專利名稱：利用自旋轉(zhuǎn)移的垂直磁化磁性元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性存儲系統(tǒng)，尤其涉及一種用于提供具有垂直磁化(perpendicular magnetization)層的磁性元件的方法和系統(tǒng)，所述磁性元件采用自旋轉(zhuǎn)移(spin transfer)引起的切換(switching)，并且可以用于如磁性隨機(jī)存取存儲器(“MRAM”)的磁性存儲器中。
背景技術(shù)：
圖1A和1B描述了常規(guī)的磁性元件10和10’。常規(guī)的磁性元件10是自旋閥，并且包括常規(guī)的反鐵磁性(AFM)層12、常規(guī)的被釘扎層(pinned layer)14、常規(guī)的非磁性間隔層16和常規(guī)的自由層18。也可以使用其它層(未示出)，如晶種層或覆蓋層(seed or capping layer)。常規(guī)的被釘扎層14和常規(guī)的自由層18為鐵磁性的。因此，常規(guī)的自由層18被描述為具有可變磁化19。常規(guī)的非磁性間隔層16是導(dǎo)電性的。AFM層12用于在特定方向上固定或釘扎住被釘扎層14的磁化。自由層18的磁化通常響應(yīng)外磁場自由旋轉(zhuǎn)。在圖1B中所示的常規(guī)的磁性元件10’為自旋隧道結(jié)(spin tunneling junction)。常規(guī)自旋隧道結(jié)10’的部分與常規(guī)的自旋閥10類似。因此，常規(guī)的磁性元件10’包括AFM層12’、常規(guī)被釘扎層14’、常規(guī)絕緣阻擋層16’和具有可變磁化19’的常規(guī)自由層18’。常規(guī)的阻擋層16’足夠薄，使得電子可以在常規(guī)自旋隧道結(jié)10’中隧穿。
分別根據(jù)常規(guī)自由層18/18’的磁化19/19’方向和常規(guī)被釘扎層14/14’的磁化方向，常規(guī)磁性元件10/10’的電阻分別進(jìn)行變化。當(dāng)常規(guī)自由層18/18’的磁化19/19’與常規(guī)被釘扎層14/14’的磁化平行時，常規(guī)的磁性元件10/10’的電阻低。當(dāng)常規(guī)自由層18/18’的磁化19/19’與常規(guī)被釘扎層14/14’的磁化反平行時，常規(guī)的磁性元件10/10’的電阻高。
為了感測常規(guī)的磁性元件10/10’的電阻，驅(qū)動電流穿過常規(guī)磁性元件10/10’。電流可以以兩種配置之一驅(qū)動，平面內(nèi)電流(“CIP”)和垂直于平面電流(“CPP”)。在CPP配置中，垂直于常規(guī)磁性元件10/10’的層驅(qū)動電流(向上或向下如圖1A或1B中所示)。通常地，在存儲器應(yīng)用中，如在磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)的應(yīng)用中，常規(guī)的磁性元件10和10’以CPP配置使用。
圖2描述了另外一種常規(guī)磁性元件50，其使用具有垂直磁化的層。常規(guī)磁性元件50為自旋隧道結(jié)。磁性元件50可以用于存儲單元中。磁性元件50包括具有磁化62的常規(guī)被釘扎層60、阻擋層70和具有磁化82的常規(guī)自由層80。常規(guī)被釘扎層60和常規(guī)自由層80是鐵磁性的，并且各自具有分別垂直于層60和80的平面的磁化62和82。在此所述的垂直可描述為垂直于磁性元件的層面的方向。
常規(guī)的自由層80可包括如Co的高自旋極化層(未在圖2中單獨(dú)描述)，以及如GdFeCo的稀土過渡金屬合金層(未在圖2中單獨(dú)描述)。常規(guī)被釘扎層60包括如Co的高自旋極化層(未在圖2中單獨(dú)描述)，以及如TbFeCo的稀土過渡金屬合金層(未在圖2中單獨(dú)描述)。
為了克服與具有較高密度存儲單元的磁性存儲器有關(guān)的一些問題，已經(jīng)提出了將自旋轉(zhuǎn)移用于磁性元件10和10’。尤其是，自旋轉(zhuǎn)移可用于切換常規(guī)自由層18/18’的磁化19/19’。自旋轉(zhuǎn)移是在常規(guī)的磁性元件10’的背景下描述的，但是同樣適用于常規(guī)的磁性元件10。自旋轉(zhuǎn)移的當(dāng)前知識在以下出版物中詳細(xì)描述J.C.Slonczewski，“Current-driven Excitation of Magnetic Multilayers，”Journal of Magnetismand Magnetic Materials，vol.159，p.L1(1996)；L.Berger，“Emission ofSpin Waves by a Magnetic Multilayer Traversed by a Current，”Phys.Rev.B，vol.54，p.9353(1996)，以及F.J.Albert，J.A.Katine和R.A.Buhrman，“Spin-polarized Current Switching of a Co Thin Film Nanomagnet，”Appl.Phys.Lett.，vol.77，No.23，p.3809(2000)。因此，以下有關(guān)自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的描述是基于當(dāng)前知識，并不意在限制本發(fā)明的范圍。
當(dāng)自旋極化電流以CPP配置穿過磁性多層如自旋隧道結(jié)10’時，入射在鐵磁性層上的電子的自旋角動量的一部分可以轉(zhuǎn)移到該鐵磁性層。尤其是，入射在常規(guī)自由層18’上的電子可將它們的自旋角動量的一部分轉(zhuǎn)移到常規(guī)自由層18’。因此，如果電流密度足夠高(大約107-108A/cm2)并且自旋隧道結(jié)的橫向尺寸較小(大約小于200納米)，則自旋極化電流能夠切換常規(guī)自由層18’的磁化19’方向。此外，為了使自旋轉(zhuǎn)移能夠切換常規(guī)自由層18’的磁化19’方向，常規(guī)自由層18’應(yīng)當(dāng)足夠薄，比如對于Co來說優(yōu)選小于大約10納米?；谧孕D(zhuǎn)移的磁化切換控制其它切換機(jī)制，并且當(dāng)常規(guī)磁性元件10/10’的橫向尺寸較小、在幾百納米的范圍內(nèi)時變成可見的。因此，自旋轉(zhuǎn)移適用于具有較小磁性元件10/10’的較高密度磁性存儲器。
