磁性隧道结器件以及包括其的随机计算系统技术方案

本公开提供了磁性隧道结器件以及包括其的随机计算系统。一种磁性隧道结器件包括被钉扎磁性层、自由磁性层以及在被钉扎磁性层和自由磁性层之间的隧道势垒层。自由磁性层包括第一自由层、与隧道势垒层间隔开而使第一自由层在其间的第二自由层、以及在第一自由层和第二自由层之间的间隔物层。第一自由层和第二自由层通过间隔物层而彼此反铁磁耦合，第一自由层和第二自由层中的每个具有基本上垂直于在自由磁性层和隧道势垒层之间的界面的磁化方向。自由磁性层的热稳定性在0至15的范围内。自由磁性层的热稳定性在0至15的范围内。自由磁性层的热稳定性在0至15的范围内。

【技术实现步骤摘要】
磁性隧道结器件以及包括其的随机计算系统


[0001]本公开涉及磁性隧道结器件和/或包括该磁性隧道结器件的随机计算系统。

技术介绍

[0002]磁性隧道结器件可以包括两个磁性层和设置在这两个磁性层之间的绝缘层。磁性隧道结器件的电阻值可以根据这两个磁性层的磁化方向而改变。例如，当这两个磁性层的磁化方向彼此反平行时，磁性隧道结器件可以具有高的电阻值，当这两个磁性层的磁化方向彼此平行时，磁性隧道结器件可以具有低的电阻值。通过利用这些电阻值之间的差异，数据可以在磁性隧道结器件中写入以及从磁性隧道结器件读取。
[0003]最近，已经提出一种基于自旋电子学的随机计算系统。已经研究使用磁性隧道结器件作为随机计算系统的随机比特流发生器的各种技术。

