KR102042769B1 - 스핀 전달 토크 자기 메모리에서 사용 가능한 자기 터널링 접합에 제공되는 방법 및 시스템 - Google Patents

스핀 전달 토크 자기 메모리에서 사용 가능한 자기 터널링 접합에 제공되는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방법 및 시스템은 자기 접합을 제공한다. 자유층, 대칭 필터, 피고정층이 제공될 수 있다. 읽기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 자유층은 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭시키는 자기 모멘트를 가질 수 있다. 대칭 필터는 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어들을, 다른 대칭을 가지는 전하 캐리어들보다 높은 확률로 전송할 수 있다. 대칭 필터는 자유층 및 피고정층 사이에 개재될 수 있다. 자유층 및/또는 피고정층은 면 내에 배치되고, 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 제1 대칭의 전하 캐리어를 가지되, 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍되며, 면에 수직인 비-제로 자기 모멘트 요소를 가질 수 있다. 자유층 및/또는 피고정층 및 대칭 필터는 7 퍼센트보다 낮은 적어도 하나의 격자 부정합을 가질 수 있다.

Description

스핀 전달 토크 자기 메모리에서 사용 가능한 자기 터널링 접합에 제공되는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING MAGNETIC TUNNELING JUNCTIONS USABLE IN SPIN TRANSFER TORQUE MAGNETIC MEMORIES}
본 발명의 자기 메모리와 같은 자기소자용 자기 접합 및 이러한 자기 접합을 사용하는 소자와 관련된다.
자기 메모리, 특히 자기 랜덤 메모리들(MRAMs)은 높은 읽기/쓰기 속도, 내구성, 비휘발성 및 구동 동안의 낮은 전력소모의 가능성으로 인하여, 관심이 증가되고 있다. MRAM의 한가지 종류는 스핀 전달 토크 랜덤 액세스 메모리(spin transfer torque random access memory, STT-RAM)이다. STT-RAM은 자기 접합을 통해 구동되는 전류에 의해 적어도 일부 쓰여지는 자기 접합을 이용한다.
도 1은 종래의 STT-RAM을 사용한 종래의 자기 터널 접합(MTJ)(10)을 나타낸다. 종래의 MTJ(10)는 일반적으로 종래의 하부 콘택(11)의 위에 있고, 종래의 시드층(12)을 사용하며, 종래의 상부 콘택(12)의 아래에 있다. 종래의 MTJ(10)는 종래의 반강자성(AFM)층(20), 종래의 피고정층(30), 종래의 터널 배리어층(40), 및 종래의 자유층(50)을 포함할 수 있다. 또한, 종래의 캐핑층(14)이 도시된다. 종래의 피고정층(30)의 자기 모멘트(32)가 안정된 것에 반하여, 종래의 자유층(50)은 가변 자기 모멘트(52)를 가질 수 있다. 보다 상세하게, 피고정층(30)의 자기 모멘트(32)는 종래의 반강자성(AFM)층(20)과 상호작용에 의해 고정될 수 있다.
종래의 콘택들(12, 16)은 도 1에 도시된 바와 같이 면수직전류(CPP) 방향 또는 z 축 방향으로 전류를 구동하는 데에 사용될 수 있다. 종래의 피고정층(30)을 통과하는 전류는 스핀 분극되고 각모멘텀(angular momentum)을 전달할 수 있다. 상기 각모멘텀은 종래의 자유층(50)으로 전달될 수 있다. 각모멘텀의 충분한 량이 전달되면, 자유층(50)의 자기 모멘트(52)는 피고정층(30)의 자기 모멘트(32)에 대해 평행 또는 반평행하게 고정될 수 있다.
STT-RAM의 성능을 향상시키도록, 종래의 자기 접합(10)의 다양한 요소들이 최적화될 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 종래의 자기 접합(10)은 열적으로 안정한 종래의 자유층(50)을 스위치하기 위해, 원하는 임계 전류, Ic를 얻도록 설계될 수 있다. 임계 전류는 아래의 식에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112013062935036-pat00001
여기에서, <H> eff 는 종래의 자유층(50)의 세차 운동하는 자기 모멘트에 의해 나타나는 평균 유효 자기장이고, Hk 는 자기장이 자화 용이축으로 인가될 때 자기 모멘트(52)를 스위치하는데 필요한 자기장이고, α는 감쇠 파라미터이며, η는 스핀 토크 효율이다. 1.5 mA는 전류를 나타내고, 60의 열안정도 계수(△E/kBT)에 근사된다. 여기에서, △E는 열적 스위칭에 필요한 에너지 장벽, kB는 볼츠만 상수, T는 절대온도를 나타낸다.
종래의 자기 접합(10)은 임계 전류를 개선시키도록 최적화될 수 있다. 종래의 자기 접합(10)의 설계는 종래의 피고정층(30) 및 종래의 자유층(50)으로 CoFe 및/또는 CoFeB를 사용하는 것을 포함할 수 있다. CoFe 및 CoFeB는 자기 모멘트들(32, 52)에 의해 도시된 바와 같이, 면 내(in-plane)의 자기 모멘트를 가지는 경향이 있다. 게다가, 종래의 터널 배리어층(40)은 결정형 MgO일 수 있다. MgO와 CoFe 및 CoFeB의 조합은 낮은 임계 전류를 초래할 수 있다.
종래의 자기 터널 접합(10)이 기능할 수 있더라도, 추가적의 개선이 요구될 수 있다. 예를 들어, 자기 메모리용 자기 접합에서, 자기 메모리는 더 작고, 더 작은 크기로 축소될 수 있으며, 더 작은 임계 전류를 사용할 수 있고, 자기 접합들은 제조하기 더 용이하고, 및/또는 다른 성질들을 가지는 것이 요구될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고밀도 STT-RAM에서 사용 가능한 개선된 자기 접합을 제공하는 것이다.
