磁装置和用于设置磁装置的方法制造方法及图纸

技术编号:18621862 阅读:2 留言:0更新日期:2018-08-08 01:02
提供了磁装置及用于设置磁装置的方法。描述了一种包括多个磁性结和至少一个自旋轨道相互作用(SO)活性层的磁存储器。每个磁性结包括被钉扎层、自由层和位于参考层与自由层之间的非磁性间隔层。自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种。倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角。高阻尼常数至少为0.02。所述至少一个SO活性层与自由层相邻并且输运平面内电流。所述至少一个SO活性层由于电流而对自由层施加SO力矩。利用SO力矩使自由层是可切换的。

A magnetic device and a method for setting up a magnetic device

A magnetic device and a method for setting a magnetic device are provided. A magnetic memory including multiple magnetic junctions and at least one spin orbit interaction (SO) active layer is described. Each magnetic junction includes a pinning layer, a free layer and a non-magnetic spacer between the reference layer and the free layer. The free layer has at least one of the tilted easy magnetization axes and the high damping constant. The tilted easy axis is a non-zero acute angle perpendicular to the plane direction. The high damping constant is at least 0.02. The at least one SO active layer is adjacent to the free layer and the current in the transport plane. The at least one SO active layer exerts a SO moment on the free layer due to the current. The free layer is switchable by using the SO moment.

