具有负自旋极化和负各向异性两者的材料制造技术

本发明专利技术题为“具有负自旋极化和负各向异性两者的材料”。本公开的各方面整体涉及在磁介质驱动器、磁阻随机存取存储器设备、磁性传感器或磁记录写入头中使用的自旋电子设备。所述自旋电子设备包括具有负各向异性场和负自旋极化的多层结构。所述多层结构包括多个层，所述多个层中的每一层包括包含Fe的第一子层和包含Co的第二子层。所述第一子层和所述第二子层中的至少一者包含Cr、V和Ti中的一种或多种。所述第一子层和所述第二子层相交替。所述多层结构的所述负各向异性场介于约

【技术实现步骤摘要】
具有负自旋极化和负各向异性两者的材料

技术介绍


[0001]本公开的实施方案整体涉及用于自旋电子设备的具有负自旋极化和负各向异性的多层材料。
[0002]相关领域的描述
[0003]在自旋电子器件或自旋电子设备中，诸如在磁记录头中使用的传感器中，自旋极化和各向异性场两者起重要作用。例如，此类自旋电子设备可用于自旋轨道转矩(SOT)磁隧道结(MTJ)应用中，诸如用于能量辅助磁记录写入头和磁阻随机存取存储器(MRAM)设备的自旋霍尔层。在这些自旋电子设备中利用的材料通常具有：(1)不具有各向异性场的正自旋极化，诸如CoFe、Co、Ni和CoMnGe，(2)正自旋极化和负各向异性场，诸如CoFe多层结构，(3)不具有各向异性场的负自旋极化，诸如FeCr、FeV和FeN，或者(4)正自旋极化和正各向异性场两者，诸如CoNi、CoPt、CoPd和Mn3Ga。由于没有报道存在具有负自旋极化和负各向异性场的材料，因此自旋电子设备通常具有较小的自由度并且受到较大的限制。
[0004]因此，在本领域中需要具有负自旋极化和负各向异性场两者的材料以用于自旋电子设备。

