KR20150129625A - 스핀 토크 전달 자기 램 어플리케이션들에 사용 가능한 자기 접합의 이온 확산을 통한 자기 특성의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 장치에 사용 가능한 기판 상의 자기 접합을 제공하는 방법에 관한 것으로, 기준층을 제공하는 것, 비자성 스페이서층을 제공하는 것, 및 자유층을 제공하는 것을 포함하고, 상기 비자성 스페이서층은 상기 자유층과 상기 기준층 사이에 있고, 상기 비자성 스페이서층과 상기 자유층 사이에는 계면이 존재하되, 상기 자유층을 제공하는 것은, 상기 자유층이 상기 자기 접합의 동작 온도보다 높은 국부 온도에 있는 동안, 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 전기장은 상기 자유층과 상기 비자성 스페이서층 사이의 상기 계면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 자유층 내의 음이온에 힘을 가하고, 상기 자기 접합은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통과하여 흐를 때 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성되는 자기 접합의 제공 방법이 제공된다.

Description

스핀 토크 전달 자기 램 어플리케이션들에 사용 가능한 자기 접합의 이온 확산을 통한 자기 특성의 제어 방법{Method for controlling magnetic properties through ion diffusion in a magnetic junction usable in spin transfer torque magnetic random access memory applications}

본 발명은 자기 접합의 제공 방법에 관한 것으로, 상세하게는 STT-RAM 어플리케이션들에 사용 가능한 자기 접합의 이온 확산을 통한 자기 특성의 제어 방법에 관한 것이다.

자기 메모리들, 특히 자기 램들(Magnetic Random Access Memories: MRAMs)은 높은 읽기/쓰기 속도, 뛰어난 내구성, 비휘발성 및 동작 시의 낮은 전력 소모의 잠재력 때문에 점점 더 주목 받고 있다. MRAM은 자기 물질들을 정보 저장매체로 이용하여 정보를 저장할 수 있다. MRAM의 한 종류로 STT-RAM(Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory: STT-MRAM)이 있다. STT-MRAM은 자기 접합을 통과하는 전류에 의하여 적어도 일부가 기록된 자기 접합을 이용한다. 자기 접합을 통과하는 스핀 분극된 전류는 자기 접합 내의 자기 모멘트에 스핀 토크를 가한다. 따라서, 스핀 토크에 반응하는 자기 모멘트를 갖는 층(들)은 원하는 상태로 스위칭 될 수 있다.

일 예로, 도 1은 일반적인 STT-MRAM에서 사용될 수 있는 일반적인 자기터널접합(Magnetic tunneling junction: MTJ)(10)을 도시한다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적으로 기판(12) 상에 배치되고, 하부 콘택(14) 및 상부 콘택(22)과 전기적으로 연결된다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적인 씨드(seed)층(들)(미도시)을 이용하고, 일반적인 캡핑층(capping layer)(22) 및 일반적인 반강자성층(antiferromagnetic layer: AFM)(미도시)을 포함할 수 있다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적인 피고정층(pined layer)(16) 또는 기준층(reference layer)(16), 일반적인 터널링 장벽층(tunneling barrier layer)(18), 및 일반적인 자유층(free layer)(20)을 포함한다. 일반적인 콘택들(14, 22)은 면 수직 전류(current-perpendicular-to-plane: CPP) 방향, 또는 도 1에서 도시된 Z축으로 전류를 구동하도록 사용된다.

일반적인 피고정층(16)과 일반적인 자유층(20)은 자성을 갖는 반면, 일반적인 터널링 장벽층(18)은 비자성이다. 일반적인 피고정층(16)의 자화(17)는 특정 방향으로 고정(fixed)되거나 피닝된다(pinned). 일반적인 자유층(20)은 변화 가능한 자화(21)를 갖는다. 비록 단일층으로 도시되었으나, 일반적인 자유층(20) 및 일반적인 피고정층(16)은 또한 복수의 층들을 포함할 수 있다. 피고정층(16) 및 자유층(20)은 각각 층들의 면에 수직인 방향의 자화들(17, 21)을 가질 수 있다. 그러나, 일반적인 피고정층(16) 및 자유층(20)의 자화(21)는 면 내(in-plane)인 방향을 가질 수 있다.

일반적인 자유층(20)의 자화(21)를 스위치 하기 위하여, 면에 수직인 방향으로(Z 방향) 전류가 구동된다. 충분한 전류가 상부 콘택(22)으로부터 하부 콘택(14)으로 흐를 때, 일반적인 자유층(20)의 자화(21)는 일반적인 피고정층(16)의 자화(17)에 평행하게 스위치(switch)될 수 있다. 충분한 전류가 하부 콘택(14)으로부터 상부 콘택(22)으로 흐를 때, 자유층의 자화(21)는 피고정층(16)의 자화(17)에 반평행하게 스위치 될 수 있다. 자기적 배치(magnetic configuration)들의 차이점들은 다른 자기저항들(magnetoresistances)과 이에 따른 일반적인 MTJ(10)의 다른 논리 상태들(예를 들어, 논리 0과 논리 1)에 상응한다.

다양한 어플리케이션들에 사용될 수 있는 가능성 때문에, 자기 메모리들에 대한 연구가 진행되고 있다. 일 예로, STT-RAM의 성능을 향상시키기 위한 메커니즘이 요구된다. 그러한 이유로, 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능을 개선할 수 있는 방법 및 시스템이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능을 개선할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

자기 장치에 사용 가능한 자기 접합 및 이의 제공 방법이 설명된다. 자기 접합의 제공 방법은, 기준층, 비자성 스페이서층, 및 자유층을 제공하는 것을 포함한다. 비자성 스페이서층은 자유층과 기준층 사이에 있다. 비자성 스페이서층과 자유층 사이에는 계면이 존재한다. 자유층을 제공하는 것은, 자유층이 자기 접합의 동작 온도보다 높은 국부 온도에 있는 동안, 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것을 더 포함할 수 있다. 전기장(들)은, 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향으로 자유층의 음이온에 힘을 가할 수 있다. 이에 따라, 자유층은, 적어도 자유층의 중심으로부터 계면을 향하는 방향으로 음이온의 농도가 감소되는 음이온의 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통과하여 흐를 때 자유층이 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능이 개선될 수 있다.

