DE102022122549A1

DE102022122549A1 - Magnetspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102022122549A1
Application number: DE102022122549.6A
Authority: DE
Inventors: Stuart Papworth Parkin; See-Hun Yang; Jiho Yoon; Ung Hwan Pi
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2023-06-29
Also published as: US20230165164A1; KR20230077239A; CN116168740A

Abstract

Eine Magnetspeichervorrichtung enthält eine Magnetspur, die sich in eine erste Richtung erstreckt. Die Magnetspur enthält: eine untere Magnetschicht, eine obere Magnetschicht auf der unteren Magnetschicht, ein nichtmagnetisches Muster auf der unteren Magnetschicht und auf einer Seite der oberen Magnetschicht, und eine Abstandshalterschicht, die sich zwischen der unteren Magnetschicht und der oberen Magnetschicht befindet und sich zwischen der unteren Magnetschicht und dem nichtmagnetischen Muster erstreckt. Die untere Magnetschicht und die obere Magnetschicht sind durch die Abstandshalterschicht antiferromagnetisch miteinander gekoppelt. Das nichtmagnetische Muster weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, die einander gegenüberliegen in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung. Eine Verbindungsfläche zwischen dem nichtmagnetischen Muster und der oberen Magnetschicht ist in Bezug auf eine Bezugsfläche senkrecht zur ersten Oberfläche und zur zweiten Oberfläche geneigt.

Description

Querverweis auf ähnliche Anmeldungen
Diese nicht vorläufige U.S.-Patentanmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U.S.C. §119 der am 25. November 2021 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0164289 , deren gesamte Inhalte durch Verweis hierin aufgenommen sind.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Magnetspeichervorrichtung und insbesondere auf eine Magnetspeichervorrichtung, die ein Bewegungsphänomen von Magnetdomänenwänden verwendet.
Hochgeschwindigkeits- und Niedrigspannungsspeichervorrichtungen zur Verwendung in elektronischen Hochgeschwindigkeits- und Niedrigleistungsvorrichtungen, die Speichervorrichtungen enthalten, sind zunehmend gefragt. Eine Magnetspeichervorrichtung wird als eine Kandidatenspeichervorrichtung in Betracht gezogen, die diese Nachfragen erfüllen kann. Die Magnetspeichervorrichtung wird seither aufgrund ihrer Hochgeschwindigkeitsbetriebseigenschaften und/oder nichtflüchtigen Eigenschaften als eine Speichervorrichtung der nächsten Generation hervorgehoben. Insbesondere wird bisher eine neue Magnetspeichervorrichtung erforscht und entwickelt, die ein Bewegungsphänomen einer Magnetdomänenwand eines Magnetmaterials verwendet.
Kurzfassung
Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können eine Magnetspeichervorrichtung bereitstellen, die konfiguriert ist, eine Magnetdomänenwand in eine Magnetspur, die eine Synthetikantiferromagnetstruktur enthält, einzufügen.
Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können außerdem eine Magnetspeichervorrichtung bereitstellen, die konfiguriert ist, eine Stromdichte zum Einfügen einer Magnetdomänenwand in eine Magnetspur, die eine Synthetikantiferromagnetstruktur enthält, zu reduzieren.
In einem Aspekt kann eine Magnetspeichervorrichtung eine Magnetspur enthalten, die sich in eine erste Richtung erstreckt. Die Magnetspur kann enthalten: eine untere Magnetschicht, eine obere Magnetschicht auf der unteren Magnetschicht, ein nichtmagnetisches Muster auf der unteren Magnetschicht und auf einer Seite der oberen Magnetschicht, und eine Abstandshalterschicht, die sich zwischen der unteren Magnetschicht und der oberen Magnetschicht befindet und sich zwischen der unteren Magnetschicht und dem nichtmagnetischen Muster erstreckt. Die untere Magnetschicht und die obere Magnetschicht können durch die Abstandshalterschicht antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein. Das nichtmagnetische Muster kann eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, die einander gegenüberliegen in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung, und die erste Richtung und die zweite Richtung können parallel zu einer Ebene sein. Eine Verbindungsfläche zwischen dem nichtmagnetischen Muster und der oberen Magnetschicht kann in Bezug auf eine Bezugsfläche senkrecht zur ersten Oberfläche und zur zweiten Oberfläche des nichtmagnetischen Musters geneigt sein.
In einem Aspekt kann eine Magnetspeichervorrichtung eine Magnetspur enthalten, die sich in eine erste Richtung erstreckt. Die Magnetspur kann enthalten: eine untere Magnetschicht, eine obere Magnetschicht auf der unteren Magnetschicht, ein nichtmagnetisches Muster auf der unteren Magnetschicht und auf einer Seite der oberen Magnetschicht, und eine Abstandshalterschicht, die sich zwischen der unteren Magnetschicht und der oberen Magnetschicht befindet und sich zwischen der unteren Magnetschicht und dem nichtmagnetischen Muster erstreckt. Die untere Magnetschicht und die obere Magnetschicht können durch die Abstandshalterschicht antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein. Das nichtmagnetische Muster kann eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, die einander gegenüberliegen in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung, und die erste Richtung und die zweite Richtung können parallel zu einer Ebene sein. Eine Länge des nichtmagnetischen Musters in der ersten Richtung kann von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche zunehmend größer werden.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die eine Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte darstellt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte darstellt.
3A bis 6A sind Draufsichten, die einem Abschnitt „A“ aus 1 entsprechen, zum Darstellen eines Herstellungsverfahrens einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
3B bis 6B sind Querschnittsansichten, die einem Abschnitt „B“ aus 2 entsprechen, zum Darstellen eines Herstellungsverfahrens einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die dem Abschnitt „B“ aus 2 entsprechen, zum Darstellen eines Verfahrens zum Initialisieren einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
8 und 9 sind Graphen, die eine Stromdichte zum Einfügen einer Magnetdomänenwand in eine Magnetspur einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte zeigen.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte darstellt.

Ausführliche Beschreibung
Ausführungsbeispiele der erfinderischen Konzepte werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. In der gesamten Anmeldung beziehen sich in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente und wiederholte Beschreibungen können weggelassen sein. Es versteht sich, dass obwohl die Begriffe erste/r/s, zweite/r/s etc. hierin zum Beschreiben verschiedener Elemente verwendet werden können, diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden lediglich zum Unterscheiden eines Elements von einem anderen Element verwendet. Somit können zum Beispiel ein erstes Element, eine erste Komponente oder ein erster Abschnitt, die unten erwähnt werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne dabei von den Lehren des vorliegenden erfinderischen Konzepts abzuweichen. Wie hierin verwendet, enthält der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen, aufgelisteten Items. Es ist anzumerken, dass Aspekte, die in Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben werden, in unterschiedlichen Ausführungsformen integriert sein können, auch wenn dies nicht spezifisch gegenüber jenen beschrieben wird. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer jeden beliebigen Ausführungsform können auf jede beliebige Weise und/oder in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden.