自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象可用于CPP配置，作為使用外部切換場來切換常規(guī)自旋隧道結(jié)10’的常規(guī)自由層18’的磁化方向的替代或額外手段。比如，常規(guī)自由層18’的磁化19’可以從反平行于常規(guī)被釘扎層14’的磁化的方向切換到平行于常規(guī)被釘扎層14’的磁化的方向。電流從常規(guī)自由層18’驅(qū)動到常規(guī)被釘扎層14’(傳導(dǎo)電子從常規(guī)被釘扎層14’流向常規(guī)自由層18’)。因此，從常規(guī)被釘扎層14’流動的多數(shù)電子的自旋被極化在與常規(guī)被釘扎層14’的磁化相同的方向上。這些電子可將它們角動量的充足部分轉(zhuǎn)移到常規(guī)自由層18’，以便切換常規(guī)自由層18’的磁化19’成平行于常規(guī)被釘扎層14’的磁化。可選地，自由層18’的磁化能夠從平行于常規(guī)被釘扎層14’的磁化的方向切換到反平行于常規(guī)被釘扎層14’的磁化。當(dāng)電流從常規(guī)被釘扎層14’驅(qū)動到常規(guī)自由層18’時(傳導(dǎo)電子在相反方向流動)，多數(shù)電子的自旋被極化在常規(guī)自由層18’的磁化方向上。這些多數(shù)電子被常規(guī)被釘扎層14’傳送(transmitted)。少數(shù)電子從常規(guī)被釘扎層14’反射返回到常規(guī)自由層18’，并且可轉(zhuǎn)移它們的足量角動量以切換自由層18’的磁化19’反平行于常規(guī)被釘扎層14’的磁化。
雖然自旋轉(zhuǎn)移起作用，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易知道，使用自旋轉(zhuǎn)移寫入常規(guī)磁性元件10和10’可能相對困難。尤其是，為了自旋轉(zhuǎn)移在分別切換自由層18和18’的磁化19或19’時變得可見且有用，通常需要大于大約107A/cm2的相對高的電流密度。這種高電流密度通常通過使用具有小的、亞微米的橫向尺寸和高偏流的常規(guī)磁性元件10或10’而獲得。比如，對于具有在0.1μm乘0.2μm量級的橫向尺寸的磁性元件，通常使用大約2毫安的偏流。由于各種原因，希望減小分別切換自由層18和18’的磁化19或19’所需要的電流密度。對于磁性存儲器應(yīng)用來說，如MRAM，希望具有低功耗和小隔離晶體管尺寸。高電流密度消耗更多的功率。此外，隔離晶體管通常與每個磁性元件連接。通過磁性元件的高電流密度對于隔離晶體管來說需要更大的飽和電流。該飽和電流與晶體管尺寸成比例。因此，晶體管和存儲單元的尺寸被高電流密度增大。希望有較小的存儲單元和較高密度的存儲器。使用較小晶體管將有助于這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)使用高電流密度時難以實(shí)現(xiàn)低功耗和高存儲密度的目標(biāo)。此外，對于磁性元件10’而言，由于高電流密度的存在，絕緣阻擋層16’可能經(jīng)受介電擊穿。因此，不利地影響磁性元件10’的可靠性。
一種流行的自旋轉(zhuǎn)移模型在以下出版物中公開J.C.Slonczewski，“Current-Driven Excitation of Magnetic Multilayer，”Journal of Magnetismand Magnetic Materials，vol.159，p.159，L1-L5(1996)。對于磁性元件10和10’，膜平面沿著x-y平面。在圖1B中Z方向朝向上(垂直于膜平面)。臨界切換電流密度Jc是對于給定的橫向尺寸切換自由層磁化方向所需的電流。自由層18和18’的各自磁化19和19’的切換電流密度由以下描述Jc∝αMst(Heff//+2πMS)/g (1)其中，α表示唯象吉爾伯特阻尼(the phenomenological Gilbert damping)；t是自由層18和18’的厚度；Ms是自由層18和18’的飽和磁化強(qiáng)度；Heff//是平面內(nèi)有效場；g對應(yīng)于自旋轉(zhuǎn)移切換的效率；以及2πMs歸因于垂直于膜平面的退磁場。
平面內(nèi)有效場包括平面內(nèi)單軸場、外磁場、偶極場和交換場。退磁項(xiàng)2πMs處于數(shù)千Oe的量級，并且控制平面內(nèi)有效場項(xiàng)，其處于數(shù)百Oe的量級。因此，盡管常規(guī)磁性元件能夠?qū)⒆孕D(zhuǎn)移作為切換機(jī)制使用，但是切換電流由于大的2πMs項(xiàng)的值而高。由于上述原因，對于磁性存儲器應(yīng)用來說高切換電流是不期望的。因此，需要一種用于提供磁性存儲元件的系統(tǒng)和方法，該磁性存儲元件能使用自旋轉(zhuǎn)移以低切換電流更容易地切換，同時提供高輸出信號。本發(fā)明即針對這種磁性存儲元件的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種用于提供可在磁性存儲器中使用的磁性元件的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括提供第一被釘扎層、絕緣阻擋層、自由層、導(dǎo)電非磁性間隔層和第二被釘扎層。每個被釘扎層具有被釘扎層易軸(easy axis)。所述被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向。所述阻擋層位于第一被釘扎層和自由層之間。所述間隔層位于自由層和第二被釘扎層之間。所述自由層具有自由層易軸，其至少一部分處于垂直方向。該磁性元件還被配置成當(dāng)寫入電流通過該磁性元件時允許由于自旋轉(zhuǎn)移而切換自由層。
根據(jù)在此公開的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明提供了一種磁性元件，其能夠使用自旋轉(zhuǎn)移以減小的電流寫入。


圖1A是常規(guī)磁性元件自旋閥的圖。
圖1B是另一常規(guī)磁性元件自旋隧道結(jié)的圖。
