CN103178205A - 磁性结及其提供方法以及包括该磁性结的磁存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁性结、其提供方法以及包括该磁性结的磁存储器。方法和系统提供可用于磁器件中的磁性结。所述磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层、自由层、至少一个绝缘层、和邻接所述至少一个绝缘层的至少一个磁插入层。所述非磁间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间。所述至少一个绝缘层与所述自由层和所述被钉扎层中的至少一个相邻。所述至少一个磁插入层邻接所述至少一个绝缘层。在一些方面，绝缘层包括镁氧化物、铝氧化物、钽氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及镍氧化物的至少其中之一。所述磁性结被配置为使得当写电流通过所述磁性结时所述自由层在多个稳定磁状态之间可切换。

Description

磁性结及其提供方法以及包括该磁性结的磁存储器
本发明是在DARPA授予的资助/合同编号HR0011-09-C-0023下利用美国政府支持进行的。美国政府保留本发明中的特定权利。
技术领域
本发明涉及磁性结、其提供方法以及包括该磁性结的磁存储器。
背景技术
磁存储器，特别是磁性随机存取存储器（MRAM），由于其在操作过程中潜在的高读/写速度、出色的耐用性、非易失性和低功耗，已经引起越来越多的关注。MRAM可以利用磁材料作为信息记录介质存储信息。一类MRAM是自旋转移矩随机存取存储器（STT-RAM）。STT-RAM采用磁性结，磁性结至少部分地用被驱动通过磁性结的电流写入。被驱动通过磁性结的自旋极化电流对磁性结中的磁矩施加自旋转矩。结果，具有响应于自旋转矩的磁矩的（多个）层可以被切换到期望的状态。
例如，图1示出常规隧道结（MTJ）10，它可以用在常规的STT-RAM中。常规的MTJ10通常位于底接触11上，使用（多个）常规籽层12，并包括常规反铁磁（AFM）层14、常规被钉扎层16、常规隧道势垒层18、常规自由层20、以及常规盖层22。还示出了顶接触24。
常规接触11和24用于沿电流垂直于平面（CPP）的方向，或沿图1所示的z轴驱动电流。（多个）常规籽层12通常用来帮助生长具有期望晶体结构的后续层，如AFM层14。常规隧道势垒层18是非磁性的，并且是例如薄的绝缘体，诸如MgO。
常规被钉扎层16和常规自由层20是磁性的。常规被钉扎层16的磁化17通常通过与AFM层14的交换偏置作用沿特定的方向被固定或被钉扎。虽然描绘成简单（单）层，但是常规被钉扎层16可以包括多个层。例如，常规被钉扎层16可以是合成反铁磁（SAF）层，包括通过薄的导电层（诸如Ru）反铁磁地耦合的磁层。在这样的SAF中，可以使用与Ru薄层交替的多个磁层。在另一实施例中，跨Ru层的耦合可以是铁磁性的。另外，其它形式的常规MTJ10可包括额外的被钉扎层（未示出），其通过额外的非磁势垒或导电层（未示出）与自由层20分开。
常规自由层20具有可改变的磁化21。虽然描绘为简单的层，但常规自由层20也可以包括多个层。例如，常规自由层20可以是合成的层，包括通过薄的导电层（诸如Ru）反铁磁或铁磁地耦合的磁层。虽然示出为在面内，但是常规自由层20的磁化21可以具有垂直各向异性。因此，被钉扎层16和自由层20的磁化17和21可以分别垂直于层的平面取向。
为了切换常规自由层20的磁化21，垂直于平面（沿z方向）驱动电流。当足够的电流被从顶接触24驱动到底接触11时，常规自由层20的磁化21可以切换为平行于常规被钉扎层16的磁化17。当足够的电流被从底接触11驱动至顶接触24时，自由层的磁化21可以切换为反平行于被钉扎层16的磁化。磁性配置的差异对应于不同的磁电阻，从而对应于常规MTJ10的不同逻辑状态（例如，逻辑“0”和逻辑“1”）。因此，通过读常规MTJ10的隧道磁电阻（TMR），可以确定常规MTJ的状态。
虽然常规MTJ10可以用自旋转移写入，通过检测磁性结的TMR读出，并用在STT-RAM中，但存在缺点。例如，来自常规MTJ10的信号会低于所期望的。对于具有垂直取向的磁化17和21的常规MTJ10，TMR可低于磁化在面内的常规MTJ10。结果，来自常规的MTJ10的信号可比期望的更低。对于磁化垂直于平面取向的常规MTJ10，常规MTJ10的垂直各向异性可低于所期望的。因此，常规MTJ10垂直取向，热稳定性可低于所期望的。常规MTJ10也会呈现比期望的更高的衰减（damping）。因此，使用常规MTJ10的存储器的性能仍然需要加以改进。
因此，所需要的是可以改善基于自旋转移矩的存储器的性能的方法和系统。这里描述的方法和系统致力于这些需要。
发明内容
方法和系统提供可用于磁器件的磁性结。磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层、自由层、至少一个绝缘层、和邻接至少一个绝缘层的至少一个磁插入层。非磁间隔层位于被钉扎层和自由层之间。至少一个绝缘层与自由层和被钉扎层的至少之一相邻。至少一个磁插入层邻接至少一个绝缘层。磁性结被配置为使得当写电流通过磁性结时自由层可在多个稳定磁状态之间切换。
附图说明
图1示出了常规磁性结；
图2示出邻接MgO层的磁插入层的示范实施例；
图3示出邻接MgO层的磁插入层的另一示范实施例；
图4示出邻接MgO层的磁插入层的示范实施例；
图5示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的示范实施例；
图6示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图7示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图8示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图9示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图10示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图11示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图12示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图13示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图14示出使用磁插入层并通过自旋转移可切换的磁性结的另一示范实施例；
图15示出制造包括磁子结构（magnetic substructure）的磁性结的方法的示范实施例；
图16示出在存储单元的存储元件中使用磁性结的存储器的示范实施例。
具体实施方式
示范实施例涉及可用于诸如磁存储器的磁器件中的磁性结，以及使用这样的磁性结的器件。给出下面的描述，从而使本领域普通技术人员能够实施和使用本发明，且该描述是在专利申请及其要求的情况下提供。对这里描述的示范实施例及一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。示范实施例主要根据特定实例中提供的特定方法和系统来描述。然而，方法和系统将在其它实例中有效操作。诸如“示范实施例”、“一实施例”和“另一实施例”可指相同或不同的实施例以及多个实施例。实施例将关于具有某些组件的系统和/或器件进行描述。然而，系统和/或器件可包括比所示的更多或更少的部件，并且在不偏离本发明范围的情况下可改变部件的布置和类型。示范实施例也将在具有特定步骤的特定方法的情况下进行描述。然而，对于具有不同和/或额外的步骤及与示范实施例不一致的不同顺序的步骤的其它方法，所述方法和系统有效地操作。因此，本发明并不意图限于示出的实施例，而是应被给予与这里描述的原理和特征相一致的最宽范围。
