DE60025418T2 - Magnetische Mehrschichtenstruktur - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetische Elemente zur Informationsspeicherung und/oder Abtastung und einem Herstellungsverfahren hiervon und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung und somit Definierung des magnetischen Elements, um ein magnetisches Feldverhalten zu verbessern.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Diese Anmeldung steht in Zusammenhang mit einer gleichzeitig anhängigen, am 31. August 1998 eingereichten Anmeldung mit dem Titel "Magnetic random access memory and fabricating method thereof", die die Motorola-Registernummer CR97-133 und das U.S.-Aktenzeichen 09/144,686 trägt, welche demselben Rechtsnachfolger übertragen ist, einer gleichzeitig anhängigen, am 8. Dezember 1997 eingereichten Anmeldung mit dem Titel "Process of patterning magnetic films", die die Motorola-Registernummer CR 97-158 und das U.S.-Aktenzeichen 08/986,764 trägt, welche demselben Rechtsnachfolger übertragen ist, und dem erteilten U.S.-Patent Nummer 5,768,181 mit dem Titel "Magnetic device having multi-layer with insulating and conductive layers", das am 16. Juni 1998 erteilt wurde, welches demselben Rechtsnachfolger übertragen ist.
  • Ein magnetisches Element, wie z. B. ein magnetisches Speicherelement, weist üblicherweise eine Struktur auf, die durch eine nichtmagnetische Schicht getrennte ferromagnetische Schichten umfasst. Informationen werden als Richtungen von Magnetisierungsvektoren in magnetischen Schichten gespeichert. Zum Beispiel sind magnetische Vektoren in einer magnetischen Schicht magnetisch fest oder gepinnt, während die Magnetisierungsrichtung der anderen magnetischen Schicht zwischen derselben und entgegen gesetzten Richtungen, die als "Parallel" beziehungsweise "Antiparallel"-Zustände bezeichnet werden, wechseln kann. In Erwiderung auf Parallel- und Antiparallelzustände repräsentiert das magnetische Speicherelement zwei unterschiedliche Widerstände. Der Widerstand weist Mindest- und Höchstwerte auf, wenn die Magnetisierungsvektoren der zwei magnetischen Schichten in im Wesentlichen dieselbe beziehungsweise entgegen gesetzte Richtungen zeigen. Demzufolge ermöglicht es eine Detektion von Änderungen im Widerstand einem Gerät, wie z. B. einem MRAM-Gerät, in dem magnetischen Speicherelement gespeicherte Information zur Verfügung zu stellen. Die Differenz zwischen den Mindest- und Höchstwiderstands werten dividiert durch den Mindestwiderstand ist als der Magnetoresistenzquotient (MR) bekannt.
  • Ein MRAM-Gerät integriert magnetische Elemente, insbesondere magnetische Speicherelemente und andere Schaltungen, zum Beispiel eine Steuerschaltung für magnetische Speicherelemente, Komparatoren zur Detektion von Zuständen in einem magnetischen Speicherelement, Eingangs/Ausgangsschaltungen usw. Diese Schaltungen werden in der Fertigung im CMOS (Komplementär-Metalloxid-Halbleiter)-Verfahren hergestellt, um den Energieverbrauch des Geräts zu reduzieren.
  • Darüber hinaus umfassen magnetische Elemente strukturell sehr dünne Schichten, von denen einige zehn Angstrom dick sind. Die Leistung des magnetischen Elements reagiert empfindlich auf die Oberflächenbeschaffenheit, auf die die magnetischen Schichten aufgebracht werden. Demzufolge ist es erforderlich, eine glatte Oberfläche herzustellen, um zu vermeiden, dass die Eigenschaften eines magnetischen Elements verschlechtert werden.
