JP2014022735A - Method and system for providing magnetic tunneling junctions usable in spin transfer torque magnetic memories - Google Patents

Method and system for providing magnetic tunneling junctions usable in spin transfer torque magnetic memories Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide improved magnetic junctions usable in high-density STT-RAMs.SOLUTION: A method and system provide a magnetic junction. A free layer, a symmetry filter, and a pinned layer are provided. The free layer can have a magnetic moment switchable between stable magnetic states when a readout current passes through the magnetic junction. The symmetry filter transmits charge carriers having a first symmetry with higher probability than charge carriers having another symmetry. The symmetry filter may reside between the free layer and the pinned layer. The free layer and/or the pinned layer lies in a plane, has the charge carriers of the first symmetry in a spin channel at the Fermi level, lacks the charge carriers of the first symmetry at the Fermi level in another spin channel, and has a nonzero magnetic moment component perpendicular to the plane. The free layer and/or the pinned layer and the symmetry filter has at least one lattice mismatch of less than seven percent.

Description

本発明は、磁気メモリのような磁気素子用磁気接合及びこのような磁気接合を使用する素子に関する。   The present invention relates to a magnetic junction for a magnetic element such as a magnetic memory and an element using such a magnetic junction.

磁気メモリ、特に磁気ランダムメモリ(MRAMs)は高い読出し/書込み速度、耐久性、不揮発性及び駆動間の低い電力消費の可能性によって、関心が増加されている。MRAMの1つの種類はスピン伝達トルクランダムアクセスメモリ(spin transfer torque random access memory、STT−RAM)である。STT−RAMは磁気接合を通じて駆動される電流によって少なくとも一部書き込まれる磁気接合を利用する。   Magnetic memories, especially magnetic random memories (MRAMs), are of increasing interest due to high read / write speeds, durability, non-volatility and the potential for low power consumption between drives. One type of MRAM is a spin transfer torque random access memory (STT-RAM). The STT-RAM utilizes a magnetic junction that is written at least in part by a current driven through the magnetic junction.

図1は従来のSTT−RAMを使用した従来の磁気トンネル接合(MTJ)10を示す。従来のMTJ10は一般的に従来の下部コンタクト11の上にあり、従来のシード層12を使用し、従来の上部コンタクト16の下にある。従来のMTJ10は従来の反強磁性(AFM)層20、従来の被固定層30、従来のトンネルバリアー層40、及び従来の自由層50を包含する。また、従来のキャッピング層14が図示される。従来の被固定層30の磁気モーメント32が安定されたことに反して、従来の自由層50は可変磁気モーメント52を有することができる。より詳細に、被固定層30の磁気モーメント32は従来の反強磁性(AFM)層20と相互作用によって固定され得る。   FIG. 1 shows a conventional magnetic tunnel junction (MTJ) 10 using a conventional STT-RAM. A conventional MTJ 10 is generally above the conventional lower contact 11, uses a conventional seed layer 12, and is below the conventional upper contact 16. A conventional MTJ 10 includes a conventional antiferromagnetic (AFM) layer 20, a conventional pinned layer 30, a conventional tunnel barrier layer 40, and a conventional free layer 50. Also shown is a conventional capping layer 14. In contrast to the stabilization of the magnetic moment 32 of the conventional pinned layer 30, the conventional free layer 50 can have a variable magnetic moment 52. More specifically, the magnetic moment 32 of the pinned layer 30 can be pinned by interaction with a conventional antiferromagnetic (AFM) layer 20.

従来のコンタクト12、16は図1に示したように面垂直電流(CPP)方向又はz軸方向に電流を駆動するのに使用され得る。従来の被固定層30を通過する電流はスピン分極され、角運動量を伝達することができる。前記角運動量は従来の自由層50へ伝達され得る。角運動量の充分な量が伝達されれば、自由層50の磁気モーメント52は被固定層30の磁気モーメント32に対して平行又は反平行にスイッチされることができる。   Conventional contacts 12, 16 can be used to drive current in the plane normal current (CPP) direction or the z-axis direction as shown in FIG. The current passing through the conventional fixed layer 30 is spin-polarized and can transmit angular momentum. The angular momentum can be transmitted to the conventional free layer 50. If a sufficient amount of angular momentum is transmitted, the magnetic moment 52 of the free layer 50 can be switched parallel or anti-parallel to the magnetic moment 32 of the pinned layer 30.

STT−RAMの性能を向上させるように、従来の磁気接合10の多様な要素が最適化されることが要求されることができる。例えば、従来の磁気接合10は熱的に安定な従来の自由層50をスイッチするために、望む臨界電流Icを得るように設計され得る。臨界電流は下の式によって計算され得る。   It may be required that various elements of the conventional magnetic junction 10 be optimized to improve the performance of the STT-RAM. For example, the conventional magnetic junction 10 can be designed to obtain the desired critical current Ic for switching the thermally stable conventional free layer 50. The critical current can be calculated by the following equation:

ここで、<H>effは従来の自由層50の歳差運動する磁気モーメントによって現れる平均有効磁気場であり、Hは磁気場が磁化容易軸へ印加される時、磁気モーメント52をスイッチするのに必要である磁気場であり、αは減衰パラメーターであり、ηはスピントルク効率である。1.5mAは電流を示し、60の熱安定度係数(ΔE/kT)に近似される。ここで、ΔEは熱的スイッチングに必要であるエネルギー障壁、kはボルツマン定数、Tは絶対温度を示す。 Here, <H> eff is an average effective magnetic field that appears due to the precessing magnetic moment of the conventional free layer 50, and H k switches the magnetic moment 52 when the magnetic field is applied to the easy axis. Is the required magnetic field, α is the damping parameter, and η is the spin torque efficiency. 1.5 mA indicates current and is approximated by a thermal stability factor of 60 (ΔE / k B T). Here, ΔE is an energy barrier necessary for thermal switching, k B is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature.

従来の磁気接合10は臨界電流を改善させるように最適化され得る。従来の磁気接合10の設計は従来の被固定層30及び従来の自由層50にCoFe及び/又はCoFeBを使用することを包含することができる。CoFe及びCoFeBは磁気モーメント32、52によって示したように、面内(in−plane)の磁気モーメントを有する傾向がある。その上に、従来のトンネルバリアー層40は結晶形MgOであり得る。MgOとCoFe及びCoFeBの組合は低い臨界電流をもたらすことができる。   The conventional magnetic junction 10 can be optimized to improve the critical current. Conventional magnetic junction 10 designs can include using CoFe and / or CoFeB for the conventional pinned layer 30 and the conventional free layer 50. CoFe and CoFeB tend to have in-plane magnetic moments, as indicated by magnetic moments 32,52. In addition, the conventional tunnel barrier layer 40 may be crystalline MgO. The combination of MgO and CoFe and CoFeB can provide a low critical current.

従来の磁気トンネル接合10が機能することができても、追加的な改善が要求され得る。例えば、磁気メモリ用磁気接合で、磁気メモリはより小さい大きさに縮小されることができ、より小さい臨界電流を使用することができ、磁気接合は製造するのがより容易であり、及び/又は他の性質を有することが要求され得る。   Even though the conventional magnetic tunnel junction 10 can function, additional improvements may be required. For example, with a magnetic junction for a magnetic memory, the magnetic memory can be reduced to a smaller size, a smaller critical current can be used, the magnetic junction is easier to manufacture, and / or It may be required to have other properties.

本発明が解決しようとする一技術的課題は高密度STT−RAMで使用可能である改善された磁気接合を提供することである。   One technical problem to be solved by the present invention is to provide an improved magnetic junction that can be used in high density STT-RAM.

磁気接合、磁気メモリ素子用磁気接合、磁気メモリ、及び磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法が提供される。本発明の概念にしたがう磁気接合は書込み電流が磁気接合を通過する時に、複数の安定な磁気状態の間でスイッチング可能である第1磁気モーメントを有する自由層と、第2対称を有する電荷キャリヤーより第1対称を有する電荷キャリヤーをより高い確率に伝送させる対称フィルターと、一方向に固定された第2磁気モーメントを有する被固定層と、を含み、前記対称フィルターは前記自由層及び前記被固定層の間に介在され、前記被固定層及び前記自由層の中の少なくとも1つは一スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の前記電荷キャリヤーを有し、他スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、面内に配置され、前記面と垂直である非ゼロ磁気モーメント要素を有し、前記対称フィルターと、前記被固定層及び前記自由層の中の少なくとも1つと、の間に7パーセントより低い格子不整合を有することができる。   A magnetic junction, a magnetic junction for a magnetic memory element, a magnetic memory, and a method for manufacturing a magnetic junction for a magnetic memory element are provided. A magnetic junction according to the inventive concept comprises a free layer having a first magnetic moment that is switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current passes through the magnetic junction, and a charge carrier having a second symmetry. A symmetric filter for transmitting charge carriers having a first symmetry with a higher probability and a pinned layer having a second magnetic moment fixed in one direction, wherein the symmetric filter includes the free layer and the pinned layer. And at least one of the pinned layer and the free layer has the first symmetric charge carrier at a Fermi level in one spin channel and a Fermi level in another spin channel. The first symmetric charge carrier at the position is depleted, has a non-zero magnetic moment element disposed in-plane and perpendicular to the plane, and And Luther, at least one among the fixed layer and the free layer may have a low lattice mismatch than 7 percent between.

一実施形態によれば、前記格子不整合は4パーセントより低いことがあり得る。   According to one embodiment, the lattice mismatch can be lower than 4 percent.

一実施形態によれば、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つはAlMnを包含することができる。   According to an embodiment, at least one of the free layer and the pinned layer may include AlMn.

一実施形態によれば、前記対称フィルターはGe、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを包含することができる。   According to one embodiment, the symmetric filter can include at least one of Ge, GaAs, and ZnSe.

一実施形態によれば、前記第1磁気モーメントは前記面と垂直であり得る。   According to an embodiment, the first magnetic moment may be perpendicular to the plane.

一実施形態によれば、前記第2磁気モーメントは前記面と垂直であり得る。   According to one embodiment, the second magnetic moment may be perpendicular to the plane.

一実施形態によれば、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つはMnGa及びMnInの中の少なくとも1つを包含することができる。   According to one embodiment, at least one of the free layer and the pinned layer may include at least one of MnGa and MnIn.

一実施形態によれば、前記対称フィルターはトンネルバリアー層であり得る。   According to one embodiment, the symmetric filter may be a tunnel barrier layer.

一実施形態によれば、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つは合成型反磁性体であり得る。   According to one embodiment, at least one of the free layer and the pinned layer may be a synthetic diamagnetic material.

一実施形態によれば、スペーサー層と、追加的な被固定層と、をさらに含み、前記スペーサー層は前記自由層及び前記追加的な被固定層の間に介在され、前記追加的な被固定層は第3磁気モーメントを有することができる。   According to an embodiment, a spacer layer and an additional pinned layer are further included, the spacer layer being interposed between the free layer and the additional pinned layer, and the additional pinned layer. The layer can have a third magnetic moment.

一実施形態によれば、前記追加的な被固定層はAlMnを包含することができる。   According to one embodiment, the additional pinned layer may include AlMn.

一実施形態によれば、前記スペーサー層は追加的な対称フィルターであり得る。   According to one embodiment, the spacer layer may be an additional symmetric filter.

一実施形態によれば、前記追加的な対称フィルターと、前記自由層及び前記追加的な被固定層の中の少なくとも1つと、の間に7パーセントより低い追加的な格子不整合を有することができる。   According to one embodiment, having an additional lattice mismatch of less than 7 percent between the additional symmetric filter and at least one of the free layer and the additional pinned layer. it can.

一実施形態によれば、前記追加的な格子不整合は4パーセントより低いことがあり得る。   According to one embodiment, the additional lattice mismatch can be lower than 4 percent.

一実施形態によれば、前記追加的な対称フィルターはGe、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを包含することができる。   According to one embodiment, the additional symmetric filter can include at least one of Ge, GaAs, and ZnSe.

一実施形態によれば、前記自由層、前記被固定層、及び前記追加的な被固定層は合成型反強磁性体であり得る。   According to an embodiment, the free layer, the pinned layer, and the additional pinned layer may be a synthetic antiferromagnetic material.

本発明の概念にしたがう磁気メモリ素子用磁気接合は、面に平行になり、前記面と垂直になる(001)軸を有するAlMnを含み、書込み電流が磁気接合を通過する時、多数の安定な磁気状態の間でスイッチングされる第1磁気モーメントを有し、第1の多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での第1対称の電荷キャリヤーを有し、第1の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記第1磁気モーメントは前記面と垂直になる第1非ゼロ要素を有する自由層と、前記第1対称を有する前記電荷キャリヤーを伝送し、前記第1対称と異なる第2対称を有する前記電荷キャリヤーを減衰させ、Ge、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを含む対称フィルターと、前記面に平行になり、前記面と垂直になる(001)軸を有する前記AlMnを含み、前記面と垂直である第2非ゼロ要素を有し、一方向に固定された第2磁気モーメントを有し、第2の多数のスピンチャンネル内で前記フェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーを有し、第2の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏された被固定層と、を含み、   A magnetic junction for a magnetic memory device in accordance with the concept of the present invention comprises AlMn having a (001) axis that is parallel to the plane and perpendicular to the plane, and when the write current passes through the magnetic junction, Having a first magnetic moment that is switched between magnetic states, having a first symmetric charge carrier at the Fermi level in a first number of spin channels, and having a first number of spin channels in the first number of spin channels. A symmetric charge carrier is depleted, the first magnetic moment transmits a free layer having a first non-zero element perpendicular to the plane, the charge carrier having the first symmetry, and the first symmetry; A symmetric filter that attenuates the charge carriers having different second symmetry and includes at least one of Ge, GaAs, and ZnSe, and is parallel to the plane and perpendicular to the plane A second non-zero element perpendicular to the plane, having a second magnetic moment fixed in one direction, and having a second magnetic moment in a second multiple spin channel A pinned layer having the first symmetric charge carriers at the Fermi level and depleted of the first symmetric charge carriers in a second minority spin channel;

前記対称フィルターは前記自由層及び前記被固定層の間に介在され得る。   The symmetric filter may be interposed between the free layer and the fixed layer.

本発明の概念にしたがう磁気メモリは少なくとも1つの選択素子及び少なくとも1つの磁気接合を含み、前記少なくとも1つの磁気接合は自由層、被固定層、及び前記自由層と前記被固定層との間に介在された対称フィルターを含み、前記自由層は書込み電流が前記磁気接合を通過する時、複数の安定な磁気状態の間でスイッチングさせる第1磁気モーメントを有し、前記対称フィルターは第1対称を有する電荷キャリヤーを第2対称を有する前記電荷キャリヤーより高い確率に伝送し、前記被固定層は一方向に固定された第2磁気モーメントを有し、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つは第1スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の前記電荷キャリヤーを有し、第2スピンチャンネル内で前記フェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、面内に配置され、前記面と垂直になる非ゼロ磁気モーメント要素を有し、前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとは7パーセントより低い格子不整合を有する複数の磁気格納セルと、前記複数の磁気格納セルとカップリングされた複数のビットラインと、前記複数の磁気格納セルとカップリングされた複数のワードラインと、を含むことができる。   A magnetic memory according to the inventive concept includes at least one select element and at least one magnetic junction, the at least one magnetic junction being between a free layer, a pinned layer, and the free layer and the pinned layer. An intervening symmetrical filter, wherein the free layer has a first magnetic moment that switches between a plurality of stable magnetic states when a write current passes through the magnetic junction, the symmetrical filter having a first symmetry. Transmitting charge carriers having a higher probability than the charge carriers having a second symmetry, wherein the pinned layer has a second magnetic moment pinned in one direction, at least of the free layer and the pinned layer. One has the first symmetric charge carrier at the Fermi level in the first spin channel and the Fermi level in the second spin channel. The first symmetric charge carrier is depleted, has a non-zero magnetic moment element disposed in-plane and perpendicular to the plane, and at least one of the symmetric filter, the free layer and the pinned layer A plurality of magnetic storage cells having a lattice mismatch lower than 7 percent, a plurality of bit lines coupled to the plurality of magnetic storage cells, and a plurality of word lines coupled to the plurality of magnetic storage cells And can be included.

