[发明专利]磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法

说明书

描述了磁性结、使用磁性结的存储器和用于提供磁性结的方法。磁性结驻留在基板上，并且在磁性器件中能够使用。磁性结包括参考层、非磁性间隔物层和与自由层相邻的含M氧化物层。M包括Ti、Al、Hf、Zr、Mo、V和Nb中的至少一种。当写电流通过磁性结时，自由层可在多个稳定磁性状态之间切换。非磁性间隔物层在参考层于自由层之间。自由层在非磁性间隔物层与含M氧化物层之间。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月28日提交的题为“TITANIUM OXIDE CAPPING LAYER FORA FREE LAYER IN PERPENDICULAR AGNETIC JUNCTIONS(垂直磁性结中自由层的氧化钛盖层)”的美国临时专利申请No.62/551,175和2017年10月18日提交的题为“TITANIUM OXIDECAPPING LAYER FOR A FREE LAYER IN PERPENDICULAR MAGNETIC JUNCTION(垂直磁性结中自由层的氧化钛盖层)”的美国专利申请No.15/787,524的权益，其通过引用并入本文中。

技术领域

本申请涉及一种磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法。

背景技术

磁性存储器，特别是磁随机存取存储器(MRAM)，由于它们具有高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和在操作期间的低功耗的潜力而引来越来越多的兴趣。MRAM可以存储利用磁性材料作为信息记录介质的信息。一种类型的MRAM是自旋转移力矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分由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对磁性结中的磁矩施加自旋力矩。结果，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可以切换到期望的状态。

例如，常规的磁隧道结(MTJ)可以用于常规STT-MRAM中。常规的MTJ通常驻留在基板上。MTJ使用籽晶层，可以包括盖层，并且可以包括反铁磁(AFM)层以固定参考层的磁化。常规的MTJ包括参考层、自由层以及在钉扎层和自由层之间的隧穿势垒层。MTJ下方的底部触点和MTJ上的顶部触点可以用于沿电流垂直于平面(CPP)方向驱动通过MTJ的电流。参考层和自由层是磁性的。参考层的磁化在特定方向上是固定的或钉扎的。自由层具有可变的磁化。自由层和参考层可以是单层或包括多层。

为了切换自由层的磁化，沿CPP方向驱动电流。当足够的电流从顶部触点驱动到底部触点时，自由层的磁化可以切换为平行于底部参考层的磁化。当足够的电流从底部触点驱动到顶部触点时，自由层的磁化可以切换成与底部参考层的磁化反平行。磁配置的差异对应于不同的磁阻并因此对应于常规MTJ的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。

由于其用在各种应用中的潜力，磁性存储器的研究正在进行中。例如，为了提高写入效率和数据保持率，可能需要低切换电流、足够的热稳定性和高垂直磁各向异性。期望这些性质存在于最终器件的磁性结中。因此，所需要的是一种可以提高基于自旋转移力矩的存储器和使用这种存储器的电子设备的性能的方法和系统。本文描述的方法和系统解决了这种需求。

发明内容

描述了磁性结、使用磁性结的存储器和提供磁性结的方法。磁性结驻留在基板上，在磁性器件中能够使用。磁性结包括参考层、非磁性间隔物层和与自由层相邻的含M氧化物层。M包括Ti、Al、Hf、Zr、Mo、V和Nb中的至少一种。当写电流通过磁性结时，自由层能够在多个稳定磁性状态之间切换。非磁性间隔物层在参考层于自由层之间。自由层在非磁性间隔物层与含M氧化物层之间。

磁性结可以具有在高温退火之后的改善的耐退化性。因此，可以提高性能。

附图说明

图1A-1B描绘了在磁性存储器中能够使用的磁性结的示例性实施例，该磁性结可使用自旋转移力矩进行编程并且包括至少一个含M氧化物层。

图2A-2B描绘了在磁性存储器中能够使用的另一磁性结的示例性实施例，该磁性结可使用自旋转移力矩进行编程并且包括至少一个含M氧化物层。