JP2013533646A - 二軸異方性を有する磁気トンネリング接合素子の提供方法及びシステム - Google Patents

二軸異方性を有する磁気トンネリング接合素子の提供方法及びシステム Download PDF

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Abstract

磁気デバイスで使用可能な磁気接合を提供するための方法及びシステムを提供する。磁気接合は、ピンド層、非磁性スペーサ層及び自由層を含む。非磁性スペーサ層は、ピンド層と自由層との間にある。自由層は、一軸異方性及び二軸異方性を含む磁気異方性を有する。磁気接合は、磁気接合を介して書き込み電流が流れる際に、自由層が複数の安定な磁気状態間を切り替え可能なように構成されている。一軸異方性が容易軸に対応し、磁気異方性が容易軸からの角度で少なくとも一つの極小値を有する磁気異方性エネルギーに対応する。

Description

本出願は、２０１０年８月１１日に出願された米国特許出願第１２／８５４６２８号の優先権を主張し、本出願の指定代理人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、ＤＡＲＰＡによって与えられた補助金／契約番号ＨＲ００１１−０９−Ｃ−００２３の下で、米国政府の支援を受けて行われた。米国政府は本発明における特定の権利を保有する。
磁気メモリ、特に磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、高い読み出し／書き込み速度、優れた耐久性、不揮発性、及び動作中の低電力消費の可能性に起因して、興味を引いている。ＭＲＡＭは、情報記憶媒体として磁性体を用いて情報を記憶することができる。ＭＲＡＭの一つのタイプは、スピントランスファートルクランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ‐ＲＡＭ）である。ＳＴＴ−ＲＡＭは、磁気接合を介して流れる電流によって少なくとも一部に書き込まれた磁気接合を用いる。磁気接合を介して流れるスピン偏極電流は、磁気接合で磁気モーメントにスピントルクを与える。結果として、スピントルクに対応した磁気モーメントを有する層は、所望の状態に切り替わり得る。
例えば、図１は、従来のＳＴＴ‐ＲＡＭで使用され得るような従来の磁気トンネルリング接合（ＭＴＪ）を示す。従来のＭＴＪ１０は、典型的に、底部コンタクト１１上に存在し、従来のシード層１２を用い、且つ従来の反強磁性（ＡＦＭ）層１４、従来のピンド層１６、従来のトンネリング障壁層１８、従来の自由層２０及び従来のキャッピング層２２を含む。頂部コンタクト２４も示されている。
従来のコンタクト１１及び２４は、図１に示されるように、面に垂直な（ＣＰＰ）方向で、又はｚ軸に沿って電流を流すのに用いられる。従来のシード層１２は、典型的には、所望の結晶構造を有するＡＦＭ層１４などの後続の層の成長を補助するために用いられる。従来のトンネリング障壁１８は、非磁性であり、例えばＭｇＯなどの薄い絶縁体である。
従来のピンド層１６及び従来の自由層２０は磁性である。従来のピンド層１６の磁化１７は、典型的にはＡＦＭ層１４との交換バイアス相互作用によって、特定の方向に固定、又はピン止めされる。単純な（単一の）層として図示されているが、従来のピンド層１６は、複数の層を含み得る。例えば、従来のピンド層１６は、Ｒｕなどの薄い導電層を介して反強磁性的に、又は強磁性的に結合された磁性層を含む合成反強磁性（ＳＡＦ）層であり得る。このようなＳＡＦでは、Ｒｕの薄層と交互にされた複数の磁性層が用いられ得る。さらに、従来のＭＴＪ１０の他のバージョンは、追加の非磁性障壁又は導電層（図示せず）によって自由層２０から分離された追加のピンド層（図示せず）を含み得る。
従来の自由層２０は、変更可能な磁化２１を有する。単一の層として図示されているが、従来の自由層２０も、複数の層を含み得る。例えば、従来の自由層２０は、Ｒｕなどの薄い導電層を介して反強磁性的に又は強磁性的に結合された磁性層を含む合成層であり得る。面内であるとして図示されているが、従来の自由層２０の磁化２１は、垂直異方性を有し得る。
従来の自由層２０の磁化２１を切り替えるために、面に垂直に（ｚ方向に）電流が流される。頂部コンタクト２４から底部コンタクト１１へ十分な電流が流される際、従来の自由層２０の磁化２１は、従来のピンド層１６の磁化１７と平行に切り替わり得る。底部コンタクト１１から頂部コンタクト２４へ十分な電流が流れる際、自由層の磁化２１は、ピンド層１６のそれと反平行に切り替わり得る。磁場配位の違いは、従来のＭＴＪ１０の異なる磁気抵抗、つまりは異なる論理状態（例えば、論理“０”及び論理“１”）に対応する。
ＳＴＴ−ＲＡＭ用途で用いられる際、従来のＭＴＪ１０の自由層２１は、比較的低電流で切り替えられることが望まれる。臨界切り替え電流（Ｊｃｏ）は、オリジナルの方向の周りの自由層磁化２１の微小すりこぎ運動が不安定になる最低電流である。室温での測定のため、電流値は、ショートパルス（１ｎｓ〜２０ｎｓ）のための切り替え電流に近い。例えば、Ｊｃｏは、約数ｍＡ以下であることが望まれ得る。加えて、高速切り替え時間も望まれる。例えば、自由層２０が２０ｎｓ未満で切り替えられることが望まれ得る。場合によっては、１０ｎｓ未満の切り替え時間が望まれる。こうして、データは、より高速で、且つ十分に低い臨界電流を用いて従来のＭＴＪ１０に記憶されることが望まれる。
従来のＭＴＪ１０は、スピントランスファーを用いて書き込まれ、且つＳＴＴ−ＲＡＭで用いられ得るが、欠点がある。例えば、ソフトエラー率は、条件を満たしたＪｃｏ及び切り替え時間を有するメモリで望まれるものよりも高くなり得る。ソフトエラー率は、典型的な切り替え電流と少なくとも等しい電流にさらされた際に、セル（例えば従来の磁気接合の自由層２０の磁化２１）が切り替えられない確率である。ソフトエラー率は、１０−９以下であることが望まれる。しかしながら、従来の自由層２０は、典型的には、この値を大きく超えたソフトエラー率を有する。例えば、ソフトエラー率は、１０−９よりも数桁大きくなり得る。その結果として、条件を満たしたソフトエラー率と組み合わされた、十分に低いＪｃ及び十分に高速な切り替え時間は達成されなくなり得る。
様々な従来のメカニズムが、ソフトエラー率を含む特徴を改善するために導入されてきた。例えば、複合構造体及び／又は外部磁場アシストが用いられ得る。しかしながら、他の特徴を維持しながらソフトエラー率を減少させるためのこのような従来の構想の能力は限られている。例えば、拡張性、エネルギー消費及び／又は熱安定性は、このような従来の方法によって悪影響を受け得る。こうして、従来のＭＴＪを用いるメモリの性能は、いまだに改善が望まれる。
その結果、必要とされるものは、スピントランスファートルクに基づいたメモリの性能を改善し得る方法及びシステムである。本願で説明される方法及びシステムは、このような必要性に取り組む。
例示的な実施形態は、磁気デバイスで使用可能な磁気接合を提供するための方法及びシステムを提供する。磁気接合は、ピンド層、非磁性スペーサ層及び自由層を含む。非磁性スペーサ層は、ピンド層と自由層との間にある。自由層は、磁気異方性を有し、その少なくとも一部は二軸異方性である。磁気接合は、磁気接合を介して書き込み電流が流れる際に、自由層が複数の安定な磁気状態間を切り替え可能なように構成されている。