一実施形態によれば、前記格子不整合は4パーセントより低いことがあり得る。   According to one embodiment, the lattice mismatch can be lower than 4 percent.

一実施形態によれば、前記対称フィルターはGe、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを包含することができる。   According to one embodiment, the symmetric filter can include at least one of Ge, GaAs, and ZnSe.

本発明の概念にしたがう磁気メモリ素子用磁気接合は、面に平行になり、読出し電流が通過する時、複数の安定な磁気状態の間でスイッチングする第1磁気モーメントを有し、前記第1磁気モーメントは前記面と垂直である第1非ゼロ要素を有する自由層と、前記面に平行になり、一方向に固定された第2磁気モーメントを有する被固定層と、前記自由層及び前記被固定層の間に介在された対称フィルターと、を含み、前記第2磁気モーメントは前記面と垂直である第2非ゼロ要素を有し、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つは第1の多数のスピンチャンネル内でフェルミエネルギーでの第1対称の電荷キャリヤーを有し、第1の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記対称フィルターは前記第1対称を有する前記電荷キャリヤーを伝送し、前記第1対称と異なる第2対称を有する電荷キャリヤーを減衰させ、前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとは7パーセントより低い格子不整合を有することができる。   A magnetic junction for a magnetic memory element in accordance with the concept of the present invention is parallel to a plane and has a first magnetic moment that switches between a plurality of stable magnetic states when a read current passes through the magnetic junction. A free layer having a first non-zero element that is perpendicular to the plane; a pinned layer having a second magnetic moment parallel to the plane and fixed in one direction; the free layer and the pinned A symmetric filter interposed between the layers, wherein the second magnetic moment has a second non-zero element that is perpendicular to the plane, and at least one of the free layer and the pinned layer is Having a first symmetric charge carrier at Fermi energy in a first majority of spin channels, depleting the first symmetric charge carrier in a first few spin channels, The charge carrier having a first symmetry is transmitted, the charge carrier having a second symmetry different from the first symmetry is attenuated, and the symmetric filter and at least one of the free layer and the pinned layer are 7 It can have a lattice mismatch lower than a percentage.

本発明の概念にしたがう磁気メモリ素子用磁気接合は、面に平行になり、読出し電流が通過する時、複数の安定な磁気状態の間でスイッチングする第1磁気モーメントを有し、第1の多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での第1対称の電荷キャリヤーを有し、第1の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記第1磁気モーメントは前記面と垂直である第1非ゼロ要素を有する自由層と、前記第1対称を有する電荷キャリヤーを伝送し、前記第1対称と異なる第2対称を有する電荷キャリヤーを減衰させる対称フィルターと、前記面に平行になり、一方向に固定された第2磁気モーメントを有し、第2の多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーを有し、第2の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記第2磁気モーメントは前記面と垂直になる第2非ゼロ要素を有する被固定層と、を含み、前記対称フィルターは前記被固定層及び前記自由層の間に介在され、前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとは7パーセントより低い格子不整合を有することができる。   A magnetic junction for a magnetic memory element in accordance with the concepts of the present invention is parallel to a plane and has a first magnetic moment that switches between a plurality of stable magnetic states when a read current passes through, and a first majority. Having a first symmetric charge carrier at the Fermi level in the first spin channel, the first symmetric charge carrier being depleted in the first few spin channels, and the first magnetic moment being perpendicular to the plane Parallel to the plane, a free layer having a first non-zero element, a symmetric filter for transmitting charge carriers having the first symmetry and attenuating charge carriers having a second symmetry different from the first symmetry; , Having a second magnetic moment fixed in one direction, having the first symmetric charge carrier at the Fermi level in a second multiple spin channel, and a second minority The pinned channel is depleted of the first symmetric charge carriers, and the second magnetic moment includes a pinned layer having a second non-zero element perpendicular to the plane, the symmetric filter comprising the pinned layer and Intervening between the free layers, the symmetric filter and at least one of the free layer and the pinned layer may have a lattice mismatch of less than 7 percent.

本発明の概念にしたがう磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法は、自由層膜、被固定層膜、及び対称フィルター膜を含む磁気接合スタックを提供し、前記対称フィルター膜は第1対称を有する電荷キャリヤーを伝送し、第2対称を有する前記電荷キャリヤーを減衰させ、前記自由層膜及び前記被固定層膜の間に介在され、前記被固定層膜及び前記自由層膜の中の少なくとも1つは一スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーを有し、他スピンチャンネル内で前記フェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、面内に置き、前記面と垂直になる非ゼロ磁気モーメント要素を有し、前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとは7パーセントより低い格子不整合を有することと、前記自由層膜から定義された自由層、前記対称フィルター膜から定義された対称フィルター、前記被固定層膜から定義された被固定層を含み、前記自由層は第1磁気モーメントを有し、前記被固定層は第2磁気モーメントを有する磁気接合を定義することと、特定方向に固定された前記被固定層の前記第2磁気モーメントを設定することと、を含み、前記磁気接合は、読出し電流が前記磁気接合を通過する時、前記第1磁気モーメントが複数の安定な磁気状態の間でスイッチングするように構成されることができる。   A method of manufacturing a magnetic junction for a magnetic memory device in accordance with the concepts of the present invention provides a magnetic junction stack including a free layer film, a fixed layer film, and a symmetric filter film, wherein the symmetric filter film has a first symmetric charge. Transmitting a carrier, attenuating the charge carrier having a second symmetry, interposed between the free layer film and the fixed layer film, wherein at least one of the fixed layer film and the free layer film is The first symmetric charge carriers at the Fermi level in one spin channel and the first symmetric charge carriers at the Fermi level in another spin channel are depleted and placed in-plane, The symmetric filter and at least one of the free layer and the pinned layer have a lattice mismatch of less than 7 percent. A free layer defined from the free layer film, a symmetric filter defined from the symmetric filter film, and a pinned layer defined from the pinned layer film, wherein the free layer has a first magnetic moment. The pinned layer includes defining a magnetic junction having a second magnetic moment, and setting the second magnetic moment of the pinned layer fixed in a specific direction. The first magnetic moment can be configured to switch between a plurality of stable magnetic states when a read current passes through the magnetic junction.

一実施形態によれば、前記格子不整合は4パーセントより低いことがあり得る。   According to one embodiment, the lattice mismatch can be lower than 4 percent.

一実施形態によれば、前記自由層膜及び前記被固定層膜の中の少なくとも1つは前記面内に配置され、前記面と垂直である(001)軸を有するAlMnを包含することができる。   According to an embodiment, at least one of the free layer film and the fixed layer film may include AlMn disposed in the plane and having a (001) axis perpendicular to the plane. .

一実施形態によれば、前記対称フィルターはGe、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを包含することができる。   According to one embodiment, the symmetric filter can include at least one of Ge, GaAs, and ZnSe.

一実施形態によれば、前記磁気接合スタックを提供することは、スペーサー層膜を形成することと、追加的な被固定層用追加的な被固定膜を形成することと、を含み、前記スペーサーは前記追加的な被固定層膜及び前記自由層膜の間に介在され、前記追加的な被固定層は前記第3磁気モーメントを有することができる。   According to one embodiment, providing the magnetic junction stack includes forming a spacer layer film and forming an additional pinned film for an additional pinned layer, the spacer Is interposed between the additional pinned layer film and the free layer film, and the additional pinned layer may have the third magnetic moment.

本発明の概念にしたがう磁気接合で自由層及び固定層の磁気モーメントは平面と垂直であり、<H>eff/H値は1であり得る。スピン偏極効率が向上されて、磁気接合の性能が増加され得る。本発明による磁気接合を含む磁気メモリ及び磁気素子は向上された性能を現わすことができる。 In the magnetic junction according to the concept of the present invention, the magnetic moment of the free layer and the fixed layer is perpendicular to the plane, and the <H> eff / H k value may be 1. The spin polarization efficiency can be improved and the performance of the magnetic junction can be increased. Magnetic memories and magnetic elements including magnetic junctions according to the present invention can exhibit improved performance.

従来の磁気トンネル接合を示す。1 shows a conventional magnetic tunnel junction. 磁気メモリ用磁気接合の例示的実施形態を示す。2 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory. 磁気接合の一実施形態による自由層及び/又は固定層で多数及び少数スピンチャンネルに対するバンド構造の例示的実施形態を示す。FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment of a band structure for a majority and minority spin channel with a free layer and / or a pinned layer according to one embodiment of a magnetic junction. 対称フィルターを通過する電荷キャリヤーの透過を、波動関数対称に基づいて示す例示的な実施形態を示す。6 illustrates an exemplary embodiment showing transmission of charge carriers through a symmetric filter based on wave function symmetry. 磁気接合で自由層及び固定層はスピンフィルター層によって優先的に伝送される対称を有するフェルミエネルギーでの状態を有する磁気メモリ用磁気接合の他の例示的実施形態を示す。FIG. 6 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory in which the free layer and the fixed layer have a state with Fermi energy having symmetry that is preferentially transmitted by the spin filter layer. 磁気メモリ用磁気接合のその他の例示的実施形態を示す。3 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory. 磁気メモリ用磁気接合のその他の例示的実施形態を示す。3 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory. 磁気メモリ用磁気接合のその他の例示的実施形態を示す。3 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory. 磁気メモリ用磁気接合のその他の例示的実施形態を示す。3 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory. 磁気メモリ用磁気接合のその他の例示的実施形態を示す。3 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction for a magnetic memory. 磁気メモリ用異種磁気接合のその他の例示的実施形態を図示する。Fig. 3 illustrates another exemplary embodiment of a heterogeneous magnetic junction for a magnetic memory. 磁気接合を使用する磁気メモリの例示的実施形態を示す。2 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic memory that uses magnetic junctions. 磁気メモリ用磁気トンネル接合の製造に関する方法の例示的実施形態を示す。2 illustrates an exemplary embodiment of a method for manufacturing a magnetic tunnel junction for a magnetic memory.

本発明はDARPAによって与えられた登録/契約番号HR0011−09−C−0023の米国政府の支援で行われた。米国政府は本発明に対する所定の権利を保有する。持分は米国政府のみによって公認される。   This invention was made with US government support under the registration / contract number HR0011-09-C-0023 awarded by DARPA. The US government has certain rights to the invention. Equity is authorized only by the US government.

本発明の例示的実施形態は磁気メモリのような磁気素子用磁気接合及びこの磁気接合を使用する素子に関連される。下の説明は当業者が本発明を製造及び使用し、本特許出願及びこれに必要であるものに関する内容を提供する。本明細書に記載された例示的実施形態、及び一般的な原理及び特性に対する多様な変形を容易に可能とすることができる。例示的実施形態は特定のの実施例で提供される方法及びシステムの側面で主に記述される。しかし、本発明の方法及びシステムは他の実施例で効果的に動作する。“例示的実施形態”、“一実施形態”、及び“他の実施形態”のような用語は複数の実施形態のみでなく、同一又は他の実施形態を意味することができる。実施形態は所定の要素を有するシステム及び/又は素子に関して開示される。しかし、本発明のシステム及び/又は素子は図示されたより多いか、或いは少ない要素を包含でき、本発明の範囲内でこれらの要素の配置及び種類に関する変形が可能であることができる。例示的実施形態は所定の段階を有する特定方法の文脈内で記述される。しかし、本発明の方法及びシステムは相異なる及び/又は追加的な段階を有する方法、及び例示的実施形態と一致しない他の順序、及び他の及び/又は追加的な段階を有する他の方法に対して効果的に実施することができる。本発明は図示された実施形態に制限されず、本明細書に記載された原理及び特性と一致する最広義の範囲に相当することができる。   Exemplary embodiments of the present invention relate to a magnetic junction for a magnetic element such as a magnetic memory and to an element using this magnetic junction. The following description provides content relating to the present patent application and what is needed for it to be made and used by those skilled in the art. Various modifications to the exemplary embodiments and general principles and characteristics described herein can be readily made possible. Exemplary embodiments are primarily described in terms of the methods and systems provided in the specific examples. However, the method and system of the present invention works effectively with other embodiments. Terms such as “exemplary embodiment”, “one embodiment”, and “other embodiments” may mean the same or other embodiments, as well as multiple embodiments. Embodiments are disclosed with respect to systems and / or elements having certain elements. However, the system and / or elements of the present invention can include more or fewer elements than shown, and variations in the arrangement and type of these elements can be made within the scope of the present invention. Exemplary embodiments are described within the context of a particular method having predetermined steps. However, the methods and systems of the present invention are different in methods having different and / or additional steps, and in other orders not consistent with the exemplary embodiments, and in other methods having other and / or additional steps. It can implement effectively with respect to it. The present invention is not limited to the illustrated embodiments, but can correspond to the broadest scope consistent with the principles and characteristics described herein.

磁気接合を提供するための方法及びシステムが開示される。本発明の及びシステムは自由層、対称フィルター、及び被固定層を包含することができる。自由層は書込み電流が磁気接合を通過する時、多数の安定な磁気状態の間をスイッチングすることができる第1磁気モーメントを有することができる。対称フィルターは第1対称を有する電荷キャリヤーを、他の対称を有する電荷キャリヤーより高い確率で通過させることができる。被固定層は特定方向に固定された第2磁気モーメントを有することができる。対称フィルターは自由層と被固定層との間に介在され得る。自由層及び被固定層の中の少なくとも1つは一スピンチャンネル内でフェルミ準位での第1対称の電荷キャリヤーを有し、他のスピンチャンネル内でフェルミ準位での第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、平面に置かれることができ、そしてこの平面と実質的に垂直になる非ゼロ磁気モーメント要素を有することができる。自由層及び/又は被固定層、及び対称フィルターは少なくとも1つの格子不整合を有することができるが、この格子不整合は7パーセントより小さいことができる。他の側面で、少なくとも1つの格子不整合は3又は4パーセントより小さいことがあり得る。その他の側面で、対称フィルターはGe、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを包含することができる。   A method and system for providing a magnetic junction is disclosed. The present system and system can include a free layer, a symmetric filter, and a pinned layer. The free layer can have a first magnetic moment that can switch between a number of stable magnetic states as the write current passes through the magnetic junction. Symmetric filters can pass charge carriers having a first symmetry with a higher probability than other charge carriers having a symmetry. The pinned layer may have a second magnetic moment fixed in a specific direction. A symmetric filter may be interposed between the free layer and the fixed layer. At least one of the free layer and the pinned layer has a first symmetric charge carrier at the Fermi level in one spin channel and a first symmetric charge carrier at the Fermi level in the other spin channel. Can be depleted, placed in a plane, and have a non-zero magnetic moment element that is substantially perpendicular to the plane. The free layer and / or pinned layer and the symmetric filter can have at least one lattice mismatch, but this lattice mismatch can be less than 7 percent. In other aspects, the at least one lattice mismatch can be less than 3 or 4 percent. In other aspects, the symmetric filter can include at least one of Ge, GaAs, and ZnSe.

