KR20100129144A

KR20100129144A - 스핀-토크 자기저항 구조들

Info

Publication number: KR20100129144A
Application number: KR1020100036747A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 크리스토퍼 월리지
Original assignee: 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2010-12-08
Also published as: CN101901867A; JP5593122B2; JP2010278442A; CN101901867B; US8686520B2; US20140151828A1; US20100302690A1; US9035403B2

Abstract

자기저항 구조들, 디바이스들, 메모리들 및 이러한 자기저항 구조들, 디바이스들, 메모리들을 형성하기 위한 방법들이 제공된다. 예를 들어, 자기저항 구조는 제1 강자성층, 상기 제1 강자성층에 인접한 비자기 스페이서층, 상기 제1 비자기 스페이서층에 인접한 제2 강자성층, 및 상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 강자성층은 제1 고정 강자성층을 포함할 수 있고, 상기 제2 강자성층은 자유 강자성층을 포함하고, 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함할 수 있다.

Description

스핀-토크 자기저항 구조들{SPIN-TORQUE MAGNETRORESISTIVE STRUCTURES}

본 발명은 일반적으로 자기저항 구조들(magnetoresistive structures), 스핀트로닉스(spintronics), 메모리 및 집적회로들과 관련된다. 더 상세하게는, 본 발명은 스핀-토크(spin-torque) 기반의 자기저항 랜덤 억세스 메모리(magnetoresistive random access memory, MRAM)를 포함하는 디바이스들 및 스핀-토크 자기저항 구조들과 관련된다.

MRAM에서는 비휘발성 메모리(non volatile memory)를 달성하기 위해 자기 컴포넌트들(magnetic components)을 표준 실리콘 기반의 마이크로 전자기술과 결합한다. 예를 들어, 실리콘 기반의 마이크로전자기술은 트랜지스터들, 다이오드들, 저항들, 인터커넥트(interconnect), 커패시터들 또는 인덕터들과 같은 전자 디바이스들을 포함한다. 트랜지스터들은 전계 효과 트랜지스터들(field effect transitors) 및 바이폴라 트랜지스터들(bipolar transistors)을 포함한다. MRAM 메모리 셀은 자기저항 구조를 포함하는데, 이 자기저항 구조는 두 개의 데이터 상태들("1" 과 "0")에 대응하는 두 개의 방향들 사이에서 전환(switch)되는 자기 모멘트(magnetic moment)를 저장한다. MRAM 셀에서, 정보는 자유 자기층(free magnetic layer)의 자화 방향들(magnetization directions)에 저장된다. 종래의 스핀-전달(spin-transfer) MRAM 메모리 셀에서, 데이터 상태는 쓰기 전류(write current)가 MRAM 셀을 구성하기 위한 재료들 층들의 스택을 직접적으로 통과하도록 강제함으로써 "1" 또는 "0"으로 프로그램된다. 일반적으로 말하자면, 상기 쓰기 전류(이는 하나의 층을 통해서 지나감으로써 스핀 분극화됨(spin polarized))는 이후의(subsequent) 자유 자기층에 스핀-토크를 가한다. 상기 토크는 상기 쓰기 전류의 극성(polarity)에 의존하여 두 가지의 안정 상태들(stable states) 사이에서 상기 자유 자기층의 자화(magnetization)를 전환한다.

예를 들어, 본 발명의 원리들은 자유 강자성층(free ferromagnetic layer)에 교환 결합(exchange couple)되고 인접한 자유 반강자성층(free antiferromagnetic layer)을 제공한다. 나아가, 본 발명의 원리들은 서브-구조(sub-structure)를 제공하는데, 상기 서브-구조는 상기 자유 반강자성층, 고정 반강자성층(pinned antiferromagnetic layer), 및 상기 자유 반강자성층과 상기 고정 반강자성층 사이에 위치한 거대 자기저항 비자기 스페이서층(giant magnetoresistance nonmagnetic spacer layer)을 포함한다. 상기 서브-구조는 상기 자유 강자성층의 자기 분극(magnetic polarization)을 전환시킬 수 있는 스핀-토크를 제공하도록 준비된다.

예를 들어, 본 발명의 일 측면에 따른 자기저항 구조가 제공된다. 상기 자기저항 구조는 제1 강자성층, 상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층(first nonmagnetic spacer layer), 상기 제1 비자기 스페이서층에 인접한 제2 강자성층, 및 상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 강자성층은 제1 고정 강자성층을 포함할 수 있고, 상기 제2 강자성층은 자유 강자성층을 포함할 수 있으며, 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 자기저항 메모리 디바이스(magnetoresistive memory device)가 제공된다. 상기 자기저항 메모리 디바이스는 제1 강자성층, 상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층, 상기 제1 비자기 스페이서층에 인접한 제2 강자성층, 및 상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 강자성층은 제1 고정 강자성층을 포함할 수 있고, 상기 제2 강자성층은 자유 강자성층을 포함할 수 있으며, 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함할 수 있다. 상기 자기저항 메모리 디바이스는 자기 모멘트의 적어도 두 개의 방향들에 대응하는 적어도 두 개의 데이터 상태들을 저장한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 집적회로가 제공된다. 상기 집적회로는 기판, 제1 강자성층, 상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층, 상기 제1 비자기 스페이서층에 인접한 제2 강자성층, 및 상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 강자성층은 제1 고정 강자성층을 포함할 수 있고, 상기 제2 강자성층은 자유 강자성층을 포함할 수 있으며, 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 스핀-토크 디바이스를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 강자성층을 형성하는 단계, 상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층을 형성하는 단계, 상기 제1 비자기 스페이서층에 인접하고 자유 강자성층을 포함하는 제2 강자성층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함한다.