도 1은 일반적인 자기 접합을 도시한다.
도 2는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합을 제공하는 방법의 예시적인 일 실시예를 도시한다.
도 3은 자기 메모리에 사용될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 일 실시예를 도시한다.
도 4는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 또 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 또 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합을 제공하는 방법의 예시적인 다른 실시예를 도시한다.
도 9는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합을 제공하는 방법의 예시적인 또 다른 실시예를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 각각 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 일 실시예를 도시한다.
도 11은 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합을 제공하는 방법의 예시적인 또 다른 실시예를 도시한다.
도 12는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합을 제공하는 방법의 예시적인 또 다른 실시예를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 각각 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 제조 동안 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합의 예시적인 일 실시예를 도시한다.
도 14는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 제조 동안 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합(들)을 포함하는 기판의 예시적인 일 실시예를 도시한다.
도 15는 자기 메모리에 사용 될 수 있고, 제조 동안 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 작동이 가능한 자기 접합(들)을 포함하는 기판의 예시적인 다른 실시예를 도시한다.
도 16은 스토리지 셀(들)의 메모리 소자(들)에서 자기 접합들을 이용하는 메모리의 예시적인 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 램들(STT-MRAMs)을 포함할 수 있고, 비휘발성 메모리를 이용하는 전자 장치들에 사용될 수 있다. 그와 같은 전자 장치들은 셀룰러폰, 스마트폰, 태블릿, 랩탑, 및 기타 휴대용 및 비휴대용 컴퓨팅 장비들을 포함하나, 그에 제한되는 것은 아니다. 이하 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 제공되었으며 특허 출원과 그 요구사항의 일부로 제공된다. 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예들 및 그에 대한 원리 및 형태들의 다양한 변형들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 수 있다. 예시적인 실시예들은 주로 특정한 실시예에 제공되는 특정한 방법들 및 시스템들로 기술되었으나, 상기 방법들 및 시스템들은 다른 실시에서도 유효하게 작동할 수 있다. "예시적인 실시예", "일 실시예", 및 "다른 실시예"와 같은 문구는 복수의 실시예들 뿐 아니라 동일하거나 다른 실시예들에 대한 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, 배치 및 구성들의 형태에 대한 변화가 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들은 일정 단계들을 갖는 특정 방법들의 맥락에서 기술될 수 있으나, 이러한 방법 및 시스템은 다른 및/또는 추가적인 단계들을 갖거나 예시적인 실시예들에 모순되지 않는 다른 순서들의 단계들을 갖는 다른 방법들에서 유효하게 작동할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예들에 한정할 의도가 아니며, 본 명세서에 기재된 원리들 및 형태들과 모순되지 않는 가장 넓은 범위에 따른다.

예시적인 실시예들은 특정 자기 접합들과 어떤 구성들을 가지는 자기 메모리들의 맥락 내에서 설명된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 발명이 다른 및/또는 추가적인 구성들 및/또는 본 발명과 모순되지 않는 다른 특징들을 가지는 자기 접합들과 자기 메모리들의 사용에 일관됨을 쉽게 알 것이다. 또한, 상기 방법 및 시스템은 스핀 전달 현상, 자기 이방성 및 다른 물리적 현상의 이해의 맥락 내에서 설명된다. 그 결과로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법 및 시스템의 가동에 대한 이론적 설명들이 스핀 전달, 자기 이방성 및 다른 물리적 현상의 이러한 현재의 이해를 바탕으로 이루어 짐을 쉽게 알 것이다. 그러나, 여기에서 설명된 방법과 시스템은 특정한 물리적 설명에 의존하지 않는다. 게다가, 어떤 구성들은 자성(magnetic), 강자성(ferromagnetic) 및 페리자성(ferrimagnetic)으로 설명된다. 여기에서 사용된 것과 같이, 자성이란 용어는 강자성, 페리자성 또는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 따라서, 여기에서 사용되는 바와 같은 상기 “자성” 또는 “강자성”이라는 용어는 강자성체들 및 페리자성체들을 포함하나, 그에 한정되지 않는다. 여기서 사용된 대로, “면 내(in-plane)”는 실질적으로 자기 접합의 하나 이상의 층들의 면 내에 있거나 그 면에 평행한 것이다. 반대로, “수직인(perpendicular)” 및 “면에 수직인(perpendicular-to-plane)”은 자기 접합의 하나 이상의 층들에 실질적으로 수직한 방향에 해당한다.

도 2는 다양한 전자 장치들, 예컨대 STT-RAM과 같은 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합을 제조하는 방법(100)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 설명의 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나 결합될 수 있다. 더하여, 방법(100)은 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다.

기준층(또는 피고정층)이 단계(102)에 의하여 제공된다. 기준층은 자성을 갖고, 자기 접합의 동작 중 적어도 일부 동안 특정한 방향으로 피닝되거나(pinned), 고정되는(fixed) 자화를 가질 수 있다. 기준층은 동작 온도에서 열적으로 안정될 수 있다. 단계(102)는 비자성 물질들뿐만 아니라 Co, Ni 및 Fe와 같은 자성 물질(들)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 단계(102)에서 형성된 기준층은 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과하는 수직 이방성 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 기준층은 면에 수직인 방향의 자기 모멘트를 가질 수 있다. 기준층의 자화의 다른 방향들이 가능하다. 일부 실시예들에서, 단계(102)는, 단계(106) 및 자유층과 관련하여 후술하는 바와 같은 음이온의 농도 구배를 구성하기 위해 기준층에 전기장을 인가하는 것을 포함할 수 있다.

단계(102)에 의해 형성된 기준층은 단일층이거나, 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 단계(102)에 의해 형성된 기준층은 루테늄(Ru)과 같은 얇은 비자성층(들)을 통하여 반강자성적 또는 강자성적으로 결합된 자성층들을 포함하는 합성 반강자성층(synthetic antiferromagnetic layer: SAF)일 수 있다. 이와 같은 SAF층에서, 각각의 자성층은 또한 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 후술되는 분극 강화층(들)(polarization enhancement layer(s): PEL(s)) 및/또는 결합층들이 자성층과 비자성층 사이에 존재되는 것이 요구될 수 있다. 이와 같은 층(들)의 형성은 단계(102)의 일부일 수 있다. 일 예로, Fe 또는 분극 강화층(PEL)로서 역할하는 유사한 층이 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, Co/Pd 복수층(들), Co/Pt 복수층(들), CoPt 합금들, Fe/Pt 복수층(들), Tb/CoFe 복수층(들), TbCo/Fe 복수층(들), TbCo/FeB 복수층들, TbCoFe 합금(들), Co/Ni 복수층(들), CoFeB 및/또는 다른 물질들이 단계(102)에서 증착될 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 단계(102)에서 제공되는 기준층은 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과하는 강한 수직 이방성을 가질 수 있다.