圖2示出了具有垂直磁化的另一常規(guī)磁性元件。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性元件的第一實(shí)施例。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性元件的第一優(yōu)選實(shí)施例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性元件的第二優(yōu)選圖5的高階流程圖示出了用于提供根據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性存儲器的方法的一個實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及如MRAM的磁性元件和磁性存儲器的改進(jìn)。以下描述使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以制造和使用本發(fā)明，并且是提供在專利申請及其需求的背景下。對優(yōu)選實(shí)施例的不同修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是很顯然的，并且在此的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例中。因此，本發(fā)明并不意在局限于所示出的實(shí)施例，而是符合與在此所述的原理和特征相一致的最寬范圍。
本發(fā)明提出了一種用于提供可在磁性存儲器中使用的磁性元件的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括提供第一被釘扎層、絕緣阻擋層、自由層、導(dǎo)電非磁性間隔層和第二被釘扎層。每個被釘扎層具有被釘扎層易軸。所述被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向。所述阻擋層位于第一被釘扎層和自由層之間。所述間隔層位于自由層和第二被釘扎層之間。所述自由層具有自由層易軸，其至少一部分處于垂直方向。磁性元件還被配置為當(dāng)寫入電流通過磁性元件時允許由于自旋轉(zhuǎn)移而切換自由層。由于垂直磁化，用于自旋轉(zhuǎn)移的切換電流可以減小。
將以具有某些組件的特定磁性存儲器和特定磁性元件對本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地知道，對于與本發(fā)明相一致的具有不同和/或其它組件的其它磁性存儲元件和/或具有不同和/或其它特征的其它磁性存儲器而言，本方法和系統(tǒng)將有效地起作用。本發(fā)明也是在對自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的當(dāng)前理解的背景下描述的。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地知道，對本方法和系統(tǒng)的行為的理論解釋是基于對自旋轉(zhuǎn)移的當(dāng)前理解。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還將容易地知道，本方法和系統(tǒng)是在與襯底具有特定關(guān)系的結(jié)構(gòu)的背景下描述的。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地知道，本方法和系統(tǒng)與其它結(jié)構(gòu)是一致的。此外，本方法和系統(tǒng)是在一些層是合成的和/或簡單的背景下描述的。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地知道，所說的層可以有另一結(jié)構(gòu)。此外，一些組件被描述為是鐵磁性的。但是，如在此所使用，術(shù)語鐵磁性可包括亞鐵磁性或者類似結(jié)構(gòu)。因此，如在此所使用，術(shù)語“鐵磁性”包括但不局限于鐵磁體和亞鐵磁體。本發(fā)明還是在單元件線(single elements lines)的背景下描述的。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易地知道，本發(fā)明與具有多元件、位線和字線的磁性存儲器的使用是一致的。
為了更具體地描述根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，現(xiàn)在參考圖3A，其描述了依據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性元件100的一個實(shí)施例。磁性元件100優(yōu)選用在磁性存儲器中，例如MRAM。因此，磁性元件100可用于包含隔離晶體管(未示出)的存儲單元中，以及磁性存儲器的其它構(gòu)造中。注意，除了所示的層之外，磁性元件100可包括其它的層，如AFM層(未示出)、晶種層(未示出)和/或覆蓋層(未示出)。
磁性元件100包括被釘扎層110、優(yōu)選為Al2O3的絕緣阻擋層120、自由層130、非磁性間隔層140和被釘扎層150。非磁性間隔層140為導(dǎo)電的且優(yōu)選為Cu。絕緣阻擋層120被配置為允許電荷載流子在自由層130和被釘扎層110之間隧穿。磁性元件100可以被認(rèn)為包括自旋隧道結(jié)部分102和自旋閥部分104。自旋隧道結(jié)部分102包括被釘扎層110、絕緣阻擋層120和自由層130。自旋閥部分包括自由層130、非磁性間隔層140和被釘扎層150。自旋閥部分104和自旋隧道結(jié)部分102因此共享自由層130。而且，配置磁性元件100使得可以使用自旋轉(zhuǎn)移寫入自由層130。
配置被釘扎層110和150和/或自由層130使得它們的各自磁化112、152和/或132穩(wěn)定，所述磁化的至少一部分分別垂直于層110和150和/或130的平面。優(yōu)選地，被釘扎層110和150和自由層130分別具有磁化112、152和132，所述磁化是穩(wěn)定的，分別基本上垂直于層110、150和130的平面，如圖3A所示。換句話說，自由層130以及優(yōu)選被釘扎層110和150的易軸的至少一部分分別垂直于層130、110和150的平面。如在此所使用，垂直描述了垂直于磁性元件的層的平面的方向。而且，被釘扎層110和150和自由層130的各自磁化112、152和132以及易軸在此描述為垂直的。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易知道，層110、130和150的各自磁化112、132和152以及易軸的一些部分可在平面內(nèi)。被釘扎層110和150和/或自由層130的磁化112、152和132為垂直的，優(yōu)選因?yàn)楸会斣鷮?10和150和/或自由層130具有垂直各向異性。比如，被釘扎層110和150和/或自由層130的垂直單軸各向異性可能是由于界面(或表面)各向異性和/或磁致彈性能效應(yīng)。