描述了用于提供磁性结以及利用所述磁性结的磁存储器的方法和系统。示范实施例提供用于提供可用于磁器件的磁性结的方法和系统。磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层、自由层、至少一个MgO层、和邻接所述至少一个MgO层的至少一个磁插入层。非磁间隔层位于被钉扎层和自由层之间。所述至少一个MgO层邻近自由层和被钉扎层至少之一。至少一个磁插入层邻接至少一个MgO层。磁性结被配置为使得当写电流通过磁性结时自由层在多个稳定磁状态之间可切换。
示范实施例在具有某些部件的特定磁性结和磁存储器的背景下描述。本领域普通技术人员将容易地认识到，本发明符合具有与本发明不一致的其它和/或额外组件和/或其它特征的磁性结和磁存储器的使用。方法和系统也在自旋转移现象、磁各向异性、和其它物理现象的当前理解的背景中描述。因此，本领域普通技术人员将容易地认识到，方法和系统的行为的理论解释是基于自旋转移、磁各向异性和其它物理现象的当前理解进行的。然而，这里描述的方法和系统不依赖于特定的物理解释。本领域普通技术人员也将很容易地认识到，方法和系统在与基板具有特定关系的结构的背景中描述。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，方法和系统符合其它结构。此外，方法和系统在某些层（其是合成层和/或简单层）的背景中描述。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，层可以有另一结构。另外，方法和系统在具有特定层的磁性结和/或子结构的背景中描述。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，也可以使用与所述方法和系统不一致的具有额外和/或不同的层的磁性结和/或子结构。此外，某些部件被描述为磁的、铁磁的、和亚铁磁的。在这里使用时，术语“磁”可包括铁磁、亚铁磁或类似结构。因此，这里使用时，术语“磁”或“铁磁”包括但并不限于铁磁体和铁氧磁体。方法和系统还在单一磁性结和子结构的背景中描述。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，方法和系统符合具有多个磁性结及使用多个子结构的磁存储器的使用。另外，这里使用时，“面内”基本上平行于磁性结的一个或多个层的平面或者在所述平面内。相反，“垂直”对应于基本上垂直于磁性结的一个或多个层的方向。
图2示出磁插入层100的示范实施例，其可用于磁器件例如磁隧道结（MTJ）、自旋阀、或弹道磁电阻结构、或它们的一些组合中。其中使用磁插入层100的磁器件可以使用在各种应用中。例如，磁器件可以使用在磁存储器诸如STT-RAM中，因而磁插入层可以使用在磁存储器诸如STT-RAM中。为清楚起见，图2不按比例绘制。磁插入层100被示为邻接MgO层120。在示出的实施例中，MgO层120在磁插入层100的顶部上。然而，在另一实施例中，磁插入层100可以生长在MgO层120上。因此，对于磁插入层100和MgO层120，不应假设与基板的特别关系。另外，层120被描述为是MgO层。然而，在其它实施例中，层120可以包括铝氧化物、钽氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及镍氧化物的至少之一。
示于图2的磁插入层100是包括CoX、FeX和/或CoFeX的至少一个磁层，其中X选自包括B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb的材料的组。在一些实施例中，磁插入层100包括CoX、FeX和/或CoFeX。在一些实施例中，磁插入层100由CoFeB形成。磁插入层100邻接MgO层120。MgO层120可以是晶体结构并且可以具有优选织构。在一些实施例中，磁插入层100至少为3埃且不超过2纳米。在某些实施例中，磁插入层100虽然由磁材料制成，但期望是非磁性的。在这样的实施例中，根据所使用的材料，磁插入层100可期望为不超过5纳米厚或类似厚度。在如此低的厚度的状态下，磁插入层100是磁死的(magnetically dead)。因此，诸如CoFeB的磁材料可用于磁插入层，即使磁插入层100是非磁性的。在其它实施例中，如果铁磁插入层100是期望的或可接受的，则可使用更大的厚度。当用于磁性结中时，磁插入层100位于磁性结的磁电阻区域外部。例如，在MTJ中，磁插入层100将不会位于自由层和隧道势垒层之间或将不会位于隧道势垒层和被钉扎层之间。类似地，对于双MTJ，磁插入层100将不会位于自由层与两个隧道势垒层任一之间或者将不会位于两个被钉扎层与两个隧道势垒层之间。因此，磁插入层100可以被认为位于与其一起使用的磁性结的感测部分之外。
磁插入层100可以被用于调整其中使用磁插入层100的磁性结的属性。例如，图2所示的磁插入层100与MgO层120的组合可导致具有低电阻区域（RA）的MgO层120。使用磁插入层100可影响其中使用磁插入层100的磁性结中的其它层。例如，可以减小包括在被钉扎层和自由层之间的隧道势垒层（图2中未示出）的磁性结的RA。在某些实施例中，MgO层120、磁插入层100及磁性结（未示出）的组合的RA可减小到二分之一或更小。在一些这样的实施例中，磁性结RA可减少到十分之一或更小。该RA的减小可提高磁性结的TMR。在某些实施例中，可以提高使用磁插入层100的磁性结中的其它磁层（未示出）的垂直各向异性。因此，自旋转移写入可以得到改进。通过磁化垂直于平面，磁性结也可以是更热稳定的。因此，可以改善利用磁插入层100的磁性结的性能。
结果，其中使用磁插入层100的磁器件的属性也可以如所期望地被配置。例如，由于自由层的改善结晶和与隧道结的晶格匹配，尤其是对于具有两个势垒的隧道结，可提高其中使用磁插入层100的磁器件的TMR。在其中使用磁插入层100的磁器件中，可以提高诸如WER和数据速率的开关特性。
图3示出磁插入层100’的示范实施例，其可用于磁器件例如MTJ、自旋阀、或弹道磁电阻结构、或它们的一些组合中。其中使用磁插入层100’的磁器件可以使用在各种应用中。例如，磁性结可以使用在磁存储器诸如STT-RAM中，因而磁插入层可以使用在磁存储器诸如STT-RAM中。为清楚起见，图3不按比例绘制。磁插入层100’类似于磁插入层100。类似地，磁插入层100’与MgO层120一起示出。因此，类似的部件被类似地标记。磁插入层100’示出为邻接MgO层120。在示出的实施例中，MgO层120位于磁插入层100’的顶部。然而，在另一实施例中，磁插入层100’可以生长在MgO层120上。因此，对于磁插入层100’和MgO层120，不假设与基板的特别关系。在示出的实施例中，层120被描述为是MgO层。然而，在其它实施例中，层120可以包括铝氧化物、钽氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及镍氧化物的至少之一。