자기 접합, 자기 메모리 소자용 자기 접합, 자기 메모리, 및 자기 메모리 소자용 자기 접합의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 개념에 따른 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭 가능한 제1 자기 모멘트를 가지는 자유층; 제2 대칭을 가지는 전하 캐리어들 보다 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어들을 더 높은 확률로 전송시키는 대칭 필터; 그리고 일 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가지는 피고정층을 포함하되, 상기 대칭 필터는 상기 자유층 및 상기 피고정층 사이에 개재되고, 상기 고정층 및 상기 자유층 중의 적어도 하나는 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 상기 전하 캐리어들을 가지되 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 전하 캐리어들이 결핍되고, 면 내에 배치되며, 상기 면에 수직인 논-제로 자기 모멘트 요소를 가지며, 상기 대칭 필터와 상기 피고정층 및 상기 자유층 중의 적어도 하나 사이에 7 퍼센트보다 낮은 격자 부정합을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 격자 부정합은 4 퍼센트보다 더 낮을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 AlMn을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 대칭 필터는 Ge, GaAs 및 ZnSe 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 자기 모멘트는 상기 면에 수직할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 자기 모멘트는 상기 면에 수직할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 MnGa 및 MnIn중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 대칭 필터는 터널 배리어층일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 합성형 반자성체일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스페이서층; 및 추가적 피고정층을 더 포함하되, 상기 스페이서층은 상기 자유층 및 상기 추가적 피고정층 사이에 개재되고, 상기 추가적 피고정층은 제3 자기 모멘트를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 추가적 피고정층은 AlMn을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 스페이서층은 추가적 대칭 필터일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 추가적 대칭 필터와 상기 자유층 및 상기 추가적 피고정층 중의 적어도 하나 사이에 7 퍼센트보다 낮은 추가적 자기 부정합을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 추가적 자기 부정합은 4 퍼센트보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 따르면,상기 추가적 대칭 필터는 Ge, GaAs 및 ZnSe 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자유층, 상기 피고정층, 및 상기 추가적 피고정층은 합성형 반강자성체일 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 메모리 소자용 자기 접합은 면에 평행하며, 상기 면에 수직한 (001) 축을 가지는 AlMn을 포함하고, 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때 다수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭되는 제 1 자기 모멘트를 가지되, 제1 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 제1 대칭의 전하 캐리어를 가지고, 제1 소수의 스핀 채널에서 상기 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍되며, 상기 제1 자기 모멘트는 상기 면에 수직한 제1 비-제로 요소를 갖는 자유층; 상기 제1 대칭을 가지는 상기 전하 캐리어를 전송하고, 상기 제1 대칭과 다른 제2 대칭을 가지는 상기 전하 캐리어를 감쇠시키며, Ge, GaAs 및 ZnSe 중의 적어도 하나를 포함하는 대칭 필터; 그리고 상기 면에 평행하되, 상기 면과 수직한 (001) 축을 갖는 상기 AlMn을 포함하고, 상기 면에 수직인 제2 비-제로 요소를 가지며 일 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가지고, 제2 다수의 스핀 채널에서 상기 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 전하 캐리어를 가지되, 제2 소수의 스핀 채널에서 상기 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍된 피고정층을 포함하되, 상기 대칭 필터는 상기 자유층 및 상기 피고정층 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 메모리는 적어도 하나의 선택 소자 및 적어도 하나의 자기 접합을 포함하되, 상기 적어도 하나의 자기 접합은 자유층, 피고정층, 및 상기 자유층과 상기 피고정층 사이에 개재된 대칭 필터를 포함하고, 상기 자유층은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통과할 때 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭시키는 제1 자기 모멘트를 가지고, 상기 대칭 필터는 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어를 제2 대칭을 가지는 상기 전하 캐리어보다 더 높은 확률로 전송하고, 상기 피고정층은 일 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가지며, 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 제1 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 상기 전하 캐리어를 가지고, 제2 스핀 채널 내에서 상기 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍되고, 면 내에 배치되고, 상기 면에 수직한 비-제로 자기 모멘트 요소를 가지며, 상기 대칭 필터와 상기 자유층 및 상기 고정층 중의 적어도 하나는 7 퍼센트보다 낮은 격자 부정합을 가지는 복수의 자기 저장 셀들; 상기 복수의 자기 저장 셀들과 커플링된 복수의 비트 라인들; 그리고 상기 복수의 자기 저장 셀들과 커플링된 복수의 워드라인들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자기 부정합은 4 퍼센트 보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 대칭 필터는 Ge, GaAs 및 ZnSe 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 메모리 소자용 자기 접합은 면에 평행하고, 읽기 전류가 통과할 때 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭하는 제1 자기 모멘트를 가지고, 상기 제1 자기 모멘트는 상기 면에 수직인 제1 비-제로 요소를 갖는 자유층; 상기 면에 평행하고, 일 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가지는 피고정층; 그리고 상기 자유층 및 상기 피고정층 사이에 개재된 대칭 필터를 포함하되, 상기 제2 자기 모멘트는 상기 평면에 수직인 제2 비-제로 요소를 가지며, 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 제1 다수의 스핀 채널에서 페르미 에너지에서의 제1 대칭의 전하 캐리어를 가지되, 제1 소수의 스핀 채널에서 상기 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍되며, 상기 대칭 필터는 상기 제1 대칭을 갖는 상기 전하 캐리어를 전송하되, 상기 제1 대칭과 다른 제2 대칭을 갖는 전하 캐리어를 감쇠시키고, 상기 대칭 필터와 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 7 퍼센트보다 낮은 격자 부정합을 가질 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 메모리 소자용 자기 접합은 면에 평행하며, 읽기 전류가 통과할 때 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭하는 제1 자기 모멘트를 가지고, 제1 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 제1 대칭의 전하 캐리어를 갖되, 제1 소수의 스핀 채널에서 상기 제1 대칭의 전하캐리어가 결핍되며, 상기 제1 자기 모멘트는 상기 면에 수직인 제1 비-제로 요소를 가지는 자유층; 상기 제1 대칭을 갖는 전하 캐리어를 전송하되, 상기 제1 대칭과 다른 제2 대칭을 갖는 전하 캐리어를 감쇠시키는 대칭 필터; 그리고 상기 면에 평행하며, 일 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가지되, 제2 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 전하 캐리어를 가지되, 제2 소수의 스핀 채널에서 상기 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍되고, 상기 제2 자기 모멘트는 상기 면에 수직한 제2 비-제로 요소를 가지는 피고정층을 포함하되, 상기 대칭 필터는 상기 피고정층 및 상기 자유층 사이에 개재되며, 상기 대칭 필터 및 상기 자유층 및 상기 고정층 중에서 적어도 하나는 7 퍼센트보다 낮은 격자 부정합을 가질 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 메모리 소자용 자기 접합의 제조 방법은 자유층 필름, 피고정층 필름, 및 대칭 필터 필름을 포함하는 자기 접합 스택을 제공하되, 상기 대칭 필터 필름은 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어를 전송하되 제2 대칭을 가지는 상기 전하 캐리어를 감쇠시키고 상기 자유층 필름 및 상기 피고정층 필름 사이에 개재되고, 상기 피고정층 필름 및 상기 자유층 필름 중의 적어도 하나는 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 전하 캐리어를 가지고 타 스핀 채널에서 상기 페르미 준위에서의 상기 제1 대칭의 전하 캐리어가 결핍되며 면 내에 놓여있고 상기 면에 수직한 비-제로 자기 모멘트 요소를 가지고, 상기 대칭 필터와 상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 7 퍼센트보다 낮은 격자 부정합을 가지는; 상기 자유층 필름으로부터 정의된 자유층, 상기 대칭 필터 필름으로부터 정의된 대칭 필터, 상기 피고정층 필름으로부터 정의된 피고정층을 포함하되, 상기 자유층은 제1 자기 모멘트를 가지고, 상기 피고정층은 제2 자기 모멘트를 가지는 자기 접합을 정의하는 것; 그리고 특정 방향으로 고정된 상기 피고정층의 상기 제2 자기 모멘트를 설정하는 것을 포함하되, 상기 자기 접합은, 읽기 전류가 상기 자기 접합을 통과할 때 상기 제1 자기 모멘트가 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 격자 부정합은 4 퍼센트보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자유층 필름 및 상기 피고정층 필름 중의 적어도 하나는 상기 면 내에 배치되고, 상기 면에 수직인 (001) 축을 가지는 AlMn 을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 대칭 필터는 Ge, GaAs 및 ZnSe 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자기 접합 스텍을 제공하는 것은 스페이서층 필름을 형성하는 것; 및 추가적 피고정층용 추가적 피고정 필름을 형성하는 것을 포함하되, 상기 스페이서는 상기 추가적 피고정층 필름 및 상기 자유층 필름 사이에 개재되고, 상기 추가적 피고정층은 상기 제3 자기 모멘트를 가질 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 접합에서 자유층 및 고정층의 의 자기 모멘트는 평면에 수직이며, <H> eff /H k 값은 1일 수 있다. 스핀 편극 효율이 향상되어, 자기 , 자기 접합의 성능이 증가될 수 있다. 본 발명에 따른 자기 접합을 포함하는 자기 메모리 및 자기 소자는 향상된 성능을 나타낼 수 있다
도 1은 종래의 자기 터널 접합을 나타낸다.
도 2는 자기 메모리용 자기 접합의 예시적 실시예를 나타낸다.
도 3은 자기 접합의 일 실시예에 따른 자유층 및/또는 고정층에서 다수 및 소수 스핀 채널들에 대한 밴드 구조의 예시적 실시예를 나타낸다.
도 4는 대칭 필터를 통과하는 전하 캐리어의 투과를, 파장 함수 대칭에 기초하여 나타내는 예시적 실시예를 낸다.
도 5는 자기 메모리용 자기 접합의 다른 예시적 실시예를 나타낸다. 상기 자기 접합에서 자유층 및 고정층은 스핀 필터층에 의해 우선적으로 전송되는 대칭을 갖는 페르미 에너지에서의 상태를 가진다.
도 6은 자기 메모리용 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 나타낸다.
도 7은 자기 메모리용 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 나타낸다.
도 8은 자기 메모리용 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 나타낸다.
도 9는 자기 메모리용 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 나타낸다.
도 10은 자기 메모리용 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 나타낸다.
