CN105244436A - 使用不对称的自由层且适用于自旋转移矩存储器的磁性结 - Google Patents

使用不对称的自由层且适用于自旋转移矩存储器的磁性结 Download PDF

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Abstract

描述了一种可用于磁性器件中的磁性结。该磁性结包括被钉扎层、非磁性间隔层、不对称的自由层以及垂直磁各向异性(PMA)诱导层。非磁性间隔层在被钉扎层与自由层之间。自由层在非磁性间隔层与PMA诱导层之间。不对称的自由层包括具有第一硼含量的第一铁磁层和具有第二硼含量的第二铁磁层。第二硼含量小于第一硼含量。第一硼含量和第二硼含量每个大于零原子百分比。该磁性结被配置为使得在写电流通过该磁性结时自由层在多个稳定的磁态之间可切换。

Description

使用不对称的自由层且适用于自旋转移矩存储器的磁性结
技术领域
本发明的实施方式涉及磁性结，更具体而言，涉及使用不对称的自由层且适用于自旋转移矩存储器的磁性结。
背景技术
磁存储器，尤其是磁随机存取存储器(MRAM)，由于其在操作期间的高读/写速度、优良的耐久性、非易失性和低功耗的潜力而吸引了越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一类MRAM是自旋转移矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分地通过被驱动经过磁性结的电流而被写入的磁性结。被驱动经过磁性结的自旋极化电流在该磁性结中的磁矩上施加自旋扭矩。结果，具有响应于该自旋扭矩的磁矩的层可以被切换到期望状态。
例如，图1描绘了常规磁隧道结(MTJ)10，因为其可以被用于常规STT-MRAM。常规MTJ10典型地位于底部接触11上，使用常规籽晶层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和常规盖层22。还示出了顶部接触24。常规接触11和24用于在电流垂直于平面(CPP)方向或沿着如图1所示的z轴驱动电流。常规籽晶层12典型地用于帮助具有期望的晶体结构的随后层诸如AFM层14的生长。常规隧道势垒层18是非磁性的，例如是薄的绝缘体诸如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典型地通过与AFM层14的交换偏置相互作用而被固定或钉扎在特定方向上。其他形式的常规MTJ10可以包括通过额外的非磁性势垒层或导电层(未示出)而与自由层20分离的额外的被钉扎层(未示出)。常规自由层20具有可变化的磁化21。虽然被显示为在面内，但是常规自由层20的磁化21可具有垂直各向异性。在一些情形下，被钉扎层16和自由层20可具有分别垂直于所述层的平面取向的磁化17和21。例如，对于大约十二埃或更小的厚度，包括CoFeB的自由层20可具有垂直于平面取向的磁矩。然而，对于更高的厚度，自由层磁矩一般在面内。
为了切换常规自由层20的磁化21，电流被垂直于平面(在z方向上)驱动。当足够的电流被从顶部接触24驱动到底部接触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部接触11驱动到顶部接触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。在磁性配置中的差异对应于不同的磁阻，并因而对应于常规MTJ10的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。
由于其在各种应用中使用的可能性，对于磁存储器的研究正在进行中。例如，期望用于改善STT-RAM的性能的机制。因此，需要一种可以改善基于自旋转移矩的存储器的性能的方法和系统。此处描述的方法和系统解决了这样的需要。
发明内容
描述了一种可用于磁性器件的磁性结。该磁性结包括被钉扎层、非磁性间隔层、不对称的自由层以及垂直磁各向异性(PMA)诱导层。非磁性间隔层在被钉扎层与自由层之间。自由层在非磁性间隔层与PMA诱导层之间。不对称的自由层包括具有第一硼含量的第一铁磁层和具有第二硼含量的第二铁磁层。第二硼含量小于第一硼含量。第一硼含量和第二硼含量每个大于零原子百分比。该磁性结被配置为使得在写电流通过该磁性结时自由层在多个稳定的磁态之间可切换。
附图说明
图1描绘了常规磁性结。
图2描绘了磁性结的一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图3描绘了磁性结的另一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图4描绘了磁性结的另一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图5描绘了磁性结的另一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图6描绘了磁性结的另一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图7描绘了磁性结的另一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图8描绘了双磁性结的一示例性实施方式，该双磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图9描绘了双磁性结的另一示例性实施方式，该双磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图10描绘了双磁性结的另一示例性实施方式，该双磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图11描绘了双磁性结的另一示例性实施方式，该双磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图12描绘了双磁性结的另一示例性实施方式，该双磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图13描绘了双磁性结的另一示例性实施方式，该双磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
图14描绘了存储单元的存储元件中的利用磁性结的存储器的示例性实施方式。
图15描绘了一种用于提供磁性结的方法的一示例性实施方式，该磁性结可用于使用自旋转移矩可编程的磁存储器中并且包括不对称的自由层。
具体实施方式
