BRPI1013772B1

BRPI1013772B1 - junção de túnel magnética e métodos, e memória de acesso aleatório magnética empregando os mesmos.

Info

Publication number: BRPI1013772B1
Application number: BRPI1013772-6A
Authority: BR
Inventors: Nowak Matthew; H Kang Seung; Li Xia; Zhu Xiaochun
Original assignee: Qualcomm Incorparated
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2019-10-29
Also published as: US20130134533A1; JP2014146840A; US8344433B2; JP5710821B2; JP6196250B2; WO2010120918A2; EP2419933B1; CN102388454A; CN107093449B; JP2015109480A; US20100258887A1; EP2419933A4; JP5584754B2; EP2419933A2; CN107093449A; TW201106468A; KR101390940B1; WO2010120918A3; US8889431B2; ES2487627T3

Abstract

junção de túnel magnética e métodos, e memória de acesso aleatório magnética empregando os mesmos as junções de túnel magnéticas (mtjs) e métodos para formar as mesmas são descritos. uma camada de fixação é disposta na mtj, tal que uma camada livre da mtj pode ser acoplada a um dreno de um transistor de acesso quando provida em uma célula de bits de memória de acesso aleatório (mram). esta estrutura altera a direção do fluxo de corrente de gravação para alinhar as características da corrente de gravação da mtj com a capacidade de suprimento de corrente de gravação de uma célula de bits da mram empregando a mtj. consequentemente, mais corrente de gravação pode ser provida para comutar a mtj de um estado paralelo (p) para um estado antiparalelo (ap) uma camada de material antiferromagnético (afm) é provida na camada de fixação para fixar a magnetização da camada de fixação. a fim de prover área suficiente para depositar a camada de afm para obter a magnetização da camada de fixação, uma camada de fixação tendo uma área de superfície de camada de fixação maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre é provida.

Description

JUNÇÃO DE TÚNEL MAGNÉTICA E MÉTODOS, E MEMÓRIA DE ACESSO ALEATÓRIO MAGNÉTICA EMPREGANDO OS MESMOS.

Campo da Invenção

A tecnologia da presente invenção está relacionada geralmente a junções de túnel magnéticas (MTJ), métodos relacionados, e à utilização de uma MTJ na memória de acesso aleatório magnética (MRAM).

Descrição da Técnica Anterior

A memória de acesso aleatório magnética (MRAM) é uma memória não-volátil, na qual os dados são armazenados ao programar a junção de túnel magnética (MTJ). A MRAM é vantajosa, porque uma MTJ pode ser utilizada para armazenar informações mesmo quando a energia é desligada. Os dados são armazenados na MTJ como um elemento magnético pegueno ao invés de uma carga ou corrente elétrica. Uma MTJ 10 exemplar é ilustrada na Figura 1. Os dados são armazenados na MTJ 10 de acordo com a orientação magnética entre duas camadas: uma camada livre 12 disposta acima de uma camada de fixação ou presa 14. As camadas livres e de fixação 12, 14 são formadas a partir de um material ferromagnético. A MTJ 10 é configurada em uma configuração convencional de válvula de giro inferior, em que a camada de fixação 14 está disposta abaixo da camada livre 12. As camadas livre e de fixação 12, 14 são separadas por uma junção de túnel ou barreira 16 formada por uma camada dielétrica fina nãomagnética. As camadas livre e de fixação 12, 14 podem armazenar informações mesmo quando o campo H magnético for '0', devido ao loop de histerese 18 da MTJ 10. Os elétrons podem passar pelo túnel através da barreira do túnel 16 se uma tensão de polarização for empregada entre os dois eletrodos 20, 22 acoplados nas extremidades da MTJ 10. A corrente de tunelamento depende da orientação relativa das camadas livre e de fixação 12, 14. Ao utilizar uma MTJ de

2/29 transferência por torque de giro (STT), a diferença na corrente de tunelamento à medida que o alinhamento de giro das camadas livre e de fixação é comutado entre P e AP é conhecida como a proporção de resistência magnética de 5 túnel (TMR).

Quando a orientação magnética das camadas livre e de fixação 12, 14 é antiparalela (AP) uma com a outra (mostrada na Figura 1 como MTJ 10'), existe um primeiro estado de memória (por exemplo, uma lógica '1') . Quando a 10 orientação magnética das camadas livre e de fixação 12, 14 é paralela (P) uma com a outra (mostrado na Figura 1 como MTJ 10''), existe um segundo estado de memória (por exemplo, uma lógica '0'). A orientação magnética das camadas livre e de fixação 12, 14 pode ser percebida para 15 ler dados armazenados na MTJ 10 ao detectar a resistência quando a corrente flui através da MTJ 10. Os dados podem ser gravados e armazenados também na MTJ 10 ao aplicar um campo magnético para mudar a orientação de uma camada ferromagnética livre 12 tanto para uma orientação magnética 20 P quanto AP com relação à camada de fixação 14. A orientação magnética da camada livre 12 pode ser mudada, mas a orientação magnética da camada de fixação 14 é fixa.

A Figura 2 ilustra uma MTJ SST 23 (chamada de MTJ 23) de projeto similar à MTJ 10 da Figura 1. A MTJ 23 25 é provida como parte de uma célula de bits de MRAM 24 para armazenar dados não-voláteis. A célula de bits de MRAM 24 pode ser provida em uma matriz de memória e utilizada como armazenamento de memória para qualquer tipo de sistema que requeira memória eletrônica, tal como uma unidade de 30 processamento de computador (CPU) ou um sistema baseado em processador, como exemplos. Um transistor de acesso semicondutor de óxido de metal 26 (tipicamente MOS de tipo n, ou seja, NMOS) é provido para controlar a leitura e a

3/29 gravação para a MTJ 23. O dreno (D) do transistor de acesso 26 é acoplado ao eletrodo inferior 22 da MTJ 23, acoplado à camada de fixação 14. Uma linha de gravação (V_WL) é acoplada na porta (G) do transistor de acesso 26. A fonte (S) do transistor de acesso 26 é acoplada a uma fonte de tensão (V_s) . Uma linha de bits (V_BL) é acoplada ao eletrodo superior 20 da MTJ 23, que está acoplado à camada livre 12.

Ao ler os dados armazenados na MTJ 23, a linha de bits (V_bl) é ativada para que o transistor de acesso 26 permita que a corrente flua através da MTJ 23 entre os eletrodos 20, 22. Uma resistência baixa, como medida pela tensão aplicada na linha de bits (V_BL) dividida pela corrente medida, é associada com uma orientação P entre as camadas livre e de fixação 12, 14. Uma resistência superior é associada com uma orientação AP entre as camadas livre e de fixação 12, 14. Ao gravar dados na MTJ 23, a porta (G) do transistor de acesso 26 é ativada ao ativar a linha de gravação (V_WL) . Um diferencial de tensão entre a linha de bits (V_BL) e a linha de fonte (V_s) é empregado. Consequentemente, uma corrente de gravação (I) é gerada entre o dreno (D) e a fonte (S) . Se a orientação magnética for mudada de AP para P, uma corrente de gravação (I_AP-_P) fluindo do eletrodo superior 20 para o eletrodo inferior 22 é gerada, que induz um torque de transferência por giro (STT) na camada livre 12 para mudar a orientação magnética da camada livre 12 para P com relação à camada de fixação

14. Se a orientação magnética for mudada de P para AP, uma corrente (I_p-ap) fluindo do eletrodo inferior 22 para o eletrodo superior 20 é produzida, que induz um STT na camada livre 12 para mudar a orientação magnética da camada livre 12 para AP com relação à camada de fixação 14.

