【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及隧穿磁阻(tmr)器件，并且更具体地，涉及具有晶种层的tmr器件，该晶种层改进隧穿势垒层的形成和tmr器件的性能。相关领域的描述隧穿磁阻(tmr)器件，也称为磁隧穿结(mtj)器件，由被薄绝缘隧穿势垒层分开的两个铁磁层构成。该势垒层通常由金属氧化物制成，该金属氧化物足够薄以至于在两个铁磁层之间发生电荷载流子的量子力学隧穿。虽然已经提出诸如zno、mno、coo、tio和vo之类的各种金属氧化物作为隧穿势垒材料，但是最常见的材料是结晶氧化镁(mgo)。量子力学隧穿过程与电子自旋相关，这意味着当跨结施加感测电流时所测量的电阻取决于铁磁层和势垒层的自旋相关电子特性，并且随两个铁磁层的磁化的相对定向而变化。在一种类型的被称为钉扎(pinned)类型的tmr或mtj器件中，其中一个被称为基准层的铁磁层的磁化被固定或钉扎，而另一被称为自由层的铁磁层的磁化响应于外部磁场而自由旋转。钉扎型tmr器件可用于磁记录读头中，其中，在存在所记录的磁介质的磁场的情况下，自由铁磁层的磁化相对于基准铁磁层的磁化旋转。钉扎型tmr器件还可用于使用mtj作为存储器存储位或单元的磁随机存取存储器(mram)(例如，自旋转移力矩mram(stt-mram)和自旋轨道力矩mram(sot-mram))器件中，其中，相对于mtj中的基准层的自由层的磁化直接随着电流而改变。tmr器件也可用作可用于各种应用(例如工业、汽车、医疗)的磁感测器器件的一部分。在另一类型的被称为双自由层(dfl)类型的tmr器件中，存在两个自由铁磁层，其中，两个铁磁层的磁化响应于外部磁场按“剪切”效应相
技术介绍
技术实现思路
1、由于具有一定对称性的电子发生相干隧穿效应，因此如cofe/mgo/cofe隧穿结等具有mgo隧穿势垒层的tmr器件表现出非常大的隧穿磁阻(tmr)。然而，要求铁磁层和mgo势垒层具有完美的结晶度以实现高tmr。铁磁层和mgo势垒层通常是通过溅射沉积并且后续进行退火形成的，该溅射沉积和后续退火形成结晶结构。表现出所要求的低电阻-面积乘积(ra)的cofe/mgo/cofe隧道结不表现出高tmr，这可能是由于mgo势垒层的结晶度较差导致。然而，已经发现当硼(b)用于一个或多个铁磁层中时，诸如在多层结构中使用薄型无定形cofeb层或cofebta层时，在退火之后观察到更高的tmr。无定形cofeb层促进具有(001)纹理(平行于基板的表面的表面平面)的mgo更好生长，并且因此促进tmr更高。
2、tmr甚至更高的先进tmr器件将会要求减小电阻-面积乘积(ra)，这意味着将需要将mgo势垒层制造得更薄。然而，随着mgo厚度减小，击穿电压和tmr也降低，这被认为部分由于硼扩散到mgo势垒层中而造成。所需要的是具有薄型mgo势垒层并且因此ra得到减小但tmr高的tmr器件。
3、本专利技术的实施方案涉及具有经改进的用于下铁磁层或第一铁磁层的晶种层的tmr器件，从而使铁磁层不需要硼。例如rual合金等晶种层具有带(001)纹理的b2结晶结构(也称为cscl结晶结构)，意味着(001)平面平行于tmr器件基板的表面。随后沉积的如cofe合金等第一铁磁层以及通常为mgo的隧穿势垒层也继承晶种层的(001)纹理。在对第二铁磁层进行沉积和退火之后，由于不存在硼扩散并且无硼铁磁层的晶粒尺寸较大，因此铁磁层和隧道势垒层的结晶得到改进，这减少了晶粒边界处的缺陷。与现有技术的含硼tmr器件相比，所得到的tmr器件的ra得到减小并且tmr得到提高。
4、为了更全面地理解本专利技术的实质和优点，应当参考结合附图所作的以下具体描述。
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1.一种隧穿磁阻(TMR)器件，所述TMR器件包括：
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述晶种层选自RuAl合金和CrMo合金。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述隧穿势垒层选自MgO、ZnO、MnO、CoO、TiO、VO、MgAl2O4和MgGa2O4。
4.根据权利要求1所述的器件，还包括位于所述基板与所述晶种层之间的无定形预晶种层。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，所述预晶种层是一层或多层，包含选自NiFeTa合金、CoFeTa合金、CoFeB合金、CoFeBTa合金和Ta的材料。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一铁磁层包括选自Co和CoFe合金的纳米层。