도 11은 자기 메모리용 이종 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 12는 자기 접합을 사용하는 자기 메모리의 예시적 실시예를 나타낸다.
도 13은 자기 메모리용 자기 터널 접합의 제조에 관한 방법의 예시적 실시예를 나타낸다.
본 발명은 DARPA에 의해 수여받은 등록/계약 번호 HR0011-09-C-0023의 미정부의 지원으로 만들어졌다. 미정부는 본 발명에 대한 어떤 권리를 보유할 수 있다. 지분은 미정부에 의해서만 공인될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예들은 자기 메모리와 같은 자기 소자용 자기 접합 및 상기 자기 접합을 사용하는 소자와 관련된다. 아래의 설명은 통상의 기술자가 본 발명을 제조 및 사용하고, 본 특허 출원 및 이에 필요한 것에 관한 내용을 제공한다. 본 명세서에 기재된 예시적 실시예들, 그리고 일반적인 원리 및 특성 대한 다양한 변형이 쉽게 가능할 수 있다. 예시적 실시예들은 특정한 실행에 제공되는 방법 및 시스템의 측면에서 주로 서술된다. 그러나, 본 발명의 방법 및 시스템은 다른 실행들에서 효과적으로 동작할 것이다. "예시적 실시예", "일 실시예", 및 "다른 실시예"와 같은 구절은 복수의 실시예들 뿐만 아니라 동일 또는 상이한 실시예들을 의미할 수 있다. 실시예들은 어떤 요소들을 가지는 시스템 및/또는 소자에 관하여 기술될 것이다. 그러나, 본 발명의 시스템 및/또는 소자는 도시된 것보다 더 많거나 적은 요소들을 포함할 수 있으며, 본 발명의 범위 내에서 상기 요소들의 배치 및 종류에 관한 변형이 가능할 수 있다. 예시적 실시예들은 어떤 단계들을 가지는 특정 방법의 문맥 내에서 서술될 것이다. 그러나, 본 발명의 방법 및 시스템은 상이하거나 및/또는 추가적인 단계를 갖는 방법들, 그리고 예시적 실시예들과 일치하지 않는 다른 순서, 및 다른 및/또는 추가적인 단계들을 갖는 다른 방법들에 대해 효과적으로 운영될 수 있다. 본 발명은 도시된 실시예들에 제한되지 않으며, 본 명세서에 기재된 원리들 및 특성들과 일치하는 최광의의 범위에 부합할 수 있다.
자기 접합을 제공하기 위한 방법 및 시스템이 기술된다. 본 발명의 및 시스템은 자유층, 대칭 필터(symmetry filter), 및 피고정층을 포함할 수 있다. 자유층은 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 다수의 안정한 자기 상태들 사이를 스위칭할 수 있는 제1 자기 모멘트를 가질 수 있다. 대칭 필터는 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어들을, 다른 대칭들을 가지는 전하 캐리어들보다 더 높은 확률로 통과시킬 수 있다. 피고정층은 특정 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가질 수 있다. 대칭 필터는 자유층과 피고정층 사이에 개재될 수 있다. 자유층 및 피고정층 중의 적어도 하나는 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 제1 대칭의 전하 캐리어들을 가지되, 다른 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 제1 대칭의 전하 캐리어들이 결핍되고, 평면에 놓일 수 있고, 그리고 상기 평면에 실질적으로 수직한 비-제로(nonzero) 자기 모멘트 요소를 가질 수 있다. 자유층 및/또는 피고정층, 그리고 대칭 필터는 적어도 하나의 격자 부정합(lattice mismatch)을 가질 수 있는데, 상기 격자 부정합은 7 퍼센트 보다 작을 수 있다. 다른 측면들에서, 상기 적어도 하나의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 작을 수 있다. 또 다른 측면들에서, 대칭 필터는 Ge, GaAs, 및 ZnSe 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예들은 어떤 소자들을 가지는 특정 자기 접합 및 자기 메모리와 관련되어 기술될 수 있다. 통상의 기술자는, 본 발명이 다른 및/또는 추가적인 요소 및/또는 본 발명과 일치하지 않는 특성들을 가지는 자기 접합 및 자기 메모리에도 적용될 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 스핀 전달 현상에 대한 현재의 이해와 관련되어 기술될 수 있다. 따라서, 통상의 기술자는, 본 발명의 방법 및 시스템의 거동에 대한 이론적인 설명이 스핀 전달에 대한 현재의 이해에 기초한다는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 또한, 통상의 기술자는, 본 발명의 방법 및 시스템이 기판과 특정한 관계를 가지는 구조에 관련하여 기술됨을 용이하게 알 수 있을 것이다. 그러나, 통상의 기술자는 본 발명의 방법 및 시스템이 다른 구조에도 적용될 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 게다가, 본 발명의 방법 및 시스템은 합성형 및/또는 단순형인 어떤 층과 관련하여 기술될 수 있다. 그러나, 통상의 기술자는 상기 층들이 다른 구조를 가질 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 게다가, 상기 방법 및 시스템은 특정한 층들을 가지는 자기 접합에 관하여 기술될 수 있다. 그러나, 통상의 기술자는, 상기 방법 및 시스템과 일치하지 않은 추가적 및/또는 다른 층들을 가지는 자기 접합들이 사용될 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 게다가, 특정 요소들이 자성(magnetic), 강자성(ferromagnetic), 및 페리자성(ferrimagnetic)으로 기술될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "자성"은 강자성, 페리자성, 또는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 사용된 "자성" 또는 "강자성"의 용어는 강자성체(ferromagnet) 및 페리자성체(ferrimagnet)를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 방법 및 시스템은 단일 요소들과 관련되어 기술될 수 있다. 그러나, 본 발명의 통상의 기술자는 상기 방법 및 시스템이 다중 요소들을 가지는 자성 메모리들에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 게다가, 본 명세서에 사용된 " 면 내에서(in-plane)"의 용어는 실질적으로 자기 접합의 하나 또는 그 이상의 층들 내에 있거나, 또는 상기 층들과 평행한 것을 의미할 수 있다. 반대로 "수직(perpendicular)"은 자기 접합의 하나 또는 그 이상의 층들과 실질적으로 수직인 방향에 해당할 수 있다.
도 2는 자기 접합(100)의 예시적 실시예를 도시한다. 예를 들어, 자기 접합(100)은 자기 메모리에 사용될 수 있는데, 자기 메모리에서 전류는 CPP방향으로 자기 접합(100)을 통과하여 구동될 수 있다. 도 2는 실제 스케일에 따라 도시되지 않았으며, 자기 접합(100)의 일부가 생략될 수 있다. 자기 접합(100)은 피고정층(110), 스핀 필터(120), 및 자유층(130)을 포함할 수 있다. 자기 접합(100)은 다른 층들(미도시)을 포함할 수도 있다.
자유층(130)은 가변 가능한 자기 모멘트(131)을 가지는 자기층일 수 있다. 자기 모멘트(131)는 양쪽 끝에 화살표를 가지도록 도시되어, 자기 모멘트(131)가 방향을 변화시킬 수 있음을 나타낼 수 있다. 쓰기 전류가 자기 접합(100)을 통과할 때, 자기 모멘트(131)은 안정한 자기 상태들 사이를 스위칭할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 실시예에서, 스핀 전달 토크는 자유층(130)의 자기 모멘트(131)를 스위칭시키도록 사용될 수 있다. 예를 들어, z축 방향으로 구동하는 전류는, 자기 모멘트(131)를 피고정층(110)의 자기 모멘트(111)에 평행 또는 반평행하도록 스위칭시킬 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자유층(130)은 적어도 1 나노미터 내지 10 나노미터의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 비록 단일의 자기 모멘트(131)를 갖는 단일층으로 도시되었지만, 자유층(130)은 다중의 강자성 및/또는 비자성층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유층(130)은 Ru와 같은 하나 이상의 박막들을 통하여 반강자성 또는 강자성적으로 결합된(coupled) 자기층들을 포함하는 합성형 반강자성체(이하, SAF)일 수 있다. 또는, 자유층(130)은 하나 이상의 보조층들이 자성인 다중층일 수 있다. 또는, 자유층(130)에 대한 다른 구조가 사용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 자유층(130)은 자기 모멘트(131)에 따른 자화 용이축을 가질 수 있다. 자기 모멘트(131)는 자화 용이축을 따라 안정할 수 있다. 도시된 예에서, 자기 모멘트(131)는 면 내의(in-plane) 요소를 가질 수 있다. 다시 말해, 자기 모멘트(131)는 실질적으로 자유층(130)의 평면 내에 있는 요소를 가질 수 있다. 따라서, 도시된 실시예에서, 자기 모멘트(131)는 x-y 평면에 평행한 요소를 가질 수 있다. 덧붙여, 자기 모멘트(131)는 실질적으로 평면에 수직인 요소들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 자유층(130)의 자기 모멘트(131)는 도 2의 z축에 평행한 요소들을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자기 모멘트(131)는 평면에 수직일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 자기 모멘트(131)의 면 내(in-plane)의 요소들은 0일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 자유층(130)은 AlMn와 같은 물질을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 자유층은 상기 평면에 수직인 (100)축을 가지는 L10 상의 AlMn을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 자유층(130)은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다.