本発明の例示的実施形態は所定の素子を有する特定磁気接合及び磁気メモリと関連されて開示されることができる。当業者は、本発明が他の及び/又は追加的な要素及び/又は本発明と一致しない特性を有する磁気接合及び磁気メモリに適用されることを容易に理解することができる。本発明の方法及びシステムは、スピン伝達現象に対する現在の理解と関連されて開示されることができる。したがって、当業者は、本発明の方法及びシステムの挙動に対する理論的な説明がスピン伝達に対する現在の理解に基づくことを容易に理解するはずである。また、当業者は、本発明の方法及びシステムが基板と特定の関係を有する構造に関連して開示されることを容易に理解するはずである。しかし、当業者は本発明の方法及びシステムが他の構造にも適用されることができることを容易に理解するはずである。その上に、本発明の方法及びシステムは合成型及び/又は単純型である所定の層に関連して開示されることができる。しかし、当業者はこの層が他の構造を有することを容易に理解するはずである。その上に、この方法及びシステムは特定の層を有する磁気接合に関して開示されることができる。しかし、当業者は、この方法及びシステムと一致しない追加的な及び/又は他の層を有する磁気接合が使用されることができることを容易に理解するはずである。その上に、特定要素が磁性、強磁性、及びフェリ磁性として開示されることができる。本明細書に使用された用語“磁性”は強磁性、フェリ磁性、又は類似の構造を包含することができる。したがって、本明細書に使用された“磁性”又は“強磁性”の用語は強磁性体及びフェリ磁性体を包含するが、これに制限されない。本発明の方法及びシステムは単一要素と関連されて開示されることができる。しかし、当業者は本発明の方法及びシステムが多重要素を有する磁性メモリに使用されることができることを理解できる。その上に、本明細書に使用された“面内で”の用語は実質的に磁気接合の1つ又はそれ以上の層内にあるか、又は層と平行なことを意味することができる。反対に“垂直”は磁気接合の1つ又はそれ以上の層と実質的に垂直である方向に該当することができる。   Exemplary embodiments of the present invention can be disclosed in connection with specific magnetic junctions and magnetic memories having predetermined elements. One skilled in the art can readily appreciate that the present invention applies to magnetic junctions and magnetic memories having other and / or additional elements and / or properties that are not consistent with the present invention. The method and system of the present invention can be disclosed in connection with the current understanding of the spin transfer phenomenon. Thus, those skilled in the art should readily understand that a theoretical explanation for the behavior of the method and system of the present invention is based on a current understanding of spin transfer. Those skilled in the art will also readily appreciate that the methods and systems of the present invention are disclosed in connection with structures having a particular relationship with the substrate. However, one of ordinary skill in the art should readily appreciate that the method and system of the present invention can be applied to other structures. Moreover, the method and system of the present invention can be disclosed in connection with certain layers that are synthetic and / or simple. However, those skilled in the art should readily understand that this layer has other structures. Moreover, the method and system can be disclosed for a magnetic junction having a particular layer. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that magnetic junctions with additional and / or other layers not consistent with this method and system can be used. In addition, specific elements can be disclosed as magnetic, ferromagnetic, and ferrimagnetic. As used herein, the term “magnetic” can include ferromagnetic, ferrimagnetic, or similar structures. Accordingly, the term “magnetic” or “ferromagnetic” as used herein includes, but is not limited to, ferromagnets and ferrimagnets. The method and system of the present invention can be disclosed in connection with a single element. However, those skilled in the art will appreciate that the method and system of the present invention can be used in magnetic memories having multiple elements. Moreover, the term “in-plane” as used herein can mean substantially within one or more layers of the magnetic junction or parallel to the layers. Conversely, “perpendicular” can correspond to a direction that is substantially perpendicular to one or more layers of the magnetic junction.

図2は磁気接合100の例示的実施形態を図示する。例えば、磁気接合100は磁気メモリに使用されることができるが、磁気メモリで電流はCPP方向に磁気接合100を通過して駆動されることができる。図2は実際のスケールにしたがって図示されておらず、磁気接合100の一部が省略され得る。磁気接合100は被固定層110、スピンフィルター120、及び自由層130を包含することができる。磁気接合100は他の層(図示せず)を包含することもあり得る。   FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of the magnetic junction 100. For example, the magnetic junction 100 can be used in a magnetic memory, where current can be driven through the magnetic junction 100 in the CPP direction. FIG. 2 is not illustrated according to an actual scale, and a portion of the magnetic junction 100 may be omitted. The magnetic junction 100 can include a pinned layer 110, a spin filter 120, and a free layer 130. The magnetic junction 100 may include other layers (not shown).

自由層130は可変である磁気モーメント131を有する磁気層であり得る。磁気モーメント131は両端に矢印を有するように図示されて、磁気モーメント131が方向を変化させることができることを現わす。書込み電流が磁気接合100を通過する時、磁気モーメント131は安定な磁気状態の間をスイッチングすることができる。したがって、図2に図示された実施形態で、スピン伝達トルクは自由層130の磁気モーメント131をスイッチングさせるように使用され得る。例えば、z軸方向に駆動する電流は、磁気モーメント131を被固定層110の磁気モーメント111に平行又は反平行であるようにスイッチングさせることができる。所定の実施形態で、自由層130は少なくとも1ナノメートル乃至10ナノメートルの厚さを有することができるが、これに制限されない。例えば単一の磁気モーメント131を有する単一層で図示されたが、自由層130は多重の強磁性及び/又は非磁性層を包含することができる。例えば、自由層130はRuのような1つ以上の薄膜を通じて反強磁性又は強磁性的に結合された磁気層を含む合成型の反強磁性体(以下、SAF)であり得る。又は、自由層130は1つ以上の補助層が磁性である多重層であり得る。又は、自由層130に対する他の構造が使用され得る。   The free layer 130 may be a magnetic layer having a magnetic moment 131 that is variable. The magnetic moment 131 is illustrated as having arrows at both ends, indicating that the magnetic moment 131 can change direction. When the write current passes through the magnetic junction 100, the magnetic moment 131 can switch between stable magnetic states. Thus, in the embodiment illustrated in FIG. 2, spin transfer torque can be used to switch the magnetic moment 131 of the free layer 130. For example, the current driven in the z-axis direction can be switched so that the magnetic moment 131 is parallel or antiparallel to the magnetic moment 111 of the fixed layer 110. In certain embodiments, the free layer 130 may have a thickness of at least 1 nanometer to 10 nanometers, but is not limited thereto. For example, although illustrated with a single layer having a single magnetic moment 131, the free layer 130 may include multiple ferromagnetic and / or nonmagnetic layers. For example, the free layer 130 may be a synthetic antiferromagnetic material (hereinafter referred to as SAF) including a magnetic layer antiferromagnetically or ferromagnetically coupled through one or more thin films such as Ru. Alternatively, the free layer 130 may be a multiple layer in which one or more auxiliary layers are magnetic. Alternatively, other structures for the free layer 130 can be used.

図示された実施形態で、自由層130は磁気モーメント131にしたがう磁化容易軸を有することができる。磁気モーメント131は磁化容易軸にしたがって安定であり得る。図示された例で、磁気モーメント131は面内の要素を有することができる。言い換えれば、磁気モーメント131は実質的に自由層130の平面内にある要素を有することができる。したがって、図示された実施形態で、磁気モーメント131はx−y平面に平行な要素を有することができる。加えて、磁気モーメント131は実質的に平面と垂直である要素を包含することができる。言い換えれば、自由層130の磁気モーメント131は図2のz軸に平行な要素を有することができる。所定の実施形態で、磁気モーメント131は平面と垂直であり得る。このような実施形態で、磁気モーメント131の面内の要素は0であり得る。このような実施形態で、自由層130はAlMnのような物質を包含することができる。このような実施形態で、自由層は平面と垂直である(100)軸を有するL1上のAlMnを包含することができる。他の実施形態で、自由層130はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the free layer 130 can have an easy axis that follows the magnetic moment 131. The magnetic moment 131 can be stable along the easy axis. In the example shown, the magnetic moment 131 can have in-plane elements. In other words, the magnetic moment 131 can have elements that are substantially in the plane of the free layer 130. Thus, in the illustrated embodiment, the magnetic moment 131 can have elements parallel to the xy plane. In addition, the magnetic moment 131 can include elements that are substantially perpendicular to the plane. In other words, the magnetic moment 131 of the free layer 130 can have an element parallel to the z-axis of FIG. In certain embodiments, the magnetic moment 131 can be perpendicular to the plane. In such an embodiment, the in-plane element of the magnetic moment 131 may be zero. In such an embodiment, the free layer 130 may include a material such as AlMn. In such embodiments, the free layer may include a AlMn on L1 0 with planar and are perpendicular (100) axis. In other embodiments, the free layer 130 can include MnGa and / or MnIn.

対称フィルター120はスピンフィルターであり得る。対称フィルター120は第1対称を有する電荷キャリヤーを他の対称を有する電荷キャリヤーより高い確率に伝送する層であり得る。伝送はトンネリングを通じて行われることができる。所定の実施形態で、対称フィルター120はただ第1対称を有する電荷キャリヤーをより高い確率に伝送することができる。他の対称はより低い伝送確率を有することができる。例えば、対称フィルター120は(100)集合組織(texture)を有する結晶質MgOであり得る。そのような層は100方向でΔ対称の波動関数を有する搬送電流を、他の対称の波動関数を有する搬送電流より高い確率に伝達することができる。したがって、対称フィルター120は第1対称を有する搬送電流を通過させるか、或いは他の対称を有する搬送電流を通過させないフィルターと類似の方式に機能することができる。他の実施形態で、他の物質が使用され得る。例えば、SrSnOが使用され得る。例えばトンネリング障壁として使われる絶縁体が対称フィルター120として使用されることが説明されたが、他の実施形態で他の電気的性質を有する物質が使用され得る。 Symmetric filter 120 may be a spin filter. Symmetric filter 120 may be a layer that transmits charge carriers having a first symmetry with a higher probability than other charge carriers having a symmetry. Transmission can take place through tunneling. In certain embodiments, the symmetric filter 120 can only transmit charge carriers having a first symmetry with a higher probability. Other symmetries can have a lower transmission probability. For example, the symmetric filter 120 may be crystalline MgO having a (100) texture. Such a layer can be transmitted to carrier current having a wave function of delta 1 symmetric 100 direction, the higher probability carrier current having a wave function of other symmetric. Accordingly, the symmetric filter 120 can function in a manner similar to a filter that passes a carrier current having a first symmetry or does not pass a carrier current having another symmetry. In other embodiments, other materials can be used. For example, SrSnO 3 can be used. For example, although it has been described that an insulator used as a tunneling barrier is used as the symmetric filter 120, materials having other electrical properties may be used in other embodiments.

被固定層110は特定方向に固定された磁気モーメント111を有することができる。例えば、磁気モーメント111はAFM層(図示せず)、硬磁性体(hard magnetic)(図示せず)、又は他のメカニズムを通じて固定され得る。図示された被固定層110は単一層であり、単一磁性層で構成される。例えば被固定層110が単一の磁性モーメント111を有する単一層に図示されるが、被固定層110は多重の層を包含することができる。例えば、被固定層110はRuのような1つ以上の薄膜を通じて反強磁性又は強磁性的に結合される磁気層を含むSAFであり得る。又は、被固定層110は1つ以上の補助層が磁性である他の多重層であり得る。被固定層110に対する他の構造が使用され得る。   The pinned layer 110 may have a magnetic moment 111 fixed in a specific direction. For example, the magnetic moment 111 can be pinned through an AFM layer (not shown), a hard magnetic (not shown), or other mechanism. The pinned layer 110 shown in the figure is a single layer and is composed of a single magnetic layer. For example, although the pinned layer 110 is illustrated as a single layer having a single magnetic moment 111, the pinned layer 110 can include multiple layers. For example, the pinned layer 110 may be a SAF that includes a magnetic layer that is antiferromagnetically or ferromagnetically coupled through one or more thin films such as Ru. Alternatively, the pinned layer 110 may be another multiple layer in which one or more auxiliary layers are magnetic. Other structures for the pinned layer 110 can be used.

図示された実施形態で、磁気モーメント111は面内要素を有するように固定され得る。言い換えれば、磁気モーメント111は実質的に被固定層110の平面内にある要素を有することができる。これによって、磁気モーメント111はx−y平面と平行な要素を有することができる。その上に、磁気モーメント111は実質的に平面と垂直である要素を有することができる。言い換えれば、磁気モーメント111は図2のz軸に平行な要素を有することができる。所定の実施形態で、磁気モーメント111は平面と垂直であり得る。そのような実施形態で、磁気モーメント111はゼロである面内要素を有することができる。そのような実施形態で、被固定層110はAlMnのような物質を包含することができる。そのような実施形態で、被固定層110は100方向を有するL1上のAlMnで構成されることができる。他の実施形態として、固定層110はMnGaを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the magnetic moment 111 can be fixed to have in-plane elements. In other words, the magnetic moment 111 can have elements that are substantially in the plane of the pinned layer 110. Thereby, the magnetic moment 111 can have an element parallel to the xy plane. In addition, the magnetic moment 111 can have elements that are substantially perpendicular to the plane. In other words, the magnetic moment 111 can have an element parallel to the z-axis of FIG. In certain embodiments, the magnetic moment 111 can be perpendicular to the plane. In such embodiments, the magnetic moment 111 can have in-plane elements that are zero. In such an embodiment, the pinned layer 110 may include a material such as AlMn. In such an embodiment, the pinned layer 110 may be composed of AlMn on L1 0 with 100 direction. In other embodiments, the pinned layer 110 may include MnGa.

