KR101536629B1 - 저저항 영역 자기 스택 - Google Patents

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KR101536629B1
KR101536629B1 KR1020130143042A KR20130143042A KR101536629B1 KR 101536629 B1 KR101536629 B1 KR 101536629B1 KR 1020130143042 A KR1020130143042 A KR 1020130143042A KR 20130143042 A KR20130143042 A KR 20130143042A KR 101536629 B1 KR101536629 B1 KR 101536629B1
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비제이 카틱 산카르
마크 윌리엄 코빙턴
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시게이트 테크놀로지 엘엘씨
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Abstract

자기 엘리먼트는 일반적으로, 제 1 및 제 2 강자성 층들 사이에 배치된 다층 배리어 구조를 갖는 자기 스택으로 적어도 구성될 수도 있다. 다층 배리어 구조는, 제 1 및 제 2 합금 층들 사이에 배치된 2원 화합물 층을 가질 수 있으며, 2원 화합물은 금속 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트를 가지며, 여기서 적어도 하나의 합금 층은, 금속 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트와는 상이한 제 3 엘리먼트를 갖는다.

Description

저저항 영역 자기 스택{LOW RESISTANCE AREA MAGNETIC STACK}
JP 2012-114442 A
다양한(various) 실시형태들은 일반적으로 높은 면 밀도(areal density), 감소된 형상 계수 데이터 저장 환경(environ)에서 데이터 비트들을 판독할 수 있는 자기 엘리먼트에 관한 것이다.
다양한 실시형태들에 따라, 자기 데이터 리더는, 제 1 및 제 2 강자성 층들 사이에 배치된 다층 배리어 구조를 갖는 적어도 하나의 자기 스택으로 일반적으로 구성될 수도 있다. 다층 배리어 구조는, 제 1 및 제 2 합금 층들 사이에 배치된, 금속 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트를 갖는 2원 화합물을 갖는 2원 화합물 층을 가질 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 합금 층은 금속 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트와는 상이한 제 3 엘리먼트를 갖는다.
도 1은 일부 실시형태들에 따라 구성되고(constructed) 동작되는 데이터 저장 디바이스의 예시적인 부분의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 데이터 저장 엘리먼트에 사용될 수 있는 예시적인 자기 엘리먼트들의 자기 스택 부분들을 나타낸다.
도 3은 다양한 실시형태들에 따라 구성된 예시적인 자기 스택의 일 부분을 보여준다.
도 4는 일부 실시형태들에 따라 구성된 예시적인 자기 스택의 일 부분을 나타낸다.
도 5는 다양한 실시형태들에 따라 수행된 예시적인 자기 엘리먼트 제조(fabrication) 루틴의 플로우차트를 제공한다.
최신 전자 기술이 더 많은 데이터 저장 용량 및 데이터 액세스 속도들을 요구하면서 물리적 크기를 계속해서 감소함에 따라, 다양한 데이터 변환 컴포넌트들의 확장성(scalability)이 신뢰도의 끝(brink)에 가까워지도록 압박(stress)되었다. 더 빽빽한 데이터 트랙들에 대응하는 데이터 비트 밀도의 증가는, 데이터 비트들을 신속하고 정확하게 감지하도록 자기 엘리먼트의 저항 영역 제품(resistance­area product)을 강조한다(emphasize). 데이터 리더용의, 감소된 물리적 크기 및 저항 영역 제품의 조합은, 자기저항 비율(magnetoresistive ratio)을 신뢰할 수 없게 만드는 극히 작은(minute) 재료 결함들에 의해 지배될 수도 있다. 이런 이유로, 감소된 형상 계수(form factor) 데이터 저장 디바이스에 저항 영역 제품을 최적화하는 것은 계속적인 산업 관심이다.
따라서, 다양한 실시형태들은 일반적으로 제 1 및 제 2 강자성 층들 사이에 배치된 다층 배리어 구조를 갖는 자기 스택에 관한 것일 수도 있으며, 다층 배리어 구조는 제 1 및 제 2 합금 층들 사이에 배치된 2원 화합물 층을 갖고, 2원 화합물은 금속 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트를 갖는 데 반해, 적어도 하나의 합금 층은 금속 엘리먼트 및 제 2 엘리먼트와는 상이한 제 3 엘리먼트를 갖는다. 상이한 화합물들로 다층 배리어 구조를 조정하고 최적화하는 능력은, 자기 스택에 대한 유효 배리어 높이를 감소시킬 수 있으며, 주어진 배리어 두께에 대한 저항 영역을 저하시킬 수 있다. 최적화된 다층 배리어 구조는, 미리결정된 저항 영역 값을 달성하기 위해 더 양호한(robust) 배리어 재료들이 사용되는 것을 허용하도록 전체적인 배리어 두께를 더 저하시킬 수 있다.