自由層130的易軸和磁化132優(yōu)選為垂直的。在一個實(shí)施例中，自由層130包括至少一個鐵磁性層(在圖3A中未單獨(dú)描述)，以及稀土過渡金屬合金層(在圖3A中未單獨(dú)描述)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，稀土過渡金屬合金層夾在更接近間隔層140和阻擋層120的兩個鐵磁性層之間。自由層130的鐵磁性層優(yōu)選地包括Co、Ni、Fe、它們的合金，或者CoX、CoFeX、CoNiFeX，其中X＝Cu、B、Ru、Re、Rh、Pt、Pd，優(yōu)選在5和60個原子百分?jǐn)?shù)之間。此外，鐵磁性層的厚度優(yōu)選在5和50埃之間。稀土過渡金屬合金層優(yōu)選為具有較低矯頑力的GdFe、GdCoFe。在優(yōu)選的實(shí)施例中，稀土過渡金屬合金層的矯頑力在50和300 Oe之間，且稀土過渡金屬合金層的厚度在300和500埃之間。稀土過渡金屬合金也是具有低磁化和垂直易軸的非晶膜。因此，當(dāng)這樣的稀土過渡金屬膜在室溫下沉積時，自由層130具有垂直易軸。特別是，稀土原子的自旋與過渡金屬原子的自旋反鐵磁耦合在一起。當(dāng)稀土過渡金屬合金層和鐵磁性層具有適當(dāng)?shù)暮穸葧r，稀土過渡金屬合金層，如GdCoFe，雖然交換耦合也可以使得鄰近的鐵磁性層垂直磁化。此外，可以通過改變稀土和過渡金屬的組成比率而將這些稀土過渡金屬合金層的飽和磁化強(qiáng)度調(diào)整成小至0到150emu/cm3。
在另一實(shí)施例中，自由層130可為多層結(jié)構(gòu)。比如，在這樣的一個實(shí)施例中，自由層130可是重復(fù)的5至10埃Co和15至25埃Pt的雙層。例如，這樣的雙層優(yōu)選地重復(fù)3至6次。類似地，自由層130可是重復(fù)的5至10埃CoCr和15至25埃Pt的雙層。這樣的雙層也優(yōu)選地重復(fù)3至6次。在另一實(shí)施例中，自由層130可是合成結(jié)構(gòu)。比如，自由層130可包括夾在(Co/Pt)n/Co層和(Co/Pt)n/Co層之間的Ru層，其中n代表特定的雙層重復(fù)n次。在優(yōu)選實(shí)施例中，n為3、4、5或6。在另一類似的實(shí)施例中，自由層130可包括夾在(CoCr/Pt)n/CoCr層和(CoCr/Pt)n/CoCr層之間的Ru層，其中n代表特定的雙層重復(fù)n次。在優(yōu)選的實(shí)施例中，n為3、4、5或6。(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n和(CoCr/Pt)n多層，其中n為3至6，由于因(鐵磁性層/Pt)界面引起的垂直各向異性而展示出垂直單軸磁各向異性。盡管上述結(jié)構(gòu)為優(yōu)選的，但也可以使用導(dǎo)致自由層130具有垂直磁化132的其它結(jié)構(gòu)。
被釘扎層110和150也優(yōu)選由于垂直各向異性具有各自的垂直磁化112和152以及垂直易軸。在一個實(shí)施例中，被釘扎層110和150各自包括鐵磁性層(在圖3A中未單獨(dú)描述)和稀土過渡金屬合金層(在圖3A中未單獨(dú)描述)。在優(yōu)選實(shí)施例中，鐵磁性層更靠近間隔層120和140。被釘扎層110和150的鐵磁性層優(yōu)選包括Co、Ni、Fe、它們的合金，或者CoX、CoFeX或CoNiFeX，其中X＝Cu、B、Ru、Re、Rh、Pt、Pd，優(yōu)選在5和60個原子百分?jǐn)?shù)之間。此外，鐵磁性層的厚度優(yōu)選在5和50埃之間。稀土過渡金屬合金為具有低磁化和垂直易軸的非晶膜。因此，當(dāng)這樣的稀土過渡金屬膜在室溫下沉積時，并且當(dāng)鐵磁性層和稀土過渡金屬合金膜具有適當(dāng)?shù)暮穸葧r，被釘扎層110和150具有垂直易軸。特別是，稀土原子的自旋與過渡金屬原子的自旋反鐵磁耦合在一起。稀土過渡金屬合金層，如TdCoFe，盡管交換耦合但可以使鄰近的鐵磁性層垂直磁化。用于被釘扎層110和150的稀土過渡金屬合金層優(yōu)選為具有高矯頑力的TbFe和/或TbCoFe。高矯頑力是至少為1000 Oe的矯頑力。比如，TbCoFe層通常有超過2000 Oe的矯頑力。在優(yōu)選的實(shí)施例中，稀土過渡金屬合金層的矯頑力大于kOe，且稀土過渡金屬合金層的厚度介于200埃和500埃之間。
在另一實(shí)施例中，被釘扎層110和150可各自為多層結(jié)構(gòu)。比如，在這樣的一個實(shí)施例中，被釘扎層110或150可以是多層AFM材料、在AFM材料上重復(fù)的5至10埃Co和15至25埃Pt的雙層、以及在雙層上的Co層。例如，這樣的雙層優(yōu)選地重復(fù)3至6次。類似地，被釘扎層110和/或150可是AFM材料、在AFM材料上重復(fù)的5至10埃CoCr和15至25埃Pt的雙層、以及在雙層上的CoCr層。例如，這樣的雙層也優(yōu)選地重復(fù)3至6次。在這樣的實(shí)施例中，AFM材料優(yōu)選為IrMn或PtMn。在另一實(shí)施例中，被釘扎層110和/或150可是合成結(jié)構(gòu)。比如，被釘扎層110和/或150可以包括由以下結(jié)構(gòu)接著的AFM層，該結(jié)構(gòu)包括夾在(Co/Pt)n/Co層和(Co/Pt)n/Co層之間的Ru層，其中n代表特定的雙層重復(fù)n次。在優(yōu)選實(shí)施例中，n為3、4、5或6。在另一類似的實(shí)施例中，被釘扎層110和/或150可包括由以下結(jié)構(gòu)接著的AFM層，該結(jié)構(gòu)包括夾在(CoCr/Pt)n/CoCr層和(CoCr/Pt)n/CoCr層之間的Ru層，其中n代表特定的雙層重復(fù)n次。在優(yōu)選的實(shí)施例中，n為3、4、5或6。(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n和CoCr/Pt多層，其中n為3至6，由于因(鐵磁性層/Pt)界面引起的垂直各向異性而展示出垂直單軸磁各向異性。盡管上述結(jié)構(gòu)為優(yōu)選的，但也可以使用導(dǎo)致被釘扎層110和/或150具有垂直磁化112和152的其它結(jié)構(gòu)。
工作時，被釘扎層110和150和自由層130的垂直各向異性、它們的易軸、以及所導(dǎo)致的各自磁化112、152和132的穩(wěn)定狀態(tài)至少部分地垂直且優(yōu)選基本上垂直。垂直各向異性導(dǎo)致使用自旋轉(zhuǎn)移切換自由層130的磁化132方向的較低切換電流密度。通常，對于具有垂直(層平面之外)支配的各向異性的膜，垂直各向異性場Heff⊥(包括垂直于平面作用的4πM)明顯大于Heff//(在平面中單軸作用)。因此，膜的平面外成為優(yōu)選的磁化方向。切換電流密度可以表達(dá)為Jc∝αMst(Han⊥-2πMS) (2)其中，Han⊥是垂直單軸各向異性場。