1 ist eine Draufsicht, die eine Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte darstellt.
Bezugnehmend auf 1 und 2 kann eine Magnetspeichervorrichtung eine leitfähige Leitung CL, eine Magnetspur MTR auf der leitfähigen Leitung CL und eine Lese/Schreib-Einheit 150 auf der Magnetspur MTR enthalten. Sowohl die leitfähige Leitung CL als auch die Magnetspur MTR können eine Linienform aufweisen, die sich in eine erste Richtung D1 erstreckt. Sowohl die leitfähige Leitung CL als auch die Magnetspur MTR können eine Linienform aufweisen, in der eine Länge in die erste Richtung D1 größer ist als eine Breite in eine zweite Richtung D2, die senkrecht ist zur ersten Richtung D1. Die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 können parallel sein zu einer Ebene (zum Beispiel einer unteren Oberfläche der leitfähigen Leitung CL) und können senkrecht zueinander sein. Mit anderen Worten kann eine durch die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 definierte Ebene parallel sein zu einer unteren Oberfläche der leitfähigen Leitung CL. Die Magnetspur MTR kann auf der leitfähigen Leitung CL in einer dritten Richtung D3, die senkrecht ist zu sowohl der ersten Richtung D1 als auch der zweiten Richtung D2, gestapelt sein. Die dritte Richtung D3 kann senkrecht sein zu der Ebene (zum Beispiel der unteren Oberfläche der leitfähigen Leitung CL oder einer durch die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 definierten Ebene). Die Lese/Schreib-Einheit 150 kann benachbart zu einem Abschnitt der Magnetspur MTR angeordnet sein.
Die leitfähige Leitung CL kann konfiguriert sein, durch oder als Reaktion auf einen dort hindurchfließenden Strom ein Spin-Bahn-Drehmoment zu erzeugen. Die leitfähige Leitung CL kann ein Material enthalten, das zum Erzeugen eines Spin-Hall-Effekts oder eines Rashba-Effekts durch oder als Reaktion auf einen in die erste Richtung D1 oder einen in eine der ersten Richtung D1 entgegengesetzte Richtung fließenden Strom in der leitfähigen Leitung CL konfiguriert ist. Die leitfähige Leitung CL kann ein Schwermetall mit einer Kernladungszahl von 30 oder mehr enthalten und kann zum Beispiel Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Tantal (Ta), Platin (Pt), Palladium (Pd), Bismut (Bi), Titan (Ti) und/oder Wolfram (W) enthalten.
Die Magnetspur MTR kann eine untere Magnetschicht 110, eine Abstandshalterschicht 120 und eine obere Magnetschicht 130 enthalten, die auf der leitfähigen Leitung CL sequenziell gestapelt sind. Die untere Magnetschicht 110, die Abstandshalterschicht 120 und die obere Magnetschicht 130 können auf der leitfähigen Leitung CL in der dritten Richtung D3 sequenziell gestapelt sein. Die untere Magnetschicht 110 kann zwischen der leitfähigen Leitung CL und der Abstandshalterschicht 120 angeordnet sein und die Abstandshalterschicht 120 kann zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der oberen Magnetschicht 130 angeordnet sein. Die untere Magnetschicht 110, die Abstandshalterschicht 120 und die obere Magnetschicht 130 können Linienformen aufweisen, die sich in die erste Richtung D1 erstrecken. Die leitfähige Leitung CL und die Magnetspur MTR können gerade Linienformen aufweisen, die sich in die erste Richtung D1 erstrecken, die Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte sind jedoch nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen können die leitfähige Leitung CL und die Magnetspur MTR U-förmige Linienformen aufweisen.
Die untere Magnetschicht 110 kann untere Magnetdomänen D_L, die in der ersten Richtung D1 angeordnet sind, und untere Magnetdomänenwände DW_L zwischen den unteren Magnetdomänen D_L enthalten. Jede der unteren Magnetdomänen D_L kann ein Bereich in der unteren Magnetschicht 110 sein, in dem Magnetmomente in eine gewisse Richtung ausgerichtet sind, und jede der unteren Magnetdomänenwände DW_L kann ein Bereich sein, in dem Richtungen von Magnetmomenten zwischen den unteren Magnetdomänen D_L verändert werden. Die unteren Magnetdomänen D_L und die unteren Magnetdomänenwände DW_L können abwechselnd in der ersten Richtung D1 angeordnet sein.
Die obere Magnetschicht 130 kann obere Magnetdomänen D_U, die in der ersten Richtung D1 angeordnet sind, und obere Magnetdomänenwände DW_U zwischen den oberen Magnetdomänen D_U enthalten. Jede der oberen Magnetdomänen D_U kann ein Bereich in der oberen Magnetschicht 130 sein, in dem Magnetmomente in eine gewisse Richtung ausgerichtet sind, und jede der oberen Magnetdomänenwände DW_U kann ein Bereich sein, in dem Richtungen von Magnetmomenten zwischen den oberen Magnetdomänen D_U verändert werden. Die oberen Magnetdomänen D_U und die oberen Magnetdomänenwände DW_U können abwechselnd in der ersten Richtung D1 angeordnet sein. Die oberen Magnetdomänen D_U können die unteren Magnetdomänen D_L jeweils in der dritten Richtung D3 vertikal überlappen.
Die untere Magnetschicht 110 und die obere Magnetschicht 130 können durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein. Sowohl die untere Magnetschicht 110 als auch die obere Magnetschicht 130 können ein Magnetelement enthalten und können mindestens eines von zum Beispiel Kobalt (Co), Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni) enthalten. Die Abstandshalterschicht 120 kann ein nichtmagnetisches Metall enthalten und kann zum Beispiel Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Wolfram (W), Tantal (Ta) und/oder jede beliebige Legierung davon enthalten.
In einigen Ausführungsformen können die unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 und die oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 eine senkrechte Magnetanisotropie (PMA) aufweisen. Jede der unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 kann eine Magnetisierungsrichtung 110M aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Grenzfläche zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der Abstandshalterschicht 120, und die Magnetisierungsrichtungen 110M von unteren Magnetdomänen D_L, die direkt benachbart zueinander sind, können einander entgegengesetzt sein. Jede der unteren Magnetdomänenwände DW_L kann eine Grenze definieren zwischen den benachbarten unteren Magnetdomänen D_L mit den einander entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen 110M. Jede der oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 kann eine Magnetisierungsrichtung 130M aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Grenzfläche zwischen der oberen Magnetschicht 130 und der Abstandshalterschicht 120, und die Magnetisierungsrichtungen 130M von oberen Magnetdomänen D U, die direkt benachbart zueinander sind, können einander entgegengesetzt sein. Jede der oberen Magnetdomänenwände DW_U kann eine Grenze definieren zwischen den benachbarten oberen Magnetdomänen D_U mit den einander entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen 130M.