示例性实施方式涉及可用于磁性器件诸如磁存储器中的磁性结，和使用这样的磁性结的装置。以下的描述被给出以使得本领域的普通技术人员能够进行并使用本发明，且在专利申请和其要求的背景中被提供。对于示例性实施方式的各种变形以及此处描述的一般性原理和特征将是易于明白的。示例性实施方式主要在具体实施例中提供的具体方法和系统方面被描述。然而，该方法和系统将在其它实施例中被有效地运行。词语诸如“示例性实施方式”、“一个实施方式”和“另一实施方式”可以指相同或不同的实施方式以及多个实施方式。将关于具有某些组件的系统和/或装置描述实施方式。然而，该系统和/或装置可以包括比所示出的那些多或少的组件，并且可以进行组件的布置和类型的变化而不脱离本发明的范围。还将在具有某些步骤的具体方法的背景中描述示例性实施方式。然而，对于具有不同和/或额外步骤以及以与示例性实施方式不一致的不同顺序的步骤的其它方法，该方法和系统有效地运行。因而，本发明不旨在被限于所示出的实施方式，而是将符合与此处描述的原理和特征一致的最宽范围。
此处描述的磁性结可用于磁性器件中。例如，磁性结可以在使用自旋转移矩可编程的磁存储器的磁存储单元内。磁存储器可用于利用非易失存储器的电子器件中。这样的电子器件包括但是不限于蜂窝电话、平板和其它可移动计算装置。磁性结包括被钉扎层、非磁性间隔层、不对称的自由层以及垂直磁各向异性(PMA)诱导层。非磁性间隔层在被钉扎层与自由层之间。自由层在非磁性间隔层与PMA诱导层之间。不对称的自由层包括具有第一硼含量的第一铁磁层和具有第二硼含量的第二铁磁层。第二硼含量小于第一硼含量。第一硼含量和第二硼含量每个大于零原子百分比。该磁性结被配置为使得在写电流通过该磁性结时自由层在多个稳定的磁态之间可切换。
示例性实施方式在特定磁性结和具有某些组件的磁存储器的背景下被描述。本领域的技术人员将易于理解，本发明与使用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一致。该方法和系统还在自旋转移现象、磁各向异性和其它物理现象的当前理解的背景下被描述。因此，本领域的普通技术人员将易于理解，方法和系统的性能的理论说明是基于自旋转移、磁各向异性和其它物理现象的当前理解进行的。然而，此处描述的方法和系统不是取决于具体的物理说明。本领域的普通技术人员将易于理解，方法和系统是在具有与衬底的特定关系的结构的背景下被描述的。然而，本领域的普通技术人员将易于理解，该方法和系统与其它结构一致。此外，该方法和系统是在某些层是合成的和/或简单的背景下被描述。然而，本领域的普通技术人员将易于理解，所述层可以具有其它结构。此外，该方法和系统在具有特定层的磁性结的背景下被描述。然而，本领域的普通技术人员将易于理解，也可以使用具有与该方法和系统不一致的额外的和/或不同层的磁性结。此外，某些组件被描述为是磁性的、铁磁性的和亚铁磁性的。在此使用时，术语“磁性”可以包括铁磁性的、亚铁磁的或类似的结构。因而，在此使用时，术语“磁性的”或“铁磁性的”包括但是不限于铁磁体和亚铁磁体。该方法和系统还在单一磁性结的背景下被描述。然而，本领域的普通技术人员将易于理解，该方法和系统与具有多个磁性结的磁存储器的使用一致。此外，在此使用时，“面内”实质上是在磁性结的一个或多个层的面内或与之平行。相反地，“垂直”对应于与磁性结的一个或多个层实质上垂直的方向。
图2描绘了磁性结100以及周围结构的一示例性实施方式。为了清晰，图2不是按比例绘制。图3描绘了磁性结100的一实施方式，而没有周围结构。参考图2-3，磁性结可以被用于磁性器件诸如自旋转移矩随机存取存储器(STT-RAM)并因此可以被用于各种电子器件。磁性结100包括被钉扎层110、非磁性间隔层120、不对称的自由层130和垂直磁各向异性(PMA)诱导层140。图2中还示出了下面的衬底101，在衬底101中可以形成包括但是不限于晶体管的装置。虽然层110、120和130被显示为具有相对于衬底101的特定取向，但是在其它实施方式中该取向可以变化。例如，在图2-3中显示的实施方式中，磁性结100是顶部被钉扎层磁性结。因而，自由层130比被钉扎层110更靠近衬底101。在其它实施方式中，被钉扎层110可以更靠近磁性结100的底部(最靠近衬底101)。因而，层110、120、130和140可以在垂直于平面(z)方向上颠倒次序。还显示了可选的籽晶层104和可选的钉扎层106。可选的钉扎层106可以用于固定被钉扎层110的磁化(未示出)。在一些实施方式中，可选的钉扎层106可以是通过交换偏置相互作用钉扎被钉扎层110的磁化(未示出)的AFM层或多层。然而，在其它实施方式中，可选的钉扎层106可以被省略，或可以使用另一结构。例如，如果被钉扎层110的垂直磁各向异性能超过面外退磁能，则被钉扎层110的磁矩可以垂直于平面。在这样的实施方式中，钉扎层106可以被省略。磁性结100还被配置为在写电流流过磁性结100时允许不对称的自由层130在稳定的磁态之间切换。因而，不对称的自由层130利用自旋转移矩可切换。磁性结100还可以包括图2-3中未示出的层。例如，还可以存在磁性插入层、接收层(sinklayer)和/或其它层。
被钉扎层110是磁性的，并且可以在磁性结的至少一部分操作期间使其磁化被钉扎或固定在特定方向上。虽然被描绘成简单层，但是被钉扎层110可以包括多层。例如，被钉扎层110可以是包括通过诸如Ru的薄层反铁磁或铁磁耦合的磁性层的合成反铁磁体(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性层。被钉扎层110也可以是其它多层。虽然在图2中没有被描绘，但是被钉扎层110可具有超过面外退磁能的垂直各向异性能。因而，如图3所示，被钉扎层110可以使其磁矩垂直于平面取向。被钉扎层110的磁化的其它取向，包括但是不限于面内，是可能的。
间隔层120是非磁性的。在一些实施方式中，间隔层120是绝缘体，例如隧穿势垒。在这样的实施方式中，间隔层120可以包括晶体MgO，其可以提高磁性结的TMR(隧穿磁阻)以及不对称的自由层130的垂直磁各向异性。例如，这样的隧穿势垒层120可以是至少八埃厚并且不大于十二埃厚。晶体MgO非磁性间隔层120也可以有助于为不对称的自由层130中的材料诸如CoFeB和FeB提供期望的晶体结构和磁各向异性。在备选实施方式中，间隔层120可以是导体，诸如Cu，或可具有另一结构，例如在绝缘矩阵中包括导电沟道的颗粒层。
不对称的自由层130在工作温度是磁性的并且是热稳定的。因此，在一些实施方式中，自由层130的热稳定系数Δ在工作温度(例如，在室温或稍高于室温)是至少六十。在一些实施方式中，自由层130是多层。磁性结100被配置为使得在写电流通过磁性结100时不对称的自由层130可在多个稳定的磁态之间切换。例如，磁性结100可以在其中自由层130的磁矩在+z方向或-z方向取向的稳定状态之间可切换。
不对称的自由层130在垂直于平面(z)方向不对称。具体地，自由层130的硼含量在垂直于平面方向上变化。例如，靠近衬底101的不对称的自由层130可具有高硼含量，靠近被钉扎层110的不对称的自由层130可具有低硼含量。备选地，靠近被钉扎层110的不对称的自由层130可具有高硼含量，靠近衬底的不对称的自由层130可具有低硼含量。因而，在一些实施方式中，硼浓度随着从被钉扎层110起的距离增加而增加。在其它实施方式中，硼浓度随着从被钉扎层110起的距离增加而减小。在一些实施方式中，CoFe和/或Fe是与不对称的自由层130中的硼成合金的磁性材料。然而，其它磁性材料可以被使用。