Como ilustrado na Figura 2, mais corrente de gravação (I) pode ser suprida pelo conjunto de circuitos

4/29 para comutar a MTJ 23 na célula de bits de MRAM 24 de um estado AP para P (I_AP__P) do que de um estado P para AP (I_P_ _AP). Isso se deve ao carregamento da fonte do transistor de acesso 26 na célula de bits de MRAM 24. O carregamento da fonte do transistor de acesso 26 tem o efeito de prover mais corrente de gravação (I) para comutar a MTJ 23 de um estado AP para P do que de um estado P para AP. No entanto, as características magnéticas inerentes da MTJ 23 requerem o oposto. Isto é, quando a MTJ 23 é empregada na célula de bits de MRAM 24, como ilustrado na Figura 2, mais corrente de gravação (I) é necessária para comutar a MTJ 23 de um estado P para AP do que de um estado AP para P. Isso é mostrado pelo gráfico 30 na Figura 3, que ilustra as características magnéticas inerentes da MTJ 23 como uma função da corrente de gravação (I_c) · Como mostrado, a quantidade de corrente de gravação (I) requerida para comutar a MTJ 23 de um estado P para AP (I_c p-ap) θ muito maior do que a quantidade de corrente de gravação (I) requerida para comutar a MTJ 23 de um estado AP para P (I_{c ap}-p) . Isto apresenta um conflito de projeto. Por um lado, as características magnéticas inerentes da MTJ 23 requerem mais corrente de gravação (I) para comutar a MTJ 23 de um estado P para AP do que de um estado AP para P. No entanto, quando a MTJ 23 é empregada na célula de bits de MRAM 24, mais corrente de gravação (I) pode ser suprida pelo conjunto de circuitos para comutar a MTJ 23 a partir de um

estado de	AP	para P do que de	um estado	P para	AP.
	Em	resumo, como resultado	deste	conflito	de
proj eto,	as	características	de corrente	de gravação
inerentes	da	MTJ 23 não estão	alinhadas	com a	capacidade	de
corrente	de	suprimento de	gravação	da MTJ 23 quando
empregada	na	célula de bits	de MRAM 2 4	_:. Mais corrente	de

gravação é requerida para comutar a MTJ 23 de um estado P

5/29 para AP quando empregada na célula de bits de MRAM 24. No entanto, a célula de bits de MRAM 24 pode prover mais corrente de gravação para comutar a MTJ 23 de um estado de AP para P. Então, há necessidade para prover um projeto de MTJ que resolva este conflito de projeto. Uma comutação mais eficiente dos estados de memória em circuitos e/ou aplicações empregando a MRAM pode ser realizada como um resultado.

Sumário da Invenção

As modalidades reveladas na descrição detalhada incluem uma junção de túnel magnética (MTJ) e métodos de formação da mesma. Uma MTJ pode ser empregada em uma célula de bits de memória de acesso aleatório magnética (MRAM) para prover a armazenagem magnética de dados. A célula de bits de MRAM é compreendida por uma MTJ e por um transistor de acesso. A MTJ é compreendida por uma estrutura de camada da MTJ provendo uma barreira de túnel entre um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo. Uma camada livre é disposta entre o primeiro eletrodo e a barreira de túnel. Uma camada de referência ou de fixação é disposta entre o primeiro eletrodo e a barreira de túnel. Prover esta estrutura de célula de bits de MRAM acopla o dreno do transistor de acesso à camada livre da MTJ. Consequentemente, mais corrente de gravação pode ser suprida ou provida pelo conjunto de circuitos de gravação de célula de bits de MRAM para comutar a MTJ de um estado paralelo (P) para um estado antiparalelo (AP) . Isso é o contrário dos projetos convencionais da MTJ que dispõem a camada livre acima da camada de fixação com o dreno do transistor de acesso acoplado à camada de fixação, em que a célula de bits de MRAM pode suprir menos corrente de gravação para comutar a MTJ de um estado P para um estado AP. Ao dispor a camada de fixação na MTJ de modo que o dreno do transistor de acesso

6/29 seja acoplado à camada livre como provido aqui, as características de corrente de gravação inerentes da MTJ são alinhadas à capacidade de corrente de suprimento de gravação da MTJ quando empregada em uma célula de bits de MRAM. Mais corrente de gravação será requerida para comutar a MTJ de um estado P para um estado AP do que de um estado AP para um estado P nos dois casos. Consequentemente, mais corrente pode ser suprida para comutar a MTJ de um estado P para um estado AP na célula de bits de MRAM através de projetos convencionais da MTJ empregados em uma célula de bits de MRAM.

Mesmo ao colocar a camada de fixação e a camada livre em um projeto da MTJ de modo que o dreno do transistor de acesso seja acoplado à camada livre, a magnetização da camada de fixação é fixa em uma dada direção. Se a magnetização da camada de fixação for perdida, a MTJ não pode ser utilizada para reter ou armazenar informações. Neste sentido, um material antiferromagnético (AFM) pode ser empregado para prover uma camada de AFM. A camada de AFM prende ou fixa a magnetização da camada de fixação em uma dada direção. A camada de AFM é acoplada direta ou indiretamente à camada de fixação, que não é tipicamente uma camada texturizada. Então, a camada de AFM pode não crescer também e pode não prender firmemente as bordas da camada de fixação. Isto é o contrário de uma estrutura convencional da MTJ em que uma camada de AFM é depositada no fundo em uma camada texturizada abaixo da camada de fixação. Neste sentido, as modalidades da MTJ reveladas aqui provêem uma camada de fixação tendo uma área de superfície de camada de fixação maior do que uma área de superfície de camada livre da camada livre. Isto permite uma área de superfície maior para que a camada de AFM seja acoplada à camada de fixação.

7/29

Então, mesmo se as bordas da camada de fixação não estiverem presas firmemente pela camada de AFM, uma área interna suficiente da camada de fixação pode estar bem presa pela camada de AFM para reter a magnetização e a função como uma camada de referência suficiente para um

dado tamanho	de camada livre em	uma	MTJ.	Se	uma camada	de
fixação	não	for provida	tendo	uma	área	de	superfície	de
camada	de fixação maior	do que	uma	área	de	superfície	de
camada	livre	da camada	livre,	a	área	de	superfície	da

camada de fixação firmemente fixada pela camada de AFM pode não ser grande o suficiente para que a camada de fixação retenha a magnetização e/ou proveja uma camada de referência suficiente para a MTJ funcionar adequadamente.

Breve Descrição das Figuras

Figura 1 - é uma ilustração de uma junção de túnel magnética (MTJ) da técnica anterior mostrada nos dois estados paralelo (P) e antiparalelo (AP).

Figura 2 - é um diagrama de uma célula de bits de MRAM exemplar empregando um projeto convencional da MTJ da técnica anterior.

