[发明专利]具有垂直磁性隧道结的磁性器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2010年8月24日提交的第12/862,074号美国专利申请的部分连续申请，并且要求该申请的优先权，其中所述第12/862,074号美国专利申请要求2009年9月11日提交的第10-2009-0086084号韩国专利申请和2009年9月30日提交的第10-2009-0093306号韩国专利申请的优先权，其整体内容通过引用结合于此。本申请也是2011年4月21日提交的第13/091,215号美国专利申请的部分连续申请，并且基于要求该申请的优先权，其中所述第13/091,215号美国专利申请要求2010年4月21日提交的第10-2010-0037017号韩国专利申请的优先权，其整体内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明构思的示范性实施例涉及半导体器件，更具体地，涉及诸如具有垂直磁性隧道结的磁性存储器件的磁性器件。

背景技术

随着便携式计算设备和无线通信设备的使用的持续增长，半导体器件可能要求更高的密度、更低的功率、和/或非易失特性。磁性存储器件也许能够满足上述技术需求。

一个用于磁性存储器件的示例数据存储机制是磁性隧道结（MTJ）的隧道磁阻（tunnel magneto resistance,TMR）效应。由于TMR效应，MTJ的磁性取向能够由自旋转矩翻转（spin-torque switching）来控制。例如，已经开发了具有MTJ的磁性存储器件，从而MTJ可以具有百分之几百到几千的TMR比率。

发明内容

本发明构思的示范性实施例提供包括垂直磁性隧道结的磁性器件。

本发明构思的其它示范性实施例提供具有减小的厚度的垂直磁性隧道结的磁性器件。

在一些实施例中，磁性器件包括自由层结构、钉扎层结构、和它们之间的隧道势垒，其中钉扎层结构和自由层结构中的至少一个包括具有本征垂直磁化特性的第一磁性层、具有本征平面内磁化特性的第二磁性层、和插入第一磁性层与第二磁性层之间的交换耦合层。交换耦合层可以具有被选择用来提供第一磁性层与第二磁性层之间的期望的反铁磁交换耦合量的厚度，从而第二磁性层至少部分地因为与第一磁性层的反铁磁交换耦合而展示出非本征垂直磁化方向。

在一些实施例中，反铁磁交换耦合量可以是至少4000Oe。

在一些实施例中，第二磁性层的饱和磁化值与第一磁性层的饱和磁化值的比率的范围在大约0.6到大约1.5之间。

在一些实施例中，第一磁性层的饱和磁化值与第二磁性层的饱和磁化值基本相同。在一些实施例中，第一磁化层和第二磁化层中的每一个的饱和磁化值的范围可以是大约从600emu/cc到1400emu/cc。

在一些实施例中，交换耦合层是钌、铱、或铑。

在一些实施例中，交换耦合层的厚度是大约到大约

在一些实施例中，交换耦合层的厚度是大约到大约

在一些实施例中，第一磁性层的厚度的范围是从大约到大约而第二磁性层的厚度是从大约到大约

在一些实施例中，第一磁性层的K_u值是至少3x10⁶erg。K_u值是垂直磁各向异性能量（即，与第一磁性层的平面垂直的方向中的磁各向异性能量）。

在一些实施例中，第一磁性层包括单一的钴基合金层。

在一些实施例中，第一磁性层包括(Co_x/Pt_y)n的多层堆叠。在一些实施例中，x/y的范围可以是从0.5到1.5。

在一些实施例中，磁性器件包括磁性隧道结，其中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，钉扎层结构可以具有：第一磁性层，其具有本征垂直磁化特性；第二磁性层，其具有本征平面内磁化特性；和插入第一磁性层与第二磁性层之间的交换耦合层。交换耦合层可以具有被选择用来提供第一磁性层与第二磁性层之间的期望的反铁磁交换耦合量的厚度，并且第二磁性层因为与第一磁性层的反铁磁交换耦合而展示出非本征垂直磁化方向。