[发明专利]存储装置中的磁穿隧结和形成磁穿隧结的方法

权利要求书

1.一种存储装置中的磁穿隧结，包括：

(a)一隧道位障层，是在一固定层和一自由层之间形成的一第一金属氧化物层，其中该隧道位障层具有与该自由层的一第一界面，该第一界面在该自由层中产生界面垂直磁异向性；

(b)一第二金属氧化物层，在与该第一界面相反的一侧与该自由层形成一第二界面，且在该自由层中产生界面垂直磁异向性，且其中该第二金属氧化物层具有非化学计量氧化态和晶格结构，其中以一掺质占据多个晶格位置，该掺质为N、S、Se、P、C、Te、As、Sb或Bi之一，从而降低该第二金属氧化物层中的电阻，其中该第二金属氧化物层具有靠近该第二界面的下部和设置在该下部上方的上部，其中该第二金属氧化物层的该上部中的该掺质的浓度大于该第二金属氧化物层的该下部中的该掺质的浓度，其中该掺质存在于该第二金属氧化物层的该下部和该上部中；以及

(c)该自由层，在垂直于平面的方向上具有磁化强度。

2.如权利要求1的磁穿隧结，其中该自由层是包括Fe的单层或多层结构，其中Fe含量大于该自由层中的磁性元素的总含量的50原子％。

3.如权利要求1的磁穿隧结，其中该自由层具有固有垂直磁异向性且是Ni₂MnZ、Pd₂MnZ、CO₂MnZ、Fe₂MnZ、CO₂FeZ、Mn₃Ge或Mn₂Ga之一的何士勒合金，其中Z是Si、Ge、Al、Ga、In、Sn和Sb之一，或是有序Ll₀或L1₁材料，该有序Ll₀或L1₁材料的组成为MnAl、MnGa之一，或是合金RT，其中R为Rh、Pd、Pt、Ir或前述的合金，且T为Fe、Co、Ni或前述的合金，或是具有TbFeCo、GdCoFe、FeNdB或SmCo组成的稀土合金。

4.如权利要求1的磁穿隧结，其中该第一金属氧化物层包括Mg、Ti、AlTi、Mgzn、Al、Zn、Zr、Hf或MgTa中的一或多种。

5.如权利要求1的磁穿隧结，其中该第二金属氧化物层包括Mg、Si、Ti、Ba、Ca、La、Mn、V、Al和Hf中的一或多种。

6.如权利要求1的磁穿隧结，其中该第二金属氧化物层中的该掺质的浓度为100ppm至20原子％。

7.如权利要求1的磁穿隧结，其中该磁穿隧结形成于磁阻式随机存取存储器、自旋转移扭矩磁阻式随机存取存储器、磁性感测器、生物感测器或自旋扭矩振荡器中。

8.如权利要求1的磁穿隧结，还包括一金属氮化物层或一金属氧氮化物层，该金属氮化物层或该金属氧氮化物层在对于与该自由层的该第二界面相反的一侧上与该第二金属氧化物层形成一界面。

9.如权利要求8的磁穿隧结，其中该第二金属氧化物层是MgO，该金属氮化物层是MgN，且该金属氧氮化物层是MgON。

10.一种形成磁穿隧结的方法，包括：

(a)提供一基底，该基底为一籽晶层；

(b)在该基底上形成一金属氧化物层，该金属氧化物层包括一金属或合金M且具有非化学计量氧化态，且其中该金属氧化物层具有以一掺质占据多个晶格位置的晶格结构，其中该掺质是N、S、Se、P、C、Te、As、Sb或Bi之一，从而降低该金属氧化物层中的电阻；以及

(c)在该金属氧化物层上依序形成一自由层、一隧道位障层和一固定层以形成一磁穿隧结堆叠层，其中经由与该金属氧化物层的一第一界面并经由与该隧道位障层的一第二界面在该自由层中产生垂直磁异向性，其中该金属氧化物层具有靠近该第一界面的下部和设置在该下部上方的上部，其中该金属氧化物层的该上部中的该掺质的浓度大于该金属氧化物层的该下部中的该掺质的浓度，其中该掺质存在于该金属氧化物层的该下部和该上部中。