[发明专利]磁性结及其使用方法和磁存储器及系统

说明书

技术领域

本发明涉及磁存储领域。

背景技术

磁存储器，特别地磁随机存取存储器（MRAM）由于其高的读/写速度、良好的耐久性、非易失性和操作期间低的功耗等潜力而引起日益增大的兴趣。MRAM能够利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移转矩随机存取存储器（STT-RAM）。STT-RAM使用通过驱动经过磁性结的电流被至少部分写入的磁性结。驱动经过磁性结的自旋极化电流对磁性结中的磁矩施加自旋转矩。结果，具有响应于自旋转矩的磁矩的层可以被切换到期望的状态。

例如，图1示出常规磁隧穿结（MTJ）10，其可以使用在常规STT-RAM中。常规MTJ10通常位于底接触11上，使用常规籽层12并包括常规反铁磁（AFM）层14、常规被钉扎层16、常规隧穿势垒层18、常规自由层20和常规盖层22。还示出顶接触24。

常规接触11和24用于在电流垂直于平面（CPP）方向或沿着如图1所示的z轴驱动电流。常规籽层12通常用于帮助具有期望的晶体结构的后续层诸如AFM层14的生长。常规隧穿势垒层18是非磁的并且是例如薄绝缘体诸如MgO。

常规被钉扎层16和常规自由层20是磁性的。常规被钉扎层16的磁化17通常通过与AFM层14的交换偏置相互作用而被固定或被钉扎在特定方向。尽管示出为简单（单个）层，但是常规被钉扎层16可以包括多个层。例如，常规被钉扎层16可以是包括通过薄的导电层诸如Ru而反铁磁或铁磁地耦合的磁性层的综合反铁磁（SAF）层。在这样的SAF中，可以使用交插有Ru薄层的多个磁性层。此外，常规MTJ10的其它形式可包括通过额外非磁势垒或导电层（未示出）与自由层20分隔开的额外被钉扎层（未示出）。

常规自由层20具有可改变的磁化21。尽管被示出为简单的层，但是常规自由层20也可以包括多个层。例如，常规自由层20可以是综合层，包括通过薄的导电层诸如Ru而反铁磁或铁磁地耦合的磁性层。尽管示出为在平面内，但是常规自由层20的磁化21可以具有垂直各向异性。

为了切换常规自由层20的磁化21，电流被垂直于平面（在z方向上）驱动。当足够的电流从顶接触24驱动到底接触11时，常规自由层20的磁化21可以切换为平行于常规被钉扎层16的磁化17。当足够的电流从底接触11驱动到顶接触24时，自由层的磁化21可以切换为反平行于被钉扎层16的磁化。磁配置的差异对应于不同的磁阻并由此对应于常规MTJ10的不同逻辑状态（例如，逻辑“0”或逻辑“1”）。

尽管常规MTJ10可以使用自旋转移写入并使用在STT-RAM中，但是存在缺点。例如，切换常规自由层20的磁矩所需的电流会是高的。由于很多原因，高电流是不期望的。较高的电流消耗较多的功率，具有较高的可能性导致对常规隧穿势垒18的损伤，并会具有导致较低编程速率的较高上升时间。因此，仍期望改善使用常规MTJ的存储器的性能。

发明内容

示范性实施例提供使用可用于磁器件中的磁性结。该磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层和自由层。该非磁间隔层在被钉扎层和自由层之间。磁性结被构造为使得当写入电流流经磁性结时自由层可在多个稳定的磁性状态之间切换。自由层和被钉扎层中的至少一个包括至少一种半金属（half metal）。

附图说明

图1示出使用自旋转移转矩切换的常规磁隧穿结。

图2示出磁性结的示范性实施例。

图3示出磁性结的另一示范性实施例。

图4示出磁性结的另一示范性实施例。

图5示出磁性结的另一示范性实施例。

图6示出磁性结的另一示范性实施例。

图7示出磁性结的另一示范性实施例的一部分。

图8示出磁性结的另一示范性实施例。

图9示出磁性结的另一示范性实施例。

图10A和10B示出磁性结的另一示范性实施例。

图11示出磁性结的另一示范性实施例。

图12示出在存储单元的存储元件中使用磁性结的存储器的示范性实施例。

图13是示出提供磁性结的方法的示范性实施例的流程图。

具体实施方式