磁插入层100’以与磁插入层100类似的方式使用在磁性结中。因此，当使用在磁性结中时，磁插入层100’位于磁性结的磁电阻区域之外。换言之，磁插入层100’可以被认为位于与其一起使用的磁性结的感测部分之外。
示于图3的磁插入层100’是包括磁层102和额外磁层104的双层。磁层102包括CoX、FeX和/或CoFeX，其中X选自包括B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb的材料的组。在一些实施例中，磁层102包括CoX、FeX和/或CoFeX。在一些实施例中，磁层102由CoFeB形成。因此，可认为磁层102类似于磁插入层100的一个实施例。磁插入层100’邻接MgO层120。在示出的实施例中，磁层102邻接MgO层120且位于MgO层120和额外磁层104之间。然而，在其它实施例中，额外磁层104可位于MgO层120和磁层102之间。额外磁层104可包括Co和/或Fe。在一些实施例中，磁层104可包括Fe层或可包括Co层。
在一些实施例中，磁插入层100’至少为3埃且不超过2纳米。在某些实施例中，磁插入层100’虽然由磁材料制成，但期望是非磁的。在这样的实施例中，根据所使用的材料，磁插入层100’可期望为不超过5纳米厚或类似（analogous）厚度。在如此低的厚度的状态下，磁插入层100’是磁死的(magnetically dead)。因此，诸如CoFeB的磁材料可用于磁层102，以及诸如Co或Fe的磁材料可用于额外磁层104，即使磁插入层100’是非磁性的。在其它实施例中，如果磁插入层100’是期望的或可接受的，则可使用更大的厚度。
磁插入层100’可以被用于调整其中使用磁插入层100’的磁性结的属性。因此，磁插入层100’可共享磁插入层100的益处。例如，其中采用磁插入层100’的磁性结可享有减小的RA、改善的TMR、更高的垂直各向异性、更高的热稳定性、和/或其它益处。因此，利用磁插入层100’的磁性结的性能可得到改善。
图4示出磁插入层100”的示范实施例，其可用于磁器件例如MTJ、自旋阀、或弹道磁电阻结构、或它们的一些组合中。其中使用磁插入层100”的磁器件可以使用在各种应用中。例如，磁性结可以使用在磁存储器诸如STT-RAM中，因而磁插入层可以使用在磁存储器诸如STT-RAM中。为清楚起见，图4不按比例绘制。磁插入层100”类似于磁插入层100和磁插入层100’。类似地，磁插入层100”与MgO层120一起示出。因此，类似的部件被类似地标记。磁插入层100”示出为邻接MgO层120。在示出的实施例中，MgO层120在磁插入层100”的顶部上。然而，在另一实施例中，磁插入层100”可以生长在MgO层120上。因此，对于磁插入层100”和MgO层120，不应假设与基板的特别关系。在示出的实施例中，层120被描述为是MgO层。然而，在其它实施例中，层120可以包括铝氧化物、钽氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及镍氧化物的至少之一。
磁插入层100”以与磁插入层100和100’类似的方式使用在磁性结中。因此，当使用在磁性结中时，磁插入层100”位于磁性结的磁电阻区域之外。换言之，磁插入层100”可以被认为位于与其一起使用的磁性结的感测部分之外。
示于图4的磁插入层100”是至少包括第一磁层102’、非磁层106和第二磁层108的多层。在一些实施例中，额外磁层（未示出）可与额外非磁层（未示出）交替插入。第一磁层102’包括CoX、FeX和/或CoFeX，其中X选自包括B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb的材料的组。在一些实施例中，第一磁层102’包括CoX、FeX和/或CoFeX。在一些这样的实施例中，第一磁层102’由CoFeB形成。第二磁层108包括CoY、FeY和/或CoFeY，其中Y选自包括B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb的材料的组。在一些实施例中，第二磁层108包括CoY、FeY和/或CoFeY。在一些实施例中，第二磁层108由CoFeB形成。因此，可认为第一磁层102’和第二磁层108每个类似于磁插入层100的一个实施例。磁插入层100”邻接MgO层120。在示出的实施例中，第一磁层102’邻接MgO层120且位于MgO层120和第二磁层108之间。然而，在其它实施例中，第二磁层108可位于MgO层120和第一磁层102’之间。非磁层106示出为包括Ta。然而，在其它实施例中，可使用其它或额外非磁材料。例如，非磁层可包括Ru、Cr、Ti、W、V、Hf、Zr和Ta的其中之一或更多。在一些实施例中，非磁层106可包括Ru、Cr、Ti、W、V、Hf、Zr和Ta的至少其中之一。
在一些实施例中，磁插入层100”至少为3埃且不超过2纳米。在一些实施例中，磁插入层100”虽然由磁材料制成，但期望是非磁的。在这样的实施例中，根据所使用的材料，磁插入层100”中的每个磁层102’和108可期望为不超过5纳米厚或类似厚度。在如此低的厚度的状态下，磁层102’和108每个是磁死的(magnetically dead)。因此，诸如CoFeB的磁材料可用于磁层102’和108，即使磁插入层100”是非磁性的。在其它实施例中，如果磁插入层100”是期望的或可接受的，则更大的厚度可用于磁层102’和108之一或多个。
磁插入层100”可以被用于调整其中使用磁插入层100”的磁性结的属性。因此，磁插入层100”可共享磁插入层100和/或100’的益处。例如，其中采用磁插入层100”的磁性结可享有减小的RA、改善的TMR、更高的垂直各向异性、更高的热稳定性、和/或其它益处。因此，利用磁插入层100”的磁性结的性能可得到改善。
图5示出包括磁插入层诸如100、100’和/或100”的磁性结200的示范实施例。为清楚起见，图5不按比例绘制。磁性结200包括MgO籽层204、自由层210、非磁间隔层220和被钉扎层230。尽管以特定取向示出层210、220和230，但该取向在其它实施例中可改变。例如，被钉扎层230可更靠近磁性结200的底部（最靠近未示出的基板）。还示出了可选的籽层202。也可以使用钉扎层（未示出）和盖层（未示出）。一般地，如果被钉扎层230的磁矩在面内，则将使用钉扎层，但如果被钉扎层230的磁矩垂直于平面，则将不使用钉扎层。这样的钉扎层将用于固定被钉扎层230的磁化（未示出）。在一些实施例中，钉扎层可以是通过交换配置作用钉扎被钉扎层230的磁化（未示出）的AFM层或多层。磁性结200也被配置为当写电流通过磁性结200时允许自由层210在稳定磁状态之间切换。因此，自由层210可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层220可以是隧道势垒层、导体、或自由层210和被钉扎层230之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层220为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO籽层204来改善磁性结200的TMR和其它特性。据猜测，MgO籽层的存在改善了隧道势垒层220的晶体结构。