  • Bei einer üblichen Herstellung magnetischer Elemente, wie z. B. der Herstellung von MRAM-Elementen, die durch Sputterabscheidung, Aufdampfung oder Epitaxieverfahren aufgewachsene Metallschichten umfasst, sind die Schichtoberflächen nicht absolut glatt, sondern weisen stattdessen Oberflächen- oder Schnittstellenwelligkeit auf. In dieser Welligkeit der Oberflächen und/oder Schnittstellen der ferromagnetischen Schichten liegt der Grund für eine magnetische Kopplung zwischen der freien ferromagnetischen Schicht und den anderen ferromagnetischen Schichten, wie z. B. der festen Schicht oder gepinnten Schicht, welche als topologische Kopplung oder Néel-Orange-Peel-Kopplung bekannt ist. Solch eine Kopplung ist bei magnetischen Elementen übli cherweise nicht wünschenswert, da sie eine Abweichung in dem Verhalten der freien Schicht auf ein externes magnetisches Feld erzeugt. Die Auswirkungen einer topologischen Kopplung werden bei Zhang, J & White, R. M. in 'Topological coupling in spin valve type multilayers', IEEE Trans. Magnetics, Band 32, Nummer 5, 1996 (nächster Stand der Technik) erörtert.
  • Die ferromagnetische Kopplungsstärke ist proportional zur Oberflächenmagnetladungsdichte und wird definiert als die Inverse einer Exponentialen der Zwischenschichtdicke. Wie in dem am 9. Juni 1998 erteilten und "Magnetic Tunnel Junction Device With Nonferromagnetic Interface Layer For Improved Magnetic Field Response" betitelten U.S.-Patent Nummer 5,764,567, offenbart wird, wird durch Hinzufügen einer nichtmagnetischen Kupferschicht neben der Aluminiumoxidtunnelbarriere in einer magnetischen Tunnelübergangsstruktur, also durch Erhöhen der Trennung zwischen den magnetischen Schichten, eine reduzierte ferromagnetische Orange-Peel-Kopplung oder topologische Kopplung erzielt. Die Hinzufügung der Kupferschicht reduziert jedoch den MR des Tunnelübergangs und verschlechtert somit die Geräteleistung. Darüber hinaus erhöht der Einschluss der Kupferschicht den Aufwand für ein Ätzen des Materials.
  • Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes magnetisches Element mit verbessertem Feldverhalten zur Verfügung zu stellen.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes magnetisches Element zur Verfügung zu stellen, das eine reduzierte ferromagnetische Kopplung, insbesondere ferromagnetische Kopplung topologischen Ursprungs, umfasst.
  • Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung eines magnetischen Elements mit verbessertem Feldverhalten zur Verfügung zu stellen.
  • Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung eines magnetischen Elements mit verbessertem Feldverhalten zur Verfügung zu stellen, welches einer Herstellung mit hohem Durchsatz zugänglich ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diesen und anderen Erfordernissen wird im Wesentlichen durch die Bereitstellung eines magnetischen Elements entsprochen, das eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Abstandsschicht umfasst. Die erste Elektrode umfasst eine feste ferromagnetische Schicht, deren Magnetisierung in Gegenwart eines angelegten magnetischen Feldes in eine bevorzugte Richtung festgelegt ist, wobei die feste ferromagnetische Schicht eine Dicke t1 aufweist. Eine zweite Elektrode ist umfasst und umfasst eine freie ferromagnetische Schicht, deren Magnetisierung sich in Gegenwart eines angelegten magnetischen Felds drehen kann, wobei die freie ferromagnetische Schicht eine Dicke t2 aufweist. Zwischen der festen ferromagnetischen Schicht der ersten Elektrode und der freien ferromagnetischen Schicht der zweiten Elektrode ist eine Abstandsschicht angeordnet, um Tunnelstrom in eine Richtung, die üblicherweise lotrecht zu den festen und freien ferromagnetischen Schichten ist, zu ermöglichen, wobei die Abstandsschicht eine Dicke t3 aufweist, wobei 0,25t3 < t1 < 2t3, so dass das Nettomagnetfeld an der Schnittstelle zwischen der freien Schicht und der Ab standsschicht auf Grund der Topologie der anderen ferromagnetischen Oberflächen nahezu Null ist. Die Dicke t3 ist geringer als 2 nm (20 Å). Das magnetische Element umfasst darüber hinaus einen Metallanschluss und ein Substrat, wobei der Metallanschluss, die ersten und zweiten Elektroden und die Abstandsschicht auf dem Substrat gebildet sind. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung des magnetischen Elements mit verbessertem Feldverhalten offenbart.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 und 2 stellen Querschnittsansichten eines magnetischen Elements mit verbessertem Feldverhalten gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
