)。因为其用在各种应用中的潜力，所以对磁存储器的研究正在进行中。用于改善STT-RAM的性能的方法受到期待。例如，期望在平衡状态(当没有被写入时)下热稳定的磁结和可以以相对适当的写入电流来编程的磁结。此外，足够高的磁阻对于读取磁结的状态来说是有益的。对更小的磁结和更高的面密度存储器而言，期望保留这些特征。因此，需要可以改善自旋转移力矩类存储器的性能的方法和系统。
技术实现思路
描述了一种可用于磁性装置的磁结。所述磁结具有自由层、参考层以及在参考层与自由层之间的非磁性间隔层。当写入电流经过磁结时，自由层在稳定磁状态之间是可切换的。自由层具有在第一方向上的长度、在与第一方向垂直的第二方向上的宽度、交换刚度和与长度除以宽度相等的长宽比。长宽比大于1。交换刚度不小于2×10-6erg/cm。附图说明图1和图2描绘了包括具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的磁性装置的示例性实施例的侧视图和俯视图。图3A和图3B描绘了尺寸、热稳定、长宽比和交换刚度之间关系的示例性实施例。图4和图5描绘了具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的示例性实施例的侧视图和透视图。图6描绘了包括具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的磁性装置的示例性实施例的俯视图。图7描绘了具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的示例性实施例的侧视图。图8是描绘了用于提供具有细长的自由层并利用自旋转移力矩可编程的磁存储器的方法的示例性实施例的流程图。图9描绘了包括具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的磁性装置的另一示例性实施例。具体实施方式示例性实施例涉及一种可用于诸如磁存储器的磁性装置中的磁结，以及一种使用这样的磁结的装置。磁存储器可以包括自旋转移力矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)并且可以用于使用非易失性存储器的电子装置中。这样的电子装置包括但不限于蜂窝电话、智能手机、台式计算机、膝上型计算机以及其它便携式和非便携式计算装置。呈现下面的描述以使本领域普通技术人员能够实现并使用本专利技术，在专利申请及其权利要求的上下文中提供下面的描述。对示例性实施例的各种修改以及在此描述的一般原理和特征将是清楚明白的。关于具体实施方式中提供的具体方法和系统来主要描述示例性实施例。然而，方法和系统将以其它实施方式有效地操作。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”的短语可以指相同或者不同的实施例以及指多个实施例。将针对具有特定组件的系统和/或装置对实施例进行描述。然而，系统和/或装置可以包括比所示组件多或少的组件，并且在不脱离本专利技术范围的情况下，可以变化组件的布置和类型。也将在具有特定步骤的具体方法的背景中对示例性实施例进行描述。然而，所述方法和系统对具有不同的和/或附加的步骤、分步骤和/或与示例性实施例不符的不同顺序的步骤的其它方法有效地操作。因此，本专利技术不意图受限于所示实施例，而是适合于符合在此描述的原理和特征的最大范围。描述了可用于磁性装置中的磁结以及用于提供磁结的方法。所述磁结具有自由层、参考层以及在参考层与自由层之间的非磁性间隔层。当写入电流经过磁结时，自由层在稳定磁状态之间是可切换的。自由层具有在第一方向上的长度、在与第一方向垂直的第二方向上的宽度、交换刚度和与长度除以宽度相等的长宽比。长宽比大于1。交换刚度不小于2×10-6erg/cm。在具体方法、磁结和具有特定组件的磁存储器的背景下对示例性实施例进行描述。本领域普通技术人员将容易认识到，本专利技术符合具有与本专利技术不符的其它和/或附加组件和/或其它特征的磁存储器和磁结的使用。也在目前理解的自旋转移现象、磁各向异性和其它物理现象的背景下对方法和系统进行描述。因此，本领域普通技术人员将容易认识到，方法和系统的行为的理论解释是基于对自旋转移、磁各向异性和其它物理现象的这种当前的理解而做出的。然而，在此描述的方法和系统不依赖于具体的物理解释。本领域的普通技术人员也将容易认识到，在与基底具有特定关系的结构的背景下对方法和系统进行描述。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，方法和系统符合其它结构。另外，在作为综合的和/或简单的特定层的背景下对方法和系统进行描述。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，层可以具有另一个结构。此外，在具有特定层的磁结的背景中对方法和系统进行描述。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，也可以使用具有与方法和系统不符的附加的层和/或不同的层的磁结。再者，某些组件被描述为是磁的、铁磁的和亚铁磁的。如这里使用的，术语磁的可以包括铁磁的、亚铁磁的等的结构。如这里使用的，“平面内”是基本上在磁结的层中的一层或更多层的平面内，或者基本上平行于所述平面。相反地，“垂直”和“垂直于平面”对应于基本上与磁结的层中的一层或更多层垂直的方向。图1和图2描绘了可用于磁存储器中的、利用自旋转移力矩可编程的并具有细长的(elongated)自由层的磁结100的示例性实施例的侧视图和俯视图。为了清晰起见，图1和图2不是按比例绘制的。磁结100可以用于诸如STT-RAM的磁性装置中，因此，磁结100可以用于各种电子装置中。磁结100包括具有磁矩121的自由层120、非磁性间隔层130和具有磁矩141的参考层140。也示出了可以在其中形成有包括但不限于晶体管的器件的底层基底101。磁结100也可以包括具有高自旋极化的可选的极化增强层(PEL)132。例如，PEL1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁结，所述磁结位于基底上并可用于磁性装置中，所述磁结包括：参考层；非磁性间隔层；以及自由层，所述非磁性间隔层位于参考层和自由层之间，自由层具有在第一方向上的长度、在第二方向上的宽度、长宽比和交换刚度，所述长宽比为长度除以宽度且大于1，所述交换刚度不小于2×10

【技术特征摘要】
2015.11.16 US 62/255,994;2016.02.12 US 15/043,3491.一种磁结，所述磁结位于基底上并可用于磁性装置中，所述磁结包括：参考层；非磁性间隔层；以及自由层，所述非磁性间隔层位于参考层和自由层之间，自由层具有在第一方向上的长度、在第二方向上的宽度、长宽比和交换刚度，所述长宽比为长度除以宽度且大于1，所述交换刚度不小于2×10-6erg/cm；其中，磁结被构造成使得当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定磁状态之间是可切换的。2.如权利要求1所述的磁结，其中，所述交换刚度至少为3×10-6erg/cm。3.如权利要求1所述的磁结，其中，自由层具有基本上与长度和宽度垂直的厚度，所述厚度至少为1.5纳米且不超过2纳米。4.如权利要求1所述的磁结，其中，自由层基本上无玻璃促进成分。5.如权利要求1所述的磁结，其中，所述宽度不超过20纳米。6.如权利要求5所述的磁结，其中，所述宽度不超过16纳米。7.如权利要求1所述的磁结，其中，自由层包括Fe、Co、SmCo5、MnGe、Co2FeSi、Co2MnSi、FexCo1-x中的至少一种，其中x至少为0.5且小于0.65。8.如权利要求1所述的磁结，其中，所述长宽比至少为2。9.如权利要求1所述的磁结，其中，自由层具有椭圆形的占用区域。10.如权利要求1所述的磁结，其中，参考层和非磁性间隔层具有所述长宽比。11.如权利要求1所述的磁结，其中，自由层具有至少100的热稳定常数。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：德米特罗·埃帕尔科夫，王淑霞，李将银，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR