KR20140081714A

KR20140081714A - 개선된 분극 강화막 및 높은 pma막을 갖는 자기 접합들을 제공하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20140081714A
Application number: KR1020130159603A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 엠 와츠; 문기석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-07-01
Also published as: TWI597823B; US8796796B2; KR102198032B1; CN103887424B; US20140175574A1; TW201428898A; CN103887424A

Abstract

자기 장치에서 사용 가능한 자기 접합이 제공된다. 자기 접합은 높은 PMA막, 분극 강화막(PEL), 비자성 스페이서막 및 자유막을 포함한다. 자유막 자기 모멘트는 면수직이다. 비자성 스페이서막은 PEL 및 자유막 사이에 있다. 높은 PMA막은 면수직 자기 모멘트 및 제1 스핀 분극을 갖는다. PEL은 자성막들 및 비자성 삽입막들을 포함한다. PEL의 적어도 일부는 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 가지며, 비자성 스페이서막에 인접하다. 비자성 삽입막 각각은 확산을 막기에 불충분한 두께를 가지만, 두께의 총합은 확산을 막기에 충분하다. 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 자유막은 안정한 자기 상태들에서 스위치 가능하다.

Description

개선된 분극 강화막 및 높은 PMA막을 갖는 자기 접합들을 제공하기 위한 방법 및 시스템{Method and system for providing magnetic junctions having improved polarization enhancement and reference layers}

자기 메모리와 같은 자기 장치들에서 사용 가능한 자기 접합들과, 상기 자기 접합들을 사용하는 장치들에 관련된다.

자기 메모리들, 특히 자기 랜덤 액서스 메모리들(magnetic random access memories, MRAMs)은 높은 읽기/쓰기 속도, 뛰어난 내구성, 비-휘발성 및 작동 중의 낮은 전력 소모의 잠재성으로 관심이 증가하고 있다. MRAM은 자성 물질을 저장기록 매체로 이용하여 정보를 저장할 수 있다. MRAM의 일 형태는 스핀 전달 토크 랜덤 액서스 메모리(spin transfer torque random access memory, STT-RAM)이다. STT-RAM은 자기 접합을 통해 인가되는 전류에 의해 적어도 일부에 쓰여지는 자기 접합들을 이용한다. 자기 접합을 통해 인가되는 스핀 분극 전류(spin polarized current)는 자기 접합의 자기 모멘트에 스핀 토크를 가한다. 그 결과, 스핀 토크에 반응하는 자기 모멘트를 갖는 막(들)은 목적하는 상태로 스위치될 수 있다.

도 1은 일반적인 STT-RAM에서 사용될 수 있는 일반적인 자기 터널링 접합(magnetic tunneling junction: MTJ, 10)을 도시한다. 일반적인 MTJ(10)는 통상적으로 하부 콘택(11) 상에 배치되고, 일반적인 시드막(들, 12)을 사용한다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적인 자유막(14), 일반적인 터널링 배리어막(16), 일반적인 분극 강화막(polarization enhancement layer, PEL, 18), 일반적인 높은 PMA막(22), 및 일반적인 캡핑막(26)을 포함한다. 또한, 상부 콘택(28)이 도시된다.

일반적인 콘택들(11, 28)은 면에 수직인 전류 방향(current-perpendicular-to-plane, CPP) 또는 도 1에서 도시한 바와 같은 z-축을 따라 전류를 인가하는데 사용된다. 일반적인 시드막(들)(12)은 통상적으로, 목적하는 결정 구조를 갖는 후속 막들의 성장에 도움을 주기 위하여 사용된다. 일반적인 배리어막(18)은 비자성이고, 예를 들면, MgO와 같은 얇은 절연체이다.

일반적인 자유막(14) 및 일반적인 높은 PMA막(22)의 자기 모멘트들은 면에 실질적으로 수직(예를 들면, z-방향)이다. 높은 PMA막(22)은, RKKY 상호 작용을 중개하는(mediate) 비자성막(24)에 의해 분리된 두 개의 자성막들(23, 25)을 포함하는 합성 반강자성체(synthetic antiferromagnet, SAF)이다. 비자성막(24)은 일반적으로 Ru이다. 막들(23, 25)은 Ru막(24)을 통해 반강자성적으로 결합되고, 자유막(14)에서의 외부 자기장을 감소시킨다. 막들(23, 25)과 자유막(14) 각각의 수직 자기 이방성 Hk은, 막들(23, 25, 14)의 면을 벗어나는 자기소거 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과한다. 그래서, 도 1에서 도시된 바와 같이 그들의 자기 모멘트들은 수직이다. 통상적으로, 자성막들(23, 25)은 Co막들 및 Pt 막(또는 Pd막)을 포함하는 실제로 다층막들이다. 예를 들면, 자성막들(23, 25)은 CoPd 다층막(Pd 막들이 삽입된 Co막들), CoPt 다층막(Pt막들이 삽입된 Co막들), 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 게다가, Co 및/또는 Fe막들과 같은 다른 구성성분들이 포함될 수 있다. 이러한 자성 다층막들은, 자기 접합(10)을 사용하는 동안, 높은 PMA막(22)을 안정하게 유지하는데 충분한 수직 이방성을 갖는다. 반대로, 일반적인 자유막(14)의 자기 모멘트는 변화 가능하다. 도 1에서 이것은 양방향 화살표(15)로 표시된다.

일반적인 PEL막(18)은 수직(예를 들면, z축) 방향으로 통과하는 전류의 스핀 분극을 강화시킨다. 일반적인 PEL막(18)은 통상적으로 자성 물질들로 구성된다. 예를 들면, CoFeB막, Fe막, 또는 인접하게 Fe막이 배치된 CoFeB막이 통상적으로 사용된다. 일반적인 PEL막(18)의 자기적 안정성을 향상시키기 위하여, 일반적인 PEL막(18)은 높은 PMA막(22)과 자성적으로 결합된다.

일반적인 자기 접합(10)에서, 강한 신호(high signal)가 요구된다. 그래서, 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance, TMR)을 크게 하는 것이 요구된다. 큰 TMR은 통상적으로 고품질의 터널링 배리어막(16)과 관련된다. 일반적인 터널링 배리어막(16)은 일반적으로 (100) 방향을 갖는 결정질 MgO이다. 추가적으로, MgO와 인접한 강자성막들(14, 18) 사이의 상대적으로 작은 격자 불일치는, 막들(14, 18)의 수직 이방성을 유지하기 위하여 바람직하다. 예를 들면, CoFeB 또는 Fe는 통상적으로 막들(14, 18)로 사용된다.

일반적인 Ta 스페이서막(20)은 일반적인 높은 PMA막(23) 및 일반적인 PEL막(18)이 독립적인 결정 방향들을 갖도록 하는데 사용된다. 또한, 일반적인 Ta 스페이서막(20)은 막들(18, 23) 사이의 고정 자기장(pinning filed)을 줄인다. 게다가, 일반적인 Ta 스페이서막(20)은, Ru 및 Pd와 같은 물질들이 높은 PMA막(22)으로부터 자기 접합(10)의 다른 막들로 확산을 방지할 수 있다. 더욱 상세하게, Ta 스페이서막(20)은 Ru 및 Pd이 막(24)으로부터 터널링 배리어막(16)으로 확산하는 것을 방지한다. 터널링 배리어막(16)으로의 Ru 및/또는 Pd의 확산은 일반적인 자기 접합(10)의 TMR에 악영향을 미친다. Ru의 확산은 MgO막(16)을 열화시키고, MgO막(16)이 목적하는 (100) 텍스쳐(texture)와 다른 결정 방향을 갖도록 한다. 그래서, 일반적인 Ta 스페이서막(20)은, 높은 PMA막(22)으로부터 PEL막(18) 및 MgO 터널링 배리어막(16)으로의 Ru 및 Pd와 같은 물질들의 확산을 방지하기에 충분한 두께를 갖는다. 일반적인 Ta 스페이서막(20)은 확산 배리어로서 기능하기 위하여 적어도 4Å의 두께를 갖는다. 도시된 일반적인 자기 접합(10)에서는, Ta 스페이서막(20)은 또한 PEL막(18)과 자성막(23) 사이의 RKKY 결합과 같은 자성 결합을 허용한다.

일반적인 자유막(14)의 자화(15)를 스위치하기 위하여, 전류가 면에 수직하게(z-방향으로) 인가된다. 충분한 전류가 상부 콘택(28)에서 하부 콘택(11)으로 인가될 때, 일반적인 자유막(14)의 자화(15)는 일반적인 PEL 막(18)의 자화와 평행하게 스위치할 수 있다. 충분한 전류가 하부 콘택(11)에서 상부 콘택(28)으로 인가될 때, 자유막(14)의 자화(15)는 일반적인 PEL막(18)의 자화와 반평행하게 스위치할 수 있다. 자기적 배치들의 차이들은 다른 자기저항들에 대응하고, 그래서 일반적인 MTJ(10)의 다른 논리 상태들(예를 들면, 논리 "0" 및 논리 "1")에 대응한다. 그래서, 일반적인 MTJ(10)의 터널링 자기저항(TMR)의 읽기에 의해, 일반적인 MTJ(10)의 상태가 결정될 수 있다.

일반적인 MTJ(10)이 스핀 전달을 이용하여 쓰여질 수 있음에도 불구하고, 접합의 TMR의 센싱에 의한 읽기, 및 STT-RAM에서의 사용에서, 문제점들이 있다. 특히, 일반적인 MTJ(10)의 안정성 또는 TMR이 목적된 것보다 나쁠 수 있다. 일반적인 PEL막(18)은 일반적인 Ta 스페이서막(20)을 통해 일반적인 자성막(23)과 자성적으로 결합될 수 있다. 그러나, Ta 스페이서막(20)를 통한 이러한 결합은 상대적으로 약하다는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들면, Ta의 RKKY 결합은 Ru 보다 몇 자릿수 낮은 것으로 예측된다. 게다가, Ta 스페이서막(20)을 통한 결합은 핀홀(pinhole) 또는 오렌지 껍질(orange peel)과 같은 메커니즘에 기인한다. 이러한 결합 메커니즘은 예측할 수 없으며, 하나의 웨이퍼 상에서 다양할 수 있다. 이것은, 하나의 자기 메모리 내의 개별적 메모리 셀들 사이에서의 변동을 초래한다. 열적으로 안정하더라도, 일반적인 PEL막(18)은 자기 접합의 동작 중에 그것의 자기 모멘트의 방향을 스위치할 수 있다. 다르게 말하면, 일반적인 PEL막(18)의 자기 모멘트는 특정 자기 메모리에서 일반적인 자기 접합들(10)을 위한 목적하는 만큼 안정하지 않을 수 있다. 결과적으로 일반적인 MTJ의 성능에 악영향을 줄 수 있다.

따라서, 필요한 것은 스핀 전달 토크 기반의 메모리들의 성능을 개선시킬 수 있는 방법 및 시스템이다. 본 명세서 내에서 기술되는 방법 및 시스템은 이와 같은 요구를 위한 갓이다.