조정된 배리어 구조는 무제한으로 다양한 데이터 저장 환경들에서 구현될 수 있는 데 반해, 도 1은 다양한 실시형태들에 따른, 조정된 자기 엘리먼트를 활용할 수 있는 예시적 데이터 저장 디바이스(100) 환경의 상측 관점 블록도를 일반적으로 도시한다. 데이터 저장 디바이스(100)는 비제한적 구성(configuration)으로 나타내며, 여기서 구동(actuating) 어셈블리(102)는 변환(transducing) 헤드(104)를, 자기 저장 매체(106) 상의 다양한 위치(location)들에 대해 위치결정(position)할 수 있으며, 여기서 저장된 데이터 비트들(108)은, 폭(112)과, 매체(106)의 저장 용량을 판정하는 대응하는 면 밀도로 구성되는 미리결정된 데이터 트랙들(110) 상에 위치되어 있다. 저장 매체(106)의 이동(movement)은, 공기 베어링 표면(ABS)을 제작(produce)하기 위해 사용 중 회전하는 하나 또는 2개 이상의 스핀들 모터들(114)에 대한 부착을 통해 가능해질 수 있으며, 공기 베어링 표면 상에서 구동 어셈블리(102)의 슬라이더 부분(116)은, 변환 헤드(104)를 포함하는 헤드 짐벌 어셈블리(HGA)(118)를 위치결정하기 위해 매체(106)의 미리결정된 부분 위에서 비행(fly)한다.
변환 헤드(104)는, 자기 라이터, 자기 응답 리더 및 자기 쉴드들과 같은 하나 또는 2개 이상의 변환 엘리먼트들로 구성될 수 있으며, 이는 저장 매체(106)의 선택된 데이터 트랙들(110)로부터의 데이터를 각각 프로그래밍하고 판독하도록 동작한다. 이 방식으로, 구동 어셈블리(102)의 제어된 움직임(motion)은, 저장 매체 표면들 상에 데이터를 기입, 판독, 및 재기입하도록 정의된 데이터 트랙들(110)과 변환기들의 얼라인먼트(alignment)와 부합한다. 데이터 비트들(108)이 더 작은 방사 방향 폭들(112)을 갖는 데이터 트랙들(110)에 더 조밀하게 위치결정되어 감에 따라, 헤드(104)는 신뢰할 수 있는 정확도로 더 작은 자기 플럭스 시그니처들(signatures)에 반응해야만 하며, 이는 헤드(104) 컴포넌트들의 물리적 크기가 감소될 때 그리고 특히 재료 결함이 존재할 때 문제가 될 수 있다.
용어 "스택"은 본 개시물 내에서 무제한된 용어임이 주의되어야 하며, 이는 자기 판독 및 기입이 가능한 자기 및 비자기 재료로 구성된 하나 또는 2개 이상의 수직 및 수평으로 얼라인된 층들일 수 있다. 본 출원 전반에서, 용어 "스택"은, 임의의 동작 환경에서 외부 데이터 비트들에 대한 액세스를 제공하기 위해 외부 데이터 비트들에 응답하도록 구성된 컴포넌트를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 예컨대, 그러나 어떠한 제한 없이, 자기 스택은 복수의 데이터 비트들 사이를 구별할 수 있는 데이터 판독 또는 기입 구성일 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는, 도 1의 데이터 저장 디바이스(100)에서 각각 사용될 수 있는 자기 스택들(130 및 150)을 각각 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 자기 스택(130)은, 자기 프리 층(140)으로부터 비자기 배리어 층(138) 반대측의 고정된 자화 기준 층(136)에 접촉하는, 고정된 자화 피닝 층(134)으로 구성된다. 기준 층(136)이 피닝 층(134)과의 교환 결합으로 인해 고정된 자화를 유지하는 동안 프리 층(140)이 외부 데이터 비트에 응답함에 따라, 외부 데이터 비트는 논리 상태로서 판독될 수 있다. 고정 또는 프리 자화를 제공하지 않는 동안, 시드 층(142) 및 캡 층(144)은, 다양한 실시형태들에 있어서 스택(130)의 일면에, 또는 마주하는 면들(opposite sides) 상에 위치결정될 수 있다.