본 발명의 구조들, 디바이스들, 메모리들 및 방법들은 종래의 스핀-토크 전달 자기저항 디바이스에 요구된 쓰기 전류보다 더 적은 쓰기 전류를 사용하여 상기 자유 강자성층의 자기 모멘트의 방향을 변경하는 것이 가능하다. 자기저항 메모리는 본 발명의 스핀-토크 전달 자기저항 디바이스의 실시예를 포함하는 MRAM일 수 있다. 상기 MRAM은 종래의 스핀-토크 MRAM에 요구된 쓰기 전류보다 훨씬 더 적은 쓰기 전류를 사용하여 데이터를 쓰는 것이 가능하다. 본 발명의 측면들은 스핀-토크 전환 나노구조들(spin-torque switched nanostructures)에서 더 낮은 전환 전류(switching current)를 제공하며, 열 안정성(thermal stability)을 제공한다.

본 발명의 여러가지 특징들, 목적들 및 이점들은 첨부되는 도면들과 함께 읽혀질 수 있는 예시적인 실시예들에 관한 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 스핀-토크 자기저항 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀-토크 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀-토크 구조로의 쓰기를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀-토크 구조를 형성하기 위한 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 패키지된 집적회로를 보여주는 단면도이다.

본 발명의 원리들은 여기서는 예시적인 스핀-토크 전환 디바이스들 및 그것을 사용하기 위한 방법의 정황에서 기술될 것이다. 그러나, 본 발명의 기술들은 여기에 보여지고 기술되는 디바이스들로 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 즉, 본 발명의 실시예들은 스핀-토크 전환 디바이스들에서 전환 전류를 감소시키기 위한 기술들이다. 본 발명의 실시예들은 이하에 기술된 재료들을 사용하여 제조될 수 있지만, 다른 실시예들은 다른 재료들을 사용하여 제조될 수도 있다. 도면들은 크기 면에서는 고려되지 않았다. 도면들에 의해 도시된 여러가지 층들의 두께들은 반드시 본 발명의 실시예들의 층들의 두께들을 나타내는 것은 아니다. 설명을 명확하게 하기 위해, 당해 기술 분야에서 잘 알려진 공통으로 사용된 몇몇 층들은 도면들에 도시되지 않았다. 그러한 층들에는 보호 캡층들(protective cap layers), 시드층들(seed layers) 및 하부 기판(underlying substrate) 등이 포함되지만, 이러한 것들로 한정되는 것은 아니다. 상기 기판은 실리콘, 기타 적절한 구조와 같은 종래의 반도체 기판일 수 있다.

여기에서 사용되는 '인접한(proximate)' 또는 '~에 인접한(proximate to)' 이라는 용어는 '접하는(abutting)', '접촉(contact)하는', 및 '동작적으로(operatively) 접촉하는' 이라는 포괄적인 의미를 갖지만, 이러한 것들로 한정되는 것은 아니다. 특히, 자기 결합(magnetic coupling)에 대해서는, '인접한' 또는 '~에 인접한' 이라는 용어는 '동작적으로 자기적으로 결합된 것'을 포함하지만, 이러한 것으로 한정되는 것은 아니다. 여기에서 사용되는 '접하다' 또는 '접하는' 이라는 용어는 '~에 인접해 있다' 라는 의미를 포함하지만, 이러한 것으로 한정되는 것은 아니다.

강자성 재료들(ferromagnetic materials)은, 심지어 자기장(magnetic field)이 없는 경우에도 비교적 큰 네트(net) 자화(magnetization)를 초래하는 원자 자기 모멘트들(atomic magnetic moments)의 평행 정렬(parallel alignment)을 보인다. 평행 정렬 효과는 단지 퀴리 온도(Curie temperature)로 일컬어지는 특정 임계 온도 아래의 온도에서만 발생한다.

강자성 재료들에서의 원자 자기 모멘트들은 전자 교환력들(electronic exchange forces)에 의해 생성된 매우 강한 상호작용(interactions)을 보이며, 원자 자기 모멘트들의 평행 정렬을 초래한다. 교환력들은 매우 클 수 있다(예를 들어, 약 1000 테슬라(Tesla)의 자기장(field)에 상당함). 상기 교환력은 두 개의 전자들의 스핀들의 상대적 배향(orientation)에 기인한 양자 역학 현상이다. 원소들 Fe, Ni, 및 Co 및 이것들의 여러 합금들은 전형적으로 강자성 재료들이다. 강자성 재료들의 두 가지 두드러진 특성들은 자발자화(spontaneous magnetization) 및 자기 정열 온도들(magnetic ordering temperatures)(즉, 퀴리 온도들)의 존재이다. 비록 강자성체들에서의 전자 교환력들이 매우 크지만, 결국 열 에너지는 상기 교환(exchange)을 극복하고 랜덤화 효과(randomizing effect)를 생성한다. 이는 퀴리 온도(T_c)라 일컬어지는 특정 온도에서 일어난다. 퀴리 온도 이하에서, 강자성체는 정렬(order)되고, 퀴리 온도 이상에서, 강자성체는 비정렬(disorder)된다. 포화 자화(saturation magnetization)는 퀴리 온도에서 0이 된다.

반강자성 재료들은 원자들 또는 분자들의 자기 모멘트들을 갖는 재료들이고, 통상적으로 전자들의 스핀들과 관련되며, 다른 서브래티스들(sublattices) 상에서, 반대 방향들로 향하는 이웃하는 스핀들을 갖는 규칙적인 패턴으로 배열된다. 일반적으로, 반강자성 정렬(antiferromagnetic order)은 충분히 낮은 온도들에서 존재할 수 있고, 특정 온도, 즉 닐(Neel) 온도 및 그 이상의 온도에서 사라질 수 있다. 닐 온도 아래에서, 반강자성체는 정렬되고, 닐 온도 이상에서는 비정렬된다. 어떠한 외부 자기장도 인가되지 않을 경우, 반강자성 재료는 사라지는 총 자화에 대응한다.