在一些实施方式中，该硼浓度的不对称通过使用多层而提供。在图3中描绘了一个这样的实施方式。在该实施方式中，自由层130包括低硼含量铁磁层132、可选的插入层134和高硼含量铁磁层136。铁磁层132和136二者均包括B，但是具有不同的B浓度。例如，低硼含量铁磁层132可以包括不大于二十原子百分比的B。例如，低硼含量铁磁层132可以是Fe1-xBx、(CoFe)1-xBx，其中x小于或等于0.2。注意x可以遍及层132变化，只要x不超过0.2。高硼含量层136可具有大于二十原子百分比的硼。在一些实施方式中，铁磁层136的硼浓度也不大于五十原子百分比。因而，高硼含量铁磁层136可以是Fe1-xBx、(CoFe)1-xBx，其中x小于或等于0.5且大于0.2。在一些实施方式中，高硼含量铁磁层136包括至少二十五原子百分比且不大于四十五原子百分比的硼。例如，高硼含量铁磁层136可以包括至少三十五原子百分比且不大于四十五原子百分比的硼。因此，在这样的实施方式中，高硼含量铁磁层136可以是Fe1-xBx、(CoFe)1-xBx，其中x小于或等于0.45且大于或等于0.35。硼的浓度也可以在层136内变化，只要其保持在以上描述的限制内。在另一实施方式中，不对称的自由层130的硼浓度可以基本上连续地变化和/或不具有清晰限定的层。层132和136中的CoFe可以是包括但是不限于1:1至1:4的摩尔比的各种化学计量。在一些实施方式中，Fe与Co的摩尔比是3:1。
自由层130也可以包括非磁性插入层134，其是可选的。在一些实施方式中，非磁性插入层134包括Bi、Ta、W、V、I、Zn，Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr的至少一种。非磁性插入层134有助于确保每个铁磁层132和136的垂直磁各向异性(PMA)超过面外退磁能。因而，非磁性插入层134的存在有助于使用较厚的铁磁层132和136同时保持层132和136的稳定状态的垂直取向。然而，在其它实施方式中，插入层134可以被省略。
铁磁层132和136的厚度可以被期望是薄的，以便对于每个层132和136,确保垂直磁各向异性(PMA)超过面外退磁能。因而，如图3所示，层132和136的磁矩可以在垂直于平面取向时是稳定的。如果非磁性插入层134被省略，则自由层130厚度(层132和136二者组合的厚度)被期望不大于三十埃。然而，如果非磁性插入层134存在，则自由层130可以较厚。在一些实施方式中，自由层厚度可以小于三十埃。在一些这样的实施方式中，自由层厚度不超过二十埃。对于其稳定的磁态是磁矩基本上垂直于平面取向的自由层130，层132和136可以每个被期望小于十五埃厚。在一些实施方式中，层132和136每个不大于十二埃厚且至少三埃厚。此外，低硼浓度层132可以被期望厚于高硼含量层136。例如，层136名义上可以是六埃厚，而层132名义上是八埃厚。结果，层132和136的磁矩稳定地垂直于平面。
自由层130还包括PMA诱导层140。PMA诱导层可以用于改善自由层130的PMA。例如，PMA诱导层140可以包括可以类似于非磁性间隔层120的MgO层。然而，PMA诱导层140可以比MgO非磁性间隔层120薄。在一些实施方式中，PMA诱导层140可以是至少四埃且不大于八埃。
磁性结100可具有增大的磁阻。这被认为起因于不对称的自由层130中硼的不对称浓度。如果自由层130仅包括低硼浓度(例如不大于二十原子百分比)，人们相信磁性结的隧穿磁阻将降低。然而，层136可具有高硼浓度，如以上限定的，而层132可具有低硼浓度。硼浓度中该梯度会导致磁性结100的增大的磁阻。例如，对于在层132和136中包括CoFeB且对于层120和140使用MgO的自由层可以实现大约百分之两百或更大的隧穿磁阻。人们相信，例如高硼含量层136中的高硼浓度改善了远离衬底101的MgO层120或140的结晶度。这可以被如下地理解。
假设首先沉积PMA层140并且层120和140是MgO。然而，如果首先沉积非磁性间隔层120，也可以保持类似的讨论。首先沉积的PMA层140的晶体结构可以影响第二沉积的非磁性间隔层120的晶体结构。如果在自由层中仅存在低浓度的硼，则后形成的非磁性间隔层可以不具有期望的晶体结构。然而，自由层130具有不对称的硼浓度。因而，自由层130可以包括高含量硼层136。人们相信，层136中的高硼浓度阻挡、减轻或延迟PMA层140的晶体结构对非磁性间隔层120的影响。结果，更好地允许非磁性间隔层120以期望的结构和取向结晶。例如，(001)MgO更可能存在于非磁性间隔层120以及PMA层130中。因此，磁性结100的磁阻可以得以改善。注意，虽然该改善在特定机制(例如自由层130的硼浓度)的背景内论述，但是此处描述的结构不限于通过该机制起作用。此外，在没有上述机制和/或益处的情况下，也不防碍此处描述的结构使用。
磁性结100和不对称的自由层130可具有改善的性能。不对称的自由层130可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结100写入。磁性结100可以使不对称的自由层130的稳定磁态垂直于平面取向，具有提高的磁阻/隧穿磁阻和改善的基于自旋转移的切换。PMA诱导层140和用于非磁性间隔层120的隧穿势垒层诸如MgO有助于确保自由层磁矩垂直于平面取向。在不对称的自由层130/铁磁层132和136中使用的磁性材料以及不对称的自由层130/铁磁层132和136的厚度也可以被配置为使得实现垂直于平面取向的磁矩。可选的插入层134的存在可以进一步有助于获得该磁取向。结果，可以改善磁性结100的自旋转移切换。此外，如上所讨论的，可以提高磁性结100的磁阻。因而，可以改善利用磁性结100的装置的性能。
图4描绘了可用于磁性器件中的磁性结100'的另一示例性实施方式。其中使用磁性结100'的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM中。为了清晰，图4不是按比例绘制。
磁性结100'类似于磁性结100。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结100'包括类似于在图2-3中描绘的那些的被钉扎层110、非磁性间隔层120、不对称的自由层130以及PMA诱导层140。自由层130还被显示为包括低硼含量铁磁层132、可选的插入层134以及高硼含量铁磁层136。虽然层110、120、130和140被显示为具有特定的取向，但是在其它实施方式中该取向可以变化。例如，被钉扎层110可以更靠近磁性结100'的底部并且层110、120、130和140的顺序可以颠倒。类似地，层132、134和136被显示为具有特定取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层132、134和136的顺序可以被颠倒使得层132最靠近PMA诱导层140。磁性结100'还被配置为在写电流流过磁性结100'时允许自由层130在稳定的磁态之间切换。因而，自由层130利用自旋转移矩可切换。