従来の磁気接合を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の例示的な実施形態を示す 様々な磁気接合のための異方性エネルギーの例示的な実施形態を示す。 磁気接合のための異方性エネルギーの例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層の例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層の例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の他の一つの例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の他の一つの例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の他の一つの例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の他の一つの例示的な実施形態を示す。 二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合の他の一つの例示的な実施形態を示す。 ストレージセルのメモリ素子で磁気サブストラクチャを用いるメモリの例示的な実施形態を示す。 磁気サブストラクチャを製造する方法の例示的な実施形態を示す。
例示的な実施形態は、磁気メモリなどの磁気デバイスで使用可能な磁気接合、及びそのような磁気接合を用いたデバイスに関する。以下の説明は、当業者が本発明を作製して利用できるようにするためのものであり、特許出願の文脈及びその要求において提供されるものである。本願で説明される例示的な実施形態及び一般原理及び特徴に対する様々な修正は容易に明らかになるものである。例示的な実施形態は、特定の実施において提供される特定の方法及びシステムに関して主に説明される。しかしながら、その方法及びシステムは、他の実施においても有効に動作する。“例示的な実施形態”、“一実施形態”、“他の一つの実施形態”などの用語は、同一の又は異なる実施形態を指称するものであり得て、また複数の実施形態を指称するものであり得る。実施形態は、特定の構成要素を有するシステム及び／又はデバイスに関して説明される。しかしながら、そのシステム及び／又はデバイスは、図示されるものよりも多い又は少ない構成要素を含み得て、配置及び構成要素の種類の変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、為され得る。また、例示的な実施形態は、特定のステップを有する特定の方法の文脈において説明される。しかしながら、その方法及びシステムは、例示的な実施形態に調和する他のステップ及び／又は追加のステップ及び順番の異なるステップを有する他の方法に対して有効に動作する。従って、本発明は示される実施形態に限定されるものではなく、本願で説明される原理及び特徴に調和する最も広範な範囲によるものである。
磁気接合並びに磁気接合を用いる磁気メモリの提供方法及びシステムが説明される。例示的な実施形態は、磁気デバイスで使用可能な磁気接合を提供する方法及びシステムを提供する。磁気接合は、ピンド層、非磁性スペーサ層及び自由層を含む。非磁性スペーサ層は、ピンド層と自由層との間にある。自由層は、磁気異方性を有し、その少なくとも一部は二軸異方性である。磁気接合は、磁気接合を介して書き込み電流が流れる際に、自由層が複数の安定な磁気状態間で切り替え可能なように構成されている。
例示的な実施形態は、特定の構成要素を有する特定の磁気接合及び磁気メモリの文脈で説明される。本発明が、本発明と調和する他の構成要素及び／又は追加の構成要素及び／又は他の特徴を有する磁気接合及び磁気メモリの使用と調和することは当業者には明らかである。また、本方法及びシステムは、スピントランスファー現象、磁気異方性及び他の物理現象の現状の理解の文脈で説明される。その結果として、本方法及びシステムの挙動の理論的説明が、スピントランスファー、磁気異方性及び他の物理現象のこの現状の理解に基づいて為されるものであることは当業者には明らかである。しかしながら、本願で説明される本方法及びシステムは、特定の物理的説明に依存するものではない。また、本方法及びシステムは、基板に対して特定の関係を有する構造体の文脈で説明されることは当業者には明らかである。しかしながら、本方法及びシステムが他の構造体と調和するものであることは当業者には明らかである。加えて、本方法及びシステムは、合成の及び／又は単一の特定の層の文脈で説明される。しかしながら、層が他の一つの構造体を有し得ることは当業者には明らかである。さらに、本方法及びシステムは、特定の層を有する磁気接合及び／又はサブストラクチャの文脈で説明される。しかしながら、本方法及びシステムと調和する追加の層及び／又は異なる層を有する磁気接合及び／又はサブストラクチャも用いられ得ることは当業者には明らかである。さらに、特定の構成要素は、磁性、強磁性及びフェリ磁性であるとして説明される。本願において、磁性という用語は、強磁性、フェリ磁性又はそのような構造体を含み得る。従って、本願において、“磁性”又は“強磁性”という用語は、強磁性体及びフェリ磁性体を含むが、それらに限定されるものではない。また、本方法及びシステムは、単一の磁気接合及びサブストラクチャの文脈で説明される。しかしながら、本方法及びシステムが、複数の磁気接合を有し且つ複数のサブストラクチャを用いる磁気メモリの使用と調和することは当業者には明らかである。さらに、本願において、“面内”とは磁気接合の一以上の層の実質的に面内にあるか、面に平行なことである。逆に、“垂直”は、磁気接合の一以上の層に実質的に垂直な方向に対応する。
図２は、磁気デバイス、例えばＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられる磁気接合１００の例示的な実施形態を示す。明確にするために、図２は縮尺通りでない。磁気接合１００は、ピンド層１１０、非磁性スペーサ層１２０及び自由層１３０を含む。ピニング層１０４も示され、ピンド層１１０の磁化（図示せず）を固定するために用いられ得る。一部実施形態では、ピニング層１０４は、交換バイアス相互作用によってピンド層１１０の磁化（図示せず）をピン止めするＡＦＭ層又は複数の層であり得る。しかしながら、他の実施形態では、ピニング層１０４は省略され得る、又は他の一つの構造体が用いられ得る。さらに、磁気接合１００は、任意のシード層１０２及び／又は任意のキャッピング層１４０などの他の及び／又は追加の層を含み得る。また、磁気接合１００は、磁気接合１３０を介して書き込み電流が流れる際に、自由層１３０が安定な磁気状態間で切り替え可能なように構成される。こうして、自由層１３０は、スピントランスファートルクを用いて切り替え可能である。
ピンド層１１０は磁性であり、そのためＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうち一以上を特に合金状で含み得る。単一の層として図示されているが、ピンド層１１０は、複数の層を含み得る。例えば、ピンド層１１０は、Ｒｕなどの薄層を介して反強磁性的に又は強磁性的に結合された磁性層を含むＳＡＦであり得る。このようなＳＡＦでは、Ｒｕ又は他の材料の薄層と交互にされた複数の磁性層が用いられ得る。また、ピンド層１１０は、他の一つの複数の層であり得る。図２で磁化は示されていないが、自由層は面外消磁エネルギーを超える垂直異方性エネルギーを有し得る。