기준층의 가장자리들은 추후에, 예를 들면, 자기 접합의 잔여층의 증착 후에 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 접합의 모든 층들은 스택(stack)으로 증착될 수 있다. 스택이 증착된 후에, 예를 들어 스택을 마스킹하고 노출된 층들을 밀링함으로써, 자기 접합의 가장자리들이 정의될 수 있다. 따라서, 단계(102)의 부분들은 시간 간격이 있을 수 있다.

비자성 스페이서층이 단계(104)에 의해 제공된다. 단계(104)는 결정성 MgO층과 같은 터널링 장벽층들을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계(104)는, MgO를 증착하는 것(예를 들면, 라디오 주파수(radio frequency: RF) 스퍼터링을 이용하여)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 금속성 Mg가 증착되고, 그 이후에 단계(104)에서 산화될 수 있다. 단계(102)와 관련하여 상술한 바와 같이, 비자성 스페이서층의 가장자리들은 추후에, 예를 들면, 자기 접합의 잔여층의 증착 후에 정의될 수 있다. 단계(104)에 의해 제공되는 비자성 스페이서층은 비정질로 증착될 수 있다. 그러나, 비자성 스페이서층은 결정성이 요구된다. 일 예로, (100) 방향을 갖는 결정성 MgO는 자기 접합의 강화된 자기저항(tunneling magnetoresistance: TMR)을 위해 요구될 수 있다. 따라서, 단계(104)에서 비자성 스페이서층의 형성은 층의 증착 후 일정 시간 내에 어닐링 하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 비자성 스페이서층은 도전체, 절연성 매트릭스 내에 도전성 채널들을 포함하는 층, 또는 다른 구조일 수 있다.

자유층이 단계(106)에 의해 제공된다. 단계(106)는 따라서 자유층을 위한 물질(들)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 비자성 스페이서층은 자유층과 기준층 사이에 있다. 비자성 스페이서층과 자유층 사이에는 계면이 존재한다. 일부 실시예들에서, 비자성 스페이서층은 기준층에 인접하고, 계면은 비자성 스페이서층과 자유층에 의해 공유될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 층(들)이 자유층과 비자성 스페이서층 사이에 있을 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 계면은 비자성 스페이서층과 다른 층 사이에 있을 수 있다.

단계(106)에 의해 형성된 자유층은 단일층이거나, 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 단계(106)에 의해 형성된 자유층은 SAF층 및/또는 다른 복수의 층일 수 있다. 복수의 층은 자성 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 후술되는 삽입층이 또한 증착될 수 있다. 이와 같은 층(들)의 증착은 단계(106)의 일부일 수 있다. 단계(106)에서 증착되는 물질들은 Fe, Co, Ni 및/또는 다른 물질(들)을 포함할 수 잇다. 일 예로, Fe, CoFe, CoFeB 또는 원하는 화학 양론을 갖는 다른 물질(들)이 증착될 수 있다. 이러한 복수의 층들은 또한 반복될 수 있다. 단계(106)에 의해 형성된 자유층은 또한 쓰기 전류가 자기 접합을 통과하여 흐를 때 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성된다. 따라서, 자유층은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위칭될 수 있다. 상술한 바와 같이, 자유층의 가장자리들은 자유층의 증착 후 즉시 또는 추후에 정의될 수 있다. 따라서, 단계(106)의 부분들은 시간의 경과에 따라 분산될 수 있다.

단계(106)에서 자유층을 제공하는 것은 또한 음이온들(예를 들면, 산소 음이온들)이 이동하는 동안에 전기장(들)을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 이동 시에, 음이온들은 자유층 내에서 이동하는 것이 상대적으로 자유로울 수 있다. 이는 일반적으로, 자유층이 자기 접합의 동작 온도보다 높은 국부 온도에 있는 동안 전기장을 인가하는 것에 상응한다. 일부 실시예들에서, 동작 온도는 약 섭씨 120도 이하이다. 일부 실시예들에서, 자유층의 국부 온도는, 전기장이 인가되는 동안에, 자기 접합의 동작 온도 보다 섭씨 100도 이상 높도록 요구될 수 있다. 일 예로, 국부 온도는 섭씨 300도 이상으로 요구될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 국부 온도는 섭씨 400도를 초과하는 것이 바람직하다.

비록 증착 챔버 내의 주위 온도가 동작 온도(들)와 같거나 그 보다 낮을지라도, 증착 동안 자유층의 국부 온도는 동작 온도(들) 보다 높을 수 있다. 사용되는 증착 공정들로 인해 자유층의 국부 온도는 높을 수 있다. 일 예로, 스퍼터링과 같은 증착 공정들은 고에너지 공정들일 수 있다. 증착 공정이 활동적이기 때문에, 자유층의 유효 국부 온도는 동작 온도보다 높을 수 있다. 달리 얘기하면, 증착 공정은 모바일 음이온들을 발생시키고, 음이온들의 이동을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 외부의 가열이 없는 경우라도, 전기장은 자유층의 증착 동안 자유층의 높은 국부 온도에서 인가될 수 있다.

일부 실시예들에서, 자유층의 국부 온도는 외부 가열로 인해 적어도 부분적으로 높을 수 있다. 기판 및/또는 증착 챔버는 증착 동안 가열될 수 있다. 따라서, 자유층은, 사용되는 증착 공정을 대신하거나 이에 더한 외부의 가열로 인해 상승하는 온도에 있을 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 주위 온도 및 자유층의 국부 온도는 동작 온도보다 높을 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 증착 동안 챔버 내의 주위 온도는 약 섭씨 350도 이상일 수 있다.

