用于磁阻随机存取存储器的复合自由层制造技术

本发明专利技术公开了用于磁阻随机存取存储器的装置、系统和方法。用于存储数据的磁隧道结(350)包括固定层(412)、势垒层(410)和复合自由层(400)。势垒层(410)为设置在固定层(412)和复合自由层(400)之间的OS。复合自由层(400)包括铁磁性非晶形层(406)和平面内各向异性自由层(408)。自旋霍尔效应(SHE)层(402)可耦接到磁隧道结(350)的复合自由层(400)。SHE层(402)可被配置为使得SHE层(402)内的平面内电流在复合自由层(400)中产生自旋电流。

Composite free layer for mrram

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于磁阻随机存取存储器的复合自由层
在各种实施方案中，本公开涉及磁阻随机存取存储器，并且更具体地涉及用于磁阻随机存取存储器的复合自由层。
技术介绍
各种类型的磁阻随机存取存储器(MRAM)使用磁隧道结存储数据。磁隧道结(MTJ)可包括“固定”和“自由”磁性层，其中自由层的磁矩可被切换成与固定层的磁矩平行或反平行。薄的电介质层或势垒层可分离固定层和自由层，并且由于量子隧穿，电流可流过势垒层。平行状态和反平行状态之间的电阻差异允许存储数据。例如，低电阻可对应于二进制“1”，并且高电阻可对应于二进制“0”。另选地，低电阻可对应于二进制“0”，并且高电阻可对应于二进制“1”。在自旋转移矩(STT)MRAM中，可通过使自旋极化电流穿过MTJ来写入数据，以改变自由层的磁矩。然而，穿过MTJ的高写入电流可加速势垒层的磨损，并且自旋极化读取电流可干扰或改变存储的数据。相比之下，在自旋轨道转矩(SOT)MRAM中，可通过施加电流使其穿过与自由层相邻的自旋霍尔效应材料来写入数据，因此生成用于改变自由层的磁矩的纯自旋电流。与STT-MRAM相比，使用纯自旋电流进行写入可提高可靠性和数据保持，但用于生成自旋电流的高电流可导致与加热、高功率消耗、用于切换大电流的大晶体管尺寸等相关的设计问题。
技术实现思路
提出了用于磁阻随机存取存储器的装置。在一个实施方案中，用于存储数据的磁隧道结包括固定层、势垒层和复合自由层。在某个实施方案中，势垒层设置在固定层和复合自由层之间。在另一个实施方案中，复合自由层包括铁磁性非晶形层和平面内各向异性自由层。在某个实施方案中，平面内各向异性自由层可设置在铁磁性非晶形层和势垒层之间。在某些实施方案中，自旋霍尔效应(SHE)层可耦接到磁隧道结的复合自由层。在另外的实施方案中，SHE层可被配置为使得SHE层内的平面内电流将转矩施加到复合自由层上，从而在复合自由层中产生自旋电流。提出了用于磁阻随机存取存储器的系统。在一个实施方案中，磁阻随机存取存储器管芯包括多个磁隧道结。在某个实施方案中，磁隧道结包括参考层、势垒层、复合自由层和包括铂的SHE层。在另一个实施方案中，势垒层设置在参考层和复合自由层之间。在某个实施方案中，复合自由层设置在SHE层和势垒层之间。在一个实施方案中，复合自由层包括平面内各向异性自由层和铁磁性非晶形层。在某个实施方案中，平面内各向异性自由层可与势垒层接触。在另一个实施方案中，铁磁性非晶形层可与平面内各向异性自由层接触。在另一个实施方案中，装置包括用于基于复合自由层的平面内磁矩的取向将数据存储在用于磁隧道结的复合自由层中的装置。在某个实施方案中，装置包括用于产生自旋电流以改变复合自由层的平面内磁矩的取向的装置。在一些实施方案中，用于产生自旋电流的装置包括铂。在另一个实施方案中，装置包括用于将用于存储数据的装置和用于产生自旋电流的装置分离的装置，使得用于存储数据的装置的晶体结构不受用于产生自旋电流的装置的影响。附图说明下面参考附图中示出的具体实施方案包括了更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了本公开的某些实施方案，因此不应被认为是对其范围的限制，通过使用附图，以附加的特异性和细节描述和解释了本公开，在附图中：图1是包括磁阻随机存取存储器(MRAM)的系统的一个实施方案的示意性框图；图2是示出MRAM管芯的一个实施方案的示意性框图；图3是示出磁隧道结阵列的一个实施方案的示意图；图4A是示出包括复合自由层的磁隧道结的一个实施方案的示意性框图；图4B是示出包括复合自由层的磁隧道结的另一个实施方案的示意性框图；图5是示出用于垂直磁各向异性(PMA)诱导层的超晶格的一个实施方案的示意性框图；图6是示出与用于PMA诱导层的超晶格结构有关的复合自由层的实施方案的有效磁化强度的图表；图7是示出用于磁隧道结的实施方案的隧道磁阻的图表；图8是示出用于制造磁隧道结的方法的一个实施方案的示意性流程图；以及图9是示出用于制造磁隧道结的方法的另一个实施方案的示意性流程图。具体实施方式本公开的各方面可体现为设备、系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可采取完全为硬件的实施方案、完全为软件的实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施方案的形式，这些方面在本文中可全部统称为“电路”、“模块”、“设备”或“系统”。此外，本公开的各方面可采取在存储计算机可读程序代码和/或计算机可执行程序代码的一个或多个非暂态计算机可读存储介质中体现的计算机程序产品的形式。本说明书中所述的许多功能单元已被标记为模块，以便更具体地强调这些功能单元的实现独立性。例如，模块可被实现为包括定制VLSI电路或门阵列的硬件电路、现成的半导体诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件。模块还可在可编程硬件装置诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑部件、可编程逻辑装置等中实现。模块还可至少部分地在用于由各种类型的处理器执行的软件中实现。识别的可执行代码模块可例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，该物理或逻辑块可例如被组织为对象、过程或函数。然而，识别的模块的可执行文件无需物理地定位在一起，但可包括存储在不同位置的不同指令，这些不同指令在逻辑地接合在一起时包括该模块并实现针对该模块所述的目的。实际上，可执行代码模块可包括单个指令或许多指令，并且甚至可以在若干不同代码片段之上、在不同程序之间、跨若干存储器装置等分布。当模块或模块的部分在软件中实现时，这些软件部分可以存储在一个或多个计算机可读存储介质和/或计算机可执行存储介质上。可以利用一个或多个计算机可读存储介质的任何组合。例如，计算机可读存储介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或前述的任何合适组合，但不包括传播信号。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质和/或计算机可执行存储介质可以是可包含或存储用于供指令执行系统、设备、处理器或装置使用或与其结合的程序的任何有形和/或非暂态介质。用于执行本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括对象取向的编程语言诸如Python、Java、Smalltalk、C++、C#、ObjectiveC等，常规过程式编程语言，诸如“C”编程语言、脚本编程语言，和/或其他类似编程语言。程序代码可部分地或完全地在一个或多个用户的计算机上执行，并且/或者通过数据网络等在远程计算机或服务器上执行。如本文所用，部件包括有形、物理的非暂态装置。例如，部件可被实现为：包括定制VLSI电路、门阵列或其他集成电路的硬件逻辑电路；现成的半导体，诸如逻辑芯片、晶体管，或其他分立装置；和/或其他机械装置或电气装置。部件还可在可编程硬件装置诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑部件、可编程逻辑装置等中实现。部件可以包括一个或多个硅集成电路装置(例如，芯片、管芯、管芯平面、封装件)或其他分立电气装置，这些装置通过印刷电路板(PCB)的电线等与一个或多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n用于存储数据的磁隧道结，所述磁隧道结包括固定层、势垒层和复合自由层，所述势垒层设置在所述固定层和所述复合自由层之间，所述复合自由层包括：/n铁磁性非晶形层；以及/n平面内各向异性自由层，所述平面内各向异性自由层设置在所述铁磁性非晶形层和所述势垒层之间；以及/n自旋霍尔效应(SHE)层，所述SHE层耦接到所述磁隧道结的所述复合自由层，所述SHE层被配置为使得所述SHE层内的平面内电流将转矩施加到所述复合自由层上，从而在所述复合自由层中产生自旋电流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171121 US 15/820,2741.一种装置，包括：
用于存储数据的磁隧道结，所述磁隧道结包括固定层、势垒层和复合自由层，所述势垒层设置在所述固定层和所述复合自由层之间，所述复合自由层包括：
铁磁性非晶形层；以及
平面内各向异性自由层，所述平面内各向异性自由层设置在所述铁磁性非晶形层和所述势垒层之间；以及
自旋霍尔效应(SHE)层，所述SHE层耦接到所述磁隧道结的所述复合自由层，所述SHE层被配置为使得所述SHE层内的平面内电流将转矩施加到所述复合自由层上，从而在所述复合自由层中产生自旋电流。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述铁磁性非晶形层包括一种或多种铁磁性元素、一种或多种玻璃成形元素和用于防止所述一种或多种玻璃成形元素迁移的一种或多种稳定元素的合金。