スペーサ層１２０は非磁性である。一部実施形態では、スペーサ層１２０は、絶縁体であり、例えばトンネリング障壁である。このような実施形態では、スペーサ層１２０は、結晶性ＭｇＯを含み得、磁気接合のトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）を強化し得る。他の実施形態では、スペーサ層はＣｕなどの導体であり得る。代替実施形態では、スペーサ層１２０は、他の一つの構造体、例えば絶縁マトリクス内で導電性チャネルを含む粒状の層を有し得る。
自由層１３０は磁性であり、そのためＦｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏのうち少なくとも一つを含み得る。自由層１３０は、スピントランスファーで切り替えられ得る変更可能な磁化（図示せず）を有する。自由層１３０は、単一の層として図示されている。他の実施形態では、自由層１３０は、他の層を含み得る。例えば、自由層は、非磁性層と交互にされた一以上の強磁性層を含むＳＡＦであり得る。代わりに、自由層１３０は、強磁性又は他の複数の層を含み得る。
加えて、自由層１３０は磁気異方性を有する。磁気異方性は、少なくとも二軸の構成要素を含む。また、磁気異方性は、一軸の構成要素を含み得る。磁気異方性の二軸の構成要素は、臨界切り替え電流Ｊｃｏなどの特徴に実質的に悪影響を及ぼすことなく、ソフトエラー率の改善をもたらし得る。留意すべきことは、自由層１３０全体として、自由層１３０の一部（例えば一以上の層）、又は自由層１３０の一部の他の構成物質が二軸異方性を有し得ることである。
二軸異方性の効果は、図３及び図４それぞれで示されるグラフ１５０及び１５０’の文脈で理解され得る。グラフ１５０及び１５０’は、説明の目的のためのみであり、且つ特定の磁気接合を反映するものではない。さらに、曲線１６０、１７０及び１８０は、明確にするためにオフセットされている。図２から図４を参照すると、例えば、自由層１３０の磁気異方性エネルギーは、以下の式によって、特定の方向からの角度の関数として与えられ得る。
Ｅ（θ）＝Ｋｕｎｉｓｉｎ２（θ）＋Ｋｂｉｓｉｎ２（２θ）
Ｋｕｎｉｓｉｎ２（θ）の項（“一軸の項”）は、一軸磁気異方性に対応する。Ｋｂｉｓｉｎ２（２θ）の項（“二軸の項”）は、二軸異方性に対応する。二軸の項がゼロならば、自由層１３０は一軸異方性を有するであろう。これは、図３の一軸エネルギー曲線１６０に対応する。エネルギー曲線１６０は、容易軸方向に沿って極小値１６２を有する。そのため、一軸エネルギー曲線１６０は、θ＝−π、０、πで極小値１６２を有する。一般的に、これらの方向は、ピンド層１１０の磁化（図示せず）と平行及び反平行である。０度付近の自由層１３０の初期状態は点１６４によって示される。それは、これらの方向（例えば、θ＝０）が、スピントランスファートルクに関する及びフィールドトルクに関するよどみ点に対応するように起こる。スピントランスファートルクよどみ点では、スピン偏極電流は、自由層１３０の磁化にほとんど又は全くトルクを与えない。一軸異方性に関して、スピントランスファートルクよどみ点は、自由層１３０の磁化が平衡位置で、且つ容易軸（θ＝０及びπ）と揃っている配置に対応する。本願において、容易軸は、自由層１３０磁化が一軸異方性のみに関して安定な方向に対応する。一軸の項は自由層１３０磁化がよどみ点であることに対応するので、自由層が印加された臨界電流に応答して切り替わらない確率がより高い。こうして、ソフトエラー率は、このような接合でより高くなり得る。
一軸の項がゼロならば、そのとき上記の例における自由層１３０の異方性エネルギーは、二軸の項となる。自由層１３０は、二軸異方性を有するであろう。結果として、エネルギー極小値（自由層１３０の安定状態）は、一軸の容易軸方向（θ＝０、π／２及びπ）に沿ったもの、及び垂直なものどちらにもなるであろう。一般的に、これらの方向は、ピンド層１１０の磁化（図示せず）に平行、垂直及び反平行である。それは、これらの方向（例えば、θ＝π／２）の一つがスピントランスファートルクに関するよどみ点から離れるように起こる。しかしながら、残りの二つの方向（θ＝０、π）は、スピントランスファートルクに関するよどみ点に近い。
一軸異方性に加えて一部の二軸異方性があるならば、一軸エネルギー曲線１６０は、二軸の項（Ｋｂｉｓｉｎ２（２θ））によって摂動を与えられる。エネルギー曲線１７０は、小さな二軸異方性に関するエネルギー対角度を示す。別の言い方をすれば、二軸異方性の絶対値（又は大きさ）は、一軸異方性のそれ未満である。しかしながら、二軸及び一軸異方性のサインは、同一又は異なり得る。小さな二軸の項の導入により、曲線１７０は、−π、０及びπでの極小値１７２付近で平らになる。０付近の自由層１３０の安定状態は、点１７４によって示される。エネルギー曲線が平らになるため、磁化が反対の状態に切り替わるために乗り越える必要があるエネルギー障壁が変化しない、自由層１３０の初期状態における大きな広がりがあり得る。こうして、熱的安定性は、影響されなくなり得る。自由層１３０の安定状態における大きな広がりは、自由層１３０の磁化が、容易軸から一部の角度である可能性が高い。言い換えると、自由層１３０の磁化は、図３において０度以外の角度である可能性が高い。従って、自由層の磁化は、スピントランスファートルクに関するよどみ点から離れている可能性が高い。結果として、自由層１３０の磁化は、臨界切り替え電流の印加によってより容易に切り替えられ得る。
磁気異方性エネルギーにおける二軸の項（Ｋｂｉｓｉｎ２（２θ））の大きさがさらに増加する際、一軸エネルギー曲線１６０はさらに摂動を与えられる。エネルギー曲線１８０は、より大きな二軸異方性に関するエネルギー対角度を示す。曲線１８０に関する二軸異方性は、まだ一軸異方性未満である。別の言い方をすれば、二軸異方性の絶対値は、まだ一軸異方性の絶対値未満である。様々な実施形態では、しかしながら、一軸及び二軸異方性の符号は、同一又は異なり得る。より大きな二軸の項の導入により、曲線はもはや−π、０及びπで極小値を有さない。代わりに、極小値１８２は−π、０及びπからの角度である。極大値１８４は、０、−π及びπである、並びにそれらの角度の付近である。容易軸と極小値１８２との間のこの角度は、０より大きい且つπ／２未満であり得る。一部実施形態では、角度は少なくともπ／１８且つ多くてπ／４（１０°から４５°）である。一部このような実施形態では、角度は少なくともπ／９且つ多くてπ／６（２０°から３０°）である。こうして、自由層１３０の磁化の安定状態は、その角度で（例えば、曲線１８０のエネルギー極小値で）、又はその角度付近であり得る。０付近の自由層１３０の安定状態は、点１８６によって示される。エネルギー曲線１８０が、０で極大値１８４を有するので、点１８６は極小値１８２で又はその付近である。図４は、３次元でのエネルギー曲線１８０’を示す。示された実施形態では、曲線１８０／１８０’は、容易軸（角度が０）の周りで対称である。一部実施形態では、自由層１３０磁化は、一軸の容易軸から少なくとも１０度且つ多くて４５度であり得る。一部このような実施形態では、自由層１３０磁化は、一軸の容易軸から少なくとも１０度多くて４５度での方向で安定であり得る。自由層１３０の磁気異方性は、円錐異方性と呼べれ得、且つ一軸異方性及び二軸異方性の組み合わせである。自由層１３０の初期状態におけるより大きな広がりは、自由層１３０の磁化が容易軸から小さな角度である、又は傾いている可能性が高いことを意味し得る。言い換えると、自由層１３０の磁化は、図３において０度以外の角度である可能性が高い。従って、自由層１３０の磁化は、スピントランスファートルクに関するよどみ点から離れる可能性が高い。