인접 접합(abutted junction) 자기 스택(130)의 구성은, 스택(130)의 자기 규모(magnetic extent)와 가능한(possible) 데이터 트랙 해상도를 판정하는, 쉴드 대 쉴드 간격(spacing)(146) 및 프리 층 두께(148)를 가질 수 있다. 그러나, 기준 층(136) 및 피닝 층(134)의 포함은 더 작은 프리 층 두께(148), 높은 저항 영역, 및 프리 층(140) 및 기준 층(136) 사이의 감소된 자기저항 비율에 대응할 수 있다. 이러한 사안들을 감안하여, 인접 접합 스택(130)에 비해, 감소된 쉴드 대 쉴드 간격(152) 및 더 두꺼운 프리 층 두께(154)를 갖는 3층 스택(150)이, 데이터 비트들을 판독하도록 사용될 수도 있다.
동작에 있어서, 3층 스택(150)은, 배리어 층(160)에 의해 분리되어 있으며, 3층 스택(150) 외부의 구조들을 바이어싱(biasing)함으로써 자화들을 디폴팅(default)하도록 설정되어 있는 제 1 자기 프리 층(156) 및 제 2 자기 프리 층(158)을 갖는다. 스택(150)으로부터 다른 곳으로의 임의의 고정된 자화 구조들의 재위치(relocation)는, 인접 접합 스택(130)을 갖는 고정된 자화에 비해 감소된 물리적 크기(152)를 허용한다. 3층 스택(150)이 더 작을 수 있고, 더 두꺼운 프리 층들(156 및 158)을 갖는다고 하더라도, 각 스택들(130 및 150)의 배리어 층들(138 및 160)은, 조밀하게 패킹된 데이터 비트들을 정확하게 감지할 수 있는 충분한(ample) 자기저항 비율들과 저항 영역들을 제공하는데 곤란함들을 나타내었다.
자기 스택들(130 및 150) 모두(both)가 직면한 사안 중 일부는 유효 배리어 높이, 또는 더 상세하게는, 프리 층들(140 및 158)로부터 배리어 층들(138 및 160)을 가로질러 기준 층(136) 및 프리 층(156)으로, 또는 반대로 전자들을 각각 터널링함으로써 경험되는 정전기 전위이다. 즉, 배리어 층들(138 및 160)의 단일 재료 조성 및 그에 따른 전자 밴드 구조는, 프리 층들(148 및 154)의 크기에 상관없이, 스택들(130 및 150)의 유효 배리어 높이 및 그에 따라 저항 영역 및 터널 자기저항 비율을 판정할 수 있다.
도 3은 다양한 실시형태들에 따라 유효 배리어 높이를 최적화함으로써 미리결정된 저항 영역 및 자기저항 비율을 제공할 수 있는, 다층 배리어 구조(182)로 조정된 예시적 자기 스택(180)의 일 부분을 보여준다. 도 2a 및 도 2b의 인접 접합 및 3층 스택들과 같이, 다층 배리어 구조(182)가 다양한 비제한적 데이터 감지 라미네이션들에서 활용될 수 있음에 따라, 강자성 층들(184 및 186)은 공간 상황(spatial context)을 일반적으로 제공하도록 배리어 구조(182) 양끝에 놓인다(bookend).
다층 배리어 구조(182)는 제 1 합금 층(190) 및 제 2 합금 층(192) 사이에 접촉하게 배치된 2원 화합물 층(188)으로 구성된다. 다양한 실시형태들은, 체심 입방 구조와 같은 미리결정된 격자 구성, 및 전자들을 터널링시킴으로써 관찰되는 정전기 배리어 높이를 판정하는 미리결정된 일 함수를 제공하도록 2원 화합물을 상이한 재료와 결합된(combined) 알칼리 토류 금속으로서 구성한다.