垂直單軸各向異性場可歸因于界面(或者表面)各向異性和/或磁致彈性能效應(yīng)。Han⊥的符號與2πMS項(xiàng)的符號相反。在膜具有平面外支配的(垂直)各向異性的情況下，Han⊥的絕對值大于2πMS的絕對值。因此，這樣的層(如自由層130或者被釘扎層110和150)的磁化(如磁化132、112和152)的穩(wěn)定狀態(tài)優(yōu)選是垂直的。此外，Han⊥-2πMS項(xiàng)的值，以及因此的切換電流密度Jc，可以通過優(yōu)化自由層130的垂直各向異性的Han⊥而減小。而且，如式(2)所示，因?yàn)镴c與MS2成比例，因此減小自由層130的磁化強(qiáng)度MS也是減小Jc的有效方法。
因此，使用具有垂直各向異性、垂直易軸并因此具有垂直磁化的自由層130以及在優(yōu)選實(shí)施例中被釘扎層110和150，能夠減小磁性元件100的切換電流密度。此外，通過降低自由層130的飽和磁化強(qiáng)度MS，例如通過選擇自由層130的合適材料，能夠進(jìn)一步減小切換電流密度。因此，可使用自旋轉(zhuǎn)移更容易地寫入磁性元件100。此外，通過使用上述的材料可以分別獲得自由層130和被釘扎層110和150的穩(wěn)定垂直磁化132、112和152。因此，穩(wěn)定的垂直磁化在深亞微米磁性元件中獲得，比如0.1μm×0.1μm。這與平面內(nèi)磁化膜形成對比，其通常需要高縱橫比來最小化磁化彎曲(curling)并且獲得穩(wěn)定的磁化。這樣的高縱橫比可限制使用這種磁性元件的存儲器的尺寸減小以及密度增大。因此，磁性元件100可用于高密度存儲器中。進(jìn)一步地，自由層130的矯頑力主要由垂直各向異性的差異Han⊥-2πMS決定，因此對磁性元件100的橫向尺寸不敏感。因此，可以減小或者消除由于在存儲器中布置磁性元件100的變化而引起的矯頑力分布。進(jìn)一步地，當(dāng)將鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的組合用于被釘扎層110和150時，被釘扎層110和150可具有小的凈磁化。因此，可以基本減小或者消除由于被釘扎層110和150引起的靜磁場。所以，可以減小由于在被釘扎層110和150和自由層130之間的靜磁耦合而引起的磁阻曲線中的偏移。因此，自旋轉(zhuǎn)移寫入操作的可靠性得以提高。而且，磁性元件100可更簡單地制成。在許多實(shí)施例中，可使用如磁控濺射的物理氣相沉積來沉積垂直磁化自由層130和被釘扎層110和150。
圖3B描繪了根據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性元件200的第一優(yōu)選實(shí)施例。磁性元件200優(yōu)選地用于磁性存儲器中，例如MRAM。因此，磁性元件200可用于包括隔離晶體管(未示出)的存儲單元中以及磁性存儲器的其它構(gòu)造中。注意，除了所示的層之外，磁性元件200可包括其它的層，如AFM層(未示出)、晶種層(未示出)和/或覆蓋層(未示出)。磁性元件200可被認(rèn)為包括自旋隧道結(jié)部分202和自旋閥部分204。磁性元件200包括被釘扎層210、優(yōu)選為Al2O3的絕緣阻擋層220、自由層230、非磁性間隔層240和被釘扎層250。非磁性間隔層240為導(dǎo)電的且優(yōu)選Cu。絕緣阻擋層220被配置為允許電荷載流子在自由層230和被釘扎層210之間隧穿。因此，自旋隧道結(jié)部分202包括被釘扎層210、絕緣阻擋層220和自由層230。自旋閥部分204包括自由層230、非磁性間隔層240和被釘扎層250。自旋閥部分204和自旋隧道結(jié)部分202因此共享自由層230。層210、220、230、240和250與圖3A中所示的磁性元件100的層110、120、130、140和150相似。自旋隧道結(jié)部分202從而與自旋隧道結(jié)部分102相似。類似地，自旋閥204與自旋閥104相似。此外，配置磁性元件200以使得可使用自旋轉(zhuǎn)移寫入自由層230。
被釘扎層210優(yōu)選地由于其垂直各向異性而具有垂直易軸并因此具有垂直磁化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，被釘扎層210包括稀土過渡金屬層212，其上是包括夾在兩個鐵磁性層214和218之間的非磁性導(dǎo)電層216的多層結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施例中，稀土過渡金屬層212包括300埃的TbFeCo。也在優(yōu)選實(shí)施例中，鐵磁性層214和218包括20埃的CoFe。由于稀土過渡金屬層212和鐵磁性層214之間的交互作用，被釘扎層210具有垂直易軸并因此具有垂直磁化。
自由層230優(yōu)選地由于其垂直各向異性而具有垂直易軸和垂直磁化。在一個實(shí)施例中，自由層230包括被稀土過渡金屬層234分隔開的兩個鐵磁性層232和236。在這一實(shí)施例中，鐵磁性層232和236各優(yōu)選包括5至10埃Co、Ni、Fe、它們的合金，或者CoX、CoFeX或CoNiFeX，其中X＝Cu、B、Ru、Re、Rh、Pt、Pd，優(yōu)選地在5和60個原子百分?jǐn)?shù)之間。在這一實(shí)施例中，稀土過渡金屬層234優(yōu)選為經(jīng)調(diào)整而具有低矯頑力和低磁化的500埃GdFeCo。在可選實(shí)施例中，可以省略稀土過渡金屬層234。在這種情況下，層232優(yōu)選為CoFe，而層236優(yōu)選為重復(fù)n次的Pt/CoFe雙層，其中n是整數(shù)。在這樣的實(shí)施例中，由于稀土過渡金屬合金層234和鐵磁性層232和234之間的交互作用，或者由于鐵磁性層和Pt層之間的界面，自由層230具有垂直各向異性，并且因此具有垂直易軸和垂直磁化。
被釘扎層250優(yōu)選地由于其垂直各向異性而具有垂直易軸，并因此具有垂直磁化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，被釘扎層250包括在鐵磁性層252上的稀土過渡金屬層254。在優(yōu)選的實(shí)施例中，稀土過渡金屬層254包括300埃TbFeCo。也在優(yōu)選實(shí)施例中，鐵磁性層252包括20埃CoFe。由于稀土過渡金屬層254和鐵磁性層252之間的交互作用，被釘扎層250具有垂直易軸，并因此具有垂直磁化。在所示的實(shí)施例中，最靠近自由層230的被釘扎層210部分的磁化方向與最靠近自由層230的被釘扎層250部分的磁化方向相反。換句話說，鐵磁性層218的磁化優(yōu)選地被釘扎在與鐵磁性層252的磁化被釘扎方向相反的方向上。因此，被釘扎層210和250的磁化可以被認(rèn)為是相對于自由層230不對稱。