自由層１３０での二軸異方性の導入は、自由層１３０の切り替え特性を改善し得る。０付近で、エネルギー曲線の極小値は、平らになり得る（エネルギー曲線１７０）、又は０から遠ざけられ得る（エネルギー曲線１８０）。こうして、自由層１３０磁化は、容易軸に沿った配列から傾いた安定状態を有し得る。こうして、自由層１３０の磁化は、スピントランスファートルク又は磁場誘起トルクによって、より容易に切り替えられると考えられ得る。この特徴は、より低いソフトエラー率に対応する。このことは、（遷移時間１０マイクロ秒未満の）高データレートでさえ確かであり得る。一部実施形態では、臨界切り替え電流の大きさに実質的に悪影響を与えることなくこの改善が達成され得ることもわかる。さらに、磁気接合１００の熱的安定性及び対称性は、悪影響を受けなくなり得る。磁気接合１００を切り替えるために外部磁場が必要とされることがなくなり得るので、磁気接合１００は、より高いメモリ密度へさらに拡張でき得る。磁気接合１００及びその磁気接合１００を用いるメモリの性能及び順応性はこうして改善され得る。
二軸異方性の導入は、自由層１３０の特徴を改善し得る。このような異方性を得るための複数の方法がある。図５は、二軸異方性を有する自由層１３０’の例示的な実施形態を示す。非磁性層１２０’も示される。図示された実施形態では、自由層１３０’は、構造的に誘起された、テクスチャによって誘起された及び／又は磁歪によって誘起された二軸異方性を有し得る。二軸異方性に加えて、自由層１３０は、一軸異方性を有し得る。例えば、自由層１３０’が構造的に誘起された二軸異方性を有することになるならば、結晶エネルギー係数（Ｋ１＝Ｋｂｉ）は一方向に増加し、一方、飽和磁化Ｍｓは、第一方向と反対の第二方向に増加する。これを達するためのあるメカニズムが図６に示される。図６は、二軸異方性を有する自由層１３０’’の例示的な実施形態を示す。自由層１３０’’は、一軸異方性も有し得る。自由層１３０’’は複数の層を含む。図示された実施形態では、４つの層１３２、１３４、１３６及び１３８が示される。他の実施形態では、他の一つの数の層が用いられ得る。層１３２、１３４、１３６及び１３８は、飽和磁化Ｍｓ１、Ｍｓ２、Ｍｓ３及びＭｓ４をそれぞれ有する。同様に、層１３２、１３４、１３６及び１３８は、二軸の結晶性エネルギー係数Ｋｂｉ１、Ｋｂｉ１２、Ｋｂｉ１３及びＫｂｉ１４それぞれを有する。図６で見られるように、Ｍｓは非磁性スペーサ層（図６で図示せず）に近づくにつれて増加する。同様に、Ｋｂは非磁性スペーサに近づくにつれて減少する。このような複数の層は、二軸異方性を有し得る。上記のメカニズムの代わりに又は加えて、二軸異方性は、他の方法で構造的に誘起され得る。他の実施形態では、特定の材料の濃度勾配が、類似の効果を達成するために用いられ得る。例えば、負のＫｂｉが、二軸異方性を提供するために用いられ得る。さらに、一部材料は二軸異方性を生成する可能性が高いことがあり得る。例えば、自由層は、ＬａＳｒＭｎＯ３、ＧａＡｓ、ＭｎＡｓ、ＭｎＡｌ、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ、Ｈｏ２Ｆｅ１４Ｂ、ＮｄＦｅＢ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ、ＹＣｏ５、Ｎｉ、Ｃｏをほとんど又は全く含まないフェライト、ＣｏＯＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ−Ｆｅ２Ｏ３の一以上を含み得る。こうして、自由層１３０’／１３０’’の構造体は、所望の二軸異方性を達成するために調整され得る。
他の実施形態では、二軸異方性はテクスチャによって誘起されたものであり得る。例えば、仮に、立方異方性を有する磁性層が提供されたとする。加えて、自由層１３０’は、面内異方性を有する薄膜であり得る。その組み合わせは、Ａｓｉｎ２（θ）＋Ｂｓｉｎ２２θ＋Ｃｓｉｎ２θによって与えられるエネルギーを有し得、ここでＡ、Ｂ及びＣは係数である。このような実施形態では、自由層１３０’’は、一軸異方性と組み合わされた二軸異方性を有する。加えて、二軸異方性は、自由層１３０’において磁歪で誘起され得る。こうして、自由層１３０’／１３０’’は、二軸異方性を有する。結果として、自由層１３０／１３０’は、磁気接合に組み込まれる際、本願で説明される一以上の恩恵を提供し得る。
図７は、二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合２００の例示的な実施形態を示す。明確にするために、図７は縮尺通りでない。磁気接合２００は、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられ得る。磁気接合２００は、磁気接合１００に類似しており、そのため同様の構造体を含む。磁気接合２００は、任意のシード層１０２、任意のピニング層１０４、ピンド層１１０、非磁性スペーサ層１２０、自由層１３０及び任意のキャッピング層１４０それぞれに類似している任意のシード層２０２、任意のピニング層２０４、ピンド層２１０、非磁性スペーサ層２２０、自由層２３０及び任意のキャッピング層２４０を含む。層２１０、２２０、２３０及び２４０は、層１１０、１２０、１３０及び１４０それぞれの構造体及び機能に類似している構造体及び機能を有する。上記のように、自由層２３０は二軸異方性を有する。その結果として、上で説明された恩恵は達成され得る。
加えて、自由層２３０は、実質的に面内に横合わるその容易軸２３２を有する。こうして、垂直異方性エネルギーは、自由層２３０に関する面外消磁エネルギーを超えない。二軸異方性のため、自由層磁化２３４の安定状態は、容易軸２３２から角度θである。角度θは、エネルギー曲線１８０のエネルギー極小値に対応する。また、ピンド層２１０は、面内に固定されたその磁化２１２を有するとして示される。こうして、垂直異方性エネルギーは、ピンド層２１０に関する面外消磁エネルギーを超えない。しかしながら、他の一つの実施形態では、磁化２１２は他の一つの方向であり得る。
図８は、二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合２００’の例示的な実施形態を示す。明確にするために、図８は縮尺通りでない。磁気接合２００’は、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられ得る。磁気接合２００’は、磁気接合１００及び２００に類似しており、そのため、同様の構造体を含む。磁気接合２００’は、任意のシード層１０２／２０２、任意のピニング層１０４／２０４、ピンド層１１０／２１０、非磁性スペーサ層１２０／２２０、自由層１３０／２３０及び任意のキャッピング層１４０／２４０それぞれに類似している任意のシード層２０２’、任意のピニング層２０４’、ピンド層２１０’、非磁性スペーサ層２２０’、自由層２３０’及び任意のキャッピング層２４０’を含む。層２１０’、２２０’、２３０’及び２４０’は、層１１０、１２０、１３０及び１４０それぞれの構造体及び機能に類似している構造体及び機能を有する。加えて、少なくとも一部実施形態では、ピニング層２０４’は省略され得る。上記のように、自由層２３０’は二軸異方性を有する。その結果として、上で説明された恩恵は達成され得る。
