用于形成STT结构体(例如单或双MTJ结构体)中的自由层的材料成分可包括CoxFeyMz，其中M为帮助形成良好的结晶取向以及所述自由层和MgO界面之间的匹配的非磁性材料。所述材料M可优选不偏析至MgO界面，或者如果其偏析至MgO界面，其不显著降低所述自由层的PMA。所述自由层可进一步包括连接层，其中M在退火期间被吸引至连接层。所述自由层可包括CoxFeyMz的坡度成分，其中z在所述自由层中改变。
【技术实现步骤摘要】
形成磁性器件的自由层的材料成分、自由层和磁性元件相关申请的交叉引用本申请是2011年12月5日提交的美国专利申请序列号13/311，308的部分继续申请并根据35U.S.C.§ 120要求其优先权，美国专利申请序列号13/311，308是2009年9月15日提交的美国专利申请序列号12/560,362的继续申请并要求来自其的优先权，将以上美国专利申请各自的内容通过参考全部引入本文。
本文件涉及磁性材料和具有至少一个自由铁磁性层的结构体。
技术介绍
多种磁性材料使用具有至少一个铁磁性层的多层结构体，所述铁磁性层配置为其磁方向可通过外部磁场或控制电流改变的“自由”层。磁存储器件可使用这样的多层结构体构造，其中基于自由层的磁方向存储信息。这样的多层结构体的一个实例是自旋阀(SV)，其包括至少三个层:两个铁磁性层和在所述两个铁磁性层之间的传导层。这样的多层结构体的另一实例是磁或磁阻隧道结(MTJ)，其包括至少三个层:两个铁磁性层和在所述两个铁磁性层之间的作为阻挡层的非磁性绝缘体的薄层。用于中间阻挡层的绝缘体不是电传导性的且因此用作在所述两个铁磁性层之间的阻挡物。然而，当所述绝缘体的厚度足够薄，例如几纳米或更小时，由于在跨越所述阻挡层施加至 所述两个铁磁性层的偏压下的隧道效应，所述两个铁磁性层中的电子可“穿透”通过所述绝缘体的薄层。特别地，对跨越所述MTJ或SV结构体的电流的电阻随着在所述两个铁磁性层中的磁化的相对方向而改变。当所述两个铁磁性层的磁化彼此平行时，跨越所述MTJ或SV结构体的电阻处于最小值RP。当所述两个铁磁性层的磁化彼此反平行时，跨越所述MTJ或SV结构体的电阻处于最大值RAP。该效应的大小通常通过定义为(Rap-Rp)/Rp的在MTJ中的隧道磁阻(TMR)或在SV中的磁阻(MR)表征。
技术实现思路
本文件公开使用磁性元件的技术、器件和系统，所述磁性元件至少包括:具有垂直各向异性的固定磁性层、非磁性间隔体层、和具有垂直各向异性的自由磁性层，其促进(提升)基本上垂直于所述磁性层的平面的磁化。所述间隔体层存在于固定层和自由层之间。所述磁性元件配置成当写入电流通过所述磁性元件时容许自由层利用自旋转移而转换。在一个方面中，公开方法和结构体以在多层磁性元件中提供垂直各向异性。在一种实施中，提供固定层以具有固定在基本上垂直于所述固定层的方向上的磁化，在所述固定层上方提供非磁性间隔体层，以及将自由层相对于所述固定层和所述间隔体层定位使得所述间隔体层在所述自由层和固定层之间。所述自由层具有基本上垂直于所述自由层且相对于固定层磁化能改变的自由层磁化。界面层与所述间隔体层接触且为磁性层。连接层与所述界面层和所述自由层接触。所述连接层具有如下结构:其提供将所述界面层的磁化保持为基本上垂直于所述界面层的在所述自由层和所述界面层之间的磁耦合，且提供在所述自由层和所述界面层之间的间隔以容许所述自由层和所述界面层具有不同的材料结构。所述自由层和/或所述固定层配置成具有垂直各向异性。在一些实施中，所述自由层和/或所述固定层可包括铁磁体(Ni，Fe, Co) 100_y (Pd, Pt) y，其中y范围在20原子％和80原子％之间、或者在50原子％和75原子％之间。在一些实施中，所述具有垂直各向异性的自由层和/或固定层可包括与非磁性材料组合的铁磁性材料(Ni，Fe，C0)5Q(Pd，Pt)5Q。在一些实施中，所述非磁性材料可包括如下的至少一种:T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Ag、Cu。在一些实施中，所述非磁性材料可包括如下的至少一种:B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn、氧化物、氮化物、或过渡金属硅化物。在一些实施中，所述非磁性材料可包括T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Ag、Cu 的至少一种以及 B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn、氧化物、氮化物、或过渡金属硅化物的至少一种。在一些实施中，所述具有垂直各向异性的自由层和/或固定层可包括与非磁性材料组合的铁磁性材料N1、Fe、或者至少包括Ni和/或Fe的N1、Fe、和/或Co的合金。在一些实施中，所述非磁性材料可包括如下的至少一种:T1、Zr、Hf ;V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Ag、Cu、B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn、Gd、Tb、Dy、Ho、Nd、氧化物、氮化物、或过渡金属硅化物。在一些实施中，所述具有垂直各向异性的自由层和/或固定层可包括与非磁性材料组合的铁磁性材料(Ni，Fe, Co)。