Figura 3 - é um gráfico exemplar ilustrando a corrente de gravação para comutar o estado da MTJ da Figura 2 tanto de P para AP quanto de AP para P.

Figura 4a - é um diagrama de uma célula de bits de MRAM exemplar empregando um projeto da MTJ exemplar provendo uma camada de fixação disposta acima de uma camada livre.

Figura 4b - é um diagrama de célula de bits de MRAM exemplar empregando um projeto da MTJ exemplar provendo uma camada livre disposta acima de uma camada de fixação.

8/29

Figura 5a - é um diagrama de uma seção transversal exemplar de uma parte da MTJ que pode ser empregada na célula de bits de MRAM da Figura 4a.

Figura 5b - é um diagrama de uma seção transversal exemplar de uma parte da MTJ que pode ser empregada na célula de bits de MRAM da Figura 4b.

Figura 6a - é um diagrama de uma seção transversal exemplar de uma parte de uma MTJ tendo uma camada de fixação disposta acima e tendo um comprimento maior que o comprimento de uma camada livre, e que pode ser empregada na célula de bits de MRAM da Figura 4a.

Figura 6b - é um diagrama de uma seção transversal exemplar de uma parte de uma MTJ tendo uma camada de fixação disposta abaixo e tendo um comprimento maior do que o comprimento de uma camada livre, e que pode ser empregada na célula de bits de MRAM da Figura 4b.

Figura 7 - é um diagrama de uma seção transversal exemplar de uma parte de uma MTJ de estrutura de giro duplo tendo uma camada de fixação disposta acima e tendo um comprimento maior que o comprimento de uma camada livre, e que pode ser empregada na célula de bits de MRAM da Figura 4a ou Figura 4b.

Figura 8 - é um diagrama de outra seção transversal exemplar de uma parte de uma MTJ de estrutura de giro duplo disposta acima e tendo um comprimento maior que o comprimento de uma camada livre, e que pode ser empregada na célula de bits de MRAM da Figura 4a ou da Figura 4b.

Descrição Detalhada da Invenção

Com referência agora às figuras, várias modalidades exemplificativas da presente invenção são descritas. A palavra exemplificativa é utilizada aqui para significar servir como um exemplo, situação ou

9/29 ilustração. Qualquer modalidade descrita aqui como exemplificativa não deve necessariamente ser interpretada como preferida ou vantajosa em relação às outras modalidades.

As modalidades reveladas na descrição detalhada incluem uma junção de túnel magnética (MTJ) e métodos de formação da mesma. Uma MTJ pode ser empregada em uma célula de bits de memória de acesso aleatório magnética (MRAM) para prover armazenagem magnética de dados. A célula de bits de MRAM é compreendida por uma MTJ e um transistor de acesso. A MTJ é compreendida por uma estrutura de camada de MTJ provendo barreira de túnel entre um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo. Uma camada livre é disposta entre o segundo eletrodo e a barreira de túnel. Uma camada de referência ou de fixação é disposta entre o primeiro eletrodo e a barreira de túnel. Prover essa estrutura de célula de bits de MRAM acopla o dreno do transistor de acesso à camada livre da MTJ. Consequentemente, mais corrente de gravação pode ser suprida ou provida pelo conjunto de circuitos de gravação de célula de bits de MRAM para comutar a MTJ de um estado paralelo (P) para um estado antiparalelo (AP). Isso é oposto aos projetos de MTJ convencionais que colocam a camada livre acima da camada de fixação com o dreno do transistor de acesso acoplado à camada de fixação, em que a célula de bits de MRAM pode suprir menos corrente de gravação para comutar a MTJ de um estado P para um estado AP. Ao colocar a camada de fixação na MTJ tal que o dreno do transistor de acesso seja acoplado à camada livre como provido aqui, as características de corrente de gravação inerentes da MTJ são alinhadas à capacidade de corrente de suprimento de gravação da MTJ quando empregadas em uma célula de bits de MRAM. Mais corrente de gravação será requerida para comutar

10/29 a MTJ de um estado P para um estado AP do que de um estado AP para um estado P nos dois casos. Consequentemente, mais corrente pode ser suprida para comutar a MTJ de um estado P para AP na célula de bits de MRAM através de projetos de MTJ convencionais empregados em uma célula de bits de MRAM.

Neste sentido, a Figura 4a ilustra uma célula de bits de MRAM 40 exemplar contendo uma MTJ 42 exemplar. A fim de armazenar dados na MTJ 42, a orientação da MTJ 42 é tal que o dreno de um transistor de acesso é acoplado à camada livre 44 da MTJ 42, ao contrário da camada de fixação 46. A MTJ 42 na Figura 4a é configurada para prover a camada de fixação 46 disposta acima da camada ferromagnética livre 44. Isto é oposto ao projeto da MTJ convencional em que a camada livre é disposta acima da camada de fixação, tal como na MTJ 23 ilustrada na Figura 2. Esta orientação comutada aborda o conflito de projeto acima indicado entre as características de corrente de gravação de uma MTJ e uma capacidade de suprimento de corrente de gravação de uma célula de bits de MRAM empregando a MTJ. Uma pessoa com habilidade comum na técnica irá entender que a camada de fixação 4 6 pode ser também disposta abaixo da camada ferromagnética livre 44. A Figura 4b mostra uma modalidade exemplar.

A Figura 4b ilustra uma célula de bits de MRAM 49 exemplar contendo a MTJ 43 exemplar. A MTJ 43 na Figura 4b é configurada para prover a camada ferromagnética livre 44 disposta acima da camada de fixação 46. A camada de fixação 46 é acoplada ao primeiro eletrodo 48. A camada livre 44 é acoplada ao segundo eletrodo 50. Uma linha de bit (V_Bl) é acoplada ao primeiro eletrodo 48. O dreno (D) de um transistor de acesso 54 é acoplado ao segundo eletrodo 50. Esta orientação comutada da camada livre 44 com relação ao dreno do transistor de acesso 54 aborda o conflito de

11/29 projeto acima indicado entre as características de corrente de gravação de uma MTJ e uma capacidade de suprimento de corrente de gravação de uma célula de bits de MRAM empregando a MTJ. Para fins de discussão, a Figura 4a será 5 referenciada, mas uma pessoa com habilidade comum na técnica irá entender que a célula de bits de MRAM 4 9 exemplar pode ser utilizada.

Na Figura 4a, ao dispor a camada livre 44 abaixo da camada de fixação 46 neste arranjo permite gue o dreno de um transistor de acesso possa ser acoplado à camada livre 44 da MTJ 42, como oposto a uma camada de fixação como na célula de bits de MRAM 24 ilustrada na Figura 2.

Consequentemente, mais corrente de gravação pode ser provida para comutar a MTJ 42 de um estado de P para AP do que de um estado de AP para P. Assim, quando a MTJ 42 é empregada na célula de bits de MRAM 40, as características da corrente de gravação inerentes da MTJ 42 são compatíveis ou alinhadas com a capacidade de suprimento de corrente de gravação da MTJ 42 quando empregada na célula de bits de

MRAM 40. Esta compatibilidade ou alinhamento significa que as características de corrente de gravação inerentes da MTJ requerem mais corrente para comutar a MTJ 42 de um estado P para AP do que de um estado AP para P, ao passo que a capacidade de suprimento de corrente de gravação da

MTJ 42 quando empregado na célula de bits de MRAM 40 pode também prover mais corrente para comutar a MTJ 42 de um estado P para AP do que de um estado AP para P.

