KR102198034B1 - 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템 - Google Patents

호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

자기 장치에서 사용될 수 있는 자기 접합 및 상기 자기 접합을 제공하는 방법이 설명된다. 상기 자기 접합은 자유층, 기준 층, 및 상기 자유층과 상기 기준층 사이의 비자성 스페이서층을 포함한다. 상기 자유층 및 기준층 중에서 적어도 하나는 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함한다. 상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층의 각각은, 적어도 한 면은 서로 접하는 복수의 인접한 호이슬러층들을 포함한다. 상기 호이슬러층들은 복수의 호이슬러 합금들을 포함한다. 상기 복수의 호이슬러층들은 복수의 격자 상수들 및 복수의 열팽창 계수들을 가질 수 있다. 상기 자기 접합은, 쓰기 전류(write current)가 상기 자기 접합을 흐를 때, 상기 자유층이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치될 수 있도록 구성된다.

Description

호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING MAGNETIC JUNCTIONS INCLUDING HEUSLER MULTILAYERS}
본 발명은 자기 접합에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합에 관한 것이다.
자기 메모리들, 특히 자기 램(Magnetic Random Access Memory; 이하 MRAM)들은 높은 읽기/쓰기 속도, 뛰어난 내구성, 비휘발성 및 동작 시의 낮은 전력 소모에 대한 잠재력 때문에 점점 더 주목받고 있다. MRAM은 자기 물질들을 정보 저장매체로 이용하여 정보를 저장할 수 있다. MRAM의 한 종류로 스핀 전달 토크 자기 램(Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory; 이하 STT-MRAM)이 있다. STT-MRAM은 자기 접합을 통과하는 전류에 의하여 적어도 일부가 기록되는 자기 접합들을 이용한다. 자기 접합을 통과하는 스핀 분극된(spin polarized) 전류는 자기 접합 내의 자기 모멘트에 스핀 토크를 가한다. 그 결과, 스핀 토크에 반응하는 자기 모멘트를 갖는 층(들)은 소정의 상태로 스위칭 될 수 있다.
일 예로, 도 1은 일반적인 STT-MRAM에서 사용될 수 있는 일반적인 자기 터널 접합(10, Magnetic Tunneling Junction; 이하 MTJ)을 도시한다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적으로 기판(12) 상에 배치된다. 일반적인 MTJ(10)를 통해 전류가 흐르도록 하기 위해, 하부 콘택(14) 및 상부 콘택(22)이 사용될 수 있다. 일반적인 MTJ는 일반적인 시드 층(seed layer)(들)(미도시)을 사용할 수 있고, 캐핑 층들(capping layers)(미도시)을 포함할 수 있고, 일반적인 반강자성(antiferromagnetic; 이하 AFM) 층(미도시)을 포함할 수 있다. 일반적인 자기 접합(10)은 일반적인 기준 층(16), 일반적인 터널링 배리어 층(18), 및 일반적인 자유 층(20)을 포함한다. 상부 콘택(22) 또한 도시되어 있다. 일반적인 콘택들(14 및 22)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 면-수직 전류(current-perpendicular-to-plane; 이하 CPP) 방향 또는 z축으로 전류를 흐르게 하기 위해 사용된다. 보통, 일반적인 기준 층(16)은 층들(16, 18, 20) 중에서 기판(12)에 가장 가깝다.
일반적인 기준 층(16)과 일반적인 자유 층(20)은 자성을 띤다. 일반적인 기준 층(16)의 자화(17)는 특정 방향으로 고정(fixed)되거나 피닝된다(pinned). 비록 단일 층으로 도시되었으나, 일반적인 기준 층(16)은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 일반적인 기준 층(16)은, 루테늄(Ru)과 같은 얇은 도전 층들을 통하여 반강자성적으로 결합된 자성 층들을 포함하는 합성 반강자성(synthetic antiferromagnetic: 이하 SAF) 층일 수 있다. 이와 같은 SAF 층에서, 루테늄(Ru) 박막이 사이에 삽입된 복수의 자성 층들이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 루테늄 층들을 통한 결합은 강자성적일 수 있다.
일반적인 자유 층(20)은 변화 가능한 자화(21)를 갖는다. 비록 단일 층으로 도시되었으나, 일반적인 자유 층(20) 또한 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 일반적인 자유 층(20)은, 루테늄(Ru)과 같은 도전성 박막 층들을 통하여 반강자성적 또는 강자성적으로 결합된 자성 층들을 포함하는 합성 층일 수 있다. 비록 면에 수직하게 도시되어 있지만, 일반적인 자유 층(20)의 자화(21)는 면 내(in plane)에 있을 수 있다. 일반적인 기준 층(16) 및 일반적인 자유 층(20)은 각 층의 면에 수직인 방향의 자화들(17, 21)을 각각 가질 수 있다.
다양하게 응용될 수 있는 잠재력 때문에, STT-MRAM의 성능 향상을 위해 자기 메모리들에 대한 연구가 진행 중이다. 일 예로, 면에 수직한 자기 모멘트들(17, 21)을 달성하기 위해, 다양한 구조들이 제안되어 왔다. 하지만, 이러한 구조들은 (스위칭 전류의 크기를 증가시키는) 높은 댐핑(damping), 신호의 크기를 감소시키는 낮은 자기저항(magnetoresistance), 및/또는 다른 문제점들을 가지고 있다. 이에 따라, 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능을 개선할 수 있는 방법 및 시스템이 필요하다. 본 명세서에서 설명된 방법 및 시스템은 이러한 필요를 다룬다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 성능이 향상된 자기 접합들을 제공하는데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 성능이 향상된 자기 접합들을 제공하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
자기 장치에서 사용될 수 있는 자기 접합 및 상기 자기 접합을 제공하는 방법이 제공된다. 상기 자기 접합은 자유 층, 기준 층, 및 상기 자유 층과 상기 기준 층 사이의 비자성 스페이서 층을 포함할 수 있다. 상기 자유 층과 상기 기준 층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층의 각각은, 적어도 한 면은 서로 접하는 복수의 인접한 호이슬러 층들을 포함할 수 있다. 상기 호이슬러 층들은 복수의 호이슬러 합금들을 포함할 수 있고, 복수의 격자 상수들을 가질 수 있고, 그리고 복수의 열팽창 계수들을 가질 수 있다. 상기 자기 접합은, 쓰기 전류(write current)가 상기 자기 접합을 흐를 때, 상기 자유 층이 안정한 자기 상태(stable magnetic state)들 사이에서 스위치될 수 있도록 구성된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 성능이 향상된 자기 접합들이 제공된다.
본 발명에 따르면, 성능이 향상된 자기 접합들을 제공하는 방법이 제공된다.
도 1은 일반적인 자기 접합을 도시한다.
도 2는 호이슬러 다중층의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 호이슬러 다중층의 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 호이슬러 다중층의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 호이슬러 다중층의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 호이슬러 다중층의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 호이슬러 다중층의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는(programmable) 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 일 실시예를 도시한다.
도 9는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 다른 실시예를 도시한다.
도 10은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 11은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 12는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 13은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 14는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 15는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합을 제공하는 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 16은 저장 셀(들)의 저장 요소(들)에서 자기 접합들을 이용하는 메모리의 일 실시예를 도시한다.
예시적인 실시예들은 자기 메모리들과 같은 자기 장치들에 사용될 수 있는 자기 접합들 및 그와 같은 자기 접합들을 사용하는 장치들에 관한 것이다. 자기 메모리들은 스핀 전달 토크 자기 램(spin transfer torque magnetic random access memory: 이하 STT-MRAM)들을 포함할 수 있고, 비휘발성 메모리를 이용하는 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 이러한 전자 장치들은 핸드폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북 및 다른 휴대용/비휴대용 컴퓨터 장치들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 제공되었으며, 특허 출원 및 그 요구사항의 일부로 제공된다. 본 명세서에 기재된 실시예들, 일반적인 원리들 및 특징들에 대한 다양한 변형들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 수 있다. 실시예들은 주로 특정 구현에서 제공되는 특정한 방법들 및 시스템들의 관점에서 기술되었으나, 상기 방법들 및 시스템들은 다른 구현에서도 유효하게 작동할 수 있다. "예시적인 실시예", "일 실시예", 및 "다른 실시예"와 같은 문구는 복수의 실시예들 뿐만 아니라 동일하거나 다른 실시예들을 언급하는 것일 수 있다. 실시예들은 일정 구성들을 갖는 시스템들 및/또는 장치들에 대하여 기술될 것이나, 시스템들 및/또는 장치들은 도시된 구성들보다 많거나 적은 구성들을 포함할 수 있고, 구성 요소들의 배치 및 형태에 대한 변화가 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들은 일정한 단계들을 갖는 특정한 방법들의 맥락에서 기술될 수 있으나, 이러한 방법 및 시스템은 다른 및/또는 추가적인 단계들을 갖는 다른 방법들 및 예시적인 실시예들에 모순되지 않는 다른 순서들의 단계들을 갖는 다른 방법들에서 유효하게 작동할 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예들에 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재된 원리들 및 형태들과 모순되지 않는 가장 넓은 범위에 따른다.