3.根据权利要求2所述的装置，其中所述一种或多种铁磁性元素包括铁和钴中的一者或多者，所述一种或多种玻璃成形元素包括硼，并且所述一种或多种稳定元素包括钽和钛中的一者或多者。


4.根据权利要求2所述的装置，其中所述合金包括十原子百分比或更多原子百分比的所述一种或多种玻璃成形元素，以及五原子百分比或更少原子百分比的所述一种或多种稳定元素。


5.根据权利要求1所述的装置，其中所述铁磁性非晶形层包括钴、钛和硼的合金。


6.根据权利要求1所述的装置，其中所述铁磁性非晶形层包括钴、铁、硼和钽的合金。


7.根据权利要求1所述的装置，其中所述复合自由层还包括设置在所述SHE层和所述铁磁性非晶形层之间的垂直磁各向异性(PMA)诱导层，所述PMA诱导层的厚度被选择为使得所述PMA诱导层减小所述复合自由层的有效磁化强度，并且使得所述复合自由层的总磁矩在平面内。


8.根据权利要求7所述的装置，其中所述PMA诱导层以五分之一至十分之一减小所述复合自由层的所述有效磁化强度。


9.根据权利要求7所述的装置，其中所述PMA诱导层包括以下中的一者或多者：交替的钴层和铂层的超晶格、稀土和过渡金属合金以及L10相合金。


10.根据权利要求7所述的装置，其中所述PMA诱导层包括交替的钴层和铂层的超晶格，所述超晶格包括三个钴层和三个铂层。


11.根据权利要求1所述的装置，其中所述SHE层包括铂。


12.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：YS·崔，
申请(专利权)人：闪迪技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US