대칭 필터(120)은 스핀 필터일 수 있다. 대칭 필터(120)는 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어들을 다른 대칭을 가지는 전하 캐리어들보다 더 높은 확률로 전송하는 층일 수 있다. 전송은 터널링을 통해 이루어질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120)는 오직 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어들을 더 높은 확률로 전송할 수 있다. 다른 대칭들은 더 낮은 전송 확률을 가질 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(120)는 (100) 집합조직(texture)을 가지는 결정질 MgO일 수 있다. 그러한 층은 (100) 방향에서 △1 대칭의 파장 함수를 가지는 반송전류(current carrier)를, 다른 대칭들의 파장 함수를 가지는 반송전류들보다 더 높은 확률로 전달할 수 있다. 따라서, 대칭 필터(120)는 제1 대칭을 가지는 반송 전류를 통과시키나, 다른 대칭들을 가지는 반송 전류를 통과시키지 않는 필터와 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 물질들이 사용될 수 있다. 예를 들어, SrSnO3가 사용될 수 있다. 비록 터널링 장벽으로 쓰이는 절연체가 대칭 필터(120)에 사용됨이 설명되었지만, 다른 실시예들에서 다른 전기적 성질을 가지는 물질들이 사용될 수 있다.
피고정층(110)은 특정 방향으로 고정된 자기 모멘트(111)을 가질 수 있다. 예를 들어, 자기 모멘트(111)는 AFM층(미도시), 경자성체(hard magnetic)(미도시), 또는 다른 메커니즘을 통해 고정될 수 있다.
도시된 피고정층(110)은 단일층(single layer)이고, 단일 자성층으로 구성된다. 비록 피고정층(110)이 단일의 자성 모멘트(111)를 가지는 단일층으로 도시되지만, 피고정층(110)은 다중의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피고정층(110)은 Ru와 같은 하나 이상의 박막들을 통해 반강자성 또는 강자성적으로 결합되는 자기층들을 포함하는 SAF일 수 있다. 또는, 피고정층(110)은 하나 이상의 보조층들이 자성인 다른 다중층일 수 있다. 피고정층(110)에 대한 다른 구조가 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 자기 모멘트(111)는 면 내(in-plane) 요소를 가지도록 고정될 수 있다. 달리 말해, 자기 모멘트(111)은 실질적으로 피고정층(110)의 평면 내에 있는 요소들을 가질 수 있다. 이에 따라, 자기 모멘트(111)는 x-y 평면에 평행한 요소를 가질 수 있다. 게다가, 자기 모멘트(111)는 실질적으로 평면에 수직인 요소들을 가질 수 있다. 다시 말해, 자기 모멘트(111)는 도 2의 z축에 평행한 요소들을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자기 모멘트(111)는 평면에 수직일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 자기 모멘트(111)는 영(0)인 면 내 요소를 가질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 피고정층(110)은 AlMn와 같은 물질을 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 피고정층(110)은 (100) 방향 가지는 L10 상의 AlMn으로 구성될 수 있다. 다른 실시예들로, 고정층(110)은 MnGa을 포함할 수 있다.
자유층(130) 및/또는 피고정층(110)은, 이들의 적어도 하나가 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(120)에 의해 전송되는 대칭을 갖는 전하 캐리어들을 가지도록, 구성될 수 있다. 게다가, 자유층(130) 및 피고정층(110) 중의 적어도 하나는, 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭을 갖는 전하 캐리어들이 결핍될 수 있다. 이 경우, 자유층(130) 및/또는 피고정층(110)은 평면에 수직한 자화(131, 111)의 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 자유층(130) 및/또는 피고정층(110)은 다수의(majority) 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭을 갖는 전하 캐리어들을 가지나, 소수의(minority) 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭을 갖는 전하 캐리어들을 가지지 않을 수 있다. 강자성 물질에서, 다수의 스핀 채널은, 그들의 스핀들이 총 자화(net magnetization) 방향으로 정렬된 전자들을 가질 수 있다. 소수의 스핀 채널 전자들은, 다수의 스핀 채널 전자들에 반-평행한 그들의 스핀들을 가질 수 있다. △1 대칭을 갖는 반송 전류들을 전달하는, (100) 집합조직을 가지는 MgO와 같은, 대칭 필터(120)에 대하여, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 △1 대칭의 반송 전류들을 가질 수 있다. 그러나, 소수의 스핀 채널은 △1 대칭의 반송 전류를 가지지 않거나 또는 페르미 준위로부터 떨어진 △1 대칭의 반송 전류를 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이러한 성질을 가지는 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 평면에 수직인 자화를 가질 수 있다.
예를 들어, L10 상 및 (100) 방향의 AlMn을 포함하는 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 수직 자기 모멘트를 가지고, 페르미 준위에서의 소정의 대칭을 가지는 것이 밝혀졌다. 보다 상세하게, 피고정층(110)이 평면에 수직인 (100)축을 갖는, L10 상의, AlMn을 포함한다면, 고정층(100)은 평면에 수직한 자기 모멘트(111)을 가질 수 있다. 게다가, 피고정층(110)은 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 △1 대칭을 갖는 전하 캐리어들을 가질 수 있을 것이다. 다수의 스핀 채널에 대해 △1 대칭을 갖는 전하 캐리어들은, 피고정층(110)을 통과하는 전류를 보다 잘 운반할 수 있다. 그러한 조성 및 구조를 가지는 피고정층(110)은, 소수의 스핀 채널에서 (001) 방향에서 △1 대칭을 갖는 전하 캐리어들을 가지지 않는다. 예시적 실시예에 따른 그러한 층들의 밴드 구조(160)가 도 3에 도시된다. 그러나, 도시된 에너지 밴드들은 단지 예시적인 목적일 뿐이며, 그러한 물질의 밴드 구조를 정확하게 반영하려는 의도가 아니다. 밴드 구조에 도시된 바와 같이, 다수의 스핀 채널은 페르미 준위에서 △1 대칭의 전하 캐리어들을 가질 수 있다. 상기 △1 대칭의 전하 캐리어들은 피고정층(110)을 통해 전류를 전달할 수 있다. 동일한 결정 구조 및 조성을 갖는 자유층(130)은 유사한 특성을 가질 수 있다. 마찬가지로, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 MnGa을 포함할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 유사한 특성들을 가질 수 있다.
