[发明专利]磁阻设备的组合自旋轨道扭矩和自旋传递扭矩切换及其方法

说明书

在包括磁隧道结(110，115,120)的磁阻设备的自由区域(110)附近提供自旋霍尔(SH)材料(135)。流过这种SH材料的电流将自旋电流注入到自由区域中，使得将自旋扭矩施加到自由区域。由SH材料生成的自旋扭矩可以用于切换自由区域或用来辅助由垂直流过磁性隧道结的电流生成的自旋传递扭矩，从而提高磁阻设备的可靠性、耐久性或两者。此外，一个或多个附加区域或制造步骤可以改善磁阻设备的切换效率和热稳定性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月25日提交的美国临时申请No.62/703,074的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

除其它以外，本公开尤其涉及磁阻设备以及用于制造和/或使用所公开的磁阻设备的方法。

背景技术

在一个或多个实施例中，本公开涉及具有磁阻堆叠或结构的磁阻设备(例如，磁阻存储器设备的一部分和/或磁阻传感器/换能器设备)，以及制造和操作所描述的磁阻设备的方法。在一个实施例中，本公开的示例性磁阻堆叠(例如，用在磁隧道结(MTJ)磁阻设备中)包括一层或多层磁性或铁磁材料。

简而言之，在本公开的存储器设备(例如，磁阻随机存取存储器(MRAM))中使用的磁阻堆叠包括部署在“固定”磁性区域和“自由”磁性区域之间的至少一个非磁性层(例如，至少一个介电层或非磁性但导电的层)，每个非磁性层包括一层或多层铁磁材料。通过切换、编程和/或控制“自由”磁性区域的(一个或多个)磁性层中的磁化向量的方向，将信息存储在磁阻存储器堆叠中。可以通过施加与磁阻存储器堆叠相邻或通过磁阻存储器堆叠的写入信号(例如，一个或多个电流脉冲)来切换和/或编程“自由”磁性区域的磁化向量的方向(例如，通过自旋轨道扭矩(SOT)和/或自旋传递扭矩(STT))。作为对照，在施加写入信号期间，“固定”磁性区域的磁性层中的磁化向量在预定方向上磁性固定。当与非磁性层相邻的“自由”磁性区域的磁化向量与和非磁性层相邻的“固定”磁性区域的磁化向量在同一方向上时，磁阻存储器堆叠具有第一磁状态。相反，当与非磁性层相邻的“自由”磁性区域的磁化向量与和非磁性层相邻的“固定”磁性区域的磁化向量的方向相反时，磁阻存储器堆叠具有第二磁状态。磁阻存储器堆叠在第一磁状态和第二磁状态下具有不同的电阻。例如，第二磁状态的(例如，电)阻可以相对高于第一磁状态的电阻。响应于例如通过磁阻堆叠施加的读取电流，基于堆叠的电阻来确定或读取磁阻存储器堆叠的磁状态。

随着磁存储器设备(例如，MRAM)向较小的处理节点前进以增加密度，各个MTJ位的大小必须横向缩小以适应位之间更紧密的间距和空间。但是，随着MTJ位的大小和/或纵横比减小，其形状磁各向异性也减小。随着形状各向异性的减小，MTJ的能垒可能减小。但是，随着能垒的减小，MTJ位的数据保留和/或热稳定性也可能降低。通常，可以通过更改“自由”区域的组成/材料/厚度增加“自由”区域的垂直各向异性或磁矩来纠正MTJ位的能垒减小。但是，这样做也可能会提高MTJ位的临界电流(下面将详细介绍)。具有高临界电流的MTJ位会在写入和/或复位操作期间经历更大的周期性损坏和退化，并对MTJ设备(即，MRAM)的耐用性产生负面影响。

本公开涉及用于经由STT和/或SOT切换方案写入或以其它方式切换磁阻存储器设备的磁状态的设备和方法。更特别地，以下描述了单独或组合地集成SOT和/或STT切换机制以提供改善的切换效率，从而使得能够在不使用不必要的高幅度写入电流的情况下切换高能垒MTJ位的MTJ几何形状的实施例。但是，本公开的范围由所附权利要求定义，而不是由所得设备或方法的任何特点定义。

附图说明

可以结合附图中示出的各方面来实现本公开的实施例。这些附图示出了本公开的不同方面，并且在适当的地方，在不同附图中图示相似的结构、组件、材料和/或元件的附图标记被相似地标记。应该理解的是，除了具体示出的那些以外的结构、组件和/或元件的各种组合是预期的并且在本公开的范围内。