层110、120、130、132、134、136和140的结构和功能类似于以上描述的那些。例如，自由层130可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图4所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层130以及层132和136的硼浓度的梯度类似于上述讨论的那些。在一些实施方式中，层134可以被省略。
磁性结100'还包括在非磁性间隔层120与不对称的自由层130之间的磁性插入层122。例如，磁性插入层可以包括Fe和CoFe中的至少一种。在一些实施方式中，插入层是Fe层。在一些实施方式中，CoFe插入层被期望具有1:3的Co与Fe的摩尔比。在一些实施方式中，磁性插入层122可以被认为是自由层130的部分。磁性插入层122一般被期望是薄的。例如，磁性插入层122可以是至少两埃并且不大于六埃厚。在一些实施方式中，磁性插入层122名义上是四埃厚。磁性插入层的使用可以改善磁性结100'的磁阻。
磁性结100'可具有改善的性能。不对称的自由层130可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结100'写入。磁性结100'可使不对称的自由层130的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结100'可具有可由不对称的自由层130引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结100'的装置的性能。
图5描绘了可用于磁性器件中的磁性结100”的另一示例性实施方式。其中使用磁性结100”的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图5不是按比例绘制。
磁性结100”类似于磁性结100和/或100'。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结100”包括与图2-4中描绘的层120、130和140类似的被钉扎层110、非磁性间隔层120、不对称的自由层130'和PMA诱导层140。自由层130'还被显示为包括低硼含量铁磁层132以及高硼含量铁磁层136。虽然层110、120、130'和140被显示为具有特定取向，但是在其它实施方式中该取向可以变化。例如，被钉扎层110可以更靠近磁性结100”的底部并且层110、120、130'和140的顺序可以被颠倒。类似地，层132和136被显示为具有特定取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层132和136的顺序可以颠倒使得层132最靠近PMA诱导层140。磁性结100”还被配置为在写电流流过磁性结100”时允许自由层130'在稳定的磁态之间切换。因而，自由层130'利用自旋转移矩可切换。
层110、120、130'、132、136和140的结构和功能分别类似于以上对层110、120、130、132、136和140描述的那些。例如，自由层130'可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图5所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层130'以及层132和136的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。
在磁性结100”中，从自由层130'省略非磁性插入层。因而，层132和136共用界面。结果，自由层130'可以较薄以便确保自由层130'的磁矩垂直于平面。例如，层132和136的厚度之和可以是大约十二埃。
磁性结100”可具有改善的性能。不对称的自由层130'可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结100”写入。磁性结100”可使不对称的自由层130'的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结100”可具有可能由不对称的自由层130'引起的提高的磁阻/隧穿磁阻或减小的阻尼常数。因而，可以改善利用磁性结100”的装置的性能。
图6描绘了可用于磁性器件中的磁性结100”'的另一示例性实施方式。其中使用磁性结100”'的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图6不是按比例绘制。
磁性结100”'类似于磁性结100，100'和/或100”。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结100”'包括与图2-5中描绘的那些类似的被钉扎层110、非磁性间隔层120、不对称的自由层130以及PMA诱导层140。自由层130还被显示为包括低硼含量铁磁层132、可选的插入层134以及高硼含量铁磁层136。虽然层110、120、130和140被显示为具有特定的取向，但是在其它实施方式中该取向可以变化。例如，被钉扎层110可以更靠近磁性结100”'的底部并且层110、120、130和140的顺序可以颠倒。类似地，层132、134和136被显示为具有特定取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层132、134和136的顺序可以被颠倒使得层132最靠近PMA诱导层140。磁性结100”'还被配置为在写电流流过磁性结100”'时允许自由层130在稳定的磁态之间切换。因而，自由层130利用自旋转移矩可切换。
层110、120、130、132、134、136和140的结构和功能类似于以上描述的那些。例如，自由层130可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图6所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层130以及层132和136的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。在一些实施方式中，层134可以被省略。
磁性结100”'还包括硼接收层(boronsinklayer)142使得PMA诱导层140在硼接收层142与自由层130之间。在显示的实施方式中，硼接收层142还用作籽晶层。然而，在其它实施方式中，如果PMA层140最远离磁性结100”'的底部，则硼接收层142可以是例如盖层。硼接收层142可以包括对硼有亲和性(affinity)的材料。例如，可以使用诸如Ta、W、Fe和/或CoFe的材料。硼接收层142可以提供在磁性结100”'的退火或其它处理期间硼可以扩散到的位置。因而，剩余的层110、120、130和140的化学计量可以更接近所期望的。