Die oberen Magnetdomänen D_U können die unteren Magnetdomänen D_L jeweils in der dritten Richtung D3 vertikal überlappen und die oberen Magnetdomänen D_U und die unteren Magnetdomänen D_L können durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein. Die Magnetisierungsrichtung 130M einer jeden der oberen Magnetdomänen D_U kann antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung 110M einer entsprechenden unteren Magnetdomäne D_L der unteren Magnetdomänen D_L sein.
Die Magnetspur MTR kann ferner ein nichtmagnetisches Muster 140 enthalten, das auf der Abstandshalterschicht 120 und auf einer Seite der oberen Magnetschicht 130 angeordnet ist. Das nichtmagnetische Muster 140 kann einen Abschnitt der unteren Magnetschicht 110 in der dritten Richtung D3 vertikal überlappen. Zum Beispiel kann das nichtmagnetische Muster 140 eine entsprechende untere Magnetdomäne D_L der unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 vertikal überlappen (z.B. in der dritten Richtung D3). Die entsprechende untere Magnetdomäne D_L kann die Magnetisierungsrichtung 110M aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Grenzfläche zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der Abstandshalterschicht 120.
Die Abstandshalterschicht 120 kann zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der oberen Magnetschicht 130 angeordnet sein und kann sich zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und dem Abschnitt der unteren Magnetschicht 110 (z.B. dem Abschnitt, der das nichtmagnetische Muster 140 in der dritten Richtung D3 vertikal überlappt) erstrecken. Das nichtmagnetische Muster kann ein Metalloxid enthalten. Das nichtmagnetische Muster 140 kann ein gleiches Magnetelement wie ein Magnetelement in der oberen Magnetschicht 130 enthalten und kann ferner Sauerstoff enthalten.
Das nichtmagnetische Muster 140 kann mit einer Seitenoberfläche 130S der oberen Magnetschicht 130 in Berührung sein. Die Seitenoberfläche 130S der oberen Magnetschicht 130 kann als eine Verbindungsfläche 130S zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130 bezeichnet werden. Das nichtmagnetische Muster 140 kann eine erste Oberfläche 140S1 und eine zweite Oberfläche S2 aufweisen, die einander entgegengesetzt sind in der zweiten Richtung D2. Die Verbindungsfläche 130S zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130 kann in Bezug auf eine Bezugsfläche SS, die senkrecht ist zur ersten Oberfläche 140S1 und zur zweiten Oberfläche 140S2 des nichtmagnetischen Musters, geneigt sein. Die Bezugsfläche SS kann eine Oberfläche sein, die senkrecht ist zur ersten Richtung D1 und parallel ist zu einer Ebene, welche durch die zweite Richtung D2 und die dritte Richtung D3 ausgebildet wird. Ein Winkel θj zwischen der Verbindungsfläche 130S und der Bezugsfläche SS kann größer sein als 30 Grad. Zum Beispiel kann der Winkel θj zwischen der Verbindungsfläche 130S und der Bezugsfläche SS größer sein als 30 Grad und kleiner sein als 90 Grad. Das nichtmagnetische Muster 140 kann eine Länge 140L in der ersten Richtung D1 aufweisen. Die Länge 140L des nichtmagnetischen Musters 140 in der ersten Richtung D1 kann von der ersten Oberfläche 140S1 in Richtung der zweiten Oberfläche 140S2 zunehmend größer werden. Mit anderen Worten kann eine Länge in der ersten Richtung D1 der zweiten Oberfläche 140S2 des nichtmagnetischen Musters 140 größer sein als eine Länge in der ersten Richtung D1 der ersten Oberfläche 140S1 des nichtmagnetischen Musters 140.
Die Magnetspur MTR kann einen Synthetikantiferromagnetbereich SAF und einen Ferromagnetbereich FM enthalten. Der Synthetikantiferromagnetbereich SAF kann ein Bereich sein, in dem die untere Magnetschicht 110 und die obere Magnetschicht 130 durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Der Ferromagnetbereich FM kann das nichtmagnetische Muster 140 und den Abschnitt (d.h. die entsprechende untere Magnetdomäne D_L) der unteren Magnetschicht 110, die das nichtmagnetische Muster 140 vertikal überlappt, enthalten. Die Magnetspur MTR kann eine Ferromagnet-Synthetikantiferromagnet(FM-SAF)-Lateralverbindungsstruktur aufweisen, in welcher der Ferromagnetbereich FM und der Synthetikantiferromagnetbereich SAF in der ersten Richtung D1 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsfläche 130S zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130 kann außerdem als eine Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF bezeichnet werden.
Der Ferromagnetbereich FM der Magnetspur MTR kann ein Bereich sein, der zum Einführen einer Magnetdomänenwand (z.B. der unteren Magnetdomänenwände DW_L) in den Synthetikantiferromagnetbereich SAF der Magnetspur MTR zum Initialisieren der Magnetspeichervorrichtung verwendet wird.
Wenn ein Strom in die erste Richtung D1 oder in die der ersten Richtung D1 entgegengesetzte Richtung in der leitfähigen Leitung CL fließt, können sich die unteren Magnetdomänenwände DW_L in der unteren Magnetschicht 110 in die erste Richtung D1 bewegen. Die Bewegung der unteren Magnetdomänenwände DW_L kann aufgrund eines Spin-Bahn-Drehmoments und einer Dzyaloshinskii-Moriya-Interaktion (DMI) sein, die an einer Grenzfläche zwischen der leitfähigen Leitung CL und der unteren Magnetschicht 110 erzeugt werden. Eine Bewegungsrichtung der unteren Magnetdomänenwände DW_L kann abhängig sein von einer Chiralität der unteren Magnetdomänenwände DW_L. Da sich die unteren Magnetdomänenwände DW_L in der unteren Magnetschicht 110 in die erste Richtung D1 bewegen, können sich die oberen Magnetdomänenwände DW_U in der oberen Magnetschicht 130 ebenfalls in die erste Richtung D1 bewegen. Die Bewegung der oberen Magnetdomänenwände DW_U kann aufgrund des antiferromagnetischen Koppelns zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der oberen Magnetschicht 130 sein.