Como ilustrado na célula de bits de MRAM 40 exemplar da Figura 4a, a camada de fixação 46 é acoplada ao

30 primeiro eletrodo 48	. A	camada	livre	44	é acoplada	ao
segundo eletrodo 50.	Uma	linha de	bits	( Vbl)	é acoplada	ao
primeiro eletrodo 48	. 0	dreno	(D) de	um	transistor	de

acesso 54 é acoplado ao segundo eletrodo 50. 0 transistor

12/29 de acesso 44 é mostrado como um transistor NMOS, no entanto, qualquer tipo de transistor pode ser empregado quando desejado. Uma linha de gravação (V_WL) é acoplada a porta (G) do transistor de acesso 54. A fonte (S) do 5 transistor de acesso 54 está acoplada a uma fonte de tensão (V_s) . A linha de bit (V_BL) é acoplada ao primeiro eletrodo 48 da MTJ 42. Ao ler os dados armazenados na MTJ 42, a linha de gravação (V_WL) é ativada para ativar o transistor de acesso 54 para permitir que a corrente flua através da 10 MTJ 42 entre o primeiro e segundo eletrodos 48, 50. Uma resistência baixa, como medida pela tensão aplicada na linha de bit (V_BL) dividida pela corrente medida, é associada com uma orientação P entre as camadas livre e de fixação 44, 46. Uma resistência superior é associada com 15 uma orientação AP entre as camadas livre e de fixação 44, 46.

	Ao	gravar	dados para a MTJ	42,	a	orientação
magnética	existente	da camada livre 44	e	da	camada de
fixação	46	é primeiro determinada.	Se	a	orientação

magnética é requerida para ser trocada para armazenar novos dados na MTJ 42, a porta (G) do transistor de acesso 54 é ativada ao aplicar uma tensão na linha de gravação (V_WL) . Uma corrente de gravação é gerada entre o dreno (D) e a fonte (S). Se a orientação magnética da MTJ 42 for trocada de um estado P para AP, uma corrente (I_P-_Ap) θ produzida fluindo do primeiro eletrodo 48 para o segundo eletrodo 50 para induzir um torque de transferência por giro (STT) na camada livre 44 para trocar a orientação magnética da camada livre 44 para AP com relação à camada de fixação 46.

Se a orientação magnética da MTJ 42 for trocada de um estado AP para P, uma corrente (Ι_Άρ-ρ) θ produzida fluindo do segundo eletrodo 50 para o primeiro eletrodo 48 para induzir um STT na camada livre 44 para trocar a orientação

13/29 magnética da camada livre 44 para P com relação à camada livre 46.

A Figura 5a ilustra uma seção transversal exemplar da MTJ 42 empregada na célula de bits de MRAM 40 da Figura 4a. As camadas na MTJ 42 têm cada uma aproximadamente o mesmo comprimento mostrado como Ll, que pode ser entre 1,0 nanômetro (nm) e 1,0 micrômetro (pm) como um exemplo. Assim, a camada de fixação 60 é disposta acima da camada livre 44 para trocar a direção de fluxo da 10 corrente de comutação na célula de bits de MRAM 40 da

Figura 4a. A camada de fixação 60 pode ser provida como parte de uma estrutura de camada de fixação antiferromagnética sintética (SAF) 58. Isto será discutido adicionalmente abaixo. A MTJ 42 é formada ao depositar uma 15 pilha de camadas no segundo eletrodo 50. As camadas na MTJ podem ser formadas por crepitação ou deposição de feixes de ions. Nesta modalidade, a camada livre 44 é primeiro colocada ou depositada no topo do segundo eletrodo 50. A camada livre 44 tem um momento magnético que é tanto P 20 quanto AP para o momento magnético da camada de fixação 60 ou 58. O momento magnético da camada livre 44 pode mudar em resposta aos campos magnéticos externos, e esta é a orientação relativa dos momentos magnéticos entre as camadas livre e de fixação 44, 60 ou 58 que determina a 25 corrente de tunelamento e, portanto, a resistência da barreira de túnel 52. A camada livre 44 pode ser formada com espessura adequada, que pode estar entre aproximadamente lnm e 1 pm como um exemplo. A camada livre 44 pode ser formada de qualquer material ferromagnético 30 adequado desejado. Os exemplos incluem Cobalto(Co)Ferro(Fe)-Boro(B)(CoFeB), CoFe, e Níquel(Ni)-Ferro(NiFe). A camada livre 44 pode ser compreendida também por camadas ferromagnéticas compostas.

14/29

Um material dielétrico fino é colocado ou depositado a seguir sobre a camada livre 44 para formar a barreira de túnel 52 seguida pela camada de fixação 60 ou 58. A barreira de túnel 52 pode ser formada com espessura adequada, que pode estar aproximadamente entre 1 e 20 Angstrõms, como um exemplo. A barreira de túnel 52 pode ser formada a partir de qualquer material dielétrico adequado desejado. Os exemplos incluem Óxido de Magnésio (MgO), Óxidos de Alumínio (A1O_X) , e Óxidos de Titânio (TiO_x) . A camada de fixação 60 pode ser provida como parte de uma estrutura de camada de fixação antiferromagnética sintética (SAF) 58 compreendida de duas camadas ferromagnéticas 60, 62 separadas por uma camada de acoplamento 64. A camada de acoplamento 64 pode ser formada a partir de um material de base que é não-magnético ou substancialmente não-magnético para formar uma camada de espaçamento não-magnético, um exemplo da qual inclui Rutênio (Ru) . As camadas ferromagnéticas 60, 62 podem ser compreendidas por ligas que incluem ferro. A camada de fixação 60 pode ser compreendida também por uma única camada de fixação ferromagnética. A camada de fixação 60 pode ser formada a partir de qualquer material ferromagnético adequado e pode ter qualquer espessura adequada, que pode estar entre aproximadamente 1 e 100 Angstrõms como um exemplo.

Uma camada de material antiferromagnético (AFM) 66 é acoplada direta ou indiretamente à camada de fixação 60 em uma direção fixa. A camada de AFM 66 pode ser colocada ou depositada no topo da camada de fixação 60 para prender ou travar o momento magnético da camada de fixação 60 em uma direção fixa. A camada de AFM 66 prende a magnetização da estrutura de camada de fixação SAF 58. A camada de fixação 60 ou 58 está presa em uma dada direção pelo acoplamento de permuta com a camada de AFM adjacente

15/29 magnetizada na dada direção. A camada de AFM 66 pode ser formada com espessura adequada, que pode estar aproximadamente entre 10 e 10.000 Angstrõms como um exemplo. A camada de AFM 66 pode ser formada a partir de qualquer material antiferromagnético adequado desejado. Os exemplos incluem Platina-Manganês (PtMn), e Iridio-Manganês (IrMn).