자유층의 국부 온도는 또한, 증착이 완료된 후 자유층이 있는 환경의 주위 온도를 동작 온도보다 높게 상승시킴으로써, 동작 온도보다 높게 상승될 수 있다. 이는 자유층을 어닐링함으로써 달성될 수 있다. 일 예로, 상기의 어닐링은 적어도 섭씨 350도의 온도에서 일어날 수 있다. 따라서, 국부 온도는 상술한 바와 같은 범위들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 어닐링은 자기 접합의 층들의 형성(층들의 증착 및 자기 접합의 가장자리들의 정의)이 완료된 후에 수행될 수 있다. 이와 같은 어닐링은 별도의 가열로(furnace)에서 일어날 수 있다. 다른 실시예들에서, 어닐링은 자유층의 증착 후 다른 층(들)이 증착되기 전에 일어날 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 자유층은 인 시튜로 어닐링될 수 있다. 선택적으로, 자유층/자기 접합은 다른 시기에 어닐링될 수 있다. 어닐링 동안, 자유층의 국부 온도뿐만 아니라 가열로 내의 주위 온도는 동작 온도보다 높다. 어닐링의 일부 또는 전부 동안 전기장이 인가된다. 일부 실시예들에서, 전기장은 가열로가 원하는 주위 온도에 도달한 후에 인가될 수 있고, 가열로 및/또는 자기 접합이 냉각된 후에 제거될 수 있다. 전기장의 지속적인 인가는 냉각 동안 음이온들이 이동한 위치에 남아 있는 것을 돕는다. 전기장의 인가와 음이온들의 이동 사이에 약간의 지연이 있을 수 있기 때문에, 전기장이 인가되도록 요구되는 최소의 시간이 있을 수 있다. 일 예로, 전기장은 적어도 5초 동안 인가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기장은 100초 이상 인가된다. 이에 따라, 음이온들은 원하는 위치로 이동되어 고정될 수 있다.

전기장의 세기는 음이온들을 원하는 방향으로 이동시키기에 충분하다. 일 예로, 일부의 경우에는 접합의 양단에 인가되는 0.8V의 전압에 따른 최소 전기장으로 충분할 수 있다. 좀 더 일반적으로, 0.8 내지 2V의 전압에 상응하는 전기장이 어닐링 동안 접합에 인가될 수 있다. 참고로, 전기장의 세기 및 전기장이 인가되는 동안의 시간은 열원에 의존하지 않을 수 있다. 일 예로, 증착에 의해 국부 온도가 높은지 또는 어닐링에 의해 국부 온도가 높은지 여부에 상관없이 동일한 전기장이 이용될 수 있다.

따라서, 전기장(들)은, 산소와 같은 음이온들이 상승된 국부 온도로 인해 이동하는 동안 인가된다. 일부 실시예들에서, 전기장(들)은 증착 동안, 및 1회 이상의 어닐링 동안 인가될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전기장(들)은 증착 동안에만 인가된다. 다른 실시예들에서, 전기장(들)은 어닐링(들) 동안에만 인가된다.

전기장(들)은, 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향으로 자유층 내의 음이온에 힘을 가한다. 따라서, 인가되는 전기장(들)은 계면을 향하는 방향으로 적어도 하나의 성분을 갖는다. 음이온들은 상승된 국부 온도로 인해 음의 전하를 갖고 자유층의 내부로 이동된다. 이에 따라, 음이온들은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동하는 경향이 있다. 온도가 감소되고 전기장이 제거되면, 음이온들은 이동된 위치 또는 그 근처에 머무른다. 전기장이 인가되는 동안 국부 온도가 자기 접합의 동작 온도(들)을 초과하기 때문에, 음이온들은 자기 접합의 동작 동안 실질적으로 제자리에 머무른다. 음이온들은 자기 접합의 사용 동안 이동된 위치에서 효과적으로 제자리에 고정된다. 계면 근처에서는 음이온들/음이온들을 형성하는 물질들이 거의 발견되지 않는다. 일 예로, 산소가 음이온인 경우, 자유층은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 근처에서 산소가 부족하다. 이에 따라, 자유층은 그의 중심에 인접할수록, 또는 계면에 대향하는 자유층의 일면에 인접할수록 산소가 풍부할 수 있다. 따라서, 단계(106)에서 제공되는 자유층은 음이온의 농도 구배를 갖는다.

일부 실시예들에서, 단일 방향의 전기장(들)은 단계(106)에서 이용될 수 있다. 일 예로, 단계(106)의 자유층 전에 단계(104)의 비자성 스페이서층이 제공되고, 하나의 기준층 및 하나의 비자성 스페이서층만이 사용된다면, 단계(106)에서 인가되는 전기장(들)은 증착/어닐링을 통하여 스페이서층을 향하여 지향될 수 있다. 음이온들의 이동은 계면으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 따라서, 음이온의 농도 구배는 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면에 대향하는 자유층의 일면에서 최대의 음이온 농도를 갖도록 구성될 수 있다. 음이온들이 대향면으로 이동하지 않는 경우, 음이온들의 농도는 자유층의 중심에 인접할수록 최대일 수 있다.

다른 실시예들에서, 복수의 방향들을 갖는 자유층(들)이 이용될 수도 있다. 일 예로, 자유층은 씨드층(들) 상에 증착될 수 있고, 비자성 스페이서층은 자유층 상에 제공될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 단계(104)는 단계(106) 이후에 수행될 수 있다. 씨드층(들)은, 자유층의 원하는 결정 구조, 자유층의 자기 이방성 및/또는 자유층의 자기 감쇠와 같은 다양한 목적들(그러나, 이에 한정되지 않는다)을 위해 선택될 수 있다. 따라서, MgO와 같은 절연체가 씨드층으로 사용될 수 있다. 이와 같은 경우에, 전기장들은 MgO 씨드층과 자유층 사이의 다른 계면을 향하는 방향으로 인가될 수 있다. 이는 음이온들이 이러한 계면으로부터 멀어져서 비자성 스페이서층을 향해 이동하는 것을 야기할 수 있다. 다른 전기장들은, 상술한 바와 같이, 음이온들이 비자성 스페이서층과 자유층 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동하게 한다. 따라서, 자유층은 그의 상면 및 하면 모두에서 낮은 음이온(예를 들면, 산소)의 농도를 가질 수 있다. 음이온의 농도는 자유층의 중심 방향으로 증가될 수 있다. 유사하게, 두 개의 기준층들 및 두 개의 비자성 스페이서층들이 제공되는 이중 자기 접합에서, 전기장들은 복수의 방향들로 인가될 수 있다. 하나의 전기장이 음이온들을 하부 계면으로부터 멀어지도록 이동시키기 위해 인가될 수 있고, 다른 하나의 전기장이 음이온들을 상부 계면으로부터 멀어지도록 이동시키기 위해 인가될 수 있다. 이렇게 인가된 전기장들은 산화막과의 계면들로부터 멀어지는 방향으로 힘들을 제공하는 경향이 있다. 이러한 복수의 전기장들이 증착 동안 제공되는 경우, 상응하는 층의 증착 동안 적절한 전기장이 발생된다. 이러한 복수의 전기장들이 어닐링 동안 제공되는 경우, 원하는 음이온 구배를 얻기 위해 다른 메커니즘들이 이용될 수 있다. 일 예로, 서로 다른 어닐링 온도들이 이용될 수 있다. 이에 따라, 보다 높은 어닐링 온도에서 하나의 전기장이 인가되고, 보다 낮은 어닐링 온도에서 다른 하나의 전기장이 인가될 수 있다. 두 어닐링 온도들 모두는 상술한 동작 온도보다 높을 수 있다. 어닐링 동안 전기장(들)이 인가되는 일부 실시예들에서, 서로 다른 산화막의 증착 기술이 사용될 수 있다. 일 예로, Mg의 RF 스퍼터링은 어느 하나의 층에 사용될 수 있는 반면, Mg의 자연 산화는 다른 층에 사용될 수 있다.