방법 및 시스템은 자기 장치에서 사용 가능한 자기 접합을 제공한다. 자기 접합은 기준 스택, 비자성 스페이서막 및 자유막을 포함한다. 높은 PMA막의 자기 모멘트는 면에 수직이다. 비자성 스페이서막은 PEL막과 자유막 사이에 있고, 제1 결정방향을 갖는다. 기준 스택은 큰 수직 자기 이방성(PMA)막 및 그레이디드(graded) 분극 강화막(PEL)을 포함한다. 큰 수직 자기 이방성(PMA)막은 면에 수직인 자기 모멘트, 제2 결정방향, 및 제1 스핀 분극을 갖는다. 그레이디드(graded) 분극 강화막(PEL)은 큰 수직 자기 이방성(PMA)막과 비자성 스페이서막 사이에 있다. 그레이디드(graded) 분극 강화막(PEL)은 높은 PMA막에 인접하고, 높은 PMA막과 자성적으로 결합된다. 그레이디드(graded) 분극 강화막(PEL)은 자성막들 및 비자성 삽입막들을 포함한다. PEL의 적어도 일부는 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 갖고, 비자성 스페이서막에 인접하다. 비자성 삽입막들의 각각은 자기막들이 강자성적으로 결합하고 제1 결정방향이 제2 결정방향으로부터 분리되도록(decoupled) 구성된다. 비자성 삽입막들의 각각은, 잔존하는 비자성 삽입막들이 없어도, 결정방향들이 분리되기 충분한 두께는 갖는다. 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 자유막은 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 가능하다.

PEL막의 사용은 자기 접합과 같은 자기 접합들이, 더 낮은 스위치 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자기 결합 및 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 갖도록 한다. 이러한 효과들은 비자성 스페이서막/터널링 배리어막에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, PEL막을 포함하는 자기 접합 및 PEL막을 포함하는 자기 접합을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

자기 접합은 낮은 스위칭 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자성 결합 및 그래서 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 가질 수 있다. 또한, PEL과 높은 PMA막은 반강자성적으로 결합되어, 자유막 상의 외부 자기장을 감소시킬 수 있다. 이러한 효과들은 터널링 배리어막에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, 자기 접합 및 자기 접합을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 1은 일반적인 자기 접합을 도시한다.
도 2는 비자성 삽입막들을 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 사용하여 스위치 가능한 자기 접합의 일 예시적 실시예를 도시한다.
도 3은 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL의 일 예시적 실시예를 도시한다.
도 4는 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 5는 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 6은 비자성 삽입막들을 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 통해 스위치 가능한 자기 접합의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 7은 비자성 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 통해 스위치 가능한 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 8은 비자성 삽입막들을 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 통해 스위치 가능한 는 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 9는 비자성 삽입막들을 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 통해 스위치 가능한 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 10은 비자성 삽입막들을 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 통해 스위치 가능한 자기 접합의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 11은 저장 셀(들)의 메모리 소자(들)에서 자기 접합을 사용하는 메모리의 일 예시적 실시예를 도시한다.
도 12는 비자성 삽입막들을 갖는 그레이디드 PEL을 포함하고, 스핀 전달을 통해 스위치 가능한 자기 접합을 제공하기 위한 방법의 일 예시적 실시예를 도시한다.

예시적 실시예들은, 자기 메모리와 같은 자기 장치들에서 사용 가능한 자기 접합들과, 상기 자기 접합들을 사용하는 장치들에 관련된다. 하기의 기재는 당해 기술에서 숙련된 자가 발명을 만들거나 사용하도록 기술되며, 특허 명세서 및 그것의 요건들의 문맥 내에서 제공된다. 예시적 실시예들에 대한 다양한 변형들과 본 명세서에서 기술된 일반적인 개념들과 특징들은 매우 명백할 것이다. 예시적 실시예들은 주로, 특별한 실행들에서 제공되는 특별한 방법들 및 시스템들의 용어들로 기술된다. 그러나, 상기 방법들 및 시스템들은 다른 실행들에서 효율적으로 작동할 것이다. "예시적 실시예(exemplary embodiment)", "일 실시예(one embodiment)" 및 "다른 실시예(another embodiment)"와 같은 구문은 복수 개의 실시예들뿐만 아니라 동일하거나 상이한 실시예들로 간주될 수 있다. 상기 실시예들은 특정 요소들을 갖는 시스템들 및/또는 장치들에 관련하여 기술될 것이다. 그러나, 상기 시스템 및/또는 장치들은 도시된 것보다 많거나 적은 요소들을 포함할 수 있으며, 상기 요소들의 배열 및 형태에 대한 다양성들은 발명의 범위로부터 벗어나지 않도록 만들어질 수 있다. 예시적 실시예들은 또한, 특정 단계들을 갖는 특별한 방법들의 문맥 내에서 기술될 수 있다. 그러나, 상기 방법 및 시스템은 예시적 실시예들과 불일치하지 않는 상이하고/또는 추가한 단계들 및 다른 순서의 단계들을 갖는 다른 방법에 대하여 효율적으로 작동한다. 그래서, 본 발명은 도시된 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않지만, 본 명세서에서 기술된 원리들 및 특징들을 가지고 일관된 가장 넓은 범위에 부합된다.

자기 접합을 사용하는 자기 메모리뿐만 아니라 자기 접합을 제공하기 위한 방법들 및 시스템들이 기술된다. 예시적 실시예들은 자기 장치에서 사용 가능한 자기 접합을 제공한다. 자기 접합은 기준 스택, 비자성 스페이서막 및 자유막을 포함한다. 자유막의 자기 모멘트는 면에 수직이다. 비자성 스페이서막은 PEL과 자유막 사이에 있고, 제1 결정 방향을 갖는다. 기준 스택은 큰 수직 자기 이방성(PMA)막과 그레이디드 분극 강화막(PEL)을 포함한다. PMA막은 면-수직 자기 모멘트(perpendicular-to-plane magnetic moment), 제2 결정방향 및 제1 스핀 분극을 갖는다. PEL은 PMA막과 비자성 스페이서막 사이에 있다. PEL막은 높은 PMA막에 인접하며 높은 PMA막과 자성적으로 결합된다. PEL은 자성막들 및 비자성 삽입막들을 포함하다. PEL의 적어도 일부는 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 갖고, 비자성 스페이서막에 인접하다. 비자성 삽입막들의 각각은 자성막들이 강자성적으로 결합하고, 제1 결정방향이 제2 결정방향으로부터 분리(decoupled)되도록 구성된다. 쓰기 전류가 자기 접합을 통과하여 흐를 때, 자유막은 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치할 수 있다. 일 실시예에서, 비자성 스페이서막들의 각각은 단일의 비자성 스페이서막이 비자성 스페이서막과 PMA막 사이의 결정학적 전이에 대한 확산 배리어로 기능하지 않고/또는 허용하지 않을 정도의 충분히 얇은 두께를 갖는다. 예시적 실시예들은, 특정 요소들을 갖는 특정 자기 접합들 및 자기 메모리들의 문맥 내에서 기술된다. 본 발명이, 본 발명에 모순되지 않은 다른 요소들 및/또는 추가 요소들 및/또는 다른 특성들을 갖는 상기 자기 접합들 및 자기 메모리들의 사용에서 일관된다는 것을 당해 기술에서 숙련된 자는 용이하게 인식할 것이다. 상기 방법 및 시스템은 또한, 스핀 전달 현상, 자기 이방성, 및 다른 물리적 현상을 이해하도록 문맥 내에서 기술된다. 결과적으로, 당업자는 상기 방법 및 시스템의 거동의 이론적 설명들은 스핀 전달, 자기 이방성, 및 다른 물리적 현상의 이해를 기반으로 만들어진다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 그러나, 본 명세서 내 기술된 방법 및 시스템은 특정한 물리적 설명에 의존하지 않는다. 당업자는 또한, 상기 방법 및 시스템이 기판과의 특별한 관계를 갖는 구조의 문맥 내에 기술된다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 그러나, 당업자는 상기 방법 및 시스템이 다른 구조들에서도 일관된다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 추가적으로, 상기 방법 및 시스템은 합성 및/또는 단순한 특정 막들을 갖는 어떤 층들의 문맥 내에서 기술된다. 그러나, 당업자는 상기 막들이 다른 구조를 가질 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 더욱이, 상기 방법 및 시스템은 특정 막들을 갖는 자기 접합들 및/또는 특정한 막들을 갖는 서브 구조물들의 문맥 내에서 기술된다. 그러나, 당업자는 상기 방법 및 시스템에 모순되지 않은 자기 접합들 및/또는 추가적이고/또는 상이한 막들을 갖는 서브 구조물들이 또한 사용될 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 게다가, 어떤 요소들은 자성, 강자성, 및 페리자성인 것으로 기술된다. 본 명세서 내에서 사용된 것처럼, 상기 자성이라는 용어는 강자성, 페리자성 또는 그와 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 그래서, 본 명세서 내에서 사용된 바와 같이, "자성(magnetic)" 또는 "강자성(ferromagnetic)"은 강자성체(ferromagnets) 및 페리자성체(ferrimagnets)를 포함하되, 이에 한정되지는 않는다. 상기 방법 및 시스템은 또한, 단일 자기 접합들 및 서브 구조물들의 문맥 내에서 기술된다. 그러나, 당업자는 상기 방법 및 시스템이 복수개의 자기 접합들을 갖고 복수의 서브 구조물들을 사용하는 자기 메모리들의 사용에 일관된다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 게다가, 본 명세서 내에서 사용된 바와 같이, "면 내(in-plane)"는 자기 접합의 하나 이상의 막들의 실질적으로 면 내에 또는 면에 대하여 평행하다. 반대로, "수직(perpendicular)"은 자기 접합의 하나 이상의 막들에 대하여 실질적으로 수직인 방향에 대응된다.

도 2는 비자성 삽입막들을 갖는 PEL를 포함하고, 스핀 전달을 이용하여 스위치 가능한 자기 접합(100)의 일 예시적 실시예를 도시한다. 자기 접합은 STT-RAM과 같은 자기 메모리 내에서 사용될 수 있다. 더욱 명확하게, 도 2는 스케일에 맞지 않는다. 자기 접합(100)은 자유막(110), 비자성 스페이서막(120), 및 기준 스택(160)을 포함한다. 기준 스택(160)은 그레이디드 PEL(130), 추가 결합막(140) 및 높은 수직 자기 이방성(PMA)막(150)을 포함한다. 높은 PMA막(150)의 자기 모멘트는 면에 수직인 것이 요구된다. 따라서, 여기서 사용되는 것과 같이, 높은 PMA막(150)은 수직 자기 이방성 에너지가 면을 벗어나는 자기소거 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과하도록 하는 막이다. 높은 PMA막으로 명명하지만, 대체 실시예들에서는 막(150)의 자기 모멘트는 면 내에 있을 수 있다. 막들(110, 120, 130, 140, 150)이 특정 방향으로 도시되지만, 이러한 방향은 다른 실시예들에서 변경될 수 있다. 예를 들면, 높은 PMA막(150)은 자기 접합(100)의 바닥(도시되지는 않았지만 기판에 가장 가까운)에 더 근접할 수 있다. 또한, 추가 시드막(102) 및 추가 캡핑막(104)이 도시된다. 시드막(102)은 Ta/RuCoFe 이중막을 포함하는 다층막을 포함할 수 있지만, 이로 한정되지는 않는다. 캡핑막(104)은 Ru 및/또는 Ta캡핑막일 수 있다. 다른 실시예들에서, 캡핑막(104)은 다른 물질을 포함할 수 있다. 고정막(도시되지 않음) 또한 사용될 수 있다. 또한, 고정막(도시되지 않음)이 사용될 수 있다. 일반적으로, PMA막(150)의 자기 모멘트가 면 내에 있는 경우 고정막이 사용되지만, PMA막(150)의 자기 모멘트가 면에 수직(perpendicular-to-plane)인 경우, 고정막은 사용되지 않을 것이다. 바람직한 실시예에서, 자기 모멘트들(111, 131, 151)은 면에 수직이며, 고정막을 사용되지 않는다. 자유막(110), 그레이디드 PEL(130)막 및 높은 PMA막(150)의 수직 자기 이방성들(Hk)은, 막들(110, 130, 150)의 면을 벗어나는 자기소거 에너지들(out-of-plane demagnetization energy)을 각각 초과한다. 그래서, 그들의 자기 모멘트들은 도 2에 도시된 바와 같이 수직이다. 자유막(110)의 자기 모멘트(111)은 변화 가능하고, 그래서 양방향 화살표로 도시된다. 그레이디드 PEL(130)은, 높은 PMA막(150)과의 자기 결합에 의해 실질적으로 고정된 자기 모멘트(131)을 갖는다. 그러나, 자기 모멘트(131)가 고정되는 방향은, 막들(130, 150)이 강자성적으로 결합되거나 반강자성적으로 결합되느냐에 달려있다. 그래서, 도 2에서 서로 반대 방향으로의 두 개의 화살표들(131)이 도시된다. 높은 PMA막(150)이 특정 방향의 자기 모멘트(151)를 갖도록 도시되더라도, 다른 실시예들에서, 자기 모멘트(151)는 양의 z-방향을 포함하는 다른 방향일 수 있으며, 이로 한정하지는 않는다. 또한, 자기 접합(100)은, 자기 접합(100)을 통해 CPP 방향으로 흐르는 쓰기 전류를 이용하여 자유막(110)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치하도록 구성된다. 그래서, 자유막(110)은 스핀 전달 토크를 사용하여 스위치 가능하다. 몇몇 실시예들에서, 자유막(110)은 스핀 전달 토크 만을 이용하여 스위치된다. 다른 실시예들에서, 자유막(110)은 인가된 자기장을 포함하는 추가 메커니즘을 사용하여 스위치될 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.