加えて、自由層２３０’は、実質的に面に垂直に横たわるその容易軸２３２’を有する。こうして、自由層２３０’の面外消磁エネルギーは、垂直異方性エネルギー未満である。二軸異方性のため、自由層磁化２３４’の安定状態は、容易軸２３２から角度θ’である。角度θ’は、エネルギー曲線１８０のエネルギー極小値に対応する。また、ピンド層２１０’は、面に垂直に固定されたその磁化を有するとして示される。こうして、ピンド層２１０’の面外消磁エネルギーは、垂直異方性エネルギー未満である。しかしながら、他の一つの実施形態では、磁化２１２’は、他の一つの方向であり得る。
図９は、二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合２００’’の例示的な実施形態を示す。明確にするため、図９は縮尺通りでない。磁気接合２００’’は、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられ得る。磁気接合２００’’は、磁気接合１００／２００／２００’に類似しており、そのため、同様の構造体を含む。磁気接合２００’’は、任意のシード層１０２／２０２／２０２’、任意のピニング層１０４／２０４／２０４’、ピンド層１１０／２１０／２１０’、非磁性スペーサ層１２０／２２０／２２０’、自由層１３０／２３０’２３０’及び任意のキャッピング層１４０／２４０／２４０’それぞれに類似している任意のシード層２０２’’、任意のピニング層２０４’’、ピンド層２１０’’、非磁性スペーサ層２２０’’、自由層２３０’’及び任意のキャッピング層２４０’’を含む。層２１０’’、２２０’’、２３０’’及び２４０’’は、層１１０／２１０／２１０’、１２０／２２０／２２０’、１３０／２３０／２３０’及び１４０／２４０／２４０’それぞれの構造体及び機能に類似している構造体及び機能を有する。上記のように、自由層２３０’’は二軸異方性を有する。その結果として、上で説明された恩恵は、達成され得る。自由層２３０’’の容易軸は図示されず、そのため、面に垂直又は面内を含む所望の方向であり得る。
加えて、ピンド層２１０’’は、強磁性層２１２及び２１６並びに非磁性スペーサ２１４を含むＳＡＦである。他の実施形態では、ピンド層２１０’’は、追加の及び／又は異なる層を含み得る。強磁性層２１２は、ピニング層２０４’への交換カップリングで又は他の一つのメカニズムで固定されたその磁化を有する。参照層２１６は、固定された磁性層２１２に磁気的に結合されている。
図１０は、二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合２００’’’の例示的な実施形態を示す。明確にするために、図１０は縮尺通りでない。磁気接合２００’’’は、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられ得る。磁気接合２００’’’は、磁気接合１００／２００／２００’／２００’’に類似しており、そのため、同様の構造体を含む。磁気接合２００’’’は、任意のシード層１０２／２０２／２０２’／２０２’’、任意のピニング層１０４／２０４／２０４’／２０４’’、ピンド層１１０／２１０／２１０’／２１０’’、非磁性スペーサ層１２０／２２０／２２０’／２２０’’、自由層１３０／２３０／２３０’／２３０’’及び任意のキャッピング層１４０／２４０／２４０’／２４０’’それぞれに類似している任意のシード層２０２’’’、任意のピニング層２０４’’’、ピンド層２１０’’’、非磁性スペーサ層２２０’’’、自由層２３０’’’及び任意のキャッピング層２４０’’’を含む。層２１０’’’、２２０’’’、２３０’’’及び２４０’’’は、層１１０／２１０／２１０’／２１０’’、１２０／２２０／２２０’／２２０’’、１３０／２３０／２３０’／２３０’’及び１４０／２４０／２４０’／２４０’’それぞれの構造体及び機能に類似している構造体及び機能を有する。上記のように、自由層２３０’’’は、二軸異方性を有する。その結果として、上で説明された恩恵は、達成され得る。自由層２３０’’’の容易軸は図示されない、そのため、面に垂直又は面内を含む所望の方向であり得る。
加えて、自由層２３０’’’は、強磁性層２３２及び２３６並びに非磁性スペーサ２３４を含むＳＡＦである。強磁性層２３２及び２３６は磁気的に結合されている。一部実施形態では、層２３２及び２３６は、反強磁性的に配列されている。他方、層２３２及び２３６は強磁性的に配列されている。また、自由層２３０’’’は、追加の及び／又は異なる層を含み得る。様々な実施形態では、強磁性層２３２及び２３６の片方又は両方が、二軸異方性を含む。こうして、本願で説明される恩恵は達成され得る。
図１１は、二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合２００’’’’の例示的な実施形態を示す。明確にするために、図１１は縮尺通りでない。磁気接合２００’’’’は、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられ得る。磁気接合２００’’’’は、磁気接合１００／２００／２００’／２００’’／２００’’に類似しており、そのため、同様の構造体を有する。磁気接合２００’’’’は、任意のシード層１０２／２０２／２０２’／２０２’’／２０２’’’、任意のピニング層１０４／２０４／２０４’／２０４’’／２０４’’’、ピンド層１１０／２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’、非磁性スペーサ層１２０／２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’、自由層１３０／２３０／２３０’／２３０’’／２３０’’’及び任意のキャッピング層１４０／２４０／２４０’／２４０’’／２４０’’’それぞれに類似しているシード層２０２’’’’、任意のピニング層２０４’’’’、ピンド層２１０’’’’、非磁性スペーサ層２２０’’’’、自由層２３０’’’’及び任意のキャッピング層２４０’’’’を含む。層２１０’’’’、２２０’’’’、２３０’’’’及び２４０’’’’は、層１１０／２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’、１２０／２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’、１３０／２３０／２３０’／２３０’’／２３０’’’及び１４０／２４０／２４０’／２４０’’／２４０’’’それぞれの構造体及び機能に類似している構造体及び機能を有する。上記のように、自由層２３０’’’’は、二軸異方性を有する。その結果として、上で説明された恩恵は、達成され得る。自由層２３０’’’’の容易軸は、図示されず、そのため、面に垂直又は面内を含む所望の方向であり得る。
