用于提供反向双磁隧道结元件的方法和系统技术方案

技术编号:8027089 阅读:122 留言:0更新日期:2012-12-02 18:33
描述了一种用于提供磁性结的方法和系统,该磁性结位于衬底上且可用于磁性器件中。该磁性结包括:第一被钉扎层;具有第一厚度的第一非磁间隔层;自由层;具有比第一厚度大的第二厚度的第二非磁间隔层;以及第二被钉扎层。第一非磁间隔层位于被钉扎层与自由层之间。第一被钉扎层位于自由层与衬底之间。第二非磁间隔层位于自由层和第二被钉扎层之间。此外,磁性结被配置使得在写电流经过磁性结时自由层可在多个稳定的磁态之间转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供反向双磁隧道结元件的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求享有2011年3月11日提交的美国专利申请No. 13/045,528以及2010年3月17日提交的美国临时专利申请No. 61/315,001的权益,其中上述两个专利申请的专利技术名称均为 “Method and system for proving inverted dual magnetic tunnelingjunction elements”,且被转让给本申请的受让人,并且二者通过引用结合于此。政府权力本专利技术在由DARPA 授予的赠与合同(grant/contract)No. HR0011-09-C-0023 的情形下而在美国政府支持下进行。美国政府保留本专利技术中的某些权力。
技术介绍
磁存储器,尤其是磁性随机存取存储器(MRAM),已经由于其在运行期间的高读/写速度、优良的持久性、非易失性和低功耗的潜力而受到越来越多的关注。MRAM能利用磁性材料作为信息记录介质来储存信息。一类MRAM是自旋转移力矩随机存取存储器(STT-RAM)0 STT-RAM利用磁性结通过由该磁性结驱动的电流至少部分地写入。通过磁性结驱动的自旋极化电流对磁性结中的磁矩施加自旋力矩。因此,具有对所述自旋力矩作出响应的磁矩的各层可以转换成期望的状态。例如,图I示出了传统的磁隧道结(MTJ) 10,其可用于传统的STT-RAM。传统MTJ10典型地位于底部接触11上,使用传统的籽层(seed layer)12并包括传统的反铁磁(AFM)层14、传统的被钉扎层16、传统的隧道势垒层18、传统的自由层20和传统的盖层22。还示出了顶部接触24。传统的接触11和24用于在电流垂直于平面(CPP)方向驱动电流,或者沿着图I所示的z轴方向驱动电流。传统的籽层12典型地用于辅助具有期望的晶体结构的随后的层(诸如AFM层14)的生长。传统的隧道势垒层18是非磁性的,其例如是薄绝缘体诸如MgO。传统的被钉扎层16和传统的自由层20是磁性的。传统的被钉扎层16的磁化17典型地通过与AFM层14的交换偏置相互作用被固定或被钉扎在特定方向。虽然被描绘为简单(单一)层,但是传统的被钉扎层16可以包括多层。例如,传统的被钉扎层16可以是包括通过薄导电层(诸如Ru)反铁磁耦合的磁性层的合成反铁磁(SAF)层。在这样的SAF中,可以使用与Ru薄层交替的多个磁性层。在另一实施方式中,跨过Ru层的耦合可以是铁磁性的。此外,其它类的传统MTJ 10可以包括通过额外的非磁性势垒或导电层(未示出)与自由层20分离的额外的被钉扎层(未示出)。传统的自由层20具有可变的磁化21。虽然被描绘为简单层,但是传统的自由层20也可以包括多层。例如,传统的自由层20可以是包括通过薄导电层(诸如Ru)反铁磁耦合或铁磁耦合的磁性层的合成层。虽然被描绘为在平面内,但是传统的自由层20的磁化21可以具有垂直的各向异性。因而,被钉扎层16和自由层20可具有分别垂直于各层的平面取向的磁化17和21。为了转换传统的自由层20的磁化21,电流被垂直于平面(沿z方向)驱动。当从顶部接触24到底部接触11驱动足够的电流时,传统的自由层20的磁化21可以被转换成平行于传统的被钉扎层16的磁化17。当足够的电流从底部接触11到顶部接触24驱动时,自由层的磁化21可以转换成反平行于被钉扎层16的磁化。磁化布置的差异对应于不同的磁阻,因而对应于传统MTJ 10的不同逻辑状态(例如,逻辑“0”和逻辑“I”)。当在STT-RAM应用中使用时,期望传统MTJ 10的自由层21在相对低的电流被转换。临界转换电流(1。