실시예들은 일정한 구성요소들을 갖는 특정한 방법들, 자기 접합들 및 자기 메모리들의 맥락에서 설명된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명에 모순되지 않는 다른 및/또는 추가적인 구성요소들 및/또는 다른 특징들을 갖는 자기 접합들 및 자기 메모리들의 사용과 일관성이 있음을 쉽게 인식할 것이다. 또한, 방법 및 시스템은 스핀 전달 현상, 자기 이방성 및 다른 물리적 현상에 대한 현재 이해의 맥락에서 설명된다. 그 결과, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 방법 및 시스템의 작동에 대한 이론적 설명들은 스핀 전달, 자기 이방성 및 다른 물리적 현상들에 대한 현재의 이해에 기반함을 쉽게 인식할 것이다. 하지만, 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템은 특정한 물리적 설명에 의존하지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 방법 및 시스템이 기판과 특정한 관계를 갖는 구조의 맥락에서 설명됨을 쉽게 인식할 것이다. 하지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 방법 및 시스템은 또한 다른 구조들과도 일관성을 가짐을 쉽게 인식할 것이다. 또한, 방법과 시스템은 합성된 및/또는 단일의 일정 층들의 맥락에서 설명된다. 하지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 층들이 다른 구조를 가질 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 나아가, 방법 및 시스템은 특정한 층들을 가지는 자기 접합들 및/또는 하부 구조들의 맥락에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 방법 및 시스템에 모순되지 않는 추가적인 및/또는 다른 층들을 가지는 자기 접합들 및/또는 하부 구조들 또한 사용될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 게다가, 어떤 구성들은 자성(magnetic), 강자성(ferromagnetic) 및 페리자성(ferrimagnetic)으로 설명된다. 본 명세서에서 사용된 것과 같이, 자성이란 용어는 강자성, 페리자성 또는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 상기 “자성” 또는 “강자성”이라는 용어는 강자성체들 및 페리자성체들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 대로, “면-내(in-plane)”는 하나 이상의 자기 접합 층들의 면 내에 있거나 그 면에 실질적으로 평행한 것이다. 반대로, “수직(perpendicular)” 및 “면-수직(perpendicular-to-plane)”은 하나 이상의 자기 접합 층들에 실질적으로 수직한 방향에 해당한다.
자기 장치에서 사용될 수 있는 자기 접합 및 상기 자기 접합을 제공하는 방법이 설명된다. 상기 자기 접합은 자유 층, 기준 층, 및 상기 자유 층과 상기 기준 층 사이의 비자성 스페이서 층을 포함할 수 있다. 상기 자유 층과 상기 기준 층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층의 각각은, 적어도 한 면은 서로 접하는 복수의 인접한 호이슬러 층들을 포함할 수 있다. 상기 호이슬러 층들은 복수의 호이슬러 합금들을 포함할 수 있고, 복수의 격자 상수들을 가질 수 있고, 그리고 복수의 열팽창 계수들을 가질 수 있다. 상기 자기 접합은, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 흐를 때, 상기 자유 층이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치될 수 있도록 구성된다.
도 2는 호이슬러 다중층(100)의 일 실시예를 도시한다. 도 2는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 또한, 도 2에는 시드 층(들)이 생략되어 있으며, 상기 시드 층(들) 상에 호이슬러 다중층(100)이 성장될 수 있다. 호이슬러 다중층(100)은 자기접합의 자성층에 사용될 수 있다. 호이슬러 다중층(100)은, 일 예로, 자기 접합의 자유 층 및/또는 기준 층에서 사용될 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100)은 자유 층에서만 사용되거나, 기준 층에서만 사용되거나, 혹은 자유 층과 기준 층 모두에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 복수의 호이슬러 다중층들(100)이 하나의 자유 층 및/또는 하나의 기준 층 내에서 사용될 수 있다.
호이슬러 다중층(100)은 복수의 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 호이슬러 다중층(100)은 n개의 개별적인 호이슬러 층들을 포함한다. 다른 실시예들에서는, 다른 개수의 호이슬러 층들이 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 두 개의 호이슬러 층들(110, 120)이 있을 수 있다. 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 계면을 공유할 수 있다. 따라서, 호이슬러 층들(110 및 120)은 계면을 공유할 수 있고, 또한 호이슬러 층들(120 및 130)이 계면을 공유할 수 있고, 그리고 호이슬러 층(140)과 그 아래의 n-1번째 호이슬러 층(미도시)이 계면을 공유할 수 있다. 몇몇 혹은 모든 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 면-외 자기소거 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과하는 수직 자기 이방성(Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA) 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 호이슬러 층(들)(110, 120, 130, 내지/또는 140)의 자기 모멘트는 (z축을 따라) 면에 수직할 수 있다. 다른 실시예들에서, 몇몇 혹은 모든 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 면-외 자기소거 에너지를 초과하지 않는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있다.
계면을 공유하는 것에 더하여, 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130 및/또는 140)은 서로 다른 호이슬러 합금들로 이루어질 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층(110)은 호이슬러 층(120)과는 다른 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층(120)은 호이슬러 층(130)과는 다른 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 하지만, 호이슬러 층들(110 및 130)은 동일한 호이슬러 합금으로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 호이슬러 합금으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100) 내에서 몇몇 물질들은 반복될 수 있다. 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)에 사용되는 호이슬러 합금들은 L21 격자 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)에 사용되는 호이슬러 합금들은 X2YZ 호이슬러 합금일 수 있다. 이러한 실시예들에서, X는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 또는 Lu 중에서 선택될 수 있고, Y는 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Y, Zr, Nb, HF, 또는 Ta 중에서 선택될 수 있으며, 그리고 Z는 Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Pb, 또는 Bi 중에서 선택될 수 있다. 일 예로, 호이슬러 다중층(100)은 Co2VGa, Co2Val, 및 Fe2TiGa의 삼중층, Co2MnSi와 Co2MnAl의 이중층, 및/또는 Fe2MnAs, Co2MnGe, 및 Co2MnSb의 삼중층을 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 특히 MgO 배리어 층에 인접하여 사용될 수 있다. 상기 물질들은 다른 조합들에서도 사용될 수 있다. 호이슬러 다중층(100)에서 사용될 수 있는 다른 물질들로는 Co2MnSn, Fe2MnSi, Co2FeSb, Co2MnSb, Co2CrSb, Co2CrBi, Co2CrSn, Co2MnBi, Co2CrSi, Co2CrPb, Co2VGa, Co2Val, 및/또는 Co2VSn을 포함하는 이중층이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유사하게, 호이슬러 다중층(100)은 Co2MnSi와 Co2MnSn의 이중층, Co2MnSi와 Fe2MnSi의 이중층, Co2MnSn와 Co2FeSb의 이중층, Co2MnSn와 Co2MnSb의 이중층, Co2MnSb와 Co2CrSb의 이중층, Co2MnSb와 Co2CrBi의 이중층, Co2CrSn와 Co2MnBi의 이중층, Co2CrSi와 Co2MnBi의 이중층, Co2CrPb와 Co2MnBi의 이중층, Co2VGa와 Co2Val의 이중층, 및/또는 Co2VGa와 Co2VSn의 이중층을 포함할 수 있다. X, Y, 및 Z은 상술되지 않은 다른 물질들을 포함할 수도 있으며, X, Y, 및 Z의 다른 조합들도 가능하다. 또한, 호이슬러 합금들의 다른 조합들이 인접한 호이슬러 층들에 사용될 수도 있다. 일반적으로, 호이슬러 다중층(100)에 사용되는 호이슬러 합금들은 높은 스핀 분극 및 낮은 댐핑을 가질 수 있고, 높은 터널링 자기저항(Tunneling Magnetoresistance; TMR)을 달성하기 위해 결정성 MgO 배리어 막을 포함하는 자기 접합에서 사용될 수 있으며, 높은 스핀 분극(spin polarization)을 가질 수 있고, 그리고 높은 수직 자기 이방성(즉, 면-외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지)을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 호이슬러 합금은 적어도 0.5(50%) 이상의 높은 스핀 분극을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 스핀 분극은 0.8(80%) 내지 1.0(100%)일 수 있다. 상기 호이슬러 합금은 0.005 이하의 낮은 댐핑 상수(damping coefficient)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 댐핑 상수는 0.001 이하일 수 있다. 하지만, 사용되는 호이슬러 합금이 상기 특성들을 모두 가져야 하는 것은 아니다.
