[发明专利]具有细长自由层的磁结及其提供方法和包括其的磁存储器

说明书

本发明提供了具有细长自由层的磁结及其提供方法和包括其的磁存储器。描述了一种可用于磁性装置的磁结。所述磁结具有自由层、参考层以及在参考层与自由层之间的非磁性间隔层。当写入电流经过磁结时，自由层在稳定磁状态之间是可切换的。自由层具有在第一方向上的长度、在与第一方向垂直的第二方向上的宽度、交换刚度和与长度除以宽度相等的长宽比。长宽比大于1。交换刚度不小于2×10^‑6erg/cm。

本申请要求于2015年11月16日提交的第62/255,994号临时专利申请和于2016年2月12日提交的第15/043,349号非临时专利申请的权益，通过引用将所述申请包含于此。

技术领域

本发明涉及一种磁结及其提供方法和一种包括其的磁存储器，更具体地讲，涉及一种具有细长自由层的磁结及其提供方法和一种包括其的磁存储器。

背景技术

磁存储器，特别是磁随机存取存储器(MRAM)因其在操作期间读/写速度高、耐力优秀、非易失性和低功耗的潜能而受到越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。MRAM的一种类型是自旋转移力矩随机存储存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用由被驱动经过磁结的电流来至少部分地对其进行写入的磁结。被驱动经过磁结的自旋极化电流在磁结中对磁矩施加自旋力矩。结果，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可被切换到期望的状态。

例如，传统磁隧道结(MTJ)可以用于传统STT-MRAM中。传统MTJ包括传统被钉扎层(或传统参考层)、传统自由层以及在传统参考层与传统自由层之间的传统隧道势垒层。传统MTJ可以包括传统反铁磁(AFM)层。

传统参考层和传统自由层是磁性的。传统参考层的磁化在特定的方向上被固定或被钉扎。传统自由层具有可变的磁化。传统自由层可以是单层或可以包括多层。参考层和自由层可以具有垂直于层的平面(垂直于平面)或在层的平面内(平面内)来取向的它们的磁化。

为了切换传统自由层的磁矩，在电流垂直于平面(CPP)方向上驱动电流经过传统MTJ。此电流被参考层所自旋极化。当在CPP构造中驱动足够的电流经过传统磁结时，自由层的磁矩可以被切换为平行于或反平行于参考层磁矩。磁构造上的差异对应于不同的磁阻，并因此对应于传统MTJ的不同逻辑状态(例如，逻辑“1”和逻辑“0”)。

因为其用在各种应用中的潜力，所以对磁存储器的研究正在进行中。用于改善STT-RAM的性能的方法受到期待。例如，期望在平衡状态(当没有被写入时)下热稳定的磁结和可以以相对适当的写入电流来编程的磁结。此外，足够高的磁阻对于读取磁结的状态来说是有益的。对更小的磁结和更高的面密度存储器而言，期望保留这些特征。因此，需要可以改善自旋转移力矩类存储器的性能的方法和系统。

发明内容

描述了一种可用于磁性装置的磁结。所述磁结具有自由层、参考层以及在参考层与自由层之间的非磁性间隔层。当写入电流经过磁结时，自由层在稳定磁状态之间是可切换的。自由层具有在第一方向上的长度、在与第一方向垂直的第二方向上的宽度、交换刚度和与长度除以宽度相等的长宽比。长宽比大于1。交换刚度不小于2×10^-6erg/cm。

附图说明

图1和图2描绘了包括具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的磁性装置的示例性实施例的侧视图和俯视图。

图3A和图3B描绘了尺寸、热稳定、长宽比和交换刚度之间关系的示例性实施例。

图4和图5描绘了具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的示例性实施例的侧视图和透视图。

图6描绘了包括具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的磁性装置的示例性实施例的俯视图。

图7描绘了具有细长的自由层并利用自旋转移可编程的磁结的示例性实施例的侧视图。