尽管示出为简单层，但自由层210和/或被钉扎层230可包括多层。例如，自由层210和/或被钉扎层230可以是包括通过诸如Ru的薄层反铁磁或铁磁地耦合的磁层的SAF。在这样的SAF中，可以使用与Ru或其它材料的薄层交替插入的多个磁层。自由层210和/或被钉扎层230也可以是另外的多层。尽管图5中未示出磁化，但自由层210和/或被钉扎层230每个可具有超过面外的去磁能（out-oplane demagnetization energy）的垂直各向异性能（perpendicular anisotropy energy）。因此，自由层210和/或被钉扎层230每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层210和/或被钉扎层230每个的磁矩在平面内。自由层210和/或被钉扎层230的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，磁性结200可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结200可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层210和/或230的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。如上所述，磁插入层100、100’和/或100”可以减小相邻MgO层诸如MgO籽层204的RA。MgO籽层204的寄生电阻对磁性结200的总电阻的贡献可以减小。由自由层210和被钉扎层230的磁取向导致的TMR因此可以在磁性结200的总电阻中占更大部分。这样，磁性结的TMR有效提高。另外，非磁间隔层220的RA可由于改善的MgO籽层204的存在并因而磁插入层100/100’/100”的存在而减小。因此，磁性结200的RA可进一步减小。因此，磁性结200的性能可得到改善。
图6示出包括磁插入层诸如100、100’和/或100”的磁性结200’的示范实施例。为清楚起见，图6不按比例绘制。磁性结200’类似于磁性结200。因此，类似的层被类似地标记。磁性结200’包括分别类似于层210、220和230的自由层210’、非磁间隔层220’和被钉扎层230’。尽管以特定取向示出了层210’、220’和230’，但该取向在其它实施例中可改变。还示出MgO籽层204’和磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）和/或可选的盖层（未示出）。磁性结200’还被配置为当写电流通过磁性结200’时允许自由层210’在稳定磁状态之间切换。因此，自由层210’可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层220’可以是隧道势垒层、导体、或自由层210’和被钉扎层230’之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层220’为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO籽层204’来改善磁性结200’的TMR和其它特性。据猜测，MgO籽层204’的存在改善了隧道势垒层220’的晶体结构（结构和/或织构）。
尽管示出为简单层，但自由层210’可包括多层，如上所述。被钉扎层230’明显地示出为包括参考层232、非磁层234和被钉扎层236。因此，在该实施例中被钉扎层230’为SAF。尽管图6中未示出磁化，但自由层210’和/或被钉扎层230’每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层210’和/或被钉扎层230’每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层210’和/或被钉扎层230’每个的磁矩在平面内。自由层210’和/或被钉扎层230’的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结200’可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结200’可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层210’和/或230’的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结200’的性能。
图7示出包括磁插入层100/100’/100”的磁性结200”的示范实施例。为清楚起见，图7不按比例绘制。磁性结200”类似于磁性结200和/或200’。因此，类似的层被类似地标记。磁性结200”包括分别类似于层210/210’、220/220’和230/230’的自由层210”、非磁间隔层220”和被钉扎层230”。尽管以特定取向示出了层210”、220”和230”，但该取向在其它实施例中可改变。还示出MgO籽层204”和磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）和/或可选的盖层（未示出）。磁性结200”还被配置为当写电流通过磁性结200”时允许自由层210”在稳定磁状态之间切换。因此，自由层210”可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层220”可以是隧道势垒层、导体、或自由层210”和被钉扎层230”之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层220”为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO籽层204”来改善磁性结200”的TMR和其它特性。据猜测，MgO籽层204”的存在改善了隧道势垒层220”的晶体结构（结构和/或织构）。
尽管示出为简单层，但自由层210”和/或被钉扎层230”可包括多层，如上所述。尽管图7中未示出磁化，但自由层210”和/或被钉扎层230”每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层210”和/或被钉扎层230”每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层210”和/或被钉扎层230”每个的磁矩在平面内。自由层210”和/或被钉扎层230”的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结200”可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结200”可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层210”和/或230”的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结200”的性能。