호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140) 중 적어도 일부에 서로 다른 호이슬러 합금들이 사용되기 때문에, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 격자 상수들(l) 및 열팽창 계수들(α)은 서로 다를 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층(110)은 격자 상수(l1)와 열팽창 계수(α1)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층(120)은 격자 상수(l2)와 열팽창 계수(α2)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층들(130 및 140)은 각각 격자 상수(l3)와 열팽창 계수(α3)를 갖는 호이슬러 합금 및 격자 상수(ln)와 열팽창 계수(αn)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 서로 다른 호이슬러 합금들로 형성되기 때문에, 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 격자 상수들 및 열팽창 계수들 또한 일반적으로 서로 다르다. 일 예로, 호이슬러 층(110)의 격자 상수(l1) 및 열팽창 계수(α1)는 호이슬러 층(120)의 격자 상수(l2) 및 열팽창 계수(α2)와 다를 수 있다(l1≠l2, α1≠α2). 유사하게, 호이슬러 층들(120 및 130)은 서로 다른 호이슬러 합금들을 포함하기 때문에, 호이슬러 층(120)의 격자 상수(l2) 및 열팽창 계수(α2)는 호이슬러 층(130)의 격자 상수(l3) 및 열팽창 계수(α3)와 다를 수 있다(l2≠l3, α2≠α3). 따라서, 호이슬러 다중층(100)의 인접하는 호이슬러 층들 사이에는 격자 불일치(lattice mismatch)가 있을 수 있다. 일반적으로, 상기 격자 불일치는 10% 이하인 것이 바람직하다. 몇몇 실시예들에서, 상기 격자 불일치는 5% 이하일 수 있다. 하지만, 모든 열팽창 계수들이 서로 다르거나, 모든 격자 상수들이 서로 다를 필요는 없다. 일 예로, 호이슬러 층들(110 및 130)이 동일한 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다.(l1 = l3, α1 = α3) 이와 달리, 호이슬러 층들(110 및 130)은 서로 다른 격자 상수들 및 서로 다른 열팽창 계수들로 형성될 수 있다.(l1≠l2, l2≠l3, l3≠l1, α1≠α2, α2≠α3, α3≠α1)
호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140) 중 적어도 일부에 서로 다른 호이슬러 합금들이 사용되기 때문에, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 격자 상수들(l)은 서로 다를 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층(110)은 격자 상수(l1)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층(120)은 격자 상수(l2)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층들(130 및 140)은 각각 격자 상수(l3)를 갖는 호이슬러 합금 및 격자 상수(ln)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 서로 다른 호이슬러 합금들로 형성되기 때문에, 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 격자 상수들 또한 일반적으로 서로 다르다. 일 예로, 호이슬러 층(110)의 격자 상수(l1)는 호이슬러 층(120)의 격자 상수(l2)와 다를 수 있다(l1≠l2). 유사하게, 호이슬러 층들(120 및 130)은 서로 다른 호이슬러 합금들을 포함하기 때문에, 호이슬러 층(120)의 격자 상수(l2)는 호이슬러 층(130)의 격자 상수(l3)와 다를 수 있다(l2≠l3). 따라서, 호이슬러 다중층(100)의 인접하는 호이슬러 층들 사이에는 격자 불일치(lattice mismatch)가 있을 수 있다. 일반적으로, 상기 격자 불일치는 10% 이하인 것이 바람직하다. 몇몇 실시예들에서, 상기 격자 불일치는 5% 이하일 수 있다. 하지만, 모든 격자 상수들이 서로 다를 필요는 없다. 일 예로, 호이슬러 층들(110 및 130)은 동일한 호이슬러 합금으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 호이슬러 층들(110 및 130)의 격자 상수들(l1 및 l3)은 서로 동일할 수 있다. 이와 달리, 호이슬러 층들(110 및 130)은 서로 다른 격자 상수들(l1≠l3)을 갖는 서로 다른 호이슬러 합금들로 형성될 수 있다.(l1≠l2, l2≠l3, l3≠l1)
유사하게, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140) 중 적어도 일부에 서로 다른 호이슬러 합금들이 사용되기 때문에, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 열팽창 계수들(α)은 서로 다를 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층(110)은 열팽창 계수(α1)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층(120)은 열팽창 계수(α2)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 호이슬러 층들(130 및 140)은 각각 열팽창 계수(α3)를 갖는 호이슬러 합금 및 열팽창 계수(αn)를 갖는 호이슬러 합금으로 형성될 수 있다. 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 서로 다른 호이슬러 합금들로 형성되기 때문에, 인접하는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 열팽창 계수들 또한 일반적으로 서로 다르다. 일 예로, 호이슬러 층(110)의 열팽창 계수(α1)는 호이슬러 층(120)의 열팽창 계수(α2)와 다를 수 있다(α1≠α2). 유사하게, 호이슬러 층들(120 및 130)은 서로 다른 호이슬러 합금들을 포함하기 때문에, 호이슬러 층(120)의 열팽창 계수(α2)는 호이슬러 층(130)의 열팽창 계수(α3)와 다를 수 있다(α2≠α3). 하지만, 모든 열팽창 계수들이 서로 다를 필요는 없다. 일 예로, 호이슬러 층들(110 및 130)이 동일한 호이슬러 합금으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 호이슬러 층들(110 및 130)의 열팽창 계수들(α1 및 α3)은 서로 동일할 수 있다. 이와 달리, 호이슬러 층들(110 및 130)은 서로 다른 열팽창 계수들(α1≠α3)을 갖는 서로 다른 호이슬러 합금들을 포함할 수 있다. 이 경우, 호이슬러 층들(110, 120, 및 130)은 서로 다른 열팽창 계수들(α1≠α2, α2≠α3, α3≠α1)을 가질 수 있다.
호이슬러 층(110)은 두께(t1)를, 호이슬러 층(120)은 두께(t2)를, 호이슬러 층(130)은 두께(t3)를, 그리고 호이슬러 층(140)은 두께(tn)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)은 실질적으로 동일한 두께를 갖는 것처럼 도시되어 있다. 하지만, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)은 서로 다를 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)은 일정한 경향성을 가질 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)은 호이슬러 층(110)에서 호이슬러 층(140)으로 갈수록 감소할 수 있다. 다시 말해, 호이슬러 층(130)은 호이슬러 층(120)보다 얇을 수 있으며, 호이슬러 층(120)은 호이슬러 층(110)보다 얇을 수 있다. 다른 예로, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)은 호이슬러 층(110)에서 호이슬러 층(140)으로 갈수록 증가할 수 있다. 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)에 사용되는 호이슬러 합금들뿐만 아니라 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)도 호이슬러 다중층(100)이 바람직한 특성을 갖도록 조정될 수 있다. 일반적으로, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 각각은 1.5 옹스트롬(angstrom) 내지 10 옹스트롬을 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
호이슬러 다중층(100)은 자기 접합의 성능을 향상시킬 수 있다. 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 격자 상수들, 열팽창 계수들, 두께들, 그리고 사용된 호이슬러 합금들을 조정함으로써, 호이슬러 다중층(100)의 자기 특성들(magnetic properties)이 조정될 수 있다. 일 예로, 수직 자기 이방성은 계면에 의한 것일 수 있고, 적어도 어느 정도는 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140) 사이의 계면들에서의 스트레스들에 의한 것일 수 있다. 이러한 스트레스들은 계면들에서의 격자 불일치들에 의해 유도될 수 있다. 이러한 수직 자기 이방성은 '계면의 넓이/부피'의 비율이 높은, 즉 얇은 막들에 의해서 보다 강화될 수 있다. 상기 수직 자기 이방성은 호이슬러 다중층(100)에 의해 조정될 수 있다. 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)이 변경될 수 있다. 상대적으로 얇은 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)을 갖는 호이슬러 다중층(100)의 영역들이 상대적으로 두꺼운 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)을 갖는 호이슬러 다중층(100)의 영역들보다 높은 자기 이방성을 가질 수 있다. 일 예로, 호이슬러 층들(110, 120, 130, 내지 140)의 두께들(t1, t2, t3, 내지 tn)이 하부에서 상부로 갈수록 증가한다면, 호이슬러 다중층(100)은 호이슬러 층(140) 근처에서보다 호이슬러 층(110) 근처에서 더 높은 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 또한, 격자의 팽창 혹은 수축이 바람직한 방향으로 이루어지도록 하는 열팽창 계수를 갖는 호이슬러 합금들이 선택될 수 있다. 일 예로, 온도가 올라감에 따라, 인접하는 호이슬러 층들의 격자 상수 불일치가 작아지거나 혹은 커질 수 있다. 이에 따라, 온도가 올라감에 따라, 스트레스에 의한 수직 자기 이방성은 작아지거나 혹은 커질 수 있다. 호이슬러 다중층(100) 및 호이슬러 다중층(100)이 사용되는 자기 접합의 특성들은 제어될 수 있다.
도 3은 호이슬러 다중층(100')의 다른 실시예를 도시한다. 도 3은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 또한, 도 3에는 시드 층(들)이 생략되어 있으며, 상기 시드 층(들) 상에 호이슬러 다중층(100')이 성장될 수 있다. 호이슬러 다중층(100')은, 일 예로, 자기 접합의 자유 층 및/또는 기준 층에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자유 층 및/또는 기준 층에 복수의 호이슬러 다중층들(100')이 사용될 수 있다.
호이슬러 다중층(100')은 호이슬러 다중층(100)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 호이슬러 다중층(100')은 제1 호이슬러 층(110'), 및 제1 호이슬러 층(110')에 인접하고 제1 호이슬러 층(110')과 계면을 형성하는 제2 호이슬러 층(120')을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120') 중 적어도 하나는 면-외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120') 중 적어도 하나의 자기 모멘트는 (z축을 따라) 면에 수직할 수 있다. 이러한 수직 자기 이방성은, 적어도 어느 정도는 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120') 사이의 계면, 및 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120') 사이의 격자 불일치에 의한 것일 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120')에 사용되는 호이슬러 합금들은 상술한 바와 같은 구조들을 가질 수 있고, 상술한 바와 같은 합금들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 수직 자기 이방성 에너지는 면-외 자기소거 에너지를 초과하지 않을 수 있다. 도 3에는 이중층이 도시되어 있으나, 호이슬러 다중층(100')에는 두 개 이상의 층이 제공될 수 있다. 그러한 실시예들 중 어느 하나에서, 호이슬러 다중층(100')은 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120')으로 이루어진 이중층이 m번 반복된 것을 포함할 수 있다. 또한, 도 3에는 제1 호이슬러 층(110')이 제2 호이슬러 층(120') 아래에 도시되어 있으나, 둘 사이의 적층된 순서는 바뀔 수 있다.
제1 호이슬러 층(110')의 격자 상수(l1)가 제2 호이슬러 층(120')의 격자 상수보다 작되, 제1 호이슬러 층(110')의 열팽창 계수(α1)가 제2 호이슬러 층(120')의 열팽창 계수(α2)보다 크도록 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120')이 구성될 수 있다. 즉, l2>l1이고, α2<α1 일 수 있다. 따라서, 온도가 증가함에 따라 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120') 사이의 격자 불일치는 작아질 수 있다. 일반적으로, 자기 접합에서 사용되는 경우, 자기 접합이 작동하는 동안 호이슬러 다중층(100')의 온도는 높아진다. 일 예로, 자기 접합 (따라서, 호이슬러 다중층(100'))에 쓰기 혹은 읽기 전류가 흐르면, 호이슬러 다중층(100')의 온도는 높아진다. 호이슬러 다중층(100')에서 l2>l1이고, α2<α1이기 때문에, 자기 접합이 작동하는 동안 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120')의 격자 상수는 가까워진다. 다시 말해, 온도가 높아짐에 따라, 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120') 사이의 격자 불일치가 감소한다. 호이슬러 다중층(100')의 수직 자기 이방성의 적어도 일부는 격자 불일치에 의한 것이기 때문에, 온도가 높아짐에 따라 호이슬러 다중층(100')의 수직 자기 이방성은 작아질 수 있다.