제 1 비제한적 실시형태에 있어서, 2원 화합물 층은 산화 마그네슘을 포함하며, 이는 높은 신호 대 잡음 비율들 및 검지 전자 기술(detection electronics)과의 양립성을 제공할 수 있다. MgO의 사용이 구리와 같은 순수 비자기 배리어 층에 비해 구조적 및 동작적 혜택들을 제공할 수 있는 데 반해, 2원 화합물 층(188)의 마주하는 면들 상에 합금 층들(190 및 192)(이 합금 층들(190 및 192) 각각은 2원 화합물 층(188)의 금속 재료의 합금들로 구성됨)을 배치(placement)하는 것은 미리결정된 격자 구성 및 일 함수가 강자성 층들(184 및 186) 사이의 유효 배리어 높이를 저하시키는 것을 촉진하도록 도울 수 있다.
합금 층들(190 및 192)의 재료 조성은, 일부 실시형태들에서, Mg와 같은 2원 화합물 층(188)의 금속 재료에 매칭(match)되도록 선택될 수 있으며, 금속 재료들보다 더 낮은 일 함수를 갖는 제 2 재료와 결합될 수 있다. 하기 식 1과 다양한 엘리먼트들의 일 함수 특성에 기초하여, 합금 층들(190 및 192)은 유효 배리어 높이를 저하시키도록 조정될 수 있다.
Figure 112013106630093-pat00001
Figure 112013106630093-pat00002
식 1
식에서,
Figure 112013106630093-pat00003
는 더 작은 일 함수 특성을 갖는 엘리먼트의 일 함수이고,
Figure 112013106630093-pat00004
는 더 큰 일 함수를 갖는 엘리먼트이며,
Figure 112013106630093-pat00005
는 공유 결합 강도이다. 임의의 엘리먼트들이 합금 층들(190 및 192)을 형성하도록 사용될 수 있는 데 반해, 식 1은, Mg 단독보다 더 낮은 일 함수 및 2원 합금들의 형성의 용이함을 갖는 것으로 인해, 2원 화합물 층(188)에서 발견된 알칼리 토류 금속과 결합될 유망주(prospects)로서, 바륨, 리튬 및 스트론튬을 산출한다.
3개의 유망한(prospective) 엘리먼트들은, 더 낮은 산화물 배리어 높이 및 결정 구조를 갖는 산화물로서 형성되었을 때, MgO보다 더 낮은 전자 밴드 갭을 추가적으로 제공할 수 있으며, 이는 2원 화합물 층(188)의 유효 밴드 갭을 감소시킬 수 있다. 그렇지만, 3개의 엘리먼트들 각각의 또 다른 애스펙트(aspect)는, 붕소가 2원 화합물 층으로 확산되는 대신에 각 엘리먼트와 결합(bond)할 수 있다는 점이며, 이는 배리어 구조(182)를 가로질러 강자성 결합(coupling)을 감소시키기 위한 수단을 제공할 수 있다. 따라서, 다양한 실시형태들은, 미리결정된 저항 영역을 제공하도록, 2원 화합물 층(188)의 두께(198)에 매칭될 수도 있으며 또는 매칭되지 않을 수도 있는 각 두께들(194 및 196)을 갖는, MgBa, MgLi 또는 MgSr의 배리어 구조(182)의 합금 층들(190 및 192)을 형성한다.
합금 층들(190 및 192)은, 제 1 합금 층(190)이 MgBa로 구성될 수도 있는 데 반해, 제 2 합금 층(192)은 MgSr로 형성되기 때문에, 매칭 재료 조성들을 가질 필요가 없음이 주의되어야 한다. 이러한 다양한(diverse) 조정 역량(capability)들은, 광범위하게 다양한 데이터 저장 환경들에 케이터링된(catered) 저항 영역과 유효 배리어 높이의 정밀한 조정을 허용할 수 있다. 2원 화합물 층(188)의 양면에(on either side) 합금 층들(190 및 192)의 배치 및 재료 조성은, 감소된 저항 영역을 제공할 수도 있지만, 적어도 부분적으로, .5-2Å와 같은 최소한의 두께 및 무선 주파수 스퍼터링과 같은 증착 수단으로 인해, 합금 층들(190 및 192)이 미리결정된 텍스쳐(texture) 및 격자 구조를 취하지 않을 수도 있기 때문에, 자기저항 비율들이 디플레이팅되게(deflated) 될 수 있다.