  • 3–5 stellen das Kopplungsfeld mit Bezug auf die Dicke der Metallfilmschichten dar;
  • 6 stellt die Bildung von Magnetpolen durch Bildung von Schnittstellenrauheit dar;
  • 7 stellt die durch Regulieren der Schnittstellenrauheit der Metallfilmschichten des magnetischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Magnetpole dar; und
  • 8 stellt die Versuchsergebnisse des topologischen Kopplungsfelds versus die Dicke der festen magnetischen Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • In der "Ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen" ebenso wie in 3–5 und 8 gilt ein Umrechnungsfaktor von 1 Å = 0,1 nm.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Im Verlauf dieser Beschreibung werden gleiche Nummern zum Identifizieren gleicher Elemente gemäß den verschiedenen Figuren, die die Erfindung veranschaulichen, verwendet. 1 und 2 stellen in Querschnittsansichten eines magnetischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere wird in 1 eine vollständig gemusterte Magnetelementstruktur 10 dargestellt. Die Struktur umfasst ein Substrat 12, einen Basiselektrodenmehrschichtenstapel 14, eine oxidiertes Aluminium umfassende Abstandsschicht 16 und einen oberen Elektrodenmehrschichtenstapel 18. Der Basiselektrodenmehrschichtenstapel 14 und der obere Elektrodenmehrschichtenstapel 18 umfassen ferromagnetische Schichten. Die Basiselektrodenschichten 14 sind auf einem Metallanschluss 13 gebildet, der auf einem Substrat 12 gebildet ist. Die Basiselektrodenschichten 14 umfassen eine erste Keimschicht 20, die auf dem Metallanschluss 13 aufgebracht ist, eine Schablonenschicht 22, eine Schicht 24 aus antiferromagnetischem Pinningmaterial und eine feste ferromagnetische Schicht 26, die auf der darunter liegenden antiferromagnetischen Pinningschicht 24 gebildet ist und mit ihr austauschgekoppelt ist.
  • Die ferromagnetische Schicht 26 wird als fest oder gepinnt beschrieben, da ihr magnetisches Moment in Gegenwart eines angelegten magnetischen Felds an einer Drehung gehindert wird. Die ferromagnetische Schicht 26 ist üblicherweise aus Legierungen aus einem oder mehreren der Folgenden: Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Kobalt (Co) gebildet und umfasst eine obere Oberfläche 19 und eine untere Oberfläche 21. Der obere Elektrodenstapel 18 umfasst eine freie ferro magnetische Schicht 28 und eine Schutzschicht 30. Das magnetische Moment der freien ferromagnetischen Schicht 24 ist nicht durch Austauschkopplung fest oder gepinnt und kann sich in Gegenwart eines angelegten magnetischen Felds drehen. Die freie ferromagnetische Schicht 28 ist üblicherweise aus einer Nickel-Eisen (NiFe)-Legierung gebildet. Die feste ferromagnetische Schicht 26 wird als eine Dicke t1 aufweisend beschrieben, wobei t1 üblicherweise innerhalb eines Bereichs von 5–40 Å liegt. Die freie ferromagnetische Schicht 28 wird als eine Dicke t2 aufweisend beschrieben, wobei t2 gewöhnlich geringer ist als 50 Å. Die Abstandsschicht 16 wird als eine Dicke t3 aufweisend beschrieben, wobei t3 gewöhnlich geringer als 20 Å für magnetische Tunnelübergangsstrukturen oder geringer als 40 Å für Spinventilstrukturen oder ähnliches ist. Bei der Herstellung wird t1 so gewählt, dass die durch die Topologie der oberen Oberfläche 19 und der unteren Oberfläche 21 der festen ferromagnetischen Schicht 26 erzeugten magnetischen Felder sich aufheben, um eine Kopplungsenergie von nahezu Null zwischen der freien ferromagnetischen Schicht 28 und der festen ferromagnetischen Schicht 26 zu erzeugen. Es sollte sich verstehen, dass durch diese Offenbarung eine umgekehrte oder geflippte Struktur antizipiert wird. Insbesondere wird antizipiert, dass das offenbarte magnetische Element so gebildet sein kann, dass es eine obere feste oder gepinnte Schicht umfasst, und somit als eine oben gepinnte Struktur beschrieben werden kann.