磁性结100”'可具有改善的性能。不对称的自由层130可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结100”'写入。磁性结100”'可使不对称的自由层130的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结100”'可具有可由不对称的自由层130引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结100”'的装置的性能。
图7描绘了可用于磁性器件的磁性结100””的另一示例性实施方式。其中使用磁性结100””的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图7不是按比例绘制。
磁性结100””类似于磁性结100，100'、100”和/或100”'。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结100””包括与图2-6中描绘的那些类似的被钉扎层110、非磁性间隔层120、不对称的自由层130”以及PMA诱导层140。自由层130”还被显示为包括低硼含量铁磁层132、可选的插入层134以及高硼含量铁磁层136。虽然层110、120、130”和140被显示为具有特定取向，但是在其它实施方式中该取向可以变化。例如，被钉扎层110可以靠近磁性结100”'的底部并且层110、120、130和140的顺序可以颠倒。磁性结100””还被配置为在写电流流过磁性结100””时允许自由层130”在稳定的磁态之间切换。因而，自由层130”利用自旋转移矩可切换。
层110、120、130”、132、134、136和140的结构和功能类似于以上描述的那些。例如，自由层130”可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图7所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层130以及层132和136的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。然而，在显示的实施方式中，层132、134和136的顺序被颠倒使得层132最靠近PMA诱导层140。在一些实施方式中，层134可以被省略。
磁性结100””还被显示为包括可选的硼接收层142以及可选的磁性插入层122。层122和142与以上讨论的那些类似。层122和142的其中之一或两者可以被包括在磁性结100””中。备选地，层122和142的其中之一或两者可以被省略。
磁性结100””可具有改善的性能。不对称的自由层130”可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结100””写入。磁性结100””可使不对称的自由层130”的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结100””可具有可由不对称的自由层130”引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结100””的装置的性能。
注意，已经在特定特征的背景下描述了图2-7。例如，在各种实施方式中，包括或省略某些层。然而，本领域的普通技术人员将理解，在图2-7中描述的实施方式100、100'、100”、100”'和/或100””中的一个或多个特征可以组合。
图8-9描绘了可用于磁性器件的磁性结200的另一示例性实施方式。图8描绘了磁性结200以及周围结构。图9描绘了磁性结200而没有周围结构并且具有不对称的自由层的特定实施方式。其中使用磁性结200的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图8和9没有按比例绘制。
磁性结200类似于磁性结100、100'、100”、100”'和/或100””。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结200包括分别与图2-7中描绘的层110、120和130/130'/130”类似的被钉扎层210、非磁性间隔层220、不对称的自由层230。磁性结200还包括额外的非磁性间隔层240和额外的被钉扎层250。额外的非磁性间隔层240类似于非磁性间隔层120以及PMA诱导层140。额外的被钉扎层250类似于被钉扎层110/210。因而，磁性结200是双磁性结。图8还描绘了分别与衬底101、底部接触102、可选的籽晶层104、可选的钉扎层106和顶部接触103类似的衬底201、底部接触202、可选的籽晶层204、可选的钉扎层206和顶部接触203。磁性结200还包括与可选的钉扎层206类似的可选的钉扎层260。
在图9中，自由层230被显示为包括低硼含量铁磁层232、可选的插入层234和高硼含量铁磁层236。低硼含量铁磁层232、可选的插入层234和高硼含量铁磁层236分别类似于层132、134和136。层232、234和236还被示为具有特定的取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层232、234和236的顺序可以被颠倒使得层232最靠近第二非磁性间隔层/PMA诱导层240。磁性结200还被配置为在写电流流过磁性结200时允许自由层230在稳定的磁态之间切换。因而，自由层230利用自旋转移矩可切换。
层210、220、230、232、234和236的结构和功能分别类似于以上关于层110、120、130/130'/130”、232、234和236描述的那些。例如，自由层230可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，并且具有不对称的硼浓度。自由层230以及层232和236的硼浓度的梯度分别与以上关于层130/130'/130”、132和136讨论的类似。在一些实施方式中，层234可以被省略。
被钉扎层210和250是磁性的，并且可以在磁性结的至少一部分操作期间使其磁化被钉扎或固定在特定方向上。虽然被描绘成简单(单一的)层，但是被钉扎层210和/或250可以包括多层。例如，被钉扎层210和/或250可以是SAF。被钉扎层210和/或250也可以是其它多层。如在图9中描绘的，被钉扎层210和/或250可具有超过面外退磁能的垂直各向异性能。因而，如图9所示，被钉扎层210和/或250可以使其磁矩垂直于平面取向。被钉扎层210和/或250的磁化的其它取向，包括但是不限于面内，是可能的。被钉扎层210和250的磁矩被显示为反平行(在双重状态)。然而，在其它实施方式中或在某些操作期间，被钉扎层210和250的磁矩可以平行。这样的取向可以提高磁阻。在其它实施方式中，被钉扎层210和250的磁矩的取向可以对于读和写操作不同地设置。