호이슬러 다중층(100')은 호이슬러 다중층(100)의 이점들을 가질 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100')은 그것이 사용되는 자기 접합의 성능을 향상시킬 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120')의 격자 상수들, 열팽창 계수들, 두께들, 및 그들에 사용되는 호이슬러 합금들을 조정함으로써, 호이슬러 다중층(100')의 특성들이 조정될 수 있다. 호이슬러 다중층(100')의 작동 중에 혹은 호이슬러 다중층(100')의 온도가 올라감에 따라, 인접하는 제1 및 제2 호이슬러 층들(110', 120')의 격자 불일치는 감소할 수 있다. 호이슬러 다중층(100')의 수직 자기 이방성의 적어도 어느 정도는 격자 불일치에 의한 것이기 때문에, 온도가 증가함에 따라 호이슬러 다중층(100')의 수직 자기 이방성은 감소할 수 있다. 호이슬러 다중층(100')이 자기 접합의 자유 층에 사용되는 경우, 쓰기 작동 중에서와 같이 보다 높은 온도에서 호이슬러 다중층(100')의 감소된 수직 자기 이방성을 갖는다. 따라서, 호이슬러 다중층(100')을 이용하는 자유 층은 보다 낮은 쓰기 전류를 이용하여 기록될 수 있다. 호이슬러 다중층(100')은 보다 쉽게 스위치될 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100')을 포함하는 자기 접합의 성능이 향상될 수 있다.
도 4는 호이슬러 다중층(100'')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 4는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 또한, 도 4에는 시드 층(들)이 생략되어 있으며, 상기 시드 층(들) 상에 호이슬러 다중층(100'')이 성장될 수 있다. 호이슬러 다중층(100'')은 자기 접합의 자성 층에 사용될 수 있다. 일 예로, 호이슬러 다중층(100'')은 자기 접합의 자유 층 및/또는 기준 층에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자유 층 및/또는 기준 층에 복수의 호이슬러 다중층들(100'')이 사용될 수 있다.
호이슬러 다중층(100'')은 호이슬러 다중층(들)(100 및/또는 100')과 유사하다. 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 호이슬러 다중층(100'')은 제1 호이슬러 층(110''), 및 제1 호이슬러 층(110'')에 인접하고 제1 호이슬러 층(110'')과 계면을 형성하는 제2 호이슬러 층(120'')을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'') 중 적어도 하나는 면-외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있다. 이러한 수직 자기 이방성은, 적어도 어느 정도는 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'') 사이의 계면, 및 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'') 사이의 격자 불일치에 의한 것일 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'')에 사용되는 호이슬러 합금들은 상술한 바와 같은 구조들을 가질 수 있고, 상술한 바와 같은 합금들을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 호이슬러 합금들이 사용될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 수직 자기 이방성 에너지는 면-외 자기소거 에너지를 초과하지 않을 수 있다. 도 4에는 이중층이 도시되어 있으나, 호이슬러 다중층(100'')에는 두 개 이상의 층이 제공될 수 있다. 그러한 실시예들 중 어느 하나에서, 호이슬러 다중층(100'')은 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'')으로 이루어진 이중층이 m번 반복된 것을 포함할 수 있다. 또한, 도 4에는 제1 호이슬러 층(110'')이 제2 호이슬러 층(120'') 아래에 도시되어 있으나, 적층된 순서는 바뀔 수 있다.
제1 호이슬러 층(110'')의 격자 상수(l1)가 제2 호이슬러 층(120'')의 격자 상수보다 작고, 제1 호이슬러 층(110'')의 열팽창 계수(α1)가 제2 호이슬러 층(120'')의 열팽창 계수(α2)보다 작도록 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'')이 구성될 수 있다. 즉, l2>l1이고, α2>α1 일 수 있다. 따라서, 온도가 증가함에 따라 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'') 사이의 격자 불일치는 커질 수 있다. 일반적으로, 자기 접합에서 사용되는 경우, 자기 접합이 작동하는 동안 호이슬러 다중층(100'')의 온도는 높아진다. 일 예로, 자기 접합 (따라서, 호이슬러 다중층(100''))에 쓰기 혹은 읽기 전류가 흐르면, 호이슬러 다중층(100'')의 온도는 높아진다. 호이슬러 다중층(100'')에서 l2>l1이고, α2>α1이기 때문에, 보다 높은 온도에서, 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'')의 격자 불일치는 커질 수 있다. 호이슬러 다중층(100'')의 수직 자기 이방성의 적어도 일부는 격자 불일치에 의한 것이기 때문에, 온도가 높아짐에 따라 호이슬러 다중층(100'')의 수직 자기 이방성은 커질 수 있다.
호이슬러 다중층(100'')은 호이슬러 다중층(들)(100 및/또는 100')의 이점들을 가질 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100'')은 그것이 사용되는 자기 접합의 성능을 향상시킬 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'')의 격자 상수들, 열팽창 계수들, 두께들, 및 그들에 사용되는 호이슬러 합금들을 조정함으로써, 호이슬러 다중층(100'')의 특성들이 조정될 수 있다. 호이슬러 다중층(100'')의 작동 중에 혹은 호이슬러 다중층(100'')의 온도가 올라감에 따라, 인접하는 제1 및 제2 호이슬러 층들(110'', 120'')의 격자 불일치는 커질 수 있다. 온도가 증가함에 따라 호이슬러 다중층(100'')의 수직 자기 이방성은 커질 수 있다. 그 결과, 온도가 높아짐에 따라, 열적 안정성 상수(Δ)은 증가하거나 혹은 유지될 수 있다. 이러한 특성은 자기 접합의 몇몇 적용예에서 바람직할 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100'')을 포함하는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.
도 5는 호이슬러 다중층(100''')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 5는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 또한, 도 5에는 시드 층(들)이 생략되어 있으며, 상기 시드 층(들) 상에 호이슬러 다중층(100''')이 성장될 수 있다. 호이슬러 다중층(100''')은 자기 접합의 자성 층에 사용될 수 있다. 일 예로, 호이슬러 다중층(100''')은 자기 접합의 자유 층 및/또는 기준 층에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자유 층 및/또는 기준 층에 복수의 호이슬러 다중층들(100''')이 사용될 수 있다.
호이슬러 다중층(100''')은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 및/또는 100'')과 유사하다. 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 호이슬러 다중층(100''')은 제1 호이슬러 층(110), 및 제1 호이슬러 층(110)에 인접하고 제1 호이슬러 층(110)과 계면을 형성하는 제2 호이슬러 층(120)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110, 120) 중 적어도 하나는 면-외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110, 120)에 사용되는 호이슬러 합금들은 상술한 바와 같은 구조들을 가질 수 있고, 상술한 바와 같은 합금들을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 호이슬러 합금들이 사용될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 수직 자기 이방성 에너지는 면-외 자기소거 에너지를 초과하지 않을 수 있다. 제1 및 제2 호이슬러 층들(110, 120)에 사용된 호이슬러 합금들이 다르기 때문에, 제1 및 제2 호이슬러 층들(110, 120)은 서로 다른 격자 상수들(l1, l2) 및 서로 다른 열팽창 계수들(α1, α2)을 가질 수 있다.
제1 및 제2 호이슬러 층들(110, 120)은 이중층(150)을 형성할 수 있다. 호이슬러 다중층(100''')은 두 번 반복된 이중층(150)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 호이슬러 다중층(100''')은 다른 수만큼 반복된 이중층(150)들을 포함할 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100''')은 적어도 한 번 반복된 이중층(150)을 가질 수 있다.
호이슬러 다중층(100''')은 호이슬러 다중층(들)(100, 100' 및/또는 100'')의 이점들을 가질 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100''')은 그것이 사용되는 자기 접합의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6은 호이슬러 다중층(100'''')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 6은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 또한, 도 6에는 시드 층(들)이 생략되어 있으며, 상기 시드 층(들) 상에 호이슬러 다중층(100'''')이 성장될 수 있다. 호이슬러 다중층(100'''')은 자기 접합의 자성 층에 사용될 수 있다. 일 예로, 호이슬러 다중층(100'''')은 자기 접합의 자유 층 및/또는 기준 층에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자유 층 및/또는 기준 층에 복수의 호이슬러 다중층들(100'''')이 사용될 수 있다.
호이슬러 다중층(100'''')은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 및/또는 100''')과 유사하다. 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 호이슬러 다중층(100'''')은 서로 다른 두께들을 갖는 복수의 이중층들(150, 150', 및 150'')을 포함할 수 있다. 이중층들(150, 150', 및 150'')에서 사용된 호이슬러 합금들은 면-외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있으며, 상술한 바와 같은 구조들을 가질 수 있고, 상술한 바와 같은 합금들을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 호이슬러 합금들이 사용될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 수직 자기 이방성 에너지는 면-외 자기소거 에너지를 초과하지 않을 수 있다.