自由層130及び/又は被固定層110は、これらの少なくとも1つが一スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター120によって伝送される対称性を有する電荷キャリヤーを有するように構成されることができる。その上に、自由層130及び被固定層110の中の少なくとも1つは、他スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称性を有する電荷キャリヤーが欠乏されることができる。この場合、自由層130及び/又は被固定層110は平面と垂直になる磁化131、111の要素を有することができる。例えば、自由層130及び/又は被固定層110は多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称性を有する電荷キャリヤーを有するが、少数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称性を有する電荷キャリヤーを有しないことができる。強磁性物質で、多数のスピンチャンネルは、それらのスピンが総磁化方向に整列された電子を有することができる。少数のスピンチャンネル電子は、多数のスピンチャンネル電子と反平行なそれらのスピンを有することができる。Δ対称を有する搬送電流を伝達する、(100)集合組織を有するMgOのような、対称フィルター120に対して、被固定層110及び/又は自由層130は多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位でのΔ対称の搬送電流を有することができる。しかし、少数のスピンチャンネルはΔ対称の搬送電流を有しないか、又はフェルミ準位から離れたΔ対称の搬送電流を有することができる。所定の実施形態で、このような性質を有する被固定層110及び/又は自由層130は平面と垂直である磁化を有することができる。 The free layer 130 and / or the pinned layer 110 can be configured such that at least one of them has a symmetric charge carrier transmitted by a symmetric filter 120 at the Fermi level in one spin channel. . In addition, at least one of the free layer 130 and the pinned layer 110 can be depleted of charge carriers having symmetry at the Fermi level in the other spin channel. In this case, the free layer 130 and / or the fixed layer 110 can have elements of magnetizations 131 and 111 that are perpendicular to the plane. For example, the free layer 130 and / or the pinned layer 110 have charge carriers that have symmetry at the Fermi level in a number of spin channels, but charges that have symmetry at the Fermi level in a few spin channels. Can have no carrier. With ferromagnetic materials, multiple spin channels can have electrons whose spins are aligned in the total magnetization direction. A few spin channel electrons can have their spins antiparallel to the majority spin channel electrons. For a symmetrical filter 120, such as MgO with a (100) texture, that carries a carrier current with Δ 1 symmetry, the pinned layer 110 and / or the free layer 130 are Fermi levels in multiple spin channels. It may have carrier current of delta 1 symmetric with. However, a small number of spin channels may not have a Δ 1 symmetric carrier current, or may have a Δ 1 symmetric carrier current away from the Fermi level. In certain embodiments, the pinned layer 110 and / or the free layer 130 having such properties may have a magnetization that is perpendicular to the plane.

例えば、L1上及び100方向のAlMnを含む被固定層110及び/又は自由層130は垂直磁気モーメントを有し、フェルミ準位での所定の対称を有することが明らかになった。より詳細に、被固定層110が平面と垂直である(100)軸を有する、L1上の、AlMnを包含すれば、固定層100は平面と垂直になる磁気モーメント111を有することができる。その上に、被固定層110は多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位でのΔ対称を有する電荷キャリヤーを有する。多数のスピンチャンネルに対してΔ対称を有する電荷キャリヤーは、被固定層110を通過する電流をより良く運搬することができる。そのような組成及び構造を有する被固定層110は、少数のスピンチャンネルで(001)方向でΔ対称を有する電荷キャリヤーを有しない。例示的実施形態にしたがうそのような層のバンド構造160が図3に図示される。しかし、図示されたエネルギーバンドは単なる例示的な目的のみであり、そのような物質のバンド構造を正確に反映しようとする意図ではない。バンド構造に示したように、多数のスピンチャンネルはフェルミ準位でΔ対称の電荷キャリヤーを有することができる。Δ対称の電荷キャリヤーは被固定層110を通じて電流を伝達することができる。同一の結晶構造及び組成を有する自由層130は類似の特性を有することができる。同様に、被固定層110及び/又は自由層130はMnGaを包含でき、先に説明したことと類似の特性を有することができる。 For example, the pinned layer 110 and / or the free layer 130 includes an L1 0 above and 100 the direction of AlMn have perpendicular magnetic moments, was found to have a predetermined symmetry at the Fermi level. More specifically, having the pinned layer 110 is perpendicular to the plane (100) axis, on L1 0, if encompass AlMn, fixed layer 100 may have a magnetic moment 111 of the plane perpendicular. In addition, the pinned layer 110 has charge carriers having Δ 1 symmetry at the Fermi level in a number of spin channels. Charge carriers having Δ 1 symmetry for multiple spin channels can better carry current through the pinned layer 110. The pinned layer 110 having such a composition and structure does not have charge carriers having Δ 1 symmetry in the (001) direction with a small number of spin channels. Such a layered band structure 160 according to an exemplary embodiment is illustrated in FIG. However, the energy bands shown are for exemplary purposes only and are not intended to accurately reflect the band structure of such materials. As shown in the band structure, a large number of spin channels can have charge carriers that are Δ 1 symmetric at the Fermi level. The Δ 1 symmetric charge carriers can carry current through the pinned layer 110. Free layers 130 having the same crystal structure and composition can have similar characteristics. Similarly, the pinned layer 110 and / or the free layer 130 can include MnGa and have similar properties as described above.

被固定層110及び/又は自由層130はスピンフィルター120と共に使用され得る。スピンフィルター120はΔ対称を有する電荷キャリヤーに対して高い伝送確率を有し、他の対称の波動関数を有する電荷キャリヤーに対して低い伝送確率を有することができる。したがって、電荷キャリヤーに対するすべての波動関数が絶縁対称フィルターで減衰されることと予想されても、Δ波動関数はより遅く減衰されることができる。伝送及び反射の観点で、Δ対称を有する電荷キャリヤーは、他の対称性の波動関数を有する電子より高い確率に伝送され得る。伝送されない電荷キャリヤーは反射され得る。例えば、(100)方向を有するMgOは特定のΔ対称を有する波動関数の電子を、他の対称性を有する波動関数の電子より高い確率に伝送しようとする傾向がある。図4は他の対称性の状態と比較して、MgOでのΔ波動関数の相対的に遅い減衰を示す。多数のスピンチャンネルはフェルミ準位でのΔ対称を有しているので、被固定層110及び自由層130内でのフェルミ準位からの多数の電荷キャリヤーはスピンフィルター120を通過して伝送されやすいことがある。結果的に、高い水準のスピン分極が行われ得る。したがって、スピントルク誘導遷移の効率が向上され、臨界電流が減少され得る。この方式で、磁気接合100は従来の磁気接合(図1の10)と類似の方式に機能するが、従来の磁気接合(図1の10)は多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位でのΔ電子を有し、少数のスピンチャンネル内でフェルミ準位でのΔ電子を有しないCoFeを使用することができる。 The pinned layer 110 and / or the free layer 130 may be used with the spin filter 120. The spin filter 120 may have a high transmission probability for charge carriers having Δ 1 symmetry and a low transmission probability for charge carriers having other symmetric wave functions. Thus, even though all wave functions for charge carriers are expected to be attenuated by the insulating symmetric filter, the Δ 1 wave function can be attenuated more slowly. In terms of transmission and reflection, charge carriers with Δ 1 symmetry can be transmitted with higher probability than electrons with other symmetric wave functions. Charge carriers that are not transmitted can be reflected. For example, there is a tendency to be transmitted (100) the electron wave function having a MgO certain delta 1 symmetric with direction, a higher probability than the electron wave function with other symmetries. FIG. 4 shows the relatively slow decay of the Δ 1 wavefunction in MgO compared to other symmetric states. Since many spin channels have Δ 1 symmetry at the Fermi level, many charge carriers from the Fermi level in the pinned layer 110 and the free layer 130 are transmitted through the spin filter 120. May be easy. As a result, a high level of spin polarization can be performed. Therefore, the efficiency of the spin torque induced transition can be improved and the critical current can be reduced. In this manner, the magnetic junction 100 functions in a manner similar to the conventional magnetic junction (10 in FIG. 1), but the conventional magnetic junction (10 in FIG. 1) has a Δ at the Fermi level in a number of spin channels. has one electron, it may be used CoFe no delta 1 electrons at the Fermi level in a small number of spin channels.

さらに、自由層130及び/又は被固定層110にAlMnのような物質を使用する場合、磁気モーメント111、131は平面と垂直であり得る。したがって、AlMnの使用で、<H>eff/Hの値は1又は1に近似であり得る。この特性は臨界電流をさらに減少させ得る。その結果、磁気接合100の性能が向上され得る。したがって、磁気接合100は、向上された性能を有する、STT−RAMのような磁気メモリに使用され得る。磁気接合100の他の用途を可能とすることができる。 Furthermore, when using a material such as AlMn for the free layer 130 and / or the pinned layer 110, the magnetic moments 111 and 131 may be perpendicular to the plane. Thus, with the use of AlMn, the value of <H> eff / H k can be close to 1 or 1. This property can further reduce the critical current. As a result, the performance of the magnetic junction 100 can be improved. Thus, the magnetic junction 100 can be used in a magnetic memory, such as an STT-RAM, with improved performance. Other uses of the magnetic junction 100 may be possible.

さらに、対称フィルター120は被固定層110及び/又は自由層130に対して付加的な特性を有することができる。所定の実施形態で、対称フィルター120に隣接する被固定層110及び自由層130の間の格子不整合が低くなり得る。一例として、対称フィルター120と層110及び/又は130との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。他の例として、対称フィルター120と層110及び/又は130との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。格子不整合は隣接する層の格子構造の差異である。したがって、格子不整合は層の格子パラメーター及び集合組織(texture)の両方に依存することができる。より小さい格子不整合は、磁気層110及び/又は130が望ましい磁気異方性を有する確率を増加させ得る。所定の実施形態で、MgO(001)はL1のAlMnと少なくとも7パーセントの格子不整合を有することができる。所定の実施形態で、より大きい格子不整合は他の磁気異方性を有する被固定層110及び/又は自由層130を惹起させることができる。このような格子不整合に誘導された磁気異方性は、被固定層110及び/又は自由層130の面内磁気モーメントをもたらすことができる。所定の実施形態で、これは望ましくないこともあり得る。その上に、所定の場合には。格子不整合はバンド構造に不利な影響を及ぼすことができる。これは搬送電流の分極を減少させるが、これは望ましくないこともあり得る。したがって、望ましい磁気異方性及び/又はスピン分極を有するように、減少された格子不整合が要求され得る。例えば、被固定層110及び/又は自由層130はより高い垂直磁気異方性及び面垂直磁気モーメントを有することができる。同様に、被固定層110及び/又は自由層130は多数のスピンチャンネル内でさらに多い電子を有し、他のスピンチャンネル内でさらに少ない電子を有することができる(又は他のスピンチャンネル内で電子を有さないことができる)。 In addition, the symmetric filter 120 may have additional characteristics with respect to the fixed layer 110 and / or the free layer 130. In certain embodiments, the lattice mismatch between the pinned layer 110 and the free layer 130 adjacent to the symmetric filter 120 may be low. As an example, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 and the layers 110 and / or 130 can be lower than 7 percent. As another example, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 and the layers 110 and / or 130 can be lower than 3 or 4 percent. Lattice mismatch is a difference in the lattice structure of adjacent layers. Thus, the lattice mismatch can depend on both the lattice parameters of the layer and the texture. Smaller lattice mismatches can increase the probability that the magnetic layers 110 and / or 130 have the desired magnetic anisotropy. In certain embodiments, MgO (001) can have at least 7 percent of the lattice mismatch with the AlMn of L1 0. In certain embodiments, larger lattice mismatches can cause pinned layer 110 and / or free layer 130 with other magnetic anisotropy. Such a magnetic anisotropy induced by lattice mismatch can lead to an in-plane magnetic moment of the pinned layer 110 and / or the free layer 130. In certain embodiments, this may not be desirable. On top of that, in a given case. Lattice mismatch can adversely affect the band structure. This reduces the polarization of the carrier current, which may be undesirable. Thus, reduced lattice mismatch can be required to have the desired magnetic anisotropy and / or spin polarization. For example, the pinned layer 110 and / or the free layer 130 may have a higher perpendicular magnetic anisotropy and a plane perpendicular magnetic moment. Similarly, pinned layer 110 and / or free layer 130 may have more electrons in multiple spin channels and fewer electrons in other spin channels (or electrons in other spin channels). Can not have).

減少された格子不整合は多数の方法によってなされ得る。所定の実施形態によれば、対称フィルター120の格子は収縮又は拡張されて、被固定層110及び/又は自由層130の格子に近接することができる。例えば、対称フィルター120に使用されるMgOの格子パラメーターは、被固定層110及び/又は自由層130に使用される物質(例えば、AlMn L1)の格子パラメーターより大きくなり得る。したがって、対称フィルター120の格子は収縮されることが望ましいことがある。所定の実施形態によれば、これは対称フィルター120にGe、GaAs、ZnSeを使用するか、或いは、又はMgOの格子パラメーターより小さい格子パラメーターを有する他の対称フィルターを使用して遂行できる。対称フィルター120の格子パラメーターは、被固定層110及び/又は自由層130に使用されるAlMn L1及び/又は他の物質の格子パラメーターに近接することができる。対称フィルター120と被固定層110及び/又は自由層130との間に発生された格子不一致は、7パーセントより小さいことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター120と被固定層110及び/又は自由層130との間に発生された格子不一致は、3又は4パーセントより小さいことがあり得る。したがって、対称フィルター120に使用される物質の格子は、被固定層110及び/又は自由層130に使用される物質の格子に近接するように収縮されることができる。他の実施形態で、被固定層110及び/又は自由層130の格子は拡張され得る。所定の実施形態によれば、これは、被固定層110及び/又は自由層130に使用されるAlMn又は他の物質の格子パラメーターを増加させることができるドーピング又は他のメカニズムを通じて遂行できる。他の実施形態で、他の物質が被固定層110及び/又は自由層130に使用され得る。例えば、MnGa及び/又はMnInが使用され得る。しかし、格子をより近くに一致させるように使用されるメカニズムは、被固定層110及び自由層130の磁気特性に過度に干渉しないことが望ましいことがある。 Reduced lattice mismatch can be done in a number of ways. According to certain embodiments, the grating of the symmetric filter 120 can be contracted or expanded to come close to the grating of the fixed layer 110 and / or the free layer 130. For example, the lattice parameter of MgO used for the symmetric filter 120 may be larger than the lattice parameter of the material used for the pinned layer 110 and / or the free layer 130 (eg, AlMn L1 0 ). Accordingly, it may be desirable for the grating of the symmetric filter 120 to be contracted. According to certain embodiments, this can be accomplished using Ge, GaAs, ZnSe for the symmetric filter 120, or other symmetric filter having a lattice parameter smaller than that of MgO. Lattice parameters of the symmetric filter 120 may be close to the lattice parameters of the AlMn L1 0 and / or other materials used in the fixed layer 110 and / or the free layer 130. The lattice mismatch generated between the symmetric filter 120 and the pinned layer 110 and / or the free layer 130 can be less than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch generated between the symmetric filter 120 and the pinned layer 110 and / or the free layer 130 can be less than 3 or 4 percent. Accordingly, the lattice of material used for the symmetric filter 120 can be contracted to be close to the lattice of material used for the fixed layer 110 and / or the free layer 130. In other embodiments, the lattice of the pinned layer 110 and / or the free layer 130 can be expanded. According to certain embodiments, this can be accomplished through doping or other mechanisms that can increase the lattice parameters of AlMn or other materials used in the pinned layer 110 and / or the free layer 130. In other embodiments, other materials may be used for the pinned layer 110 and / or the free layer 130. For example, MnGa and / or MnIn can be used. However, it may be desirable that the mechanism used to match the lattice closer does not unduly interfere with the magnetic properties of the pinned layer 110 and the free layer 130.