【技术实现步骤摘要】
磁装置和用于设置磁装置的方法本申请要求在2017年2月1日提交的专利技术名称为SOTMRAMWITHTILTEDAXISANDENHANCEDDAMPING(有倾斜轴和增强阻尼的SOTMRAM)的第62/453,104号临时专利申请的权益,所述专利申请分配给本申请的受让人,并且通过引用包含于此。
本专利技术涉及一种包括具有倾斜的易磁化轴和增强的阻尼且利用自旋轨道力矩可编程的磁性结的磁装置及一种设置该磁装置的方法。
技术介绍
磁存储器(特别是磁随机存取存储器(MRAM))由于它们的高读/写速度、优异的耐用性、非易失性和在操作期间功耗低的潜能,已经受到越来越多的关注。MRAM可以利用磁材料作为信息记录介质来存储信息。一些磁存储器利用电流来向磁材料进行写入。一种这样的磁存储器利用自旋轨道相互作用(spin-orbitinteraction,SO)力矩来对磁性结进行编程。SO力矩类存储器(诸如SO力矩磁随机存取存储器(SOT-MRAM))利用与具有高自旋轨道相互作用的线(下文中被称作SO线)结合的传统的磁隧道结(MTJ)。传统的MTJ包括被钉扎(或参考)层、自由层和位于被钉扎层与自由层之间的隧道势垒层。MTJ通常位于基底上并且可以包括种子层和覆盖层以及反铁磁(AFM)层。被钉扎层和自由层是磁性的。被钉扎层的磁化在特定方向上被固定或被钉扎。自由层具有可变的磁化。被钉扎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)而取向的它们的磁化。SO线与传统的MTJ的自由层相邻。高自旋轨道相互作用可以是由于由界面相互作用(Rashba效应)、一些其它效应和/或一些它们的结合引起的材料自身的体效应(自旋霍尔效应)。在利用具有垂直于平面的磁矩的自由层的传统SO存储器中,通过经由SO线驱动的平面内电流(CIP)来执行写入。为了利用平面内电流来可靠地切换磁矩,施加适度的外部磁场或外部磁偏置(magneticbias)。平面内电流产生可以用来使自由层磁矩切换的SO力矩。利用外部磁偏置来完成向期望方向的切换。例如,外部磁场、附加AFM层或偏置结构可以使自由层磁性地偏置以完成向期望状态的切换。在缺少这种外部磁场的情况下,所述切换用在磁存储器中是不够可靠的。虽然传统的磁性结可以利用自旋转移来写入并且用于自旋转移力矩随机存取存储器(STT-RAM)中,但是存在缺点。通常,对于磁性结尺寸较小且面密度较高的存储器而言,外部场的使用是不可取的。AFM或偏置结构的使用会导致SO力矩的效率受到限制。因此,仍然期望对磁存储器中的切换进行改善的机制。
技术实现思路
描述了一种包括多个磁性结和至少一个自旋轨道相互作用(SO)活性层的磁存储器。每个磁性结包括被钉扎层、自由层和位于参考层与自由层之间的非磁性间隔层。所述自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种。倾斜的易磁化轴与垂直于平面的方向成非零度锐角。高阻尼常数至少为0.02。所述至少一个SO活性层与自由层相邻并且输运平面内电流。所述至少一个SO活性层由于电流而对自由层施加SO力矩。利用SO力矩使自由层是可切换的。描述了一种磁装置,该磁装置可以包括:多个磁性结,所述多个磁性结中的每个磁性结包括自由层、被钉扎层和非磁性间隔层,非磁性间隔层位于被钉扎层与自由层之间,自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种,倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角,非零度锐角为至少5度且不大于10度,高阻尼常数为至少0.02且不多于0.8;以及至少一个自旋轨道相互作用活性层,与多个磁性结中的每个磁性结的自由层相邻,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层输运平面内电流,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层由于经过所述至少一个自旋轨道相互作用活性层的电流而对自由层施加自旋轨道相互作用力矩,利用自旋轨道相互作用力矩使自由层是可切换的。如果自由层具有倾斜的易磁化轴,则自由层包括以下中的至少一种:L10CoPt(111)层位于MgO/Pt(111)下层上的双层;Tbx(Fe50Co50)1-x层,其中,x大于0且小于1;Fe3Pt/[FePt/MgO]2双层;以及多层,所述多层包括选择层、耦合层和垂直层,垂直层具有比平面外退磁能大的高垂直各向异性能,耦合层是非晶的且位于选择层与垂直层之间,选择层选自倾斜的层和平面内各向异性层,倾斜的层具有与垂直于平面方向成附加非零度锐角的易磁化轴,平面内各向异性层具有平面内的优选轴。如果自由层包括高阻尼常数,则自由层包括至少5原子百分比且不多于20原子百分比的至少一种掺杂物,所述至少一种掺杂物包括Pt、Ir、Os、Re、W、Bi、Sm、Ho、Dy、Er中的至少一种。描述了一种用于设置磁装置的方法,该方法可以包括:设置至少一个自旋轨道相互作用活性层;以及设置多个磁性结。多个磁性结中的每个磁性结包括被钉扎层、非磁性间隔层和自由层,非磁性间隔层位于被钉扎层与自由层之间,自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数之中的至少一种,倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角,高阻尼常数为至少0.02。所述至少一个自旋轨道相互作用活性层与所述多个磁性结中的每个磁性结的自由层相邻,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层输运平面内电流,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层由于经过所述至少一个自旋轨道相互作用活性层的电流而对自由层施加自旋轨道相互作用力矩,利用自旋轨道相互作用力矩使自由层是可切换的。附图说明图1描绘了包括利用SO力矩可编程的并且包括倾斜的易磁化轴和/或高阻尼常数的磁性结的磁存储器的示例性实施例的透视图。图2A至图2C描绘了在利用SO力矩切换之前、期间和之后的自由层的磁矩的示例性实施例。图3A至图3C描绘了在利用SO力矩切换之前、期间和之后的自由层的磁矩的示例性实施例。图4描绘了包括利用SO力矩可编程并且包括高阻尼常数的磁性结的磁存储器的另一示例性实施例的侧视图。图5描绘了包括利用SO力矩可编程并且包括倾斜的易磁化轴和/或高阻尼常数的磁性结的磁存储器的另一示例性实施例的透视图。图6描绘了包括利用SO力矩可编程并且包括倾斜的易磁化轴和/或高阻尼常数的磁性结的磁存储器的另一示例性实施例的透视图。图7是描绘用于设置利用SO力矩可编程并且包括倾斜的易磁化轴和/或高阻尼常数的磁存储器的方法的示例性实施例的流程图。图8是描绘用于设置利用SO力矩可编程并且包括倾斜的易磁化轴和/或高阻尼常数的磁性结的方法的示例性实施例的流程图。具体实施方式示例性实施例涉及可用于诸如磁存储器的磁性装置中的磁性结,以及使用这样的磁性结的装置。磁存储器可以包括磁随机存取存储器(MRAM)并可以用于采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式电话、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。呈现以下描述使本领域普通技术人员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很明显的。示例性实施例关于具体实施方式中提供的具体方法和系统进行主要描述。然而,方法和系统将以其它实施方式进行有效地操作。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”的短语可以指相同的或者不同的实施例以及可以指多个实施例。将针对具有特定组本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种磁装置,所述磁装置包括:多个磁性结,所述多个磁性结中的每个磁性结包括自由层、被钉扎层和非磁性间隔层,非磁性间隔层位于被钉扎层与自由层之间,自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种,所述倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角,所述高阻尼常数为至少0.02;以及至少一个自旋轨道相互作用活性层,与所述多个磁性结中的每个磁性结的自由层相邻,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层输运平面内电流,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层由于经过所述至少一个自旋轨道相互作用活性层的电流而对自由层施加自旋轨道相互作用力矩,利用自旋轨道相互作用力矩使自由层是可切换的。

