具有存储层材料的磁性元件制造技术

本发明专利技术涉及具有存储层材料的磁性元件。根据本发明专利技术的一实施例，一种磁性隧道结(MTJ)元件包括参考铁磁性层、存储铁磁性层，及绝缘层。所述存储铁磁性层包括经由非磁性子层耦合到CoFe子层及/或NiFe子层的CoFeB子层。所述绝缘层安置于所述参考铁磁性层与存储铁磁性层之间。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及具有存储层材料的磁性元件。根据本专利技术的一实施例，一种磁性隧道结(MTJ)元件包括参考铁磁性层、存储铁磁性层，及绝缘层。所述存储铁磁性层包括经由非磁性子层耦合到CoFe子层及/或NiFe子层的CoFeB子层。所述绝缘层安置于所述参考铁磁性层与存储铁磁性层之间。【专利说明】具有存储层材料的磁性元件分案申请的相关信息本案是分案申请。该分案的母案是国际申请日为2010年I月13日、国际申请号为PCT/US2010/020919、专利技术名称为“具有存储层材料的磁性元件”的PCT申请进入中国国家阶段申请号为201080004267.8的专利技术专利申请案。
本专利技术的实施例涉及磁性元件装置。更确切地说，本专利技术的实施例涉及包括新颖存储层材料的磁性元件。
技术介绍
也称作自旋电子装置(spinelectronics devices 或 spintronics devices)的磁电装置用于众多信息技术中，且提供非易失性、可靠、抗辐射及高密度的数据存储及检索。磁电装置的实例包括(但不限于)磁性随机存取存储器(MRAM)、磁性传感器，及磁盘驱动器的读取/写入磁头。通常，磁电装置(例如，磁性存储器元件)具有包括由至少一个非磁性层分离的多个铁磁性层的结构。信息按照磁性层中的磁化向量的方向存储于磁性存储器元件中。一个磁性层中的磁化向量(例如)在磁性上是固定的或钉住的，而另一磁性层的磁化方向能够在分别被称为“平行”状态及“逆平行”状态的相同方向与相反方向之间自由地切换。响应于平行状态及逆平行状态，磁性存储器元件表示两个不同电阻。当所述两个磁性层的磁化向量指向大致相同方向时，电阻具有最小值，且当所述两个磁性层的磁化向量指向大致相反方向时，电阻具有最大值。因此，对电阻变化的检测允许装置(例如，MRAM装置)检测存储于磁性存储器元件中的信息。图1A及图1B分别说明处于平行状态及逆平行状态中的被称为磁性隧道结元件的一类型的磁性存储器元件。如图所示，磁性隧道结(MTJ)元件100可由通过绝缘(隧道势垒)层120分离的两个磁性层Iio及130形成，磁性层110及130中的每一者可固持一磁场。所述两个层中的一者(例如，参考层110)被设定成特定极性。另一层(例如，存储层130)的极性132能够自由地改变以匹配可施加的外部场的极性。存储层130的极性132的改变将改变MTJ元件100的电阻。举例来说，当极性对准时(图1A)，存在低电阻状态。当极性不对准时(图1B)，存在高电阻状态。已简化MTJ 100的说明且所属领域的技术人员将了解，所说明的每一层可包含一个或一个以上材料层，如此项技术中已知。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术对比，MRAM以磁性方式存储信息。MRAM具有使得其为通用存储器的候选者的若干所要特性，所述特性例如为高速、高密度(即，小的位单元大小)、低功率消耗，及无随时间的降级。然而，MRAM具有可缩放性问题。具体来说，随着位单元变小，用于切换存储器状态的磁场增加。因此，电流密度及功率消耗增加以提供较高的磁场，因而限制MRAM的可缩放性。不同于常规MRAM，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用随着电子穿过薄膜(自旋过滤器)而变得自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移力矩RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(自旋RAM)及自旋动量转移(SMT-RAM)。在写入操作期间，自旋极化的电子对自由层施加力矩，所述力矩可切换自由层的极性。读取操作与常规MRAM类似之处在于:使用电流来检测MTJ存储元件的电阻/逻辑状态，如前文中所论述。