Die Lese/Schreib-Einheit 150 kann auf dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF der Magnetspur MTR angeordnet sein. Die Lese/Schreib-Einheit 150 kann einen GMR-Sensor, der einen Giant-Magneto-Resistance-Effekt bzw. Riesenmagnetowiderstandseffekt verwendet, oder einen TMR-Sensor, der einen Tunnel-Magneto-Resistance-Effekt bzw. magnetischen Tunnelwiderstandseffekt verwendet, enthalten. Zum Beispiel kann die Lese/Schreib-Einheit 150 ein Magnetmuster 154 auf der oberen Magnetschicht 130, ein Tunnelsperrmuster 152 zwischen der oberen Magnetschicht 130 und dem Magnetmuster 154 und ein Elektrodenmuster 156 auf dem Magnetmuster 154 enthalten. Das Magnetmuster 154 kann zwischen dem Tunnelsperrmuster 152 und dem Elektrodenmuster 156 angeordnet sein. Das Magnetmuster 154 kann mindestens eines von Kobalt (Co), Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni) enthalten. Das Tunnelsperrmuster 152 kann mindestens eines von Magnesium(Mg)-Oxid, Titan(Ti)-Oxid, Aluminium(Al)-Oxid, Magnesium-Zink(Mg-Zn)-Oxid und/oder Magnesium-Bor(Mg-B)-Oxid enthalten. Das Elektrodenmuster 156 kann ein leitfähiges Material enthalten und kann zum Beispiel ein Metall (z.B. Kupfer, Wolfram oder Aluminium) und/oder ein Metallnitrid (z.B. Tantalnitrid, Titannitrid und/oder Wolframnitrid) enthalten.
Die Lese/Schreib-Einheit 150 kann eine entsprechende obere Magnetdomäne D_U der oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 und eine entsprechende untere Magnetdomäne D_L der unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 vertikal überlappen (z.B. in der dritten Richtung D3).
In einigen Ausführungsformen kann das Magnetmuster 154 der Lese/Schreib-Einheit 150 eine senkrechte Magnetanisotropie (PMA) aufweisen. Das Magnetmuster 154 kann eine Magnetisierungsrichtung 154M aufweisen, die senkrecht ist zu einer Grenzfläche zwischen dem Magnetmuster 154 und dem Tunnelsperrmuster 152, und die Magnetisierungsrichtung 154M des Magnetmusters 154 kann in eine Richtung festgelegt sein. Die Magnetisierungsrichtungen 130M der oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 und die Magnetisierungsrichtungen 110M der unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 können derart veränderbar sein, dass sie parallel oder antiparallel zur Magnetisierungsrichtung 154M des Magnetmusters 154 sind.
Das Magnetmuster 154 kann eine entsprechende obere Magnetdomäne D_U der oberen Magnetdomänen D_U und eine entsprechende untere Magnetdomäne D_L der unteren Magnetdomänen D_L vertikal überlappen (z.B. in der dritten Richtung D3). Das Magnetmuster 154, die entsprechende obere Magnetdomäne D_U und die entsprechende untere Magnetdomäne D_L, die einander vertikal überlappen, können eine Magnettunnelverbindung MTJ bilden. Das Magnetmuster 154 kann eine befestigte Schicht mit der in einer Richtung festgelegten Magnetisierungsrichtung 154M sein und die entsprechende obere Magnetdomäne D_U und die entsprechende untere Magnetdomäne D_L können antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein, um eine freie Schicht mit einer Synthetikantiferromagnetstruktur zu bilden.
In einer Leseoperation kann ein Lesestrom Iread durch die Magnettunnelverbindung MTJ fließen. Ein Widerstandszustand der Magnettunnelverbindung MTJ kann durch den Lesestrom Iread erfasst werden. Ob die Magnettunnelverbindung MTJ in einem Hochwiderstandszustand oder einem Niedrigwiderstandszsutand ist, kann durch den Lesestrom Iread erfasst werden. Daten (0 oder 1), die in der freien Schicht gespeichert sind, können aus dem Widerstandszustand der Magnettunnelverbindung MTJ erfasst werden. In einer Schreiboperation kann ein Schreibstrom Isw durch die Magnettunnelverbindung MTJ fließen. Eine Stärke des Schreibstroms Isw kann größer sein als eine Stärke des Lesestroms Iread. Die Magnetisierungsrichtung 130M der entsprechenden oberen Magnetdomäne D_U kann durch ein vom Schreibstrom Isw erzeugtes Spin-Transfer-Drehmoment gewechselt werden. Die Magnetisierungsrichtung 130M der entsprechenden oberen Magnetdomäne D_U kann durch das vom Lesestrom Isw erzeugte Spin-Transfer-Drehmoment derart gewechselt werden, dass sie parallel oder antiparallel zur Magnetisierungsrichtung 154M des Magnetmusters 154 ist. Die Magnetisierungsrichtung 110M der entsprechenden unteren Magnetdomäne D_L kann durch das antiferromagnetische Koppeln zwischen der entsprechenden oberen Magnetdomäne D_U und der entsprechenden unteren Magnetdomäne D_L derart gewechselt werden, dass sie antiparallel zur Magnetisierungsrichtung 130M der entsprechenden oberen Magnetdomäne D_U ist.
In einigen Ausführungsformen können die untere Magnetschicht 110, die obere Magnetschicht 130 und das Magnetmuster 154 jeweils mindestens eines von Kobalt (Co), Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni) enthalten und können ferner mindestens ein oder mehrere nichtmagnetische Materialien enthalten, wie Bor (B), Zink (Zn), Aluminium (Al), Titan (Ti), Ruthenium (Ru), Tantal (Ta), Silizium (Si), Silber (Ag), Gold (Au), Kupfer (Cu), Kohlenstoff (C) und/oder Stickstoff (N). Zum Beispiel können die untere Magnetschicht 110, die obere Magnetschicht 130 und das Magnetmuster 154 jeweils mindestens eines von einem senkrechten Magnetmaterial (z.B. CoFeTb, CoFeGd, und/oder CoFeDy), einem senkrechten Magnetmaterial mit einer L1₀-Struktur, einer CoPt-Legierung mit einer hexagonal dicht gepackten (HCP) Gitterstruktur und/oder einer senkrechten Magnetstruktur enthalten. Das senkrechte Magnetmaterial mit der L1₀-Struktur kann mindestens eines von FePt mit der L1₀-Struktur, FePd mit der L1₀-Struktur, CoPd mit der L1₀-Struktur oder CoPt mit der L1₀-Struktur enthalten. Die senkrechte Magnetstruktur kann Magnetschichten und nichtmagnetische Schichten enthalten, die abwechselnd und wiederholt gestapelt sind. Zum Beispiel kann die senkrechte Magnetstruktur mindestens eines von (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, (CoCr/Pt)n, und/oder (CoCr/Pd)n enthalten, wobei „n“ die Anzahl an Doppelschichten bezeichnet. In gewissen Ausführungsformen können die untere Magnetschicht 110, die obere Magnetschicht 130 und das Magnetmuster 154 jeweils CoFeB oder eine Co-basierte Heusler-Legierung enthalten.
3A bis 6A sind Draufsichten, die einem Abschnitt „A“ aus 1 entsprechen, zum Darstellen eines Herstellungsverfahrens einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte. 3B bis 6B sind Querschnittsansichten, die einem Abschnitt „B“ aus 2 entsprechen, zum Darstellen eines Herstellungsverfahrens einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte. Nachfolgend werden Beschreibungen zu denselben Merkmalen, die mit Bezug auf 1 und 2 genannt werden, zwecks Einfachheit der Erläuterung weggelassen.