技术实现思路

[0005]本公开的各方面整体涉及在磁介质驱动器、磁阻随机存取存储器设备、磁性传感器或磁记录写入头中使用的自旋电子设备。自旋电子设备包括具有负自旋极化和负各向异性场的多层结构。该多层结构包括多个层，所述多个层中的每一层包括包含Fe的第一子层和包含Co的第二子层。第一子层和第二子层中的至少一者包含Cr、V和Ti中的一种或多种。第一子层和第二子层相交替。多层结构的负各向异性场介于约
‑
0.5T至约
‑
0.8T之间，并且多层结构的有效磁化强度介于约2.4T至约2.8T之间。
[0006]在一个实施方案中，自旋电子设备包括具有负自旋极化和负各向异性场的多层结构，该多层结构包括多个层，所述多个层中的每一层包括包含Fe的第一子层和包含Co的第二子层，其中第一子层和第二子层中的至少一者还包含Cr、V和Ti中的一种或多种。第一子层和第二子层相交替。
[0007]在另一个实施方案中，自旋电子设备包括基板和设置在基板上方的具有负自旋极化和负各向异性场的多层结构，该多层结构包括多个交替的第一层和第二层。第一层中的每一个第一层包含Fe以及Cr、V和Ti中的一种或多种，并且第二层中的每一个第二层包含Co。第一层中的每一个第一层具有大于或等于第二层中的每一个第二层的第二厚度的第一厚度。自旋电子设备还包括设置在多层结构上方的覆盖层。
[0008]在又一个实施方案中，自旋电子设备包括具有负自旋极化和负各向异性场的多层结构，该多层结构包括多个交替的第一层和第二层。第一层中的每一个第一层包含FeCr
x
、FeV
x
、FeTi
x
、FeCr
x
V
y
、FeCr
x
Ti
y
、FeV
x
Ti
y
以及FeCr
x
V
y
Ti
z
中的至少一者，其中x、y和z中的每一
者为正数，并且第二层中的每一个第二层包含Co。第一层中的每一个第一层具有介于约0.4nm至约0.8nm之间的第一厚度，并且第二层中的每一个第二层具有介于约0.3nm至约0.6nm之间的第二厚度。自旋电子设备还包括设置在多层结构上方的一个或多个层。
附图说明
[0009]因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。
[0010]图1示出了体现本公开的磁记录设备。
[0011]图2为根据一个实施方案的通过面向磁介质的读取/写入头的中心的分段剖面侧视图。
[0012]图3A示出了根据各种实施方案的具有负自旋极化和负各向异性场(
‑
Hk)的多层结构的示意图。
[0013]图3B至图3C示出了根据各种实施方案的利用图3A的多层结构的自旋电子设备的示意图。
[0014]图3D示出了根据一个实施方案的利用图3A的多层结构的磁阻(MR)传感器的示意图。
[0015]图3E示出了处于交叉点构型的存储器单元阵列的某些实施方案的示意图。
[0016]图4示出了根据一个实施方案的曲线图，该曲线图示出了图3A的多层结构的第一子层和第二子层的厚度变化时的Hk、饱和磁通密度(Bs)和有效磁化强度(M
eff
)。
[0017]图5A示出了根据一个实施方案的曲线图，该曲线图示出了当多层结构的第一子层和第二子层的厚度以纳米为单位变化时，在利用包括CoFe的钉扎层(pinned layer)和图3A的多层结构的图3B的设备中的平面内电流(current
‑
in
‑
plane)(CIP)巨磁阻(GMR)(％)。
[0018]图5B示出了根据一个实施方案的曲线图，该曲线图示出了当图3A的多层结构的第一子层和第二子层的厚度以纳米为单位变化时以T为单位的Hk。
[0019]图5C示出了根据一个实施方案的曲线图，该曲线图示出了当图3A的多层结构的第一子层和第二子层的厚度以纳米为单位变化时以T为单位的M
eff
。
[0020]图6A示出了根据一个实施方案的曲线图，该曲线图示出了当多层结构的包含FeCrx的第一子层的Cr的原子百分比(at％)变化时，在利用包括CoFe的钉扎层和图3A的多层结构的图3B的设备中以％表示的CIP
‑
GMR比率。
[0021]图6B示出了根据一个实施方案的曲线图，该曲线图示出了当图3A的多层结构的包含FeCrx的第一子层的Cr原子百分比变化时以T为单位的Hk、以T为单位的Bs和以T为单位的M
eff
。
[0022]为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。
具体实施方式
[0023]在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何专利技术主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自旋电子设备，包括：具有负自旋极化和负各向异性场的多层结构，所述多层结构包括多个层，所述多个层中的每一层包括包含Fe的第一子层和包含Co的第二子层，其中所述第一子层和所述第二子层中的至少一者还包含Cr、V和Ti中的一种或多种，并且其中所述第一子层和所述第二子层相交替。2.根据权利要求1所述的自旋电子设备，其中所述第一子层包含FeCr
x
、FeV
x
、FeTi
x
、FeCr
x
V
y
、FeCr
x
Ti
y
、FeV
x
Ti
y
或FeCr
x
V
y
Ti
z
中的一者，并且其中x、y和z中的每一者的值为正数。3.根据权利要求1所述的自旋电子设备，其中所述第二子层包含CoCr
x
、CoV
x
、CoTi
x
、CoCr
x
V
y
、CoCr
x
Ti
y
、CoV
x
Ti
y
或CoCr
x
V
y
Ti
z
中的一者，并且其中x、y和z中的每一者的值为正数。4.根据权利要求1所述的自旋电子设备，其中所述第一子层中的每一个第一子层具有介于约0.4nm至约0.8nm之间的第一厚度，并且其中所述第二子层中的每一个第二子层具有介于约0.3nm至约0.6nm之间的第二厚度。5.根据权利要求1所述的自旋电子设备，其中所述多层结构为自由层、钉扎层或场生成层。6.一种磁介质驱动器，所述磁介质驱动器包括根据权利要求1所述的自旋电子设备。7.一种磁阻随机存取存储器设备，所述磁阻随机存取存储器设备包括根据权利要求1所述的自旋电子设备。8.一种磁性传感器，所述磁性传感器包括根据权利要求1所述的自旋电子设备。9.一种磁记录头，所述磁记录头包括根据权利要求1所述的自旋电子设备。10.一种自旋电子设备，包括：基板；设置在所述基板上方的具有负自旋极化和负各向异性场的多层结构，所述多层结构包括多个交替的第一层和第二层，其中所述第一层中的每一个第一层包含Fe以及Cr、V和Ti中的一种或多种，并且所述第二层中的每一个第二层包含Co，其中所述第一层中的每一个第一层具有大于或等于所述第二层中的每一个第二层的第二厚度的第一厚度；以及设置在所述多层结构上方的覆盖层。11.根据权利要求10所述的自旋电子设备，其中所述多层结构为自由层、钉扎层或场生成层，并且其中所述第一层中的每一个第一层具有介于约0.4nm至约0.8nm之间的第一厚度，并且所述第二层中的每一个第二层具有介于约0.3nm至约0.6nm之间的第二厚度。12.根据权利要求10所述的自旋电子设备，其中所述第一层各自包含FeCr
x
、FeV
x
、FeTi
x
、FeCr
x
V
y
、FeCr
x
Ti
y
、FeV
x
Ti
y
或FeCr
x
V
y
Ti
z
中的一者，其中x、y和z中的每一者为介于1和46之间的数字。13.根据权利要求10所述的自旋电子设备，其中所述第二层各自包含CoCr
x
、CoV
x
、CoTi
x
、CoCr
x
V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈村进，C，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：