예를 들어, 반강자성체들은 상기 강자성체의 표면 원자들로 하여금 상기 반강자성체의 표면 원자들과 정렬하도록 하는 교환 이방성(exchange anisotropy)으로 알려진 메커니즘(예를 들어, 여기서는, 강자성 막(ferromagnetic film)이 상기 반강자성체 상에 성장될 때 또는 그 뒤의 어닐링(annealing) 동안, 정렬 자기장(aligning magnetic field)이 인가됨)을 통해서 강자성체들에 결합할 수 있다. 이는 강자성 막의 배향(orientation)을 고정(pin)시키는 기능을 제공한다. 반강자성층이 인접한 강자성층의 자화 방향을 고정시키는 기능을 잃는 온도 또는 그 이상의 온도는 그 층의 차단 온도(blocking temperature)로 불리우고, 통상적으로 상기 닐 온도보다 낮다.

거대 자기저항(Giant Magnetoresistance, GMR)은 특정 구조들(예를 들어, 두 개의 강자성층 - 이들 두 개의 강자성층들 사이에 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 가짐 - 을 포함하는 구조들)에서 관찰된 양자 역학 자기저항 효과(quantum mechanical magnetoresistance effect)이다. 상기 두 개의 자기층들이 평행일 경우, 비교적 자기 스캐터링(magnetic scattering)이 거의 없으므로, 상기 자기저항 효과는 상당히 더 낮은 상기 구조의 전기 저항을 나타낸다. 상기 두 개의 자기층들의 자화들은, 예를 들어, 상기 구조를 외부 자기장 내에 배치함으로써 평행하게 될 수 있다. 나아가, 상기 두 개의 자기층들의 자화가 반-평행(anti-parallel)일 경우, 비교적 높은 자기 스캐터링으로 인해, 상기 거대 자기저항 효과는 상당히 더 높은 상기 구조의 전기 저항을 나타낸다. 거대 자기저항 스페이서층은 상기 두 개의 강자성층들 사이의 비자기 스페이서층이고, 여기서 이들 층들을 포함하는 구조는 GMR 효과를 보인다.

터널 자기저항(Tunnel magnetoresistance, TMR)은 자기 터널 접합들(magnetic tunnel junctions, MTJs)에서 일어나는 자기저항 효과이다. MTJ는 얇은 절연체(thin insulator)에 의해 분리된 두 개의 자성체들(magnets)로 이루어진 컴포넌트이다. 만약 상기 절연층이 충분히 얇으면(일반적으로, 수 나노미터), 전자들은 하나의 자성체로부터 다른 하나의 자성체 내로 터널(tunnel)할 수 있다. 이 프로세스는 고전 물리학(classical physics)에서는 금지되어 있으므로, TMR은 엄격하게는 양자 역학 현상이다.

여기에서 사용되는 '비자기 금속(nonmagnetic metal)'이라는 용어는 자성이 아닌(not magnetic) 금속을 의미하는데, 이러한 자성이 아니라는 것은, 강자성이 아닌(not ferromagnetic) 것 그리고 반강자성이 아닌(non antiferromagnetic) 것을 포함한다.

자기 이방성(magnetic anisotropy)은 재료의 자기 특성들의 방향 의존성이다. 자기적 등방성(isotropic) 재료는 0 자기장에 있는 재료의 자기 모멘트에 대한 어떠한 우선적인 방향(preferential direction)도 갖지 않는 반면, 자기적 이방성 재료는 그것의 모멘트를 용이자화방향(easy axis)으로 정렬하는 경향이 있을 것이다. 자기 이방성의 다른 소스들이 있다. 예를 들어, 자기결정 이방성(magnetocrystalline anisotropy) - 여기서 결정의 원자 구조는 자화를 위한 우선적인 방향을 도입(introduce)함 -; 형상 이방성(shape anisotropy) - 이 경우에는 입자가 완전한 구가 아닌 경우, 탈자장(demagnetizing field)은 모든 방향들에 대해 동일하지 않을 것이며, 하나 또는 그 이상의 용이자화방향을 생성함 -; 스트레스 이방성(stress anisotropy) - 이는 텐션(tension)이 자기 특성(magnetic behavior)을 변경할 수 있으며, 자기 이방성을 유발함 -; 및 교환 이방성(exchange anisotropy) - 이는 반강자성 및 강자성 재료들이 상호작용(interact)할 때 발생함 - 이 있다. 이방성 장(anisotropy field)(H_k)는 가장 약한 자기장으로 정의될 수 있다. 이러한 가장 약한 자기장은 상기 용이자화방향으로부터 재료의 자화를 전환할 수 있다.

종래의 스핀-토크 전달 자기저항 구조 또는 스핀-토크 MRAM은 도 1에 도시된 2-터미널 디바이스(100)를 포함할 수 있다. 이 디바이스(100)는 자기 터널 접합 스택에 자유 측(free side)(110) - 이 자유 측(110)은 자유 강자성층(FM 층)(111)을 포함함 -, 터널 장벽층(tunnel barrier layer)(120), 및 고정 측(pinned side)(130) - 이 고정 측(130)은 고정 FM 층(131) 및 고정 측 반강자성층(AFM 층)(132)을 포함함 - 을 포함한다. 터널 접합(tunnel junction)은 자유 측(110)과 고정 측(130) 사이에 터널 장벽층(120)을 포함한다. 고정 FM 층(131)의 자기 모멘트의 방향은 고정 측 AFM 층(132)에 의해 방향이 픽스(fix)된다(예를 들어, 오른쪽으로 향함). 상기 터널 접합을 통해 아래로 지나가는 전류는 자유 FM 층(111)의 자화를 고정 FM 층(131)의 자화에 평행하게(예를 들어, 오른쪽으로 향함) 만든다. 상기 터널 접합을 통해 위로 지나가는 전류는 자유 FM 층(111)의 자화를 고정 FM 층(131)의 자화에 반평행(anti-parallel)하게(예를 들어, 왼쪽으로 향함) 만든다. 위로 지나가거나 아래로 지나가는, 디바이스(100)을 통해 흐르는 적은 전류는, 디바이스(100)의 저항을 읽기 위해서 사용되는데, 이 디바이스(110)의 저항은 자유 FM 층(111) 및 고정 FM 층(131)의 자화들의 상대적인 배향들(orientations)에 의존한다.