호이슬러 다중층(100'''')은 호이슬러 층들(110-1, 120-1)로 형성된 호이슬러 이중층(150)을 포함할 수 있다. 호이슬러 층(110-1)은 두께(t1), 격자 상수(l1), 및 열팽창 계수(α1)를 가질 수 있다. 호이슬러 층(120-1)은 두께(t2), 격자 상수(l2), 및 열팽창 계수(α2)를 가질 수 있다. 인접하는 호이슬러 층들(110-1, 120-1)은 서로 다른 호이슬러 합금들로 형성되기 때문에, 격자 불일치 및 열팽창 계수들 간의 차이가 있을 수 있다(l1≠l2, α1≠α2). 이중층(150')은 이중층(150)과 동일한 호이슬러 합금들로 형성되되, 이중층(150)과는 다른 두께들을 갖는 호이슬러 층들로 형성될 수 있다. 호이슬러 이중층(150')은 호이슬러 층들(110-2, 120-2)을 포함할 수 있다. 호이슬러 층(110-2)은 두께(t1'), 격자 상수(l1), 및 열팽창 계수(α1)를 가질 수 있다. 호이슬러 층(120-2)은 두께(t2'), 격자 상수(l2), 및 열팽창 계수(α2)를 가질 수 있다. 유사하게, 호이슬러 이중층(150'')은 호이슬러 층들(110-3, 120-3)을 포함할 수 있다. 호이슬러 층(110-3)은 두께(t1''), 격자 상수(l1), 및 열팽창 계수(α1)를 가질 수 있다. 호이슬러 층(120-3)은 두께(t2''), 격자 상수(l2), 및 열팽창 계수(α2)를 가질 수 있다. 즉, 호이슬러 층들(110-1, 110-2, 110-3)의 각각은 동일한 호이슬러 합금으로 형성될 수 있으며, 다른 호이슬러 합금으로 형성된 호이슬러 층들(120-1, 120-2, 120-3)의 각각에 인접하여 호이슬러 층들(120-1, 120-2, 120-3)의 각각과 계면을 형성할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 참조번호가 커짐에 따라 호이슬러 층들의 두께는 감소할 수 있다. 다시 말해, 호이슬러 층(110-1)의 두께(t1)는 호이슬러 층(110-2)의 두께(t1')보다 클 수 있다(t1>t1'). 유사하게, 호이슬러 층(110-2)의 두께(t1')는 호이슬러 층(110-3)의 두께(t1'')보다 클 수 있다(t1'>t1''). 마찬가지로, 호이슬러 층(120-1)의 두께(t2)는 호이슬러 층(120-2)의 두께(t2')보다 클 수 있고, 호이슬러 층(120-2)의 두께(t2')는 호이슬러 층(120-3)의 두께(t2'')보다 클 수 있다(t2>t2'>t2'').
호이슬러 다중층(100'''')은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 및/또는 100''')의 이점들을 가질 수 있다. 호이슬러 다중층(100'''')의 호이슬러 층들의 두께들은 일정한 경향성을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 호이슬러 층들의 두께들은 z축을 방향을 따라 변한다. 하지만, 다양한 변형들이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다. 이중층(150'')은 이중층(150')보다 얇기 때문에, 이중층(150'')이 계면 효과들은 이중층(150')의 계면 효과들보다 중요할 수 있다. 즉, 이중층(150'')은 이중층(150')보다 큰 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 같은 이유로, 이중층(150')은 이중층(150)보다 큰 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100'''')의 수직 자기 이방성은 일정한 경향성을 가질 수 있으며, z축 방향에 따라 증가할 수 있다. 이러한 호이슬러 다중층(100'''')은, MgO 터널링 배리어 층이 이중층(150)에 가장 인접하는 자유 층 또는 기준 층에 사용되는 경우 특히 유용할 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100'''')을 포함하는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.
도 7은 호이슬러 다중층(100''''')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 7은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 또한, 도 7에는 시드 층(들)이 생략되어 있으며, 상기 시드 층(들) 상에 호이슬러 다중층(100''''')이 성장될 수 있다. 호이슬러 다중층(100''''')은 자기 접합의 자성 층에 사용될 수 있다. 일 예로, 호이슬러 다중층(100''''')은 자기 접합의 자유 층 및/또는 기준 층에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자유 층 및/또는 기준 층에 복수의 호이슬러 다중층들(100''''')이 사용될 수 있다.
호이슬러 다중층(100''''')은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 및/또는 100'''')과 유사하다. 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 호이슬러 다중층(100''''')은 서로 다른 두께들을 갖는 복수의 이중층들(150, 150', 및 150'')을 포함할 수 있다. 이중층들(150, 150', 및 150'')에서 사용된 호이슬러 합금들은 면-외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있으며, 상술한 바와 같은 구조들을 가질 수 있고, 상술한 바와 같은 합금들을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 호이슬러 합금들이 사용될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 수직 자기 이방성 에너지는 면-외 자기소거 에너지를 초과하지 않을 수 있다.
호이슬러 다중층(100''''')은 두 개의 이중층들(150)과 두 개의 이중층들(150')을 포함할 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100''''')에 포함된 이중층들의 두께는 z축 방향을 따라 처음엔 감소하다가 나중엔 증가하는 경향성을 가질 수 있다.
호이슬러 다중층(100''''')은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 및/또는 100'''')의 이점들을 가질 수 있다. 층들의 두께들이 변하기 때문에, 호이슬러 다중층(100''''') 내에서 계면들의 밀도(즉, '계면의 넓이/부피'의 비율) 또한 변한다. 호이슬러 다중층(100''''')의 수직 자기 이방성은 z축 방향을 따라 증가하다가 감소하는 경향성을 가지며, 이는 상술한 두께 변화 때문일 수 있다. 이러한 호이슬러 다중층(100''''')은 이중 자기 접합의 자유 층 내에서 혹은 이중 자기 접합의 자유 층으로 사용되는 경우 특히 유용할 수 있다. 이 경우, MgO 터널링 배리어 층들이 이중층들(150)에 인접할 수 있다. 따라서, 호이슬러 다중층(100''''')을 포함하는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.
도 8은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는(programmable) 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(200)의 일 실시예를 도시한다. 도 8은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(200)은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200)은 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 자기 모멘트(231)를 갖는 기준 층(230)을 포함할 수 있다. 하부 기판(201)이 도시되어 있으며, 하부 기판(201) 내에 트랜지스터가 형성되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드층(들)(204), 및 선택적 캐핑 층(들)(206)이 또한 도시되어 있다.
도 8에는, 기준 층(230)이 자기 접합(200)의 상부에 상대적으로 가깝게 (즉, 기판(201)으로부터 상대적으로 멀게) 도시되어 있다. 하지만, 다른 실시예들에서는, 자유 층(210)보다 기준 층(230)이 기판(201)에 더 가까울 수 있다. 선택적 피닝 층(미도시)이 기준 층(230)의 자화를 고정하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 선택적 피닝 층은 반강자성 층 또는 교환-바이어스 상호 작용(exchange-bias interaction)을 통해 기준 층(230)의 자화를 고정하는 다중층일 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 상기 선택적 피닝 층은 생략될 수 있으며, 혹은 다른 구조체가 사용될 수 있다.
자기 접합(200)은 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200)을 흐를 때, 자유 층(210)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 자유 층(210)은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위치 될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 스위칭은 오직 스핀 전달 토크(STT)만을 이용하여 수행될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 스핀 궤도 토크 및/또는 자기장(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 다른 메커니즘들이 상기 스위칭에 기여할 수 있다.
비자성 스페이서 층(220)은 MgO 터널링 배리어 층일 수 있다. 상기 MgO 층은 강화된 터널링 자기저항을 위해 (200) 결정 방향을 가질 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 비자성 스페이서 층(220)은 구리(Cu)와 같은 도전체, 혹은 다른 절연성 터널링 배리어 층일 수 있다. 절연성 매트릭스 안의 도전성 채널들과 같은 다른 구성들(configurations)도 가능하다.
기준 층(230) 및 자유 층(210)은 자성을 띤다. 도시된 실시예에서, 자유 층(210)의 수직 자기 이방성은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과한다. 유사하게, 기준 층(230)의 수직 자기 이방성은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과한다. 따라서, 자유 층(210)의 자화 용이축(211) 및 기준 층(230)의 자기 모멘트(231)는 (z축 방향으로) 면에 수직하게 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예들에서는, 자유 층(210) 및 기준 층(230) 중 적어도 하나의 자기 모멘트가 면 내에 있을 수 있다.
기준 층(230) 및/또는 자유 층(210)은 다중층일 수 있다. 일 예로, 기준 층(230)은 복수의 강자성 층들을 포함하는 합성 반강자성(SAF) 층일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 강자성 층들의 자기 모멘트들은 역평행하게 결합될 수 있다. 각각의 강자성 층은 복수의 강자성 층들(이에 한정되는 것은 아님)을 포함하는 하부 층들(sub-layers)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 기준 층(230)은 다른 다중층일 수 있다. 나아가, 높은 스핀 분극을 갖는 분극 강화 층(Polarization Enhancement Layer: 이하 PEL)(222) 및/또는 다른 층(들)이 기중 층(230)과 비자성 스페이서 층(220) 사이에 제공될 수 있다. 일 예로, 분극 강화 층(222)은 CoFeB 층을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분극 강화 층(미도시)이 자유 층(210)과 비자성 스페이서 층(230) 사이에 제공될 수 있다. 하지만, 이와 달리, 자유 층(210)과 기준 층(230)의 각각의 일 면이 비자성 스페이서 층(220)과 접할 수 있다.
자유 층(210) 및/또는 기준 층(230)은 호이슬러 다중층들(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')과 같은 호이슬러 다중층을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 자유 층(210)만이 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기준 층(230)만이 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 자유 층(210)과 기준 층(230) 모두 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 포함할 수 있다. 자유 층(210) 및/또는 기준 층(230)은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')만으로 구성될 수 있다. 기준 층(230)이 하나 이상의 호이슬러 다중층들로 구성되는 경우, 기준 층(230)은 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조를 갖는 자성 물질이 아니어도 되며, 또한 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방 구조(face-centered cubic)를 갖는 자성 물질이 아니어도 된다. 마찬가지로, 자유 층(210)이 하나 이상의 호이슬러 다중층들로 구성되는 경우, 자유 층(210)은 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조를 갖는 자성 물질이 아니어도 되며, 또한 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방 구조(face-centered cubic)를 갖는 자성 물질이 아니어도 된다. 다른 실시예들에서, 자유 층(210) 및/또는 기준 층(230)은 다른 하부 층들(sub-layers)을 포함할 수 있다.