  • In 2 wird eine alternative Ausführungsform einer vollständig gemusterten Magnetelementstruktur, als 10' erwähnt, dargestellt, die eine synthetische antiferromagnetische Struktur 11 umfasst. Es sollte erneut erwähnt werden, dass alle Komponenten der ersten Ausführungsform, die Komponenten der zweiten Ausführungsform gleich sind, mit gleichen Nummern bezeichnet werden, wobei diesen ein Strich beigefügt ist, um die unterschiedliche Ausführungsform anzuzeigen. Ähnlich zu der in Bezug auf 1 beschriebenen Struktur umfasst diese Struktur ein Substrat 12', einen Basiselektrodenmehrschichtenstapel 14', eine Abstandsschicht 16' und einen oberen Elektrodenmehrschichtenstapel 18'. Der Basiselektrodenmehrschichtenstapel 14' und der obere Elektrodenmehrschichtenstapel 18' umfassen ferromagnetische Schichten, die im Allgemeinen dem Stapel 14 und 18 von 1 ähnlich sind. Die Basiselektrodenschichten 14' sind auf einem Metallanschluss 13' gebildet, der auf einem Substrat 12' gebildet ist, und umfassen eine erste Keimschicht 20', die auf dem Metallanschluss 13' aufgebracht ist, eine Schablonenschicht 22', eine Schicht 24' aus antiferromagnetischem Material, eine gepinnte ferromagnetische Schicht 23, die auf der darunter liegenden antiferromagnetischen Schicht 24' gebildet ist und mit ihr austauschgekoppelt ist, eine Kopplungsschicht 25 und eine feste ferromagnetische Schicht 26', die mit der gepinnten Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist. Die ferromagnetischen Schichten 23 und 26' werden als fest oder gepinnt beschrieben, da ihr magnetisches Moment in Gegenwart eines angelegten magnetischen Felds an einer Drehung gehindert wird. Der obere Elektrodenstapel 18 umfasst eine freie ferromagnetische Schicht 28' und eine Schutzschicht 30'. Das magnetische Moment der freien ferromagnetischen Schicht 28' ist nicht durch Austauschkopplung fest oder gepinnt und kann sich in Gegenwart eines angelegten magnetischen Felds drehen. Es wird offenbart, dass die freie ferromagnetische Schicht 28' eine Ru antiferromagnetisch gekoppelte Dreischicht umfasst.
  • Die feste ferromagnetische Schicht 26' wird als eine Dicke t1 aufweisend beschrieben. Die freie ferromagnetische Schicht 28' wird als eine Dicke t2 aufweisend beschrieben. Die Abstandsschicht 16' wird als eine Dicke t3 aufweisend beschrieben. Es sollte sich verstehen, dass eine umgekehrte oder geflippte Struktur durch diese Offenbarung antizipiert wird. Insbesondere wird antizipiert, dass das offenbarte magnetische Element mit SAF-Struktur so gebildet sein kann, dass es eine obere feste oder gepinnte Schicht umfasst, und somit als eine oben gepinnte Struktur beschrieben werden kann.