在一些实施中，所述非磁性材料可包括Cr、Ta、Nb、V、W、Hf、T1、Zr、Pt、Pd、Gd、Tb、Dy、Ho、Nd 的至少一种、以及 T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Ag、Cu的至少一种。在一些实施中，所述非磁性材料可包括Cr、Ta、Nb、V、W、Hf、T1、Zr、Pt、Pd、Gd、Tb、Dy、Ho、Nd 的至少一种、以及 B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn、氧化物、氮化物、或过渡金属硅化物的至少一种。在一些实施中，所述具有垂直各向异性的自由层和/或固定层可包括与非磁性材料组合的材料Mn和/或至少包括N1、Al、Cr、和/或Fe的材料。在一些实施中，所述非磁性材料可包括如下的至少一种:T1、Zr、Hf ;V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Ag、Cu、B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn、Gd、Tb、Dy、Ho、Nd、氧化物、氮化物、或过渡金属娃化物。在一些实施中，所述具有垂直各向异性的自由层和/或固定层可包括包含磁性材料层和非磁性材料层的交替层的多层。在一些实施中，所述磁性材料层包括(Ni，Fe，Co)且所述非磁性材料层包括如下的至少一种:T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Ag、Cu。在一些实施中，所述磁性材料层包括(Ni, Fe, Co)且所述非磁性材料层包括如下的至少一种:B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn、氧化物、氮化物、或过渡金属硅化物。在一些实施中，所述磁性材料层包括(Ni，Fe, Co) 50 (Pd, Pt) 50且所述非磁性材料层包括Cr、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Cu的至少一种。在一些实施中，所述磁性材料层包括与Cr、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Cu的至少一种组合的(Ni, Fe, Co)。在一些实施中，所述磁性材料层包括与Cr、Ta、Nb、V、W、Hf、T1、Zr、Pt、Pd的至少一种组合的(Ni, Fe, Co)且所述非磁性材料层包括Cr、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Cu的至少一种。在一些实施中，所述磁性材料层包括与B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、In、Sn的至少一种组本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于形成磁性器件的自由层的材料成分，所述材料成分包括：CoxFeyMz，其中M为充当无定形化剂以帮助所述自由层的结晶取向与所述磁性器件的MgO界面匹配的非磁性材料，和其中M不偏析至MgO界面，或者如果其偏析至MgO界面，其不显著损害所述自由层的垂直磁各向异性(PMA)。
【技术特征摘要】
2013.02.27 US 13/779,7341.用于形成磁性器件的自由层的材料成分，所述材料成分包括: CoxFeJ,其中M为充当无定形化剂以帮助所述自由层的结晶取向与所述磁性器件的MgO界面匹配的非磁性材料，和 其中M不偏析至MgO界面，或者如果其偏析至MgO界面，其不显著损害所述自由层的垂直磁各向异性(PM)。2.根据权利要求1的材料成分，其中M选自:Ge、B1、L1、Be、F、N和H。3.根据权利要求1的材料成分,其中M包括Ge。4.根据权利要求1的材料成分，其中所述磁性器件包括单MTJ结构体。5.根据权利要求1的材料成分,其中所述磁性器件包括双MTJ结构体。6.根据权利要求1的材料成分，其中所述自由层包括具有两个或更多个彼此交换耦合的子层的混杂自由层。7.根据权利要求1的材料成分，其中所述成分包括其中所述非磁性材料M的浓度z在所述自由层内改变的坡度成分。8.根据权利要求7的材料成分，其中所述浓度z朝向所述自由层的中心最高且朝向MgO界面较低。9.根据权利要求1的材料成分,其中所述材料成分用作用于平面内磁性器件的PPMA材料。10.根据权利要求1的材料成分，其中所述自由层进一步包括连接层，所述连接层布置在所述自由层的中心附近且配置成将所述非磁性材料M吸引离开MgO界面。11.根据权利要求1的材料成分，其中所述连接层包括Ta。12.STT结构体中的自由层，包括: 紧接于自由层结构布置的MgO界面，所述自由层结构包括: 包括CoxFeyMz的材料成分；和 布置在所述CoxFeyMz的材料成分内的连接层， 其中M为充当无定形化剂以帮助形成良好的结晶取向和与MgO界面的匹配的非磁性材料，和 其中M在退火期间被吸引至所述连接层。13.根据权利要求12的自由层，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：R切普尔斯凯，D阿帕尔科夫，
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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