[发明专利]具有用于自旋转移翻转的高自旋极化层的MTJ元件以及使用该磁性元件的自旋电子器件

权利要求书

1.一种磁性元件，包括：

第一被钉扎层；

第一势垒层，所述第一势垒层为绝缘的并且形成为容许隧穿通过所述第一势垒层，所述第一势垒层具有与另一层交界的界面，所述界面具有提供至少50％的高自旋极化的结构；

自由层，所述第一势垒层位于所述第一被钉扎层与所述自由层之间；

第二势垒层，所述自由层位于所述第一势垒层与所述第二势垒层之间，所述第二势垒层为绝缘的且形成为容许隧穿通过所述第二势垒层；

第二被钉扎层，所述第二势垒层位于所述自由层与所述第二被钉扎层之间；

其中，所述磁性元件形成为当写电流经过所述磁性元件时，容许所述自由层可因自旋转移而被翻转。

2.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被钉扎层具有第一晶体织构。

3.如权利要求2所述的磁性元件，其中所述第一晶体织构为(100)及(111)。

4.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一势垒层包括具有(100)及(111)织构的结晶MgO。

5.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被钉扎层具有非晶结构。

6.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第二势垒层进一步包括铝氧化物。

7.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被钉扎层具有以第一方向钉扎的第一磁化，所述第二被钉扎层具有以与所述第一方向相反的第二方向钉扎的第二磁化。

8.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层为合成自由层，包括第一磁性层、第二磁性层及所述第一磁性层与所述第二磁性层之间的非磁性间隔层。

9.如权利要求8所述的磁性元件，其中所述非磁性间隔层包括Ru、Cu、Ir、Re及Rh，并且厚度为约2-20埃之间。

10.如权利要求9所述的磁性元件，其中所述第一磁性层具有第一磁化，所述第二磁性层具有第二磁化，并且其中所述第一磁化与所述第二磁化为平行。

11.如权利要求9所述的磁性元件，其中所述第一磁性层具有第一磁化，所述第二磁性层具有第二磁化，并且其中所述第一磁化与所述第二磁化为反平行。

12.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被钉扎层为合成被钉扎层，包括第一磁性层、第二磁性层及所述第一磁性层与所述第二磁性层之间的非磁性间隔层。

13.如权利要求12所述的磁性元件，其中所述第二被钉扎层为合成被钉扎层，包括第一磁性层、第二磁性层、第三磁性层、第一非磁性间隔层及第二非磁性间隔层，所述第一非磁性间隔层位于所述第一磁性层与所述第二磁性层之间，所述第二非磁性间隔层位于所述第二磁性层与所述第三磁性层之间。

14.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被钉扎层、所述自由层及所述第二被钉扎层包括Ni、Co及Fe中至少之一。

15.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述第一被钉扎层、所述自由层及第二被钉扎层包括CoFeB_x、CoFeC_x、CoFeHf_x、CoPt_x、CoPd_x中至少之一，其中x为约5-50原子百分比。

16.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层为低磁矩自由层。

17.如权利要求16所述的磁性元件，其中所述低磁矩自由层具有300-1000emu/cc的饱和磁化。

18.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层具有100-5000Oe的低垂直各向异性值。

19.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层为包括第一层、第二层及第三层的三层，所述第二层夹在所述第一层与所述第三层之间，所述第一层邻接所述第一势垒层并且具有第一高自旋极化，所述第三层邻接所述第二势垒层并且具有第二高自旋极化，所述第二层具有低磁矩或者低垂直各向异性。

20.如权利要求1所述的磁性元件，其中所述界面位于所述自由层与所述第一势垒层之间。