図示された実施形態では、自由層２３０’’’’及びピンド層２１０’’’’はそれぞれＳＡＦである。ピンド層２１０’’’’は、強磁性層２１２’及び２１６’並びに非磁性スペーサ２１４’を含む。強磁性層２１２’は、ピニング層２０４’’’’に交換カップリングで、又は他の一つのメカニズムで固定されたその磁化を有する。参照層２１６’は、固定された磁性層２１４’に磁気的に結合されている。こうして、自由層２３０’’’’は、強磁性層２３２’及び２３６’並びに非磁性スペーサ２３４’を含む。強磁性層２３２’及び２３６’は磁気的に結合されている。一部実施形態では、層２３２’及び２３６’は反強磁性的に配列されている。他方、層２３２’及び２３６’は、強磁性的に配列されている。様々な実施形態では、強磁性層２３２’及び２３６’の片方又は両方が、二軸異方性を含む。こうして、本願で説明された恩恵は、達成され得る。
図１２は、二軸異方性を有する自由層を含む磁気接合３００の例示的な実施形態を示す。明確にするために、図１２は縮尺通りでない。磁気接合３００は、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの磁気メモリで用いられ得る。磁気接合３００は、磁気接合１００／２００／２００’／２００’’／２００’’’／２００’’’’に類似しており、そのため、同様の構造体を含む。磁気接合３００は、任意のシード層１０２／２０２／２０２’／２０２’’／２０２’’’／２０２’’’’、任意のピニング層１０４／２０４／２０４’／２０４’’／２０４’’’／２０４’’’’、ピンド層１１０／２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’／２１０’’’’、非磁性スペーサ層１２０／２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／２２０’’’’、自由層１３０／２３０／２３０’／２３０’’／２３０’’’／２３０’’’’及び任意のキャッピング層１４０／２４０／２４０’／２４０’’／２４０’’’／２４０’’’’それぞれに類似している任意のシード層３０２、任意のピニング層３０４、ピンド層３１０、非磁性スペーサ層３２０、自由層３３０及び任意のキャッピング層３７０を含む。層３１０、３２０、３３０及び３７０は、層１１０／２１０／２１０’／２１０’’／２１０’’’／２１０’’’’、１２０／２２０／２２０’／２２０’’／２２０’’’／２２０’’’’、１３０／２３０／２３０’／２３０’’／２３０’’’／２３０’’’’及び１４０／２４０／２４０’／２４０’’／２４０’’’／２４０’’’’それぞれの構造体及び機能に類似している構造体及び機能を有する。自由層３３０の容易軸は図示されず、そのため、面に垂直又は面内を含む所望の方向であり得る。
また、磁気接合３００は、追加の非磁性スペーサ層３４０、追加のピンド層３５０及び任意の追加のピニング層３６０を含む。非磁性スペーサ層３４０は、非磁性スペーサ層３２０に類似している。追加のピンド層３５０及び任意の追加のピニング層３６０は、層３１０及び３０４それぞれに類似している。そのため、磁気接合３００は、二重接合である。例えば、非磁性スペーサ層３２０及び３４０が、結晶性ＭｇＯなどの絶縁トンネリング障壁層ならば、磁気接合３００は二重ＭＴＪである。非磁性スペーサ層３２０及び３４０が導電性ならば、磁気接合３００は二重スピン値である。また、非磁性スペーサ層３２０及び３４０について他の構造体も考えられる。さらに、非磁性スペーサ層３２０及び３４０が同一であることを必要としない。
自由層３３０は二軸異方性を有する。さらに、自由層３３０は、自由層１３０、２３０、２３０’、２３０’’、２３０’’’及び／又は２３０’’’’のいずれかに類似し得る。その結果として、上で説明された恩恵は、二重磁気トンネリング接合で達成され得る。例えば、磁気接合３００は、熱的安定性、拡張性又は低い臨界切り替え電流を犠牲にすることなく、より低いソフトエラー率を有し得る。
様々な磁気接合１００、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び３００が開示されてきた。留意すべきことは、磁気接合１００、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び３００の様々な特徴は組み合され得るということである。そのため、低減されたソフトエラー率、垂直異方性、熱的安定性及び／又は拡張性などの磁気接合１００、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び３００の一以上の恩恵が、達成され得る。
さらに、磁気接合１００、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び３００は、磁気メモリで用いられ得る。図１３は、一つのこのようなメモリ４００の例示的な実施形態を示す。磁気メモリ４００は、読み込み／書き込みコラム選択ドライバ４０２及び４０６並びにワードライン選択ドライバ４０４を含む。留意すべきことは、他の及び／又は異なる構成要素が提供され得ることである。メモリ４００のストレージ領域は、磁気ストレージセル４１０を含む。磁気ストレージセルそれぞれは、少なくとも一つの磁気接合４１２及び少なくとも一つの選択デバイス４１４を含む。一部実施形態では、選択デバイス４１４は、トランジスタである。磁気接合４１２は、磁気接合１００、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び３００のうちの一つであり得る。セル４１０ごとに一つの磁気接合４１２が示されているが、他の実施形態では、他の一つの数の磁気接合４１２がセルごとに提供され得る。このようにして、磁気メモリ４００は、より低いソフトエラー率及び低い臨界切り替え電流などの、上で説明された恩恵を享受し得る。
図１４は、磁気サブストラクチャの製造方法５００の例示的な実施形態を示す。明確にするために、一部段階は省略又は組み合され得る。方法５００は、磁気接合１００の文脈で説明される。しかしながら、方法５００は、接合２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び／又は３００などの他の磁気接合で用いられ得る。さらに、方法５００は、磁気メモリ４００などの磁気メモリの製造に組み込まれ得る。そのため、方法５００は、ＳＴＴ−ＲＡＭ又は他の磁気メモリの製造で用いられ得る。方法５００は、シード層１０２及び任意のピニング層１０４が提供された後に開始し得る。
ピンド層１１０は、段階５０２で提供される。段階５０２は、ピンド層１１０の所望の厚さで、所望の材料を堆積することを含み得る。さらに、段階５０２は、ＳＡＦを提供することを含み得る。非磁性層１２０は、段階５０４で提供される。段階５０４は、結晶性ＭｇＯを含むがこれに限定されない、所望の非磁性材料を堆積することを含み得る。加えて、材料の所望の厚さは、段階５０２で堆積され得る。