由于自由層230的垂直各向異性，磁性元件200優(yōu)選地享有磁性元件100的優(yōu)點(diǎn)，包括但不局限于較低的切換電流密度、甚至在深亞微米區(qū)域中的穩(wěn)定垂直磁化而不需要高縱橫比、自由層230的矯頑力的減小分布、磁阻曲線中的減小偏移以及伴隨提高的使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的可靠性。此外，磁性元件200可制造簡單，因?yàn)榭墒褂梦锢須庀喑练e而沉積垂直磁化自由層230和被釘扎層210和250，如磁控濺射。進(jìn)一步地，因?yàn)樽孕淼澜Y(jié)部分202的阻擋層220的電阻率以及210的隧道磁阻較高，可得到較高的信號。此外，如果被釘扎層210和250的方向如上所述是非對稱的，則磁性元件200的自旋隧道結(jié)部分202和自旋閥部分204都對使用自旋轉(zhuǎn)移切換自由層230作貢獻(xiàn)。因此，可得到磁性元件200的甚至更低的切換電流密度。
圖4是根據(jù)本發(fā)明使用具有垂直磁化的層的磁性元件300的第二優(yōu)選實(shí)施例。注意，除了所示的層之外，磁性元件300可包括其它的層，如晶種層(未示出)和/或覆蓋層(未示出)。磁性元件300的組件與磁性元件200相類似。因此，磁性元件300的這些組件被類似標(biāo)記。比如，磁性元件300可以認(rèn)為包括自旋隧道結(jié)部分302和自旋閥部分304，它們與圖3B中所示的磁性元件200的自旋隧道結(jié)部分202和自旋閥部分204類似。
磁性元件300包括AFM層306、被釘扎層310，優(yōu)選為Al2O3的絕緣阻擋層320、自由層330、優(yōu)選為Cu的非磁性間隔層340、被釘扎層350和AFM層360。AFM層306和360優(yōu)選為IrMn，但是可包括其它的AFM材料。因此，自旋隧道結(jié)部分302包括AFM層306、被釘扎層310、優(yōu)選為Al2O3的絕緣阻擋層320和自由層330。自旋閥部分304包括自由層330、優(yōu)選為Cu的非磁性間隔層340、被釘扎層350和AFM層360。自旋隧道結(jié)部分302因此優(yōu)選地與磁性元件100的自旋隧道結(jié)部分102類似。自旋閥部分304優(yōu)選地與磁性元件100的自旋閥部分104類似。因此，磁性元件300享有磁性元件100和200的許多優(yōu)點(diǎn)。
被釘扎層310優(yōu)選地由于其垂直各向異性而具有垂直易軸，并因此具有垂直磁化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，被釘扎層310包括與CoFe層結(jié)合的重復(fù)n次CoFe/Pt雙層的多層結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施例中，整數(shù)n從3至6。由于鐵磁性CoFe層和Pt層之間的界面，被釘扎層310具有垂直各向異性、垂直易軸，并因此具有垂直磁化。
自由層330優(yōu)選地由于其垂直各向異性而具有垂直易軸和垂直磁化。在一個實(shí)施例中，自由層330包括被稀土過渡金屬合金層334分隔開的兩個鐵磁性層332和336。在這一實(shí)施例中，鐵磁性層332和336各優(yōu)選包括5至10埃Co、Ni、Fe、它們的合金，或者CoX、CoFeX或CoNiFeX，其中X＝Cu、B、Pt、Ru、Re、Rh、Pd，優(yōu)選在5和60個原子百分?jǐn)?shù)之間。在這樣的實(shí)施例中，稀土過渡金屬合金層334優(yōu)選為經(jīng)調(diào)整而具有低矯頑力和低磁化的300至500埃GdFeCo。在可選實(shí)施例中，可以省略稀土過渡金屬合金層334。在這種情況下，層332優(yōu)選為CoFe，而層336優(yōu)選為重復(fù)n次的Pt/CoFe雙層，其中n是整數(shù)。在這樣的實(shí)施例中，由于稀土過渡金屬合金層334和鐵磁性層332和336之間的交互作用，或者由于鐵磁性層和Pt層之間的界面，自由層330具有垂直各向異性，并因此具有垂直易軸和垂直磁化。
被釘扎層350優(yōu)選地由于其垂直各向異性而具有垂直易軸，并因此具有垂直磁化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，被釘扎層350包括被Ru層354分隔的兩個雙層352和356的多層結(jié)構(gòu)，所述兩個雙層352和356為重復(fù)n次的CoFe/Pt與CoFe層結(jié)合。在優(yōu)選實(shí)施例中，整數(shù)n從3至6。由于層352和356的鐵磁性CoFe層和Pt層之間的界面，被釘扎層350具有垂直各向異性、垂直易軸，并因此具有垂直磁化。
在所示的實(shí)施例中，最靠近自由層330的被釘扎層310部分的磁化方向與最靠近自由層330的被釘扎層350部分的磁化方向相反。換句話說，被釘扎層310的磁化優(yōu)選地被釘扎在與雙層352的磁化被釘扎方向相反的方向上。因此，被釘扎層310和350的磁化可被認(rèn)為是相對于自由層330不對稱。
由于自由層330的垂直各向異性，磁性元件300優(yōu)選享有磁性元件100的優(yōu)點(diǎn)，包括但不局限于較低的切換電流密度、甚至在深亞微米區(qū)域中的穩(wěn)定垂直磁化而不需要高縱橫比、自由層330的矯頑力的減小分布、磁阻曲線中的減小偏移以及伴隨提高的使用自旋轉(zhuǎn)移寫入的可靠性。此外，磁性元件300可制造簡單，因?yàn)榭墒褂梦锢須庀喑练e而沉積垂直磁化自由層330和被釘扎層310和350，如磁控濺射。進(jìn)一步地，因?yàn)樽孕淼澜Y(jié)部分302的阻擋層320的電阻率以及302的隧道磁阻較高，可得到較高的信號。此外，如果被釘扎層310和350的方向如上所述是非對稱的，則磁性元件300的自旋隧道結(jié)部分302和自旋閥部分304都對使用自旋轉(zhuǎn)移切換自由層330作貢獻(xiàn)。因此，可以得到磁性元件300的甚至更低的切換電流密度。