비자성 스페이서막(120)은 터널링 배리어막, 도전체, 또는 자유막(110)과 높은 PMA막(150) 사이에 자기 저항이 존재하도록 하는 다른 구조일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 스페이서막(120)은 결정성 MgO 터널링 배리어막이다. 이러한 실시예들에서, 일반적으로 결정성 MgO 터널링 배리어막(120)은 (100) 방향/텍스처를 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시예들에서, 비자성 스페이서막(120)은 도전체일 수 있으며, 절연 매트릭스 내에 도전 채널들을 포함할 수 있으며, 또는 다른 구조를 가질 수 있다. 그래서, 자기 접합(100)은 MTJ, 스핀 밸브(spin valve), 탄도 자기저항 구조체(ballistic magnetoresistance structure), 다른 자기저항 구조물, 또는 이들의 조합일 수 있다.

자유막(110) 및/또는 높은 PMA막(150)은 단일막으로 도시되지만, 다층막들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자유막(110) 및/또는 높은 PMA막(150)은 Ru와 같은 물질을 포함하는 박막들을 통해 반강자성적으로 또는 강자성적으로 결합된 자성막들을 포함하는 SAF일 수 있다. SAF의 경우, Ru 또는 다른 물질(들)이 삽입된 다층 자성막들이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 특히 높은 PMA막(150)은 자유막(110) 상의 외부 자기장을 감소시키기 위하여 SAF인 것이 바람직하다. 또한, 자유막(110) 및/또는 높은 PMA막(150)은, 다른 다층막(들) 및/또는 초격자들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자유막(110) 및/또는 높은 PMA막(150)은 증대된 수직 이방성을 갖는 CoPd 및/또는 CoPt 다층막을 포함할 수 있다. 그대신, 자유막(110) 및/또는 높은 PMA막(150)은 CoPd 또는 CoPt 초격자(superlattice)를 포함할 수 있다. CoPd 또는 CoPt 초격자(superlattice)는 다층막이기 보다는 CoPd 및/또는 CoPt의 합성물이다. 더욱이, 자유막(110) 및/또는 높은 PMA막(150)이 SAF일 경우, SAF 내의 자성막들 중 하나 이상은 CoPd 및/또는 CoPt다층막 또는 초격자일 수 있다. 그래서, 막들(110, 150)은 Pd 막들이 삽입된 Co막들, Pt막들이 삽입된 Co막들, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 게다가, Co 및/또는 Fe층들과 같은 다른 구성성분들이 포함될 수 있다. 이러한 자성 다층막들은, 자기 접합(110)을 사용하는 동안 높은 PMA막(150)이 안정한 상태로 유지하기에 충분한 수직 이방성을 갖는다. 또한, 높은 PMA막(150)은 높은 PMA막(150) 내에 사용되는 물질들에 따라 특정한 스핀 분극을 갖는다.

추가 결합막(140)은 자기 접합(100) 내에 포함되거나 포함되지 않을 수 있는 비자성막이다. 예를 들면, 추가 결합막(140)은 높은 PMA막(150)과 그레이디드 PEL(130) 사이의 RKKY 상호 작용을 매개하는 Ru막일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 추가 결합막(140)의 두께는 높은 PMA막(150)과 그레이디드 PEL(130) 사이에서의 강자성 상호작용 및 반강자성 상호작용 중의 하나를 생성하도록 조절될 수 있다. 그래서 그레이디드 PEL(130)의 자기 모멘트(131)는 높은 PMA막(150)의 자기 모멘트(151)와 평행하거나 반평행하게 도시된다. 다른 실시예들에서, 추가 결합막(140)은 생략될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 그레이디드 PEL(130)은 높은 PMA막(150)과 강자성적으로 결합될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 그레이디드 PEL(130) 내의 자성막(도 2에 도시되지 않음)은 높은 PMA막(150)에 인접할(예를 들면, 계면을 공유) 수 있다. 다른 실시예들에서, 그레이디드 PEL(130)은 높은 PMA막(150)과 반강자성적으로 결합된다. 이러한 실시예들에서, 그레이디드 PEL(130) 내의 비자성막(도 2에서 도시되지 않음)은 높은 PMA막(150)에 인접할 수 있다.

그레이디드 PEL(130)이 직접 또는 추가 결합막(140)을 통해 높은 PMA막(150)과 자성적으로 결합된다. 그레이디드 PEL(130)은 다층의 비자성 삽입막들이 삽입된 다층의 강자성막들을 포함한다. 단순하게, 서브막들 각각은 도 2에서 도시되지 않는다. 그레이디드 PEL(130)의 적어도 일부는 높은 PMA막(150)의 스핀 분극보다 큰 스핀 분극을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 스페이서막(120)에 접하는 그레이디드 PEL(130)의 적어도 일부는 더 큰 스핀 분극을 갖는다. 상술한 바와 같이, 그레이디드 PEL(130)은 자성막들 및 비자성막들을 포함한다. 비자성 스페이서막(120)에 인접한 자성막의 적어도 일부는 높은 PMA막(150)보다 더 큰 스핀 분극을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 스페이서막(120)에 인접한(또는 계면을 공유하는) 자성막의 전체는 더 큰 스핀 분극을 갖는다. 예를 들면, 40원자퍼센트 이하의 B를 갖는 CoFeB이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, CoFeB는 적어도 10 이상 20원자퍼센트 이하의 B를 가질 수 있다. 나머지 자성막들은 이러한 스핀 분극을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 그래서, 그레이디드 PEL(130) 내의 나머지 자성막들은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.

자성막들에 추가하여, 그레이디드 PEL(130)은 비자성 삽입막들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들의 각각은 Ta를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 비자성 삽입막들의 각각은 Ta으로 구성된다. 비자성 삽입막들은 높은 PMA막(150)의 결정 방향이 비자성 스페이서막들(120)의 결정 방향으로부터 분리(decouple)되도록 사용될 수 있다. 예를 들면, Ta은 비정질이다. 그러한 비정질막은 비자성 스페이서막(120) 상에 배치되는 높은 PMA(150) (또는 그 반대 순서)의 결정 질서의 도입(imposition of crystal order)을 방해할 수 있다. 비자성 삽입막들의 각각은, 높은 PMA(150)으로부터 비자성 스페이서막으로의 결정 질서의 도입을 방해하기 위하여 단일의 비자성 삽입막에 요구되는 것보다 작은 두께를 갖는다. 따라서, 비자성 삽입막들의 각각의 두께는 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막(120) 사이의 결정성의 분리(decoupling)에 불충분하다. 그러나, 비자성 삽입막들 모두의 두께의 합은, 비자성 스페이서막(120) 상에 배치되는 높은 PMA막(150)의 결정 질서의 도입(imposition of crystal order)을 방해하기에 충분하다. 이와 같이, 높은 PMA막(150)은 제1 결정방향을 갖는 반면, 비자성 스페이서막(120)은 두 번째의 다른 결정방향을 가질 수 있다.

또한, 비자성 삽입막들은 높은 PMA막(150)으로부터 비자성 스페이서막(120)으로의 Pd 및/또는 Ru와 같은 물질들의 확산을 막는데 사용될 수 있다. 추가 결합막(140)이 포함되는 경우, 비자성 삽입막들은 또한 추가 결합막(140)으로부터 비자성 스페이서막(120)으로의 Ru와 같은 물질(들)의 확산을 막기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 비자성 삽입막들의 각각은, 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막 사이의 확산을 막기 위하여 단일의 비자성 삽입막에 요구되는 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. 그래서, 비자성 삽입막들 각각의 두께는 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막(120) 사이에서의 확산을 막기에 불충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들 각각의 두께는 적어도 2Å이상 3Å이하이다. 그래서, Ta로 구성된 비자성 삽입막들에 대하여, 각 막의 두게는 3Å이하이다. 그러나, 비자성 삽입막들의 총 두께는 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막(120) 사이에서의 확산을 막기에 충분하다. Ta로 구성된 비자성 삽입막들에서, 이것은 비자성 삽입막들의 총 두께가 적어도 4Å이라는 것을 의미한다. 예를 들면, 두 개의 비자성 삽입막들은 그레이디드 PEL내에서 사용된다면, 각 막은 2Å이상의 두께를 가질 수 있으나, 3Å을 넘지 않는다.

또한, 그레이디드 PEL(130) 내의 비자성 삽입막들은 그레이디드 PEL막(130)의 수직 자기 이방성을 향상시킬 수 있다. 그레이디드 PEL 내의 비자성 삽입막들의 사용은 비자성 삽입막들에 인접하는 위치의 그레이디드 PEL의 자성막들이 자성을 잃도록(magnetically "dead") 할 수 있다. 따라서, 포화 자화(M_s)는 감소할 수 있다. 더 낮은 면내 자기 이방성(in-plane magnetic anisotropy, 4∏M_s )이 수직 자기 이방성에 의하여 극복되어, 그레이디드PEL(130)이 높은 수직 자기 이방성을 갖도록 함에 따라 자기 모멘트가 면을 벗어나도록 하여야 한다. 따라서, 그레이디드 PEL의 총 수직 자기 이방성(net perpendicular magnetic anisotropy)은 증가되어, 그레이디드 PEL(130)이 더 높은 수직 자기 이방성을 가질 수 있다.