피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 스핀 필터(120)과 함께 사용될 수 있다. 상기 스핀 필터(120)는 △1 대칭을 갖는 전하 캐리어들에 대해 높은 전송 확률을 가지며, 다른 대칭들의 파동 함수를 갖는 전하 캐리어들에 대해 낮은 전송 확률을 가질 수 있다. 따라서, 전하 캐리어들에 대한 모든 파동 함수가 절연 대칭 필터에서 감쇠될 것으로 예상되더라도, △1 파동 함수는 더 느리게 감쇠될 수 있다. 전송 및 반사의 관점에서, △1 대칭을 갖는 전하 캐리어들은 다른 대칭들의 파동 함수를 갖는 전자들보다 더 높은 확률로 전송될 수 있다. 전송되지 않는 전하 캐리어들은 반사될 수 있다. 예를 들어, (100) 방향을 갖는 MgO는 특정한 △1 대칭을 갖는 파장 함수의 전자들을, 다른 대칭들을 갖는 파장 함수의 전자들보다 더 높은 확률로 전송하려는 경향이 있다. 도 4는 다른 대칭들의 상태와 비교하여, MgO에서의 △1 파장 함수의 상대적으로 느린 감쇠를 나타낸다. 다수의 스핀 채널은 페르미 준위에서의 △1 대칭을 가지고 있기 때문에, 피고정층(110) 및 자유층(130) 내에서의 페르미 준위로부터의 다수의 전하 캐리어들은 스핀 필터(120)을 통과하여 전송되기 쉬울 수 있다. 결과적으로, 높은 수준의 스핀 분극(spin polarization)이 이루어질 수 있다. 따라서, 스핀 토크 유도 전이의 효율이 향상되고, 임계 전류가 감소될 수 있다. 이 방식에서, 자기 접합(100)은 종래의 자기 접합(도 1에서 10)과 유사한 방식으로 기능하는데, 종래의 자기 접합(도 1에서 10)은 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 △1 전자를 가지되 소수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 △1 전자를 가지지 않는 CoFe를 사용할 수 있다.
나아가, 자유층(130) 및/또는 피고정층(110)에 AlMn과 같은 물질을 사용하는 경우, 자기 모멘트들(111, 131)은 평면에 수직할 수 있다. 그러므로, AlMn의 사용으로, <H>eff/Hk의 값은 1 또는 1에 근사할 수 있다. 상기 특성은 임계 전류를 더 감소시킬 수 있다. 그 결과, 자기 접합(100)의 성능이 향상될 수 있다. 따라서, 자기 접합(100)은, 향상된 성능을 가진, STT-RAM과 같은 자기 메모리에 사용될 수 있다. 자기 접합(100)의 다른 용도가 가능할 수 있다.
나아가, 대칭 필터(120)는 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)에 대하여 부가적인 특성을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120)에 인접하는 피고정층(110) 및 자유층(130)의 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 낮게 될 수 있다. 일 예로, 대칭 필터(120)와 층들(110 및/또는 130) 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 다른 예로, 대칭 필터(120)와 층들(110 및/또는 130) 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 격자 부정합은 인접하는 층들의 격자 구조의 차이이다. 따라서, 격자 부정합은 층들의 격자 파라미터 및 집합조직 (texture) 모두에 의존할 수 있다. 더 작은 격자 부정합은, 자기층들(110 및/또는 130)이 바람직한 자기 이방성(magnetic anisotropy)을 가지는 확률을 증가시킬 수 있다. 어떤 실시예들에서, MgO (001)은 L10의 AlMn와 적어도 7 퍼센트의 격자 부정합을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 더 큰 격자 부정합은 다른 자기 이방성을 가지는 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)을 야기시킬 수 있다. 이러한 격자 부정합으로 유도된 자기 이방성은, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)의 면 내 자기 모멘트를 초래할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 게다가, 어떤 경우에는. 격자 부정합은 밴드 구조에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 이것은 반송전류의 분극을 감소시키는데, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 바람직한 자기 이방성 및/또는 스핀 분극을 가지도록, 감소된 격자 부정합이 요구될 수 있다. 예를 들어, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 더 높은 수직 자기 이방성 및 면수직(perpendicular-to-plane) 자기 모멘트를 가질 수 있다. 마찬가지로, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 다수의 스핀 채널 내에서 더 많은 전자들을 가지고, 다른 스핀 채널 내에서 더 적은 전자들을 가질 수 있다. (또는 다른 스핀 채널 내에서 전자를 가지지 않을 수 있다.)
감소된 격자 부정합은 다수의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 어떤 실시예들에 따르면, 대칭 필터(120)의 격자는 수축 또는 확장되어, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)의 격자에 근접할 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(120)에 사용되는 MgO의 격자 파라미터는, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)에 사용되는 물질(예를 들어, AlMn L10)의 격자 파라미터 보다 더 클 수 있다. 따라서, 대칭필터(120)의 격자는 수축되는 것이 바람직할 수 있다. 어떤 실시예들에 따르면, 이는 대칭필터(120)에 Ge, GaAs, ZnSe을 사용하거나, 또는 MgO의 격자 파라미터보다 더 작은 격자 파라미터를 갖는 다른 대칭 필터를 사용하여 수행될 수 있다. 대칭 필터(120)의 격자 파라미터는, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)에 사용되는 AlMn L10 및/또는 다른 물질의 격자 파라미터에 근접할 수 있다. 대칭 필터(120)와 피고정층(110) 및/또는 자유층(130) 사이에 발생된 격자 불일치는, 7퍼센트보다 작을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120)와 피고정층(110) 및/또는 자유층(130) 사이에 발생된 격자 불일치는, 3 또는 4 퍼센트보다 작을 수 있다. 따라서, 대칭 필터(120)에 사용되는 물질의 격자는, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)에 사용되는 물질의 격자에 근접하도록 수축될 수 있다. 다른 실시예들에서, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)의 격자는 확장될 수 있다. 어떤 실시예들에 따르면, 이것은, 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)에 사용되는 AlMn 또는 다른 물질의 격자 파라미터를 증가시킬 수 있는 도핑 또는 다른 메커니즘을 통해 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 물질(들)이 피고정층(110) 및/또는 자유층(130)에 사용될 수 있다. 예를 들어, MnGa 및/또는 MnIn이 사용될 수 있다. 그러나, 격자들을 더 가까이 일치시키도록 사용되는 메커니즘은, 피고정층(110) 및 자유층(130)의 자기 특성에 과도하게 간섭하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
도 5는 자기 메모리용 자기 접합(100')의 다른 예시적 실시예를 나타낸다. 도 5는 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(100')은 도 2에 도시된 자기 접합(100)과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 유사한 요소들은 유사하게 참조번호를 붙인다. 자기 접합(100')은 피고정층(110), 대칭 필터(120), 및 자유층(130)과 각각 유사한 피고정층(110'), 대칭 필터(120'), 및 자유층(130')을 포함한다. 또한, 시드층(102), 고정층(104), 및 캐핑층(106)이 도시된다. 다른 실시예들에 따르면, 시드층(102), 고정층(104), 및 캐핑층(106)은 생략될 수 있다. 콘택(미도시)이 원하는 방향으로 전류를 구동하도록 제공될 수 있다. 시드층(102)은 고정층(104)에 대해 원하는 결정구조의 템플릿을 제공하도록 사용될 수 있다. 고정층(104)는 AFM층, 경자성체(hard magnet), 또는 피고정층(110')의 자화를 고정하는데 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 피고정층(110')의 자기 모멘트(111') 및 자유층(130')의 자기 모멘트(131')는 면에 수직일 수 있다. 피고정층(110') 및 자유층(130') 둘 다, 이들 각각이 다수의 스핀 채널과 같은 제1 스핀 채널에서 페르미 준위에서 더 높은 확률로 대칭 필터(120)에 의해 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 갖도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 피고정층(110') 및 자유층(130') 중의 적어도 하나는 다른 스핀 채널(예를 들어, 소수의 스핀 채널)에서 페르미 준위에서 대칭의 전하 캐리어들이 결핍될 수 있다. 예를 들어, 피고정층(110') 및 자유층(130') 둘 다 AlMn을 포함할 수 있는데, AlMn은 L10 결정 구조 및 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. 그러한 물질은 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 △1 전자들을 가지나, 소수의 스핀 채널에서 (100) 방향에서의 △1 전자를 가지지 않을 수 있다. 게다가, MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(120')로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합조직을 갖는다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120')와 층들(110') 및/또는 130') 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120')와 층들(110' 및/또는 130') 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(120')는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 피고정층(110') 및/또는 자유층(130;)은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다.
자기 접합(100')은 자기 접합(100)의 이득을 공유할 수 있다. 자기 모멘트들(111' 및 131')이 면에 수직이기 때문에 <H>eff/Hk 값은 1일 수 있다. 또한, 스핀 분극 효율이 향상될 수 있다. 자기 접합(100')의 성능이 향상될 수 있다.