  • Bezieht man sich nun auf 3, erkennt man, dass eine diagrammatische Darstellung zur Verfügung gestellt wird, die den Effekt der Dicke der freien ferromagnetischen Schicht, wie z. B. Schicht 28 von 1, und das relative Kopplungsfeld des magnetischen Elements darstellt. Magnetische Elemente, die üblicherweise in Informationsspeicherungs- und/oder Abtastgeräten verwendet werden, machen die Verwendung dünner freier Schichten erforderlich, um niedrige Koppelfelder aufrechtzuerhalten. Dennoch wird, wie in 3 dargestellt wird, bei der Konstruktion von Geräten mit diesen dünnen freien Schichten das Kopplungsfeld Hcpl erhöht. Das Kopplungsfeld wie dargestellt erhöht sich als 1/dfrei, wobei d die Dicke der freien Schicht, wie z. B. 28 oder 28', ist. Demgemäß können in der übrigen Struktur des magnetischen Elements wie hier offenbart Regulierungen vorgenommen werden, um das Kopplungsfeld Hcpl zu senken.
  • Bezieht man sich auf 4, erkennt man, dass die Senkung in dem Kopplungsfeld Hcpl durch Regulieren der Dicke der festen Schicht, wie z. B. Schicht 26 von 1, dargestellt wird. Wie dargestellt wird, wird durch eine Reduzierung der Dicke der festen Schicht das Kopplungsfeld Hcpl gesenkt, wobei es nahezu Null erreicht. Demgemäß, und wie in 5 dargestellt wird, gewährleistet ein magnetisches Element, das dem magnetischen Element 10 von 1 allgemein ähnlich ist, das zusätzlich zur freien Schicht 18 eine feste Schicht, die eine Dicke von 15 Å aufweist, umfasst, eine drastische Senkungsverschiebung in der Hcpl-Kurve, daher das Vermögen, eine Kopplung von nahezu Null zu erzielen.
  • Darüber hinaus kann, wie in 6 dargestellt wird, durch ein Regulieren der Rauheit der Schnittstelle der Pinningschicht in einer Struktur wie derjenigen, die als magnetisches Element 10 von 1 offenbart wird, eine Senkung in der Magnetfeldverhaltenskopplung erzielt werden. Bezieht man sich insbesondere auf 6, erkennt man, dass h3 die Welligkeitsamplitude einer Schnittstellenoberfläche 25 der AF-Pinningschicht 24 ist, die am weitesten von der freien Schicht 28 entfernt ist, h2 die Welligkeitsamplitude einer Schnittstellenoberfläche 27 der festen ferromagnetischen Schicht 26 ist, die der freien ferromagnetischen Schicht 28 am nächsten ist, und h1 die Welligkeitsamplitude einer Schnittstellenoberfläche 29 der Abstandsschicht 16 ist, die der freien ferromagnetischen Schicht 28 am nächsten ist. Es werden Magnetpole durch die Schnittstellenrauheit hn mit λ-Periode gebildet. Die Schnittstellenoberfläche 27 der festen Schicht 26 koppelt sich positiv mit der Schnittstellenoberfläche 29 der freien Schicht 28. Die Schnittstellenoberfläche 25 der AF-Pinningschicht 24 koppelt sich negativ mit der Schnittstellenoberfläche 29 der freien Schicht 28. Das Hcpl ist von h3/h2, der Dicke der festen Schicht 26 und dem λ abhängig. Durch Erhöhen der Rauheit von h3, so dass h3 > h2, kann darüber hinaus eine Kopplung von nahezu Null in dem magnetischen Element 10 erzielt werden. Insbesondere gibt es, wenn h3 > h2, einen Punkt im Hinblick auf die Dicke der festen Schicht 26, wo die Feldantwortkopplung die magnetostatische Kopplung, die bei dfest = 0 Null ist, exakt aufhebt.
  • Die Rauheit der Schnittstelle 25, oder h3, kann durch Erhöhen oder Reduzieren der Dicke des Pinningmaterials 24, Ionenbeschuss oder Abscheidung eines dritten Materials reguliert werden. Insbesondere kann die Rauheit des Pinningmaterials 24 erhöht oder reduziert werden, indem das Pinningmaterial 24 dünner oder dicker gemacht wird, wobei die feste Schicht 26 die Rauheit "heilen" muss, damit sich h3 > h2 ergibt. Üblicherweise führt Nickel-Eisen (NiFe) zu einer angemessenen "Heilung", die zu h3 > h2 führt. Bei Verwendung eines alternativen Verfahrens zum Regulieren der Rauheit der Schnittstellenoberfläche 25 wird Ionenbeschuss verwendet, um entweder das Pinningmaterial 24 aufzurauhen oder die Oberfläche 27 des gepinnten Materials 26 zu glätten. Schließlich kann die Regulierung der Rauheit durch Aufbringen einer geringen Menge eines dritten Materials zwischen der Pinningschicht 24 und der festen Schicht 26 erzielt werden, um h3 zu erhöhen, insbesondere falls das Material mit einer inselähnlichen Struktur aufwächst.