종래의 스핀-토크 전달 자기저항 구조 또는 종래의 스핀-토크 자기저항 MRAM에서, 자유 자기층은 반강자성체가 아니라 강자성체 또는 페리자성체(ferrimagnet)라는 것, 그리고 자유층의 일부로서가 아니라 고정층(pinned layer)의 일부로서 반강자성체층이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 고정층은 방향에서 픽스된 자화 방향을 가지며 전환되지 않는다.

종래의 스핀-토크 MRAM은 몇 가지 이슈들을 갖는다. 한 가지 이슈는 MRAM 셀들을 전환하기 위해 필요한 쓰기 전류를 감소시키고자 하는 요구이다. 본 발명은 반강자성층을 상기 자유층 내에 포함시킴으로써 이 문제를 해결한다.

비교적 작은 전환 (쓰기) 전류는 세 개의 층들을 포함하는 스핀-토크 반강자성 구조에서 구현될 수 있다. 제1 층은 제1 반강자성체이다. 제2 층은 비자기 금속이다. 제3 층은 제2 반강자성체이다. 상기 비자기 금속은 상기 제1 반강자성체와 제2 반강자성체 사이에 있다. 예를 들어, 상기 제1 반강자성체와 제2 반강자성체는 크롬(chromium, Cr)을 포함하고, 상기 비자기 금속은 금(Au)을 포함한다. 이러한 반강자성 구조는 상기 제1 반강자성체와 상기 제2 반강자성체 대신 강자성체들을 갖는 강자성 구조에서의 임계 전환 전류들(critical switching currents) 보다 100배 더 작은 임계 전환 전류들을 가질 수 있다. 상기 감소된 임계 전환 전류는 강자성체에 비해 반강성체에서의 감소된 탈자장(demagnetization field) 때문이다. 그러나, 이러한 반자성 구조는 MRAM으로 사용하기에는 유용하지 않다. 왜냐하면 상기 구조의 자화 상태를 센싱하기 위한(읽기 위한) 알려진 방법이 알려져 있지 않다. 본 발명의 일 측면은 상기 반강자성 구조 및 상기 반강자성 구조의 낮은 전환 전류를 포함하지만 MRAM 회로에서의 메모리 셀로서 유용한 새로운 스핀-토크 디바이스이다.

터널 자기저항 디바이스와 같은 스핀-토크 디바이스는 자유 측(free side), 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer) 및 고정 측(pinned side)을 포함한다. 상기 자유 측은 하나의 층 또는 다수의 층들을 포함할 수 있고, 마찬가지로, 상기 고정 측은 하나의 층 또는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 상기 비자기 스페이서층은 터널 장벽층(tunnel barrier layer) 또는 금속층( metallic layer)을 포함할 수 있다. 터널 장벽층은 전기적 절연 재료를 포함하는데, 상기 터널 장벽층이 적절한 전압으로 바이어스될 때 전자들은 상기 전기적 절연 재료를 통해서 터널(tunnel)한다. 상기 금속층은 전기적 도전성 비자기 금속층을 포함한다. 상기 터널 자기저항 디바이스의 상태를 읽을 경우, 출력 신호는 상기 비자기 스페이서층을 가로질러 자기저항 신호들로부터 발생된다. 상기 자기저항 신호는, 만약 상기 비자기 스페이서가 터널 장벽층이면 터널링 자기저항에 기인하고, 또는 만약 상기 스페이서가 금속층이면 거대 자기저항에 기인한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀-토크 구조(200)는 자유 측(210), 하부 고정 측(bottom pinned side)(230), 상부 고정 단(top pinned end)(250), GMR 스페이서층(213) 및 비자기 스페이서층(220)을 포함한다. 자유 측(210)은 자유 AFM 층(214)에 접하고 자유 AFM 층(214)에 강하게 교환 결합된(exchange coupled) 비교적 얇은 자유 FM 층(215)을 포함한다. 자유 FM 층(215)은 비자기 스페이서층(220)에 접하며, 비교적 크고 비교적 작은 저항들 - 이는 읽어내기 위한, 자기저항 또는 거대 자기저항과 연관됨 - 을 가능하게 한다. 비자기 스페이서층(220)과 자유 FM 층(215) 사이의 인터페이스는 스핀-토크 구조(200)를 전환하거나 읽는 것을 돕기 위해 스핀-토크의 비교적 적은 량만을 생성한다. GMR 스페이서층(213)은 자유 AFM 층(214) 및 상부 고정 AFM 층(212)에 접한다. 상부 고정 AFM 층(212)은 상부 고정 FM 층(211)에 접하고, 상부 고정 FM 층(211)에 교환 결합된다. 상부 고정 단(250)은 상기 고정 AFM 층(212) 및 상부 고정 FM 층(211)을 포함한다. MRAM 셀과 같은 스핀-토크 디바이스는, 예를 들어, 스핀-토크 구조(200)를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 MRAM 메모리 셀들을 포함하는 MRAM은 다른 전자 디바이스들, 또는 실리콘, 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 금속 산화물 반도체 트랜지스터, 다이오드, 저항, 커패시터, 인덕터, 또 다른 메모리 디바이스, 인터커넥트, 아날로그 회로 및 디지털 회로를 포함하는 전자 디바이스들과 같은 구조들을 더 포함할 수 있다. 상기 MRAM 메모리 셀 내에 저장된 데이터는 자유 FM 층(215)의 자기 모멘트의 방향에 대응한다.

