[发明专利]具有利用自旋转移力矩可编程的磁弹性自由层的磁性结

说明书

描述了一种磁性结、包括该磁性结的磁存储器和一种用于编程磁性结的方法。所述磁性结具有自由层、参考层以及在参考层与自由层之间的非磁性间隔件层。当写入电流经过磁性结时，自由层在稳定磁状态之间是可切换的。对于静态，自由层具有超过其平面外退磁能的垂直磁各向异性。自由层具有磁致伸缩使得在对磁性结施加的编程电压存在的情况下垂直磁各向异性改变，使磁矩从其静态方向倾斜至少五度。编程电压至少为1伏特且不大于2伏特。非磁性间隔件层是绝缘隧道势垒层，并且/或者磁性结包括与自由层的相对界面相邻的附加绝缘层。

本申请要求在2015年11月17日提交的题为MAGNETOELASTIC FL ASSIST FOR FASTSTT SWITCHING(磁弹性自由层促进快速STT切换)的第62/256,433号临时专利申请序列号的权益，所述专利申请分配给本申请的受让人，并且通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种具有利用自旋转移力矩可编程的磁弹性自由层的磁性结。

背景技术

磁存储器(特别是磁随机存取存储器(MRAM))由于其在操作期间的高读/写速度、优异的耐力、非易失性和低功耗的潜能，已经受到越来越多的关注。MRAM可以利用磁材料作为信息记录介质来存储信息。一种MRAM是自旋转移力矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分地被通过磁性结驱动的电流写入的磁性结。通过磁性结驱动的自旋极化电流在磁性结中对磁矩施加自旋力矩。结果，响应于自旋力矩的具有磁矩的层可以切换至预期的状态。

例如，传统的磁隧道结(MTJ)可以用于传统的STT-MRAM中。传统的MTJ通常位于基底上。传统的MTJ使用传统的种子层，传统的MTJ可以包括覆盖层并可以包括传统的反铁磁(AFM)层。传统的MTJ包括传统的被钉扎层、传统的自由层以及在传统的被钉扎层与传统的自由层之间的传统的隧道势垒层。在传统的MTJ下的底接触件和在传统的MTJ上的顶接触件可以用来在电流垂直于平面(CPP)方向上驱动电流经过传统MTJ。

传统的被钉扎层和传统的自由层是磁性的。传统被钉扎层的磁化在特定方向上被固定或被钉扎。传统自由层具有可变的磁化。传统的自由层可以是单层或可以包括多层。被钉扎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)而取向的它们的磁化。

为了切换传统自由层的磁化，垂直于平面驱动电流。当从顶接触件到底接触件驱动足够的电流时，传统自由层的磁化可以切换到平行于传统的底部被钉扎层的磁化。当从底接触件到顶接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可以切换到反平行于底部被钉扎层的磁化。磁结构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，高的垂直磁各向异性(perpendicular magneticanisotropy)和高的磁阻受到期待。传统的自由层中的高的磁各向异性使自由层的磁矩在较高温度下热稳定。然而，高的磁各向异性也导致切换自由层的磁化方向所需要电流的增加，特别是较短的电流脉冲宽度的增加。这样的增加是不被期望的。越快的存储器期望越短的写入时间，因此期望越短的电流脉冲。因此，高的磁各向异性的使用会遭受多重弊端。因此，需要的是可以改善自旋转移力矩类存储器的性能的方法和系统。在这里描述的方法和系统满足这样的需求。

发明内容