图8示出包括磁插入层100/100’/100”的磁性结200”’的示范实施例。为清楚起见，图8不按比例绘制。磁性结200”’类似于磁性结200、200’和/或200”。因此，类似的层被类似地标记。磁性结200”’包括分别类似于层210/210’/210”、220/220’/220”和230/230’/230”的自由层210”’、非磁间隔层220”’和被钉扎层230”’。尽管以特定取向示出层210”’、220”’和230”’，但该取向在其它实施例中可改变。还示出MgO籽层204”’和磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）和/或可选的盖层（未示出）。磁性结200”’还被配置为当写电流通过磁性结200”’时允许自由层210”’在稳定磁状态之间切换。因此，自由层210”’可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层220”’可以是隧道势垒层、导体、或自由层210”’和被钉扎层230”’之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层220”’为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO籽层204”’来改善磁性结200”’的TMR和其它特性。据猜测，MgO籽层204”’的存在改善了隧道势垒层220”’的晶体结构（结构和/或织构）。
此外，磁性结200”’是双结构。因此，磁性结200”’还包括额外的非磁间隔层240和额外的被钉扎层250。非磁间隔层240可类似于非磁间隔层220”’。因此，非磁间隔层240可以是晶体MgO隧道势垒层。在其它实施例中，非磁间隔层240可不同于层220”’。类似地，被钉扎层250可类似于被钉扎层230”’。
尽管示出为简单层，但自由层210”’和/或被钉扎层230”’及250可包括多层，如上所述。尽管图8中未示出磁化，但自由层210”’和/或被钉扎层230”’及250每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层210”’和/或被钉扎层230”’及250每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层210”’和/或被钉扎层230”’及250每个的磁矩在平面内。自由层210”’和/或被钉扎层230”’的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结200”’可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结200”’可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层210”’和/或230”’的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结200”’的性能。
图9示出包括磁插入层诸如100、100’、和/或100”的磁性结300的示范实施例。为清楚起见，图9不按比例绘制。磁性结300包括自由层310、非磁间隔层320、被钉扎层330、及MgO盖层304。尽管以特定取向示出层310、320和330，但该取向在其它实施例中可改变。例如，被钉扎层330可更靠近磁性结300的底部（最靠近未示出的基板）。还示出了可选的籽层302。也可以使用钉扎层（未示出）和MgO籽层（未示出）。一般地，如果被钉扎层330的磁矩在面内，则将使用钉扎层，但如果被钉扎层330的磁矩垂直于平面，则将不使用钉扎层。这样的钉扎层将用于固定被钉扎层330的磁化（未示出）。在一些实施例中，钉扎层可以是通过交换配置作用钉扎被钉扎层330的磁化（未示出）的AFM层或多层。磁性结300还被配置为当写电流通过磁性结300时允许自由层310在稳定磁状态之间切换。因此，自由层310可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层320可以是隧道势垒层、导体、或自由层310和被钉扎层330之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层320为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO盖层304来改善磁性结300的TMR和其它特性。据猜测，MgO盖层304的存在改善了非磁间隔层320的晶体结构（结构和/或织构），因为非磁间隔层320对周围结构敏感，该周围结构可影响其它活动（activities）之中的层的沉积和磁性结300的退火。
尽管示出为简单层，但自由层310和/或被钉扎层330可包括多层。例如，自由层310和/或被钉扎层330可以是包括通过诸如Ru的薄层反铁磁或铁磁地耦合的磁层的SAF。在这样的SAF中，可以使用与Ru或其它材料的薄层交替的多个磁层。自由层310和/或被钉扎层330也可以是另外的多层。尽管图9中未示出磁化，但自由层310和/或被钉扎层330每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层310和/或被钉扎层330每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层310和/或被钉扎层330每个的磁矩在平面内。自由层310和/或被钉扎层330的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结300可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结300可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层310和/或330的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。如上所述，磁插入层100、100’和/或100”可以减小相邻MgO层诸如MgO盖层304的RA。MgO盖层304的寄生电阻的减小可有效提高磁性结300的TMR。另外，非磁间隔层320的RA可通过改善的MgO盖层304的存在并因而磁插入层100/100’/100”的存在而减小。因此，磁性结300的RA可进一步减小。因此，磁性结300的性能可得到改善。
图10示出包括磁插入层100/100’/100”的磁性结300’的示范实施例。为清楚起见，图10不按比例绘制。磁性结300’类似于磁性结300。因此，类似的层被类似地标记。磁性结300’包括分别类似于层310、320和330的自由层310’、非磁间隔层320’和被钉扎层330’。尽管以特定取向示出了层310’、320’和330’，但该取向在其它实施例中可改变。还示出MgO盖层304’和磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）和/或可选的MgO籽层（未示出）。磁性结300’还被配置为当写电流通过磁性结300’时允许自由层310’在稳定磁状态之间切换。因此，自由层310’可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层320’可以是隧道势垒层、导体、或自由层310’和被钉扎层330’之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层320’为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO盖层304’来改善磁性结300’的TMR和其它特性。据猜测，MgO盖层304’的存在改善了非磁间隔层320’的晶体结构（结构和/或织构），因为非磁间隔层320’对周围结构敏感，该周围结构在其它活动当中可影响层的沉积和磁性结300’的退火。