자기 접합(100)은 개선된 성능을 가질 수 있다. 그레이디드 PEL(130)의 존재에 의해, 자기 접합(100)은 더 큰 스핀 분극을 가질 수 있으며, 그러므로 더 낮은 스위치 전류를 가질 수 있다. 그레이디드 PEL막(130) 내의 비자성 삽입막들의 존재 때문에, 높은 PMA막(150)과, 결정질 MgO와 같은 비자성 스페이서막(120)의 결정 구조들은 분리(decouple)될 수 있다. 따라서, 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막(120)의 각각은 목적하는 결정방향을 가질 수 있다. 결과적으로, 자기 접합을 위한 높은 TMR이 얻어질 수 있다. 그러나, 비자성 삽입막 각각의 두께는 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막(120) 사이의 결정의 전이를 허용하는 단일막 보다 작다. 비자성 삽입막들의 사용은 그레이디드 PEL(130)의 수직 이방성을 향상시킬 수 있다. 특히, 비자성 삽입막들이 Ta으로 된 것이라면, 더욱 그렇다. 그레이디드 PEL(130) 내의 이러한 비자성 삽입막들은 M_st(product of saturation magnetization 및 thickness의 곱)를 감소시킨다. 앞에서 논의한 바와 같이, 감소된 M_st는 그레이디드 PEL(130) 내의 더 큰 수직 이방성을 허용할 수 있다. 더욱이, 그레이디드 PEL(130)은, 높은 PMA막(150) 내의 물질(들)이 비자성 스페이서막(120)으로 확산하는 것을 막을 수 있는 비자성 삽입막을 포함한다. 결과적으로, Ru과 같은 물질들이 높은 PMA막(150)에 사용될 수 있다. 또한, 추가 결합막(140)이 Ru과 같은 물질들을 포함할 수 있다. Ru의 사용은 높은 PMA막(150) 내에서 그리고, 높은 PMA막(150)과 그레이디드 PEL(130) 사이에서의 결합을 개선할 수 있다. 예를 들면, 높은 PMA막(150)과 그레이디드 PEL(130) 사이의 자기적 결합은, 추가 결합막으로 Ta를 사용하는 자기 접합에서 개선될 수 있다. 결과적으로, 그레이디드 PEL(130) 및 높은 PMA막(150)의 안정성이 개선될 수 있다. 또한, Pd와 같은 물질들이 높은 PMA막(150) 내에 사용될 수 있다. 그래서, 높은 PMA막(150)의 자기 특성들이 개선될 수 있다. 비자성 삽입막 각각의 두께는 확산을 막는 단일막의 두께보다 작다. 결과적으로, 그레이디드 PEL(130) 내의 자성막들은 서로 자성적으로 더 잘 결합될 수 있다. 더욱이, 상기 자성막들이 비자성 삽입막들에 의해 이격되기 때문에, 다른 물질들이 그레이디드 PEL(130) 내의 다른 자성막들에 사용될 수 있다. 예를 들면, 더 큰 RKKY 결합을 갖지만 더 낮은 스핀 분극을 갖는 물질이 높은 PMA막(150)에 인접하게 사용되어, 막들(130, 150) 사이의 자기 결합을 강화시킬 수 있다. 그래서, 자기 접합(100) 및 자기 접합(100)을 사용하는 메모리의 성능을 개선시킬 수 있다.

도 3은 자기 접합(100) 내의 기준 스택(160)과 같이 자기 장치의 기준 스택에 사용 가능한 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL(130')의 일 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 3은 스케일에 맞지 않다. 그레이디드 PEL(130')은 도 2의 그레이디드 PEL(130)와 유사하고, 대신하여 사용될 수 있다. 도 2 및 도 3에 따르면, 그레이디드 PEL(130')은 높은 PMA막(150)과 자성적으로 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 결합은 추가 결합막(140)을 통해 될 수 있다. 그레이디드 PEL(130')은 비자성 삽입막들(133, 135)이 삽입된 자성막들(132, 134, 136)을 포함한다. 세 개의 자성막들(132, 134, 136) 및 두 개의 비자성 삽입막들(133, 135)이 도시되지만, 다른 개수의 자성막들 및/또는 비자성 삽입막들이 사용될 수 있다. 더욱이, 자성막들(132, 136)은 PEL의 양쪽 계면들(예를 들면, 비자성 스페이서막(120)과 높은 PMA막(150) 사에 인접하거나, 추가 결합막(140)에 인접한)에 있도록 도시되지만, 다른 실시예들에서, 비자성막은 높은 PMA막(150)에 가장 인접한 계면에 배치될 수 있다.

자성막들(132, 134, 136)은 그레이디드 PEL(130')의 적어도 일부가 높은 PMA막(150)보다 더 큰 스핀 분극을 갖도록 구성된다. 자성막(132)은 높은 PMA막(150)보다 더 큰 스핀 분극을 가지며, 가장 인접한 그레이디드 PEL(130') 중에서 비자성 스페이서막(120)에 가장 인접한 막이다. 예를 들면, 50 원자퍼센트 이하의 B를 갖는 CoFeB는 자성막(132)에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, CoFeB막(132)은 적어도 10 이상 20 원자퍼센트 이하의 B를 가질 수 있다. 나머지 자성막들(134, 136)은 이러한 큰 스핀 분극을 가질 수도 있고, 갖지 않을 수도 있다. 그래서 그레이디드 PEL(130') 내의 나머지 자성막들(134, 136)은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다. 이러한 막들(134, 136)은 다른 목적에 따라 각각 조절될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 막(134)는 막(132)과 유사하게 CoFeB막이다. 자성막(136)은, 막들(132, 134)보다 높은 PMA막(150)과 더 강한 자성 결합을 갖는 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예들에서, 자성막(136)은 Co를 포함한다. 게다가, 자성막들(132, 134, 136)은 면에 수직(예를 들면, 양 또는 음의 z-방향)인 자기 모멘트들을 갖도록 구성된다. 그래서, 수직 이방성 에너지가 면을 벗어나는 자기 소거 에너지를 초과할 수 있다. 따라서, 자성막들(132, 134, 136)이 동일한 두께를 갖도록 도시되어도, 몇몇 실시예들에서, 막들(132, 134, 136)의 두께는 다를 수 있다.

두 개의 비자성 삽입막들(133, 135)이 도시된다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133, 135)의 각각은 Ta를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133, 135)의 각각은 Ta로 구성된다. 따라서, 비자성 삽입막들(133, 135)은 비자성 스페이서막 및 높은 PMA막의 결정 방향들과 분리(decouple)될 수 있다. 그레이디드 PEL(130')을 사용한 자기 접합의 TMR은 증대될 수 있다. 게다가, 비자성 삽입막들(133, 135)은 상기 M_st를 증대시키고, 따라서 그레이디드 PEL(130')의 수직 자기 이방성을 증대시킬 수 있다. 또한, 비자성 삽입막들(133, 135) 각각은 그레이디드 PEL(130')을 통한 Pd 및/또는Ru와 같은 물질의 확산을 막기 위하여 사용될 수 있다. 비자성 삽입막들(133, 135)의 각각은 그레이디드 PEL(130')을 통한 확산을 막기 위한 단일 비자성 삽입막에 요구되는 두께보다 작은 두께를 갖는다. 그래서, 비자성 삽입막들(133, 135) 각각의 두께는 높은 PMA막(150) 및 비자성 스페이서막(120) 사이에서의 확산을 막기에는 불충분하다. 유사하게, 비자성막들(133, 135) 각각의 두께는 높은 PMA막(150)과 비자성 스페이서막(120) 사이의 결정의 전이(crystallographic transistion)를 일으키기에 불충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133, 135) 각각의 두께는 적어도 2Å이상 그러나 3Å을 넘지 않는다. 비자성 삽입막들(133, 135)의 총 두께(예를 들면, t1+t2)는 높은 PMA막(150) 및 비자성 스페이서막(120) 사이에서의 확산을 막기에 충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133, 135)의 총 두께는 적어도 4Å이다. 비자성 삽입막들(133, 135)의 총 두께(예를 들면, t1+t2)는 높은 PMA막(150) 및 비자성 스페이서막(120) 사이에서의 확산을 막기에는 충분하고, 높은 PMA막(150)의 결정 방향들이 비자성 스페이서막(120)의 것과 다르게 하기에 충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 스페이서막들의 두께의 합은 적어도 4Å이다. 나아가, 몇몇 실시예들에서, 그레이디드 PEL(130')의 총 두께는 1nm이하이다.

PEL(130')의 사용은 자기 접합(100)과 같은 자기 접합들의 성능이 개선되도록 한다. 그레이디드 PEL(130')의 존재, 및 더욱 상세하게, 자성막(132)의 더 큰 스핀 분극 때문에, 자기 접합은 더 낮은 스위치 전류가 요구될 수 있다. 비자성 삽입막들(133, 135)은 비자성 스페이서막과 높은 PMA막의 결정 방향을 분리시킬 수 있다. 이것은 그레이디드 PEL(130')을 이용하는 자기 접합의 개선된 TMR을 허용한다. 비자성 삽입막들(133, 135)의 사용은, 특히 그들이 Ta으로 구성된다면, 자성막들(132, 134, 136)의 수직 이방성을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 비자성 삽입막들(133, 135)은 함께 높은 PMA막 및 추가 결합막 내의 물질(들)이 비자성 스페이서막으로 확산하는 것을 막을 수 있다. 결과적으로, Pd 및/또는 Ru와 같은 물질들은, 비자성 스페이서막으로 사용되는 결정질 MgO 터널링 배리어막에 악영향 없이, 높은 PMA막 및/또는 추가 결합막에 사용될 수 있다. 높은 PMA막 내 및 높은 PMA막과 그레이디드 PEL(130') 사이에서의 자기 결합이 강화될 수 있다. 비자성 삽입막들(133, 135)이 단일의 비자성 배리어막(도시되지 않음)보다 얇기 때문에, 자성막들(132, 134, 136) 사이의 자기 결합이 강화될 수 있다. 더욱이, 비자성막들(132, 134, 136)이 비자성 삽입막들(133, 135)에 의하여 분리되므로, 다른 물질들이 다른 자성막들(132, 134, 136)에 사용될 수 있다. 따라서, PEL(130')을 포함하는 자기 접합 및 PEL(130')을 포함하는 자기 접합을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 4는 자기 접합(100)과 같은 자기 장치에서 사용 가능한 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL(130")의 일 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 4는 스케일에 맞지 않는다. 그레이디드 PEL(130")은 도 2 및 도 3의 그레이디드 PEL(130, 130')과 유사하고, 그레이디드 PEL(130, 130')을 대신하여 사용할 수 있다. 결과적으로 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재한다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 그레이디드 PEL(130")은 높은 PMA막(150)과 자기적으로 결합할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 결합은 추가 결합막(140)을 통하여 이루어질 수 있다. 그레이디드 PEL(130")은 비자성 삽입막들(133', 135')이 삽입된 자성막들(132', 134', 136')을 포함한다. 막들(132', 133', 134', 135', 136')은 막들(132, 133, 134, 135, 136)과 각각 유사하다. 추가적으로, 그레이디드 PEL(130")은 비자성막(137) 및 자성막(138)을 포함할 수 있다. 자성막(138)은 자성막(136)과 유사하다. 막(136)은 자성막(138)을 위한 더 큰 RKKY 결합 물질로 사용하기 바람직하다. 또한, 자성막(136')이 그레이디드 PEL(130")의 가장자리에 있지 않기 때문에, 자성막(136')으로 CoFeB와 같은 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 네 개의 자성막들(132', 134', 136', 138)과 세 개의 비자성 삽입막들(133', 135', 137)이 도시되지만, 다른 개수의 자성막들 및/또는 비자성 삽입막들이 사용될 수 있다. 더욱이, 자성막들(132', 138)은 PEL의 두 개의 계면들(예를 들면, 비자성 스페이서막, 및 높은 PMA막/추가 결합막에 인접한)에 있도록 도시되지만, 다른 실시예들에서, 비자성막은 높은 PMA막에 가장 인접한 계면에 배치될 수 있다.