二軸異方性を有する自由層１３０は、段階５０６で提供される。一部実施形態では、段階５０６は、複数の層、ＳＡＦ及び／又は他の構造体を堆積することによって完成され得る。その後、段階５０８で製造が完了する。例えば、キャッピング層１４０が提供され得る。他の実施形態では、追加のスペーサ層３４０、追加のピンド層３５０及び任意の追加のピニング層３６０が提供され得る。一部実施形態では、磁気接合の層が多層体として堆積され、その後画定（形成）され、段階５０８は、磁気接合１００の画定、アニールの実行、又は別の方法で磁気接合１００の製造を完了することを含み得る。さらに、磁気接合１００がＳＴＴ−ＲＡＭ４００などのメモリに取り込まれるならば、段階５０８はコンタクト、バイアス構造体及びメモリ４００の他の部位を提供することを含み得る。
こうして、磁気接合１００、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’及び／又は３００は形成される。その結果として、磁気接合の恩恵は、達成され得る。
磁気接合、及び磁気メモリ素子／磁気サブストラクチャを用いて製造されるメモリの提供方法及びシステムが説明されてきた。本方法及びシステムは、図示された例示的な実施形態に従って説明されているが、当業者は、それらの実施形態にはバリエーションが存在し得て、あらゆるバリエーションが本方法及びシステムの精神及び範囲内にあることを容易に認識するものである。従って、多様な修正が、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって為され得る。
１０ 従来の磁気トンネリング接合
１１ 従来の底部コンタクト
１２ 従来のシード層
１４ 従来の反強磁性層
１６ 従来のピンド層
１７、２１ 磁化
１８ 従来のトンネリング障壁層
２０ 従来の自由層
２２ 従来のキャッピング層
２４ 従来の頂部コンタクト
１００ 磁気接合
１０２ 任意のシード層
１０４ 任意のピニング層
１１０ ピンド層
１２０、１２０’ 非磁性スペーサ層
１３０、１３０’、１３０’ ’ 自由層
１３２、１３４、１３６、１３８ 層
１４０ 任意のキャッピング層
１５０、１５０’ グラフ
１６０、１７０、１８０、１８０’ 曲線
１６２、１７２、１８２ 極小値
１６４、１７４、１８６ 点
１８４ 極大値
２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’ 磁気接合
２０２、２０２’、２０２’’、２０２’’’、２０２’’’’、３０２ 任意のシード層
２０４、２０４’、２０４’’、２０４’’’、２０４’’’’、３０４、３６０ 任意のピニング層
２１０、２１０’、２１０’’、２１０’’’、３１０、３５０ ピンド層
２１２、２１２’ 強磁性層
２１２、２１２’ 磁化
２１４、２１４’ 非磁性スペーサ層
２１６、２１６’ 参照層
２２０、２２０’、２２０’’、２２０’’’、３２０、３４０ 非磁性スペーサ層
２３０、２３０’、２３０’’、２３０’’’、２３０’’’’、３３０ 自由層
２３２、２３２’２３６、２３６’ 強磁性層
２３２、２３２’ 容易軸
２３４、２３４’ 磁化
２３４、２３４’ 非磁性スペーサ層
２４０、２４０’、２４０’’２４０’’’、２４０’’’’、３７０ 任意のキャッピング層
４００ 磁気メモリ
４０２、４０６ 読み込み／書き込みコラム選択ドライバ
４０４ ワードライン選択ドライバ
４１０ 磁気ストレージセル
４１２ 磁気接合
４１４ 選択デバイス
５００ 方法
５０２、５０４、５０６、５０８ 段階

Claims (41)

  1. ピンド層と、
    非磁性スペーサ層と、
    磁気異方性を有する自由層と、を含む磁気接合であって、
    前記非磁性スペーサ層が前記ピンド層と前記自由層との間に存在し、前記磁気異方性の少なくとも一部が二軸異方性であり、
    前記磁気接合を介して書き込み電流が流れる際に、前記自由層が複数の安定な磁気状態間を切り替え可能であるように前記磁気接合が構成されていることを特徴とする磁気デバイスで使用するために磁気接合。
  2. 前記磁気異方性が一軸異方性及び前記二軸異方性を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  3. 前記一軸異方性が容易軸に対応し、前記磁気異方性が前記容易軸からの角度で少なくとも一つの極小値を有する磁気異方性エネルギーに対応することを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
  4. 前記角度がゼロ以外であることを特徴とする請求項３に記載の磁気接合。
  5. 前記角度が少なくとも１０度且つ多くて４５度であることを特徴とする請求項４に記載の磁気接合。
  6. 前記角度が少なくとも２０度且つ多くて４０度であることを特徴とする請求項５に記載の磁気接合。
  7. 前記一軸異方性の絶対値が前記二軸異方性の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
  8. 前記二軸異方性が結晶性によって誘起されることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  9. 前記自由層がＬａＳｒＭｎＯ３、ＧａＡｓ、ＭｎＡｓ、ＭｎＡｌ、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ、Ｈｏ２Ｆｅ１４Ｂ、ＮｄＦｅＢ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ、ＹＣｏ５、ＣｏＯＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ−Ｆｅ２Ｏ３のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の磁気サブストラクチャ。
  10. 前記二軸異方性が構造によって誘起されることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  11. 前記自由層が飽和磁化及び結晶性異方性エネルギー係数を有し、前記飽和磁化が第一方向に増加し、前記結晶性異方性エネルギー係数が前記第一方向と反対の第二方向に増加することを特徴とする請求項１０に記載の磁気接合。
  12. 前記自由層が実質的に面内であり、且つ前記第一方向が実質的に前記面に垂直であることを特徴とする請求項１１に記載の磁気接合。
  13. 前記自由層が複数のサブ層を含み、前記複数のサブ層のそれぞれがサブ層飽和磁化及びサブ層結晶性異方性エネルギー係数を有し、前記飽和磁化が前記第一方向に増加するように前記サブ層飽和磁化が前記飽和磁化に寄与し、前記結晶性異方性エネルギー係数が前記第二方向に増加するように前記サブ層結晶性異方性エネルギー係数が前記結晶性異方性エネルギー係数に寄与することを特徴とする請求項１２に記載の磁気接合。
  14. 前記二軸異方性が磁歪によって誘起されることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  15. 前記非磁性スペーサ層がトンネリング障壁層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  16. 前記非磁性スペーサ層が導電性スペーサ層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  17. 前記ピンド層が参照層、スペーサ層及び固定された磁性層を含み、前記スペーサ層が前記参照層と前記固定された磁性層との間に存在することを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  18. 前記自由層が垂直異方性エネルギー及び面外消磁エネルギーを含み、前記面外消磁エネルギーが前記垂直異方性エネルギー未満であることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  19. 前記ピンド層がピンド層垂直異方性エネルギー及びピンド層面外消磁エネルギーを含み、前記ピンド層面外消磁エネルギーが前記ピンド層垂直異方性エネルギー未満であることを特徴とする請求項１８に記載の磁気接合。