図5は磁気メモリ用磁気接合100’の他の例示的実施形態を示す。図5は実際のスケールではないことがある。磁気接合100’は図2に図示された磁気接合100と類似の要素を包含することができる。これによって、類似の要素は類似の参照番号を付する。磁気接合100’は被固定層110、対称フィルター120、及び自由層130と各々類似の被固定層110’、対称フィルター120’、及び自由層130’を含む。また、シード層102、固定層104、及びキャッピング層106が図示される。他の実施形態によれば、シード層102、固定層104、及びキャッピング層106は省略され得る。コンタクト(図示せず)が望む方向に電流を駆動するように提供され得る。シード層102は固定層104に対して望む結晶構造のテンプレートを提供するように使用され得る。固定層104はAFM層、硬磁性体(hard magnet)、又は被固定層110’の磁化を固定するのに使用される他の物質を包含することができる。   FIG. 5 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic memory magnetic junction 100 '. FIG. 5 may not be an actual scale. Magnetic junction 100 'may include elements similar to magnetic junction 100 illustrated in FIG. Thus, similar elements are given similar reference numbers. The magnetic junction 100 ′ includes a pinned layer 110, a symmetric filter 120, and a free layer 130, a pinned layer 110 ′, a symmetric filter 120 ′, and a free layer 130 ′, respectively. Also shown are a seed layer 102, a pinned layer 104, and a capping layer 106. According to other embodiments, seed layer 102, pinned layer 104, and capping layer 106 may be omitted. Contacts (not shown) can be provided to drive the current in the desired direction. Seed layer 102 may be used to provide a template of the desired crystal structure for pinned layer 104. The pinned layer 104 can include an AFM layer, a hard magnet, or other material used to pin the magnetization of the pinned layer 110 '.

図示された実施形態で、被固定層110’の磁気モーメント111’及び自由層130’の磁気モーメント131’は面と垂直であり得る。被固定層110’及び自由層130’の両方は、これら各々が多数のスピンチャンネルのような第1スピンチャンネル内でフェルミ準位でより高い確率に対称フィルター120によって伝送される対称の電荷キャリヤーを有するように構成されることができる。所定の実施形態で、被固定層110’及び自由層130’の中の少なくとも1つは他のスピンチャンネル(例えば、少数のスピンチャンネル)で、フェルミ準位で対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、被固定層110’及び自由層130’の両方は、AlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造及び面と垂直である(100)軸を有することができる。そのような物質は多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位でのΔ電子を有するが、少数のスピンチャンネル内で(100)方向でのΔ電子を有しないこともあり得る。その上に、MgO又はSrSnOがスピンフィルター120’として使用されることができるが、MgOは(100)集合組織を有する。所定の実施形態で、対称フィルター120’と層110’及び/又は130’との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター120’と層110’及び/又は130’との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、対称フィルター120’はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。被固定層110’及び/又は自由層130’はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the magnetic moment 111 ′ of the pinned layer 110 ′ and the magnetic moment 131 ′ of the free layer 130 ′ can be perpendicular to the plane. Both the pinned layer 110 'and the free layer 130' each have a symmetric charge carrier that is transmitted by the symmetric filter 120 with a higher probability at the Fermi level, each within a first spin channel, such as multiple spin channels. Can be configured to have. In certain embodiments, at least one of the pinned layer 110 ′ and the free layer 130 ′ is another spin channel (eg, a small number of spin channels) and lacks Fermi level symmetric charge carriers. Can do. For example, both of the fixed layer 110 'and the free layer 130', can encompass AlMn, AlMn may have a vertical and L1 0 crystalline structure and surface (100) axis. Such materials have Δ 1 electrons at the Fermi level in a large number of spin channels, but may not have Δ 1 electrons in the (100) direction in a small number of spin channels. Furthermore, MgO or SrSnO 3 can be used as the spin filter 120 ′, but MgO has a (100) texture. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 ′ and the layers 110 ′ and / or 130 ′ can be lower than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 ′ and the layers 110 ′ and / or 130 ′ can be lower than 3 or 4 percent. For example, the symmetric filter 120 ′ can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. The fixed layer 110 ′ and / or the free layer 130 ′ may include MnGa and / or MnIn.

磁気接合100’は磁気接合100の利点を共有することができる。磁気モーメント111’及び131’が面と垂直であるので、<H>eff/H値は1であり得る。また、スピン分極効率が向上され得る。磁気接合100’の性能が向上され得る。 The magnetic junction 100 ′ can share the advantages of the magnetic junction 100. Since the magnetic moments 111 ′ and 131 ′ are perpendicular to the surface, the <H> eff / H k value can be 1. Also, the spin polarization efficiency can be improved. The performance of the magnetic junction 100 ′ can be improved.

図6は磁気メモリ用磁気接合100”に対するその他の例示的実施形態を示す。図6は実際スケールではないことがあり得る。磁気接合100”は先に説明した磁気接合100、100’と類似の要素を包含することができる。したがって、類似の要素は類似の参照番号を付ける。磁気接合100”は被固定層110、110’、対称フィルター120、120’、及び自由層130、130’と各々類似の被固定層100”、対称フィルター120”、及び自由層130”を含む。また、シード層102’、固定層104’、及びキャッピング層106’が図示される。他の実施形態によれば、シード層102’、固定層104’、及びキャッピング層106’は省略され得る。シード層102’は固定層104’に対して望ましい結晶構造のテンプレートを提供するように使用され得る。固定層104’はAFM層、硬磁性体、又は固定層110”の磁化を固定するのに使用される他の物質を包含することができる。コンタクト(図示せず)が望む方向に電流を駆動するように提供され得る。   FIG. 6 shows another exemplary embodiment for a magnetic memory magnetic junction 100 ″. FIG. 6 may not actually be a scale. The magnetic junction 100 ″ is similar to the magnetic junction 100, 100 ′ described above. Can contain elements. Thus, similar elements bear similar reference numbers. The magnetic junction 100 "includes a pinned layer 110", a symmetric filter 120 ", and a free layer 130" similar to the pinned layers 110, 110 ', symmetric filters 120, 120', and free layers 130, 130 ', respectively. Also shown are a seed layer 102 ', a fixed layer 104', and a capping layer 106 '. According to other embodiments, the seed layer 102 ', the pinned layer 104', and the capping layer 106 'may be omitted. The seed layer 102 'can be used to provide a template of the desired crystal structure for the pinned layer 104'. The pinned layer 104 ′ may include an AFM layer, a hard magnetic material, or other material used to pin the magnetization of the pinned layer 110 ″. A contact (not shown) drives the current in the desired direction. Can be provided.

図示された実施形態で、自由層130”の磁気モーメント131”は面と垂直であり得る。また、自由層130”は多数のスピンチャンネルのような第1スピンチャンネル内でフェルミ準位でのより高い確率に対称フィルター120”によって伝送される対称電荷キャリヤーを有することができる。所定の実施形態で、自由層130”は少数のスピンチャンネルのような他のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、自由層130”はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。その上に、MgO又はSrSnOがスピンフィルター120”として使用されることができるが、MgOは(100)集合組織を有する。被固定層110”は他の磁気物質を包含することができる。例えば、被固定層110”はbcc(001)Fe、bcc(001)Co、及び/又はbcc(001)FeCoを包含することができる。所定の実施形態で、被固定層110”は面と垂直である磁化(図示せず)を有することができる。しかし、他の方向も可能とすることができる。所定の実施形態で、対称フィルター120”と層110”及び/又は130”との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター120”と層110”、130”との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、対称フィルター120”はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。被固定層110”及び/又は自由層130”はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the magnetic moment 131 "of the free layer 130" can be perpendicular to the plane. Also, the free layer 130 "can have symmetric charge carriers that are transmitted by the symmetric filter 120" to a higher probability at the Fermi level in a first spin channel, such as multiple spin channels. In certain embodiments, the free layer 130 "can be depleted of symmetric charge carriers at the Fermi level in other spin channels, such as a small number of spin channels. For example, the free layer 130" can contain AlMn. may include but, AlMn has L1 0 crystal structure, it may have a surface and a vertical (100) axis. In addition, MgO or SrSnO 3 can be used as the spin filter 120 ″, but MgO has a (100) texture. The pinned layer 110 ″ can include other magnetic materials. For example, the pinned layer 110 "can include bcc (001) Fe, bcc (001) Co, and / or bcc (001) FeCo. In certain embodiments, the pinned layer 110" is perpendicular to the plane. Can have a magnetization (not shown). However, other directions can be possible. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 "and the layers 110" and / or 130 "may be less than 7 percent. In certain embodiments, the symmetric filter 120" and the layers 110 ". , 130 ″ can be less than 3 or 4 percent. For example, the symmetric filter 120 "can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. The pinned layer 110" and / or the free layer 130 "can include MnGa and / or MnIn.

磁気接合100”は磁気接合100、100’の利点を共有することができる。例えば、磁気モーメント131”は面と垂直であり、<H>eff/H値は1であり得る。その上に、スピン分極効率が向上され得る。磁気接合100”の性能が向上され得る。 Magnetic junction 100 "may share the benefits of the magnetic junction 100, 100 '. For example, the magnetic moment 131" is the plane perpendicular may be <H> eff / H k value is 1. In addition, the spin polarization efficiency can be improved. The performance of the magnetic junction 100 "can be improved.

図7は磁気メモリ用磁気接合100’’’を図示する。図7は実際のスケールではないことがあり得る。磁気接合100’’’は磁気接合100、100’、100”と類似の要素を包含することができる。したがって、類似の要素は類似の参照番号を付ける。磁気接合100’’’は被固定層110、110’、110”、対称フィルター120、120’、120”、及び自由層130、130’、130”と各々類似の被固定層100’’’、対称フィルター120’’’、及び自由層130’’’を包含することができる。シード層102”、固定層104”、及びキャッピング層106”が図示される。他の実施形態によれば、シード層102”、固定層104”、及びキャッピング層106”は省略され得る。シード層102”は固定層104”に対して望ましい結晶構造のテンプレートを提供するように使用され得る。固定層104”はAFM層、硬磁性体(hard magnet)、又は固定層110’’’の磁化を固定するのに使用される他の物質を包含することができる。さらに、コンタクト(図示せず)が提供されて、望む方向へ電流を駆動することができる。   FIG. 7 illustrates a magnetic junction 100 "" for a magnetic memory. FIG. 7 may not be an actual scale. The magnetic junction 100 '' 'can include elements similar to the magnetic junction 100, 100', 100 ". Accordingly, similar elements bear similar reference numbers. The magnetic junction 100 '' 'is a pinned layer. 110, 110 ′, 110 ″, symmetric filters 120, 120 ′, 120 ″, and free layers 130, 130 ′, 130 ″, fixed layers 100 ′ ″, symmetric filters 120 ′ ″, and free layers, respectively. 130 '' 'can be included. Seed layer 102 ", pinned layer 104", and capping layer 106 "are illustrated. According to other embodiments, seed layer 102", pinned layer 104 ", and capping layer 106" may be omitted. The seed layer 102 "can be used to provide a template of the desired crystal structure for the pinned layer 104". The pinned layer 104 "can include an AFM layer, a hard magnet, or other material used to pin the magnetization of the pinned layer 110" '. In addition, contacts (not shown). ) Can be provided to drive the current in the desired direction.

図示された実施形態で、被固定層110’’’の磁気モーメント111’’’は面と垂直であり得る。また、被固定層110’’’は多数のスピンチャンネルのような第1スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター120’’’によって伝送される対称電荷キャリヤーを有することができる。所定の実施形態で、被固定層110’’’は少数のスピンチャンネルのような他のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称である電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、被固定層110’’’はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。その上に、MgO又はSrSnOがスピンフィルター120’’’として使用されることができるが、MgOは(100)集合組織を有する。自由層130’’’は他の磁気物質を包含することができる。例えば、自由層130’’’はbcc(001)Fe、bcc(001)Co、及び/又はbcc(001)FeCoを包含することができる。図示された実施形態で、自由層130’’’は面と垂直である磁化を有することができる。しかし、他の方向も可能である。所定の実施形態で、対称フィルター120’’’と層110’’’、130’’’との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター120’’’と層110’’’、130’’’との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、対称フィルター120’’’はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。被固定層110’’’及び/又は自由層130’’’はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the magnetic moment 111 ′ ″ of the pinned layer 110 ′ ″ can be perpendicular to the plane. The pinned layer 110 ′ ″ can also have symmetric charge carriers transmitted by a symmetric filter 120 ′ ″ at the Fermi level in a first spin channel, such as a number of spin channels. In certain embodiments, the pinned layer 110 '''can be depleted of charge carriers that are symmetric at the Fermi level within other spin channels, such as a small number of spin channels. For example, although the pinned layer 110 '''may include a AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, it may have a surface and a vertical (100) axis. Furthermore, MgO or SrSnO 3 can be used as the spin filter 120 ′ ″, but MgO has a (100) texture. The free layer 130 '''can include other magnetic materials. For example, the free layer 130 '''can include bcc (001) Fe, bcc (001) Co, and / or bcc (001) FeCo. In the illustrated embodiment, the free layer 130 '''can have a magnetization that is perpendicular to the plane. However, other directions are possible. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 ′ ″ and the layers 110 ′ ″, 130 ′ ″ can be lower than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 120 ′ ″ and the layers 110 ′ ″, 130 ′ ″ can be lower than 3 or 4 percent. For example, the symmetric filter 120 ′ ″ can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. The fixed layer 110 ′ ″ and / or the free layer 130 ′ ″ may include MnGa and / or MnIn.

磁気接合100’’’は磁気接合100、100’、100”の利点を共有することができる。磁気モーメント111’’’は面と垂直であるので、<H>eff/H値は1であり得る。その上に、スピン分極効率が向上され得る。磁気接合100’’’の性能が向上され得る。 The magnetic junction 100 ′ ″ can share the advantages of the magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″. Since the magnetic moment 111 ′ ″ is perpendicular to the plane, the <H> eff / H k value is 1. In addition, the spin polarization efficiency can be improved and the performance of the magnetic junction 100 '''can be improved.

図8は磁気メモリ用磁気接合200のその他の例示的実施形態を図示する。図8は実際のスケールではないことがあり得る。磁気接合200は磁気接合100、100’と類似の要素を包含することができる。したがって、類似の要素は類似の参照番号を付ける。磁気接合100’’’は被固定層110、110’、対称フィルター120、120’、及び自由層130、130’と各々類似の被固定層210、対称フィルター220、及び自由層230を含む。また、シード層102、固定層104、及びキャッピング層106と各々類似のシード層202、固定層204、及びキャッピング層206が図示される。他の実施形態によれば、シード層202、固定層204、及びキャッピング層206は省略され得る。コンタクト(図示せず)が望む方向に電流を駆動するように提供され得る。   FIG. 8 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic junction 200 for a magnetic memory. FIG. 8 may not be an actual scale. Magnetic junction 200 can include elements similar to magnetic junction 100, 100 '. Thus, similar elements bear similar reference numbers. The magnetic junction 100 ″ ″ includes a pinned layer 110, 110 ′, a symmetric filter 120, 120 ′, and a free layer 130, 130 ′ similar to the pinned layer 210, a symmetric filter 220, and a free layer 230, respectively. Also shown are seed layer 202, pinned layer 204, and capping layer 206, which are similar to seed layer 102, pinned layer 104, and capping layer 106, respectively. According to other embodiments, seed layer 202, pinned layer 204, and capping layer 206 may be omitted. Contacts (not shown) can be provided to drive the current in the desired direction.