자성막들(132', 134', 136', 138)은 막들(132, 134, 136)과 유사한 방식으로 구성된다. 그래서 자성막(132')은 높은 PMA막 보다 큰 스핀 분극을 가질 수 있으며, 그레이디드 PEL(130") 중에서 비자성 스페이서막에 가장 인접한 막이다. 예를 들면, 50 원자 퍼센트 이하의 B를 갖는 CoFeB는 자성막(132')에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, CoFeB막(132')은 적어도 10 이상 20 원자 퍼센트 이하의 B를 가질 수 있다. 나머지 자성막들(134', 136', 138)은 이러한 큰 스핀 분극을 가질 수도 갖지 않을 수도 있다. 그래서, 나머지 자성막들(134', 136', 138)은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다. 이러한 막들(134', 136', 138)은 다른 목적에 따라 각각 조절될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 막들(134', 136')은 자성막(132')과 유사하게 CoFeB막들이다. 자성막(138)은, 막들(132', 134', 136') 보다 높은 PMA막과 더 강한 자기 결합을 갖는 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예들에서, 자성막(138)은 Co를 포함한다. 게다가, 자성막들(132', 134', 136', 138)은 면에 수직(예를 들면, 양 또는 음의 z-방향)인 자기 모멘트들을 갖도록 구성된다. 그래서, 수직 이방성 에너지가 면을 벗어나는 자기 소거 에너지를 초과할 수 있다. 마지막으로, 자성막들(132', 134', 136', 138)이 동일한 두께를 갖도록 도시되어도, 몇몇 실시예들에서, 막들(132', 134', 136', 138)의 두께는 다를 수 있다.

세 개의 비자성 삽입막들(133', 135', 137)이 도시된다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133', 135', 137)의 각각은 Ta를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133', 135', 137)의 각각은 Ta으로 구성된다. 비자성 삽입막들(133', 135')은 높은 PMA막과 비자성 스페이서막들의 결정 방향들을 분리(decouple)하도록 사용될 수 있다. 따라서, TMR을 증가시킬 수 있다. 게다가, 비자성 스페이서막들(133', 135', 137)은 그레이디드 PEL(130")의 수직 자기 이방성을 증가시킬 수 있다. 그러므로 비자성 삽입막들(133', 135', 137)은 그레이디드 PEL(130")을 통한 Pd 및/또는Ru와 같은 물질의 확산을 막기 위하여 사용될 수 있다. 비자성 삽입막들(133', 135', 137)의 각각은 그레이디드 PEL(130")을 통한 확산을 막기 위한 단일 비자성 삽입막에 요구되는 두께보다 작은 두께를 갖는다. 그래서, 비자성 삽입막들(133', 135', 137) 각각의 두께는 높은 PMA막과 비자성 스페이서막 사이에서의 확산을 막기에는 불충분하다. 유사하게, 비자성막들(133', 135', 137) 각각의 두께는 높은 PMA막(150)의 결정 방향을 비자성 스페이서막(120)의 결정 방향과 분리시키기에 불충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133', 135', 137) 각각의 두께는 적어도 1Å이상 그러나 3Å을 넘지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133', 135', 137) 각각의 두께는 적어도 2Å이다. 비자성 삽입막들(133', 135', 137)의 총 두께(예를 들면, t1'+t2'+t3)는 높은 PMA막 및 비자성 스페이서막 사이에서의 확산을 막기에 충분하다. 비슷하게, 비자성 삽입막들(133', 135', 137)의 총 두께는 높은 PMA막으로부터 비자성 스페이서막으로의 결정 질서의 도입(imposition of crystal order)을 방해하기에 충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133', 135', 137)의 총 두께는 적어도 4Å이다.

PEL(130")은 PEL(130, 130')의 효과들을 공유한다. PEL(130")의 사용은 자기 접합(100)과 같은 자기 접합들이, 더 낮은 스위치 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자기 결합 및 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 갖도록 한다. 이러한 효과들은 비자성 스페이서막/터널링 배리어막에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, PEL(130")을 포함하는 자기 접합 및 PEL(130")을 포함하는 자기 접합을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 5는 자기 접합(100)과 같은 자기 장치 내에서 사용 가능한 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL(130"')의 일 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 5는 스케일에 맞지 않는다. 그레이디드 PEL(130"')은 도 2 내지 도 4의 그레이디드 PEL(130, 130', 130")과 유사하고, 그레이디드 PEL(130, 130', 130")을 대신하여 사용할 수 있다. 결과적으로 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재한다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 그레이디드 PEL(130"')은 높은 PMA막(150)과 자기적으로 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 결합은 추가 결합막을 통한 결합일 수 있다. 그레이디드 PEL(130"')은 비자성 삽입막들(133", 135")이 삽입된 자성막들(132", 134")을 포함한다. 막들(132", 133", 134", 135")은 막들(132/132', 133/133', 134/134' 및 135/135')과 각각 유사하다. 두 개의 자성막들(132", 134") 및 두 개의 비자성 삽입막들(133", 135")이 도시되지만, 다른 개수의 자성막들 및/또는 비자성 삽입막들이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 비자성막(135")은 PEL(130"") 중에서 높은 PMA막에 가장 인접한 계면에 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 자성막은 높은 PMA막에 가장 인접한 계면에 배치될 수 있다.

자성막들(132", 134")은 막들(132/132', 134/134', 136/136')과 유사한 방식으로 구성된다. 그래서, 자성막(132")은 높은 PMA막보다 큰 스핀 분극을 가질 수 있으며, 그레이디드 PEL(130"') 중에서 비자성 스페이서막에 가장 인접한 막이다. 예를 들면, 50 원자 퍼센트 이하의 B를 갖는 CoFeB는 자성막(132")에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, CoFeB막(132")은 적어도 10 이상 20 원자 퍼센트 이하의 B를 가질 수 있다. 나머지 자성막(134")은 이러한 큰 스핀 분극을 가질 수도 갖지 않을 수도 있다. 그래서, 나머지 자성막(134")은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다. 이러한 막(134")은 다른 목적에 따라 개별적으로 조절될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 막(134")은 막(132")과 유사한CoFeB막이다. 더욱이, 자성막들(132", 134")은 면에 수직(예를 들면, 양 또는 음의 z-방향)인 자기 모멘트들을 갖도록 구성된다. 그래서, 수직 이방성 에너지가 면을 벗어나는 자기 소거 에너지를 초과할 수 있다. 자성막들(132", 134")이 동일한 두께를 갖도록 도시되어도, 몇몇 실시예들에서, 막들(132", 134")의 두께는 다를 수 있다.

두 개의 비자성 삽입막들(133", 135")이 도시된다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133", 135")의 각각은 Ta를 포함한다. 몇몇의 그러한 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133", 135")의 각각은 Ta로 구성된다. 비자성 삽입막들(133", 135")은 높은 PMA막과 비자성 스페이서막의 결정 방향들을 분리할 수 있다. 이에 따라, TMR을 증가시킬 수 있다. 게다가, 비자성 스페이서막들(133", 135")은 그레이디드 PEL(130")의 수직 자기 이방성을 증가시킬 수 있다. 비자성 삽입막들(133", 135")은 그레이디드 PEL(130"')을 통한 Pd 및/또는 Ru 와 같은 물질의 확산을 막기 위하여 사용될 수 있다. 비자성 삽입막들(133", 135")의 각각은 그레이디드 PEL(130"')을 통한 확산을 막기 위한 단일 비자성 삽입막에 요구되는 두께보다 작은 두께를 갖는다. 그래서, 비자성 삽입막들(133", 135") 각각의 두께는 높은 PMA막 및 비자성 스페이서막 사이에서 확산을 막기에는 불충분하고, 높은 PMA막과 비자성 스페이서막 사이의 결정학적 결합을 방해하기에 불충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133", 135") 각각의 두께는 적어도 2Å이상 그러나 3Å을 넘지 않는다. 비자성 삽입막들(133", 135")의 총 두께(예를 들면, t1"+t2")는 높은 PMA막 및 비자성 스페이서막 사이에서의 확산을 막기에 충분하다. 몇몇 실시예들에서, 비자성 삽입막들(133", 135")의 총 두께는 적어도 4Å이다.

비자성막(135")이 PEL막(130"')과 높은 PMA막(150") 사이의 계면에 있다 하더라도, PEL막(130"')은 여전히 높은 PMA막과의 자기 결합을 개선시킬 것이라 기대된다. 비자성 삽입막(135")의 두께(t2")는 확산 배리어막의 두께보다 작다. 그래서, Ru(또는 다른 더 큰 RKKY 상호작용 물질)이 사용되지 않더라도, 높은 PMA막과의 자기 결합은 강화될 것이다.

PEL막(130"')은 PEL들(130, 130', 130")의 효과들을 공유한다. PEL막(130"')의 사용은 자기 접합(100)과 같은 자기 접합들이, 더 낮은 스위치 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자기 결합 및 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 갖도록 한다. 이러한 효과들은 비자성 스페이서막/터널링 배리어막에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, PEL막(130"')을 포함하는 자기 접합 및 PEL막(130"')을 포함하는 자기 접합을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 6은 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL막을 갖는 기준 스택을 포함하고, 스핀 전환으로 스위치 가능한 자기 접합(200)의 다른 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 6은 스케일에 맞지 않다. 자기 접합(200)은 자기 접합(100)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재된다. 자기 접합(200)은, 시드막(102), 자유막(110), 비자성 스페이서막(120), 및 기준 스택(160) 과 각각 유사한, 시드막(202), 자유막(210), 비자성 스페이서막, 기준 스택(260) 및 추가 캡핑막(204)을 포함한다. 비자성 스페이서막은 본 실시예에서 터널링 배리어막(220)일 수 있다. 기준 스택(260)은 PEL(130/130'/130''/130'''), 추가 결합막(140), 및 높은 PMA막(150)과 각각 유사한 그레이디드 PEL(230), 자기 결합막(240), 및 높은 PMA막(250)을 포함한다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 구성요소에 대응하는 유사한 구조 및 기능을 갖는다.

자기 접합(200)에서, 높은 PMA막(250)은 SAF이다. 특히, 높은 PMA막(250)은 비자성막(254)에 의해 이격된 자성막들(252, 256)을 포함한다. 비자성막(254)은 자성막들(252, 256) 사이의 RKKY 상호 작용을 허용한다. 도시된 실시예에서, 막들(252, 524)은 반강자성적으로 결합된다. 추가적으로, 막들(252, 254)은, 면을 벗어나는 자기 소거 에너지를 초과하는 수직 이방성을 갖는 다층막 또는 초격자이다. 예를 들면, Co/Pd 및/또는 Co/Pt 다층막 및/또는 초격자가 사용될 수 있다. 추가적으로, 자성막들(252, 256)은 Pt막 및/또는 Co막과 같은 다른 물질들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, Co막들은 적어도 1Å이고, 2Å이하이다. 유사하게, Pd 및 Pt 막들은 적어도 1Å이고, 2Å이하이다.