  20. 前記自由層が垂直異方性エネルギー及び面外消磁エネルギーを含み、前記面外消磁エネルギーが前記垂直異方性エネルギー以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  21. 追加のピンド層と、追加の非磁性スペーサ層と、をさらに含み、前記追加の非磁性スペーサ層が前記自由層と前記追加のピンド層との間に存在することを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
  22. 前記非磁性スペーサ層及び前記追加の非磁性スペーサ層のうち少なくとも一つが結晶性ＭｇＯを含むことを特徴とする請求項２１に記載の磁気接合。
  23. ピンド層と、
    結晶性ＭｇＯを含む非磁性スペーサ層と、
    一軸異方性及び二軸異方性を含む磁気異方性を有する自由層と、と含む磁気接合であって、
    前記非磁性スペーサ層が前記ピンド層と前記自由層との間に存在し、前記一軸異方性が容易軸に対応し、前記磁気異方性が前記容易軸からの角度で少なくとも一つの極小値を有する磁気異方性エネルギーに対応し、前記角度が少なくとも１０度且つ多くて２０度であり、前記自由層が垂直異方性エネルギー及び面外消磁エネルギーを含み、前記面外消磁エネルギーが前記垂直異方性エネルギー未満であり、
    前記磁気接合を介して書き込み電流が流れる際に、前記自由層が複数の安定な磁気状態間で切り替え可能であるように前記磁気接合が構成されていることを特徴とする磁気デバイスで使用するための磁気接合。
  24. 追加のピンド層と、追加の非磁性スペーサ層とをさらに含み、前記追加の非磁性スペーサ層が前記自由層と前記追加のピンド層との間に存在し、前記追加の非磁性スペーサ層がＭｇＯを含むことを特徴とする請求項２３に記載の磁気接合。
  25. 複数の磁気ストレージセルを含み、前記複数の磁気ストレージセルのそれぞれが少なくとも一つの磁気接合を含み、前記少なくとも一つの磁気接合がピンド層を含み、非磁性スペーサ層及び自由層が磁気異方性を有し、前記非磁性スペーサ層が前記ピンド層と前記自由層との間に存在し、磁気異方性の少なくとも一部が二軸異方性であり、前記磁気接合を介して書き込み電流が流れる際に前記自由層が複数の安定な磁気状態間を切り替え可能であるように前記少なくとも一つの磁気接合が構成されている磁気メモリ。
  26. 前記磁気異方性が一軸異方性及び前記二軸異方性を含むことを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
  27. 前記一軸異方性が容易軸に対応し、前記磁気異方性が容易軸からの角度で少なくとも一つの極小値を有する磁気異方性エネルギーに対応することを特徴とする請求項２６に記載の磁気メモリ。
  28. 前記角度が少なくとも１０度且つ多くて４５度であることを特徴とする請求項２７に記載の磁気メモリ。
  29. 前記角度が少なくとも２０度且つ多くて４０度であることを特徴とする請求項２８に記載の磁気メモリ。
  30. 前記一軸異方性の絶対値が前記二軸異方性の絶対値より大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
  31. 前記二軸異方性が結晶性によって誘起される、構造によって誘起される及び磁歪によって誘起されるもののうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項２６に記載の磁気メモリ。
  32. 前記自由層がＬａＳｒＭｎＯ３、ＧａＡｓ、ＭｎＡｓ、ＭｎＡｌ、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ、Ｈｏ２Ｆｅ１４Ｂ、ＮｄＦｅＢ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ、ＹＣｏ５、ＣｏＯＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ−Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ−Ｆｅ２Ｏ３のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３１に記載の磁気メモリ。
  33. 前記自由層が飽和磁化及び結晶性異方性エネルギー係数を有し、前記飽和磁化が第一方向に増加し、前記結晶性異方性エネルギー係数が前記第一方向と反対の第二方向に増加することを特徴とする請求項３１に記載の磁気メモリ。
  34. 前記自由層が実質的に面内であり、且つ前記第一方向が実質的に前記面に垂直であることを特徴とする請求項３３に記載の磁気メモリ。
  35. 前記自由層が複数のサブ層を含み、それぞれの前記複数の層がサブ層飽和磁化及びサブ層結晶性異方性エネルギー係数を有し、前記飽和磁化が前記第一方向に増加するように前記サブ層飽和磁化が前記飽和磁化に寄与し、前記結晶性異方性エネルギー係数が前記第二方向に増加するように前記サブ層結晶性異方性エネルギー係数が前記結晶性異方性エネルギー係数に寄与することを特徴とする請求項３４に記載の磁気メモリ。
  36. 前記非磁性スペーサ層がトンネリング障壁層であることを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
  37. 前記ピンド層が参照層、スペーサ層及び固定された磁性層を含み、前記スペーサ層が前記参照層と前記固定された磁性層との間に存在することを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
  38. 前記自由層が垂直異方性エネルギー及び面外消磁エネルギーを含み、前記面外消磁エネルギーが前記垂直異方性エネルギー未満であることを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
  39. 前記自由層が垂直異方性エネルギー及び面外消磁エネルギーを含み、前記面外消磁エネルギーが前記垂直異方性エネルギー以上であることを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
  40. 前記磁気接合が、
    追加のピンド層と、
    追加の非磁性スペーサ層と、をさらに含み、
    前記追加の非磁性スペーサ層が前記自由層と前記追加のピンド層との間に存在することを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
  41. 前記非磁性スペーサ層及び前記追加の非磁性スペーサ層のうち少なくとも一つが結晶性ＭｇＯを含むことを特徴とする請求項２１に記載の磁気接合。
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