一种磁性隧道结(MTJ)包括从亚铁磁稀土过渡金属(RE‑TM)合金形成的自由层，该亚铁磁RE‑TM合金具有由RE‑TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩。该MTJ进一步包括从稀土过渡金属(RE‑TM)合金形成的钉扎层，该RE‑TM合金具有由RE‑TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩，该钉扎层包括一个或多个非晶薄插入层以使得自由层和钉扎层的净磁矩很低或接近于零。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】公开领域所公开的实施例涉及自旋转移切换磁性隧道结，其包括从富含亚铁磁稀土(RE)的材料和富含过渡金属(TM)的材料的组合形成的自由层和钉扎层，以及从CoFeB形成的插入层，以使得净磁化较低且矫顽磁性(Hc)、磁各向异性(Ku)和热稳定性较高。
技术介绍
磁阻随机存取存储器(MRAM)是具有与易失性存储器相当的响应(读/写)时间的非易失性存储器技术。与将数据存储为电荷或电流的常规RAM技术形成对比，MRAM使用磁性元件。如图1A和1B中所解说的，垂直磁性隧道结(MTJ)存储元件MTJ 100可从被绝缘(隧道势垒)层120分开的两个磁性层110和130形成，其各自能保持磁场。这两个层中的一个层(例如，固定或钉扎层110)被设为特定极性。另一层(例如，自由层130)的极性132自由地改变以匹配可能被施加的外部场的极性。自由层130的极性132的改变将改变MTJ 100的电阻。例如，当极性对准时，图1A(平行“P”磁化低电阻状态“0”)，存在低电阻状态。当极性未对准时，图1B(反平行“AP”磁化高电阻状态“1”)，则存在高电阻状态。MTJ 100的图解已被简化并且本领域技术人员将领会所解说的每个层可包括一个或多个材料层。参照图2，解说了用于读操作的常规MRAM的存储器单元200。存储器单元200包括晶体管210、位线220、数字线230和字线240。存储器单元200可通过测量MTJ 100的电阻来读取。例如，特定MTJ 100可通过激活相关联的晶体管210(晶体管导通)来选择，晶体管210可切换通过MTJ 100来自位线220的电流。由于隧道磁阻效应，MTJ 100的电阻基于两个磁性层(例如，钉扎层110和自由层130)中极性的取向来改变，如以上所讨论的。任何特定MTJ 100内部的电阻可根据因自由层130的极性导致的电流来确定。常规地，如果钉扎层110和自由层130具有相同的极性，则电阻为低且“0”被读取。如果固定层110和钉扎层130具有相反的极性，则电阻较高且“1”被读取。不同于常规MRAM，垂直自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用在穿过薄膜(自旋过滤器)时变为自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移矩RAM(STT-RAM)、自旋矩转移磁化切换RAM(Spin-RAM)、自旋动量转移RAM(SMT-RAM)、或简称为垂直自旋转移切换磁性元件。在写操作期间，自旋极化的电子对自由层施加扭矩，这可切换自由层的极性。读操作与常规MRAM的相似之处在于，电流被用来检测MTJ存储元件的电阻/逻辑状态，如上文所讨论的。如图3A中所解说的，STT-MRAM位单元300包括MTJ 305、晶体管310、位线320和字线330。晶体管310针对读操作和写操作两者均切换到导通以允许电流流经MTJ 305，以使得逻辑状态可被读或写。参照图3B，解说了伴随读/写电路系统的STT-MRAM位单元301。除了先前所讨论的元件(诸如MTJ 305、晶体管310、位线320和字线330)之外，解说了源线340、感测放大器350、读/写电路系统360和位线参考370。如以上所讨论的，在读操作期间，生成读电流，该读电流在位线320与源线340之间通过MTJ 305流动。当电流被准许经由晶体管310流动时，MTJ 305的电阻(逻辑状态)可基于位线320与源线340之间的电压差分来感测，该电压差分与参考370比较并且随后由感测放大器350放大。谨记以上垂直自旋转移切换磁性元件(诸如STT-MRAM位单元300-301的MTJ 305)的一般构造和操作，这些MTJ存储元件的常规结构中盛行的若干问题被讨论如下。常规地，MTJ 305的自由层130从诸如CoFeB之类的材料形成，具有当前设备技术中的约10-15A的厚度。然而，CoFeB展现了诸如低隧道磁阻(TMR)、低磁各向异性(Ku)和不良热稳定性之类的不期望特性。一些常规自由层从基于Co的多层形成以尝试改善以上特性。然而，对于此类基于Co的多层，看到控制工艺变动以实现多层的期望成分是困难的。此外，自由层的此类多层构造也遭受诸如高电流密度(Jc)、高饱和磁化(Ms)、高阻尼常数等特性的影响。对于从合金(诸如CoFeB/L10合金或FePt)形成的自由层，看到了类似的问题。此类合金需要高温形成工艺；用于MTJ的膜沉积工艺在高温下是非常困难的。此外，此类合金也遭受诸如高电流密度(Jc)、高饱和磁化(Ms)、高阻尼常数等特性的影响。与以上关于常规自由层所见的困难类似，常规钉扎层(诸如钉扎层110)的构造也遭受若干不期望属性的影响。常规地，钉扎层也从诸如CoFeB之类的材料形成，具有当前设备技术中的约10-12A的厚度。如前，CoFeB展现了诸如低隧道磁阻(TMR)、低磁各向异性(Ku)和不良热稳定性之类的不期望特性。也看到，控制其钉扎层从CoFeB形成的MTJ的属性的变动是困难的；大的杂散场被观察到。一些常规钉扎层从基于Co的合成反铁磁(SAF)多层形成，基于Co的SAF多层具有复杂的结构；此类钉扎层的偏置场趋向于失衡，且它们展现了较低TMR。对于从L10合金或FePt合金构造的钉扎层，再次，此类合金的形成所需的高温工艺在钉扎层和MTJ的形成中造成了困难。相应地，本领域中存在对避免上述问题的垂直自旋转移切换磁性元件的高效设计的需求。概述示例性实施例涉及磁性隧道结(MTJ)，其包括从亚铁磁稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的自由层，该亚铁磁RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩。该MTJ进一步包括从亚铁磁稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的钉扎层，该亚铁磁RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩，该钉扎层包括一个或多个非晶薄插入层以使得自由层和钉扎层的净磁矩很低或接近于零。例如，示例性实施例涉及一种磁性隧道结(MTJ)，包括：从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的自由层，该RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩；以及从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的钉扎层，该RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩控制的净力矩，该钉扎层包括一个或多个非晶薄插入层以使得自由层和钉扎层的净磁矩很低或接近于零。另一示例性实施例涉及一种磁性隧道结(MTJ)，包括：钉扎层，该钉扎层包括：包括稀土过渡金属(RE-TM)合金的第一层，该RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩；以及包括稀土过渡金属(RE-TM)合金的第二层，该RE-TM合金具有由RE-TM合金的过渡金属(TM)成分的亚晶格力矩主导的净力矩。CoFeB、基于Fe或基于Co的薄层形成在第一层与第二层之间以提供第一层与第二次之间的层间耦合，其中钉扎层的净磁矩很低或等于零。又一示例性实施例涉及一种形成磁性隧道结(MTJ)的方法，该方法包括：从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成自由层，该RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩；以及从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成钉扎层，该RE-TM合金具有由RE-TM合金的稀土(R本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁性隧道结(MTJ)，包括：从稀土过渡金属(RE‑TM)合金形成的自由层，所述RE‑TM合金具有由所述RE‑TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩；以及从稀土过渡金属(RE‑TM)合金形成的钉扎层，所述RE‑TM合金具有由所述RE‑TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩，所述钉扎层包括一个或多个非晶薄插入层以使得所述自由层和所述钉扎层的净磁矩很低或接近于零。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 US 14/255,6241.一种磁性隧道结(MTJ)，包括：从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的自由层，所述RE-TM合金具有由所述RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩；以及从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的钉扎层，所述RE-TM合金具有由所述RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩，所述钉扎层包括一个或多个非晶薄插入层以使得所述自由层和所述钉扎层的净磁矩很低或接近于零。2.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，进一步包括所述自由层与所述钉扎层之间的势垒层。3.如权利要求2所述的MTJ，其特征在于，所述自由层进一步包括在所述势垒层与所述RE-TM合金之间形成的单CoFeB层或基于CoFeB的多层，所述RE-TM合金具有由所述RE-TM合金的所述RE成分的亚晶格力矩主导的所述净力矩。4.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述钉扎层进一步包括基于CoFeB或基于Fe的插入层。5.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述自由层和所述钉扎层从包括TbFeCo、TbFe、GdFeCo、GdFe或GdCo的材料形成。6.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述一个或多个非晶薄插入层包括一层或多层钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、硼(B)或其任何组合。7.一种磁性隧道结(MTJ)，包括：钉扎层，所述钉扎层包括：包括稀土过渡金属(RE-TM)合金的第一层，所述RE-TM合金具有由所述RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩；包括稀土过渡金属(RE-TM)合金的第二层，所述RE-TM合金具有由所述RE-TM合金的过渡金属(TM)成分的亚晶格力矩主导的净力矩，以及在所述第一层与所述第二层之间形成以提供所述第一层与所述第二层之间的层间耦合的CoFeB、基于Fe或基于Co的薄层，其中所述钉扎层的净磁矩很低或等于零。8.如权利要求7所述的MTJ，其特征在于，进一步包括从稀土过渡金属(RE-TM)合金形成的自由层，所述RE-TM合金具有由所述RE-TM合金的稀土(RE)成分的亚晶格力矩主导的净力矩。9.如权利要求8所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：WC·陈，X·朱，C·朴，S·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
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