그레이디드 PEL(230)은 비자성 삽입막들이 삽입된 자성막들을 포함한다. 간단하게, 자성막들 및 비자성 삽입막들이 도 6에서 도시되지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같이 그레이디드 PEL(230)은 그레이디드 PEL(130, 130', 130")과 유사하다. 그레이디드 PEL(230)은 결합막(240)을 통해 높은 PMA막(250)과 확실하게 결합된다. 자기 결합막(240)은 자기 결합막(140)과 유사하다. 몇몇 실시예들에서, 자기 결합막(240)은 높은 PMA막(250)(높은 PMA막(250)의 막(252)) 및 그레이디드 PEL(230) 사이 RKKY상호 작용을 허용한다. 도시된 실시예에서, 자기 결합막(240)은 그레이디드 PEL(230)을 막(252)과 강자성적으로 결합한다. 그래서, 그레이디드 PEL(230)이 음의 z-방향 자기 모멘트(231)를 갖도록 도시된다. 다른 실시예에서, 자기 모멘트(231)는 도시된 것과 반대 방향일 수 있다. 또한, 그레이디드 PEL(230)은 두 개의 계면들 모두에서 자성막들을 갖는 것이 바람직하다. 결과적으로, PEL(230)과 막(252) 사이의 RKKY 결합이 개선될 수 있다. 추가적으로, 다층막(252, 256)보다 더 큰 스핀 분극을 갖는 PEL(230)의 자성막은 터널링 배리어막(220)과 계면을 공유한다. 더욱이, 그레이디드 PEL(230)의 자성막들은 각각 조절될 수 있다. 예를 들면, 결합막(240)과 가장 인접한 자성막은 자성막(252)과의 RKKY 결합을 강화하도록 구성된다.

자기 접합(200)은 자기 접합(100) 및 PEL(130, 130', 130", 130"')의 효과들을 공유한다. 자기 접합(200)은 낮은 스위칭 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자성 결합 및 그래서 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 터널링 배리어막(220)에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, 자기 접합(200) 및 자기 접합(200)을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 7은 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL를 갖는 기준 스택을 포함하고, 스핀 전환으로 스위치 가능한 자기 접합(200')의 다른 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 7은 스케일에 맞지 않다. 자기 접합(200')은 자기 접합(100, 200)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재된다. 자기 접합(200')은, 시드막(102, 202), 자유막(110, 210), 비자성 스페이서막(120, 220), 기준 스택(160/260) 및 캡핑막(104, 204)과 각각 유사한, 시드막(202'), 자유막(210'), 비자성 스페이서막, 기준 스택(260') 및 추가 캡핑막(204')을 포함한다. 비자성 스페이서막은 본 실시예에서 터널링 배리어막(220')일 수 있다. 기준 스택(260')은, PEL(130/130'/130''/130''', 230) 및 높은 PMA막(150, 250)과 각각 유사한 그레이디드 PEL(230') 및 높은 PMA막(250')을 포함한다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 구성요소에 대응하는 유사한 구조 및 기능을 갖는다.

자기 접합(200')에서, 높은 PMA막(250')은 SAF(250)과 유사한 SAF이다. 그래서, 높은 PMA막(250')은, 막들(252, 254, 256)과 각각 유사한, 비자성막(254')에 의해 이격된 자성막들(252', 256')을 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 높은 PMA막(250')은 SAF가 아닐 수 있다. 대신, 높은 PMA막(250')은 단일막일 수 있다. 그러나, 다층막, 초격자, 단일 강자성막(들) 및/또는 비자성막들은 높은 PMA막(250') 내에 포함될 수 있다.

그레이디드 PEL(230')은 비자성막 삽입막들이 삽입된 자성막들을 포함한다. 간단하게, 자성막들 및 비자성 삽입막들은 도 7에서 도시되지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같이, 그레이디드 PEL(230')은 그레이디드 PEL(130, 130', 130", 130"')과 유사하다. 그레이디드 PEL(230')은 높은 PMA막(250')과 결합된다. 그레이디드 PEL(230')은 다층막(252')과의 계면에서 자성막을 가질 수 있거나, 다층막(252')과의 계면에서 비자성 삽입막을 가질 수 있다. 그레이디드 PEL(230')이 다층막(252')과의 계면에서 자성막을 가질 때, 그레이디드 PEL(230')은 다층막(252')과 직접적으로 교환 결합(예를 들면, 강자성적으로 결합)된다. 계면에서의 비자성 삽입막이 충분히 얇을 때, 그레이디드 PEL(230')은 막(252')과 반강자성적 결합될 수 있다. 그래서, 그레이디드 PEL(230')의 자기 모멘트(231')는 자성막(252')의 모멘트와 평행하거나 반평행할 수 있다. 서로 반대 방향에서 두 개의 화살표가 그레이디드 PEL(230')의 자기 모멘트(231')로 도시된다. 다층막(252', 256')보다 더 큰 스핀 분극을 갖는 그레이디드 PEL(230')의 자성막은 터널링 배리어막(220')과 계면을 공유한다. 더욱이, 그레이디드 PEL(230')의 자성막들은 개별적으로 조절될 수 있다.

자기 접합(200')은 자기 접합(100, 200) 및 PEL(130, 130', 130", 130"')의 효과들을 공유한다. 자기 접합(200')은 낮은 스위칭 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자성 결합 및 그래서 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 터널링 배리어막(220')에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, 자기 접합(200') 및 자기 접합(200')을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 8은 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL를 갖는 기준 스택을 포함하고, 스핀 전환으로 스위치 가능한 자기 접합(200")의 또 다른 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 8은 스케일에 맞지 않다. 자기 접합(200")은 자기 접합(100, 200, 200')과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재된다. 자기 접합(200')은, 시드막(102, 202, 202'), 자유막(110, 210, 210'), 비자성 스페이서막(120, 220, 220'), 기준 스택(160/260/260') 및 캡핑막(104, 204, 204')과 각각 유사한, 시드막(202"), 자유막(210"), 비자성 스페이서막, 기준 스택(260") 및 추가 캡핑막(204")을 포함한다. 비자성 스페이서막은 본 실시예에서 터널링 배리어막(220")일 수 있다. 기준 스택(260")은 PEL(130/130'/130''/130''', 230, 230'), 추가 결합막(140, 240), 및 높은 PMA막(150, 250, 250')과 각각 유사한 그레이디드 PEL(230"), 자성 결합막(240"), 및 높은 PMA막(250")을 포함한다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 구성요소에 대응하는 유사한 구조 및 기능을 갖는다.

자기 접합(200")에서, 높은 PMA막(250")은 SAF가 아니다. 그러나, 높은 PMA막(250")은 여전히 면을 벗어나는 자기 소거 에너지를 초과하는 수직 이방성을 갖는 다층막이거나 초격자일 수 있다. 예를 들면, Co/Pt 및/또는 CoPt 다층막 및/또는 초격자가 사용될 수 있다. 추가적으로 높은 PMA막(250")은 Pt막 및/또는Co막과 같은 다른 물질들을 포함할 수 있다.

도시된 실시예에서, 그레이디드 PEL(230")은 비자성막 삽입막들이 삽입된 자성막들을 포함한다. 간단하게, 자성막들 및 비자성 삽입막들은 도 8에서 도시되지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같이, 그레이디드 PEL(230")은 그레이디드 PEL(130, 130', 130", 130"')과 유사하다. 그레이디드 PEL(230")은 자기 결합막(240")을 통해 높은 PMA막(250")과 명확하게 결합된다. 자기 결합막(240")은 막(140, 240)과 유사하다. 몇몇 실시예들에서, 자기 결합막(240")은 높은 PMA막(250")과 그레이디드 PEL(230") 사이의 RKKY 상호 작용을 허용한다. 도시된 실시예에서, 자기 결합막(240")은 그레이디드 PEL(230")를 높은 PMA막(250")에 반강자성적으로 결합한다. 그래서, 그레이디드 PEL(230")이 양의 z-방향으로 자기 모멘트(231)를 갖도록 도시한다. 결과적으로, PEL(230") 및 높은 PMA막(250")은 SAF를 함께 형성하는 것으로 간주된다. 또한, 그레이디드 PEL(230")은 두 개의 계면들에서 자성막들을 갖는 것이 바람직하다. 결과적으로, PEL(230")과 높은 PMA막(250") 사이의 RKKY 결합이 개선될 수 있다. 추가적으로, 높은 PMA막(250") 보다 큰 스핀 분극을 갖는 PEL(230")의 자성막은 터널링 배리어막(220")과 계면을 공유한다. 더욱이, 그레이디드 PEL(230")의 자성막들은 개별적으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 결합막(240")과 가장 인접한 자성막은 높은 PMA막(250")과의 RKKY 결합을 강화시키도록 구성될 수 있다.

자기 접합(200")은 자기 접합(100, 200, 200') 및 PEL(130, 130', 130", 130"')의 효과들을 공유한다. 자기 접합(200")은 낮은 스위칭 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자성 결합 및 그래서 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 가질 수 있다. 또한, PEL(230")과 높은 PMA막(50")은 반강자성적으로 결합되어, 자유막(210") 상의 외부 자기장을 감소시킬 수 있다. 이러한 효과들은 터널링 배리어막(220")에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, 자기 접합(200") 및 자기 접합(200")을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 9는 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL를 갖는 기준 스택을 포함하고, 스핀 전환으로 스위치 가능한 자기 접합(300)의 또 다른 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 9는 스케일에 맞지 않다. 자기 접합(300)은 자기 접합(100, 200, 200', 200")과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재된다. 자기 접합(300)은, 시드막(102, 202, 202', 202"), 자유막(110, 210, 210', 210"), 비자성 스페이서막(120, 220, 220', 220"), 기준 스택(160,260,260', 260") 및 캡핑막(104, 204, 204', 204")과 각각 유사한, 시드막(302), 자유막(310), 비자성 스페이서막, 기준 스택(360) 및 추가 캡핑막(304)을 포함한다. 비자성 스페이서막은 본 실시예에서 터널링 배리어막(320)일 수 있다. 기준 스택(360)은 PEL(130,130', 130'', 130''', 230, 230', 230"), 추가 결합막(140, 240, 240'), 및 높은 PMA막(150, 250, 250', 250")과 각각 유사한 그레이디드 PEL(330), 추가 결합막(340) 및 높은 PMA막(350)을 포함한다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 구성요소에 대응하는 유사한 구조 및 기능을 갖는다.

그래서, 그레이디드 PEL(330)은 비자성 삽입막들이 삽입된 자성막들을 포함한다. 단순하게, 자성막들 및 비자성 삽입막들은 도 9에서 도시되지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같이, 그레이디드 PEL(330)은 그레이디드 PEL(130, 130', 130", 130"', 230, 230', 230")과 유사하다. 그레이디드 PEL(330)은 자기 결합막(340)을 통해 높은 PMA막(350)과 명확하게 결합된다. 자기 결합막(340)은 자기 결합막(140, 240, 240")과 유사하다. 몇몇 실시예들에서, 자기 결합막(340)은 높은 PMA막(350)과 그레이디드 PEL(330) 사이의 RKKY 상호 작용을 허용한다. 도시된 실시예에서, 자기 결합막(340)은 PEL(330)을 높은 PMA막(350)과 강자성적으로 또는 반강자성적으로 결합할 수 있다. 결합의 특성은 자기 결합막(340)의 두께와, 추가 결합막(340) 또는 높은 PMA막(350)과 그레이디드 PEL(330)과의 계면에 배치된 비자성 삽입막(있다면)의 두께에 따라 결정된다. 그래서, 그레이디드 PEL(330)은 양 또는 음의 z-방향에 있을 수 있는 자기 모멘트(331)를 갖도록 도시된다.

자기 접합(300)에서, 자유막(310)은 SAF이다. 특히, 자유막(310)은 비자성막(315)에 의해 이격된 자성막들(311, 316)을 포함한다. 비자성막(315)은 자성막들(311, 316) 사이의 RKKY 상호 작용을 허용한다. 예를 들면, 비자성막(315)은, 자성막들(311, 316) 사이 목적하는 결합을 허용하는 두께를 갖는 Ru막일 수 있다.