이러한 우려들은 합금 층들(190 및 192)의 마주하는 면들 상의 순수 금속 층들의 추가를 일축(spurn)할 수도 있다. 도 4는, 합금 층들(216) 및 2원 화합물 층(218)에 대한 미리결정된 텍스쳐 및 격자 매칭을 보증하도록 텍스쳐링된(textured) 시드 및 캡 엘리먼트들로서 순수 금속 층들(214)을 사용하는 다층 배리어 구조(212)를 갖는 예시적인 자기 스택(21)의 일 부분을 나타낸다. 순수 금속 층들(214)의 추가는, 2원 화합물 층(218) 및 합금 층(216)에 균일하게 사용된 알칼리 토류 금속(즉, Mg)과 유사하거나 또는 유사하지 않은 재료들의 형태일 수 있다. 그러나, 일부 실시형태들은, 합금 층(216)과 2원 화합물 층(218)의 일부 및 순수 금속 층(214)으로서 Cu와 같은 금속을 균일하게 사용한다.
순수 금속 층들(214)의 두께(220) 및 재료에 상관없이, 강자성 층들(222) 및 합금 층들(216) 사이의 층(214)의 위치(position)는, 감소된 저항 영역 및 큰 자기저항 비율들을 제공하도록 배리어 구조(212)와 강자성 층들(222)의 계면에 금속 재료를 배치(place)한다. 금속 층 두께(220)는, 강자성 층들(222) 사이에 미리결정된 다층 두께를 제공하도록 합금 층 두께들(224) 및 2원 화합물 층 두께(226)에 따라 조절될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 다층 배리어 구조(212)의 각 층은, 2Å와 같이 실질적으로 동일한 두께를 갖는 데 반해, 다른 실시형태들에 있어서, 순수 금속 층(214) 및 합금 층(216)은 2원 화합물 층(218)의 두께(226)보다 더 작은 두께들(220 및 224)을 갖는다.
각 재료들 및 두께들에 대해 다층 배리어 구조(212)의 다양한 층들을 조정하는 능력은, 전자 터널 접속의 저항 영역의 케이터링된 최적화를 허용한다. 이러한 조정은 언제라도 발생할 수 있으며, 미리결정된 제조 루틴을 따를(adhere) 수도 있다. 도 5는 다양한 실시형태들에 따라 수행된, 바로 이러한 자기 엘리먼트 제조 루틴(240)을 제공한다. 요구되거나 제한하는 것은 아니지만, 단계 242에서 하부(lower) 전극 재료가 초기에 증착될 수도 있고, 자기 쉴드와 같은 적어도 하나의 강자성 층을 포함할 수도 있으며, 시드 층을 더 포함할 수도 있다.
하부 전극 재료(들)의 형성은, 자기 엘리먼트가 어떻게 구성될 것인지를 선택하기 위해 루틴(240)을 진전(advance)시킨다. 단계 244는 3층 스택 라미네이션의 형성과 부합하며, 여기서 상부 및 바닥(bottom) 전극들은 강자성 프리 층들이고, 스택은 고정된 자화들은 갖지 않지만, 대신에 사이드 쉴드 또는 공기 베어링 표면에서 먼 쪽의(distal) 바이어스 마그넷과 같은 외부 바이어스 구조들을 갖는다. 따라서, 단계 246은 하부 전극의 맨 위(atop)에 제 1 강자성 프리 층을 형성한다. 반대로, 단계 248에서 인접 접합 스택을 형성하는 선택은, 강자성 기준 층에 결합된 피닝된 자화 층과 같은 고정된 기준 구조를 형성하도록, 단계 246 대신에 단계 250으로 진행(proceed)한다.
단계들 242 및 단계 246 또는 250 중 어느 하나로부터 구성된 자기 엘리먼트의 하부 부분으로, 판정 252는 순수 금속 층이 삽입될 것인지의 여부를 판정한다. 순수 금속 층이 다층 배리어 구조의 강자성 층들과 합금 층들 사이에 위치결정될 것인 경우, 단계 254는 Mg와 같은 미리결정된 재료의 제 1 순수 금속 층을 미리결정된 두께로 증착한다. 자기 엘리먼트에 또는 제 1 순수 금속 층의 증착의 마지막에 순수 금속 층을 포함하지 않는 선택은, MgO와 같은 2원 화합물 층의 마주하는 면들에 접촉하는, MgX와 같은 합금 층들을 갖는 다층 배리어 구조를 형성하는 단계 256으로 루틴(240)을 진전시키며, 여기서, X는 Ba, Li 또는 Sr이다.