도 6은 자기 메모리용 자기 접합(100")에 대한 또 다른 예시적 실시예를 나타낸다. 도 6은 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(100")은 앞서 설명한 자기 접합(100, 100')과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 유사한 요소들은 비슷하게 참조번호를 붙이기로 한다. 자기 접합(100")은 피고정층(110, 110'), 대칭 필터(120, 120'), 및 자유층(130, 120')과 각각 유사한 피고정층(100"), 대칭 필터(120"), 및 자유층(130")을 포함한다. 또한, 시드층(102'), 고정층(104'), 및 캐핑층(106')이 도시된다. 다른 실시예들에 따르면, 시드층(102'), 고정층(104'), 및 캐핑층(106')은 생략될 수 있다. 시드층(102')은 고정층(104')에 대해 바람직한 결정구조의 템플릿을 제공하도록 사용될 수 있다. 고정층(104')는 AFM층, 경자성체, 또는 고정층(110")의 자화를 고정하는데 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 콘택(미도시)이 원하는 방향으로 전류를 구동하도록 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 자유층(130")의 자기 모멘트(131")는 면에 수직일 수 있다. 또한, 자유층(130")은 다수의 스핀 채널과 같은 제1 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 더 높은 확률로 대칭 필터(120")에 의해 전송되는 대칭 전하 캐리어들을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자유층(130")은 소수의 스핀 채널과 같은 다른 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭의 전하 캐리어들이 결핍될 수 있다. 예를 들어, 자유층(130")은 AlMn을 포함할 수 있는데, AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. 게다가, MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(120")로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합조직을 갖는다. 피고정층(110")은 다른 자기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피고정층(110")은 bcc (001) Fe, bcc (001) Co, 및/또는 bcc (001) FeCo를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 피고정층(110")은 면에 수직인 자화(미도시)를 가질 수 있다. 그러나, 다른 방향도 가능할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120")와 층들(110" 및/또는 130") 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120")와 층들(110", 130") 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(120")는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 피고정층(110") 및/또는 자유층(130")은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다.
자기 접합(100")은 자기접합들(100, 100')의 이익을 공유할 수 있다. 예를 들어, 자기 모멘트(131")는 면에 수직이며, <H>eff/Hk 값은 1일 수 있다. 게다가, 스핀 분극 효율이 향상될 수 있다. 자기 접합(100")의 성능이 향상될 수 있다.
도 7은 자기 메모리용 자기 접합(100'")을 도시한다. 도 7은 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(100'")은 자기 접합(100, 100'", 100")과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 유사한 요소들은 비슷하게 참조번호를 붙이기로 한다. 자기 접합(100'")은 피고정층(110, 110', 110"), 대칭 필터(120, 120', 120"), 및 자유층(130, 130', 130")과 각각 유사한 피고정층(100'"), 대칭 필터(120'"), 및 자유층(130'")을 포함할 수 있다. 시드층(102"), 고정층(104"), 및 캐핑층(106")이 도시된다. 다른 실시예들에 따르면, 시드층(102"), 고정층(104"), 및 캐핑층(106")은 생략될 수 있다. 시드층(102")은 고정층(104")에 대해 바람직한 결정구조의 템플릿을 제공하도록 사용될 수 있다. 고정층(104")는 AFM층, 경자성체(hard magnet), 또는 고정층(110'")의 자화를 고정하는데 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 나아가. 콘택(미도시)이 제공되어, 원하는 방향으로 전류를 구동할 수 있다.
도시된 실시예에서, 피고정층(110'")의 자기 모멘트(111'")는 면에 수직일 수 있다. 또한, 피고정층(110'")은 다수의 스핀 채널과 같은 제1 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(120'")에 의해 전송되는 대칭 전하 캐리어들을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 피고정층(110'")은 소수의 스핀 채널과 같은 다른 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭인 전하 캐리어들이 결핍될 수 있다. 예를 들어, 피고정층(110'")은 AlMn을 포함할 수 있는데, AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. 게다가, MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(120'")로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합조직을 갖는다. 자유층(130'")은 다른 자기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유층(130'")은 bcc (001) Fe, bcc (001) Co, 및/또는 bcc (001) FeCo를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 자유층(130'")은 면에 수직인 자화를 가질 수 있다. 그러나, 다른 방향도 가능하다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120'")와 층들(110'", 130'") 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(120'")와 층들(110'", 130'") 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(120'")는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 피고정층(110'") 및/또는 자유층(130'")은 MnGa and/or MnIn을 포함할 수 있다.
자기 접합(100'")은 자기접합들(100,100',100")의 이익을 공유할 수 있다. 자기 모멘트(111'")는 면에 수직이기 때문에, <H>eff/Hk 값은 1일 수 있다. 게다가, 스핀 분극 효율이 향상될 수 있다. 자기 접합(100'")의 성능이 향상될 수 있다
도 8은 자기 메모리용 자기 접합(200)의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다. 도 8은 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(200)은 자기 접합(100, 100')과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 유사한 요소들은 비슷하게 참조번호를 붙이기로 한다. 자기 접합(100'")은 피고정층(110, 110'), 대칭 필터(120, 120'), 및 자유층(130, 130')과 각각 유사한 피고정층(210), 대칭 필터(220), 및 자유층(230)을 포함한다. 또한, 시드층(102), 고정층(104), 및 캐핑층(106)과 각각 유사한 시드층(202), 고정층(204), 및 캐핑층(206)이 도시된다. 다른 실시예들에 따르면, 시드층(202), 고정층(204), 및 캐핑층(206)은 생략될 수 있다. 콘택(미도시)이 원하는 방향으로 전류를 구동하도록 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 피고정층(210) 및 자유층(230)은 SAF일 수 있다. 따라서, 피고정층(210)은 비자성 스페이서층(214)에 의해 분리된 강자성층들(212, 216)을 포함한다. 마찬가지로, 자유층(230)은, 비자성 스페이서층(234)에 의해 분리된 강자성층들(232, 236)을 포함한다. 스페이서층들(214, 234)은 Ru을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 피고정층(210)의 자기 모멘트들(211, 215) 및 자유층(230)의 자기 모멘트들(231, 235)은 면에 수직하다. 게다가, 피고정층(210) 및 자유층(230)의 모두는, 그들 각각이 다수의 스핀 채널과 같은 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(220)에 의해 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 갖도록 구성된다. 어떤 실시예들에서, 피고정층(210) 및 자유층(230) 중의 적어도 하나는, 소수의 스핀 채널과 같은 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭의 전하 캐리어가 결핍될 수 있다. 예를 들어, 피고정층(210)의 강자성층들(212, 216) 및 자유층(230)의 강자성층들(232, 236) 둘 다 AlMn을 포함할 수 있는데, 상기 AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. 그러나, 그러한 실시예들에서, 스페이서층들(214, 214)은 강자성층들(212, 216) 사이에서 그리고 강자성층들(232, 236) 사이에서 반자기 커플링을 가능하게 할 수 있다. 게다가, 스페이서들(214, 234)은, 강자성층들(216, 236)의 바람직한 결정구조 및 집합배열에 적합한 성장 템플릿(growth template)을 제공할 수 있다. 게다가, MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(220)로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합배열을 갖는다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(220)와 강자성층들(216 및/또는 232) 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(220)와 강자성층들(216 및/또는 232) 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(220)는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 강자성층들(232 및/또는 216)은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다.