단계(106)에서의 전기장의 인가는 어닐링 및/또는 증착 동안 자유층의 양단에 전압 차를 제공함으로써 달성될 수 있다. 일 예로, 콘택들은 자기 접합이 형성되는 기판의 내부에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 콘택들은 제조 시스템 또는 어닐링 가열로에 제공된다. 전압 차는 콘택들의 양단에 발생될 수 있다. 이러한 전압 차는 전기장에 상응한다. 예상대로, 전기장은 전압의 구배를 가진다. 따라서, 전기장은 자유층을 통과하는 방향에 대한 전압의 도함수(derivative)이다. 다른 실시예들에서, 콘택들은 기판의 외부에 있을 수 있다.

상술한 바와 같이, 단계(106)은 또한 복수의 층인 자유층을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 삽입층은 복수의 층 내에 제공될 수 있다. 이와 같은 삽입층은 산소와 같은 원하는 음이온에 대해 친화성을 갖는다. 일 예로, 삽입층은 Sc, Y, Ca, Sr, Zr, Hf, Mg, Ti, Ba, Li, K, Na, Rb, Nb, Ag, Be, Ta, I, Al 및 V 중 적어도 하나 이상의 층(들)을 포함할 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 삽입층은 복수의 층인 적어도 두 개의 강자성층들 사이에 개재될 수 있다. 이와 같은 삽입층은 상술한 음이온의 농도 구배를 강화시킬 수 있다. 삽입층이 음이온에 대해 친화성을 갖기 때문에, 음이온의 농도는 자유층의 중심에 근접한 삽입층의 위치 근처에서 증가될 수 있다. 더하여, 일부 실시예들에서, 단계(106)에서 제공되는 자유층의 수직 자기 이방성 에너지는 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 자유층의 자기 모멘트는 이렇게 면에 수직인 방향을 포함하여 면을 벗어날 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 자유층은 커플링층들이 삽입된 높은 계면 이방성 물질들과 같은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 이에 더해, 분극 강화층(들)이 자유층의 일부로서, 또는 자유층에 더해 제공될 수 있다.

이중 자기 접합이 제조되는 경우, 단계(108) 및 단계(110)이 수행된다. 추가적인 비자성 스페이서층은 단계(108)에 의해 선택적으로 제공될 수 있다. 자유층은 단계(104)에서 제공된 비자성 스페이서층과 단계(108)에서 제공되는 추가적인 비자성 스페이서층 사이에 있다. 그러나, 서로 다른 물질들 및/또는 서로 다른 두께들이 사용될 수 있다. 단계(108)은 터널링 장벽층을 형성하는 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, MgO는 RF 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 금속성 Mg가 증착되고, 그 이후에 산화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 비자성 스페이서층의 가장자리들은 추후에, 예를 들면, 자기 접합의 잔여층의 증착 후에 정의될 수 있다. 더하여, 어닐링이 또한 추가적인 비자성 스페이서층의 원하는 결정성을 획득하기 위해 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 비자성 스페이서층은 도전체, 절연성 매트릭스 내에 도전성 채널들을 포함하는 층, 또는 다른 구조일 수 있다.

추가적인 기준층이 단계(110)에 의해 선택적으로 제공될 수 있다. 추가적인 기준층은 자성을 갖고, 자기 접합의 동작 중 적어도 일부 동안 특정한 방향으로 피닝되거나(pinned), 고정되는(fixed) 자화를 가질 수 있다. 기준층은 동작 온도에서 열적으로 안정될 수 있다. 단계(110)는 단계(102)와 유사할 수 있다. 따라서, 유사한 기준층(들)이 제조될 수 있다. 단계(110)에서 형성된 기준층의 자화 방향과 단계(102)에서 형성된 기준층의 자화 방향은 반평행(이중 상태)하거나 평행(반이중 상태)할 수 있다. 단계(110)에 의해 형성된 기준층은 단일층이거나 복수의 층들을 포함할 수 있다. 단계(110)에서 형성된 추가적인 기준층은 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과하는 수직 이방성 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 기준층은 면에 수직인 방향의 자기 모멘트를 가질 수 있다. 기준층은 다른 방향들의 자화를 가질 수 있다.

단계(110)는 비자성 물질들뿐만 아니라 Co, Ni 및 Fe와 같은 자성 물질(들)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 단계(110)에서 제공되는 기준층은 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과하는 높은 수직 이방성 에너지를 가지도록 구성될 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, Co/Pd 복수층(들), Co/Pt 복수층(들), CoPt 합금들, Fe/Pt 복수층(들), Tb/CoFe 복수층(들), TbCo/Fe 복수층(들), TbCo/FeB 복수층들, TbCoFe 합금(들), Co/Ni 복수층(들), CoFeB 및/또는 다른 물질들이 단계(102)에서 제공될 수 있다.

자기 접합의 동작 온도보다 높은 온도의 국부 온도(들)에서 전기장을 인가하는 것에 대해 자유층의 관점에서 설명되었지만, 단계(106)의 이 부분은 단계(102) 및/또는 단계(110)의 기준층(들)에 대해 확장될 수 있다. 따라서, 증착 및/또는 어닐링 동안 자기 접합의 기준층(들)에 전기장이 인가될 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 기준층(들)은 또한, 기준층(들)의 적어도 일부를 통과하여 자유층으로부터 멀어질수록 증가하는 음이온의 농도를 갖는 음이온의 농도 구배를 가질 수 있다. 일 예로, 기준층(들)은 비자성 스페이서층에 인접한 분극 강화층(PEL)(예를 들면, Fe와 같은)을 포함할 수 있다. 전기장은 음이온들이 분극 강화층에서 이동(예를 들면, 분극 강화층의 국부 온도가 자기 접합의 동작 온도보다 높기 때문에 음이온들이 이동한다)하는 동안 인가될 수 있다. 이는 증착 및/또는 어닐링 동안 발생될 수 있다. 전기장은 분극 강화층과 비자성 스페이서층 사이의 계면을 향하는 방향을 갖거나, 그러한 방향의 성분을 갖는다. 그 결과, 산소와 같은 음이온들은 분극 강화층과 비자성 스페이서층 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동된다. 따라서, 기준층 또는 분극 강화층은 비자성 스페이서층들과의 계면에서 음이온(산소)이 부족할 수 있다.