자기 접합(200)은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 이점들을 가질 수 있다. 자유 층(210)에 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')이 사용되는 경우, 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')은 바람직한 수직 자기 이방성, 수직 자기 이방성의 바람직한 온도 의존성, 향상된 스위칭 특성, 및/또는 충분한 자기저항을 제공할 수 있다. 유사하게, 기준 층(230)에 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')이 사용되는 경우, 기준 층(230)은 바람직한 수직 자기 이방성, 및 수직 자기 이방성의 바람직한 온도 의존성을 가질 수 있다. 즉, 자유 층(210) 및/또는 기준 층(230)은 바람직한 자기 특성들을 가질 수 있다. 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')에 의하여, 자기 접합(200) 또한 향상된 자기저항, 감소된 댐핑, 및 바람직한 수직 자기 이방성의 구성을 가질 수 있다. 결과적으로, 스핀 전달 토크 스위칭에 대하여, 바람직한 자화, 바람직한 신호, 및 적정한 스위칭 전류를 갖는 자기 접합이 제공될 수 있다.
도 9는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(200')의 다른 실시예를 도시한다. 도 9는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(200')은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200')은 자기 접합(200)과 유사하며, 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 자기 접합(200')은, 도 8에 도시된 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 자기 모멘트(231)를 갖는 기준 층(230)과 각각 유사한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 자기 모멘트(231)를 갖는 기준 층(230)을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)과 각각 유사한 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)이 도시되어 있다.
자기 접합(200')은 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200')을 흐를 때, 자유 층(210)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 자유 층(210)은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위치 될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 스위칭은 오직 스핀 전달 토크(STT)만을 이용하여 수행될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 스핀 궤도 토크 및/또는 자기장(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 다른 메커니즘들이 상기 스위칭에 기여할 수 있다.
도 9에는, 자유 층(210)보다 기준 층(230)이 기판(201)에 더 가깝게 도시되어 있다. 따라서, 비자성 스페이서 층(220)이 기준 층(230) 상에 제공된다. 자유 층(210) 및 기준 층(230)은 자기 접합(200)에 포함된 자유 층(210) 및 기준 층(230)과 유사하다. 도시된 실시예에서, 기준 층(230)의 수직 자기 이방성은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과한다. 유사하게, 자유 층(210)의 수직 자기 이방성은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과한다. 따라서, 자유 층(210)의 자화 용이축(211) 및 기준 층(230)의 자기 모멘트(231)는 (z축 방향으로) 면에 수직하게 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예들에서는, 자유 층(210) 및 기준 층(230) 중 적어도 하나의 자기 모멘트가 면 내에 있을 수 있다. 자유 층(210) 및/또는 기준 층(230)은 호이슬러 다중층들(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')과 같은 호이슬러 다중층을 포함할 수 있다. 기준 층(230)이 하나 이상의 호이슬러 다중층들로 구성되는 경우, 기준 층(230)은 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조를 갖는 자성 물질이 아니어도 되며, 또한 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방 구조(face-centered cubic)를 갖는 자성 물질이 아니어도 된다. 마찬가지로, 자유 층(210)이 하나 이상의 호이슬러 다중층들로 구성되는 경우, 자유 층(210)은 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조를 갖는 자성 물질이 아니어도 되며, 또한 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방 구조(face-centered cubic)를 갖는 자성 물질이 아니어도 된다.
자기 접합(200')은 자기 접합(200)과 같이 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 이점들을 가질 수 있다. 따라서, 스핀 전달 토크 스위칭에 대하여, 바람직한 자화, 바람직한 신호, 및 적정한 스위칭 전류를 갖는 자기 접합(200')이 제공될 수 있다.
도 10은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(200'')의 다른 실시예를 도시한다. 도 10은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(200'')은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200'')은 자기 접합(200 및/또는 200')과 유사하며, 따라서, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 자기 접합(200'')은, 도 8 및/또는 도 9에 도시된 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 자기 모멘트(231)를 갖는 기준 층(230)과 각각 유사한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 기준 층(230')을 포함할 수 있다. 도 8 및/또는 도 9에 도시된 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)과 각각 유사한 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)이 도시되어 있다.
자기 접합(200'')은 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200'')을 흐를 때, 자유 층(210)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 자유 층(210)은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위치 될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 스위칭은 오직 스핀 전달 토크(STT)만을 이용하여 수행될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 스핀 궤도 토크 및/또는 자기장(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 다른 메커니즘들이 상기 스위칭에 기여할 수 있다.
도 10에는, 자유 층(210)보다 기준 층(230')이 기판(201)에 더 가깝게 도시되어 있다. 따라서, 비자성 스페이서 층(220)이 기준 층(230') 상에 제공된다. 다른 실시예에서, 기준 층(230')보다 자유 층(210)이 기판(201)에 더 가까울 수 있다. 이러한 실시예에서, 비자성 스페이서 층(220)은 자유 층(210) 상에 형성될 수 있다. 자유 층(210) 및 기준 층(230')은 자기 접합(들)(200 및/또는 200')에 포함된 자유 층(210) 및 기준 층(230)과 유사하다. 도시된 실시예에서, 기준 층(230')의 수직 자기 이방성은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과한다. 유사하게, 자유 층(210)의 수직 자기 이방성은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과한다. 따라서, 자유 층(210)의 자화 용이축(211) 및 기준 층(230')의 자기 모멘트는 (z축 방향으로) 면에 수직하게 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예들에서는, 자유 층(210) 및 기준 층(230') 중 적어도 하나의 자기 모멘트가 면 내에 있을 수 있다. 자유 층(210) 및/또는 기준 층(230')은 호이슬러 다중층들(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')과 같은 호이슬러 다중층을 포함할 수 있다.
기준 층(230')은 합성 반강자성(SAF) 층일 수 있다. 따라서, 기준 층(230')은 비자성 층(234)을 사이에 두고 서로 이격하는 강자성 층들(232 및 236)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 강자성 층(232)은 피닝 층(미도시)에 의하여 피닝될(pinned) 수 있으며, 따라서, 기준 층이 될 수 있다. 강자성 층(232) 및/또는 강자성 층(236)은 적어도 하나의 호이슬러 다중층들(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 포함할 수 있다. 강자성 층(232) 및/또는 강자성 층(236)은 호이슬러 다중층들(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')만으로 구성될 수 있다. 강자성 층(들)(232 및/또는 236)이 하나 이상의 호이슬러 다중층들로 구성되는 경우, 강자성 층(들)(232 및/또는 246)은 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조를 갖는 자성 물질이 아니어도 되며, 또한 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방 구조(face-centered cubic)를 갖는 자성 물질이 아니어도 된다. 마찬가지로, 자유 층(210)이 하나 이상의 호이슬러 다중층들로 구성되는 경우, 자유 층(210)은 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조를 갖는 자성 물질이 아니어도 되며, 또한 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방 구조(face-centered cubic)를 갖는 자성 물질이 아니어도 된다. 다른 실시예들에서, 강자성 층(들)(232 및/또는 236)은 다른 하부 층(들)을 포함할 수 있다.
자기 접합(200'')은 자기 접합(200 및/또는 200')과 같이 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 이점들을 가질 수 있다. 따라서, 스핀 전달 토크 스위칭에 대하여, 바람직한 자화, 바람직한 신호, 및 적정한 스위칭 전류를 갖는 자기 접합(200'')이 제공될 수 있다.
도 11은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(200''')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 11은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(200''')은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200''')은 자기 접합(들)(200, 200', 및/또는 200'')과 유사하며, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 자기 접합(200''')은, 도 8, 도 9, 및/또는 도 10에 도시된 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 자기 모멘트(231)를 갖는 기준 층(230)과 각각 유사한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 기준 층(230')을 포함할 수 있다. 도 8, 도 9, 및/또는 도 10에 도시된 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)과 각각 유사한 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)이 도시되어 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 기준 층(230')보다 자유 층(210)이 기판(201)에 더 가깝다.
자기 접합(200''')은 자기 접합(200, 200', 및/또는 200'')들의 이점들뿐만 아니라 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 이점들도 가질 수 있다. 따라서, 스핀 전달 토크 스위칭에 대하여, 바람직한 자화, 바람직한 신호, 및 적정한 스위칭 전류를 갖는 자기 접합(200''')이 제공될 수 있다.
도 12는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(200'''')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 12는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(200'''')은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200'''')은 자기 접합(들)(200, 200', 200'', 및/또는 200''')과 유사하며, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 자기 접합(200'''')은, 도 8, 도 9, 도 10, 및/또는 도 11에 도시된 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 자기 모멘트(231)를 갖는 기준 층(230/230')과 각각 유사한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 기준 층(230)을 포함할 수 있다. 도 8, 도 9, 도 10, 및/또는 도 11에 도시된 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)과 각각 유사한 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)이 도시되어 있다.
자기 접합(200'''')은 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200'''')을 흐를 때, 자유 층(210)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 자유 층(210)은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위치 될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 스위칭은 오직 스핀 전달 토크(STT)만을 이용하여 수행될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 스핀 궤도 토크 및/또는 자기장(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 다른 메커니즘들이 상기 스위칭에 기여할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 자기 접합(200'''')은 이중 자기 접합이다. 따라서, 자기 접합(200'''')은, 비자성 스페이서 층(220) 및 기준 층(230/230')과 각각 유사한 추가적인 비자성 스페이서 층(240) 및 추가적인 기준 층(250)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 기준 층들(230 및 250)의 자기 모멘트들(231 및 251)은 역평행하다(즉, 이중 상태에 있다). 하지만 다른 실시예들 혹은 다른 구성들에서, 자기 모멘트들(231 및 251)은 평행할 수 있다(즉, 역이중 상태에 있을 수 있다). 비자성 스페이서 층(240)은 도전체이거나, 결정성 MgO와 같은 절연성 터널링 배리어 층이거나, 혹은 다른 구조체일 수 있다. 기준 층(250)은 적어도 한 번 이상 반복된 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 포함할 수 있다. 기준 층들(230 및 250)의 수직 자기 이방성들은 그 자신의 면-외 자기소거 에너지를 초과할 수 있다. 이에 따라, 기준 층들(230 및 250)의 자기 모멘트들은 면에 수직할 수 있다. 다른 실시예들에서, 기준 층(들)(230 및/또는 250)의 자기 모멘트는 면 내에 있을 수 있다. 기준 층(250)은 또한 합성 반강자성 층일 수 있다. 도시되진 않았지만, 비자성 스페이서 층(240)과 기준 층(250) 사이에 선택적 분극 강화 층(미도시)가 개재될 수 있다.
