[发明专利]磁隧道结磁阻设备

说明书

所公开的磁阻设备(200)包括位于隧道势垒区域(230)的相对侧的磁性固定区域(214、240)和磁性自由区域(250)。至少第一过渡区域(220)和第二过渡区域(221)位于磁性固定区域和隧道势垒区域之间。第一过渡区域包括非铁磁过渡金属，优选为纯Ta，并且第二过渡区域包括包含铁和硼的合金，优选为具有50at％的硼的FeB。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月30日提交的美国临时申请No.62/711,918的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

除其它以外，本公开尤其涉及磁阻堆叠以及用于制造和使用所公开的磁阻堆叠的方法。

背景技术

存在本文描述和说明的许多发明，以及这些发明的许多方面和实施例。一方面，本公开涉及磁阻堆叠(例如，磁阻存储器设备的一部分、磁阻传感器/换能器设备等)，以及制造所描述的磁阻堆叠的方法。本公开的示例性磁阻堆叠(例如，用在磁隧道结(MTJ)磁阻设备中)包括两个过渡区域—一个过渡区域由钽(Ta)形成，一个过渡区域由浓度为至少50at.％的硼的铁硼合金(FeB)形成。在一些实施例中，两个过渡区域可以被称为单个双层过渡区域。

简而言之，在存储器设备(例如，磁阻随机存取存储器(MRAM))中使用的磁阻堆叠包括部署在“固定”磁性区域和“自由”磁性区域之间的至少一个非磁性层(例如，至少一个介电层或非磁性但导电的层)，每个非磁性层包括一层或多层铁磁材料。通过切换、编程和/或控制“自由”磁性区域的(一个或多个)磁性层中的磁化向量的方向，可以将信息存储在磁阻存储器堆叠中。可以通过将写入信号(例如,一个或多个电流脉冲)施加到(例如通过)磁阻存储器堆叠来切换和/或编程“自由”磁性区域的磁化向量的方向(例如，通过自旋传递扭矩(STT))。作为对照，“固定”磁性区域的磁性层中的磁化向量在预定方向上磁性固定。当与非磁性层相邻的“自由”磁性区域的磁化向量与和非磁性层相邻的“固定”磁性区域的磁化向量在同一方向上时，磁阻存储器堆叠具有第一磁状态。相反，当与非磁性层相邻的“自由”磁性区域的磁化向量与和非磁性层相邻的“固定”磁性区域的磁化向量的方向相反时，磁阻存储器堆叠具有第二磁状态。响应于读取电流(I_R)，基于堆叠的电阻来确定或读取磁阻存储器堆叠的磁状态。

应该注意的是，虽然本文在MTJ堆叠/结构的上下文中描述和/或图示了示例性实施例，但是本发明也可以在其中导体(例如，铜)设置在两个铁磁区域/层/材料之间的巨磁阻(GMR)堆叠/结构中实现。实际上，本发明可以与其它类型的磁阻堆叠/结构结合使用，其中这种堆叠/结构包括固定的磁性区域。为了简洁起见，在GMR或其它磁阻堆叠/结构的上下文中将不再重复讨论和图示—但是此类讨论和图示应解释为完全适用于GMR和其它堆叠/结构。

本公开的实施例可以涉及具有多个过渡区域的MTJ堆叠，以提高形成在过渡区域顶部的隧道势垒的质量。通过包括每个具有特定内容的多个过渡区域，本公开的MTJ堆叠可以实现更低的切换电压，这可以改善耐久性能。因此，本公开的MTJ堆叠可以具有改善的击穿分布、改善的循环耐久性、降低的切换电压和/或改善的MRAM性能。所公开的磁阻堆叠可以具有这些期望的特点中的一些或全部。但是，本公开的范围由所附权利要求定义，而不是由所得设备或方法的任何特点定义。

附图说明

可以结合附图中示出的各方面来实现本公开的实施例。这些附图示出了本发明的不同方面，并且在适当的地方，在不同附图中图示相似的结构、组件、材料和/或元件的附图标记被相似地标记。应该理解的是，除了具体示出的那些以外的结构、组件和/或元件的各种组合是预期的并且在本公开的范围内。