一种磁性器件包括钉扎磁性层，钉扎磁性层具有第一固定磁化向量，所述第一固定磁化向量具有第一固定磁化方向。磁性器件还包括自由磁性层，具有可变磁化向量，所述可变磁化向量至少具有第一稳态和第二稳态。磁性器件还具有第一非磁性层和参考磁性层。第一非磁性层在空间上分离钉扎磁性层与自由磁性层。磁性器件还包括第二非磁性层，所述第二非磁性层在空间上分离自由磁性层与参考磁性层。位于钉扎磁性层下的磁隧穿结由自由磁性层、第二非磁性层和参考磁性层形成。穿过磁性器件施加具有正或负极性与选定的振幅和持续时间的电流脉冲切换可变磁化向量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】倒置正交自旋转移叠层 相关申请的交叉参考 本申请要求于2012年10月17日提交的美国临时专利申请No. 61/715, 111的优 先权，其通过参考全文并入本文中。
技术介绍
正交自旋转移磁随机存取器件（0ST-MRAM?)包含极化器（polarizer)。在美国 专利No. 6, 980, 469中论述了器件和叠层，其整体通过参考并入本文。叠层的磁隧穿结内 和附近的粗糙度影响0ST?器件的性能。增大的粗糙度可能对于磁隧穿结的击穿有负面 影响。在堆叠顶上具有极化器的0ST?叠层可以减小磁隧穿结的粗糙度，增大器件磁阻 (magnetoresistance)，并改进0ST?存储器件的性能。
技术实现思路
总体上，本说明书中所述的主题的一个方面体现为一种磁性器件，该磁性器件包 括钉扎磁性层，钉扎磁性层具有第一固定磁化向量，所述第一固定磁化向量具有第一固定 磁化方向。磁性器件还包括自由磁性层，自由磁性层具有可变磁化向量，所述可变磁化向量 至少具有第一稳态和第二稳态。磁性器件还具有第一非磁性层和参考磁性层。第一非磁性 层在空间上分离钉扎磁性层与自由磁性层。参考磁性层具有第二固定磁化向量，第二固定 磁化向量具有第二固定磁化方向。磁性器件还包括第二非磁性层，所述第二非磁性层在空 间上分离自由磁性层与参考磁性层。由自由磁性层、第二非磁性层和参考磁性层形成磁隧 穿结。穿过磁性器件施加具有正或负极性与选定的振幅和持续时间的电流脉冲切换可变磁 化向量。磁隧穿结在空间上位于钉扎磁性层下。下文中更详细地描述了存储器件与存储系 统的其他实施方式。 前述
技术实现思路
仅是说明性的，绝非旨在是限制性的。除了上述说明性方面、实施方 式和特征以外，通过参考以下附图和【具体实施方式】，其他方面、实施方式和特征将会变得更 加清楚。【附图说明】 依据以下说明和所附权利要求书并结合附图，本公开内容的前述及其他特征会变 得更加清楚。应理解这些附图仅示出了根据本公开内容的几个实施方式，因此不应认为是 限制其范围，通过使用附图，将借助额外的特征和细节来描述本公开内容。 图1是磁性器件的图示。 图2是根据说明性实施方式的具有倒置叠层的磁性器件的图示。 图3是根据说明性实施方式的在堆叠顶部具有极化器（FMl)的倒置叠层的图示。 图4是根据说明性实施方式的具有合成反铁磁体（antiferromagnet)极化器的倒 置叠层的图示。 图5是根据说明性实施方式的具有钉扎（pinned)合成反铁磁体极化器的倒置叠 层的图示。 图6A和6C是非倒置叠层的透射电子显微镜截面。 图6B和6D是根据说明性实施方式的倒置叠层的透射电子显微镜截面。 图7是根据说明性实施方式的在顶上没有极化器的倒置磁隧穿结的图示。 图8是根据说明性实施方式的倒置叠层的图示。 图9是根据说明性实施方式的用于倒置叠层中的fee非磁性层的图示。 图10是根据说明性实施方式的用于倒置叠层中的bee非磁性层的图示。 图11是根据说明性实施方式的用于倒置叠层中的fee和bee非磁性层的图示。 图12是根据说明性实施方式的两个叠层的磁阻的平面隧穿效应测量中的电流的 曲线图。 图中所示的全部数值厚度为纳米（nm)。在以下【具体实施方式】中参考了附图。在附 图中，相似的符号通常标识相似的组件，除非上下文另有规定。【具体实施方式】、附图和权利 要求书中所述的说明性实施方式并非意图是限制性的。在不脱离本文提出的主题的精神或 范围的情况下，可以使用其他实施方式，可以做出其他变化。容易理解，本文总体说明的且 在附图中示出的本公开内容的方面可以以各种不同结构来布置、替代、组合和设计，它们全 都是可以明确地预料到的，并且是本公开内容的部分。【具体实施方式】 基本磁性器件的结构 图1显示了现有技术的多层的、柱状磁性器件，该磁性器件包括具有固定磁化方 向的钉扎磁性层FMl和具有自由磁化方向的自由磁性层FM2。