Bezugnehmend auf 3A und 3B können eine erste Magnetschicht 110a, eine nichtmagnetische Schicht 120a und eine zweite Magnetschicht 130a auf einer leitfähigen Schicht CLa sequenziell gestapelt sein. Die leitfähige Schicht CLa, die erste Magnetschicht 110a, die nichtmagnetische Schicht 120a und die zweite Magnetschicht 130a können unter Verwendung eines chemischen Gasphasenabscheidungs(CVD)-Verfahrens und/oder eines physikalischen Gasphasenabscheidungs(PVD)-Verfahrens ausgebildet werden und können unter Verwendung von zum Beispiel eines Sputter-Abscheidungsverfahrens ausgebildet werden. Ein erstes Maskenmuster M1 kann auf der zweiten Magnetschicht 130a ausgebildet sein. Das erste Maskenmuster M1 kann eine Linienform aufweisen, die sich in die erste Richtung D1 erstreckt, und kann ein Fotoresistmuster oder ein Hartmaskenmuster sein.
Bezugnehmend auf 4A und 4B können die zweite Magnetschicht 130a, die nichtmagnetische Schicht 120a, die erste Magnetschicht 110a und die leitfähige Schicht CLa unter Verwendung des ersten Maskenmusters M1 als eine Ätzmaske sequenziell geätzt werden. Die zweite Magnetschicht 130a, die nichtmagnetische Schicht 120a, die erste Magnetschicht 110a und die leitfähige Schicht CLa können zum Beispiel durch einen Ionenstrahl-Ätzprozess sequenziell geätzt werden. Eine obere Magnetschicht 130, eine Abstandshalterschicht 120, eine untere Magnetschicht 110 und eine leitfähige Leitung CL können jeweils durch Ätzen der zweiten Magnetschicht 130a, der nichtmagnetischen Schicht 120a, der ersten Magnetschicht 110a und der leitfähigen Schicht CLa ausgebildet werden. Die untere Magnetschicht 110 und die obere Magnetschicht 130 können durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein.
Nach der Ausbildung der leitfähigen Leitung CL, der unteren Magnetschicht 110, der Abstandshalterschicht 120 und der oberen Magnetschicht 130 kann das erste Maskenmuster M1 entfernt werden. Das erste Maskenmuster M1 kann zum Beispiel durch einen Veraschungsprozess und/oder einen Ablöseprozess entfernt werden.
Bezugnehmend auf 5A und 5B kann ein zweites Maskenmuster M2 auf der oberen Magnetschicht 130 ausgebildet sein. Das zweite Maskenmuster M2 kann einen Abschnitt der oberen Magnetschicht 130 freilegen und kann einen verbleibenden Abschnitt der oberen Magnetschicht 130 zumindest teilweise bedecken. Das zweite Maskenmuster M2 kann derart ausgebildet sein, dass es eine Linienform aufweist, die sich in die erste Richtung D1 erstreckt, die Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das zweite Maskenmuster M2 kann ein Fotoresistmuster oder ein Hartmaskenmuster sein. Das zweite Maskenmuster M2 kann ein Metallnitrid enthalten und kann zum Beispiel TaN enthalten.
Eine Seitenoberfläche M2_S des zweiten Maskenmusters M2 kann benachbart zum freigelegten Abschnitt der oberen Magnetschicht 130 sein. Die obere Magnetschicht 130 kann eine erste Oberfläche 130S1 und eine zweite Oberfläche 130S2 aufweisen, die einander entgegengesetzt sind in der zweiten Richtung D2. Die Seitenoberfläche M2_S des zweiten Maskenmusters M2 kann in Bezug auf eine Bezugsfläche SS, die senkrecht ist zur ersten Oberfläche 130S1 und zur zweiten Oberfläche 130S2 der oberen Magnetschicht 130 und parallel ist zu einer durch die zweite Richtung D2 und die dritte Richtung D3 ausgebildeten Ebene, geneigt sein. Ein Winkel θj zwischen der SeitenoberΣläche M2_S des zweiten Maskenmusters M2 und der Bezugsfläche SS kann größer sein als 30 Grad. Zum Beispiel kann der Winkel θj zwischen der Seitenoberfläche M2_S des zweiten Maskenmusters M2 und der Bezugsfläche SS größer sein als 30 Grad und kleiner sein als 90 Grad.
Ein Oxidationsprozess kann auf der oberen Magnetschicht 130 durchgeführt werden. Das zweite Maskenmuster M2 kann als eine Maske des Oxidationsprozesses verwendet werden. Der Oxidationsprozess kann zum Beispiel eine Sauerstoffplasmabehandlung enthalten.
Bezugnehmend auf 6A und 6B kann der freigelegte Abschnitt der oberen Magnetschicht 130 durch den Oxidationsprozess oxidiert werden, und somit kann ein nichtmagnetisches Muster 140 auf einer Seite der oberen Magnetschicht 130 ausgebildet werden. Das nichtmagnetische Muster 140 kann ein Metalloxid enthalten. Das nichtmagnetische Muster 140 kann dasselbe Magnetelement wie die obere Magnetschicht 130 enthalten und kann ferner Sauerstoff enthalten.
Das nichtmagnetische Muster 140 kann mit einer Seitenoberfläche 130S der oberen Magnetschicht 130 in Berührung sein. Die Seitenoberfläche 130S der oberen Magnetschicht 130 kann als eine Verbindungsfläche 130S zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130 bezeichnet werden. Das nichtmagnetische Muster 140 kann eine erste Oberfläche 140S1 und eine zweite Oberfläche 140S2 aufweisen, die einander entgegengesetzt sind in der zweiten Richtung D2. Die Verbindungsfläche 130S zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130 kann in Bezug auf die Bezugsfläche SS, die senkrecht ist zur ersten Oberfläche 140S1 und zur zweiten Oberfläche 140S2 des nichtmagnetischen Musters 140 und parallel ist zu einer durch die zweite Richtung D2 und die dritte Richtung D3 ausgebildeten Ebene, geneigt sein. Ein Winkel θj zwischen der Verbindungsfläche 130S und der Bezugsfläche SS kann größer sein als 30 Grad. Zum Beispiel kann der Winkel θj zwischen der Verbindungsfläche 130S und der Bezugsfläche SS größer sein als 30 Grad und kleiner sein als 90 Grad. Das nichtmagnetische Muster 140 kann eine Länge 140L in der ersten Richtung D1 aufweisen. Die Länge 140L des nichtmagnetischen Musters 140 in der ersten Richtung D1 kann von der ersten Oberfläche 140S1 in Richtung der zweiten Oberfläche 140S2 zunehmend größer werden. Mit anderen Worten kann eine Länge in der ersten Richtung D1 der zweiten Oberfläche 140S2 des nichtmagnetischen Musters 140 größer sein als eine Länge in der ersten Richtung D1 der ersten Oberfläche 140S1 des nichtmagnetischen Musters 140.
