[发明专利]磁性结、设置磁性结的方法和磁性存储器

说明书

描述了磁性结、设置磁性结的方法和磁性存储器。磁性结包括参考层、非磁性间隔层和杂化自由层。杂化自由层使用穿过磁性结的电流在稳定的磁性状态之间是可切换的。非磁性间隔层位于杂化自由层与参考层之间。杂化自由层包括软磁性层、硬磁性层以及位于硬磁性层与软磁性层之间的氧化物耦合层。软磁性层具有不大于30的第一磁热稳定系数。硬磁性层具有是第一磁热稳定系数的至少两倍的第二磁热稳定系数。

本申请要求于2017年3月13日提交的第62/470,842号美国临时专利申请以及于2017年5月23日提交的第15/603,402号美国非临时专利申请的优先权，上述美国专利申请通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及磁性结、设置磁性结的方法和磁性存储器。

背景技术

磁性存储器，特别是磁性随机存取存储器(MRAM)，由于它们在操作期间的高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和低功耗的潜力已经引起越来越多的兴趣。MRAM可以使用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM使用至少部分由驱动通过磁性结的电流写入的磁性结。驱动通过磁性结的自旋极化电流对磁性结中的磁矩施加自旋转矩。因此，具有响应于自旋转矩的磁矩的层可以被切换到期望的状态。

例如，传统的磁性隧道结(MTJ)可以用于传统的STT-MRAM中。传统的MTJ通常存在于基底上。传统的MTJ使用传统的种子层，可以包括覆盖层，并且可以包括传统的反铁磁性(AFM)层。传统的MTJ包括传统的参考层、传统的自由层以及位于传统的钉扎层与自由层之间的传统的隧道势垒层。传统的MTJ下方的底部接触件和传统的MTJ上的顶部接触件可以用于在电流垂直于平面(CPP)方向上驱动电流通过传统的MTJ。

传统的参考层和传统的自由层是磁性的。传统的参考层的磁化在特定方向上固定或钉扎。传统的自由层具有可变的磁化。传统的自由层可以是单层或包括多层。

为了对传统自由层的磁化进行切换，电流垂直于平面驱动。当足够的电流从顶部接触件驱动到底部接触件时，传统的自由层的磁化可以切换成与传统的底部参考层的磁化平行。当足够的电流从底部接触件驱动到顶部接触件时，自由层的磁化可以切换成与底部参考层的磁化反平行。磁性配置中的差异对应于传统MTJ的不同磁阻，因此对应于传统MTJ的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。

由于它们在各种应用中使用的潜力，所以正在进行磁性存储器的研究。期望用于改善STT-MRAM的性能的机制。例如，可以期望低的切换电流来用于更容易和更快速的切换。此外，期望自由层的磁矩在不施加切换电流的情况下是热稳定的。因此，需要的是可以改善自旋转移矩类存储器的切换和稳定性的方法和系统。这里描述的方法和系统解决了这种需要。

发明内容

描述了磁性结和用于设置磁性结的方法。磁性结包括参考层、非磁性间隔层和杂化自由层。杂化自由层使用穿过磁性结的电流在稳定的磁性状态之间可切换。非磁性间隔层位于杂化自由层与参考层之间。杂化自由层包括软磁性层、硬磁性层以及位于硬磁性层与软磁性层之间的氧化物耦合层。软磁性层具有不大于30的第一磁热稳定系数。硬磁性层具有是第一磁热稳定系数的至少两倍的第二磁热稳定系数。

磁性结具有杂化自由层，所述杂化自由层可以具有减小的阻尼并且磁热稳定系数除以临界切换电流密度的数量增大。因此，可以改善性能。

附图说明

图1描绘了可用在磁性装置中并具有包括氧化物耦合层的杂化自由层的磁性结的示例性实施例。

图2描绘了可用在磁性装置中并具有包括氧化物耦合层的杂化自由层的磁性结的另一示例性实施例。

图3描绘了可用在磁性装置中并具有包括氧化物耦合层的杂化自由层的磁性结的另一示例性实施例。