상술한 방법에서, 전기장은 자유층 및/또는 기준층(들)의 양단에 인가되는 것으로 설명된다. 그러나, 경우에 따라 전기장은 자기 접합의 더 큰 부분(예를 들어, 접합 전체를 포함하나 이에 제한되지 않는다)에 인가될 수 있다. 일 예로, 전기장은 이미 제조된 자기 접합의 어닐링 동안 인가될 수 있다. 자유층 및/또는 기준층의 양단에 인가되는 전기장은 자기 접합 외부의 콘택들의 양단에 전압을 발생시킴으로써 생성될 수 있다. 이와 같은 경우에, 전기장은 전체의 자기 접합의 양단에 인가될 수 있다.

방법(100)을 이용하여 자기 접합의 성능이 향상될 수 있다. 좀 더 상세하게, 자기 접합의 결정성, 자기 이방성, 및/또는 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance: TMR이 강화될 수 있다. 증착 및/또는 어닐링 동안의 전기장(들)의 인가는 산소 음이온들을 MgO와 같은 산화막과의 계면(들)으로부터 멀어지도록 이동시킬 수 있다. 일 예로, 산소는 자유층과 비자성 스페이서층(들) 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드 또는 캡핑층들 사이의 계면으로부터 멀리 이동될 수 있다. 유사하게, 산소는 기준층(들)과 비자성 스페이서층(들) 사이의 계면으로부터 멀리 이동될 수 있다. 결과적으로, 자유층 및/또는 기준층의 결정화가 향상될 수 있다. 일 예로, 원하는 결정 구조 및/또는 배향(orientation)이 달성될 수 있다. 더하여, 결정성 MgO 비자성 스페이서층과 자유층 또는 결정성 MgO 비자성 스페이서층과 기준층 사이의 계면이 개선될 수 있다. 이러한 개선은 증가된 수직 자기 이방성(perpendicular magnetic anisotropy: PMA)의 원인이 될 수 있다. 따라서, 자기 이방성과 관련된 다른 특성들의 안정성이 향상될 수 있다. 이러한 개선된 계면들은 또한 증가된 터널링 자기저항의 원인이 될 수 있다. 따라서, 자기 접합의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)가 커질 수 있다. 자기 접합 및 자기 접합을 활용하는 전자 장치들의 성능이 향상될 수 있다.

도 3은 도 2를 참조하여 설명한 제조 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200)의 예시적인 일 실시예 및 주변 구성들을 도시한다. 도 3은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(200)은 STT-RAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있고, 이에 따라, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200)은 변화 가능한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유층(210), 비자성 스페이서층(220), 및 자기 모멘트(231)을 갖는 기준층(230)을 포함할 수 있다. 또한, 하부 기판(201)이 도시된다. 하부 기판(201)에는 트랜지스터(이에 한정되는 것은 아님)를 포함하는 장치들이 형성되어 있을 수 있다. 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적(optional) 씨드층(들)(204), 및 선택적 캡핑층(들)(206)이 또한 도시된다. 도 3을 참조하면, 자유층(210)에 비해 기준층(230)이 기판(201)에 더 가깝다. 하지만, 다른 실시예들에서, 층들(210, 220, 및 230)의 순서는 뒤집힐 수 있다. 선택적 고정층(optional pinning layer, 미도시)이 기준층(230)의 자화를 고정시키기 위하여 사용될 수 있다. 상기 선택적 고정층은, 교환-바이어스 상호작용(exchange-bias interaction)을 통해 기준층(230)의 자화(231)를 고정하는 AFM 층 또는 복수의 층일 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 상기 선택적 고정층은 생략되거나, 다른 구조가 사용될 수 있다.

자유층(210)의 수직 자기 이방성 에너지는 자유층(210)의 면을 벗어나는 반자화 에너지(the out of plane demagnetization energies)를 초과할 수 있으며, 기준층(230)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(230)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 그 결과, 자유층(210) 및 기준층(230)의 자기 모멘트들(211 및 231) 각각은 면에 수직할 수 있다. 자기 접합(200)은, 또한, 쓰기 전류(write current)가 자기 접합(200)을 통과하여 흐를 때, 자유층(210)이 안정한 자기 상태들(stable magnetic states) 사이에서 스위치 되도록 구성될 수 있다. 즉, 자유층(210)은 스핀 전달 토크(spin transfer torque)를 활용하여 스위칭될 수 있다.

비자성 스페이서층(220)은 MgO와 같은 절연성 터널링 장벽층일 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적 캡핑층(들)(206)은 자유층(210)과 접하는 MgO층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적 씨드층(들)(204)은 기준층(230)과 접하는 MgO 씨드 층을 포함할 수 있다.

도 3은, 또한, 단계(106)에서 자유층(210)이 제조되는 동안 z축을 따라 인가되는 전기장의 일 성분을 도시한다. 일 예로, 전기장은 증착 및/또는 어닐링 동안 인가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기장은 온전히 z축 성분만을 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 전기장은 x-y 평면 내의 성분을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 전기장에 의해, 음이온들이 이동하는 방향은 실질적으로 z축을 따를 수 있다. 따라서, 자유층(210)은 비자성 스페이서층(220) 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 달리 말하자면, 산소의 농도는 z축 방향에 따라 달라질 수 있으며, 비자성 스페이서층(220)으로부터 멀어질수록 산소의 농도는 높아질 수 있다. 이러한 산소 농도의 구배(gradient)에 의해, 자기 접합(200)의 성능이 향상될 수 있다. 자기 접합(200)은 향상된 결정성을 갖는 자유층(210), 비자성 스페이서층(220)과 자유층(210) 사이의 개선된 계면, 향상된 터널링 자기저항(TMR), 및 자유층(210)의 강화된 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 자기 접합(200) 및 자유층(210)은 향상된 성능을 보일 수 있다. 이러한 성능은 음이온에 대해 친화력을 갖는 삽입층을 자유층 내에 포함시킴으로써 더 강화될 수 있다.

