[發明專利]具有細長自由層的磁結及其提供方法和包括其的磁存儲器

有效

• 申請號: 201611010093.1
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106876581B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 德米特羅·埃帕爾科夫;王淑霞;李將銀
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;H01L27/22
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 劉燦強;尹淑梅

本發明提供了具有細長自由層的磁結及其提供方法和包括其的磁存儲器。描述了一種可用于磁性裝置的磁結。所述磁結具有自由層、參考層以及在參考層與自由層之間的非磁性間隔層。當寫入電流經過磁結時，自由層在穩定磁狀態之間是可切換的。自由層具有在第一方向上的長度、在與第一方向垂直的第二方向上的寬度、交換剛度和與長度除以寬度相等的長寬比。長寬比大于1。交換剛度不小于2×10^?6erg/cm。

本申請要求于2015年11月16日提交的第62/255,994號臨時專利申請和于2016年2月12日提交的第15/043,349號非臨時專利申請的權益，通過引用將所述申請包含于此。

技術領域

本發明涉及一種磁結及其提供方法和一種包括其的磁存儲器，更具體地講，涉及一種具有細長自由層的磁結及其提供方法和一種包括其的磁存儲器。

背景技術

磁存儲器，特別是磁隨機存取存儲器(MRAM)因其在操作期間讀/寫速度高、耐力優秀、非易失性和低功耗的潛能而受到越來越多的關注。MRAM可以利用磁性材料作為信息記錄介質來存儲信息。MRAM的一種類型是自旋轉移力矩隨機存儲存儲器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用由被驅動經過磁結的電流來至少部分地對其進行寫入的磁結。被驅動經過磁結的自旋極化電流在磁結中對磁矩施加自旋力矩。結果，具有響應于自旋力矩的磁矩的層可被切換到期望的狀態。

例如，傳統磁隧道結(MTJ)可以用于傳統STT-MRAM中。傳統MTJ包括傳統被釘扎層(或傳統參考層)、傳統自由層以及在傳統參考層與傳統自由層之間的傳統隧道勢壘層。傳統MTJ可以包括傳統反鐵磁(AFM)層。

傳統參考層和傳統自由層是磁性的。傳統參考層的磁化在特定的方向上被固定或被釘扎。傳統自由層具有可變的磁化。傳統自由層可以是單層或可以包括多層。參考層和自由層可以具有垂直于層的平面(垂直于平面)或在層的平面內(平面內)來取向的它們的磁化。

為了切換傳統自由層的磁矩，在電流垂直于平面(CPP)方向上驅動電流經過傳統MTJ。此電流被參考層所自旋極化。當在CPP構造中驅動足夠的電流經過傳統磁結時，自由層的磁矩可以被切換為平行于或反平行于參考層磁矩。磁構造上的差異對應于不同的磁阻，并因此對應于傳統MTJ的不同邏輯狀態(例如，邏輯“1”和邏輯“0”)。

因為其用在各種應用中的潛力，所以對磁存儲器的研究正在進行中。用于改善STT-RAM的性能的方法受到期待。例如，期望在平衡狀態(當沒有被寫入時)下熱穩定的磁結和可以以相對適當的寫入電流來編程的磁結。此外，足夠高的磁阻對于讀取磁結的狀態來說是有益的。對更小的磁結和更高的面密度存儲器而言，期望保留這些特征。因此，需要可以改善自旋轉移力矩類存儲器的性能的方法和系統。

發明內容

描述了一種可用于磁性裝置的磁結。所述磁結具有自由層、參考層以及在參考層與自由層之間的非磁性間隔層。當寫入電流經過磁結時，自由層在穩定磁狀態之間是可切換的。自由層具有在第一方向上的長度、在與第一方向垂直的第二方向上的寬度、交換剛度和與長度除以寬度相等的長寬比。長寬比大于1。交換剛度不小于2×10^-6erg/cm。

附圖說明

圖1和圖2描繪了包括具有細長的自由層并利用自旋轉移可編程的磁結的磁性裝置的示例性實施例的側視圖和俯視圖。

圖3A和圖3B描繪了尺寸、熱穩定、長寬比和交換剛度之間關系的示例性實施例。

圖4和圖5描繪了具有細長的自由層并利用自旋轉移可編程的磁結的示例性實施例的側視圖和透視圖。

圖6描繪了包括具有細長的自由層并利用自旋轉移可編程的磁結的磁性裝置的示例性實施例的俯視圖。

圖7描繪了具有細長的自由層并利用自旋轉移可編程的磁結的示例性實施例的側視圖。