스핀-토크 구조(200)를 전환하거나 쓰는 것이 가능한 스핀-토크는 층들로부터 나오고 자유 AFM 층(214) 위로 인터페이스한다. 자유 AFM 층(214) 위에는, 자유 AFM 층(214)과 GMR 스페이서층(213)의 인터페이스, GMR 스페이서층(213), GMR 스페이서층(213)과 상부 고정 층(212)의 인터페이스, 및 상부 고정 AFM 층(212)이 있고, 상부 고정 AFM 층(212)은 전환 또는 쓰기 동안, 자유 FM 층(215) 상에 비교적 큰 스핀-토크를 생성한다. 자유 AFM 층(214), GMR 스페이서층(213) 및 상부 고정 AFM 층(212)은 자유 FM 층(215)의 자기 분극을 전환시킬 수 있는 스핀-토크를 제공하도록 준비된다. 상부 고정 AFM 층(212)은 자유 AFM 층(214) 보다 더 두꺼운 상부 고정 AFM 층(212)을 가짐으로써, 그리고 또한 상부 고정 AFM 층(212)의 상부에, 그리고 상부 고정 AFM 층(212)에 교환 결합됨으로써, 고정된다.

하부 고정 측(230)은 하부 고정 FM 층(231) 및 하부 고정 측 AFM 층(232)을 포함한다. 하부 고정 측 AFM 층(232)은 하부 고정 FM 층(231)에 접하고, 하부 고정 FM 층(231)에 교환 결합된다. 상부 고정 FM 층(211)과 하부 고정 FM 층(231) 중 하나 또는 둘 다는, 예를 들어, 코발트와 철의 제1 합금(CoFe)을 포함하는 제1의 2나노미터(nm) 두께층, 0.8 nm 루테늄(Ru) 층, 및 코발트와 철의 제2 합금(CoFe)을 포함하는 제2의 2 nm 두께층을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 상부 고정 FM 층(211) 및/또는 하부 고정 FM 층(231)은 단순한 고정 층들, 예를 들어, 코발트와 철의 제3 합금(CoFe)의 3 nm 두께층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비자기 스페이서층(220)은 터널 장벽층으로서 마그네슘 산화물(magnesium oxide, MgO)을 포함할 수 있다. 하부 고정 측 AFM 층(232)은 하부 고정 FM 층(231)을 고정하는 하부 고정 FM 층(231)에 강하게 교환 결합된다. 하부 고정 측 AFM 층(232)은 특정 배열(alignment)로 하부 고정 FM 층(231)을 고정하기 위해 사용된다.

자유 FM 층(215)은 비교적 얇다(예를 들어, 비자기 스페이서층(220)을 가로지르는 양호한 자기저항을 얻기에 단지 충분한 두께). 자유 FM 층(215)의 예시적인 두께는 0.2 nm 와 1 nm 사이에 있다. 예를 들어, 자유 FM 층(215)은 Fe, Co, 및 Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금(예를 들어, CoFe)을 포함한다.

자유 AFM 층(214)은 자유 AFM 층(214)의 결정 이방성(crystalline anisotropy)에 의해 자유 FM 층(215)의 열 안정성(thermal stability)을 포함하는 상기 자유 조합층(free combination-layer)의 열 안정성을 제공할 수 있다. 자유 AFM 층(214), 하부 고정 측 AFM 층(232) 및 상부 고정 AFM 층(212) 중 어떤 것 또는 모두는 망간(Mn)의 합금(예를 들어, 이리듐과 망간을 포함하는 합금(IrMn), 플래티늄과 망간을 포함하는 합금(PtMn), 철과 망간을 포함하는 합금(FeMn), 및 니켈과 망간을 포함하는 합금(NiMn))을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 자유 AFM 층(214), 하부 고정 측 AFM 층(232) 및 상부 고정 AFM 층(211)은 서로 다른 AFM 재료들을 포함할 수 있다. 자유 AFM 층(214)은 하부 고정 측 AFM 층(232)에서의 재료 및 상부 고정 AFM 층(211)에서의 재료와 같은 재료 또는 다른 재료로 구성될 수 있다. 자유 AFM 층(214)의 두께는, 예를 들면, 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있다. 만약 하부 고정 측 AFM 층(232) 및/또는 상부 고정 AFM 층(211)과 같은 재료로 구성된다면, 자유 AFM 층(214)은 하부 고정 측 AFM 층(232) 및/또는 상부 고정 AFM 층(211)보다 더 얇아야 한다.

GMR 스페이서층(213)은 비자기 금속(예를 들어, Cu, Au, 또는 Ru)을 포함한다. 상기 비자기 금속은 상부 고정 AFM 층(212)으로부터 자유 AFM 층(214)을 분리하기 위해서 사용된다.

도 3은 스핀-토크 구조(300)의 쓰기 동작(write operation)을 보여준다. 스핀-토크 구조(300)는 인가된 쓰기 전류를 갖는 스핀-토크 구조(200)를 포함한다. 일 예에서, 쓰기는 위로 향하는 쓰기 전류(310A)에 의해 수행되고, 이러한 위로 향하는 쓰기 전류(310A)는 스핀-토크 구조(200)를 수직으로 통과하도록 구동된 전자들의 흐름을 포함한다. 두꺼운 수직선들에서의 화살표들의 방향은 전자 흐름의 방향으로 표시된다. 스핀-토크 구조(200)의 데이터 상태를 변경시키기 위해, 쓰기 전류는 자유 FM 층(215)과 자유 AFM 층(214)의 자기 모멘트들을 함께 전환한다. 만약 하부 고정 FM 층(231)의 자기 모멘트(321)가, 예를 들어, 좌측을 가리킨다면, 위로 향하는 쓰기 전류(310A) 내에 흐르는 전자들은 좌측으로 스핀-분극화될 것이고, 따라서 자유 FM 층(215)의 자기 모멘트(322A)를 좌측으로 전환하도록 자유 FM 층(215) 상의 토크(torque)를 둔다. 나아가, 자유 AFM 층(214)의 표면 자기 모멘트(323A)는 또한 좌측으로 전환될 것이다. 위로 향하는 쓰기 전류(310A)에서의 위로 향해 흐르는 전자들은 상부 고정 AFM 층(212)에서 발생하고, 또한 예를 들어, 좌측으로 스핀-분극화되므로, 일부 전자들은 좌측으로의 스핀-분극화를 갖고서 자유 AFM 층(214) 및 자유 FM 층(215)으로 다시 반사(reflect back)될 것이고, 그리하여 또한 자유 FM 층(215)의 자기 모멘트(322A) 및 자유 AFM 층(214)의 표면 자기 모멘트(323B)를 좌측으로 전환하도록 토크를 둔다. 만약 데이터 상태가, 그렇지 않으면 위로 향하는 쓰기 전류(310A)에 의해 유도(induce)될 데이터 상태에 이미 대응했으면, 자유 FM 층(215)의 자기 모멘트(322A) 및 자유 AFM 층(214)의 표면 자기 모멘트(323A)는 이미 좌측으로 설정(set)되어 있고, 위로 향하는 쓰기 전류(310A)에 의해 전환되지 않을 것이다.