자기 접합(200'''')은 자기 접합(200, 200', 200'', 및/또는 200''')들의 이점들뿐만 아니라 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 이점들도 가질 수 있다. 특히, 호이슬러 다중층(100''''')가 자유 층(210)에 유용할 수 있으며, 이는 그러한 자유 층(210)은 비자성 스페이서 층들(220 및 240)으로부터 멀어질수록 증가하는 수직 자기 이방성을 갖도록 구성되어 있기 때문이다. 따라서, 스핀 전달 토크 스위칭에 대하여, 바람직한 자화, 바람직한 신호, 및 적정한 스위칭 전류를 갖는 자기 접합(200'''')이 제공될 수 있다.
자기 접합(들)(200, 200', 200'', 200''', 및/또는 200'''')뿐만 아니라 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 다양한 형태들(configurations)이 강조되어 설명되었다. 본 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 자기 접합(들)(200, 200', 200'', 200''', 및/또는 200'''')의 특징들 및 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')의 특징들이 결합될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 일 예로, 도 13은 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(300)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 13은 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(300)은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(300)은 자기 접합(들)(200, 200', 200'', 200''', 및/또는 200'''')과 유사하며, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 자기 접합(300)은, 도 8, 도 9, 도 10, 도11, 및/또는 도 12에 도시된 자유 층(210), 비자성 스페이서 층(220), 및 기준 층(230/230')과 각각 유사한 자유 층(310), 비자성 스페이서 층(320), 및 기준 층(330)을 포함할 수 있다. 도 8, 도 9, 도 10, 도11, 및/또는 도 12에 도시된 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)과 각각 유사한 기판(301), 하부 콘택(302), 상부 콘택(308), 선택적 시드 층(들)(304), 선택적 캐핑 층(들)(306), 및 선택적 분극 강화 층(322)이 도시되어 있다. 도 13에 도시된 실시예에서, 자유 층(310)은 호이슬러 다중층(100'''')으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 자유 층(310)의 수직 자기 이방성은, 비자성 스페이서 층(320)으로부터 멀어질수록 증가하는 경향성을 가질 수 있다. 따라서, 상술한 이점들 중 적어도 하나 이상이 달성될 수 있다.
유사하게, 도 14는 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그래밍 될 수 있는 자기 메모리에서 사용될 수 있고, 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합(300')의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 14는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실제 크기 비율이 아니다. 자기 접합(300')은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있으며, 따라서, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(300')은 자기 접합(300)뿐만 아니라 자기 접합(들)(200, 200', 200'', 200''', 및/또는 200'''')과 유사하며, 유사한 구성들에는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 자기 접합(300')은, 도 8, 도 9, 도 10, 도11, 도 12, 및/또는 도 13에 도시된 자유 층(210/310), 비자성 스페이서 층(220/320), 및 기준 층(230/230'/330)과 각각 유사한 자유 층(310'), 비자성 스페이서 층(320), 및 기준 층(330)을 포함할 수 있다. 도 8, 도 9, 도 10, 도11, 및/또는 도 12에 도시된 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드 층(들)(204), 선택적 캐핑 층(들)(206), 및 선택적 분극 강화 층(222)과 각각 유사한 기판(301), 하부 콘택(302), 상부 콘택(308), 선택적 시드 층(들)(304), 선택적 캐핑 층(들)(306), 및 선택적 분극 강화 층(322)이 도시되어 있다. 도 14에 도시된 실시예에서, 자기 접합(300')은 이중 자기 접합이다. 따라서, 추가적 비자성 스페이서 층(240), 선택적 분극 강화 층(222/322), 및 추가적 기준 층(250)과 각각 유사한 추가적 비자성 스페이서 층(340), 선택적 분극 강화 층(342), 및 추가적 기준 층(350)이 더 도시되어 있다. 자유 층(310')은 호이슬러 다중층(100''''')으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 자유 층(310')의 수직 자기 이방성은, 비자성 스페이서 층들(320 및 340)으로부터 멀어질수록 증가하는 경향성을 가질 수 있다. 따라서, 상술한 이점들 중 적어도 하나 이상이 달성될 수 있다.
도 15는 호이슬러 다중층을 포함하는 자기 접합을 제공하는 방법(400)의 일 실시예를 도시한다. 상기 자기 접합은 STT-MRAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있고, 따라서 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 간략히 나타내기 위하여, 몇몇 단계들은 생략될 수 있으며, 따로 수행되거나, 혹은 다른 단계와 결합되어 수행될 수 있다. 나아가, 제조 방법(400)은 자기 메모리를 형성하는 몇몇 단계들이 선행된 후에 수행될 수 있다. 간략히 나타내기 위하여, 제조 방법(400)은 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''', 200'''', 300, 및 300')을 기준으로 설명된다. 하지만, 다른 자기 접합들 또한 형성될 수 있다.
단계(402)를 통하여, 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 포함할 수 있는 기준 층(230/230'/330)이 기판 상에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계(402)는 기준 층(230/330)을 형성하기 위한 물질(들)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''') 내의 층(들)의 이상적인 결정 구조를 제공하기 위하여, 단계(402)는 또한 기준 층(230/330)을 어닐링하거나, 혹은 결정화를 위한 적절한 에너지를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 기준층(230/330)의 경계는, 자기 접합의 나머지 층들이 증착된 후 수행될 공정에 의하여 결정될 수 있다.
단계(404)를 통하여, 비자성 스페이서 층(220/320)이 제공될 수 있다. 단계(404)는 터널링 배리어 층을 형성할 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계(404)는 예를 들어 RF(Radio Frequency) 스퍼터링을 이용하여 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 단계(404)는 금속성 Mg를 증착하고 이를 산화하는 것을 포함할 수 있다. 단계(402)에서 설명한 바와 같이, 비자성 스페이서 층(220/320)의 경계는, 자기 접합의 나머지 층들이 증착된 후 수행될 공정에 의하여 결정될 수 있다. 나아가, 단계(404)는 비자성 스페이서 층(220/320)을 증착한 후 이를 어닐링하는 것을 포함할 수 있다.
단계(406)을 통하여, 자유 층(210/310/310')이 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계(406)은 자유 층(210/310/310')을 형성하기 위해 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 비자성 스페이서 층(220)은 기준 층(230/230'/330)과 자유 층(210/310/310') 사이에 개재될 수 있다. 단계(402)에서 설명한 바와 같이, 자유 층(210/310/310')의 경계는, 자기 접합의 나머지 층들이 증착된 후 수행될 공정에 의하여 결정될 수 있다.
이중 자기 접합(200''''/300')을 제공하는 경우, 단계(408)을 통하여, 추가적 비자성 스페이서 층(240/340)이 제공될 수 있다. 단계(408)은 단계(404)와 유사할 수 있다. 비자성 스페이서 층(230/340)을 어닐링하거나, 혹은 결정화를 위한 적절한 에너지를 제공하는 것이 수행될 수 있다. 이러한 어닐링 및/또는 추가 에너지 제공은 단계(406)에서 제공된 자유 층(210/310/310')의 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')에도 적용될 수 있다.
이중 자기 접합(200''''/300')을 제공하는 경우, 단계(410)을 통하여, 추가적 기준 층(250/350)이 제공될 수 있다. 단계(410)은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해, 자기 접합을 제조하는 것이 완료될 수 있다. 그 후에, 캐핑 층들이 증착될 수 있으며, 자기 접합의 경계가 결정될 수 있다.
제조 방법(400)을 이용하여, 자기 접합(200, 200', 200'', 200''', 200'''', 300 및/또는 300')이 형성될 수 있다. 이에 따라, 자기 접합(200, 200', 200'', 200''', 200'''', 300 및/또는 300')의 이점들이 달성될 수 있다.
도 16은 호이슬러 다중층(들)(100, 100', 100'', 100''', 100'''', 및/또는 100''''')뿐만 아니라 하나 이상의 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''', 200'''', 300 및/또는 300')을 이용할 수 있는 메모리(500)의 일 실시예를 도시한다. 자기 메모리(500)은 워드 라인 선택 드라이버(word line select driver)(504)뿐만 아니라 읽기/쓰기 열 선택 드라이버들(reading/writing column select drivers)(502 및 506)을 포함할 수 있다. 다른(other 및/또는 different) 구성 요소들도 제공될 수 있다. 자기 메모리(500)의 저장 영역(storage region)은 자기 저장 셀들(510)을 포함할 수 있다. 각각의 자기 저장 셀은 적어도 하나의 자기 접합(512)과 적어도 하나의 선택 장치(selection device)(514)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 선택 장치(514)는 트랜지스터일 수 있다. 자기 접합들(512)은 본 명세서에서 개시된 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''', 200'''', 300 및/또는 300') 중 하나일 수 있다. 비록, 셀(510) 당 하나의 자기 접합(512)이 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 셀(510) 당 다른 개수의 자기 접합들(512)이 제공될 수 있다. 이를 통해, 자기 메모리(500)은 위에서 설명된 이점들을 누릴 수 있다.