図示された実施形態で、被固定層210及び自由層230はSAFであり得る。したがって、被固定層210は非磁性スペーサー層214によって分離された強磁性層212、216を含む。同様に、自由層230は、非磁性スペーサー層234によって分離された強磁性層232、236を含む。スペーサー層214、234はRuを包含することができる。図示された実施形態で、被固定層210の磁気モーメント211、215及び自由層230の磁気モーメント231、235は面と垂直である。その上に、被固定層210及び自由層230の全ては、それらの各々が多数のスピンチャンネルのような一スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター220によって伝送される対称の電荷キャリヤーを有するように構成される。所定の実施形態で、被固定層210及び自由層230の中の少なくとも1つは、少数のスピンチャンネルのような他スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、被固定層210の強磁性層212、216及び自由層230の強磁性層232、236の両方は、AlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。しかし、そのような実施形態で、スペーサー層214、234は強磁性層212、216の間で、そして強磁性層232、236の間で反磁性カップリングを可能にすることができる。その上に、スペーサー214、234は、強磁性層216、236の望ましい結晶構造及び集合配列に適合な成長テンプレートを提供することができる。その上に、MgO又はSrSnOがスピンフィルター220として使用されることができるが、MgOは(100)集合配列を有する。所定の実施形態で、対称フィルター220と強磁性層216及び/又は232との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター220と強磁性層216及び/又は232との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、対称フィルター220はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。強磁性層232及び/又は216はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the pinned layer 210 and the free layer 230 may be SAF. Therefore, the pinned layer 210 includes ferromagnetic layers 212 and 216 separated by the nonmagnetic spacer layer 214. Similarly, the free layer 230 includes ferromagnetic layers 232, 236 separated by a nonmagnetic spacer layer 234. The spacer layers 214, 234 can include Ru. In the illustrated embodiment, the magnetic moments 211 and 215 of the pinned layer 210 and the magnetic moments 231 and 235 of the free layer 230 are perpendicular to the plane. In addition, the pinned layer 210 and the free layer 230 all have symmetric charge carriers, each of which is transmitted by the symmetric filter 220 at the Fermi level within one spin channel, such as multiple spin channels. Configured as follows. In certain embodiments, at least one of the pinned layer 210 and the free layer 230 can be depleted of symmetric charge carriers at the Fermi level in other spin channels, such as a few spin channels. . For example, both of the ferromagnetic layers 232 and 236 of the ferromagnetic layers 212, 216 and the free layer 230 of the pinned layer 210, can encompass AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, perpendicular to the surface Can have a (100) axis. However, in such embodiments, the spacer layers 214, 234 can allow diamagnetic coupling between the ferromagnetic layers 212, 216 and between the ferromagnetic layers 232, 236. In addition, the spacers 214, 234 can provide a growth template that is compatible with the desired crystal structure and aggregate arrangement of the ferromagnetic layers 216, 236. In addition, MgO or SrSnO 3 can be used as the spin filter 220, but MgO has a (100) aggregate arrangement. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 220 and the ferromagnetic layers 216 and / or 232 can be lower than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 220 and the ferromagnetic layers 216 and / or 232 can be lower than 3 or 4 percent. For example, the symmetric filter 220 can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. The ferromagnetic layers 232 and / or 216 can include MnGa and / or MnIn.

図9は磁気メモリ用磁気接合200’を図示する。図9は実際スケールではないことがあり得る。磁気接合200’は磁気接合100、100’、200と類似の要素を包含することができる。したがって、類似の要素は類似の参照番号を付する。磁気接合200’は被固定層110、110’、210、対称フィルター120、120’、220、及び自由層130、130’、230と各々類似の被固定層210’、対称フィルター220’、及び自由層230’を包含することができる。また、シード層202’、固定層204’、及びキャッピング層206’が図示される。他の実施形態で、シード層202’、固定層204’、及びキャッピング層206’は省略され得る。シード層202’は固定層204’に対して望む結晶構造のテンプレートを提供するように使用され得る。固定層204’はAFM層、硬磁性体、又は被固定層210’の磁化を固定するのに使用される他の物質を包含することができる。また、コンタクト(図示せず)が望む方向に電流を駆動するように提供され得る。   FIG. 9 illustrates a magnetic junction 200 'for a magnetic memory. FIG. 9 may not actually be a scale. The magnetic junction 200 ′ can include elements similar to the magnetic junction 100, 100 ′, 200. Accordingly, like elements are given like reference numerals. The magnetic junction 200 ′ includes fixed layers 110, 110 ′, 210, symmetric filters 120, 120 ′, 220, and free layers 130, 130 ′, 230, similar to the fixed layers 210 ′, symmetric filters 220 ′, and free layers, respectively. Layer 230 'can be included. Also shown are a seed layer 202 ', a pinned layer 204', and a capping layer 206 '. In other embodiments, seed layer 202 ', pinned layer 204', and capping layer 206 'may be omitted. Seed layer 202 'may be used to provide a template of the desired crystal structure for pinned layer 204'. The pinned layer 204 'can include an AFM layer, a hard magnetic material, or other material used to pin the magnetization of the pinned layer 210'. A contact (not shown) can also be provided to drive the current in the desired direction.

図示された実施形態で、自由層230’は層232’、234’、236’を含むSAFであり得るが、層232’、234’、及び236は層232、234、236と類似であり得る。図示された実施形態で、自由層230’の磁気モーメント231’及び235’は面と垂直である。他の実施形態で、被固定層210’の磁気モーメントは面と垂直であり得る。その上に、自由層230’は多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター220’によって伝送される対称の電荷キャリヤーを有するように構成されることができる。所定の実施形態で、自由層230’は少数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、自由層230’はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。MgO又はSrSnOがスピンフィルター220’として使用されることができるが、MgOは(100)集合組織を有する。 In the illustrated embodiment, free layer 230 ′ can be a SAF that includes layers 232 ′, 234 ′, 236 ′, but layers 232 ′, 234 ′, and 236 can be similar to layers 232, 234, 236. . In the illustrated embodiment, the magnetic moments 231 ′ and 235 ′ of the free layer 230 ′ are perpendicular to the plane. In other embodiments, the magnetic moment of the pinned layer 210 ′ can be perpendicular to the plane. In addition, the free layer 230 ′ can be configured to have symmetric charge carriers transmitted by the symmetric filter 220 ′ at the Fermi level in multiple spin channels. In certain embodiments, the free layer 230 ′ can be depleted of symmetric charge carriers at the Fermi level in a few spin channels. For example, the free layer 230 'can encompass AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, it may have a surface and a vertical (100) axis. MgO or SrSnO 3 can be used as the spin filter 220 ′, but MgO has a (100) texture.

図示された実施形態で、自由層230’の磁気モーメント231’、235’は面と垂直であり得る。その上に、自由層230’は一スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター220’によってより高い確率に伝送される対称の電荷キャリヤーを有するように構成される。例えば、多数のスピンチャンネルはフェルミ準位で対称である電荷キャリヤーを包含することができる。所定の実施形態で、自由層230’は少数のスピンチャンネルのような他スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター220’によってより高い確率に伝送される対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、自由層230’はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。(100)集合配列を有するMgO又はSrSnOがスピンフィルター220’として使用され得る。被固定層210’は他の磁気物質を包含することができる。例えば、被固定層210’はbcc(001)Fe、bcc(001)Co、及び/又はbcc(001)FeCoを包含することができる。例えば被固定層210’の磁気モーメント211’が面と垂直に図示されたが、他の方向も可能である。所定の実施形態で、対称フィルター220’と層210’及び/又は232’との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター220’と層210’、232’の間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、スピンフィルター220’はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。層232’及び/又は210’はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the magnetic moments 231 ′, 235 ′ of the free layer 230 ′ can be perpendicular to the plane. Moreover, the free layer 230 ′ is configured to have symmetric charge carriers that are transmitted with higher probability by a symmetric filter 220 ′ at the Fermi level within one spin channel. For example, multiple spin channels can include charge carriers that are symmetric at the Fermi level. In certain embodiments, the free layer 230 ′ may be depleted of symmetric charge carriers that are transmitted with higher probability by symmetric filters 220 ′ at the Fermi level in other spin channels, such as a small number of spin channels. it can. For example, the free layer 230 'can encompass AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, it may have a surface and a vertical (100) axis. MgO or SrSnO 3 having a (100) aggregate arrangement can be used as the spin filter 220 ′. The pinned layer 210 ′ can include other magnetic materials. For example, the pinned layer 210 ′ can include bcc (001) Fe, bcc (001) Co, and / or bcc (001) FeCo. For example, although the magnetic moment 211 'of the pinned layer 210' is shown perpendicular to the plane, other directions are possible. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 220 ′ and the layers 210 ′ and / or 232 ′ can be less than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 220 'and the layers 210', 232 'can be lower than 3 or 4 percent. For example, the spin filter 220 ′ can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. Layers 232 ′ and / or 210 ′ can include MnGa and / or MnIn.

図10は磁気メモリ用磁気接合200”を図示する。図10は実際のスケールではないことがあり得る。磁気接合200”は磁気接合100、100’、200、200’と類似の要素を包含することができる。したがって、類似の要素は類似の参照番号を付する。磁気接合200”は被固定層110、110’、210、210’、対称フィルター120、120’、220、210’、及び自由層130、130’、230、230’と各々類似の被固定層210”、対称フィルター220”、及び自由層230”を含む。また、シード層202”、固定層204”、及びキャッピング層206”が図示される。他の実施形態によれば、シード層202”、固定層206”、及びキャッピング層206”は省略され得る。シード層202”は固定層204”に対して望ましい結晶構造のテンプレートを提供するように使用され得る。固定層204”はAFM層、硬磁性体、又は被固定層210”の磁化を固定するのに使用される他の物質を包含することができる。また、コンタクト(図示せず)が望む方向に電流を駆動するように提供され得る。   Fig. 10 illustrates a magnetic junction 200 "for a magnetic memory. Fig. 10 may not be an actual scale. The magnetic junction 200" includes elements similar to the magnetic junction 100, 100 ', 200, 200'. be able to. Accordingly, like elements are given like reference numerals. The magnetic junction 200 ″ is a pinned layer 210 similar to the pinned layers 110, 110 ′, 210, 210 ′, the symmetric filters 120, 120 ′, 220, 210 ′, and the free layers 130, 130 ′, 230, 230 ′. ", Including a symmetric filter 220" and a free layer 230 ". Also shown are seed layer 202 ", pinned layer 204", and capping layer 206 ". According to other embodiments, seed layer 202", pinned layer 206 ", and capping layer 206" may be omitted. The seed layer 202 "can be used to provide a template of the desired crystal structure for the pinned layer 204". The pinned layer 204 "can include an AFM layer, a hard magnetic material, or other material used to pin the magnetization of the pinned layer 210". A contact (not shown) can also be provided to drive the current in the desired direction.

図示された実施形態で、被固定層210”は層212’、214’、216’を含み得るが、層212’、214’、及び216は層212、214、216と類似であり得る。被固定層210”の磁気モーメント211”、215”は面と垂直である。他の実施形態で、自由層230”の磁気モーメントは面と垂直であり得る。その上に、自由層210”は多数のスピンチャンネルのような一スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター220”によってより高い確率に伝送される対称の電荷キャリヤーを有するように構成されることができる。所定の実施形態で、被固定層210”は少数のスピンチャンネルのような他スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、被固定層210”はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。MgO又はSrSnOがスピンフィルター220”として使用されることができるが、MgOは(100)集合組織を有する。 In the illustrated embodiment, the pinned layer 210 ″ may include layers 212 ′, 214 ′, 216 ′, although layers 212 ′, 214 ′, and 216 may be similar to layers 212, 214, 216. The magnetic moment 211 ", 215" of the pinned layer 210 "is perpendicular to the plane. In other embodiments, the magnetic moment of the free layer 230 "can be perpendicular to the plane. In addition, the free layer 210" can be a symmetrical filter 220 at the Fermi level in one spin channel, such as multiple spin channels. Can be configured to have symmetrical charge carriers that are transmitted with a higher probability. In certain embodiments, the pinned layer 210 "is Fermi quasi in other spin channels, such as a small number of spin channels. Symmetric charge carriers at the position can be depleted. For example, although the pinned layer 210 'may include a AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, a surface perpendicular (100) .MgO or SrSnO 3 spin filter 220 shaft may have a "MgO has a (100) texture.

図示された実施形態で、被固定層210”の磁気モーメント211”、215”は面と垂直である。その上に、被固定層210”は多数のスピンチャンネルのような一スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター220”によってより高い確率に伝送される対称の電荷キャリヤーを有するように構成される。所定の実施形態で、被固定層210”は少数のスピンチャンネルのような他のスピンチャンネル内でフェルミ準位での対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、被固定層210”はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。MgO又はSrSnOがスピンフィルター220”として使用されることができるが、MgOは(100)集合組織を有する。自由層230”は他の磁気物質を包含することができる。例えば、自由層230”はbcc(001)Fe、bcc(001)Co、及び/又はbcc(001)FeCoを包含することができる。たとえ自由層230”の磁気モーメント231”が面と垂直に図示されたが、他の方向も可能である。所定の実施形態で、対称フィルター220”と層216’、230”の間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター220”と層216’、230”との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、対称フィルター220”はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。層232”及び/又は216”はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the magnetic moments 211 ", 215" of the pinned layer 210 "are perpendicular to the plane. In addition, the pinned layer 210" is Fermi within one spin channel, such as multiple spin channels. It is configured to have symmetric charge carriers that are transmitted with higher probability by a symmetric filter 220 "at the level. In certain embodiments, the pinned layer 210" has other spin channels such as a small number of spin channels. Symmetric charge carriers at the Fermi level can be depleted in the channel. For example, although the pinned layer 210 'may include a AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, a surface perpendicular (100) .MgO or SrSnO 3 spin filter 220 shaft may have a "MgO has a (100) texture. The free layer 230 "can include other magnetic materials. For example, the free layer 230" can include bcc (001) Fe, bcc (001) Co, and / or bcc (001) FeCo. Even though the magnetic moment 231 ″ of the free layer 230 ″ is shown perpendicular to the plane, other directions are possible. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 220 "and the layers 216 ', 230" can be lower than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 220 "and the layers 216 ', 230" can be lower than 3 or 4 percent. For example, the symmetric filter 220 "can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. Layers 232" and / or 216 "can include MnGa and / or MnIn.

磁気接合200”、200、200’は磁気接合100、100’、100”の利点を共有することができる。例えば、層210”及び230”、210、210’、230、230’の磁気モーメントは面と垂直であり、<H>eff/H値は1であり得る。その上に、スピン分極効率が向上され得る。磁気接合200”、200、200’の性能が向上されることができる。 The magnetic junctions 200 ″, 200, 200 ′ can share the advantages of the magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″. For example, the magnetic moments of the layers 210 ″ and 230 ″, 210, 210 ′, 230, 230 ′ may be perpendicular to the plane and the <H> eff / H k value may be unity. In addition, the spin polarization efficiency can be improved. The performance of the magnetic junctions 200 ″, 200, 200 ′ can be improved.