MgO 또는 다른 산화물로 이루어진 캡핑막(들)을 사용하는 경우 단계(106)는 도 3에 도시된 전기장과 실질적으로 반대 방향을 향하는 추가적인 전기장을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 자유층(210)은, 또한, 캡핑막(들)(206)과의 계면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. Z축 방향에 따른 산소 농도의 구배는, 자유층(210)의 하면에서 중심으로 갈수록 증가하고, 자유층(210)의 중심에서 상면으로 갈수록 감소할 수 있다. 자유층(210)은 그 상면 및 하면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 자기 접합(200)의 성능은 더욱 향상될 수 있다.

도 3에 도시되어 있지는 않지만, 기준층(230) 또한 전기장을 이용하여 산소/음이온 농도의 구배를 가지도록 구성될 수 있다. 따라서, 기준층(230)은 z축 방향을 따라 비자성 스페이서층(220)으로부터 멀어질수록 증가하는 산소 농도의 구배를 가질 수 있다. 자유층(210)과 관련하여 상술한 바와 같이, 선택적인 씨드층(들)(204)이 MgO 또는 이와 유사한 층(들)을 포함한다면, 복수 개의 전기장들이 단계(102)에서 사용될 수 있으며, 이에 따라, 기준층(230)은 그 상면 및 하면을 향할수록 감소하는 산소 농도의 구배를 가질 수 있다. 결과적으로, 자기 접합(200)의 성능이 더욱 향상될 수 있다.

도 4는 도 2를 참조하여 설명한 제조 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200A)의 다른 예시적인 일 실시예 및 주변 구성들을 도시한다. 도 4는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(200A)은 STT-RAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있고, 이에 따라, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200A)은 도 3에 도시된 자기 접합(200)에 포함된 자유층(210), 자기 모멘트(211), 비자성 스페이서층(220), 기준층(230), 및 자기 모멘트(231)에 각각 유사한 변화 가능한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유층(210a), 비자성 스페이서층(220), 및 자기 모멘트(231)을 갖는 기준층(230)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 자기 접합(200)에 포함된 기판(201), 콘택들(202, 208), 씨드층들(204), 및 캡핑층들(206)에 각각 유사한 기판(201), 콘택들(202, 208), 씨드층들(204), 캡핑층들(206)이 또한 도시된다. 유사한 구성들은 상술한 바와 유사한 구조, 기능, 및 제조 방법을 가질 수 있다. 일 예로, 자유층(210a)의 수직 자기 이방성 에너지는 자유층(210a)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있으며, 기준층(230)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(230)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 자기 접합(200A)은, 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200A)을 통과하여 흐를 때, 자유층(210a)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 되도록 구성될 수 있다. 즉, 자유층(210a)은 스핀 전달 토크를 활용하여 스위칭될 수 있다.

도 4를 참조하면, 기준층(230)에 비해 자유층(210a)이 기판(201)에 더 가깝다. 즉, 층들(210a, 220, 230)의 순서는 도 3에 도시된 것과 반대이다. 따라서, 음이온들이 비자성 스페이서층(220)과 자유층(210a)의 계면으로부터 멀어질 수 있도록, 자유층(210a)의 제조 동안 인가되는 전기장의 방향이 변경된다. 음이온들이 z축의 음의 방향으로 이동할 수 있도록 하기 위하여, 전기장은 z축의 양의 방향으로 적어도 하나의 성분을 가질 수 있다. 따라서, 자유층(210a)은 비자성 스페이서층(220) 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 자기 접합(200)과 관련하여 상술한 바와 같이, 추가적인 전기장(들)이 가해질 수 있다. 이에 따라, 자유층(210a)은, 또한, 특히 선택적 씨드층(들)(204)이 MgO 씨드층을 포함하는 경우에, 선택적 씨드층(들)(204) 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 기준층(230)은 비자성 스페이서층(220) 및/또는 선택적 캡핑층(들)(206)에 인접하는 하면 및/또는 상면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다.

자기 접합(200A)은 향상된 성능을 보일 수 있다. MgO 비자성 스페이서층과 관련하여 상술한 바와 같이, 자기 접합(200A)는 향상된 결정성을 갖는 자유층(210a), 비자성 스페이서층(220)과 자유층(210a) 사이의 개선된 계면, 향상된 터널링 자기저항(TMR), 및 자유층(210a)의 강화된 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 이러한 효과는 음이온에 대해 친화력을 갖는 삽입층을 자유층(210a) 내에 포함시킴으로써 더 강화될 수 있다. 씨드층(들)(204) 근처의 자유층(210a) 내의 산소 농도의 구배 및/또는 기준층(230) 내의 산소 농도의 구배를 조절함으로써 터널링 자기저항 및 수직 자기 이방성과 같은 특성들을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 자기 접합(200A)은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 5는 도 2를 참조하여 설명한 제조 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200B)의 또 다른 예시적인 일 실시예 및 주변 구성들을 도시한다. 도 5는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(200B)은 STT-RAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있고, 이에 따라, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200B)은 자기 접합들(200/200A)에 각각 포함된 자유층(210/210a), 자기 모멘트(211), 비자성 스페이서층(220), 기준층(230), 및 자기 모멘트(231)에 각각 유사한 변화 가능한 자기 모멘트를 갖는 자유층(210b), 비자성 스페이서층(220), 및 자기 모멘트(231)을 갖는 기준층(230)을 포함할 수 있다. 자기 접합들(200/200A)에 각각 포함된 기판(201), 콘택들(202 및 208), 씨드층(들)(204), 및 캡핑층(들)(206)에 각각 유사한 기판(201), 콘택들(202 및 208), 씨드층(들)(204), 캡핑층(들)(206)이 또한 도시된다. 유사한 구성들은 상술한 바와 유사한 구조, 기능, 및 제조 방법을 가질 수 있다. 일 예로, 자유층(210b)의 수직 자기 이방성 에너지는 자유층(210b)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있으며, 기준층(230)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(230)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 자기 접합(200B)은, 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200B)을 통과하여 흐를 때, 자유층(210b)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 되도록 구성될 수 있다. 즉, 자유층(210b)은 스핀 전달 토크를 활용하여 스위칭될 수 있다. 이에 더하여, 기준층(230)에 비해 자유층(210b)이 기판(201)에 더 가깝게 도시되어 있으나, 다른 실시예들에서는, 기판(201)에 대한 층들(210b, 220, 230)의 순서는 뒤집힐 수 있다.