尽管示出为简单层，但自由层310’和/或被钉扎层330’可包括多层，如上所述。尽管图10中未示出磁化，但自由层310’和/或被钉扎层330’每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层310’和/或被钉扎层330’每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层310’和/或被钉扎层330’每个的磁矩在平面内。自由层310’和/或被钉扎层330’的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结300’可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结300’可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层310’和/或330’的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结300’的性能。
图11示出包括磁插入层100/100’/100”的磁性结300”的示范实施例。为清楚起见，图11不按比例绘制。磁性结300”类似于磁性结300和/或300’。因此，类似的层被类似地标记。磁性结300”包括分别类似于层310/310’、320/320’和330/330’的自由层310”、非磁间隔层320”和被钉扎层330”。尽管以特定取向示出了层310”、320”和330”，但该取向在其它实施例中可改变。还示出MgO盖层304”和磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）和/或可选的MgO籽层（未示出）。磁性结300”还被配置为当写电流通过磁性结300”时允许自由层310”在稳定磁状态之间切换。因此，自由层310”可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层320”可以是隧道势垒层、导体、或自由层310”和被钉扎层330”之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层320”为晶体MgO隧道势垒层。如上所述，在这样的实施例中，可采用MgO盖层304”来改善磁性结300”的TMR和其它特性。
此外，磁性结300”是双结构。因此，磁性结300”还包括额外的非磁间隔层340和额外的被钉扎层350。非磁间隔层340可类似于非磁间隔层320”。因此，非磁间隔层340可以是晶体MgO隧道势垒层。在其它实施例中，非磁间隔层340可不同于层320”。类似地，被钉扎层350可类似于被钉扎层330”。
尽管示出为简单层，但自由层310”和/或被钉扎层330”及350可包括多层，如上所述。尽管图11中未示出磁化，但自由层310”和/或被钉扎层330”及350每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层310”和/或被钉扎层330”及350每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层310”和/或被钉扎层330”及350每个的磁矩在平面内。自由层310”和/或被钉扎层330”的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结300”可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结300”可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层310”和/或330”的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结300”的性能。
图12示出包括两个磁插入层诸如100、100’和/或100”的磁性结400的示范实施例。为清楚起见，图12不按比例绘制。磁性结400包括自由层410、非磁间隔层420、被钉扎层430和MgO籽层404及MgO盖层406。尽管以特定取向示出层410、420和430，但该取向在其它实施例中可改变。例如，被钉扎层430可更靠近磁性结400的底部（最靠近未示出的基板）。还示出了可选的籽层402。也可以使用钉扎层（未示出）。一般地，如果被钉扎层430的磁矩在面内，则将使用钉扎层，但如果被钉扎层430的磁矩垂直于平面，则将不使用钉扎层。这样的钉扎层将用于固定被钉扎层430的磁化（未示出）。在一些实施例中，钉扎层可以是通过交换配置作用钉扎被钉扎层430的磁化（未示出）的AFM层或多层。磁性结400也被配置为当写电流通过磁性结400时允许自由层410在稳定磁状态之间切换。因此，自由层410可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层420可以是隧道势垒层、导体、或自由层410和被钉扎层430之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层420为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO籽层404和MgO盖层406来改善磁性结400的TMR和其它特性。据猜测，MgO籽层404和MgO盖层406的存在改善了非磁间隔层420的晶体结构（结构和/或织构），因为非磁间隔层对周围结构敏感，该周围结构在其它活动当中可影响层的沉积和磁性结400的退火。
尽管示出为简单层，但自由层410和/或被钉扎层430可包括多层。例如，自由层410和/或被钉扎层430可以是包括通过诸如Ru的薄层反铁磁或铁磁地耦合的磁层的SAF。在这样的SAF中，可以使用与Ru或其它材料的薄层交替的多个磁层。自由层410和/或被钉扎层430也可以是另外的多层。尽管图12中未示出磁化，但自由层410和/或被钉扎层430每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层410和/或被钉扎层430每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层410和/或被钉扎层430每个的磁矩在平面内。自由层410和/或被钉扎层430的磁矩的其它取向也是可能的。
使用两个磁插入层100/100’/100”。一个磁插入层100/100’/100”与MgO层404和406的其中之一相邻。由于使用两个磁插入层100、100’和/或100”，磁性结400可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结400可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层410和/或430的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。如上所述，磁插入层100、100’和/或100”可以减小相邻的MgO层诸如MgO籽层404和MgO盖层406的RA。MgO籽层404和MgO盖层406的寄生电阻的减小可有效提高磁性结300的TMR。另外，非磁间隔层420的RA可通过改善的MgO层404和406的存在而减小。因此，MgO隧道势垒层的RA可通过磁插入层100/100’/100”得到改善。因此，磁性结400的RA可进一步减小。因此，磁性结400的性能可得到改善。