도 9는 자기 메모리용 자기 접합(200')을 도시한다. 도 9는 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(200')은 자기접합(100, 100', 200)과 유사한 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 유사한 요소들은 유사하게 참조번호를 붙인다. 자기 접합(200')은 피고정층(110, 110', 210), 대칭 필터(120, 120', 220), 및 자유층(130, 130', 230)과 각각 유사한 피고정층(210'), 대칭 필터(220'), 및 자유층(230')을 포함할 수 있다. 또한, 시드층(202'), 고정층(204'), 및 캐핑층(206')이 도시된다. 다른 실시예들에서, 시드층(202'), 고정층(204'), 및 캐핑층(206')은 생략될 수 있다. 시드층(202')은 고정층(204')에 대해 원하는 결정 구조의 템플릿을 제공하도록 사용될 수 있다. 고정층(204')는 AFM층, 경자성체, 또는 피고정층(210')의 자화를 고정하는데 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한, 콘택(미도시)이 원하는 방향으로 전류를 구동하도록 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 자유층(230')은 층들(232', 234', 236')을 포함하는 SAF일 수 있는데, 층들(232', 234', 및 236)은 층들(232, 234, 236)과 유사할 수 있다. 도시된 실시예에서, 자유층(230')의 자기 모멘트들(231' 및235')은 면에 수직하다. 다릉 실시예들에서, 피고정층(210')의 자기 모멘트는 면에 수직할 수 있이다. 게다가, 자유층(230')은 다수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(220')에 의해 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 가지도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자유층(230')은 소수의 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭의 전하 캐리어가 결핍될 수 있다. 예를 들어, 자유층(230')은 AlMn을 포함할 수 있는데, 상기 AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(220')로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합조직을 갖는다.
도시된 실시예에서, 자유층(230')의 자기 모멘트들(231', 235')은 면에 수직할 수 있다. 게다가, 자유층(230')은 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(220')에 의해 더 높은 확률로 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 가지도록 구성된다. 예를 들어, 다수의 스핀 채널은 페르미 준위에서 대칭인 전하 캐리어들을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자유층(230')은 소수의 스핀 채널과 같은 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(220')에 의해 더 높은 확률로 전송되는 대칭의 전하 캐리어가 결핍될 수 있다. 예를 들어, 자유층(230')은 AlMn을 포함할 수 있는데, 상기 AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. (100) 집합 배열을 갖는 MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(220')로 사용될 수 있다. 피고정층(210')은 다른 자기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피고정층(210')은 bcc (001) Fe, bcc (001) Co, 및/또는 bcc (001) FeCo를 포함할 수 있다. 비록 피고정층(210')의 자기 모멘트(211')가 면에 수직하게 도시되었으나, 다른 방향도 가능하다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(220')와 층들(210' 및/또는 232') 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(220')와 층들(210', 232') 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 필터(220')는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 층들(232 및/또는 210')은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다.
도 10은 자기 메모리용 자기 접합(200")을 도시한다. 도 10은 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(200")은 자기접합들(100, 100', 200, 200')과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 유사한 요소들은 유사하게 참조번호를 붙인다. 자기 접합(200")은 피고정층(110, 110', 210, 210'), 대칭 필터(120, 120', 220, 210'), 및 자유층(130, 130', 230, 230')과 각각 유사한 피고정층(210"), 대칭 필터(220"), 및 자유층(230")을 포함한다. 또한, 시드층(202"), 고정층(204"), 및 캐핑층(206")이 도시된다. 다른 실시예들에 따르면, 시드층(202"), 고정층(206"), 및 캐핑층(206")은 생략될 수 있다. 시드층(202")은 고정층(204")에 대해 바람직한 결정 구조의 템플릿을 제공하도록 사용될 수 있다. 고정층(204")은 AFM층, 경자성체, 또는 피고정층(210")의 자화를 고정하는데 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한, 콘택(미도시)이 원하는 방향으로 전류를 구동하도록 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 피고정층(210")은 층들(212', 214', 216')을 포함하는 SAF일 수 있는데, 층들(212', 214', 및 216)은 층들(212, 214, 216)과 유사할 수 있다. 피고정층(210")의 자기 모멘트들(211", 215")은 면에 수직하다. 다른 실시예들에서, 자유층(230")의 자기 모멘트는 면에 수직할 수 있다. 게다가, 자유층(210")은 다수의 스핀 채널과 같은 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(220")에 의해 더 높은 확률로 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 가지도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 피고정층(210")은 소수의 스핀 패널과 같은 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭의 전하 캐리어가 결핍될 수 있다. 예를 들어, 피고정층(210")은 AlMn을 포함할 수 있는데, 상기 AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(220")로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합조직을 갖는다.
도시된 실시예에서, 피고정층(210")의 자기 모멘트들(211", 215")은 면에 수직하다. 게다가, 피고정층(210")은 다수의 스핀 채널과 같은 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(220")에 의해 더 높은 확률로 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 가지도록 구성된다. 어떤 실시예들에서, 피고정층(210")은 소수의스핀 채널과 같은 다른 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭의 전하 캐리어가 결핍될 수 있다. 예를 들어, 피고정층(210")은 AlMn을 포함할 수 있는데, 상기 AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. MgO 또는 SrSnO3가 스핀 필터(220")로 사용될 수 있는데, 상기 MgO는 (100) 집합조직을 갖는다. 자유층(230")은 다른 자기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유층(230")은 bcc (001) Fe, bcc (001) Co, 및/또는 bcc (001) FeCo를 포함할 수 있다. 비록 자유층(230")의 자기 모멘트(231")가 면에 수직하게 도시되었으나, 다른 방향도 가능하다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(220")와 층들(216', 230") 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(220")와 층들(216', 230") 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(220")는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 층들(232" 및/또는 216")은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다.
자기 접합들(200", 200, 200')은 자기접합들(100, 100', 100")의 이익을 공유할 수 있다. 예를 들어, 층들(210" 및 230", 210, 210', 230, 230')의 자기 모멘트는 면에 수직이며, <H>eff/Hk 값은 1일 수 있다. 게다가, 스핀 분극 효율이 향상될 수 있다. 자기 접합(200, 200, 200')의 성능이 향상될 수 있다.
11은 자기 메모리용 자기 접합(300)을 도시한다. 도 11은 실제 스케일이 아닐 수 있다. 자기 접합(300)은 도 2, 5 내지 10의 예에서 설명한 자기접합들(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200")과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 유사한 요소들은 유사하게 참조번호를 붙인다. 자기 접합(300)은 피고정층(110, 110', 210), 대칭 필터(도120, 120', 220), 및 자유층(130, 130', 230)과 각각 유사한 피고정층(310), 대칭 필터(320), 및 자유층(330)을 포함할 수 있다. 또한, 시드층(102, 102', 102", 202, 202', 202"), 고정층(104, 104', 104", 204, 204', 204", 204'"), 및 캐핑층(106, 106', 106", 206, 206', 206")과 각각 유사한 시드층(302), 고정층(304), 및 캐핑층(306)이 도시된다. 다른 실시예에 따르면, 시드층(302), 고정층(304), 및 캐핑층(306)은 생략될 수 있다. 자기 접합(300)은 추가적 스페이서층(340), 추가적 피고정층(350), 추가적 고정층(360)을 포함할 수 있다. 따라서, 자기 접합(300)은, 추가적층들(340, 350, 360)에 더하여 앞서 설명한 자기 요소들(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200")과 유사한 자기요소들을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 추가적 스페이서층(340)은 터널 배리어층일 수 있다. 다른 실시예들에서, 추가적 스페이서층(340)은 전도성일 수 있다. 나아가, 다른 실시예들에서, 추가적 스페이서층(340)은 앞서 설명한 MgO 와 같은 대칭 필터일 수 있다. 추가적 피고정층(350)은 앞서 설명한 피고정층들(110, 110', 110", 110'", 210, 210', 210")과 유사할 수 있다. 따라서, 추가적 피고정층(350)은 다수의 스핀 채널과 같은 일 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭 필터(320)에 의해 더 높은 확률로 전송되는 대칭의 전하 캐리어들을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 추가적 피고정층(350)은 소수의 스핀 채널과 같은 타 스핀 채널에서 페르미 준위에서의 대칭의 전하 캐리어가 결핍될 수 있다. 예를 들어, 추가적 피고정층(350)은 AlMn을 포함할 수 있는데, 상기 AlMn은 L10 결정 구조를 가지고, 면에 수직인 (100)축을 가질 수 있다. 따라서, 추가적 피고정층(350)의 자기 모멘트(351)는 면에 수직일 수 있다. 비록 자기 모멘트들(311 및 315)이 반평행하게 도시되었으나, 다른 구성이 사용될 수 있음을 주목하라. 게다가, SrSnO3 또는 (100) 집합조직을 갖는 MgO가 사용되어, 스페이서층(340)이 스핀 필터로써 역할을 할 수 있다. 비록 단일층들이 도시되었지만, 층들(310, 350, 및 360) 중의 하나 이상은 SAF일 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(320)와 층들(310 및/또는 330) 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 대칭 필터(320)와 층들(310 및/또는 330) 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 대칭 필터(320)는 Ge, GaAs 및/또는 ZnSe를 포함할 수 있다. 층들(310 및/또는 320)은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 추가적 스페이서층(340)이 대칭 필터라면, 추가적 스페이서층(340)과 층들(330 및/또는 360) 사이의 격자 부정합은 7 퍼센트보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 추가적 스페이서층(340)과 층들(330 및/또는 360) 사이의 격자 부정합은 3 또는 4 퍼센트보다 낮을 수 있다. 층들(330 및/또는 360)은 MnGa 및/또는 MnIn을 포함할 수 있다. .