Die Abstandshalterschicht 120 kann als eine Oxidationsabbruchsschicht des Oxidationsprozesses verwendet werden. Somit wird ein Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110, der das nichtmagnetische Muster 140 vertikal überlappt (z.B. in der dritten Richtung D3), womöglich nicht durch den Oxidationsprozess oxidiert, sondern kann eine ferromagnetische Eigenschaft aufrechterhalten.
Nach der Ausbildung des nichtmagnetischen Musters 140 durch den Oxidationsprozess kann das zweite Maskenmuster M2 entfernt werden. Das zweite Maskenmuster M2 kann zum Beispiel durch einen Veraschungsprozess und/oder einen Ablöseprozess entfernt werden.
Die untere Magnetschicht 110, die Abstandshalterschicht 120, die obere Magnetschicht 130 und das nichtmagnetische Muster 140 können eine Magnetspur MTR bilden. Die leitfähige Leitung CL und die Magnetspur MTR können Linienformen aufweisen, die sich in die erste Richtung D1 erstrecken.
Die Magnetspur MTR kann einen Synthetikantiferromagnetbereich SAF und einen Ferromagnetbereich FM enthalten. Der Synthetikantiferromagnetbereich SAF kann ein Bereich sein, in dem die untere Magnetschicht 110 und die obere Magnetschicht 130 durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Der Ferromagnetbereich FM kann das nichtmagnetische Muster 140 und den Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110, der das nichtmagnetische Muster 140 vertikal überlappt (d.h. D3-Richtung), enthalten. Die Magnetspur MTR kann eine Ferromagnet-Synthetikantiferromagnet(FM-SAF)-Lateralverbindungsstruktur aufweisen, in welcher der Ferromagnetbereich FM und der Synthetikantiferromagnetbereich SAF in der ersten Richtung D1 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsfläche 130S zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130 kann außerdem als eine Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF bezeichnet werden.
Erneut bezugnehmend auf 1 und 2 kann eine Lese/Schreib-Einheit 150 auf dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF der Magnetspur MTR ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Ausbildung der Lese/Schreib-Einheit 150 ein sequenzielles Ausbilden einer Tunnelisolierschicht, einer Magnetschicht und einer Elektrodenschicht auf der Magnetspur MTR und ein Ätzen der Tunnelisolierschicht, der Magnetschicht und der Elektrodenschicht enthalten. Ein Tunnelsperrmuster 152, ein Magnetmuster 154 und ein Elektrodenmuster 156 können jeweils durch Ätzen der Tunnelisolierschicht, der Magnetschicht und der Elektrodenschicht ausgebildet werden.
7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die dem Abschnitt „B“ aus 2 entsprechen, zum Darstellen eines Verfahrens zum Initialisieren einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte. Nachfolgend werden Beschreibungen zu denselben Merkmalen, die mit Bezug auf 1 und 2 genannt werden, zwecks Einfachheit der Erläuterung weggelassen.
Bezugnehmend auf 7A kann eine Magnetspeichervorrichtung eine leitfähige Leitung CL und eine Magnetspur MTR auf der leitfähigen Leitung CL enthalten. Die Magnetspur MTR kann eine untere Magnetschicht 110, eine Abstandshalterschicht 120 und eine obere Magnetschicht 130 enthalten, die auf der leitfähigen Leitung CL sequenziell gestapelt sind, und kann ferner ein nichtmagnetisches Muster 140 enthalten, das auf der Abstandshalterschicht 120 und auf einer Seite der oberen Magnetschicht 130 angeordnet ist. Das nichtmagnetische Muster 140 kann einen Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110 in der dritten Richtung D3 vertikal überlappen. Die Magnetspur MTR kann einen Synthetikantiferromagnetbereich SAF, in dem die untere Magnetschicht 110 und die obere Magnetschicht 130 durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind, und einen Ferromagnetbereich FM, der das nichtmagnetische Muster 140 und den Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110 enthält, die einander vertikal überlappen (z.B. in der dritten Richtung D3), enthalten. Eine Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF (d.h. eine Verbindungsfläche zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130) kann in Bezug auf die Bezugsfläche SS, die senkrecht ist zur ersten Oberfläche 140S1 und zur zweiten Oberfläche 140S2 des nichtmagnetischen Musters 140, geneigt sein, wie mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann die untere Magnetschicht 110 eine Magnetisierungsrichtung 110M aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Grenzfläche zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der Abstandshalterschicht 120, und die obere Magnetschicht 130 kann eine Magnetisierungsrichtung 130M aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Grenzfläche zwischen der oberen Magnetschicht 130 und der Abstandshalterschicht 120. Die untere Magnetschicht 110 und die obere Magnetschicht 130 können durch die Abstandshalterschicht 120 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sein und somit kann die Magnetisierungsrichtung 130M der oberen Magnetschicht 130 antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung 110M der unteren Magnetschicht 110 sein. Zum Beispiel kann die Magnetisierungsrichtung 110M der unteren Magnetschicht 110 in eine Aufwärtsrichtung ausgerichtet sein und die Magnetisierungsrichtung 130M der oberen Magnetschicht 130 kann in eine Abwärtsrichtung ausgerichtet sein.
Eine initiale Magnetisierungsrichtung 110Mi des Abschnitts 110P der unteren Magnetschicht 110, der das nichtmagnetische Muster 140 vertikal überlappt, kann dieselbe sein wie die Magnetisierungsrichtung 110M der unteren Magnetschicht 110. Zum Beispiel kann die initiale Magnetisierungsrichtung 110Mi des Abschnitts 110P der unteren Magnetschicht 110 in die Aufwärtsrichtung ausgerichtet sein.
Bezugnehmend auf 7B kann ein externes Magnetfeld H1 an die Magnetspur MTR angelegt werden. Eine Richtung des externen Magnetfeldes H1 kann eine der initialen Magnetisierungsrichtung 110Mi des Abschnitts 110P der unteren Magnetschicht 110 entgegengesetzte Richtung sein. Zum Beispiel kann die Richtung des externen Magnetfeldes H1 die Abwärtsrichtung sein.
Eine Koerzivität (Hc) des Synthetikantiferromagnetbereichs SAF der Magnetspur MTR kann größer sein als eine Koerzivität (Hc) des Ferromagnetbereichs FM der Magnetspur MTR. Da der Synthetikantiferromagnetbereich SAF der Magnetspur MTR eine relativ große Koerzivität (Hc) aufweist, werden die Magnetisierungsrichtungen 110M und 130M der unteren Magnetschicht 110 und der oberen Magnetschicht 130 im Synthetikantiferromagnetbereich SAF der Magnetspur MTR womöglich nicht durch das externe Magnetfeld H1 umgekehrt. Da der Ferromagnetbereich FM der Magnetspur MTR eine relativ kleine Koerzivität (Hc) aufweist, kann die initiale Magnetisierungsrichtung 110Mi des Abschnitts 110P der unteren Magnetschicht 110 im Ferromagnetbereich FM der Magnetspur MTR durch das externe Magnetfeld H1 umgekehrt werden. Somit kann der Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110 eine erste Magnetisierungsrichtung 110M1 aufweisen, welche in die Abwärtsrichtung ausgerichtet ist.