图13示出包括磁插入层100/100’/100”的磁性结400’的示范实施例。为清楚起见，图13不按比例绘制。磁性结400’类似于磁性结400。因此，类似的层被类似地标记。磁性结400’包括分别类似于层410、420和430的自由层410’、非磁间隔层420’和被钉扎层430’。尽管以特定取向示出层410’、420’和430’，但该取向在其它实施例中可改变。还示出了MgO籽层404’、MgO盖层406’、及磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）。磁性结400’还被配置为当写电流通过磁性结400’时允许自由层410’在稳定磁状态之间切换。因此，自由层410’可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层420’可以是隧道势垒层、导体、或自由层410’和被钉扎层430’之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层420’为晶体MgO隧道势垒层。在这样的实施例中，可采用MgO籽层404’和MgO盖层406’来改善磁性结400’的TMR和其它特性。
尽管示出为简单层，但自由层410’和/或被钉扎层430’可包括多层，如上所述。尽管图13中未示出磁化，但自由层410’和/或被钉扎层430’每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层410’和/或被钉扎层430’每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层410’和/或被钉扎层430’每个的磁矩在平面内。自由层410’和/或被钉扎层430’的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结400’可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结400’可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层410’和/或430’的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结400’的性能。
图14示出包括两个磁插入层100/100’/100”的磁性结400”的示范实施例。为清楚起见，图14不按比例绘制。磁性结400”类似于磁性结400和/或400’。因此，类似的层被类似地标记。磁性结400”包括分别类似于层410/410’、420/420’和430/430’的自由层410”、非磁间隔层420”和被钉扎层430”。尽管以特定取向示出层410”、420”和430”，但该取向在其它实施例中可改变。还示出了MgO籽层404”、MgO盖层406”和邻接的磁插入层100/100’/100”。在一些实施例中，可以包括可选的钉扎层（未示出）。磁性结400”还被配置为当写电流通过磁性结400”时允许自由层410”在稳定磁状态之间切换。因此，自由层410”可利用自旋转移矩切换。
非磁间隔层420”可以是隧道势垒层、导体、或自由层410”和被钉扎层430”之间为此表现出磁电阻的其它结构。在一些实施例中，非磁间隔层420”为晶体MgO隧道势垒层。如上所述，在这样的实施例中，可采用MgO籽层404”和MgO盖层406”来改善磁性结400”的TMR和其它特性。
此外，磁性结400”是双结构。因此，磁性结400”还包括额外的非磁间隔层430和额外的被钉扎层440。非磁间隔层430可类似于非磁间隔层420”。因此，非磁间隔层430可以是晶体MgO隧道势垒层。在其它实施例中，非磁间隔层430可不同于层420”。类似地，被钉扎层440可类似于被钉扎层430”。
尽管示出为简单层，但自由层410”和/或被钉扎层430”及440可包括多层，如上所述。尽管图14中未示出磁化，但自由层410”和/或被钉扎层430”及440每个可具有超过面外的去磁能的垂直各向异性能。因此，自由层410”和/或被钉扎层430”及440每个的磁矩可垂直于平面取向。在其它实施例中，自由层410”和/或被钉扎层430”每个的磁矩在平面内。自由层410”和/或被钉扎层430”的磁矩的其它取向也是可能的。
由于使用磁插入层100、100’和/或100”，所以磁性结400”可共享磁插入层100、100’和/或100”的益处。特别地，磁性结400”可以在磁矩垂直取向时更加热稳定、可以具有对于层410”和/或430”的更高垂直各向异性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性结400”的性能。
图15示出用于制造磁子结构的方法500的示范实施例。为简单起见，一些步骤可以省略、组合、和/或交错。方法500在磁性结200的背景下描述。然而，方法500可以用在其它磁性结上，诸如结200'、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”。另外，方法500可结合到磁存储器的制造中。因此，方法500可用于制造STT-RAM或其它磁存储器。方法500还可以包括提供（多个）籽层202和可选的钉扎层（未示出）。
自由层210通过步骤502提供。步骤502可以包括以自由层210的所需厚度沉积所需材料。另外，步骤502可包括提供SAF。非磁层220通过步骤504提供。步骤504可以包括沉积期望的非磁材料，包括但并不限于晶体MgO。另外，所需厚度的材料可以在步骤504中沉积。
被钉扎层230通过步骤506提供。步骤506可以包括以被钉扎层230的所需厚度沉积所需材料。进一步，步骤508可包括提供SAF。任何额外的层，例如层240和250可以可选地通过步骤508提供。可以通过步骤510提供任何MgO层，例如层204。类似地，在步骤510，还可以提供MgO盖层，例如层304和406。因此，步骤510的一部分可以在步骤502之前执行。磁插入层100/100’/100”可通过步骤512接着MgO层204提供。对于磁性结200，磁插入层100/100’/100”在步骤502之前提供。然而，对于使用MgO盖层的磁性结，步骤512可包括在执行步骤508和/或510之后提供磁插入层100/100’/100”。因此，通过使用方法500，可实现磁插入层100/100’/100”和磁性结200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”的益处。
此外，磁性结200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”可用在磁存储器中。图16示出一个这样的存储器600的示范实施例。磁存储器600包括读/写列选择驱动器602和606以及字线选择驱动器。注意，可以提供其它和/或不同的部件。存储器600的存储区域包括磁存储单元610。每个磁存储单元包括至少一个磁性结612和至少一个选择器件614。在一些实施例中，选择器件614是晶体管。磁性结612可以包括一个或多个磁性结200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”。虽然每个单元610示出一个磁性结612，但在其它实施例中，每个单元可以提供其它数目的磁性结612。