Iii 1是钉扎磁性层FMl的磁化 向量，m2是自由磁性层FM2的磁化向量。钉扎磁性层FMl充当自旋角动量的源。 钉扎磁性层FMl和自由磁性层FM2由第一非磁性层Nl分隔，第一非磁性层Nl在 空间上分隔两个层FMl和FM2。Nl可以是非磁性金属（Cu、CuN、Cr、Ag、Au、Al、Ru、Ta、TaN 等），或者是薄非磁性绝缘体，例如Al2O3或MgO。当NI是非磁性金属时，其厚度必须小于或 近似等于材料在处于器件温度处的自旋扩散长度。这允许当电子在横穿（traverse)Nl时， 电子自旋极化被基本保持。在使用Cu的一个实施方式中，对于在室温或室温附近工作的器 件，层的厚度小于或近似等于0. 5到50nm。当Nl是绝缘层时，其厚度必须使得电子能够借 助量子力学隧穿效应横穿该层，并在该过程中大体保持其自旋极化的方向。在Nl是MgO或 Al2O3的实施方式中，层厚度应近似等于0.3到4nm。非磁性层Nl的厚度应使得在大致小于 层厚度的短长度级别上电子自旋方向无散射。柱状磁性器件的尺寸通常在纳米级别，例如， 它在横向上可以小于约200nm。 自由磁性层FM2实质上是磁性薄膜元件，与另外的两个层-钉扎磁性层FMl和非 磁性层Nl -起嵌入到柱状磁性器件中。层厚度通常约为0· 7nm到10nm。 这些柱状磁性器件可以借助许多不同方式（包括通过亚微米镂空掩模的物理气 相沉积（溅射法）、热和电子束蒸发）按照层的堆叠顺序来制造。也可以如下来制造这些 磁性器件：按照堆叠顺序使用溅射、热和电子束蒸发来形成多层膜，之后使用消减纳米制造 (subtractive nanofabrication)工艺，消减纳米制造工艺去除材料以在衬底（例如其它 半导体或者绝缘晶片的硅的衬底）表面上留下柱状磁性器件。半导体晶片可以已经包括 CMOS电路的部分，用于读写磁性器件。在叠层包含磁隧穿结时，可以使用退火。退火可以使 得MgO绝缘阻挡层晶化，并增强结的磁阻。在不同实施方式中，使用单一的退火过程。在一 个实施方式中，在300°C到450°C的温度对叠层退火，以热晶化MgO层。退火的持续时间是 几分钟（快速热退火）到几小时，较高退火温度需要的退火时间较短。退火常常在1特斯 拉或更大的磁场中进行，以设定参考层（FM3)的磁化状态。退火提供了自由层（FM2)的磁 各向异性的优选方向和增强的单轴磁各向异性。 用于铁磁体层的材料包括（但不限于）：Fe、Co、Ni ;这些元素的合金，例如Ni1 xFex 和CoFe ;这些铁磁体金属与例如B、Cu、V、Pd和Pt的非磁性金属的合金，其组成使得材料在 室温下是铁磁性排序的；导电材料；导磁氧化物，例如〇0 2和Fe 304;和完全自旋极化材料， 例如赫斯勒合金NiMnSb。对于非磁性层，材料包括（但不限于）Cu、CuN、Cr、Ag、Au、Al、Ru、 Ta 和 TaN。 电流源连接到钉扎磁性层FMl和自由磁性层FM2,以使得电流I可以横穿柱状器 件。在另一个实施方式中，对包含叠层的柱的顶部和底部形成电接触。 图2是根据本专利技术的说明性实施方式的倒置叠层200的图示。在该实施方式中，倒 置叠层200包含钉扎层FMl。钉扎层FMl可以被垂直于层的平面来磁化，在图2中由叫表 示该磁化。钉扎层FMl可以相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁性器件，包括：钉扎磁性层，所述钉扎磁性层具有第一固定磁化向量，所述第一固定磁化向量具有第一固定磁化方向；自由磁性层，所述自由磁性层具有可变磁化向量，所述可变磁化向量至少具有第一稳态和第二稳态；第一非磁性层，所述第一非磁性层在空间上分离所述钉扎磁性层与所述自由磁性层；参考磁性层，所述参考磁性层具有第二固定磁化向量，所述第二固定磁化向量具有第二固定磁化方向；及第二非磁性层，所述第二非磁性层在空间上分离所述自由磁性层与所述参考磁性层，其中，由所述自由磁性层、所述第二非磁性层和所述参考磁性层形成磁隧穿结，其中穿过所述磁性器件施加具有选定的振幅和持续时间的电流脉冲切换所述可变磁化向量，且其中所述磁隧穿结在空间上位于所述钉扎磁性层下。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·肯特，D·贝克斯，
申请(专利权)人：纽约大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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