게다가, 자성막들(311, 316)은 PEL(130, 130', 130'', 130''', 230, 230', 230'')과 유사할 수 있다. 예를 들면, 자성막(311)은 비자성 확산 배리어막(313)에 의해 이격된 자성막들(212, 314)을 포함할 수 있다. 자성막(316)은 비자성 확산 배리어막(318)에 의해 이격된 자성막들(317, 319)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 막들(312, 314, 317, 319)은, 면을 벗어나는 자기소거 에너지를 초과하는 수직 이방성을 갖는 다층막 또는 초격자일 수 있다. 예를 들면, Co/Pd 및/또는 Co/Pt 다층막 및/또는 초격자가 사용될 수 있다. 추가적으로, 자성막들(312, 314, 317, 319)은 Pt막 및/또는 Co막과 같은 다른 물질들을 포함할 수 있다. 비자성 스페이서막/터널링 배리어막(320)에 가장 인접한 자성막(319)은 적어도 큰 스핀 분극을 갖는 것이 바람직할 것이다. 예를 들면, 40원자퍼센트 이하의 B을 갖는 CoFeB는 막(319)에서 사용될 수 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 자성막(319)은 CoFeB 내 적어도 10 이상 40 원자퍼센트 이하의 B을 포함할 수 있다. 게다가, 막들(314, 317)은 막들(311, 316) 사이의 RKKY 결합을 개선시키기 위하여 조절될 수 있다.

자기 접합(300)은 자기 접합(100, 200, 2000', 200") 및 PEL(130, 130', 130", 130"')의 효과들을 공유한다. 자기 접합(300)은 낮은 스위칭 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자성 결합 및 그래서 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 터널링 배리어막(320)에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 또한, 자유막(310)이, 비자성 스페이서막(320)에서 사용되는 결정질 MgO에 악영향 없이 Ru 및/또는 Pd가 적용되는 SAF일 수 있다. 이것은 비자성 확산 배리어막(313)의 존재 때문이다. 이러한 막들(313, 318)이 PEL(130, 130', 130'', 130''', 230, 230', 230'')에 관하여 도시된 것과 같이 얇을 경우, 막들(312, 314) 및 막들(317, 319) 사이의 자성 결합이 강화될 수 있다. 그래서, 자기 접합(300) 및 자기 접합(300)을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

도 10은 비자성 삽입막들을 포함하는 그레이디드 PEL를 갖는 기준 스택을 포함하고, 스핀 전환으로 스위치 가능한 자기 접합(300')의 또 다른 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 10은 스케일에 맞지 않다. 자기 접합(300')은 자기 접합(100, 200, 200', 200", 300)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 유사한 도면 부호로 기재된다. 자기 접합(300')은, 시드막(102, 202, 202', 202", 302), 자유막(110, 210, 210', 210", 310), 비자성 스페이서막(120, 220, 220', 220", 320), 기준 스택(160, 260, 260', 260", 360), 및 캡핑막(104, 204, 204', 204", 304)과 각각 유사한, 시드막(302'), 자유막(310'), 비자성 스페이서막, 그레이디드 PEL(330'), 자기 결합막(340'), 기준 스택(360') 및 추가 캡핑막(304')을 포함한다. 비자성 스페이서막은 본 실시예에서 터널링 배리어막(320')일 수 있다. 기준 스택(360')은 PEL(130/130'/130''/130''', 230, 230', 230", 330), 추가 결합막(140, 240, 240', 340), 및 높은 PMA막(150, 250, 250', 250", 350)과 각각 유사한 PEL(330'), 추가 결합막(340'), 및 높은 PMA막(350')을 포함한다. 따라서, 유사한 구성 요소들은 구성요소에 대응하는 유사한 구조 및 기능을 갖는다.

또한, 자기 접합은 추가적 비자성 스페이서막(360), 선택적 추가 그레이디드 PEL(370), 추가 결합막(380) 및 추가적 높은 PMA막(390)을 포함한다. 추가적 자성 스페이서막(360)은 비자성 스페이서막(320')과 유사하다. 선택적 추가 그레이디드 PEL(370)은 PEL(130, 130', 130'', 130''', 230, 230', 230'', 330, 330')과 유사하다. 추가 결합막(380)은 추가 결합막들(140, 240, 240', 340, 340')과 유사하다. 추가적 높은 PMA막(390)은 높은 PMA막들(150, 250, 250', 250'', 250, 350, 350')과 유사하다. 그래서 자기 접합(300')은 듀얼 자기 접합이다. 막들(320', 360)이 모두 터널링 배리어들인 경우의 실시예들에서, 자기 접합(300')은 듀얼 MTJ이다. 막들(320', 360)이 모두 도전 배리어들인 경우의 실시예에서, 자기 접합(300')은 듀얼 스핀 밸브이다. 다른 실시예들에서, 그러나, 막들(320', 360)이 유사한 특성을 공유할 필요는 없다. 예를 들면, 막들(320', 360) 중 하나는 도전체일 수 있고, 다른 하나는 터널링 배리어막일 수 있다.

자기 접합(300')은 자기 접합(100, 200, 2000', 200", 300) 및 PEL(130, 130', 130", 130"')의 효과들을 공유한다. 자기 접합(300')은 낮은 스위칭 전류, 강화된 수직 자기 이방성, 강화된 자성 결합 및 그래서 개선된 안정성과 같은 개선된 성능을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 터널링 배리어막(320', 360)에 악영향을 주지 않고 성취될 수 있다. 그래서, 자기 접합(300') 및 자기 접합(300')을 사용하는 메모리의 성능이 개선될 수 있다.

더불어, 자기 접합들(100, 200, 200', 200'', 300, 300') 및 PEL(130, 130', 130'', 130''', 230, 230', 230'', 330, 330', 370)이 자기 메모리에서 사용될 수 있다. 도 11은 그러한 자기 메모리(400)의 일 실시예를 도시한다. 자기 메모리(400)는 워드 라인 선택 드라이버(404)뿐만 아니라 읽기/쓰기 칼럼 선택 드라이버들(402, 406)을 포함한다. 다른 배열을 갖는 다른 구성 요소들이 더 제공될 수 있다. 자기 메모리(400)의 저장 영역은 자기 저장 셀들(410)을 포함한다. 자기 저장 셀들의 각각은 적어도 하나의 자기 접합(412) 및 적어도 하나의 선택 소자(414)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 선택 소자(414)는 트랜지스터이다. 자기 접합들(412)은 하나 이상의 자기 접합들(100, 200, 200', 200'', 300, 300')을 포함할 수 있다. 하나의 자기 접합(412)이 셀(410)마다 도시되지만, 다른 실시예들에서, 다른 개수의 자기 접합들(412)이 셀마다 제공될 수 있다. 그래서, 자기 접합들(100, 200, 200', 200'', 300, 300') 및 PEL(130, 130', 130'', 130''', 230, 230', 230'', 330, 330'', 370)의 효과가 자기 메모리(400) 내에서 실현될 수 있다.

도 12는 자기 기판을 제조하기 위한 방법(500)의 일 실시예를 도시한다. 간략함을 위하여, 몇몇 단계들은 생략되고, 결합되고/또는 삽입될 수 있다. 방법(500)은 자기 접합(100)의 문맥 내에서 기술된다. 그러나, 방법(500)은 접합들(200, 200', 200'', 300, 300', 412)과 같은 자기 접합들에서 사용될 수 있다. 더욱이, 방법(500)은 자기 메모리들의 제조에 통합될 수 있다. 그래서 방법(500)은 STT-RAM 또는 다른 자기 메모리를 제조하는데 사용될 수 있다. 방법(500)은 또한, 시드막(들, 202) 및 추가 고정막(도시되지 않음)을 제공하는 것을 포함할 수 있다.

단계 502를 통해, 자유막(110)이 제공된다. 단계 502는 자유막(110)의 목적하는 두께로 목적하는 물질들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 단계 502는 SAF을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 단계 504를 통해, 비자성막(120)이 제공된다. 단계 504는 결정질 MgO을 포함하되 이로 한정되지 않는 목적하는 물질들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 물질의 목적하는 두께가 단계 504에서 증착될 수 있다.

단계 506을 통해, 그레이디드 PEL(130)이 제공된다. 단계 506은 목적하는 두께의 비자성 삽입막들이 삽입된 강자성막들을 증착하는 것을 포함한다. 그래서, PEL(130', 130", 130"')에서 도시된 막들이 단계 506에서 증착된다. 그러나, 단계 506에서 대략 2Å의 두께로 적층된 막들은 연속되지 않을 수 있으며, 두께에서 변동을 가질 수 있다. 예를 들면, 단계 506에서 형성된 비자성 삽입막들은 중첩된 섬들(islands) 및/또는 핀홀들(pinholes)과 유사한 열린 영역들을 포함할 수 있다. 후속 공정에서, 이러한 자성 삽입막들의 영역들은 마이그레이션할 수 있다. 예를 들면, 자기 접합(100)은 제조에 후속하여 어닐링될 수 있다. 그러고 나면, 비자성 삽입막들 내의 Ta와 같은 물질들이 마이그레이션될 수 있다. 마이그레이션을 유도하는 어닐링의 결과로, 중첩된 섬들은 확산되어, 두께에서 더 작은 변동을 갖는 막들을 형성할 수 있다. 단계 508을 통해, 결합막(140)이 선택적으로 제공될 수 있다. 단계 508은 Ru막을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계 508은 생략될 수 있다.

단계 510을 통해, 높은 PMA막(250)이 제공된다. 단계 510은 높은 PMA막(250)의 목적하는 두께로 목적하는 물질들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 단계 510은 SAF 및/또는 큰 수직 이방성 다층막들을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, Co/Pd 및/또는 Co/Pt 다층막들 중 하나 이상이 단계 510에서 제조될 수 있다. 추가로, 다른 자성물질들 및/또는 비자성물질들 또한 단계 510에서 높은 PMA막을 제조하는데 사용될 수 있다.

단계 512를 통해, 자기 접합(100)의 제조가 완료된다. 막들(360, 370, 380, 390)과 같은 추가막들이 단계 512에서 선택적으로 제공될 수 있다. 유사하게, 캡핑막들 또는 다른 막(들)이 단계 512에서 제공될 수 있다. 어닐링, 외부 자기장 내에서 자기 모멘트들의 방향을 설정하는 것 및/또는 다른 공정들 또한 수행될 수 있다. 그래서, 방법(500)을 사용하면, PEL(130/130'/130''/130'''/230/230'/230''/330/330') 및 자기 접합들(100, 200, 200', 200'', 300, 300')의 효과들이 성취될 수 있다.

PEL(들)을 포함하는 자기 접합 및 자기 접합을 사용하여 제조된 메모리를 위한 방법 및 시스템이 기술된다. 방법 및 시스템은 도시된 예시적인 실시예들과 함께 기술되고, 당해 기술에서 통상의 기술자는 실시예들에 대한 다양한 변형들을 용이하게 인식하며, 변형들은 방법 및 시스템의 사상 및 범위 내에 있다. 따라서, 많은 변형들은 당업자에 의해 첨부된 청구항들의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면 만들어질 수 있다.