반대로, 만약 전자들의 흐름이 아래로 향하는 쓰기 전류(310B)에서와 같이 반대 방향(아래 방향)에 있다면, 전자들은 우측으로 스핀-분극화될 것이고, 데이터 상태를 변경할 때 자유 FM 층(215)의 자기 모멘트(322B) 및 자유 AFM 층(214)의 표면 자기 모멘트(323B)는 우측으로 전환될 것이다. 만약 데이터 상태가, 그렇지 않으면 아래로 향하는 쓰기 전류(310B)에 의해 유도될 데이터 상태에 이미 대응했으면, 자유 FM 층(215)의 자기 모멘트(322B) 및 자유 AFM 층(214)의 표면 자기 모멘트(323B)는 이미 우측으로 설정되어 있고, 아래로 향하는 쓰기 전류(310B)에 의해 전환되지 않을 것이다.

상기 전환은 GMR 스페이서층(213)을 가로지르는 상부 고정된 AFM 층(212)으로부터 자유 AFM 층(214)으로 중재된(mediated) 스핀-토크의 결과이다. 또한 비자기 스페이서층(220)을 가로 질러 중재된, 하부 고정 측(230)으로부터의 스핀-토크의 성분이 있을 수 있다.

제1 자기 모멘트(321) 및 상부 고정 FM 층(211)의 제4 자기 모멘트(324)의 방향은, 예를 들면, 인가된 자기장에서 고온 어닐(anneal)을 사용하여 설정된다.

스핀-토크 구조(200)를 읽는 것(reading)을 고려하자. 일 실시예에서, 읽기 전류(read current) - 이 읽기 전류는 쓰기 전류보다 작음 - 는 비자기 스페이서층(220)의 저항을 읽기 위해 인가된다. 상기 읽기 전류는 스핀-토크 구조(200)를 가로지르게(across) 인가되어 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 스핀-토크 구조(200)를 통해서 흐른다. 비자기 스페이서층(220)의 저항은 자유 FM 층(215) 및 하부 고정 FM 층(231)의 상대적 자기 배향들(자기 모멘트들의 방향들)에 의존한다. 만약 자기 배향들이 평행이라면, 비자기 스페이서층(220)의 저항은 비교적 낮다. 만약 상기 자기 배향들이 반평행(anti-parallel)이라면, 비자기 스페이서층(220)의 저항은 비교적 높다. 앞서 언급한 바와 같이, 비자기 스페이서층(220)의 저항은 만약 비자기 스페이서층(220)이 전기적 절연체라면 터널링 자기저항에 기인하고, 또는 만약 비자기 스페이서층(220)이 비자기 금속이라면 거대 자기저항에 기인한다. 인가된 읽기 전류에 대응하는, 스핀-토크 구조(200)에 걸리는(across) 전압을 측정하는 것은 오옴의 법칙에 따라 스핀-토크 구조(200)에 걸리는 저항의 계산을 가능하게 한다. 비자기 스페이서층(220)의 저항은 스핀-토크 구조(200) 내의 층의 직렬 저항에 가장 큰 영향을 미치기 때문에, 비자기 스페이서층(220)의 저항은, 어느 정도 정확하게는, 스핀-토크 구조(200)의 저항을 측정함으로써 획득된다. 다른 실시예에서, 읽기 전압은 스핀-토크 구조(200)에 인가되어, 전류는 스핀-토크 구조(200)의 저항이 계산되는 것으로부터 측정된다. 여러 실시예들에서, GMR 스페이서층(213)의 저항은 비자기 스페이서층(220)의 저항에 대한 관계에서는, 스핀-토크 구조(200)의 저항에 실질적으로 기여하지 못한다. 더 나아가, 스핀-토크 구조(200) 내에서, 비자기 스페이서층(220) 이외의 층들의 저항들은 비자기 스페이서층(220)의 저항보다 비교적 작다.

비교 스핀-토크 전달 자기저항 구조 - 이는 (i) 일 측(one side)에서는 비교 구조 자기 스페이서층에 의해 접하고, 다른 측에서는 터미널(terminal)에 의해 접하는 비교 구조 자유 강자성층, (ii) 비교 구조 강자성층 또는 또 다른 비교 구조 비자기 스페이서층을 포함함 - 의 비교 쓰기 전류에 비교해서 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀-토크 구조(예, 스핀-토크 구조(200))의 쓰기 전류를 고려하자. 본 발명의 일 측면은 상기 비교 쓰기 전류보다 더 낮은 쓰기 전류이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀-토크 구조에 있어서, 자유 FM 층(예, 자유 강자성층(215))의 자기 모멘트를 전환사키기 위해 필요한 쓰기 전류의 크기는, 상기 비교 스핀-토크 전달 자기저항 구조에서 비교 구조 자유 FM 층의 비교 구조 자기 모멘트를 전환하기 위해 필요한 비교 쓰기 전류보다 더 작다. 본 발명의 스핀-토크 구조에 필요한 쓰기 전류는, 예를 들면, 상기 비교 스핀-토크 전달 자기저항 구조에 필요한 쓰기 전류의 10 퍼센트보다 더 작다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 스핀-토크 구조를 형성하기 위한 방법(400)을 도시한다. 예를 들어, 스핀-토크 구조는 스핀-토크 구조(200) 또는 MRAM 메모리 셀을 포함한다. 방법(400)의 단계들은 도시된 것 이외의 순서들로 일어날 수도 있다.