7.根据权利要求1所述的器件，还包括位于所述晶种层与所述第一铁磁层之间的具有BCC结晶结构的非铁磁子层。
8.根据权利要求7所述的器件，其中，所述子层基本上由Cr组成。
9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第二铁磁层是无硼铁磁层。
10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述TMR器件选
11.根据权利要求1所述的器件，其中，所述TMR器件是磁记录读头。
12.一种磁记录器件，所述磁记录器件包括根据权利要求11所述的磁记录读头。
13.一种磁随机存取存储器器件，所述磁随机存取存储器器件包括根据权利要求1所述的TMR器件。
14.一种感测器器件，所述感测器器件包括根据权利要求1所述的TMR器件。
15.一种隧穿磁阻(TMR)器件，所述TMR器件包括：
16.根据权利要求15所述的器件，其中，所述预晶种层是一层或多层，包含选自NiFeTa合金、CoFeTa合金、CoFeB合金、CoFeBTa合金和Ta的材料。
17.根据权利要求15所述的器件，其中，所述晶种层基本上由RuxAl(100-x)组成，其中，x以原子百分比计并且大于或等于45且小于或等于60。
18.根据权利要求15所述的器件，其中，所述第一铁磁层包括与所述隧穿势垒层相邻的选自Co和CoFe合金的纳米层，并且所述第二铁磁层包括与所述隧穿势垒层相邻的选自Co和CoFe合金的纳米层。
19.根据权利要求15所述的器件，还包括位于所述晶种层与所述第一铁磁层之间的基本上由Cr组成的子层。
20.根据权利要求15所述的器件，其中，所述第二铁磁层是无硼铁磁层。
21.根据权利要求15所述的器件，其中，所述TMR器件选自钉扎型TMR磁记录读头和双自由层(DFL)磁记录读头。
22.一种磁记录器件，所述磁记录器件包括根据权利要求21所述的磁记录读头。
23.根据权利要求15所述的器件，其中，所述TMR器件是适于在磁随机存取存储器(MRAM)器件中使用的磁隧道结(MTJ)存储器单元。
24.一种磁随机存取存储器器件，所述磁随机存取存储器器件包括根据权利要求23所述的MTJ存储器单元。
25.一种感测器器件，所述感测器器件包括根据权利要求1所述的TMR器件。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种隧穿磁阻(tmr)器件，所述tmr器件包括：
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述晶种层选自rual合金和crmo合金。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述隧穿势垒层选自mgo、zno、mno、coo、tio、vo、mgal2o4和mgga2o4。
4.根据权利要求1所述的器件，还包括位于所述基板与所述晶种层之间的无定形预晶种层。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，所述预晶种层是一层或多层，包含选自nifeta合金、cofeta合金、cofeb合金、cofebta合金和ta的材料。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一铁磁层包括选自co和cofe合金的纳米层。
7.根据权利要求1所述的器件，还包括位于所述晶种层与所述第一铁磁层之间的具有bcc结晶结构的非铁磁子层。
8.根据权利要求7所述的器件，其中，所述子层基本上由cr组成。
9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第二铁磁层是无硼铁磁层。
10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述tmr器件选自钉扎型tmr器件和双自由层(dfl)tmr器件。
11.根据权利要求1所述的器件，其中，所述tmr器件是磁记录读头。
12.一种磁记录器件，所述磁记录器件包括根据权利要求11所述的磁记录读头。
13.一种磁随机存取存储器器件，所述磁随机存取存储器器件包括根据权利要求1所述的tmr器件。
14.一种感测器器件，所述感测器器件包括根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：冈村进，C·凯撒，B·R·约克，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：
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