本发明专利技术阐述一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。磁性装置包括磁性结及邻近磁性结的混合顶盖层。混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层。不连续的氧化物层位于绝缘层与贵金属层之间。绝缘层位于磁性结与贵金属层之间。在一个方面，磁性结包括参考层、可能是隧道势垒层的非磁性分隔层以及自由层。
Magnetic devices, magnetic memory using them, and methods for providing them
【技术实现步骤摘要】
磁性装置、使用其的磁性存储器及用于提供其的方法[相关申请的交叉参考]本申请主张在2018年3月2日提出申请的申请号为62/637,586且名称为具有混合氧化物层及贵金属层的垂直磁性结/磁性单元(PERPENDICULARMAGNETICJUNCTION/MAGNETICCELLHAVINGHYBRIDOXIDEANDNOBLEMETALLAYERS)的临时专利申请的权利，所述临时专利申请被转让给本申请的受让人且并入本申请供参考。
本公开涉及一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。
技术介绍
由于磁性存储器(尤其是磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory，MRAM))在操作期间具有高读取/写入速度、优异耐用性、非易失性及低功耗的潜力，因此它们得到越来越多的关注。磁性随机存取存储器可利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的磁性随机存取存储器是自旋转移力矩磁性随机存取存储器(spintransfertorquemagneticrandomaccessmemory，STT-MRAM)。自旋转移力矩磁性随机存取存储器利用磁性结，所述磁性结至少部分地由被驱动通过所述磁性结的电流来写入。被驱动通过磁性结的自旋偏振电流(spinpolarizedcurrent)在磁性结中的磁矩(magneticmoment)上施加自旋力矩(spintorque)。因此，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可被切换成期望状态。举例来说，在传统的自旋转移力矩磁性随机存取存储器中可使用传统的磁性隧道结(magnetictunnelingjunction，MTJ)。传统的磁性隧道结使用晶种层，可包括顶盖层，且可包括反铁磁(antiferromagnetic，AFM)层以固定参考层的磁化。传统的磁性隧道结包括晶种层、参考层、隧道势垒层(tunnelingbarrierlayer)、自由层及顶盖层。可使用位于磁性隧道结下方的底部接触件及位于磁性隧道结上的顶部接触件在电流垂直于平面(current-perpendicular-to-plane，CPP)的方向上驱动电流通过磁性隧道结。参考层及自由层是磁性的。参考层的磁化被固定或被钉扎在特定方向上。自由层具有能够改变的磁化。自由层及参考层可为单层或包括多层。为切换自由层的磁化，在电流垂直于平面的方向上驱动电流。当从顶部接触件向底部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可切换成平行于底部参考层的磁化。当从底部接触件向顶部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可切换成反平行于底部参考层的磁化。磁性配置的差异对应于不同的磁阻，且因此对应于传统磁性隧道结的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”及逻辑“1”)。由于磁性存储器适用于各种应用中的潜力，因此正在进行对磁性存储器的研究。期望将磁性结按比例缩放到更小的面积尺寸(例如，用于增加的存储密度)而不显著降低磁性及电性质。举例来说，期望非易失性磁性存储器按比例缩放到四十纳米以下。用于高温操作应用及磁性存储器的操作温度通常为相对高的，例如一百摄氏度以上。期望磁热稳定性因子(magneticthermalstabilityfactor)Δ且因此有效磁各向异性常数(effectivemagneticanisotropyconstant)Kueff保持高。当前磁性结不能按比例缩放到不会不利地影响饱和磁化、交换刚度(exchangestiffness)、阻尼(damping)和/或有效的磁各向异性常数中的一者或多者的这样的尺寸。此外，即使在当前尺寸下，期望改善性能。因此，需要一种可改善磁性器件以及其中使用这种磁性器件的电子器件的性能及可缩放性的方法及系统。本文阐述的方法及系统满足了这种需要。
技术实现思路
本专利技术阐述一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。磁性装置包括磁性结及邻近磁性结的混合顶盖层。混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层。不连续的氧化物层位于绝缘层与贵金属层之间。绝缘层位于磁性结与贵金属层之间。在一个方面，磁性结包括参考层、可能是隧道势垒层的非磁性分隔层以及自由层。在这一方面，混合顶盖层可邻近自由层。当磁性结与混合顶盖层一起使用时，可具有改善的性能。更具体来说，磁性结可享有增强的有效磁各向异性常数而不显著降低饱和磁化、电阻面积乘积(resistanceareaproduct)、隧道磁阻(tunnelingmagnetoresistance，TMR)和/或阻尼常数(dampingconstant)。因此，可改善性能。