  • Dann wird offenbart, dass die Verwendung nichtmagnetischer Keim- und Schablonenschichten (20 und 22) zu einer Reduzierung in der Magnetfeldverhaltenskopplung führt, ohne dass der Einschluss einer SAF-Struktur erforderlich ist. Die Schablonenschicht fügt der Struktur kein Moment hinzu, folglich ist die einzige magnetostatische Kopplung ein Resultat der innerhalb der Struktur umfassten dünnen gepinnten Schicht. Demgemäß können Regulierungen zum Aufheben der Kopplungsstufe vorgenommen werden, um eine Kopplung von nahezu Null zu erzielen. Wenn die Schablonenschicht 22 nichtmagnetisch ist und es keine SAF gibt, negative magnetostatische Kopplung auf Grund von Polen an den Enden der gemusterten Form und positive Neel-Kopplung gesteuert durch die Dicke der gepinnten Schicht 24. Die Dicke der gepinnten Schicht 24 könnte so gewählt werden, dass die magnetostatische Kopplung verschoben wird, wobei sich eine zentrierte Schleife ergibt.
  • Schließlich wird offenbart, dass eine Hochmomentlegierung, wie z. B. Ni (50%) Fe (50%), auf zumindest einer Seite der festen ferromagnetischen Schicht 26 umfasst ist, um den negativen Kopplungsbeitrag zum Gesamtkopplungseffekt zu erhöhen.
  • Bezieht man sich nun auf 7, erkennt man, dass die Struktur des magnetischen Elements 10' von 2 dargestellt wird, die die gebildeten Magnetpole darstellt. Während des Betriebs des magnetischen Elements 10' wie hier offenbart, wenn das gesamte magnetische Feld von den Polen an den Schnittstellen, mit Ausnahme des einen am Ursprung der Y-Achse, nahezu Null ist, dann ist die topologische Kopplung nahezu Null. Wenn das gesamte Feld am Ursprung der Y-Achse negativ ist, dann ist die topologische Kopplung der Beschaffenheit nach negativ oder antiferromagnetisch. Gewöhnlich ist das gesamte Feld am Ursprung der Y-Achse, wo die freie magnetische Schicht liegt, positiv, wobei auf diese Weise eine ferromagnetische topologische Kopplung verursacht wird. Für die in 7 dargestellte Struktur kann jedoch für bestimmte Voraussetzungen, insbesondere, wenn die Dicke der festen Schicht dünn ist, eine topologische Kopplung Null oder sogar negativ sein.
  • Die zusätzliche Schnittstelle erzeugt eine sogar noch stärkere Aufhebung der Kopplung von der Schnittstelle 27, als allein durch die Schnittstelle 25 erreicht werden könnte. In 8 werden Versuchsergebnisse des topologischen Kopplungsfelds versus die Dicke der festen magnetischen Schicht dargestellt. Während die Dicke der festen magnetischen Schicht in der magnetischen Tunnelübergangsstruktur abnimmt, nimmt das Kopplungsfeld ab, durchquert Null und wird schließlich negativ. Insgesamt sind die Schichten in dem magnetischen Speicherelement 10 sehr dünn, wobei magnetische Schichten von 3 bis 200 Å variieren.