제1 단계(410)는 제1 FM 층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제1 FM 층은 고정 층, 예를 들어, 하부 고정 FM 층(231)을 포함한다.

제2 단계(420)는 제1 비자기 스페이서층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제1 비자기 스페이서층은 터널 장벽 또는 비자기 금속을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 비자기 스페이서층은 비자기 스페이서층(220)을 포함한다. 상기 제1 비자기 스페이서층은 상기 제1 FM 층에 접한다.

제3 단계(430)는 제2 FM 층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제2 FM 층은 자유 FM 층, 예를 들어, 자유 FM 층(215)을 포함한다. 상기 제2 FM 층은 상기 제1 비자기 스페이서층에 접한다.

제4 단계(440)는 제1 AFM 층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제1 AFM 층은, 상기 제2 FM 층에 교환 결합되고 상기 제2 FM 층에 접하는 자유층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 AFM 층은 자유 AFM 층(214)을 포함한다. 본 발명의 실시예들, 예를 들어, MRAM 메모리 셀 내에서, 적절한 극성(polarity)이 상기 스핀-토크 구조에 가로질러(across) 인가되는 경우, 상기 제2 FM 층 및 상기 제1 AFM 층의 자기 모멘트들의 방향들은 전환된다. 전환 후, 상기 제2 FM 층 및 상기 제1 FM 층의 자기 모멘트들의 방향들은 평행하고, 예를 들어, 상기 MRAM 메모리 셀의 데이터 상태를 저장한다.

제5 단계(450)는 제2 비자기 스페이서층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제2 비자기 스페이서층은 비자기 금속의 층 또는 GMR 스페이서 층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제2 비자기 스페이서층은 GMR 스페이서층(213)을 포함한다. 상기 제2 비자기 스페이서층은 상기 제1 AFM 층에 접한다.

제6 단계(460)는 제2 AFM 층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제2 AFM 층은 고정 AFM 층, 예를 들어, 상부 고정 AFM 층(212)을 포함한다. 상기 제2 AFM 층은 상기 제2 비자기 스페이서층에 접한다. 상기 제1 AFM 층, 상기 제2 비자기 스페이서층 및 상기 제2 AFM 층은 상기 제2 FM 층의 자기 분극을 전환시킬 수 있는 스핀-토크를 제공하도록 준비되고, 비교적 낮은 크기의 쓰기 전류를 사용하여 제2 FM 층의 자기 분극을 전환시키도록 준비되는, 서브구조(substructure)를 포함한다.

제7 단계(470)는 고정 AFM 층, 예를 들어 하부 고정 측 AFM 층(232)을 포함하는 제3 AFM 층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제3 AFM 층은 상기 제1 FM 층에 접하고, 상기 제1 FM 층에 교환 결합된다.

제8 단계(480)는 고정 FM 층, 예를 들어, 상부 고정 FM 층(211)을 포함하는 제3 FM 층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 제3 FM 층은 상기 제2 AFM 층에 접하고, 상기 제2 AFM 층에 교환 결합된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 패키지된 집적회로(500)를 도시하는 단면도이다. 패키지된 집적회로(500)는 리드프레임(leadframe)(502), 상기 리드프레임에 부착된 다이(504), 및 플라스틱 밀봉 몰드(plastic encapsulation mold)(508)를 포함한다. 비록 도 5는 집적 회로 패키지의 단 한 종류만을 보여주지만, 본 발명은 그러한 것만으로 한정되지는 않는다. 즉, 본 발명은 어떠한 패키지 형태로든 여기에 개시된 집적회로 다이를 포함할 수 있다.

다이(504)는 여기에 기술된 디바이스를 포함하고, 다른 구조들 또는 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다이(504)는 본 발명의 실시예들(예를 들어, 스핀-토크 구조(200)), 및 본 발명의 방법(예, 도 4의 방법)에 따라 형성된 실시예들에 따른, 적어도 하나의 스핀-토크 구조 또는 MRAM을 포함한다. 예를 들어, 상기 다른 구조들 및 회로들은 실리콘, 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 금속 산화물 반도체 트랜지스터, 다이오드, 저항, 커패시터, 인덕터, 또 다른 메모리 디바이스, 인터커넥트, 아날로그 회로 및 디지털 회로를 포함하는 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 스핀 토크 구조 또는 MRAM은 반도체 기판 상에 또는 반도체 기판 내에 형성될 수 있고, 또한 상기 다이는 상기 기판을 포함한다.

본 발명에 따른 집적회로는 어플리케이션들, 하드웨어 및/또는 전자 시스템들에 채용될 수 있다. 발명을 구현하기 위한 적절한 하드웨어 및 시스템들은 개인용 컴퓨터들, 통신 네트워크들, 전자 거래 시스템들(electronic commerce systems), 휴대용 통신 디바이스들(예, 셀 폰), 솔리드-스테이트 매체 스토리지 디바이스들(solid-state media storage devices), 기능 회로(functional circuitry) 등을 포함할 수 있으나, 이러한 것들로 한정되는 것은 아니다. 그러한 집적회로들을 포함하는 시스템들 및 하드웨어들은 본 발명의 일부로서 고려된다. 여기에 제공되는 발명의 가르침들이 제공되면, 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 발명의 기술들의 다른 구현들 및 어플리케이션들을 도출해 낼 수 있을 것이다.

비록 발명의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 기술되었지만, 발명은 정확히 그러한 실시예들로 한정되는 것이 아님을 이해해야 할 것이고, 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않고서 당해 기술 분야에서 숙련된 자에 의해 다양한 다른 변경들 및 수정들이 가해질 수 있음을 이해해야 할 것이다.