다양한 비제한적 실시형태들을 통해, 합금 층들은 MgO로 형성되며, 이는 MgO로서 증착되거나, 또는 산소의 존재하에서 증착될 수도 있거나 그렇지 않을 수도 있는 Mg 층의 산화를 통해 형성되는 것 중 어느 하나일 수 있다. 양 기술(either technique)의 제품은, 2원 화합물 층이 MgBa, MgLi 또는 MgSr가 되는 것을 허용하며 격자 구성, 결정 구조 및 미리결정된 저항 영역에 대응하는 일 함수를 갖도록 미리결정된 두께 및 텍스쳐로 조정될 수 있는 얇은 MgO의 층이다. 단계 256에서 다층 배리어 구조의 형성에 후속하여, 단계 258은 금속 층이 판단 252로부터 선택된 경우, 제 2 순수 금속 층을 증착한다. 제 2 순수 금속 층이 증착되는지의 여부에는 상관없이, 단계 260은 자기 엘리먼트를 완성하도록, 다층 배리어 구조의 맨 위에 강자성 프리 층, 캡 층 및 자기 쉴드와 같은 상부(top) 전극 재료를 형성한다.
단계 260에서 상부 전극 재료(들)의 증착에 앞서, 다양한 실시형태들은 변경된 온도 처리들을 통해 다층 배리어 구조를 컨디셔닝할(condition) 수 있다. 즉, 스택은 50K와 같은 극저온 온도들에 노출될 수 있으며, 그리고/또는 다층 배리어 구조의 재료들이 반응하여 미리결정된 저항 영역, 일 함수 및 유효 배리어 높이를 제공하도록 유발하는, 상승된 인­시츄(in­situ) 열 온도들에 노출될 수 있다.
루틴(240)의 다양한 단계들 및 판정들을 통해, 자기 엘리먼트는 다양한 재료들 및 두께들로 조정된, 최적화된 배리어 구조로 생성될 수 있다. 그러나, 루틴(240)에 무제한된 다양한 프로세스들이 추가될 수 있는 데 반해, 임의의 기존 애스펙트들이 기꺼이(at will) 변경 및 제거될 수 있기 때문에, 루틴(240)은 도 5에 제공된 단계들 및 판정들로 제한되지 않는다. 예컨대, 판정은 가열/냉각 처리가 다층 배리어 구조 상에서 수행되는지를 판정하도록 단계 260 전에 포함될 수 있다.
조정되고 최적화될 수 있는, 광범위하게 다양한 자기 스택 피쳐(feature)들로, 자기 엘리먼트는 감소된 유효 배리어 높이 및 저항 영역으로 생성될 수 있다. 합금 및 2원 화합물 층들 모두(both)에 대한 알칼리 토류 금속 결합물들의 적절한(judicious) 선택은, 배리어의 감소된 물리적 크기에도 불구하고 큰 자기저항 비율들이 달성되는 것을 허용한다. 게다가, 동일한 루트 금속 엘리먼트를 갖는 합금 및 2원 화합물 층들의 더 낮은 일 함수는 유효 배리어 높이를 증가시키지 않고 더 강건한 터널링 배리어를 산출할 수도 있다. 추가로, 실시형태들은 자기 감지에 관한 것인 데 반해, 청구된 발명은 데이터 저장 디바이스 애플리케이션들을 포함하는 임의의 수의 다른 애플리케이션들에서 용이하게 활용될 수 있음이 인식될 것이다.
본 개시물의 다양한 실시형태들의 다수의 특징들 및 이점들이, 다양한 실시형태들의 구조 및 기능의 상세들과 함께 상술한 설명에서 진술되었지만, 본 상세한 설명은 오직 예시이며, 특히 본 기술의 원리들 내에서, 첨부된 청구항들이 표현되는 용어들의 넓은 일반적인 의미에 의해 명시되는 최대한의 범위(extent)로, 부분들의 구조 및 어레인지먼트들(arrangements)에 관해서 변경들이 구체적으로(in detail) 이루어질 수도 있음이 이해될 것이다. 예컨대, 특정 엘리먼트들은 본 개시물의 정신 및 범위(scope)로부터 벗어나지 않고 특정 애플리케이션에 따라 변화할 수도 있다.