A Figura 5b ilustra uma seção transversal exemplar da MTJ 43 empregada na célula de bits de MRAM 4 9 da Figura 4b. As camadas na MTJ 42 têm cada uma aproximadamente o mesmo comprimento mostrado como Ll, que pode estar entre 1,0 manômetro (nm) e 1,0 micrômetro (pm) como um exemplo. Assim, a camada de fixação 60 é disposta abaixo da camada livre 44 para trocar a direção de fluxo de corrente de comutação na célula de bits de MRAM 4 9 da Figura 4b. A MTJ 43 é formada ao depositar uma pilha de camadas no primeiro eletrodo 48. As camadas na MTJ 43 podem ser formadas por crepitação ou por deposição de feixes de ions.

Na Figura 5b, uma camada de material antiferromagnético (AFM) 66 é acoplada ao primeiro eletrodo 48 sendo colocada ou depositada no topo do primeiro eletrodo 48 para prender ou travar o momento magnético da camada de fixação 60 em uma direção fixa. O acoplamento pode ser direto ou indireto. A camada de AFM 66 pode ser formada com espessura adequada, que pode estar aproximadamente entre 10 e 10.000 Angstrõms como um exemplo. A camada de AFM 66 pode ser formada a partir de qualquer material antiferromagnético adequado desejado. Os exemplos incluem Platina-Manganês (PtMn), e Iridio-Manganês (IrMn). A camada de fixação 60 pode ser colocada ou depositada no topo da AFM 66 como parte de uma estrutura de camada de fixação antiferromagnética sintética (SAF) 58. A

16/29 camada de AFM 66 prende a magnetização da estrutura da camada de fixação de SAF 58. Um material dielétrico fino é então colocado ou depositado na camada de fixação 60 para formar a barreira de túnel 52 seguida pela camada livre 44. A barreira de túnel 52 pode ser formada com espessura adequada, que pode estar aproximadamente entre 1 e 20 Angstrõms como um exemplo. A barreira de túnel 52 pode ser formada a partir de qualquer material dielétrico adequado desejado. Os exemplos incluem Óxido de Magnésio (MgO), Óxidos de Alumínio (A1O_X) , e Óxidos de Titânio (TiO_x) . As camadas ferromagnéticas 60, 62 podem ser compreendidas por ligas que incluem ferro. A camada de fixação 60 pode ser também compreendida por uma única camada de fixação ferromagnética. A camada de fixação 60 pode ser formada a partir de qualquer material ferromaqnético adequado e pode ter qualquer espessura adequada, que pode estar entre aproximadamente 1 e 100 Angstrõms como um exemplo.

Nesta modalidade, a camada livre 44 é colocada ou depositada acima da barreira de túnel 52 e abaixo do segundo eletrodo 50. A camada livre 44 em um momento magnético que é tanto P quanto AP para o momento magnético da camada de fixação 60 ou 58. O momento magnético da camada livre 44 pode mudar em resposta aos campos magnéticos externos, e é a orientação relativa dos momentos magnéticos entre as camadas livre e de fixação 44, 60 ou 58 que determina a corrente de tunelamento e, portanto, a resistência da barreira de túnel 52. A camada livre 44 pode ser formada com espessura adequada, que pode estar entre aproximadamente 1 nm e 1 pm como um exemplo. A camada livre 44 pode ser formada a partir de qualquer material ferromagnético adequado desejado. Os exemplos incluem Cobalto(Co)-Ferro(Fé)-Bóro(B) (CoFeB), CoFe, e Níquel(Ni)17/29

Ferro(NiFe). A camada livre 44 pode ser compreendida também por camadas ferromagnéticas compostas.

Como previamente discutido nas modalidades exemplares ilustradas nas Figuras 4a e 4b, a camada livre 44 é acoplada ao dreno do dreno do transistor de acesso 54. Isto muda a direção de fluxo de corrente de comutação nas células de bits de MRAM 40 e 49 das Figuras 4a e 4b. Assim sendo, a célula de bits de MRAM 40 e 49 pode suprir mais corrente de gravação para comutar as MTJ 42 e 43, respectivamente, a partir de um estado P para AP, que também requer mais corrente de gravação. No entanto, na Figura 4a, a camada de AFM 66 pode não prender bem a magnetização da estrutura da camada de fixação de SAF 58, de modo que a estrutura da camada de fixação da SAF 58 poderia perder a sua magnetização, particularmente nas bordas da MTJ. Isto é porque a camada de AFM 66 é colocada ou depositada no topo da estrutura da camada de fixação de SAF 58, que não tem tipicamente uma camada texturizada. Então, a camada de AFM 66 não pode ser desenvolvida, bem como, pode ser alcançada em uma estrutura convencional da MTJ, em que uma camada de AFM é depositada no fundo na camada de semente texturizada abaixo da camada de fixação pelo fato da camada de fixação estar sendo disposta abaixo da camada livre. Então, na MTJ 42 da Figura 5a, por exemplo, a camada de AFM 66 pode não prender firmemente as bordas da estrutura da camada de fixação de SAF 58. Se a estrutura da camada de fixação de SAF 58 não estiver presa firmemente, isto pode resultar na perda da margem de operação e até mesmo na perda de magnetização e corrupção de dados armazenados na MTJ 42 como resultado.

A fim de abordar esta questão, a Figura 6a ilustra uma modalidade exemplar alternativa de um projeto da MTJ e método de formação da mesma. Uma MTJ 70 é provida

18/29 como parte de uma matriz semicondutora, como mostrado. A fim de fixar ou prender a magnetização de uma camada de fixação 72 em uma direção fixa, um material antiferromagnético (AFM) é empregado para prover uma camada de AFM 78 similar à MTJ 42 da Figura 5a. No entanto, a MTJ

70 provê	uma	camada	de	fixação	72 tendo uma	área de
superfície	de	camada	de	fixação	maior que uma	área de
superfície	de	camada	livre de uma	camada livre	76. Nesta

modalidade, como um exemplo, a camada de fixação 72 tem um comprimento de camada de fixação maior que o comprimento da camada livre 76, tal que a área de superfície de uma seção transversal da camada de fixação 72 é maior que a área de superfície de uma seção transversal da camada livre 76. Ao prover a camada de fixação 72 tendo uma área de superfície de camada de fixação maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre 76, isto permite uma maior área de superfície para que a camada de AFM 78 seja colocada, depositada, ou acrescentada no topo da camada de fixação 72. Então, mesmo se as bordas da camada de fixação 72 não estiverem presas firmemente pela camada de AFM 78, uma área interna suficiente da camada de fixação 72 pode ser bem presa pela camada de AFM 78 para reter a magnetização e/ou função suficiente como uma camada de referência para um dado tamanho da camada livre 7 6 na MTJ 70. Se a camada de fixação 72 não tiver uma área de superfície de camada de fixação maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre 76, a área de superfície da camada de fixação 72 presa firmemente pela camada de AFM 78 pode não ser grande o suficiente para reter a sua magnetização ou prover uma camada de referência suficiente para a MTJ 70.