如图2A中所说明，STT-MRAM位单元200包括MTJ 205、晶体管210、位线220及字线230。针对读取操作与写入操作两者，接通晶体管210以允许电流流经MTJ 205，从而可读取或写入逻辑状态。参看图2B，说明STT-MRAM单元201的更详细图以用于进一步论述读取/写入操作。除先前所论述的元件(例如，MTJ 205、晶体管210、位线220及字线230)之外，说明源极线240、读出放大器250、读取/写入电路260及位线参考270。如上文所论述，STT-MRAM中的写入操作为电性的。读取/写入电路260在位线220与源极线240之间产生写入电压。视位线220与源极线240之间的电压的极性而定，可改变MTJ 205的自由层的极性且可相应地将逻辑状态写入到单元201。同样，在读取操作期间，产生读取电流，所述读取电流穿过MTJ 205在位线220与源极线240之间流动。当准许电流流经晶体管210时，可基于位线220与源极线240之间的电压差(voltage differential)来确定MTJ 205的电阻(逻辑状态)，将所述电压差与参考270比较且接着由读出放大器250放大。所属领域的技术人员将了解，存储器单元201的操作及构造是此项技术中已知的。额外细节提供于(例如)IEDM会议录(2005)的M.细见(M.Hosomi)等人的“具有自旋转移力矩磁阻磁化切换的新颖非易失性存储器:自旋 RAM (A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer TorqueMagnetoresistive Magnetization Switching:Spin-RAM) ”中，所述文献的全文以引用的方式并入本文中。返回参看图1的MTJ结构，STT-MRAM中的存储层130及参考层110按照惯例由钴-铁-硼(CoFeB)材料制成，而隧道层120按照惯例由氧化镁(MgO)材料制成。然而，CoFeB作为存储层材料具有缺点。举例来说，其具有相对较大的磁致伸缩。磁致伸缩为铁磁性材料的一性质，所述性质使得铁磁性材料在经受磁场时改变其形状。因此，CoFeB的使用可诱导存储器阵列中的相对较宽且不可控制的切换场(switchingfield)或切换电流分布。
技术实现思路
本专利技术的示范性实施例是针对包括新颖存储层材料的磁性元件。因此，本专利技术的一实施例可包括一种磁性隧道结(MTJ)元件。所述MTJ包括参考铁磁性层、存储铁磁性层，及绝缘层。所述存储铁磁性层包括经由非磁性子层耦合到CoFe子层的钴-铁-硼(CoFeB)子层。所述绝缘层安置于所述参考铁磁性层与存储铁磁性层之间。本专利技术的另一实施例可包括另一种MTJ元件。所述MTJ也包括参考铁磁性层、存储铁磁性层，及绝缘层。此处，所述存储铁磁性层包括经由非磁性子层耦合到镍-铁(NiFe)子层的CoFeB子层。所述绝缘层也安置于所述参考铁磁性层与存储铁磁性层之间。本专利技术的另一实施例可包括一种形成MTJ装置的方法。所述方法包括形成参考铁磁性层；形成存储铁磁性层，所述存储铁磁性层包含经由非磁性子层耦合到CoFe子层的CoFeB子层；及形成绝缘层，所述绝缘层安置于所述参考铁磁性层与存储铁磁性层之间。本专利技术的另一实施例可包括另一种形成MTJ装置的方法。此处，所述方法包括形成参考铁磁性层；形成存储铁磁性层，所述存储铁磁性层包含经由非磁性子层耦合到NiFe子层的CoFeB子层；及形成绝缘层，所述绝缘层安置于所述参考铁磁性层与存储铁磁性层之间。本专利技术的另一实施例可包括一种存储器，其包含晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性隧道结MTJ元件，其包含：参考铁磁性层；存储铁磁性层，其包含经由非磁性子层耦合到铁磁性辅助子层的钴‑铁‑硼(CoFeB)铁磁性子层，其中所述铁磁性辅助子层包含耦合到镍‑铁(NiFe)子层的钴‑铁(CoFe)子层；以及绝缘层，其安置于所述参考铁磁性层与所述存储铁磁性层之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓春，李霞，升·H·康，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US