【技术特征摘要】
2017.02.01 US 62/453,104;2017.04.05 US 15/479,6531.一种磁装置,所述磁装置包括:多个磁性结,所述多个磁性结中的每个磁性结包括自由层、被钉扎层和非磁性间隔层,非磁性间隔层位于被钉扎层与自由层之间,自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种,所述倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角,所述高阻尼常数为至少0.02;以及至少一个自旋轨道相互作用活性层,与所述多个磁性结中的每个磁性结的自由层相邻,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层输运平面内电流,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层由于经过所述至少一个自旋轨道相互作用活性层的电流而对自由层施加自旋轨道相互作用力矩,利用自旋轨道相互作用力矩使自由层是可切换的。2.根据权利要求1所述的磁装置,其中,自由层具有所述倾斜的易磁化轴,其中,所述非零度锐角为至少5度且不大于20度。3.根据权利要求2所述的磁装置,其中,所述非零度锐角不大于10度。4.根据权利要求2所述的磁装置,其中,自由层包括以下中的至少一种:L10CoPt(111)层位于MgO/Pt(111)下层上的双层,Tbx(Fe50Co50)1-x层,其中,x大于0且小于1,Fe3Pt/[FePt/MgO]2双层,和多层,所述多层包括选择层、耦合层和垂直层,所述垂直层具有比平面外退磁能大的高垂直各向异性能,所述耦合层是非晶的且位于所述选择层与所述垂直层之间,所述选择层选自倾斜的层和平面内各向异性层,所述倾斜的层具有与所述垂直于平面方向成附加非零度锐角的易磁化轴,所述平面内各向异性层具有平面内的优选轴。5.根据权利要求4所述的磁装置,其中,自由层还具有高阻尼常数。6.根据权利要求1所述的磁装置,其中,自由层包括至少一种掺杂物,所述至少一种掺杂物提供至少0.02的高阻尼常数。7.根据权利要求6所述的磁装置,其中,所述高阻尼常数为至少0.5。8.根据权利要求6所述的磁装置,其中,自由层包括至少5原子百分比且不多于20原子百分比的所述至少一种掺杂物。9.根据权利要求6所述的磁装置,其中,所述至少一种掺杂物包括Pt、Ir、Os、Re、W、Bi、Sm、Ho、Dy、Er中的至少一种。10.根据权利要求9所述的磁装置,其中,所述至少一种掺杂物选自Dy、W和Bi。11.一种磁装置,所述磁装置包括:多个磁性结,所述多个磁性结中的每个磁性结包括自由层、被钉扎层和非磁性间隔层,非磁性间隔层位于被钉扎层与自由层之间,自由层具有倾斜的易磁化轴和高阻尼常数中的至少一种,所述倾斜的易磁化轴与垂直于平面方向成非零度锐角,所述非零度锐角为至少5度且不大于10度,所述高阻尼常数为至少0.02且不多于0.8;以及至少一个自旋轨道相互作用活性层,与所述多个磁性结中的每个磁性结的自由层相邻,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层输运平面内电流,所述至少一个自旋轨道相互作用活性层由于经过所述至少一个自旋轨道相互作用活性层的电流而对自由层施加自旋轨道相互作用力矩,利用自旋轨道相互作用力矩使自由层是可切换的;其中,如果自由层具有所述倾斜的易磁化轴,则自由层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑洪植罗曼·凯普斯肯唐学体德米特罗·埃帕尔科夫
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

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