圖5的高階流程圖示出了用于提供根據(jù)本發(fā)明的垂直磁化磁性存儲器的方法400的一個實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易知道，為了簡明，已經(jīng)省略了許多步驟。通過步驟402，提供具有垂直各向異性、垂直易軸并因此具有垂直磁化的被釘扎層。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟402包括使用物理氣相沉積技術(shù)來沉積被釘扎層。通過步驟404提供間隔層。間隔層是非磁性的且可是絕緣阻擋層或者導(dǎo)電層。通過步驟406，提供具有垂直各向異性、垂直易軸并因此具有垂直磁化的自由層。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟406包括使用物理氣相沉積技術(shù)來沉積自由層。通過步驟408提供另一間隔層。如果在步驟404提供的間隔層是絕緣阻擋層，則步驟408提供非磁性導(dǎo)電間隔層。類似地，如果步驟404提供的間隔層是非磁性導(dǎo)電間隔層，則步驟408提供絕緣阻擋層。通過步驟410，提供具有垂直各向異性、垂直易軸并因此具有垂直磁化的被釘扎層。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟410包括使用物理氣相沉積技術(shù)來沉積被釘扎層。
因此，使用方法400，可相對簡單地提供磁性元件100、200和/或300。因此，可獲得這樣的磁性元件100、200和300的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明公開了一種用于提供磁性元件的方法和系統(tǒng)，所述磁性元件包括具有垂直磁化的磁性層，并且其中自旋轉(zhuǎn)移切換電流密度減小。盡管本發(fā)明是依據(jù)所示實(shí)施例描述的，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易知道，可以變化實(shí)施例，而這些變化將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可進(jìn)行許多修改，而不背離所附權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁性元件，包括具有第一被釘扎層易軸的第一被釘扎層，所述第一被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向；間隔層，所述間隔層是非磁性的和導(dǎo)電的；自由層，所述間隔層位于第一被釘扎層和自由層之間，所述自由層具有自由層易軸，所述自由層易軸的至少一部分處于垂直方向；阻擋層，所述阻擋層為絕緣體且具有允許隧穿阻擋層的厚度；具有第二被釘扎層易軸的第二被釘扎層，所述第二被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向，所述阻擋層位于自由層和第二被釘扎層之間；其中所述磁性元件被配置成，當(dāng)寫入電流通過磁性元件時允許由于自旋轉(zhuǎn)移而切換自由層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層包括鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的雙層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性元件，其中所述稀土過渡金屬合金層包括GdFe和/或GdFeCo。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性元件，其中所述鐵磁性層包括5至10埃的Co、Ni、Fe、它們的合金，或者CoX、CoFeX或CoNiFeX，其中X為5至60個原子百分?jǐn)?shù)之間的Cu、B、Ru、Re、Rh、Pt、Pd。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層包括(Co/Pt)n或者(CoCr/Pt)n，其中n是整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層包括(Fe/Pt)n或者(CoFe/Pt)n，其中n是整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層包括[(CoPt)n/Co]/Ru/[(CoPt)n/Co]或者[(CoCrPt)n/CoCr]/Ru/[(CoCrPt)n/CoCr]n，其中n是整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層包括鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的雙層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁性元件，其中所述稀土過渡金屬合金層包括TbFe和/或TbFeCo。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層包括(Co/Pt)n或者(CoCr/Pt)n，其中n是整數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層包括(Fe/Pt)n或者(CoFe/Pt)n，其中n是整數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層包括[(CoPt)n/Co]/Ru/[(CoPt)n/Co]或者[(CoCrPt)n/CoCr]/Ru/[(CoCrPt)n/CoCr]n，其中n是整數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被釘扎層包括[CoFe/Ru/CoFe]。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二被釘扎層包括鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的雙層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中所述稀土過渡金屬合金層包括TbFe和/或TbFeCo。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二被釘扎層包括(Co/Pt)n或者(CoCr/Pt)n，其中n是整數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二被釘扎層包括(Fe/Pt)n或者(CoFe/Pt)n，其中n是整數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二被釘扎層包括[(CoPt)n/Co]/Ru/[(CoPt)n/Co]或者[(CoCrPt)n/CoCr]/Ru/[(CoCrPt)n/CoCr]n，其中n是整數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述第二被釘扎層包括[(CoFePt)n/Ru/CoFePt]。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性元件，其中所述自由層易軸處于垂直方向。