Da die initiale Magnetisierungsrichtung 110Mi des Abschnitts 110P der unteren Magnetschicht 110 durch das externe Magnetfeld H1 zur ersten Magnetisierungsrichtung 110M1 umgekehrt wird, kann die untere Magnetdomänenwand DW_L im Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110 ausgebildet werden, der benachbart ist zu der Verbindung zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF.
Bezugnehmend auf 7C kann ein Strom I angelegt werden, um in der leitfähigen Leitung CL in die erste Richtung D1 (oder in die der ersten Richtung D1 entgegensetzte Richtung) zu fließen. Somit kann die untere Magnetdomänenwand DW_L, die im Abschnitt 110P der unteren Magnetschicht 110 im Ferromagnetbereich FM ausgebildet ist, in die untere Magnetschicht 110 im Synthetikantiferromagnetbereich SAF eingefügt werden. Zum Beispiel kann sich die untere Magnetdomänenwand DW_L in die erste Richtung D1 bewegen.
Um die untere Magnetdomänenwand DW_L aus dem Ferromagnetbereich FM in den Synthetikantiferromagnetbereich SAF einzufügen, kann eine relativ große Stromdichte in der leitfähigen Leitung CL erforderlich sein.
Nach den erfinderischen Konzepten, wie mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben, kann die Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF (d.h. die Verbindungsfläche zwischen dem nichtmagnetischen Muster 140 und der oberen Magnetschicht 130) in Bezug auf die Bezugsfläche SS, die senkrecht ist zur ersten Oberfläche 140S1 und zur zweiten Oberfläche 140S2 des nichtmagnetischen Musters 140, geneigt sein und der Winkel θj zwischen der Verbindungsfläche 130S und der Bezugsfläche SS kann größer sein als 30 Grad. Somit kann es möglich sein, die an die leitfähige Leitung CL angelegte Stromdichte zum Einfügen der unteren Magnetdomänenwand DW_L aus dem Ferromagnetbereich FM in den Synthetikantiferromagnetbereich SAF zu reduzieren. Mit anderen Worten kann es möglich sein, die Stromdichte zum Einfügen einer Magnetdomänenwand (z.B. der unteren Magnetdomänenwand DW_L) in die Magnetspur MTR, die den Synthetikantiferromagnetbereich SAF enthält, zu reduzieren. Infolgedessen kann es möglich sein, die Magnetspeichervorrichtung bereitzustellen, die konfiguriert ist, die Magnetdomänenwand (z.B. die untere Magnetdomänenwand DW_L) in die Magnetspur MTR, die den Synthetikantiferromagnetbereich SAF enthält, einzufügen.
Bezugnehmend auf 7D kann die untere Magnetdomänenwand DW_L durch oder als Reaktion auf den an die leitfähige Leitung CL angelegten Strom I in die untere Magnetschicht 110 im Synthetikantiferromagnetbereich SAF eingefügt werden und kann sich in der unteren Magnetschicht 110 im Synthetikantiferromagnetbereich SAF in die erste Richtung D1 bewegen. Mit der Bewegung der unteren Magnetdomänenwand DW_L kann die Magnetisierungsrichtung 110M der unteren Magnetschicht 110 zur ersten Magnetisierungsrichtung 110M1 umgekehrt werden, welche in die Abwärtsrichtung ausgerichtet ist.
Durch das antiferromagnetische Koppeln zwischen der oberen Magnetschicht 130 und der unteren Magnetschicht 110 kann die Magnetisierungsrichtung 130M der oberen Magnetschicht 130 derart umgekehrt werden, dass sie mit der ersten Magnetisierungsrichtung 110M1 der unteren Magnetschicht 110 antiferromagnetisch gekoppelt ist. Eine umgekehrte Magnetisierungsrichtung 130M1 der oberen Magnetschicht 130 kann mit der ersten Magnetisierungsrichtung 110M1 der unteren Magnetschicht 110 antiferromagnetisch gekoppelt sein und kann zum Beispiel in die Aufwärtsrichtung ausgerichtet sein. Da die obere Magnetschicht 130 die umgekehrte Magnetisierungsrichtung 130M1 aufweist, kann die obere Magnetdomänenwand DW_U in der oberen Magnetschicht 130 ausgebildet sein. Die obere Magnetdomänenwand DW_U kann die untere Magnetdomänenwand DW_L vertikal überlappen (z.B. in der dritten Richtung D3).
8 und 9 sind Graphen, die eine Stromdichte zum Einfügen einer Magnetdomänenwand in eine Magnetspur einer Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte zeigen.
8 zeigt eine Stromdichte J gemäß einer Impulsbreite τ_p des an die leitfähige Leitung CL angelegten Stroms I zum Einfügen der unteren Magnetdomänenwand DW_L aus dem Ferromagnetbereich FM der Magnetspur MTR in den Synthetikantiferromagnetbereich SAF der Magnetspur MTR. Es kann erkannt werden, dass die Stromdichte J unter einer Bedingung derselben Impulsbreite τ_p des Stroms I reduziert wird, wenn der Winkel θj zwischen der Bezugsfläche SS und der Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF größer ist als 30 Grad (z.B. θj=45° oder θj=60°).
9 zeigt eine an die leitfähige Leitung CL angelegte Stromdichte J zum Einfügen der unteren Magnetdomänenwand DW_L aus dem Ferromagnetbereich FM in den Synthetikantiferromagnetbereich SAF gemäß dem Winkel θj zwischen der Bezugsfläche SS und der Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF. Es kann erkannt werden, dass die an die leitfähige Leitung CL angelegte Stromdichte J reduziert wird, wenn der Winkel θj zwischen der Bezugsfläche SS und der Verbindungsfläche 130S zwischen dem Ferromagnetbereich FM und dem Synthetikantiferromagnetbereich SAF größer ist als 30 Grad (z.B. θj=45° oder θj=60°).
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Magnetspeichervorrichtung nach einigen Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte darstellt. Nachfolgend werden zwecks Einfachheit der Erläuterung hauptsächlich Unterschiede zwischen den vorliegenden Ausführungsformen und den obigen Ausführungsformen aus 1 und 2 beschrieben.