技术实现思路

[0004]专利技术构思的实施方式可以提供具有减小的弛豫时间的磁性隧道结器件。
[0005]专利技术构思的实施方式还可以提供具有提高的运行速度的随机计算系统。
[0006]在一实施方式中，一种磁性隧道结器件可以包括被钉扎磁性层、自由磁性层以及在被钉扎磁性层和自由磁性层之间的隧道势垒层。自由磁性层可以包括第一自由层、与隧道势垒层间隔开的第二自由层以及在第一自由层和第二自由层之间的间隔物层，第一自由层插设在隧道势垒层和第二自由层之间。第一自由层和第二自由层可以通过间隔物层而彼此反铁磁耦合。第一自由层的磁化方向和第二自由层的磁化方向的每个可以垂直于在自由磁性层和隧道势垒层之间的界面。自由磁性层的热稳定性可以在0至15的范围内。
[0007]在一实施方式中，一种磁性隧道结器件可以包括被钉扎磁性层、自由磁性层以及在被钉扎磁性层和自由磁性层之间的隧道势垒层。自由磁性层可以包括堆叠在隧道势垒层上的多个自由层以及分别在所述多个自由层之间的多个间隔物层。所述多个自由层可以通过所述多个间隔物层而彼此反铁磁耦合。所述多个自由层中的每个可以具有垂直于在自由磁性层和隧道势垒层之间的界面的磁化方向。自由磁性层可以配置为允许自由磁性层的净磁化强度为0。
[0008]在一实施方式中，一种随机计算系统可以包括：随机比特流发生器，包括磁性隧道结器件；写入电路，配置为提供用于在随机比特流发生器中生成比特的电流；以及读取电路，配置为读取由随机比特流发生器生成的比特。磁性隧道结器件可以包括被钉扎磁性层、自由磁性层以及在被钉扎磁性层和自由磁性层之间的隧道势垒层。自由磁性层可以包括第一自由层、与隧道势垒层间隔开而使第一自由层在其间的第二自由层、以及在第一自由层和第二自由层之间的间隔物层。第一自由层和第二自由层可以通过间隔物层而彼此反铁磁耦合。第一自由层的磁化方向和第二自由层的磁化方向的每个可以垂直于在自由磁性层和隧道势垒层之间的界面。自由磁性层可以配置为允许自由磁性层的净磁化强度为0。
附图说明
[0009]从以下结合附图的简要描述，示例实施方式将被更清楚地理解。附图表示如这里所述的非限制性的示例实施方式。
[0010]图1是示出根据专利技术构思的一些实施方式的磁性隧道结器件的剖视图。
[0011]图2是示出根据专利技术构思的一些实施方式的磁性隧道结器件的剖视图。
[0012]图3是示出根据专利技术构思的一些实施方式的磁性隧道结器件的剖视图。
[0013]图4是示出根据专利技术构思的一些实施方式的磁性隧道结器件的剖视图。
[0014]图5是示出磁性隧道结器件的根据自由磁性层的结构而变化的弛豫时间的曲线图。
[0015]图6是示出磁性隧道结器件的根据自由磁性层的净磁化强度而变化的弛豫时间的曲线图。
[0016]图7是示出磁性隧道结器件的根据自由磁性层的净磁化强度而变化的弛豫时间的曲线图。
[0017]图8是示出根据专利技术构思的一些实施方式的随机计算系统的框图。
具体实施方式
[0018]当术语“约”或“基本上”在本说明书中结合数值使用时，所意欲的是相关的数值包括在所阐述的数值附近的制造或操作公差(例如
±
10％)。此外，当结合几何形状使用词语“一般”和“基本上”时，所意欲的是不要求几何形状的精确性，而是该形状的范围在本公开的范围内。此外，无论数值或形状是否被修饰为“约”或“基本上”，将理解这些值和形状应当被解释为包括在所阐述的数值或形状附近的制造或操作公差(例如
±
10％)。
[0019]现在将参照附图更充分地描述专利技术构思的示例实施方式。
[0020]图1是示出根据专利技术构思的一些实施方式的磁性隧道结器件的剖视图。
[0021]参照图1，磁性隧道结器件500可以包括被钉扎磁性层120、自由磁性层130以及在被钉扎磁性层120和自由磁性层130之间的隧道势垒层TBR。磁性隧道结器件500还可以包括连接到源极线SL的下电极BE和连接到位线BL的上电极TE。在一些实施方式中，被钉扎磁性层120可以设置在下电极BE和隧道势垒层TBR之间，自由磁性层130可以设置在上电极TE和隧道势垒层TBR之间。磁性隧道结器件500还可以包括在下电极BE和被钉扎磁性层120之间的籽晶层110以及在上电极TE和自由磁性层130之间的覆盖层140。
[0022]例如，下电极BE可以包括导电的金属氮化物(例如钛氮化物或钽氮化物)。上电极TE可以包括金属(例如Ta、W、Ru、Ir等)和导电的金属氮化物(例如TiN)中的至少一种。籽晶层110可以包括用于辅助被钉扎磁性层120的晶体生长的材料。例如，籽晶层110可以包括铬(Cr)、铱(Ir)和钌(Ru)中的至少一种。