已经公开各种磁插入层100、100’、和100”以及磁性结200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”。需注意的是，磁插入层100、100’、和/或100”以及磁性结200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”的各特征可以被组合。因此，可以实现磁性结200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和/或400”的一个或多个益处，诸如降低RA、改善垂直各向异性、更高的热稳定性、和/或更高的TMR。
已经描述了用于提供磁插入层、磁性结和使用该磁性结制造的存储器的方法和系统。已经根据示出的示范实施例描述了方法和系统，且本领域普通技术人员将容易地认识到，实施例可以有变化，并且任何变化将在所述方法和系统的精神和范围内。因此，在不脱离所附的权利要求的精神和范围的情况下，可以由本领域普通技术人员进行多种修改。

Claims (31)

1.一种磁性结，用于在磁器件中使用，包括：
被钉扎层；
非磁间隔层；
自由层，所述非磁间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间；
至少一个绝缘层，与所述自由层和所述被钉扎层中的至少一个相邻；及
至少一个磁插入层，邻接所述至少一个绝缘层，
其中所述磁性结被配置为使得当写电流通过所述磁性结时，所述自由层在多个稳定磁状态之间可切换。
2.根据权利要求1所述的磁性结，其中所述至少一个绝缘层包括镁氧化物、铝氧化物、钽氧化物、钌氧化物、钛氧化物以及镍氧化物的至少其中之一。
3.根据权利要求1所述的磁性结，其中所述至少一个绝缘层包括至少一个MgO层。
4.根据权利要求3所述的磁性结，其中所述至少一个磁插入层包括磁层，所述磁层包括CoX、FeX和CoFeX的至少其中之一，其中X选自B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb。
5.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个磁插入层还包括额外的磁层。
6.根据权利要求5所述的磁性结，其中所述额外的磁层包括Co和Fe的至少其中之一。
7.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个磁插入层还包括额外的磁层，所述额外的磁层包括CoY、FeY和CoFeY的至少其中之一，其中Y选自B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb。
8.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个MgO层是邻接所述自由层的籽层。
9.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个MgO层是邻接所述被钉扎层的籽层。
10.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个MgO层是邻接所述自由层的盖层。
11.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个MgO层是邻接所述被钉扎层的盖层。
12.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述至少一个MgO层包括邻接所述自由层的第一MgO层和邻接所述被钉扎层的第二MgO层。
13.根据权利要求12所述的磁性结，其中所述至少一个磁插入层包括邻接所述第一MgO层的第一磁插入层和邻接所述被钉扎层的第二磁插入层。
14.根据权利要求3所述的磁性结，其中所述自由层具有大于自由层面外的去磁能的自由层垂直各向异性能。
15.根据权利要求14所述的磁性结，其中所述被钉扎层具有大于被钉扎层面外的去磁能的被钉扎层垂直各向异性能。
16.一种磁存储器，包括：
多个磁存储单元，所述多个磁存储单元中的每个包括至少一个磁性结，所述至少一个磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层、自由层、至少一个绝缘层和至少一个磁插入层，所述非磁间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间，所述至少一个绝缘层与所述自由层和所述被钉扎层中的至少一个相邻，所述至少一个磁插入层邻接所述至少一个绝缘层，所述磁性结被配置为使得当写电流通过所述磁性结时所述自由层在多个稳定磁状态之间可切换；及
多条位线。
17.根据权利要求16所述的磁存储器，其中所述至少一个绝缘层包括镁氧化物、铝氧化物、钽氧化物、钌氧化物、钛氧化物以及镍氧化物的至少其中之一。
18.根据权利要求16所述的磁存储器，其中所述至少一个绝缘层包括至少一个MgO层。
19.根据权利要求18所述的磁存储器，其中所述至少一个磁插入层包括磁层，所述磁层包括CoX、FeX和CoFeX的至少其中之一，其中X选自B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb。
20.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个磁插入层还包括额外的磁层。
21.根据权利要求20所述的磁存储器，其中所述额外的磁层包括Co和Fe的至少其中之一。
22.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个磁插入层还包括额外的磁层，所述额外的磁层包括CoY、FeY和CoFeY的至少其中之一，其中Y选自B、Ge、Hf、Zr、Ti、Ta和Tb。
23.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个MgO层是邻接所述自由层的籽层。
24.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个MgO层是邻接所述被钉扎层的籽层。
25.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个MgO层是邻接所述自由层的盖层。
26.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个MgO层是邻接所述被钉扎层的盖层。
27.根据权利要求19所述的磁存储器，其中所述至少一个MgO层包括邻接所述自由层的第一MgO层和邻接所述被钉扎层的第二MgO层。
28.根据权利要求27所述的磁存储器，其中所述至少一个磁插入层包括邻接所述第一MgO层的第一磁插入层和邻接所述被钉扎层的第二磁插入层。
29.根据权利要求18所述的磁存储器，其中所述自由层具有大于自由层面外的去磁能的自由层垂直各向异性能。
30.根据权利要求18所述的磁存储器，其中所述被钉扎层具有大于被钉扎层面外的去磁能的被钉扎层垂直各向异性能。
31.一种用于提供磁性结的方法，所述磁性结用于磁器件中，所述方法包括：
提供被钉扎层；
提供非磁间隔层；
提供自由层，所述非磁间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间；
提供至少一个MgO层，该至少一个MgO层与所述自由层和所述被钉扎层中的至少一个相邻；及
提供至少一个磁插入层，该至少一个磁插入层邻接所述至少一个MgO层，
其中所述磁性结被配置为使得当写电流通过所述磁性结时所述自由层在多个稳定磁状态之间可切换。
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