듀얼 자기 접합(300)은 자기접합들(100, 100', 100", 200, 200', 200")의 이익을 공유할 수 있다. 예를 들어, 층들(210, 210', 210", 310, 230, 230', 230", 330, 그리고 선택적으로 350)의 자기 모멘트는 면에 수직하며, <H>eff/Hk 값은 1이다. 게다가, 스핀 분극 효율이 향상될 수 있다. 자기 접합(300)의 성능이 향상될 수 있다.
도12는 듀얼 자기 접합을 사용한 자기 메모리(400)의 예시적 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 자기 메모리(400)는 STT-RAM이다. 자기 메모리(400)는 워드라인 셀렉터/드라이버(404) 뿐만 아니라 읽기/쓰기 컬럼 셀렉터/드라이버들(402, 406)을 포함한다. 자기 메모리(400)는 자기 접합(412) 및 선택/분리 소자(414) 포함하는 메모리 셀들(410)을 포함한다. 자기 접합(412)은 앞서 설명한 자기 접합들(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200", 300) 중의 어느 하나일 수 있다. 읽기/쓰기 컬럼 셀렉터/드라이버들(402, 406)이 사용되어, 선택적으로 비트 라인들(403) 및 셀들(410)을 통과하는 전류들을 구동할 수 있다. 선택/ 분리 소자(414)가 선택된 워드라인(405)과 커플링되는 것이 가능함에 따라, 워드 라인 셀렉터/드라이버(404)는 자기 메모리(400)의 열을 선택적으로 할 수 있다.
자기 메모리(400)는 앞서 설명한 자기접합들(100, 100', 100", 200, 200', 200", 300)을 사용할 수 있기 때문에, 자기 메모리(400)은 자기접합들(100, 100', 100", 200, 200', 200", 300)의 이익을 공유할 수 있다. 따라서, 자기 메모리(400)의 성능이 향상될 수 있다.
도 13은 자기 메모리용 듀얼 자기 터널링 접합의 제조방법(500)을 도시한다. 상기 방법(500)은 자기 접합들(100, 110')의 관점에서 설명될 수 있다. 그러나, 상기 방법(500)은 다른 자기 접합들의 제조에도 사용될 수 있다. 게다가, 설명의 간소함을 위하여, 몇몇 과정들이 생략될 수 있다. 상기 방법(500)은 추가적 및/또는 다른 과정들과 결합될 수 있다. 상기 방법(500)은 단일 자기 접합의 제조의 관점에서 또한 기술된다. 그러나, 상기 방법(500)은 예를 들어, 자기 메모리용의 예와 같이 다중의 자기 접합들(300)을 형성할 수 있다.
자기 접합 스택이 제공된다.(단계 502) 자기 접합 스택은 고정층 필름, 스핀 필터 필름, 및 자유층 필름을 포함한다. 또한, 도 11의 예로써 설명한 자기 접합(300)이 제조된다면, 자기 접합 스택은 스페이서 필름 및 추가적 고정층 필름을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자기 접합 스택은 단계 502에서 어닐링될 수 있다.
자기 접합(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200", 300)이 자기 접합 스택으로부터 정의될 수 있다.(단계 504) 단계 504는 자기 접합 스택의 일부를 덮는 마스크를 제공하는 것, 그리고 그 다음 노출된 자기 접합 스택의 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 자기 접합(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200", 300)은 제1 고정층 필름으로부터 정의된 피고정층(110, 110', 110", 110'", 210, 210', 210", 310), 스핀 필터 필름으로부터 정의된 대칭 필터(120, 120', 120", 220, 220', 220", 320), 및 자유층 필름으로부터 정의된 자유층(130, 130', 130", 130'", 230, 230', 230", 330)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 자기 접합(300)은 추가적 스페이서(340) 및 추가적 고정층(350)을 포함할 수 있다.
피고정층(110, 110', 110", 110'", 210, 210', 210", 310)의 자화 방향이 설정될 수 있다.(단계 506) 예를 들어, 단계 506은 자기 접합(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200", 300)이 가열되는 동안 원하는 방향으로 자기장을 가하고, 그리고 상기 자기장의 존재 하에 자기 접합(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200", 300)을 냉각시켜, 진행될 수 있다.
이에 따라, 자기 접합(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200", 300)이 제조될 수 있다. 상기 방법(500)을 통해 제조된 자기 접합 및/또는 자기 메모리는 자기 접합들(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200") 및, 또는 자기 메모리(400)의 이득을 공유할 수 있다. 결과적으로 자기 접합들(100, 100', 100", 100'", 200, 200', 200") 및, 또는 자기 메모리(400)의 성능이 향상될 수 있다.
자기 메모리 접합을 사용하여 제조된 자기 접합 및 메모리에 관한 제조 방법 및 시스템이 기술될 수 있다. 본 방법 및 시스템은 실시예들에 따라 기술되었으며, 통상의 기술자는 상기 실시예들에 대해 다양한 변형이 가해질 수 있음을 용이하게 할 수 있을 것이다. 따라서, 통상에 기술자에게 본 명세서에 첨부된 청구항들 및 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가해질 수 있다.

Claims (27)

  1. 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭 가능한 제1 자기 모멘트를 가지는 자유층;
    제2 대칭을 가지는 전하 캐리어들 보다 제1 대칭을 가지는 전하 캐리어들을 더 높은 확률로 전송시키는 대칭 필터; 그리고
    일 방향으로 고정된 제2 자기 모멘트를 가지는 피고정층을 포함하되,
    상기 대칭 필터는 상기 자유층 및 상기 피고정층 사이에 개재되고,
    상기 피고정층 및 상기 자유층 중의 적어도 하나는 다수 스핀 채널 내 페르미 준위에서 상기 제1 대칭의 전하 캐리어들을 가지도록, 그리고 소수 스핀 채널 내 페르미 준위에서 상기 제1 대칭의 전하 캐리어들을 결핍하도록 구성되고, 면 내에 배치되되 상기 면에 수직인 논-제로 자기 모멘트 요소를 가지며,
    상기 대칭 필터와 상기 피고정층 및 상기 자유층 중의 적어도 하나 사이에 7 퍼센트보다 낮은 격자 부정합을 가지는 자기 접합.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 격자 부정합은 4 퍼센트보다 더 낮은 자기 접합.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 상기 면에 수직인 (100) 축을 갖는 L1o 결정구조의 AlMn을 포함하는 자기 접합.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 대칭 필터는 Ge, GaAs 및 ZnSe 중의 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 자기 모멘트는 상기 면에 수직한 자기 접합.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 자기 모멘트는 상기 면에 수직한 자기 접합.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 MnGa 및 MnIn중의 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 대칭 필터는 터널 배리어층인 자기 접합.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층 및 상기 피고정층 중의 적어도 하나는 합성형 반자성체인 자기 접합.
  10. 제 1항에 있어서,
    스페이서층; 및
    추가적 피고정층을 더 포함하되,
    상기 스페이서층은 상기 자유층 및 상기 추가적 피고정층 사이에 개재되고,
    상기 추가적 피고정층은 제3 자기 모멘트를 가지는 자기 접합.
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