Bezugnehmend auf 1 und 10 können die unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 und die oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 eine Magnetanisotropie (IMA) auf gleicher Ebene aufweisen. Jede der unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 kann eine Magnetisierungsrichtung 110M aufweisen, die parallel ist zu einer Grenzfläche zwischen der unteren Magnetschicht 110 und der Abstandshalterschicht 120, und Magnetisierungsrichtungen 110M von unteren Magnetdomänen D_L, die direkt benachbart zueinander sind, können einander entgegengesetzt sein. Jede der unteren Magnetdomänenwände DW_L kann eine Grenze zwischen den benachbarten unteren Magnetdomänen D_L mit den Magnetisierungsrichtungen 110M, die einander entgegengesetzt sind, definieren. Jede der oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 kann eine Magnetisierungsrichtung 130M aufweisen, die parallel ist zu einer Grenzfläche zwischen der oberen Magnetschicht 130 und der Abstandshalterschicht 120, und Magnetisierungsrichtungen 130M von oberen Magnetdomänen D_U, die direkt benachbart zueinander sind, können einander entgegengesetzt sein. Jede der oberen Magnetdomänenwände DW_U kann eine Grenze zwischen den benachbarten oberen Magnetdomänen D_U mit den Magnetisierungsrichtungen 130M, die einander entgegengesetzt sind, definieren.
Das Magnetmuster 154 der Lese/Schreib-Einheit 150 kann eine Magnetanisotropie (IMA) auf gleicher Ebene aufweisen. Das Magnetmuster 154 kann eine Magnetisierungsrichtung 154M aufweisen, die parallel ist zu einer Grenzfläche zwischen dem Magnetmuster 154 und dem Tunnelsperrmuster 152, und die Magnetisierungsrichtung 154M des Magnetmusters 154 kann in eine Richtung festgelegt sein. Die Magnetisierungsrichtungen 130M der oberen Magnetdomänen D_U in der oberen Magnetschicht 130 und die Magnetisierungsrichtungen 110M der unteren Magnetdomänen D_L in der unteren Magnetschicht 110 können derart veränderbar sein, dass sie parallel oder antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung 154M des Magnetmusters 150 sind.
In einigen Ausführungsformen können die untere Magnetschicht 110, die obere Magnetschicht 130 und das Magnetmuster 154 jeweils ein ferromagnetisches Material enthalten und das Magnetmuster 154 kann ferner ein antiferromagnetisches Material zum Fixieren oder Festlegen einer Magnetisierungsrichtung des ferromagnetischen Materials enthalten.
Mit Ausnahme der zuvor genannten Unterschiede können andere Merkmale und Komponenten der Magnetspeichervorrichtung nach den vorliegenden Ausführungsformen im Wesentlichen dieselben sein wie entsprechende Merkmale und Komponenten der Magnetspeichervorrichtung, die mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben werden. Zusätzlich kann die Magnetspeichervorrichtung nach den vorliegenden Ausführungsformen durch im Wesentlichen dasselbe Verfahren wie mit Bezug auf 3A bis 6A und 3B bis 6B beschrieben ausgebildet werden und kann durch im Wesentlichen dasselbe Verfahren wie mit Bezug auf 7A bis 7D beschrieben initialisiert werden.
Nach den erfinderischen Konzepten kann die Magnetspeichervorrichtung die leitfähige Leitung und die Magnetspur auf der leitfähigen Leitung enthalten und die leitfähige Leitung und die Magnetspur können sich in die erste Richtung erstrecken. Die Magnetspur kann die Ferromagnet-Synthetikantiferromagnet(FM-SAF)-Lateralverbindungsstruktur aufweisen, in welcher der Ferromagnetbereich und der Synthetikantiferromagnetbereich in der ersten Richtung miteinander verbunden sind. Die Verbindungsfläche zwischen dem Ferromagnetbereich und dem Synthetikantiferromagnetbereich kann in Bezug auf die Bezugsfläche, die senkrecht ist zur ersten Richtung, geneigt sein und der Winkel zwischen der Verbindungsfläche und der Bezugsfläche kann größer sein als 30 Grad. Somit kann es möglich sein, eine an die leitfähige Leitung angelegte Stromdichte zum Einfügen einer Magnetdomänenwand aus dem Ferromagnetbereich in den Synthetikantiferromagnetbereich zu reduzieren. Mit anderen Worten kann es möglich sein, die Stromdichte zum Einfügen der Magnetdomänenwand in die Magnetspur, die den Synthetikantiferromagnetbereich enthält, zu reduzieren. Infolgedessen kann es möglich sein, eine Magnetspeichervorrichtung bereitzustellen, die konfiguriert ist, eine Magnetdomänenwand in die Magnetspur, die den Synthetikantiferromagnetbereich enthält, einzufügen.
Obwohl Ausführungsbeispiele der erfinderischen Konzepte besonders gezeigt und beschrieben worden sind, versteht es sich für einen Fachmann, dass Änderungen in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne dabei vom Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020210164289 [0001]

Claims

Magnetspeichervorrichtung, aufweisend: eine Magnetspur, die sich in eine erste Richtung erstreckt, wobei die Magnetspur aufweist: eine untere Magnetschicht; eine obere Magnetschicht auf der unteren Magnetschicht; ein nichtmagnetisches Muster auf der unteren Magnetschicht und auf einer Seite der oberen Magnetschicht; und eine Abstandshalterschicht, die sich zwischen der unteren Magnetschicht und der oberen Magnetschicht befindet und sich zwischen der unteren Magnetschicht und dem nichtmagnetischen Muster erstreckt, wobei die untere Magnetschicht und die obere Magnetschicht durch die Abstandshalterschicht antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei das nichtmagnetische Muster eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung, und wobei die erste Richtung und die zweite Richtung parallel zu einer Ebene sind, und wobei eine Verbindungsfläche zwischen dem nichtmagnetischen Muster und der oberen Magnetschicht in Bezug auf eine Bezugsfläche senkrecht zur ersten Oberfläche und zur zweiten Oberfläche des nichtmagnetischen Musters geneigt ist.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Bezugsfläche und der Verbindungsfläche zwischen dem nichtmagnetischen Muster und der oberen Magnetschicht größer ist als 30 Grad.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die untere Magnetschicht untere Magnetdomänen und untere Magnetdomänenwände aufweist, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind, wobei die obere Magnetschicht obere Magnetdomänen und obere Magnetdomänenwände aufweist, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind, und wobei die oberen Magnetdomänen die unteren Magnetdomänen in einer dritten Richtung senkrecht zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung jeweils vertikal überlappen.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das nichtmagnetische Muster eine entsprechende untere Magnetdomäne der unteren Magnetdomänen in der dritten Richtung vertikal überlappt.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nichtmagnetische Muster Sauerstoff enthält.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nichtmagnetische Muster ein Metalloxid enthält.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nichtmagnetische Muster ein gleiches Magnetelement enthält wie ein Magnetelement in der oberen Magnetschicht und ferner Sauerstoff enthält.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine leitfähige Leitung, die sich unter der Magnetspur befindet und sich in die erste Richtung erstreckt, wobei die untere Magnetschicht zwischen der leitfähigen Leitung und der Abstandshalterschicht ist.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die leitfähige Leitung konfiguriert ist, durch einen darin fließenden Strom ein Spin-Bahn-Drehmoment zu erzeugen.
Magnetspeichervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die leitfähige Leitung ein Schwermetallelement enthält.