Claims (21)

  1. 제 1 및 제 2 강자성 층들 사이에 배치된 다층 배리어 구조를 갖는 자기 스택을 포함하는 장치로서,
    상기 다층 배리어 구조는, 제 1 및 제 2 합금 층들 사이에 배치된 2원 화합물 층을 갖고,
    상기 2원 화합물은, 금속 엘리먼트 및 상기 금속 엘리먼트와 결합하여 상기 2원 화합물을 형성하는 제 2 엘리먼트를 포함하며,
    적어도 하나의 합금 층은, 상기 금속 엘리먼트 및 Ba, Sr 및 Li으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제 3 엘리먼트를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 엘리먼트는 마그네슘을 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 엘리먼트는 산소를 포함하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 엘리먼트는 바륨을 포함하는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 엘리먼트는 리튬을 포함하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 엘리먼트는 스트론튬을 포함하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 스택은, 고정된 기준 자화(fixed reference magnetization) 없이 제 1 및 제 2 자기 프리(free) 층들을 갖는 3층 라미네이션을 포함하는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 스택은, 자기 프리 층으로부터 상기 다층 배리어 구조의 맞은편에 고정된 자화 기준 구조를 갖는 인접 접합 라미네이션(abutted junction lamination)을 포함하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각 합금 층은, 상기 제 1 및 제 2 강자성 층들 중 하나와 상기 2원 화합물 층 사이에 배치되어 있는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 합금 층들은 동일한 재료 조성을 갖는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 2원 화합물 층 및 적어도 하나의 합금 층은 공통 두께를 각각 갖는, 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 2원 화합물 층 및 적어도 하나의 합금 층은 상이한 두께들을 각각 갖는, 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 합금 층들은 상이한 재료 조성들을 갖는, 장치.
  14. 자기 엘리먼트로서,
    제 1 및 제 2 강자성 층들 사이와 제 1 및 제 2 순수 금속 층들 사이에 배치된 다층 배리어 구조를 갖는 자기 스택을 포함하며,
    상기 다층 배리어 구조는, 제 1 및 제 2 합금 층들 사이에 배치된 2원 화합물 층을 갖고,
    상기 2원 화합물은 MgO를 포함하고, 각 합금 층은 MgX를 포함하며, 여기서 X는 Ba, Sr 및 Li으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 자기 엘리먼트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각 순수 금속 층은, 상기 2원 화합물의 금속 엘리먼트를 포함하는, 자기 엘리먼트.
  16. 삭제
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 2원 화합물 층은 MgX를 포함하고, 여기서 X는 Ba, Sr 및 Li으로 구성된 그룹으로부터 선택되며, 각 합금 층은 MgO이고, 각 순수 금속 층은 Mg인, 자기 엘리먼트.
  18. 방법으로서,
    적어도 하나의 강자성 층을 갖는 자기 스택의 하부(lower) 전극 부분을 구성하는 단계;
    상기 하부 전극 부분의 맨 위(atop)에 다층 배리어 구조를 형성하는 단계 ― 상기 다층 배리어 구조는, 제 1 및 제 2 합금 층들 사이에 배치된 2원 화합물 층을 갖고, 상기 2원 화합물은, 금속 엘리먼트 및 상기 금속 엘리먼트와 결합하여 상기 2원 화합물을 형성하는 제 2 엘리먼트를 포함하며, 적어도 하나의 합금 층은, 상기 금속 엘리먼트 및 Ba, Sr 및 Li으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제 3 엘리먼트를 포함함 ―; 및
    상기 다층 배리어 구조 맨 위에 적어도 하나의 강자성 층을 갖는 자기 스택의 상부(top) 전극 부분을 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계에 앞서, 상기 자기 스택을 극저온 온도(cryogenic temberature)로 냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계에 앞서, 상기 자기 스택을 상승된 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    순수 금속 층이 상기 적어도 하나의 합금 층과 상기 제 1 강자성 층 사이에 배치되고, 상기 순수 금속 층은 알칼리 토류 금속(alkaline earth metal) 물질을 포함하는, 장치.
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