  • Somit werden ein magnetisches Element mit einem verbesserten Feldverhalten und sein Herstellungsverfahren, in dem die magnetische Kopplung basierend auf der Dicke der festen ferromagnetischen Schicht und/oder der Rauheit der Schnittstellenoberfläche der festen ferromagnetischen Schicht bezüglich der übrigen Metalldünnschichtstruktur reguliert wird, offenbart. Wie offenbart kann dieses Verfahren auf Geräte unter Verwendung von gemusterten magnetischen Elementen, wie z. B. magnetischen Sensoren, magnetischen Schreibköpfen, magnetischen Aufzeichnungsmedien oder ähnlichem angewendet werden. Demgemäß sollen solche Beispiele durch diese Offenbarung umfasst werden.

Claims (8)

  1. Magnetisches Element, das umfasst: eine erste Elektrode (14, 14'), die eine feste ferromagnetische Schicht (26, 26') mit einer oberen Oberfläche (19) und einer unteren Oberfläche (21) umfasst, deren Magnetisierung in Gegenwart eines angelegten magnetischen Feldes in eine bevorzugte Richtung festgelegt ist, wobei die feste ferromagnetische Schicht (26, 26') eine Dicke1 (t1) aufweist; eine zweite Elektrode (18, 18'), die eine freie ferromagnetische Schicht (28, 28') mit einer Oberfläche umfasst, deren Magnetisierung sich in Gegenwart eines angelegten magnetischen Felds drehen kann, wobei die freie ferromagnetische Schicht (28, 28') eine Dicke2 (t2) aufweist; eine zwischen der festen ferromagnetischen Schicht (26, 26') der ersten Elektrode und der freien ferromagnetischen Schicht (28, 28') der zweiten Elektrode (18, 18') angeordnete Abstandsschicht (16, 16'), wobei die Abstandsschicht (16, 16') eine Dicke3 (t3) aufweist; und ein Substrat (12, 12'), wobei die erste Elektrode (14, 14'), die zweite Elektrode (18, 18') und die Abstandsschicht (16, 16') auf dem Substrat (12, 12') gebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass: die Dicke der Abstandsschicht (16, 16') geringer ist als 2 nm (20 Å); und t1 in dem Bereich 0,25t3 < t1 < 2t3 gewählt wird, so dass die durch die Topologie der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der festen ferromagnetischen Schichten erzeugten magnetischen Felder sich aufheben, um eine Kopplungsenergie von nahezu Null zwischen der freien ferromagnetischen Schicht und der festen magnetischen Schicht ohne Verschlecherung der elektrischen Eigenschaften des Geräts zu erzeugen.
  2. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die erste Elektrode (14, 14') darüber hinaus durch eine gepinnte ferromagnetische Schicht (23) und eine dazu austauschgekoppelte antiferromagnetische Pinningschicht (24') gekennzeichnet ist, wobei die gepinnte ferromagnetische Schicht (23) und die antiferromagnetische Pinningschicht (24') zwischen dem Substrat (12') und der festen ferromagnetischen Schicht (26') gebildet sind, wobei die gepinnte ferromagnetische Schicht (23) über eine Magnetisierung verfügt, die durch antiferromagnetischen Austausch durch eine Kopplungsschicht (25) in eine Richtung entgegengesetzt der festen ferromagnetischen Schicht (26') festgesetzt ist, wodurch eine SAF-Struktur definiert wird.
  3. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Magnetisierungsrichtungen der festen und der freien ferromagnetischen Schichten in Abwesenheit eines angelegten magnetischen Felds entweder parallel oder antiparallel zueinander sind.
  4. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die freie ferromagnetische Schicht (28) und die feste ferromagnetische Schicht (26) zumindest eines von NiFe, Ni-FeCo, CoFe oder Co umfassen.
  5. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Abstandsschicht (16) entweder ein dielektrisches Material, das eine MTJ-Struktur definiert, oder ein leitendes Material, das eine Spinventilstruktur definiert, umfasst.
  6. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, das darüber hinaus ein an einer Schnittstelle der festen ferromagnetischen Schicht (26) und der Abstandsschicht (16, 16') angeordnetes Hochmomentmaterial umfasst.
  7. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die feste ferromagnetische Schicht (26) ein Hochmomentmaterial ist.
  8. Magnetisches Element wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die freie ferromagnetische Schicht (28, 28') eine Ru antiferromagnetisch gekoppelte Dreischicht umfasst.
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