间隔层220和240是非磁性的。在一些实施方式中，间隔层220和240可以每个是绝缘体，例如隧穿势垒。在这样的实施方式中，间隔层220和/或240可以包括晶体MgO，其可以提高磁性结的TMR以及不对称的自由层230的垂直磁各向异性。晶体MgO非磁性间隔层220也可以有助于为不对称的自由层230中的材料诸如CoFeB和FeB提供期望的晶体结构和磁各向异性。在这样的实施方式中，层220和240的其中之一或两者可具有至少两埃且不大于五埃的厚度。在备选实施方式中，间隔层120可以是导体，诸如Cu，或可具有另一结构，例如在绝缘矩阵中包括导电沟道的颗粒层。非磁性间隔层220和240一般被期望具有不同的厚度。例如，间隔层220和240的厚度可以相差百分之十。
磁性结200可具有改善的性能。不对称的自由层230可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结200写入。磁性结200可使不对称的自由层230的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结200可具有可由不对称的自由层230引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结200的装置的性能。
图10描绘了可用于磁性器件的磁性结200'的另一示例性实施方式。其中使用磁性结200'的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图10不是按比例绘制。
双磁性结200'类似于双磁性结200。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结200'包括与在图8-9中描绘的那些类似的被钉扎层210、非磁性间隔层220、不对称的自由层230、非磁性间隔层/PMA诱导层240和被钉扎层250。自由层230也被显示为包括低硼含量铁磁层232、可选的插入层234和高硼含量铁磁层236。层232、234和236还被示为具有特定的取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层232、234和236的顺序可以被颠倒使得层232最靠近非磁性间隔层/PMA诱导层240。磁性结200'还被配置为在写电流通过磁性结200'时允许自由层230在稳定的磁态之间切换。因而，自由层230利用自旋转移矩可切换。
层210、220、230、232、234、236、240和250的结构和功能与以上描述的那些类似。例如，自由层230可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图10所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层230以及层232和236的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。在一些实施方式中，层234可以被省略。
磁性结200'还包括磁性插入层222和241。磁性插入层222和241类似于图4中描述的层122。返回参考图10，可以存在磁性插入层222和241的其中之一或两者。磁性插入层222和241可以包括Fe和CoFe的至少一种。磁性插入层222和241可以被期望是富Fe的。例如，可以使用Fe层或Co1Fe3层。在一些实施方式中，磁性插入层222和/或241可以被认为是自由层230的部分。磁性插入层222和241可以被期望是薄的。例如，磁性插入层222和241可以每个是至少两埃且不大于六埃厚。在一些实施方式中，磁性插入层222和241名义上是四埃厚。磁性插入层的使用可以改善磁性结200'的磁阻。
磁性结200'可具有改善的性能。不对称的自由层230可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结200'写入。磁性结200'可使不对称的自由层230的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善自旋转移矩切换。磁性结200'可具有可由不对称的自由层230引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用双磁性结200'的装置的性能。
图11描绘了可用于磁性器件的双磁性结200”的另一示例性实施方式。其中使用磁性结200”的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图11不是按比例绘制。
磁性结200”类似于磁性结200和/或200'。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结200”包括与图8-10中描绘的层220、230、240和250类似的被钉扎层210、非磁性间隔层220、不对称的自由层230'、非磁性间隔层/PMA诱导层240和被钉扎层250。自由层230'也被显示为包括低硼含量铁磁层232和高硼含量铁磁层236。层232和236还被示为具有特定的取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层232和236的顺序可以被颠倒使得层232最靠近非磁性间隔层/PMA诱导层240。磁性结200”还被配置为在写电流流过磁性结200”时允许自由层230'在稳定的磁态之间切换。因而，自由层230'利用自旋转移矩可切换。
层210、220、230'、232、236、240和250的结构和功能分别与关于层210、220、230、232、236、240和250在以上描述的那些类似。例如，自由层230'可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图11所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层230'以及层232和236的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。
在磁性结200”中，从自由层230'省略非磁性插入层。因而，层232和236共用界面。结果，自由层230'可以较薄以便确保自由层230'的磁矩垂直于平面。例如，层232和236的厚度之和可以是大约十二埃。
磁性结200”可具有改善的性能。不对称的自由层230'可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结200”写入。磁性结200”可使不对称的自由层230'的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结200”可具有可由不对称的自由层230'引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结200”的装置的性能。