21.一種用于提供磁性元件的方法，包括(a)提供具有第一被釘扎層易軸的第一被釘扎層，所述第一被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向；(b)提供間隔層，所述間隔層是非磁性的和導(dǎo)電的；(c)提供自由層，所述間隔層位于第一被釘扎層和自由層之間，所述自由層具有自由層易軸，所述自由層易軸的至少一部分處于垂直方向；(d)提供阻擋層，所述阻擋層為絕緣體，且具有允許隧穿阻擋層的厚度；以及(e)提供具有第二被釘扎層易軸的第二被釘扎層，所述第二被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向，所述阻擋層位于自由層和第二被釘扎層之間；其中所述磁性元件被配置成，當(dāng)寫入電流通過磁性元件時允許由于自旋轉(zhuǎn)移而切換自由層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述自由層提供步驟(c)包括提供鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的雙層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述稀土過渡金屬合金層包括GdFe和/或GdFeCo。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述鐵磁性層包括5至10埃的Co、Ni、Fe、它們的合金，或者CoX、CoFeX或CoNiFeX，其中X為5至60個原子百分?jǐn)?shù)之間的Cu、B、Ru、Re、Rh、Pt、Pd。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述自由層提供步驟(c)包括提供(Co/Pt)n或者(CoCr/Pt)n，其中n是整數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述自由層提供步驟(c)包括提供(Fe/Pt)n或者(CoFe/Pt)n，其中n是整數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述自由層提供步驟(c)包括提供[(CoPt)n/Co]/Ru/[(CoPt)n/Co]或者[(CoCrPt)n/CoCr]/Ru/[(CoCrPt)n/CoCr]n，其中n是整數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一被釘扎層提供步驟(a)包括提供鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的雙層。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述稀土過渡金屬合金層包括TbFe和/或TbFeCo。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一被釘扎層提供步驟(a)包括(Co/Pt)n或者(CoCr/Pt)n，其中n是整數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一被釘扎層提供步驟(a)包括提供(Fe/Pt)n或者(CoFe/Pt)n，其中n是整數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一被釘扎層提供步驟(a)進(jìn)一步包括提供[(CoPt)n/Co]/Ru/[(CoPt)n/Co]或者[(CoCrPt)n/CoCr]/Ru/[(CoCrPt)n/CoCr]n，其中n是整數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一被釘扎層提供步驟(a)進(jìn)一步包括提供[CoFe/Ru/CoFe]。
34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第二被釘扎層提供步驟(c)包括提供鐵磁性層和稀土過渡金屬合金層的雙層。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述稀土過渡金屬合金層包括TbFe和/或TbFeCo。
36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第二被釘扎層提供步驟(c)包括提供(Co/Pt)n或者(CoCr/Pt)n，其中n是整數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第二被釘扎層提供步驟(c)包括提供(Fe/Pt)n或者(CoFe/Pt)n，其中n是整數(shù)。
38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第二被釘扎層包括提供[(CoPt)n/Co]/Ru/[(CoPt)n/Co]或者[(CoCrPt)n/CoCr]/Ru/[(CoCrPt)n/CoCr]n，其中n是整數(shù)。
39.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第二被釘扎層提供步驟(c)包括提供[CoFe/Ru/CoFe]。
40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述自由層易軸處于垂直方向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于提供能夠在磁性存儲器中使用的磁性元件的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括提供第一被釘扎層、阻擋層、自由層、導(dǎo)電非磁性間隔層和第二被釘扎層。每個被釘扎層具有被釘扎層易軸。所述被釘扎層易軸的至少一部分處于垂直方向。所述阻擋層位于第一被釘扎層和自由層之間。所述間隔層位于自由層和第二被釘扎層之間。所述自由層具有自由層易軸，該自由層易軸的至少一部分處于垂直方向。所述磁性元件還配置成，當(dāng)寫入電流通過磁性元件時允許由于自旋轉(zhuǎn)移效應(yīng)而切換自由層。由于垂直磁化，用于自旋轉(zhuǎn)移的寫入電流可極大減小。
文檔編號G11C11/00GK1938780SQ200580010520
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者懷一鳴 申請人:弘世科技公司