자기 접합 및 자기 접합을 사용하여 제조된 메모리를 제공하는 방법 및 시스템이 설명되었다. 상기 방법 및 시스템은 도시된 예시적인 실시예들에 부합되게 설명되었고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 실시예들에 변형들이 있을 수 있고, 어떤 변형들이라도 방법 및 시스템의 사상 및 범위 내이어야 함을 쉽게 알 것이다. 그런 이유로, 이하 첨부된 청구항들의 사상 및 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변경들이 만들어 질 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 배치되고 자기 장치에서 사용되는 자기 접합에 있어서,
    자유 층;
    비자성 스페이서 층;
    분극 강화층; 및
    기준 층을 포함하되,
    상기 비자성 스페이서 층은 상기 자유 층과 상기 기준 층 사이에 배치되고,
    상기 분극 강화 층은 상기 기준 층과 상기 비자성 스페이서 사이에 배치되고,
    상기 자유 층과 상기 기준 층 중에서 적어도 하나는 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층의 각각은 적어도 한 면이 서로 접하는 복수의 호이슬러 층들을 포함하고,
    상기 복수의 호이슬러 층들은 수직 자기 이방성(Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA) 에너지를 가지고,
    상기 복수의 호이슬러 층들은 복수의 호이슬러 금속들을 포함하고, 복수의 격자 상수들을 가지며, 그리고 복수의 열팽창 계수들을 가지되,
    상기 자기 접합은, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 흐를 때, 상기 자유 층이 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성된 자기 접합.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 상기 자유층 및 상기 기준 층 중에서 적어도 하나는 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조의 자성 물질들 및 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방(face-centered cubic) 구조의 자성 물질들을 포함하지 않는 자기 접합.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 격자 상수들은 서로 다르고,
    상기 복수의 열팽창 계수들은 서로 다른 자기 접합.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 열팽창 계수들은, 온도가 올라감에 따라 인접하는 호이슬러 층들의 격자 상수들 간의 차이가 감소하도록 구성된 자기 접합.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 열팽창 계수들은, 온도가 올라감에 따라 인접하는 호이슬러 층들의 격자 상수들 간의 차이가 증가하도록 구성된 자기 접합.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 자유 층은 상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층에 포함된 호이슬러 다중층을 포함하되,
    상기 호이슬러 다중층에 포함된 상기 복수의 호이슬러 층들은 복수의 두께들을 갖되,
    상기 복수의 두께들은 상기 비자성 스페이서 층으로부터 멀어질수록 상기 자유 층의 수직 자기 이방성이 증가하도록 구성된 자기 접합.
  7. 제1 항에 있어서,
    추가적 비자성 스페이서 층; 및
    추가적 기준 층을 더 포함하되,
    상기 자유 층은 상기 추가적 비자성 스페이서 층과 상기 비자성 스페이서 층 사이에 배치되고,
    상기 추가적 비자성 스페이서 층은 상기 자유 층과 상기 추가적 기준 층 사이에 배치되는 자기 접합.
  8. 기판 상에 배치되는 자기 메모리에 있어서,
    복수의 자기 저장 셀들; 및
    상기 복수의 자기 저장 셀들에 연결되는 복수의 비트 라인들을 포함하되,
    상기 복수의 자기 저장 셀들의 각각은 적어도 하나의 자기 접합을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 자기 접합은 자유 층, 비자성 스페이서 층, 분극 강화 층, 및 기준 층을 포함하되, 상기 비자성 스페이서 층은 상기 자유 층과 상기 기준 층 사이에 배치되고,
    상기 분극 강화 층은 상기 기준 층과 상기 비자성 스페이서 사이에 배치되고,
    상기 자유 층과 상기 기준 층 중에서 적어도 하나는 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층의 각각은 적어도 한 면이 서로 접하는 복수의 호이슬러 층들을 포함하고,
    상기 복수의 호이슬러 층들은 수직 자기 이방성(Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA) 에너지를 가지고,
    상기 복수의 호이슬러 층들은 복수의 호이슬러 금속들을 포함하고, 복수의 격자 상수들을 가지며, 그리고 복수의 열팽창 계수들을 가지되,
    상기 적어도 하나의 자기 접합은, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 흐를 때, 상기 자유 층이 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성된 자기 메모리.
  9. 기판 상에 배치되고 자기 장치에서 사용되는 자기 접합을 제조하는 방법에 있어서,
    자유 층을 제공하는 것;
    비자성 스페이서 층을 제공하는 것;
    분극 강화 층을 제공하는 것; 및
    기준 층을 제공하는 것을 포함하되,
    상기 비자성 스페이서 층은 상기 자유 층과 상기 기준 층 사이에 배치되고,
    상기 분극 강화 층은 상기 기준 층과 상기 비자성 스페이서 사이에 배치되고,
    상기 자유 층과 상기 기준 층 중에서 적어도 하나는 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층의 각각은 적어도 한 면이 서로 접하는 복수의 호이슬러 층들을 포함하고,
    상기 복수의 호이슬러 층들은 수직 자기 이방성(Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA) 에너지를 가지고,
    상기 복수의 호이슬러 층들은 복수의 호이슬러 금속들을 포함하고, 복수의 격자 상수들을 가지며, 그리고 복수의 열팽창 계수들을 가지되,
    상기 자기 접합은, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 흐를 때, 상기 자유 층이 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 될 수 있도록 구성된 자기 접합의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 호이슬러 다중층을 포함하는 상기 자유층 및 상기 기준 층 중에서 적어도 하나는 육방 밀집(hexagonal close packed) 구조의 자성 물질들 및 (111) 결정 방향을 갖는 면심 입방(face-centered cubic) 구조의 자성 물질들을 포함하지 않는 자기 접합의 제조 방법.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9847475B2 (en) * 2014-03-25 2017-12-19 Intel Corporation Magnetic domain wall logic devices and interconnect
US9643385B1 (en) 2015-12-02 2017-05-09 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Layered heusler alloys and methods for the fabrication and use thereof
US10381060B2 (en) 2016-08-25 2019-08-13 Qualcomm Incorporated High-speed, low power spin-orbit torque (SOT) assisted spin-transfer torque magnetic random access memory (STT-MRAM) bit cell array
WO2019005046A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 Intel Corporation SCALE SPIN HALL EFFECT DEVICE WITH FIELD ASSISTANCE
JP2019012810A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ及び発振素子
WO2019005147A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Intel Corporation PERPENDICULAR MAGNET ANISOTROPIC SPIN HALL EFFECT MEMORY USING THE SPIN ORBIT EFFECT AND THE EXCHANGE FIELD
WO2019059951A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 Intel Corporation SPIN HALL EFFECT MEMORY WITH LOW RESISTANCE INTERCONNECTION
WO2019066820A1 (en) * 2017-09-27 2019-04-04 Intel Corporation SPIN-ORBIT MAGNETOELECTRIC LOGIC IN CASCADE
US10170696B1 (en) * 2017-10-26 2019-01-01 International Business Machines Corporation MnN and Heusler layers in magnetic tunnel junctions
US11575083B2 (en) 2018-04-02 2023-02-07 Intel Corporation Insertion layer between spin hall effect or spin orbit torque electrode and free magnet for improved magnetic memory
US11502188B2 (en) 2018-06-14 2022-11-15 Intel Corporation Apparatus and method for boosting signal in magnetoelectric spin orbit logic
US11387404B2 (en) 2018-09-13 2022-07-12 Intel Corporation Magnetoelectric spin orbit logic based minority gate
US11009570B2 (en) 2018-11-16 2021-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid oxide/metal cap layer for boron-free free layer
KR102567512B1 (ko) 2019-02-01 2023-08-14 삼성전자주식회사 자기 터널 접합 소자 및 그를 포함하는 자기 메모리 장치
US10770649B1 (en) 2019-02-21 2020-09-08 International Business Machines Corporation Lattice matched tunnel barriers for perpendicularly magnetized Heusler alloys
CN113036032A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 Tdk株式会社 磁阻效应元件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130001721A1 (en) * 2009-07-13 2013-01-03 Seagate Technology Llc Magnetic tunnel junction having coherent tunneling structure
US20130154034A1 (en) 2011-12-20 2013-06-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for setting a pinned layer in a magnetic tunneling junction
US20130236744A1 (en) 2012-03-08 2013-09-12 Elizabeth Ann Brinkman Current-perpendicular-to-the-plane (cpp) magnetoresistive sensor with multilayer reference layer including a heusler alloy

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003089946A1 (en) 2002-04-18 2003-10-30 Seagate Technology Llc Gmr spin valve structure using heusler alloy
EP1629134B1 (en) * 2003-03-25 2012-07-18 Questek Innovations LLC Coherent nanodispersion-strengthened shape-memory alloys
JP4449951B2 (ja) 2006-07-20 2010-04-14 Ｔｄｋ株式会社 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置
JP2008060202A (ja) 2006-08-30 2008-03-13 Tdk Corp Ｃｐｐ構造の磁気抵抗効果素子の製造方法。
US7898849B2 (en) 2007-12-05 2011-03-01 Seagate Technology, Llc Compound cell spin-torque magnetic random access memory
US8057925B2 (en) 2008-03-27 2011-11-15 Magic Technologies, Inc. Low switching current dual spin filter (DSF) element for STT-RAM and a method for making the same
US9929211B2 (en) 2008-09-24 2018-03-27 Qualcomm Incorporated Reducing spin pumping induced damping of a free layer of a memory device
US8710602B2 (en) * 2011-12-20 2014-04-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having improved characteristics
JP5597899B2 (ja) 2012-09-21 2014-10-01 株式会社東芝 磁気抵抗素子および磁気メモリ
US8786039B2 (en) * 2012-12-20 2014-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having engineered perpendicular magnetic anisotropy
US9166152B2 (en) * 2012-12-22 2015-10-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Diffusionless transformations in MTJ stacks
US8760818B1 (en) * 2013-01-09 2014-06-24 Western Digital (Fremont), Llc Systems and methods for providing magnetic storage elements with high magneto-resistance using heusler alloys

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130001721A1 (en) * 2009-07-13 2013-01-03 Seagate Technology Llc Magnetic tunnel junction having coherent tunneling structure
US20130154034A1 (en) 2011-12-20 2013-06-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for setting a pinned layer in a magnetic tunneling junction
US20130236744A1 (en) 2012-03-08 2013-09-12 Elizabeth Ann Brinkman Current-perpendicular-to-the-plane (cpp) magnetoresistive sensor with multilayer reference layer including a heusler alloy

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