Uma área de superfície de camada de fixação sendo maior que uma área de superfície de camada livre não está

19/29 limitada a qualquer geometria ou projeto físico particular. Por exemplo, as dimensões de comprimento e/ou de largura de uma camada de fixação podem ser maiores que as dimensões de comprimento e/ou de largura de uma camada livre para prover uma camada de fixação tendo uma área de superfície maior que a camada livre. Como outro exemplo, se as estruturas das seções transversais da camada de fixação e/ou da camada livre forem circulares ou elípticas, estas dimensões podem incluir diâmetro ou raio, circunferência ou ambos. As 10 elipses têm duas dimensões de raio, e tanto uma ou as duas podem ser maiores em uma camada de fixação do que em uma camada livre. Se as estruturas das seções transversais da camada de fixação e/ou da camada livre forem polígonos, as dimensões podem incluir o comprimento de lados, de ângulo 15 entre lados, altura, e/ou largura, ou qualquer combinação dos mesmos. Ademais, se as estruturas das seções transversais da camada de fixação e/ou camada livre forem diferentes, as dimensões podem ser providas de qualquer maneira desde que a área de superfície da camada de fixação 20 seja maior que a área de superfície da camada livre. Um exemplo de como seria se a seção transversal da camada de fixação fosse elíptica e a seção transversal da camada livre fosse um polígono, ou vice-versa. As dimensões correspondentes poderíam incluir diâmetro a comprimento, 25 raio a comprimento, diâmetro a largura, e raio a largura, como exemplos.

Como ilustrado na MTJ 70 da Figura 6a, as seções transversais da camada de fixação 72 e camada livre 76 são retangulares. A camada de fixação 72 é provida tendo um 30 primeiro comprimento (a seguir referenciado como comprimento da camada de fixação) mostrado como L2. A camada livre 76 é provida tendo um segundo comprimento (a seguir referenciado como comprimento da camada livre)

20/29 mostrado como L₃. O comprimento da camada de fixação L2 é maior que o comprimento do comprimento da camada livre L3.

Isso faz com que a área de superfície da camada de fixação 72 seja maior que a área de superfície da camada livre 76 nesta modalidade. O comprimento da camada de fixação pode ter qualquer comprimento desejado. Por exemplo, o comprimento da camada de fixação pode ser pelo menos dez por cento (10%) maior que o comprimento da camada livre.

Uma modalidade exemplar provê que o comprimento da camada 10 de fixação esteja aproximadamente entre cento e dez por cento (110%) e trezentos por cento (300%) maior que o comprimento da camada livre.

Variações podem ser providas. Por exemplo, na MTJ da Figura 6a, os comprimentos e/ou largura de um segundo 15 eletrodo 82 e/ou barreira de túnel 74 podem ser colocados ou depositados na MTJ 70 no mesmo ou substancialmente no mesmo comprimento e/ou largura gue a camada livre, ou eles podem ser colocados ou depositados na MTJ 70 em diferentes comprimentos e/ou larguras. Também como um exemplo, o comprimento de um primeiro eletrodo 83 colocado acimada camada AFM 78 pode ter o comprimento e/ou a largura igual, maior, ou menor que o comprimento e/ou a largura da camada de AFM 78, da camada de fixação 72, ou da camada livre 76, desde que a camada de fixação 72 tenha uma áreade superfície de camada de fixação maior que uma áreade superfície de camada livre da camada livre 76. Por exemplo, a largura da camada de fixação 72 (a seguir referenciado como a largura da camada de fixação), mostrado como W₂ na Figura 6a, pode ser maior que a largura da camada livre 30 76 (a seguir referenciado como a largura da camada livre) , mostrado como W3 na Figura 6a. Como um exemplo, a largura da camada de fixação W₂ pode ser de 120 nm, e a largura da camada livre W₃ pode ser de 100 nm.

21/29

Alternativamente, a largura da camada de fixação e a largura da camada livre podem ser as mesmas ou substancialmente as mesmas. A largura da camada de fixação pode ser também menor que a da camada livre, apesar da maioria dos projetos tanto prover uma camada de fixação tendo uma largura de camada de fixação que é a mesma ou substancialmente a mesma que a largura da camada livre, ou a largura da camada de fixação é maior que uma largura da camada livre devido às restrições das técnicas de posicionamento ou de deposição.

Uma pessoa com habilidade comum na técnica irá entender que o travamento da camada de fixação de SAF 58 na Figura 4b pode ser aperfeiçoado por métodos similares discutidos acima. A Figura 6b ilustra uma modalidade da estrutura da MTJ 7 9 em que a camada de fixação 72 tem uma área de superfície maior que a área de superfície da camada livre 76. Ao prover a camada de fixação 72 tendo uma área de superfície da camada de fixação maior que uma área de superfície da camada livre da camada livre 76, isto permite aperfeiçoar o travamento da camada de fixação SAF 72 pelas razões discutidas acima. Uma área de superfície da camada de fixação sendo maior que uma área de superfície da camada livre não está limitada a qualquer geometria ou projeto físico particular.

As Figuras 7 e 8 ilustram modalidades alternativas das estruturas da MTJ que também podem ser empregadas, incluindo a célula de bits de MRAM 40 da Figura 4a e a célula de bits de MRAM 49 da Figura 4b. Estas estruturas da MTJ empregam estruturas de giro duplo, de modo que duas camadas de fixação sejam empregadas. As estruturas da MTJ de giro duplo provêem uma camada livre cuja comutação é afetada por dois torques de giro a partir de duas camadas de fixação. Os exemplos anteriores das MTJs

22/29 providos acima eram estruturas de giro único em que somente uma camada de fixação era empregada. As estruturas MTJ de giro duplo permitem tipicamente a comutação de uma magnetização de camada livre com menos corrente de gravação do que tipicamente requerido de estruturas de MTJ de giro único. Em cada uma das estruturas da MTJ de giro duplo ilustrada nas Figuras 7 e 8, cada uma contém pelo menos uma camada de fixação tendo uma área de superfície de camada de fixação maior que a área de superfície da camada livre para prover uma área de superfície para uma camada de AFM para prender com segurança a camada de fixação. Todas as possibilidades providas para a MTJ de giro único 70 das Figuras 6a e 6b e descritas acima são também possíveis para as estruturas da MTJ de giro duplo das Figuras 7 e 8. No entanto, para fins desta discussão, as configurações das Figuras 4a e 6a serão utilizadas como exemplos de configurações para as modalidades descritas nas Figuras 7 e 8. Uma pessoa com habilidade comum na técnica irá entender que as Figuras 4b e 6b podem ser utilizadas também como exemplos de configurações para as modalidades descritas nas Figuras 7 e 8.

Retornando para a Figura 7, uma primeira MTJ de giro duplo 84 é ilustrada. A camada livre 86 e barreira de túnel 88 são circundadas pelas camadas de fixação superior e inferior 90, 92. A camada de fixação inferior 92 é colocada ou depositada em uma camada de AFM 94, PtMn como um exemplo. A camada de AFM 94 é colocada ou depositada no topo de um segundo eletrodo 98. A camada livre 86 é colocada ou depositada em uma camada de espaçamento nãomagnético 99, Ru como um exemplo, que é colocada ou depositada no topo da camada de fixação inferior 92. A camada de fixação inferior 92 pode ser provida na forma de uma estrutura da camada de fixação de SAF. A camada de

23/29 fixação superior 90 é provida na forma de uma estrutura de camada de fixação de SAF. Uma camada de AFM 100 é colocada ou depositada no topo da estrutura da camada de fixação de SAF 90 para prender a magnetização da estrutura da camada 5 de fixação de SAF 90 em uma dada direção. O comprimento da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 90 (rotulada L₄) é maior que o comprimento da camada livre da camada livre 86 (rotulada L5) . Isto provê que a área de superfície da estrutura da camada de fixação de SAF 10 90 seja maior que a área de superfície da camada livre 86 nesta modalidade. O comprimento da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 90 pode ter quaisquer dimensões desejadas e pode ter uma área de superfície maior que a área de superfície da camada livre 86. Uma modalidade 15 exemplar provê o comprimento da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 90 como estando aproximadamente entre cento e dez por cento (110%) e trezentos por cento (300%) maior que o comprimento da camada livre. A camada de fixação superior 90 pode ser 20 provida também na forma de uma estrutura única de camada de fixação.