图12描绘了可用于磁性器件的磁性结200”'的另一示例性实施方式。其中使用磁性结200”'的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图12不是按比例绘制。
磁性结200”'类似于磁性结200、200'和/或200”。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结200”'包括与在图8-11中描绘的那些类似的被钉扎层210、非磁性间隔层220、不对称的自由层230、非磁性间隔层/PMA诱导层240和额外的被钉扎层250。自由层230还被显示为包括低硼含量铁磁层232、可选的插入层234和高硼含量铁磁层236。层232、234和236还被示为具有特定的取向。在其它实施方式中，该取向可以变化。例如，层232、234和236的顺序可以被颠倒使得层232最靠近非磁性间隔层/PMA诱导层240。磁性结200”'还被配置为在写电流流过磁性结200”'时允许自由层230在稳定的磁态之间切换。因而，自由层230利用自旋转移矩可切换。
层210、220、230、232、234、236、240和250的结构和功能与以上描述的那些类似。例如，自由层230可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图12所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层230以及层232和236的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。在一些实施方式中，层234可以被省略。
磁性结200”'还包括硼接收层242，使得非磁性间隔层/PMA诱导层240在硼接收层242与自由层230之间。硼接收层242类似于图6中描绘的硼接收层142。在图12中显示的实施方式中，硼接收层242还用作籽晶层。然而，在其它实施方式中，例如如果非磁性间隔层/PMA层240最远离磁性结200”'的底部，则硼接收层242可以是盖层。硼接收层242可以包括对硼有亲和性的材料。例如，可以使用诸如Ta、Fe和/或CoFe的材料。硼接收层242可以提供在磁性结200”'的退火或其它处理期间硼可以扩散到的位置。因而，剩余的层210、220、230、240和250的化学计量可以更接近所期望的。
磁性结200”'可具有改善的性能。不对称的自由层230可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结200”'写入。磁性结200”'可使不对称的自由层230的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结200”'可具有可由不对称的自由层230引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结200”'的装置的性能。
图13描绘了可用于磁性器件的双磁性结200””的另一示例性实施方式。其中使用磁性结200””的磁性器件可以被用于各种应用中。例如，磁性器件并因而磁性结可以被用于磁存储器诸如STT-MRAM。为了清晰，图13不是按比例绘制。
磁性结200””类似于磁性结200、200'、200”和/或200”'。因此，类似的组件被类似地标记。因而，磁性结200””包括与在图8-12中描绘的那些类似的被钉扎层210、非磁性间隔层220、不对称的自由层230”、非磁性间隔层/PMA诱导层240和额外的被钉扎层250。自由层230”还被显示为包括低硼含量铁磁层232、可选的插入层234和高硼含量铁磁层236。磁性结200””还被配置为在写电流流过磁性结200””时允许自由层230”在稳定的磁态之间切换。因而，自由层230”利用自旋转移矩可切换。
层210、220、230”、232、234、236、240和250的结构和功能与以上描述的那些类似。例如，自由层230”可以在稳定时使其磁矩垂直于平面取向，如图13所示，并且具有不对称的硼浓度。自由层230以及层232和236的硼浓度的梯度与以上讨论的类似。然而，在显示的实施方式中，层232、234和236的顺序已经被颠倒使得层232最靠近PMA诱导层240。在一些实施方式中，层234可以被省略。
磁性结200””还被显示为包括可选的硼接收层242以及可选的磁性插入层222和241。层222、241和242与以上讨论的类似。层222、241和242中的一个或多个的一些组合可以被包括在磁性结200””中。备选地，层222、241和242中的一个或多个可以被省略。
磁性结200””可具有改善的性能。不对称的自由层230”可以使用自旋转移矩被切换。因而，更多的局限性(localized)物理现象可以用于向磁性结200””写入。磁性结200””可使不对称的自由层230”的稳定磁态垂直于平面取向，这可以改善基于自旋转移的切换。磁性结200””可具有可由不对称的自由层230”引起的提高的磁阻/隧穿磁阻。因而，可以改善利用磁性结200””的装置的性能。
注意，已经在特定特征的背景下描述了图8-13。例如，在各种实施方式中，包括或省略某些层。然而，本领域的普通技术人员将理解，在图8-13中描述的实施方式200、200'、200”、200”'和/或200””中的一个或多个特征可以组合。
图14描绘了可以使用磁性结100、100'、100”、100”'、100””、200、200'、200”、200”'和/或200””中的一个或多个的存储器300的示例性实施方式。然而，注意，磁性结100、100'、100”、100”'、100””、200、200'、200”、200”'和/或200””中的一个或多个可以被用于不同的装置和/或具有不同结构的存储器。磁存储器300包括读/写列选择驱动器302和306以及字线选择驱动器304。其它和/或不同的组件可以被提供。存储器300的存储区包括磁存储单元310。每个磁存储单元包括至少一个磁性结312和至少一个选择器件314。在一些实施方式中，选择器件314是晶体管。磁性结312可以是此处公开的磁性结100、100'、100”、100”'、100””、200、200'、200”、200”'和/或200””中的其中之一。因而，磁性结312的自由层不对称。虽然每一单元310显示了一个磁性结312，但是在其它实施方式中，每一单元可以提供另一数目的磁性结312。因而，磁存储器300可以享用以上描述的益处。磁存储器300还可以包括与多个磁存储单元310耦接的多条位线。
图15描绘了用于制造磁性结的方法400的示例性实施方式。为简单起见，可以省略或组合一些步骤。方法400在磁性结100的背景下被描述。方法400也可以被用于制造磁性结100'、100”、100”'、100””、200、200'、200”、200”'和/或200””中的一个或多个。方法400可以被用于其它磁性结。此外，方法400可以合并到磁存储器的制造中。因而，方法400可以用于制造STT-MRAM或其它磁存储器。
