[发明专利]磁性装置、使用其的磁性存储器及用于提供其的方法

说明书

本发明阐述一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。磁性装置包括磁性结及邻近磁性结的混合顶盖层。混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层。不连续的氧化物层位于绝缘层与贵金属层之间。绝缘层位于磁性结与贵金属层之间。在一个方面，磁性结包括参考层、可能是隧道势垒层的非磁性分隔层以及自由层。

[相关申请的交叉参考]

本申请主张在2018年3月2日提出申请的申请号为62/637,586且名称为具有混合氧化物层及贵金属层的垂直磁性结/磁性单元(PERPENDICULAR MAGNETIC JUNCTION/MAGNETIC CELL HAVING HYBRID OXIDE AND NOBLE METAL LAYERS)的临时专利申请的权利，所述临时专利申请被转让给本申请的受让人且并入本申请供参考。

技术领域

本公开涉及一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。

背景技术

由于磁性存储器(尤其是磁性随机存取存储器(magnetic random accessmemory，MRAM))在操作期间具有高读取/写入速度、优异耐用性、非易失性及低功耗的潜力，因此它们得到越来越多的关注。磁性随机存取存储器可利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的磁性随机存取存储器是自旋转移力矩磁性随机存取存储器(spintransfer torque magnetic random access memory，STT-MRAM)。自旋转移力矩磁性随机存取存储器利用磁性结，所述磁性结至少部分地由被驱动通过所述磁性结的电流来写入。被驱动通过磁性结的自旋偏振电流(spin polarized current)在磁性结中的磁矩(magnetic moment)上施加自旋力矩(spin torque)。因此，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可被切换成期望状态。

举例来说，在传统的自旋转移力矩磁性随机存取存储器中可使用传统的磁性隧道结(magnetic tunneling junction，MTJ)。传统的磁性隧道结使用晶种层，可包括顶盖层，且可包括反铁磁(antiferromagnetic，AFM)层以固定参考层的磁化。传统的磁性隧道结包括晶种层、参考层、隧道势垒层(tunneling barrier layer)、自由层及顶盖层。可使用位于磁性隧道结下方的底部接触件及位于磁性隧道结上的顶部接触件在电流垂直于平面(current-perpendicular-to-plane，CPP)的方向上驱动电流通过磁性隧道结。参考层及自由层是磁性的。参考层的磁化被固定或被钉扎在特定方向上。自由层具有能够改变的磁化。自由层及参考层可为单层或包括多层。

为切换自由层的磁化，在电流垂直于平面的方向上驱动电流。当从顶部接触件向底部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可切换成平行于底部参考层的磁化。当从底部接触件向顶部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可切换成反平行于底部参考层的磁化。磁性配置的差异对应于不同的磁阻，且因此对应于传统磁性隧道结的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”及逻辑“1”)。

由于磁性存储器适用于各种应用中的潜力，因此正在进行对磁性存储器的研究。期望将磁性结按比例缩放到更小的面积尺寸(例如，用于增加的存储密度)而不显著降低磁性及电性质。举例来说，期望非易失性磁性存储器按比例缩放到四十纳米以下。用于高温操作应用及磁性存储器的操作温度通常为相对高的，例如一百摄氏度以上。期望磁热稳定性因子(magnetic thermal stability factor)Δ且因此有效磁各向异性常数(effectivemagnetic anisotropy constant)K_ueff保持高。当前磁性结不能按比例缩放到不会不利地影响饱和磁化、交换刚度(exchange stiffness)、阻尼(damping)和/或有效的磁各向异性常数中的一者或多者的这样的尺寸。此外，即使在当前尺寸下，期望改善性能。