Novamente, variações podem ser providas. Por exemplo, os comprimentos e/ou as larguras de qualquer um dentre o segundo eletrodo 98, a camada de AFM 94, a camada 25 de fixação inferior 92, a camada de espaçamento nãomagnético 99, e/ou barreira de túnel 88 podem ser colocados ou depositados na MTJ 84 no mesmo ou substancialmente o mesmo comprimento e/ou largura que o comprimento da camada livre, ou eles podem ser colocados ou depositados na MTJ 84 30 em diferentes comprimentos e/ou larguras. Também como um exemplo, o comprimento de um primeiro eletrodo 101 colocado no topo da camada de AFM 100 pode ter comprimento e/ou largura igual, maior, ou menor que o comprimento e/ou

24/29 largura da camada de AFM 100, da estrutura da camada de fixação de SAF 90, ou da camada livre 86. Por exemplo, a largura da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 90, mostrada como W₄ na Figura 7, pode ser maior que a largura da camada livre da camada livre 86, mostrada como W₅ na Figura 7. Como um exemplo, a largura da camada de fixação W₄ pode ser de 120 nm, e a largura da camada livre W₅ pode ser de 100 nm. Alternativamente, a largura da camada de fixação e a largura da camada livre podem ter as mesmas ou substancialmente as mesmas larguras. A largura da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 90 pode também ser menor que a largura da camada livre, apesar da maioria dos projetos tanto proverem a mesma largura quanto substancialmente a mesma largura da camada de fixação para a estrutura da camada de fixação de SAF 90 e para a camada livre 8 6, ou a estrutura da camada de fixação de SAF 90 em uma largura da camada de fixação maior que a largura da camada livre devido às restrições das técnicas de posicionamento ou de deposição. Tudo que é requerido é uma camada de fixação tendo uma área de superfície de camada de fixação maior que a área de superfície da camada livre da camada livre.

A Figura 8 ilustra uma MTJ de giro duplo alternativa 102. Nesta MTJ 102, a primeira e segunda barreiras de túnel 104, 106 são providas. Uma camada livre 108 é circundada imediatamente pela primeira e segunda barreiras de túnel 104, 106. A primeira e segunda barreiras de túnel 104, 106 são circundadas imediatamente pelas camadas de fixação superior e inferior 110, 112, respectivamente. A camada de fixação inferior 112 é colocada ou depositada em uma camada de AFM 114, similar ao projeto da MTJ na Figura 7. A camada de AFM 114 é colocada ou depositada no topo de um segundo eletrodo 118. As

25/29 camadas de fixação superior e inferior 110, 112 podem ser providas tanto na forma de uma estrutura de camada de fixação de SAF quanto na forma de uma estrutura de camada de fixação única. Uma camada de AFM 120 é colocada ou depositada no topo da estrutura da camada de fixação de SAF

110 para prender a magnetização da estrutura da camada de fixação de SAF 110 em uma dada direção. O comprimento da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 110 (rotulado L₆) é maior que o comprimento da camada livre 108 (rotulado L₇) . Isto provê que a área de superfície da estrutura da camada de fixação de SAF 110 seja maior que a área de superfície da camada livre 108 nesta modalidade. O comprimento da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 110 pode ser de qualquer comprimento desejado e pode ser maior que o comprimento da camada livre sem limite. No entanto, uma modalidade exemplar provê que o comprimento da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 110 seja aproximadamente entre cento e dez por cento (110%) e trezentos por cento (300%) maior que o comprimento da camada livre.

Novamente, variações podem ser providas. Por exemplo, os comprimentos e/ou as larguras, de qualquer um dentre o segundo eletrodo 118, a camada de AFM 114, a camada de fixação inferior 112, e a primeira e segunda barreiras de túnel 104, 106 podem ser colocadas ou depositadas na MTJ 102 no mesmo ou substancialmente no mesmo comprimento e/ou largura que a camada livre, ou eles podem ser colocados ou depositados na MTJ 102 em diferentes comprimentos e/ou larguras. Também como um exemplo, o comprimento de um primeiro eletrodo 121 colocado no topo da camada de AFM 120 pode ter o comprimento e/ou a largura igual, maior, ou menor que o comprimento e/ou a largura da

26/29 camada de AFM 120, da estrutura da camada de fixação de SAF 110, ou da camada livre 108. Ademais, a largura da camada de fixação da estrutura da camada de fixação de SAF 110, mostrada como Wg na Figura 8, pode ser maior que a largura da camada livre da camada livre 108, mostrada como W7 na Figura 8. Como um exemplo, a largura Wg pode ser de 120 nm, e a largura W₇ pode ser de 100 nm. Alternativamente, suas larguras podem ser as mesmas ou substancialmente as mesmas. A largura da estrutura da camada de fixação de SAF 110 pode ser também menor que a largura da camada livre 108, apesar da maioria dos projetos tanto poderem prover a mesma largura entre a estrutura da camada de fixação de SAF 110 e a camada livre 108, ou a estrutura da camada de fixação de SAF 110 tendo uma largura maior que a largura da camada livre 108 devido às restrições das técnicas de deposição. Tudo que é requerido é uma camada de fixação tendo uma área de superfície de camada de fixação maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre.

Diversas modificações podem ser feitas nas estruturas da MTJ acima. A estrutura da MTJ pode ser provida em qualquer orientação ou eixo geométrico, incluindo vertical (como ilustrado), horizontal ou angular. Ademais, a seção transversal das camadas da MTJ pode ser provida de qualquer formato desejado, incluindo retangular, outro polígono, ou elíptico. As camadas da MTJ, incluindo a camada de fixação e a camada livre podem ser de formas ou estruturas diferentes tendo tanto a(s) mesma (s) ou diferente (s) dimensão(ões) . Dependendo da composição das várias camadas e dos esboços utilizados, a ordem na qual as determinadas camadas são colocadas ou depositadas pode variar. Para as estruturas da MTJ tendo dimensões de comprimento e/ou largura, as dimensões de comprimento e/ou

27/29 largura das camadas providas na estrutura da MTJ podem ter quaisquer comprimentos e/ou larguras desejadas e em qualquer proporção de comprimentos e/ou larguras para outras camadas desde que a camada de fixação tenha uma área 5 de superfície da camada de fixação maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre. Será reconhecido que a ordem das camadas e os materiais formando estas camadas nas modalidades acima são meramente exemplificativos. Além disso, apesar de na modalidade 10 ilustrada as estruturas de suporte serem geralmente representadas como redondas ou tendo extremidades arredondadas, em modalidades alternativas as estruturas de suporte podem ter formas diferentes. Ademais, em algumas modalidades, outras camadas (não mostradas) podem ser 15 colocadas ou depositadas e processadas para formar partes de um dispositivo da MTJ ou para formar outras estruturas no substrato. Em outras modalidades, estas camadas podem ser formadas utilizando deposição alternativa, padronização, e materiais e processos de deposição, podem 20 ser colocadas ou depositadas em uma ordem diferente, ou composta por diferentes materiais, como seria conhecido por uma pessoa com habilidade na técnica.