[0023]被钉扎磁性层120可以包括第一被钉扎层122、第二被钉扎层126以及在第一被钉扎层122和第二被钉扎层126之间的交换耦合层124。第一被钉扎层122可以设置在籽晶层110和隧道势垒层TBR之间，第二被钉扎层126可以设置在第一被钉扎层122和隧道势垒层TBR之间。交换耦合层124可以设置在第一被钉扎层122和第二被钉扎层126之间，第一被钉扎层122和第二被钉扎层126可以通过交换耦合层124而彼此反铁磁耦合。
[0024]第一被钉扎层122可以具有被固定在一个方向上的磁化方向122M。第一被钉扎层
122的磁化方向122M可以基本上垂直于在隧道势垒层TBR和自由磁性层130之间的界面。第一被钉扎层122可以包括磁性元素并可以包括例如铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种。第一被钉扎层122可以包括本征垂直磁性材料和非本征垂直磁性材料中的至少一种。本征垂直磁性材料可以包括即使不存在外部因素也具有垂直磁化特性的材料。本征垂直磁性材料可以包括垂直磁性材料(例如CoFeTb、CoFeGd或CoFeDy)、具有L10结构的垂直磁性材料、具有六方密堆积(HCP)晶格结构的CoPt合金以及垂直磁性结构中的至少一种。具有L10结构的垂直磁性材料可以包括具有L10结构的FePt、具有L10结构的FePd、具有L10结构的CoPd和具有L10结构的CoPt中的至少一种。垂直磁性结构可以包括交替且重复堆叠的磁性层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性隧道结器件，包括：被钉扎磁性层、自由磁性层以及在所述被钉扎磁性层和所述自由磁性层之间的隧道势垒层，所述自由磁性层包括第一自由层、与所述隧道势垒层间隔开的第二自由层以及在所述第一自由层和所述第二自由层之间的间隔物层，所述第一自由层插设在所述隧道势垒层和所述第二自由层之间，所述第一自由层和所述第二自由层通过所述间隔物层而彼此反铁磁耦合，所述第一自由层的磁化方向和所述第二自由层的磁化方向的每个垂直于在所述自由磁性层和所述隧道势垒层之间的界面，以及所述自由磁性层的热稳定性在0至15的范围内。2.根据权利要求1所述的磁性隧道结器件，其中所述第一自由层的热稳定性和所述第二自由层的热稳定性的每个在0至15的范围内。3.根据权利要求1所述的磁性隧道结器件，其中所述自由磁性层配置为允许所述自由磁性层的净磁化强度为0。4.根据权利要求3所述的磁性隧道结器件，其中所述第一自由层的厚度和所述第二自由层的厚度的每个在垂直于所述自由磁性层和所述隧道势垒层之间的所述界面的方向上测量，以及其中所述自由磁性层的所述净磁化强度满足公式5，[公式5]Mst＝Ms1T1+Ms2T2＝0，其中，在公式5中，Mst是所述自由磁性层的净磁化强度，Ms1和T1分别是所述第一自由层的饱和磁化强度和所述第一自由层的所述厚度，以及Ms2和T2分别是所述第二自由层的饱和磁化强度和所述第二自由层的所述厚度。5.根据权利要求1所述的磁性隧道结器件，其中所述被钉扎磁性层包括第一被钉扎层、在所述第一被钉扎层和所述隧道势垒层之间的第二被钉扎层以及在所述第一被钉扎层和所述第二被钉扎层之间的交换耦合层，其中所述第一被钉扎层和所述第二被钉扎层通过所述交换耦合层而彼此反铁磁耦合，以及其中所述第一被钉扎层的磁化方向和所述第二被钉扎层的磁化方向的每个垂直于在所述自由磁性层和所述隧道势垒层之间的所述界面。6.根据权利要求5所述的磁性隧道结器件，其中所述被钉扎磁性层的热稳定性为40或更大。7.根据权利要求6所述的磁性隧道结器件，其中所述第一被钉扎层的热稳定性和所述第二被钉扎层的热稳定性为40或更大。8.根据权利要求1所述的磁性隧道结器件，还包括：下电极；和在所述下电极上的上电极，其中所述被钉扎磁性层、所述自由磁性层和所述隧道势垒层在所述下电极和所述上电
极之间，以及其中所述自由磁性层在所述隧道势垒层和所述上电极之间。9.根据权利要求1所述的磁性隧道结器件，还包括：下电极；和在所述下电极上的上电极，其中所述被钉扎磁性层、所述自由磁性层和所述隧道势垒层在所述下电极和所述上电极之间，以及其中所述自由磁性层在所述隧道势垒层和所述下电极之间。10.根据权利要求1所述的磁性隧道结器件，其中所述第一自由层和所述第二自由层的每个包括铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种，以及其中所述间隔物层包括非磁性金属。11.根据权利要求10所述的磁性隧道结器件，其中所述间隔物层包括钌(Ru)、铱(Ir)、钨(W)、钽(Ta)或其任何合金。12.一种磁性隧道结器件，包括：被钉扎磁性层、自由磁性层以及在所述被钉扎磁性层和所述自由磁性层之间的隧道势垒层，所述自...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成喆，金洸奭，朴正宪，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：