附图说明图1绘示包括磁性结及混合顶盖层的磁性装置的示例性实施例。图2绘示可结合磁性结使用的混合顶盖层的示例性实施例。图3绘示包括磁性结及混合顶盖层的磁性装置的示例性实施例。图4A到图4F绘示磁性结的示例性实施例的性质随着绝缘层的厚度的变化。图5绘示在存储单元的存储器元件中利用磁性结及混合顶盖层的存储器的示例性实施例。图6是绘示用于提供可用于磁性器件中的磁性装置的方法的示例性实施例的流程图，所述磁性装置可使用自旋转移力矩进行编程且包括混合顶盖层。图7是绘示用于提供可用于磁性器件中的磁性装置的方法的示例性实施例的流程图，所述磁性装置可使用自旋转移力矩进行编程且包括混合顶盖层。图8是绘示用于提供混合顶盖层的方法的示例性实施例的流程图。[符号的说明]100、100A、212：磁性装置101：衬底102：晶种层103、103A：磁性结110、110A：参考层111、113、117、131、151：磁矩112：底部铁磁层/铁磁层114：非磁性层116：顶部铁磁层/铁磁层120：非磁性分隔层/晶体MgO隧道势垒层120A：隧道势垒层130：自由层140、140A：混合顶盖层142：绝缘层143：氧化物岛/岛/MgAl及部分Mo氧化物岛/MgAl及部分Nb氧化物岛/MgAl及部分Zr氧化物岛144A：不连续的氧化物层145：金属岛/岛/Mo岛/Nb岛/Zr岛146：贵金属层150：偏振增强层(PEL)180、182、184、190、192、194：曲线图200：存储器/磁性存储器202、206：读取/写入列选择驱动器203：位线204：字线选择驱动器205：字线210：磁性存储单元/单元214：选择器件300、310、330：方法302、304、312、314、316、318、332、334、336、338：步骤t1、t2、t3、t4、t5：厚度具体实施方式示例性实施例涉及可用于(例如磁性存储器)磁性器件中的磁性结以及使用这种磁性结的器件。磁性存储器可包括自旋转移力矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)、自旋轨道力矩(spin-orbittorque，SOT)器件、采用自旋转移力矩或自旋轨道力矩磁性结的逻辑或其他器件和/或其他电子器件。这种电子器件包括但不限于手机、智能电话、平板电脑、膝上型计算机及其他便携式及非便携式计算器件。提出以下说明是为了使所属领域的一般技术人员能够制作并使用本专利技术，且以下说明是在专利申请及其要求的上下文中提供。对在本文中阐述的示例性实施例以及一般性原则及特征的各种修改将显而易见。示例性实施例主要是针对在具体实施方式中提供的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁性装置，存在于衬底上且能够用于磁性器件中，所述磁性装置包括：磁性结；以及混合顶盖层，邻近所述磁性结，所述混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层，所述不连续的氧化物层位于所述绝缘层与所述贵金属层之间，所述绝缘层位于所述磁性结与所述贵金属层之间。
【技术特征摘要】
2018.03.02 US 62/637,586;2018.05.14 US 15/979,3111.一种磁性装置，存在于衬底上且能够用于磁性器件中，所述磁性装置包括：磁性结；以及混合顶盖层，邻近所述磁性结，所述混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层，所述不连续的氧化物层位于所述绝缘层与所述贵金属层之间，所述绝缘层位于所述磁性结与所述贵金属层之间。2.根据权利要求1所述的磁性装置，其中所述磁性结还包括：参考层；非磁性分隔层；以及自由层，能够在多种稳定的磁性状态之间切换，所述非磁性分隔层存在于所述参考层与所述自由层之间，所述自由层具有高垂直磁各向异性能以及比所述垂直磁各向异性能小的平面外退磁能。3.根据权利要求2所述的磁性装置，其中所述自由层及所述参考层中的至少一者具有高垂直磁各向异性能以及比所述垂直磁各向异性能小的平面外退磁能。4.根据权利要求2所述的磁性装置，其中所述混合顶盖层邻接所述自由层，且所述自由层位于所述混合顶盖层与所述非磁性分隔层之间。5.根据权利要求1所述的磁性装置，其中所述贵金属层包含Ru、Pt、Ir、Rh、Pd及Os中的至少一者。6.根据权利要求1所述的磁性装置，其中所述贵金属层具有至少十埃的厚度。7.根据权利要求6所述的磁性装置，其中所述厚度为至少二十埃且不大于一百埃。8.根据权利要求1所述的磁性装置，其中所述不连续的氧化物层包括氧化物岛及金属岛。9.根据权利要求8所述的磁性装置，其中所述金属岛包含Mo、W、Nb及Zr中的至少一者。10.根据权利要求8所述的磁性装置，其中所述不连续的氧化物层包含氧化钼、氧化钨、氧化铌、氧化锆、Mg-Al氧化物、Mg-Ti氧化物及Mg-Zr氧化物中的至少一者。11.根据权利要求1所述的磁性装置，其中所述不连续的氧化物具有至少0.5埃且不大于三埃的厚度。12.根据权利要求1所述的磁性装置，其中所述绝缘层包含氧化镁-氧化铝、氧化铝镁、氧化钛掺杂的氧化镁以及氧化锆掺杂的氧化镁中的至少一者。13.根据权利要求2所述的磁性装置，其中所述自由层包含FeB、FeB-X、FeCoB、FeCoB-X、不含B的Fe、Fe-X、FeCo及FeCo-X中的至少一者，其中X选自Be、Ni、Mo、Mg、Zr、Ta、V、Cr、W、Hf、Nb及Tb。14.一种磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：全洪植，唐学体，
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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