100: 자기 접합
102: 가펀
110: 자유막
120: 비자성 스페이서막
130: 그래이디드 PEL
140: 추가 결합막
150: 높은 PMA막

Claims

자기 장치에서 사용되는 자기 접합에 있어서,
면에 대하여 수직인 자유막 자기 모멘트를 갖는 자유막;
제1 결정 방향을 갖는 비자성 스페이서막; 및
높은 수직 자기 이방성(perpendicular magnetic anisotropy, PMA) 및 그레이디드 분극 강화막(polarization enhancement layer: PEL)을 포함하는 기준막을 포함하되,
상기 비자성 스페이서막은 상기 그레이디드 PEL 및 상기 자유막 사이에 배치되고, 상기 그레이디드 PEL는 상기 높은 PMA막 및 상기 비자성 스페이서막 사이에 배치되고, 상기 높은 PMA막은 면에 대하여 수직인 자기 모멘트, 제2 결정 방향 및 제1 스핀 분극을 가지며, 상기 그레이디드 PEL은 상기 높은 PMA막에 인접하고 자기적으로 결합되며, 상기 그레이디드 PEL은 다수의 자성막들 및 다수의 비자성 삽입막들을 포함하고, 상기 비자성 스페이서막에 인접한 PEL의 적어도 일부는 상기 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 가지며, 다수의 비자성 삽입막들은 다수의 자성막들이 강자성적으로 결합되고, 상기 제1 결정 방향이 상기 제2 결정 방향으로부터 분리되도록 구성되며, 상기 다수의 비자성 삽입막들 각각은 일 두께를 가지며, 상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께는 상기 다수의 비자성 삽입막들의 나머지 일부들이 없을 경우, 상기 제2 결정 방향으로부터 상기 제1 결정 방향이 분리되기에 불충분하며,
상기 자기 접합은, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유막이 다수의 안정한 자기 상태들에서 스위치할 수 있도록 구성되는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께의 합은 상기 기준막 및 상기 비자성 스페이서막 사이에서 확산을 막기에 충분하며,
상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께는 상기 기준막 및 상기 비자성 스페이서막 사이에서 확산을 막기에 불충분한 자기 접합.
제2항에 있어서,
상기 두께의 합은 적어도 4Å인 자기 접합.
제2항에 있어서,
상기 두께는 3Å 이하인 자기 접합.
제4항에 있어서,
상기 두께는 적어도 2Å인 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 그레이디드 PEL은 Ta를 포함하는 자기 접합.
제6항에 있어서,
상기 PEL내 다수의 비자성 막들 각각은 Ta로 구성되는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 높은 PMA막은 큰 수직 이방성 다층막 및 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
제8항에 있어서,
상기 큰 수직 이방성 다층막 및 상기 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나는 Co/Pt 다층막, Co/Pd 다층막, CoPt 초격자 및 CoPd 초격자 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
제8항에 있어서,
상기 높은 PMA막은 제1 자성 구조물, 제2 자성 구조물, 상기 제1 및 제2 자성 구조물들 사이의 비자성 막을 포함하는 합성 반강자성체이며,
상기 제1 자성 구조물 및 상기 제2 자성 구조물 중 적어도 하나는 큰 수직 이방성 다층막 및 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 높은 PMA막 및 상기 그레이디드 PEL 사이에 비자성 자기 결합막을 더 포함하는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 다수의 비자성 삽입막들은 상기 높은 PMA막에 인접한 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 높은 PMA막은 큰 수직 이방성 다층막 및 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나를 더 포함하는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 비자성 스페이서막은 MgO를 포함하는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 다수의 자성막들 중, 상기 비자성 스페이서막에 가장 인접한 일 막은 상기 제2 스핀 분극을 갖는 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 그레이디드 PEL은 CoFeB를 포함하는 자기 접합.
제16항에 있어서,
상기 다수의 자성막들은, 40원자퍼센트 이하의 B를 갖는 CoFeB막을 포함하며,
상기 CoFeB막은 상기 비자성 스페이서막에 인접한 자기 접합.
제1항에 있어서,
상기 그레이디드 PEL 내 상기 다수의 비자성 삽입막들은 비정질인 자기 접합.
자기 장치에서 사용하는 자기 접합에 있어서,
면에 대하여 수직인 장막 자기 모멘트를 갖는 자유막;
결정질 MgO막; 및
높은 수직 자기 이방성(PMA)막 및 그레이디드 분극 강화막(PEL)을 포함하는 기준 스택을 포함하되,
상기 결정질 MgO막은 상기 그레이디드 PEL 및 상기 자유막 사이에 배치되고, 상기 그레이디드 PEL은 상기 높은 PMA막에 인접하고 자기적으로 결합되고, 상기 그레이디드 PEL은 상기 결정질 MgO막 및 상기 높은 PMA막 사이에 배치되고, 상기 높은 PMA막은 면에 수직인 기준막 자기 모멘트 및 제1 스핀 분극을 가지며, 상기 그레이디드 PEL은 다수의 자성막들 및 다수의 Ta 삽입막들을 포함하고, 상기 다수의 자성막들 중 적어도 일 막은 상기 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 가지며, 상기 다수의 Ta 삽입막들의 각각은 3Å이하의 두께를 가지며, 상기 적어도 일 막은 상기 결정질 MgO막에 인접하고, 상기 다수의 Ta삽입막들 각각의 두께의 합은 상기 높은 PMA막 및 결정질 MgO막 사이에서 확산하는 것을 막기에 충분하며 적어도 4Å이며, 상기Ta 삽입막들 각각의 두께는 상기 기준막 및 상기 결정질 MgO막 사이에서 확산을 막기에 불충분하며,
상기 자기 접합은, 쓰기 전류가 상기 자기 접합으로 흐를 때, 상기 자유막이 다수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치가 가능하도록 구성되는 자기 접합.
다수의 자기 저장 셀들; 및
상기 다수의 자기 저장 셀과 결합된 다수의 비트 라인들을 포함하되,
상기 다수의 자기 저장 셀들 각각은 적어도 하나의 자기 접합을 포함하고, 상기 적어도 하나의 자기 접합은 자유막, 비자성 스페이서막 및 기준 스택을 포함하고,
상기 자유막은 면에 대하여 수직인 자유막 자기 모멘트를 가지며, 상기 비자성 스페이서막은 제1 결정 방향을 가지며, 상기 비자성 스페이서막은 상기 기준 스택 및 상기 자유막 사이에 배치되고, 상기 기준 스택은 높은 수직 자기 이방성(PMA)막 및 그레이디드 분극 강화막(PEL)를 포함하고, 상기 그레이디드 PEL은 상기 높은 PMA막 및 상기 비자성 스페이서막 사이에 배치되고, 상기 높은 PMA막은 면에 대하여 수직인 자기 모멘트, 제2 결정 방향 및 제1 스핀 분극을 가지며, 상기 그레이디드 PEL은 상기 높은 PMA막에 인접하고 자기적으로 결합하며, 상기 그레이디드 PEL은 다수의 자성막들 및 다수의 비자성 삽입막들을 포함하며, 상기 비자성 스페이서막에 인접한 상기 PEL의 적어도 일부는 상기 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 가지며, 상기 다수의 비자성 삽입막들은 다수의 자성막들이 강자성적으로 결합되고 상기 제2 결정 방향으로부터 상기 제1 결정 방향이 분리되도록 구성되고, 상기 자기 접합은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때 상기 자유막이 다수의 안정한 자기 상태들에서 스위칭 가능하도록 구성되고, 상기 다수의 비자성 삽입막들 각각은 일 두께를 가지며, 상기 다수의 비자성 삽입막들의 나머지 부분들이 없는 경우 상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께는 상기 제1 결정 방향을 상기 제2 결정 방향으로부터 분리하기에 불충분한 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 다수의 비자성 삽입막들 각각은 일 두께를 가지며,
상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께의 합은 상기 기준막 및 상기 비자성 스페이서막 사이에서 확산을 막기에 충분하며,
상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께는 상기 기준막 및 상기 비자성 스페이서막 사이에서 확산을 막기에 불충분한 자기 메모리.
제21항에 있어서,
상기 두께의 합은 적어도 4Å인 자기 메모리.
제21항에 있어서,
상기 두께는 3Å 이하인 자기 메모리.
제23항에 있어서,
상기 두께는 적어도 2Å인 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 그레이디드 PEL은 Ta를 포함하는 자기 메모리.
제25항에 있어서,
상기 그레이디드 PEL내 다수의 비자성 막들 각각은 Ta로 구성되는 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 높은 PMA막은 큰 수직 이방성 다층막 및 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나를 포함하는 자기 메모리.
제27항에 있어서,
상기 큰 수직 이방성 다층막 및 상기 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나는 Co/Pt 다층막, Co/Pd 다층막, CoPt 초격자 및 CoPd 초격자 중 적어도 하나를 포함하는 자기 메모리.
제28항에 있어서,
상기 높은 PMA막은 제1 자성 구조물, 제2 자성 구조물, 상기 제1 및 제2 자성 구조물들 사이의 비자성 막을 포함하는 합성 반강자성체이며,
상기 제1 자성 구조물 및 상기 제2 자성 구조물 중 적어도 하나는 큰 수직 이방성 다층막 및 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나를 포함하는 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 높은 PMA막 및 상기 PEL 사이에 비자성 자기 결합막을 더 포함하는 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 다수의 비자성 삽입막들은 상기 높은 PMA막에 인접한 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 자유막은 큰 수직 이방성 다층막 및 큰 수직 이방성 초격자 중 적어도 하나를 더 포함하는 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 비자성 스페이서막은 MgO를 포함하는 자기 메모리.
제20항에 있어서,
상기 그레이디드 PEL은 CoFeB를 포함하는 자기 메모리.
제34항에 있어서,
상기 다수의 자성막들은, 40원자퍼센트 이하의 B를 갖는 CoFeB막을 포함하며,
상기 CoFeB막은 상기 비자성 스페이서막에 인접한 자기 메모리.
자기 장치에서 사용하는 자기 접합을 제공하기 위한 방법에 있어서,
면에 대하여 수직한 자유막 자기 모멘트를 갖는 자유막을 제공하는 단계;
제1 결정 방향을 갖는 비자성 스페이서막을 제공하는 단계; 및
기준 스택을 제공하는 단계를 포함하되,
상기 기준 스택을 제공하는 단계는,
면에 대하여 수직인 자기 모멘트, 제2 결정 방향 및 제1 스핀 분극을 갖는 높은 수직 자기 이방성(PMA) 막을 제공하는 단계; 및
그레이디드 분극 강화막(PEL)을 제공하는 단계를 포함하되,
상기 비자성 스페이서막은 상기 그레이디드 PEL 및 상기 자유막 사이에 배치되고, 상기 그레이디드 PEL은 상기 높은 PMA막 및 상기 비자성 스페이서 막 사이에 배치되고, 상기 그레이디드 PEL은 상기 높은 PMA막에 인접하고 자기적으로 결합하고, 상기 그레이디드 PEL은 다수의 자성막들 및 다수의 비자성 삽입막들을 포함하고, 상기 비자성 스페이서막에 인접한 상기 PEL의 적어도 일부는 상기 제1 스핀 분극보다 큰 제2 스핀 분극을 가지며, 상기 다수의 비자성 삽입막들은 다수의 자성막들이 강자성적으로 결합하고 상기 제1 결정 방향이 상기 제2 결정 방향으로부터 분리되도록 구성되고, 상기 다수의 비자성 삽입막들 각각은 일 두께를 가지며, 상기 다수의 비자성 삽입막들 각각의 두께는 상기 다수의 비자성 삽입막들의 나머지 부분들 없이 상기 제1 결정 방향으로부터 상기 제2 결정 방향을 분리하기에 충분하지 않으며,
상기 자기 접합은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유막이 다수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위치 가능하도록 구성되는 방법.