[发明专利]具有垂直磁性隧道结的磁性器件

权利要求书

1.一种磁性存储器件，包括：

下部电极；

下部电极之上的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括自由层结构、钉扎层结构、和它们之间的隧道势垒；和

磁性隧道结之上的上部电极，

其中自由层结构与钉扎层结构中的每一个都包括具有本征平面内磁化特性的平面内层和对于平面内层诱发垂直磁化特性的垂直磁化诱发层，

其中自由层结构的垂直磁化诱发层包括非磁性金属氧化物层，而钉扎层结构的垂直磁化诱发层包括交换耦合层和具有本征垂直磁化特性的垂直层，

其中交换耦合层具有以这样的方式选择的厚度，即，该厚度使得钉扎层结构的垂直层和平面内层经受它们之间的反铁磁交换耦合。

2.如权利要求1所述的器件，其中交换耦合层布置在钉扎层结构的垂直层与平面内层之间，并且

所述非磁性金属氧化物层可以被提供来直接覆盖自由层结构的平面内层。

3.如权利要求1所述的器件，其中交换耦合层以钌、铱或铑中的至少一个来形成。

4.如权利要求1所述的器件，其中交换耦合层具有使得钉扎层结构的垂直层与平面内层之间的反铁磁交换耦合最大化的厚度。

5.如权利要求1所述的器件，其中交换耦合层的厚度的范围是大约到大约。

6.如权利要求1所述的器件，其中非磁性金属氧化物层是包括钽氧化物、镁氧化物、钌氧化物、铱氧化物、铂氧化物、钯氧化物、或钛氧化物中的至少一个的单层结构或多层结构。

7.如权利要求1所述的器件，其中垂直层包括含钴的垂直磁性材料中的至少一个。

8.如权利要求1所述的器件，其中垂直层由钴铂合金或添加了元素X的钴铂合金形成，其中元素X是硼、钌、铬、钽、或氧化物中的至少一个。

9.如权利要求1所述的器件，其中垂直层是包括交替地彼此堆叠的含钴层和贵金属层的多层结构，

含钴层由钴、钴铁、钴镍、和钴铬之一形成，以及

贵金属层由铂和钯之一形成。

10.如权利要求1所述的器件，其中垂直层是包括第一垂直层和第二垂直层的双层结构，并且其中第一垂直层和第二层中的每一个包括：

钴铂合金层或添加了元素X的钴铂合金层，其中元素X是硼、钌、铬、钽、或氧化物中的至少一个，或者包括交替地彼此堆叠的含钴层和贵金属层的多层结构，其中含钴层由钴、钴铁、钴镍、和钴铬之一形成，而贵金属层由铂和钯之一形成。

11.如权利要求1所述的器件，其中钉扎层结构还包括插入在交换耦合层与垂直层之间的钴层或富钴层。

12.如权利要求1所述的器件，其中钉扎层结构的平面内层是包括钴、铁、或者其合金中的至少一个的单层结构或多层结构。

13.如权利要求1所述的器件，其中钉扎层结构的平面内层是包括一对具有本征平面内磁化特性的磁性层以及插入它们之间的非磁性金属层的多层结构。

14.如权利要求1所述的器件，其中钉扎层结构的平面内层是包括Co、CoFeB、CoFeBTa、CoHf、或CoZr中的至少一个的单层结构或双层结构。

15.如权利要求1所述的器件，其中自由层结构的平面内层是包括钴、铁、镍、或者其合金中的至少一个的单层结构或多层结构。

16.如权利要求1所述的器件，其中自由层结构的平面内层是包括Fe、Co、Ni、CoFe、NiFe、NiFeB、CoFeB、CoFeBTa、CoHf、或CoZr中的至少一个的单层结构或多层结构。

17.如权利要求1所述的器件，其中自由层结构的平面内层是包括一对具有本征平面内磁化特性的磁性层以及插入它们之间的非磁性金属层的多层结构。

18.如权利要求17所述的器件，其中所述一对磁性层由CoFeB形成，并且非磁性金属层是具有大约到大约的厚度的钽层。

19.如权利要求1所述的器件，还包括，

第一导电元件，其将磁性隧道结连接至开关器件；和

第二导电元件，其将磁性隧道结连接至互连线，

其中第二导电元件是包括贵金属层、磁性合金层、或金属层中的至少一个的单层结构或多层结构。

20.如权利要求19所述的器件，其中自由层结构被布置为：距离第一导电元件比距离第二导电元件近，并且

钉扎层结构被布置为：距离第二导电元件比距离第一导电元件近。