Claims

자기저항 구조(magnetoresistive structure)에 있어서,
제1 강자성층;
상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층;
상기 제1 비자기 스페이서층에 인접하고 자유 강자성층을 포함하는, 제2 강자성층; 및
상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층 - 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함함 - 을 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 반강자성층에 인접한 제2 비자기 스페이서층; 및
상기 제2 비자기 스페이서층에 인접한 제2 반강자성층을 더 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 강자성층에 인접하고 상기 제1 강자성층에 교환 결합된(exchange coupled) 제3 반강자성층 - 상기 제3 반강자성층은 제2 고정 반강자성층을 포함함 -; 및
상기 제2 반강자성층에 인접한 제3 반강자성층 - 상기 제3 강자성층은 제2 고정 강자성층을 포함함 - 을 더 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 제2 반강자성층은 제1 고정 반강자성층을 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 강자성층은 제1 고정 강자성층을 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 비자기 스페이서층은 터널링 장벽층, 마그네슘 산화물, 및 비자기 금속층 중 적어도 하나를 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 제2 비자기 스페이서층은 비자기 금속층 및 거대 자기저항층 중 적어도 하나를 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 자기저항 구조는,
i) 상기 제1 반강자성층이 크롬을 포함하는 것, ii) 상기 제2 반강자성층이 크롬을 포함하는 것, 및 iii) 상기 제2 비자기 스페이서층이 금, 구리 및 루테늄(ruthenium) 중 적어도 하나를 포함하는 것, 중 적어도 하나인,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 강자성층은 상기 제1 반강자성층에 교환 결합된,
자기저항 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 반강자성층, 상기 제2 비자기 스페이서층, 및 상기 제2 반강자성층 중 적어도 하나는 상기 제2 강자성층의 자기 분극(magnetic polarization)을 전환시킬 수 있는 스핀-토크를 제공하도록 준비된,
자기저항 구조.
청구항 3에 있어서, 상기 제2 반강자성층은, i) 상기 제3 강자성층, 및 ii) 상기 제2 반강자성층 - 상기 제2 반강자성층은 상기 제1 반강자성층보다 두꺼움 - 중 적어도 하나에 의해 고정되는,
자기저항 구조.
청구항 3에 있어서, 상기 제1 강자성층 및 상기 제3 강자성층 중 적어도 하나는, i) 코발트와 철의 합금, 및 ii) 복수의 서브-층들 - 상기 복수의 서브-층들 중 두 개는 반평행(anti-parallel) 자기 모멘트들을 가짐 - 중 적어도 하나를 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 강자성층은 철, 코발트, 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 합금을 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 3에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 반강자성층 중 적어도 하나는 합금을 포함하며, 상기 합금은 망간, 이리듐, 니켈, 플래티늄 및 철로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 강자성층 및 상기 제1 반강자성층 둘 다의 자기 모멘트들을 쓰기 전류로써 전환시키도록 준비된,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 강자성층의 자기 모멘트를 전환하기 위해 필요한 쓰기 전류의 크기는, 비교 자기저항 구조 - 상기 비교 자기저항 구조는, 일측에는 비교 비자기 스페이서층에 의해 인접하고, 다른 일측에는 디바이스 터미널, 또 다른 비교 비자기 스페이서층 및 비교 강자성층 중 적어도 하나에 의해 인접함 - 에서의 비교 자유 강자성층의 비교 자기 모멘트를 전환하기 위해 필요한 비교 쓰기 전류보다 작은,
자기저항 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 반강자성층은 상기 제2 강자성층에 열 안정성(thermal stability)을 제공하도록 준비된,
자기저항 구조.
자기저항 메모리 디바이스(magnetoresistive memory device)에 있어서,
제1 강자성층;
상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층;
상기 제1 비자기 스페이서층에 인접하고 자유 강자성층을 포함하는, 제2 강자성층; 및
상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층 - 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함함 - 을 포함하되,
상기 자기저항 메모리 디바이스는 자기 모멘트의 적어도 두 방향들에 대응하는 적어도 두 개의 데이터 상태들을 저장하는,
자기저항 메모리 디바이스.
청구항 18에 있어서,
상기 제1 반강자성층에 인접한 제2 비자기 스페이서층; 및
상기 제2 비자기 스페이서층에 인접한 제2 반강자성층을 더 포함하되,
상기 제1 반강자성층, 상기 제2 비자기 스페이서층, 및 상기 제2 반강자성층 중 적어도 하나는 상기 제2 강자성층의 자기 분극을 전환시킬 수 있는 스핀-토크를 제공하도록 준비된,
자기저항 메모리 디바이스.
청구항 18에 있어서, 메모리 셀 내에 저장된 데이터는 상기 제2 강자성층 및 상기 제1 반강자성층 중 적어도 하나에서의 자기 모멘트의 방향에 일치하는,
자기저항 메모리 디바이스.
집적회로에 있어서,
기판;
제1 강자성층;
상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층;
상기 제1 비자기 스페이서층에 인접하고 자유 강자성층을 포함하는, 제2 강자성층; 및
상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층 - 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함함 - 을 포함하는,
집적회로.
청구항 21에 있어서,
상기 제1 반강자성층에 인접한 제2 비자기 스페이서층; 및
상기 제2 비자기 스페이서층에 인접한 제2 반강자성층을 더 포함하되,
상기 제1 반강자성층, 상기 제2 비자기 스페이서층, 및 상기 제2 반강자성층 중 적어도 하나는 상기 제2 강자성층의 자기 분극을 전환시킬 수 있는 스핀-토크를 제공하도록 준비된,
집적회로.
스핀-토크 구조를 형성하기 위한 방법에 있어서,
제1 강자성층을 형성하는 단계;
상기 제1 강자성층에 인접한 제1 비자기 스페이서층을 형성하는 단계;
상기 제1 비자기 스페이서층에 인접하고 자유 강자성층을 포함하는, 제2 강자성층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 강자성층에 인접한 제1 반강자성층을 형성하는 단계 - 상기 제1 반강자성층은 자유 반강자성층을 포함함 - 를 포함하는,
스핀-토크 구조 형성 방법.
청구항 23에 있어서,
상기 제1 반강자성층에 인접한 제2 비자기 스페이서층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 비자기 스페이서층에 인접한 제2 반강자성층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
스핀-토크 구조 형성 방법.