经由步骤402提供被钉扎层110。步骤402可以包括以被钉扎层110的期望厚度沉积期望的材料。经由步骤404提供非磁性层120。步骤404可以包括沉积期望的非磁性材料。例如，可以沉积MgO。此外，在步骤404中可以沉积期望厚度的材料。经由步骤406提供不对称的自由层130。步骤406可以包括提供层132、134和136。在其它实施方式中，可以提供在硼浓度上具有基本上连续变化的单层。经由步骤408提供PMA诱导层140。如果提供双磁性结诸如结200、200'、200”、200”'和/或200””，则在步骤308中提供的层也是用于双磁性结的非磁性间隔层。可以经由步骤410可选地提供钉扎层250。然后，可以经由步骤412完成磁性结100的制造。因此，可以实现磁性结100、100'、100”、100”'、100””、200、200'、200”、200”'和/或200””的益处。
已经描述了用于提供磁性结和使用磁性结制造的存储器的方法和系统。已经根据示出的示例性实施方式描述了方法和系统，本领域的普通技术人员将容易地理解，可以对实施方式进行变化，并且任何变化会在所述方法和系统的精神和范围内。因此，本领域的普通技术人员可以进行许多变形而不脱离权利要求的精神和范围。
本申请要求享有2014年7月3日提交的发明名称为“ASYMMETRICALFREELAYERFORPERPENDICULARMTJ(用于垂直MTJ的不对称自由层)”的临时专利申请No.62/020,929以及2014年12月2日提交的发明名称为“MAGNETICJUNCTIONSUSINGASYMMETRICFREELAYERSANDSUITABLEFORUSEINSPINTRANSFERTORQUEMEMORIES(使用不对称自由层并且适用于自旋转移矩存储器中的磁性结)”的临时专利申请No.14/558,145的权益，上述两个临时专利申请被转让给本申请的受让人且通过引用被结合于此。

Claims (20)

1.一种用于磁性器件中的磁性结，包括：
被钉扎层；
非磁性间隔层；
不对称的自由层，所述非磁性间隔层位于所述被钉扎层与所述不对称的自由层之间，所述不对称的自由层包括具有第一硼含量的第一铁磁层和具有第二硼含量的第二铁磁层，所述第二硼含量小于所述第一硼含量，所述第一硼含量和所述第二硼含量大于零原子百分比；以及
垂直磁各向异性(PMA)诱导层，所述自由层在所述垂直磁各向异性诱导层与所述不对称的自由层之间；
其中所述磁性结配置为使得在写电流通过所述磁性结时所述不对称的自由层在多个稳定的磁态之间可切换。
2.根据权利要求1所述的磁性结，其中所述自由层还包括在所述第一铁磁层与所述第二铁磁层之间的非磁性插入层。
3.根据权利要求2所述的磁性结，其中所述非磁性插入层包括Bi、Ta、W、V、I、Zn，Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr的至少一种。
4.根据权利要求1所述的磁性结，其中所述第一硼含量大于二十原子百分比且小于五十原子百分比，其中所述第二硼含量不大于二十原子百分比。
5.根据权利要求4所述的磁性结，其中所述第一硼含量是至少二十五原子百分比且不大于四十五原子百分比。
6.根据权利要求5所述的磁性结，其中所述第一铁磁层和所述第二铁磁层每个包含Co和CoFe的至少一种。
7.根据权利要求1所述的磁性结，其中所述第二铁磁层在所述第一铁磁层和所述被钉扎层之间。
8.根据权利要求1所述的磁性结，还包括：
在所述非磁性间隔层和所述自由层之间的磁性插入层。
9.根据权利要求1所述的磁性结，还包括：
硼接收层，所述垂直磁各向异性诱导层在所述自由层和所述硼接收层之间。
10.根据权利要求1所述的磁性结，其中所述非磁性间隔层和所述垂直磁各向异性诱导层每个包括MgO。
11.根据权利要求1所述的磁性结，还包括：
额外的被钉扎层，所述垂直磁各向异性诱导层位于所述自由层和所述额外的被钉扎层之间，所述垂直磁各向异性诱导层是非磁性间隔层。
12.一种包括磁存储器的磁性器件，该磁性器件包括：
用于所述磁存储器的多个磁存储单元，所述多个磁存储单元的每个包括至少一个磁性结，所述至少一个磁性结的每个包括被钉扎层、非磁性间隔层、不对称的自由层和垂直磁各向异性(PMA)诱导层，所述非磁性间隔层在所述自由层和所述被钉扎层之间，所述自由层在所述非磁性间隔层和所述垂直磁各向异性诱导层之间，所述不对称的自由层包括具有第一硼含量的第一铁磁层和具有第二硼含量的第二铁磁层，所述第二硼含量小于所述第一硼含量，所述第一硼含量和所述第二硼含量大于零原子百分比，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不对称的自由层在多个稳定的磁态之间可切换；以及
与所述多个磁存储单元耦接的多条位线。
13.根据权利要求12所述的磁存储器，其中所述自由层还包括在所述第一铁磁层与所述第二铁磁层之间的非磁性插入层。
14.根据权利要求13所述的磁存储器，其中所述非磁性插入层包括Bi、Ta、W、V、I、Zn，Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr的至少一种。
15.根据权利要求12所述的磁存储器，其中所述第一硼含量大于二十五原子百分比且小于四十五原子百分比，其中所述第二硼含量不大于二十原子百分比。
16.根据权利要求12所述的磁存储器，其中所述第一铁磁层和所述第二铁磁层每个包含Co和CoFe的至少一种。
17.根据权利要求12所述的磁存储器，其中所述第二铁磁层在所述第一铁磁层和所述被钉扎层之间。
18.根据权利要求12所述的磁存储器，其中所述至少一个磁性结的每个还包括磁性插入层和硼接收层的至少一个，所述磁性插入层在所述非磁性间隔层和所述自由层之间，所述垂直磁各向异性诱导层在所述自由层和所述硼接收层之间。
19.根据权利要求12所述的磁存储器，其中所述至少一个磁性结的每个还包括
额外的被钉扎层，所述垂直磁各向异性诱导层位于所述自由层和所述额外的被钉扎层之间，所述垂直磁各向异性诱导层是非磁性间隔层。
20.一种用于提供用于磁性器件中的磁性结的方法，包括：
提供被钉扎层；
提供非磁性间隔层；
提供不对称的自由层，所述非磁性间隔层位于所述被钉扎层与所述不对称的自由层之间，所述不对称的自由层包括具有第一硼含量的第一铁磁层和具有第二硼含量的第二铁磁层，所述第二硼含量小于所述第一硼含量，所述第一硼含量和所述第二硼含量大于零原子百分比；以及
提供垂直磁各向异性(PMA)诱导层，所述自由层在所述垂直磁各向异性诱导层与所述不对称的自由层之间；
其中所述磁性结被配置为使得在写电流通过所述磁性结时所述不对称的自由层在多个稳定的磁态之间可切换。
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