図11は磁気メモリ用磁気接合300を図示する。図11は実際のスケールではないことがあり得る。磁気接合300は図2、5乃至10の例で説明した磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”と類似の要素を包含することができる。したがって、類似の要素は類似の参照番号を付する。磁気接合300は被固定層110、110’、210、対称フィルター120、120’、220、及び自由層130、130’、230と各々類似の被固定層310、対称フィルター320、及び自由層330を包含することができる。また、シード層102、102’、102”、202、202’、202”、固定層104、104’、104”、204、204’、204”、204’’’、及びキャッピング層106、106’、106”、206、206’、206”と各々類似のシード層302、固定層304、及びキャッピング層306が図示される。他の実施形態によれば、シード層302、固定層304、及びキャッピング層306は省略され得る。磁気接合300は追加的なスペーサー層340、追加的な被固定層350、追加的な固定層360を包含することができる。したがって、磁気接合300は、追加的な層340、350、360に加えて先に説明した磁気要素100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”と類似の磁気要素を包含することができる。   FIG. 11 illustrates a magnetic junction 300 for a magnetic memory. FIG. 11 may not be an actual scale. The magnetic junction 300 can include elements similar to the magnetic junctions 100, 100 ', 100 ", 100"', 200, 200 ', 200 "described in the examples of FIGS. Accordingly, like elements are given like reference numerals. The magnetic junction 300 includes a pinned layer 310, a symmetric filter 320, and a free layer 330, which are similar to the pinned layers 110, 110 ′, 210, the symmetric filters 120, 120 ′, 220, and the free layers 130, 130 ′, 230, respectively. Can be included. The seed layers 102, 102 ′, 102 ″, 202, 202 ′, 202 ″, the fixed layers 104, 104 ′, 104 ″, 204, 204 ′, 204 ″, 204 ′ ″, and the capping layers 106, 106 ′. , 106 ″, 206, 206 ′, 206 ″, respectively, a seed layer 302, a fixed layer 304, and a capping layer 306 are illustrated. According to other embodiments, the seed layer 302, the pinned layer 304, and the capping layer 306 may be omitted. The magnetic junction 300 can include an additional spacer layer 340, an additional pinned layer 350, and an additional pinned layer 360. Accordingly, the magnetic junction 300 is similar to the magnetic elements 100, 100 ′, 100 ″, 100 ′ ″, 200, 200 ′, 200 ″ described above in addition to the additional layers 340, 350, 360. Can be included.

図示された実施形態で、追加的なスペーサー層340はトンネルバリアー層であり得る。他の実施形態で、追加的なスペーサー層340は伝導性であり得る。さらに、他の実施形態で、追加的なスペーサー層340は先に説明したMgOのような対称フィルターであり得る。追加的な被固定層350は先に説明した被固定層110、110’、110”、110’’’、210、210’、210”と類似であり得る。したがって、追加的な被固定層350は多数のスピンチャンネルのような一スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称フィルター320によってより高い確率に伝送される対称の電荷キャリヤーを有することができる。所定の実施形態で、追加的な被固定層350は少数のスピンチャンネルのような他スピンチャンネル内でフェルミ準位での対称の電荷キャリヤーが欠乏されることができる。例えば、追加的な被固定層350はAlMnを包含することができるが、AlMnはL1結晶構造を有し、面と垂直である(100)軸を有することができる。したがって、追加的な被固定層350の磁気モーメント351は面と垂直であり得る。たとえ磁気モーメント311及び315が反平行に図示されたが、他の構成が使用されることができることを注目する。その上に、SrSnO又は(100)集合組織を有するMgOが使用されて、スペーサー層340がスピンフィルターとして役割を果たし得る。たとえ単一層が図示されたが、層310、350、及び360の中の1つ以上はSAFであり得る。所定の実施形態で、対称フィルター320と層310及び/又は330との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。所定の実施形態で、対称フィルター320と層310及び/又は330との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。例えば、対称フィルター320はGe、GaAs、及び/又はZnSeを包含することができる。層310及び/又は320はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。同様に、追加的なスペーサー層340が対称フィルターであれば、追加的なスペーサー層340と層330及び/又は360との間の格子不整合は7パーセントより低いことがあり得る。例えば、追加的なスペーサー層340と層330及び/又は360との間の格子不整合は3又は4パーセントより低いことがあり得る。層330及び/又は360はMnGa及び/又はMnInを包含することができる。 In the illustrated embodiment, the additional spacer layer 340 can be a tunnel barrier layer. In other embodiments, the additional spacer layer 340 can be conductive. Further, in other embodiments, the additional spacer layer 340 can be a symmetric filter such as MgO described above. The additional pinned layer 350 may be similar to the pinned layers 110, 110 ′, 110 ″, 110 ′ ″, 210, 210 ′, 210 ″ described above. Thus, the additional pinned layer 350 can have symmetric charge carriers that are transmitted with higher probability by the symmetric filter 320 at the Fermi level within one spin channel, such as multiple spin channels. In certain embodiments, the additional pinned layer 350 can be depleted of symmetric charge carriers at the Fermi level in other spin channels, such as a few spin channels. For example, although additional fixation layer 350 may include a AlMn, AlMn has L1 0 crystal structure, it may have a surface and a vertical (100) axis. Therefore, the magnetic moment 351 of the additional pinned layer 350 can be perpendicular to the plane. Note that although magnetic moments 311 and 315 are illustrated anti-parallel, other configurations can be used. In addition, SrSnO 3 or MgO with a (100) texture can be used and the spacer layer 340 can serve as a spin filter. Even though a single layer is illustrated, one or more of layers 310, 350, and 360 may be SAF. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 320 and the layers 310 and / or 330 can be less than 7 percent. In certain embodiments, the lattice mismatch between the symmetric filter 320 and the layers 310 and / or 330 can be lower than 3 or 4 percent. For example, the symmetric filter 320 can include Ge, GaAs, and / or ZnSe. Layers 310 and / or 320 can include MnGa and / or MnIn. Similarly, if the additional spacer layer 340 is a symmetric filter, the lattice mismatch between the additional spacer layer 340 and layers 330 and / or 360 can be lower than 7 percent. For example, the lattice mismatch between the additional spacer layer 340 and the layers 330 and / or 360 can be lower than 3 or 4 percent. Layers 330 and / or 360 can include MnGa and / or MnIn.

二重磁気接合300は磁気接合100、100’、100”、200、200’、200”の利益を共有することができる。例えば、層210、210’、210”、310、230、230’、230”、330、及び選択的に350の磁気モーメントは面と垂直であり、<H>eff/H値は1である。その上に、スピン分極効率が向上され得る。磁気接合300の性能が向上され得る。 The double magnetic junction 300 can share the benefits of the magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″, 200, 200 ′, 200 ″. For example, the magnetic moments of layers 210, 210 ′, 210 ″, 310, 230, 230 ′, 230 ″, 330, and optionally 350, are perpendicular to the plane, and the <H> eff / H k value is 1. . In addition, the spin polarization efficiency can be improved. The performance of the magnetic junction 300 can be improved.

図12は二重磁気接合を使用した磁気メモリ400の例示的実施形態を図示する。図示された実施形態で、磁気メモリ400はSTT−RAMである。磁気メモリ400はワードラインセレクター/ドライバー404のみでなく、読出し/書込みカラムセレクター/ドライバー402、406を含む。磁気メモリ400は磁気接合412及び選択/分離素子414含むメモリセル410を含む。磁気接合412は先に説明した磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”、300の中のいずれか1つであり得る。読出し/書込みカラムセレクター/ドライバー402、406が使用されて、選択的にビットライン403及びセル410を通過する電流を駆動することができる。選択/分離素子414が選択されたワードライン405とカップリングされることが可能であることによって、ワードラインセレクター/ドライバー404は磁気メモリ400の列を選択することができる。   FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic memory 400 using a double magnetic junction. In the illustrated embodiment, the magnetic memory 400 is an STT-RAM. The magnetic memory 400 includes not only the word line selector / driver 404 but also read / write column selector / drivers 402 and 406. The magnetic memory 400 includes a memory cell 410 including a magnetic junction 412 and a selection / separation element 414. The magnetic junction 412 can be any one of the magnetic junctions 100, 100 ', 100 ", 100" ", 200, 200', 200", 300 described above. Read / write column selector / drivers 402, 406 can be used to selectively drive current through bit line 403 and cell 410. The selection / separation element 414 can be coupled to the selected word line 405 so that the word line selector / driver 404 can select a column of the magnetic memory 400.

磁気メモリ400は先に説明した磁気接合100、100’、100”、200、200’、200”、300を使用することができるので、磁気メモリ400は磁気接合100、100’、100”、200、200’、200”、300の利点を共有することができる。したがって、磁気メモリ400の性能が向上され得る。   Since the magnetic memory 400 can use the magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″, 200, 200 ′, 200 ″, and 300 described above, the magnetic memory 400 has the magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″, 200. , 200 ′, 200 ″, 300 can be shared. Therefore, the performance of the magnetic memory 400 can be improved.

図13は磁気メモリ用二重磁気トンネリング接合の製造方法500を図示する。方法500は磁気接合100、110’の観点で説明され得る。しかし、方法500は他の磁気接合の製造にも使用され得る。その上に、説明を簡単にするために、幾つかの過程が省略され得る。方法500は追加的な及び/又は他の過程と結合され得る。製造の方法500は単一磁気接合の製造の観点でまた記述される。しかし、方法500は例えば、磁気メモリ用の例のように多重の磁気接合300を形成することができる。   FIG. 13 illustrates a method 500 for manufacturing a double magnetic tunneling junction for a magnetic memory. Method 500 may be described in terms of magnetic junction 100, 110 '. However, the method 500 can also be used in the manufacture of other magnetic junctions. In addition, some steps may be omitted for ease of explanation. Method 500 may be combined with additional and / or other processes. The method of manufacturing 500 is also described in terms of manufacturing a single magnetic junction. However, the method 500 can form multiple magnetic junctions 300, as in the example for magnetic memory, for example.

磁気接合スタックが提供される(段階502)。磁気接合スタックは固定層膜、スピンフィルター膜、及び自由層膜を含む。また、図11の例として説明した磁気接合300が製造されれば、磁気接合スタックはスペーサー膜及び追加的な固定層膜を包含することができる。所定の実施形態で、磁気接合スタックは段階502でアニーリングされることができる。   A magnetic junction stack is provided (step 502). The magnetic junction stack includes a fixed layer film, a spin filter film, and a free layer film. In addition, if the magnetic junction 300 described as an example in FIG. 11 is manufactured, the magnetic junction stack can include a spacer film and an additional fixed layer film. In certain embodiments, the magnetic junction stack can be annealed at step 502.

磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”、300が磁気接合スタックから定義され得る(段階504)。段階504は磁気接合スタックの一部を覆うマスクを提供すること、及びその次に露出された磁気接合スタックの一部を除去することを包含することができる。磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”、300は第1固定層膜から定義された被固定層110、110’、110”、110’’’、210、210’、210”、310、スピンフィルター膜から定義された対称フィルター120、120’、120”、220、220’、220”、320、及び自由層膜から定義された自由層130、130’、130”、130’’’、230、230’、230”、330を包含することができる。所定の実施形態で、磁気接合300は追加的なスペーサー340及び追加的な固定層350を包含することができる。   Magnetic junctions 100, 100 ', 100 ", 100" ", 200, 200', 200", 300 may be defined from the magnetic junction stack (stage 504). Step 504 can include providing a mask over a portion of the magnetic junction stack and then removing a portion of the exposed magnetic junction stack. The magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″, 100 ′ ″, 200, 200 ′, 200 ″, 300 are fixed layers 110, 110 ′, 110 ″, 110 ′ ″ defined from the first fixed layer film, 210, 210 ′, 210 ″, 310, symmetric filters 120, 120 ′, 120 ″, 220, 220 ′, 220 ″, 320 defined from spin filter films, and free layers 130, 130 defined from free layer films. ', 130 ", 130'", 230, 230 ', 230 ", 330 can be included. In certain embodiments, the magnetic junction 300 can include an additional spacer 340 and an additional pinned layer 350.

被固定層110、110’、110”、110’’’、210、210’、210”、310の磁化方向が設定され得る(段階506)。例えば、段階506は磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”、300が加熱される間に望む方向に磁気場を加え、そして磁気場の存在の下に磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”、300を冷却させて、進行され得る。   The magnetization directions of the pinned layers 110, 110 ', 110 ", 110" ", 210, 210', 210", 310 may be set (step 506). For example, step 506 applies a magnetic field in the desired direction while the magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″, 100 ′ ″, 200, 200 ′, 200 ″, 300 are heated, and in the presence of the magnetic field. The magnetic junctions 100, 100 ′, 100 ″, 100 ′ ″, 200, 200 ′, 200 ″, 300 can be cooled to proceed.

これによって、磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”、300が製造され得る。方法500を通じて製造された磁気接合及び/又は磁気メモリは磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”及び、又は磁気メモリ400の利点を共有することができる。結果的に磁気接合100、100’、100”、100’’’、200、200’、200”及び/又は磁気メモリ400の性能が向上され得る。   Thereby, the magnetic junctions 100, 100 ', 100 ", 100" ", 200, 200', 200", 300 can be manufactured. The magnetic junction and / or magnetic memory fabricated through the method 500 can share the advantages of the magnetic junction 100, 100 ′, 100 ″, 100 ′ ″, 200, 200 ′, 200 ″ and / or the magnetic memory 400. . As a result, the performance of the magnetic junction 100, 100 ', 100 ", 100"', 200, 200 ', 200 "and / or the magnetic memory 400 may be improved.

以上、磁気メモリ接合を使用して製造された磁気接合及びメモリに関する製造方法及びシステムが開示される。本方法及びシステムは実施形態によって開示され、当業者は実施形態に対して多様な変形が加えることができることを容易に理解できる。したがって、当業者に本明細書に添付された請求項及び発明の範囲内で多様な変形が行われることができる。   Thus, a manufacturing method and system related to a magnetic junction and a memory manufactured using the magnetic memory junction are disclosed. The method and system are disclosed by the embodiments, and those skilled in the art can easily understand that various modifications can be made to the embodiments. Accordingly, various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the claims and the invention appended hereto.