0)是最小电流,在该最小电流处邻近平衡取向的自由层磁化21的无限小进动成为不稳定的。例如,可以期望U是几mA的数量级或更小。此外,期望短路电流脉冲(short current pulse)用于以更高的数据速率编程传统的磁性元件10。例如,20_30ns数量级或更小的电流脉冲是被期望的。虽然没有示出,但是传统的MTJ 10可以是双MTJ。在这样的情形下,传统的MTJ 10将包括额外的传统势垒层和额外的传统被钉扎层。传统的自由层20将位于势垒层之间。额外的势垒层将位于额外的传统被钉扎层与传统自由层20之间。在这样的传统的双MTJ中, 传统的势垒层18典型地将与额外的传统势垒层(未示出)厚度相同或者比额外的传统势垒层(未示出)厚度厚。传统的双MTJ—般具有改善的转换电流和对称性、更小的工艺容限、更低的隧道磁阻(TMR)、高电阻面积乘积(RA)和不匹配晶体管供应电流的磁隧道结转换非对称性。另外,还可能发生正常布局的读干扰。虽然传统的MTJ 10和传统的双MTJ可以使用自旋转移写入并可以被用于STT-RAM中,但是它们存在缺点。例如,对于具有垂直取向的磁化17和21的传统MTJ 10,磁阻可以比其磁化在平面内的传统MTJ 10低。另外,如以上所述,传统的双MTJ可以具有比单MTJ低的磁阻。因此,来自传统的MTJ 10的信号会低于期望值。这样的垂直的传统MTJ 10还展现出高阻尼。因而,转换性能被不利地影响。因而,仍期望改善使用传统的MTJ 10的存储器的性能。因此,需要一种可以改善基于自旋转移力矩的存储器的性能的方法和系统。在此描述的方法和系统解决了这样的需求。
技术实现思路
描述了一种用于提供磁性结的方法和系统,该磁性结位于衬底上且可用于磁性器件中。该磁性结包括第一被钉扎层;具有第一厚度的第一非磁间隔层;自由层;具有比第一厚度大的第二厚度的第二非磁间隔层;以及第二被钉扎层。第一非磁间隔层位于被钉扎层与自由层之间。第一被钉扎层位于自由层与衬底之间。第二非磁间隔层位于自由层与第二被钉扎层之间。此外,磁性结被布置使得在写电流经过磁性结时自由层可在多个稳定的磁态之间转换。附图说明图I描绘了一种传统的磁性结;图2描绘了反向双磁性结的一示例性实施方式;图3描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图4描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图5描绘了反向双磁性结的另一不例性实施方式;图6描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图7描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图8描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图9描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图10描绘了反向双磁性结的另一示例性实施方式;图11描绘了用于提供反向双磁性结的一示例性实施方式的方法的一示例性实施方式;图12描述了利用反向双磁性结的存储器的一示例性实施方式。具体实施方式 示例性实施方式涉及可用于磁性器件诸如磁存储器中的磁性元件,以及使用这样的磁性元件的器件。给出以下描述以使得本领域的普通技术人员能执行和使用本专利技术,并且以下描述以专利申请的文本形式及其要求的形式提供。对于示例性实施方式的各种变型以及在此描述的一般原理和特征将是易于明白的。主要在具体实施例中提供的具体方法和系统方面描述了示例性实施方式。然而,在其它实施例中,方法和系统将有效地运行。诸如“示例性实施方式”、“一个实施方式”和“另一实施方式”的短语可以指相同或不同的实施方式并且可以指多个实施方式。将关于具有某些组件的系统和/或器件描述实施方式。然而,系统和/或器件可以包括比所示出的那些组件多或少的组件,可以在不脱离本专利技术的范围本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐学体J吴
申请(专利权)人:格兰迪斯股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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