Ademais, a MTJ pode ser provida em qualquer dispositivo eletrônico para armazenar dados. O dispositivo 25 da MTJ pode ser provido em células de bits de MRAM e/ou em circuito de células de bits de MRAM para armazenar dados, onde tais dados podem ser armazenados, lidos a partir deste, e/ou gravados na MTJ. A MTJ de acordo com as modalidades reveladas aqui pode estar incluída ou integrada 30 em uma matriz semicondutora e/ou em qualquer outro dispositivo, incluindo um dispositivo eletrônico. Os exemplos de tais dispositivos incluem, sem limitação, um set top box, uma unidade de entretenimento, um dispositivo

28/29 de navegação, um dispositivo de comunicação, um assistente pessoal digital (PDA), uma unidade de dados de localização fixa, uma unidade de dados de localização móvel, um telefone móvel, um telefone celular, um computador, um computador portátil, um computador de mesa, um monitor, um monitor de computador, uma televisão, um sintonizador, um rádio, um rádio satélite, um aparelho de reprodução de música, um aparelho de reprodução de musica digital, um aparelho de reprodução de música portátil, um aparelho de reprodução de video, um aparelho de reprodução de video digital, um aparelho de reprodução de disco de video digital (DVD), e um aparelho de reprodução de video digital portátil.

É observado também que as etapas operacionais descritas em qualquer uma das modalidades exemplificativas aqui são descritas para prover exemplos e discussão. As operações descritas podem ser desempenhadas em diversas sequências diferentes que não as sequências ilustradas. Ademais, as operações descritas em uma única etapa operacional podem ser realmente desenvolvidas em uma série de etapas diferentes. Adicionalmente, uma ou mais etapas operacionais discutidas nas modalidades exemplificativas podem ser combinadas. Deve ser entendido que as etapas operacionais ilustradas nos fluxogramas podem estar sujeitas a diversas modificações diferentes como ficará prontamente aparente para uma pessoa com habilidade comum na técnica. Aqueles com habilidade comum na técnica entenderão também que as informações e sinais podem ser representados utilizando qualquer uma de uma variedade de tecnologias e de técnicas diferentes. Por exemplo, dados, instruções, comandos, informações, sinais, bits, símbolos, e chips que podem ser referenciados ao longo de toda a descrição acima podem estar representados por voltagens,

29/29 correntes, ondas eletromagnéticas, campos ou partículas magnéticos, campos ou partículas ópticos, ou qualquer combinação destes.

A descrição anterior da revelação é provida para permitir que qualquer pessoa com habilidade na técnica faça ou utilize a invenção. Várias modificações na invenção ficarão prontamente aparentes por aqueles com habilidade na técnica, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados em outras variações sem se afastar do conceito 10 inventivo ou do escopo da invenção. Então, a invenção não é pretendida para estar limitada aos exemplos e projetos descritos aqui, mas deve ser acordado o escopo mais amplo consistente com os princípios e os novos aspectos revelados aqui.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junção de túnel magnética, MTJ, (70) em memória de acesso aleatória magnética, MRAM, compreendendo:

- um primeiro eletrodo (83) e um segundo eletrodo (82) ;

- uma barreira de túnel (74) entre o primeiro eletrodo (83) e o segundo eletrodo (82);

- uma camada livre (76) entre o segundo eletrodo (82) e a barreira de túnel (74); e

- uma camada de fixação (72) entre o primeiro eletrodo (83) e a barreira de túnel (74);

em que a camada de fixação (72) se entende além da camada livre (76) em todas as direções paralelas à camada livre (76), e a MTJ caracterizada pelo fato de que a área de superfície de camada de fixação é pelo menos dez por cento maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre (76).
2. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma camada de material antiferromagnético, AFM, de um comprimento de camada de AFM entre o primeiro eletrodo e a camada de fixação, em que uma área de superfície da camada AFM é igual ou maior que a área de superfície da camada de fixação.
3. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de fixação é compreendida por uma estrutura de camada de fixação antiferromagnética sintética, SAF, em que a estrutura da camada de fixação SAF compreende pelo menos duas camadas ferromagnéticas separadas por uma camada de acoplamento.
4. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma dentre a

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2/4 camada de fixação e a camada livre é formada a partir de um material ferromagnético.
5. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda camada de fixação entre o segundo eletrodo e a camada livre.
6. MTJ, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma camada de espaçamento não-magnético ou uma camada de espaçamento não-magnético entre a camada livre e a segunda camada de fixação.
7. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda barreira de túnel entre a camada livre e o segundo eletrodo.
8. MTJ, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda camada de fixação entre a segunda barreira de túnel e o segundo eletrodo.
9. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é integrada em pelo menos uma matriz semicondutora.
10. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um dispositivo, selecionado a partir de um grupo consistindo de um set-top box, uma unidade de entretenimento, um dispositivo de navegação, um dispositivo de comunicação, um assistente pessoal digital, PDA, uma unidade de dados de localização fixa, uma unidade de dados de localização móvel, um telefone móvel, um telefone celular, um computador, um computador portátil, um computador de mesa, um monitor, um monitor de computador, uma televisão, um sintonizador, um rádio, um rádio satélite, um aparelho de

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3/4 reprodução de música, um aparelho de reprodução de música digital, um aparelho de reprodução de música portátil, um aparelho de reprodução de vídeo, um aparelho de reprodução de vídeo digital, um aparelho de reprodução de disco de vídeo digital, DVD, e um aparelho de reprodução de vídeo digital portátil, no qual a MTJ é integrada.
11. MTJ, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a área de superfície da camada de fixação é compreendida de uma área de superfície de um lado da camada de fixação próxima a barreira de túnel, e a área de superfície da camada livre é compreendida de uma área de superfície de um lado da camada livre próxima á barreira de túnel.
12. MTJ, de acordo com as reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de compreende um transistor de acesso possuindo uma porta, uma fonte, e um dreno em que a linha de gravação é acoplada à porta, o segundo eletrodo é acoplado ao dreno, e uma linha de bit é acoplada ao primeiro eletrodo.
13. Método para formar uma junção de túnel magnética, MTJ (70) em uma memória de acesso aleatório magnética, MRAM, caracterizado pelo fato de que compreende:

- prover um primeiro eletrodo (83) e um segundo eletrodo (82);

- colocar uma barreira de túnel (74) entre o primeiro eletrodo (83) e o segundo eletrodo (82);

- colocar uma camada livre (76) entre o segundo eletrodo (82) e a barreira de túnel (74);

- colocar uma camada de fixação (72) entre o primeiro eletrodo (83) e a barreira de túnel (74);

em que a camada de fixação (72) se entende além da camada livre (76) em todas as direções paralelas à camada livre (76) e tem uma área de superfície de camada de

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4/4 fixação pelo menos dez por cento maior que uma área de superfície de camada livre da camada livre (76).