102、202、302 シード層
104、204、304 固定層
106,206,306 キャッピング層
110、210、310 被固定層
111、131,211、215、231、235 磁気モーメント
120、220、320 対称フィルター
130、230、330 自由層
212、216、232、236 強磁性層
214、234,340 スペーサー層
100、200、300 磁気接合
400 磁気メモリ
402、406 読出し/書込みカラムセレクター/ドライバー
403 ビットライン
404 ワードラインセレクター/ドライバー
412 磁気接合
414 選択/分離素子
102, 202, 302 Seed layer 104, 204, 304 Fixed layer 106, 206, 306 Capping layer 110, 210, 310 Fixed layer 111, 131, 211, 215, 231, 235 Magnetic moment 120, 220, 320 Symmetric filter 130 , 230, 330 Free layer 212, 216, 232, 236 Ferromagnetic layer 214, 234, 340 Spacer layer 100, 200, 300 Magnetic junction 400 Magnetic memory 402, 406 Read / write column selector / driver 403 Bit line 404 Word line selector / Driver 412 magnetic junction 414 selection / separation element

Claims (27)

書込み電流が磁気接合を通過する時に、複数の安定な磁気状態の間でスイッチング可能である第1磁気モーメントを有する自由層と、
第2対称を有する電荷キャリヤーより第1対称を有する電荷キャリヤーをより高い確率に伝送させる対称フィルターと、
一方向に固定された第2磁気モーメントを有する被固定層と、を含み、
前記対称フィルターが前記自由層及び前記被固定層の間に介在され、
前記被固定層及び前記自由層の中の少なくとも1つが一スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の前記電荷キャリヤーを有し、他スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、面内に配置され、前記面と垂直である非ゼロ磁気モーメント要素を有し、
前記対称フィルターと、前記被固定層及び前記自由層の中の少なくとも1つと、の間に7パーセントより低い格子不整合を有する、磁気接合。
A free layer having a first magnetic moment that is switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current passes through the magnetic junction;
A symmetric filter for transmitting charge carriers having a first symmetry with a higher probability than charge carriers having a second symmetry;
A pinned layer having a second magnetic moment fixed in one direction,
The symmetrical filter is interposed between the free layer and the pinned layer;
At least one of the pinned layer and the free layer has the first symmetric charge carrier at a Fermi level in one spin channel and the first symmetry at a Fermi level in another spin channel. Having a non-zero magnetic moment element that is depleted of, is disposed in-plane and is perpendicular to the plane,
A magnetic junction having a lattice mismatch of less than 7 percent between the symmetric filter and at least one of the pinned layer and the free layer.
前記格子不整合が4パーセントより低い、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 1 wherein the lattice mismatch is lower than 4 percent. 前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つがAlMnを含む、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction according to claim 1, wherein at least one of the free layer and the pinned layer includes AlMn. 前記対称フィルターが、Ge、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 1, wherein the symmetric filter comprises at least one of Ge, GaAs, and ZnSe. 前記第1磁気モーメントが前記面と垂直になる、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 1, wherein the first magnetic moment is perpendicular to the plane. 前記第2磁気モーメントが前記面と垂直になる、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 1, wherein the second magnetic moment is perpendicular to the plane. 前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つが、MnGa及びMnInの中の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 1, wherein at least one of the free layer and the pinned layer comprises at least one of MnGa and MnIn. 前記対称フィルターがトンネルバリアー層である、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 1, wherein the symmetric filter is a tunnel barrier layer. 前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つが合成型の反磁性体である、請求項1に記載の磁気接合。   The magnetic junction according to claim 1, wherein at least one of the free layer and the pinned layer is a synthetic diamagnetic material. スペーサー層と、
追加的な被固定層と、をさらに含み、
前記スペーサー層が、前記自由層及び前記追加的な被固定層の間に介在され、
前記追加的な被固定層が第3磁気モーメントを有する、請求項1に記載の磁気接合。
A spacer layer;
An additional pinned layer,
The spacer layer is interposed between the free layer and the additional pinned layer;
The magnetic junction of claim 1, wherein the additional pinned layer has a third magnetic moment.
前記追加的な被固定層がAlMnを含む、請求項10に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 10, wherein the additional pinned layer comprises AlMn. 前記スペーサー層が追加的な対称フィルターである、請求項10に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 10, wherein the spacer layer is an additional symmetric filter. 前記追加的な対称フィルターと、前記自由層及び前記追加的な被固定層の中の少なくとも1つと、の間に7パーセントより低い追加的な格子不整合を有する、請求項11に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 11 having an additional lattice mismatch of less than 7 percent between the additional symmetric filter and at least one of the free layer and the additional pinned layer. . 前記追加的な格子不整合が4パーセントより低い、請求項13に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 13, wherein the additional lattice mismatch is lower than 4 percent. 前記追加的な対称フィルターが、Ge、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを含む、請求項12に記載の磁気接合。   The magnetic junction of claim 12, wherein the additional symmetric filter comprises at least one of Ge, GaAs, and ZnSe. 前記自由層、前記被固定層、及び前記追加的な被固定層が合成型反強磁性体である、請求項10に記載の磁気接合。   The magnetic junction according to claim 10, wherein the free layer, the pinned layer, and the additional pinned layer are synthetic antiferromagnetic materials. 面に平行になり、前記面と垂直になる(001)軸を有するAlMnを含み、書込み電流が磁気接合を通過する時、多数の安定な磁気状態の間でスイッチングされる第1磁気モーメントを有し、第1の多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での第1対称の電荷キャリヤーを有し、第1の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記第1磁気モーメントは前記面と垂直になる第1非ゼロ要素を有する自由層と、
前記第1対称を有する前記電荷キャリヤーを伝送し、前記第1対称と異なる第2対称を有する前記電荷キャリヤーを減衰させ、Ge、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを含む対称フィルターと、
前記面に平行になり、前記面と垂直になる(001)軸を有する前記AlMnを含み、前記面と垂直である第2非ゼロ要素を有し、一方向に固定された第2磁気モーメントを有し、第2の多数のスピンチャンネル内で前記フェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーを有し、第2の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏された被固定層と、を含み、
前記対称フィルターが、前記自由層及び前記被固定層の間に介在された、磁気メモリ素子用磁気接合。
Includes AlMn having a (001) axis parallel to the plane and perpendicular to the plane, and has a first magnetic moment that is switched between a number of stable magnetic states when the write current passes through the magnetic junction. And having a first symmetric charge carrier at the Fermi level in the first plurality of spin channels, the first symmetric charge carrier being depleted in the first few spin channels, and the first magnetic moment Is a free layer having a first non-zero element perpendicular to the plane;
A symmetric filter that transmits the charge carrier having the first symmetry, attenuates the charge carrier having a second symmetry different from the first symmetry, and includes at least one of Ge, GaAs, and ZnSe;
A second magnetic moment that is parallel to the surface and includes a second non-zero element that is perpendicular to the surface, the AlMn having a (001) axis that is perpendicular to the surface, and is fixed in one direction. And having a first symmetric charge carrier at the Fermi level in a second plurality of spin channels and depleting the first symmetric charge carrier in a second few spin channels A layer, and
A magnetic junction for a magnetic memory element, wherein the symmetric filter is interposed between the free layer and the fixed layer.
少なくとも1つの選択素子及び少なくとも1つの磁気接合を含み、前記少なくとも1つの磁気接合が、自由層、被固定層、及び前記自由層と前記被固定層との間に介在された対称フィルターを含み、前記自由層が、書込み電流が前記磁気接合を通過する時に、複数の安定な磁気状態の間でスイッチングさせる第1磁気モーメントを有し、前記対称フィルターが、第1対称を有する電荷キャリヤーを、第2対称を有する前記電荷キャリヤーより高い確率に伝送し、前記被固定層が、一方向に固定された第2磁気モーメントを有し、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つが、第1スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の前記電荷キャリヤーを有し、第2スピンチャンネル内で前記フェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、面内に配置され、前記面と垂直になる非ゼロ磁気モーメント要素を有し、前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとが、7パーセントより低い格子不整合を有する複数の磁気格納セルと、
前記複数の磁気格納セルとカップリングされた複数のビットラインと、
前記複数の磁気格納セルとカップリングされた複数のワードラインと、を含む、磁気メモリ。
At least one selection element and at least one magnetic junction, the at least one magnetic junction comprising a free layer, a pinned layer, and a symmetrical filter interposed between the free layer and the pinned layer; The free layer has a first magnetic moment that switches between a plurality of stable magnetic states when a write current passes through the magnetic junction, and the symmetric filter includes charge carriers having a first symmetry; Transmitting with higher probability than the charge carriers having two symmetry, the pinned layer has a second magnetic moment pinned in one direction, and at least one of the free layer and the pinned layer is The first symmetric charge at the Fermi level in the second spin channel with the first symmetric charge carrier at the Fermi level in one spin channel The carrier is depleted, has a non-zero magnetic moment element disposed in-plane and perpendicular to the plane, and the symmetric filter and at least one of the free layer and the pinned layer is greater than 7 percent A plurality of magnetic storage cells having low lattice mismatch;
A plurality of bit lines coupled to the plurality of magnetic storage cells;
And a plurality of word lines coupled to the plurality of magnetic storage cells.
前記格子不整合が4パーセントより低い、請求項18に記載の磁気メモリ。   The magnetic memory of claim 18, wherein the lattice mismatch is less than 4 percent. 前記対称フィルターがGe、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを含む、請求項18に記載の磁気メモリ。   The magnetic memory of claim 18, wherein the symmetric filter comprises at least one of Ge, GaAs, and ZnSe. 面に平行になり、読出し電流が通過する時に、複数の安定な磁気状態の間でスイッチングする第1磁気モーメントを有し、前記第1磁気モーメントは前記面と垂直である第1非ゼロ要素を有する自由層と、
前記面に平行になり、一方向に固定された第2磁気モーメントを有する被固定層と、
前記自由層及び前記被固定層の間に介在された対称フィルターと、を含み、
前記第2磁気モーメントが、前記面と垂直である第2非ゼロ要素を有し、
前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つが、第1の多数のスピンチャンネル内でフェルミエネルギーでの第1対称の電荷キャリヤーを有し、第1の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、
前記対称フィルターが、前記第1対称を有する前記電荷キャリヤーを伝送し、前記第1対称と異なる第2対称を有する電荷キャリヤーを減衰させ、
前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとが、7パーセントより低い格子不整合を有する、磁気メモリ素子用磁気接合。
A first non-zero element that is parallel to a plane and has a first magnetic moment that switches between a plurality of stable magnetic states when a read current passes through, the first magnetic moment being perpendicular to the plane; Having a free layer;
A pinned layer having a second magnetic moment parallel to the surface and fixed in one direction;
A symmetric filter interposed between the free layer and the pinned layer,
The second magnetic moment has a second non-zero element perpendicular to the plane;
At least one of the free layer and the pinned layer has a first symmetric charge carrier at Fermi energy within a first majority of spin channels, and the first symmetry with a first few spin channels. Are depleted of charge carriers,
The symmetrical filter transmits the charge carrier having the first symmetry and attenuates the charge carrier having a second symmetry different from the first symmetry;
The magnetic junction for a magnetic memory element, wherein the symmetric filter and at least one of the free layer and the pinned layer have a lattice mismatch of less than 7 percent.
面に平行になり、読出し電流が通過する時に、複数の安定な磁気状態の間でスイッチングする第1磁気モーメントを有し、第1の多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での第1対称の電荷キャリヤーを有し、第1の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記第1磁気モーメントが、前記面と垂直である第1非ゼロ要素を有する自由層と、
前記第1対称を有する電荷キャリヤーを伝送し、前記第1対称と異なる第2対称を有する電荷キャリヤーを減衰させる対称フィルターと、
前記面に平行になり、一方向に固定された第2磁気モーメントを有し、第2の多数のスピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーを有し、第2の少数のスピンチャンネルで前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、前記第2磁気モーメントは前記面と垂直になる第2非ゼロ要素を有する被固定層と、を含み、
前記対称フィルターが前記被固定層及び前記自由層の間に介在され、
前記対称フィルターと、前記自由層及び前記被固定層の中の少なくとも1つとが7パーセントより低い格子不整合を有する、磁気メモリ素子用磁気接合。
Parallel to the plane and having a first magnetic moment that switches between a plurality of stable magnetic states when the read current passes through, and a first symmetry at the Fermi level in the first plurality of spin channels. A free layer having charge carriers, depleted of the first symmetric charge carriers in a first minority spin channel, and wherein the first magnetic moment has a first non-zero element perpendicular to the plane;
A symmetric filter for transmitting charge carriers having the first symmetry and attenuating charge carriers having a second symmetry different from the first symmetry;
Having a second magnetic moment parallel to the plane and fixed in one direction, having the first symmetric charge carrier at the Fermi level in a second plurality of spin channels, and a second minority A pinned layer having a second non-zero element that is depleted of the first symmetric charge carriers in the spin channel and wherein the second magnetic moment is perpendicular to the plane;
The symmetrical filter is interposed between the fixed layer and the free layer;
A magnetic junction for a magnetic memory element, wherein the symmetric filter and at least one of the free layer and the pinned layer have a lattice mismatch of less than 7 percent.
自由層膜、被固定層膜、及び対称フィルター膜を含む磁気接合スタックを提供し、前記対称フィルター膜が、第1対称を有する電荷キャリヤーを伝送し、第2対称を有する前記電荷キャリヤーを減衰させ、前記自由層膜及び前記被固定層膜の間に介在され、前記被固定層膜及び前記自由層膜の中の少なくとも1つが、一スピンチャンネル内でフェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーを有し、他スピンチャンネル内で前記フェルミ準位での前記第1対称の電荷キャリヤーが欠乏され、面内に置き、前記面と垂直になる非ゼロ磁気モーメント要素を有し、前記対称フィルター膜と、前記自由層膜及び前記被固定層膜の中の少なくとも1つとが7パーセントより低い格子不整合を有することと、
前記自由層膜から定義された自由層、前記対称フィルター膜から定義された対称フィルター、前記被固定層膜から定義された被固定層を含み、前記自由層が第1磁気モーメントを有し、前記被固定層が第2磁気モーメントを有する磁気接合を定義することと、
特定方向に固定された前記被固定層の前記第2磁気モーメントを設定することと、を含み、
前記磁気接合が、読出し電流が前記磁気接合を通過する時に、前記第1磁気モーメントが複数の安定な磁気状態の間でスイッチングするように構成された、磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法。
A magnetic junction stack including a free layer film, a pinned layer film, and a symmetric filter film is provided, wherein the symmetric filter film transmits charge carriers having a first symmetry and attenuates the charge carriers having a second symmetry. The first symmetric charge at a Fermi level in one spin channel, wherein at least one of the fixed layer film and the free layer film is interposed between the free layer film and the fixed layer film. A non-zero magnetic moment element having carriers, wherein the first symmetric charge carriers at the Fermi level in the other spin channel are depleted, placed in-plane and perpendicular to the plane, and the symmetric filter A film and at least one of the free layer film and the pinned layer film have a lattice mismatch of less than 7 percent;
A free layer defined from the free layer film, a symmetric filter defined from the symmetric filter film, a pinned layer defined from the pinned layer film, the free layer having a first magnetic moment, Defining a magnetic junction in which the pinned layer has a second magnetic moment;
Setting the second magnetic moment of the pinned layer fixed in a specific direction,
A method of manufacturing a magnetic junction for a magnetic memory element, wherein the magnetic junction is configured such that the first magnetic moment switches between a plurality of stable magnetic states when a read current passes through the magnetic junction.
前記格子不整合が4パーセントより低い、請求項23に記載の磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法。   24. The method of manufacturing a magnetic junction for a magnetic memory element according to claim 23, wherein the lattice mismatch is lower than 4 percent. 前記自由層膜及び前記被固定層膜の中の少なくとも1つが面内に配置され、前記面と垂直である(001)軸を有するAlMnを含む、請求項23に記載の磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法。   24. The magnetic junction for a magnetic memory element according to claim 23, wherein at least one of the free layer film and the fixed layer film includes AlMn disposed in a plane and having a (001) axis perpendicular to the plane. Manufacturing method. 前記対称フィルターが、Ge、GaAs、及びZnSeの中の少なくとも1つを含む、請求項23に記載の磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法。   24. The method of manufacturing a magnetic junction for a magnetic memory element according to claim 23, wherein the symmetric filter includes at least one of Ge, GaAs, and ZnSe. 前記磁気接合スタックを提供することが、
スペーサー層膜を形成することと、
追加的な被固定層用の追加的な被固定膜を形成することと、を含み、
前記スペーサー層が前記追加的な被固定層膜及び前記自由層膜の間に介在され、
前記追加的な被固定層が第3磁気モーメントを有する、請求項23に記載の磁気メモリ素子用磁気接合の製造方法。
Providing the magnetic junction stack;
Forming a spacer layer film;
Forming an additional pinned film for the additional pinned layer,
The spacer layer is interposed between the additional fixed layer film and the free layer film;
24. The method of manufacturing a magnetic junction for a magnetic memory element according to claim 23, wherein the additional pinned layer has a third magnetic moment.
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