도 5에서, 자유층(210b)은 삽입층(214)에 의해 분리된 적어도 두 개의 강자성층들(212, 216)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 강자성층들(212, 216)의 각각은 단일층일 수 있다. 다른 실시예들에서, 강자성층들(212, 216) 중에서 적어도 하나는 복수의 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 층(들)은 자성층들 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 강자성층(212)의 수직 자기 이방성 에너지는 강자성층(212)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있고, 강자성층(216)의 수직 자기 이방성 에너지는 강자성층(216)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 삽입층(214)은 높은 산소 친화력(oxygen affinity)를 가질 수 있다. 일 예로, 삽입층(214)은 Sc, Y, Ca, Sr, Zr, Hf, Mg, Ti, Ba, Li, K, Na, Rb, Nb, Ag, Be, Ta, I, Al, 및 V 중에서 적어도 하나를 포함하는 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, 삽입층(214)은 1 옹스트롬 내지 10 옹스트롬의 두께를 가질 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에 따르면, 단계(106)에서 자유층(210b)의 제조 동안, 복수의 전기장들이 사용될 수 있다. 선택적 초기 전기장이 강자성층(212)에 인가될 수 있다. 초기 전기장은 적어도 z축을 따라 씨드층(들)(204)을 향하는 방향의 성분을 가질 수 있다. 이러한 전기장은 선택적 씨드층(들)(204)이 MgO와 같은 산화 씨드층을 포함하는 경우에 사용될 수 있다. 따라서, 강자성층(들)(212) 내의 음이온들은 씨드층(들)(204)으로부터 멀어질 수 있다. 추가적인 전기장이 강자성층(들)(216)에 적용될 수 있다. 자유층(210b)의 제조 동안 인가되는 전기장의 방향에 의해, 음이온들이 비자성 스페이서층(220)과 강자성층(들)(216) 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동될 수 있다. 이러한 전기장은 적어도 z축의 양의 방향으로의 성분을 가질 수 있으며, 이에 따라 음이온들은 z축의 음의 방향으로 이동될 수 있다. 따라서, 자유층(210b)은 비자성 스페이서층(220) 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있으며, 일부 실시예들에서는 씨드층(들)(204) 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 자기 접합(200)과 관련하여 상술한 바와 마찬가지로, 추가적인 전기장(들)이 가해질 수 있다. 이에 따라, 기준층(230)은 비자성 스페이서층(220) 및/또는 선택적 캡핑층(들)(206)에 각각 인접하는 하면 및/또는 상면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다.

자유층(210b)의 증착 동안 전기장들이 인가되는 경우, 강자성층(212)에 먼저 전기장이 가해지고, 다음으로 강자성층(216)에 전기장이 가해질 수 있다. 어닐링 동안에 전기장이 인가되는 실시예들에서, 강자성층(212)에 전기장을 인가하는 것은 생략될 수 있다. 그 대신, 다른 어닐링 온도들이 사용될 수 있다. 이에 따라, 보다 높은 어닐링 온도에서 하나의 전기장이 가해지고, 보다 낮은 어닐링 온도에서 다른 하나의 전기장이 가해질 수 있다. 두 어닐링 온도들 모두 상술한 동작 온도보다 높을 수 있다. 어닐링 동안 전기장(들)이 인가되는 일부 실시예들에서, 산화막의 형성을 위해 다른 증착 기술들이 사용될 수 있다.

자기 접합(200B)은 향상된 성능을 보일 수 있다. 상술한 바와 같이, 자유층(210b)는 향상된 결정성, 비자성 스페이서층(220)과의 개선된 계면, 향상된 터널링 자기저항, 및 강화된 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 음이온에 대해 친화력을 갖는 삽입층(214)을 자유층(210b) 내에 포함시킴으로써 더 강화될 수 있다. 기준층(230) 내의 산소 농도의 구배를 조절함으로써 터널링 자기저항 및 수직 자기 이방성과 같은 특성들을 더욱 향상시킬 수 있다. 자기 접합(200B)은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 6은 도 2를 참조하여 설명한 제조 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200C)의 또 다른 예시적인 일 실시예 및 주변 구성들을 도시한다. 도 6은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(200C)은 STT-RAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있고, 이에 따라, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200C)은 자유층(210/210a/210b), 자기 모멘트(211), 비자성 스페이서층(220), 기준층(230), 및 자기 모멘트(231)에 각각 유사한 변화 가능한 자기 모멘트(211)를 갖는 자유층(210c), 비자성 스페이서층(220), 및 자기 모멘트(231)을 갖는 기준층(230)을 포함할 수 있다. 자기 접합(200, 200A, 및/또는 200B)에 포함된 기판(201), 콘택들(202, 208), 씨드층들(204), 및 캡핑층들(206)에 각각 유사한 기판(201), 콘택들(202, 208), 씨드층들(204), 캡핑층들(206)이 또한 도시된다. 유사한 구성들은 상술한 바와 유사한 구조, 기능, 및 제조 방법을 가질 수 있다. 일 예로, 자유층(210c)의 수직 자기 이방성 에너지는 자유층(210c)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있으며, 기준층(230)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(230)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 자기 접합(200C)은, 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200C)을 통과하여 흐를 때, 자유층(210c)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 되도록 구성될 수 있다. 즉, 자유층(210c)은 스핀 전달 토크를 활용하여 스위칭될 수 있다.

도 6을 참조하면, 자기 접합(200C)은 또한 추가적인 비자성 스페이서층(240)을 포함할 수 있다. 따라서, 자기 접합(200C)은 이중 자기 접합일 수 있다. 비자성 스페이서층(240)은 비자성 스페이서층(220)과 유사할 수 있다. 따라서, 비자성 스페이서층(240)은 결정성 MgO와 같은 절연성 터널링 장벽층일 수 있다. 하지만, 비자성 스페이서층(240)의 두께 및 저항은 비자성 스페이서층(220)의 두께 및 저항과 다를 수 있다. 이와 유사하게, 추가적인 기준층(250)은 기준층(230)과 유사할 수 있다. 따라서, 기준층(250)은 SAF를 포함하는 복수의 층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기준층(250)은 또한 분극 강화층(PEL)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제조 동안에 전기장이 인가되어, 기준층(250)이 산소 농도의 구배를 가질 수 있다. 기준층(250)은 비자성 스페이서층(240)에 인접한 하면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기준층(250)은 또한 캡핑층(들)(206)에 인접한 상면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 기준층(250)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(250)의 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 따라서, 기준층(250)의 자기 모멘트(251)은 면을 벗어날 수 있다. 도시된 실시예에서, 자기 모멘트들(231, 251)은 서로 반대 방향일 수 있다(이중 상태). 이러한 상태는 스핀 전달을 이용하여 자유층(210c)을 프로그래밍할 때 바람직할 수 있다. 다른 실시예들에서, 기준층들(230, 250)의 자기 모멘트들(231, 251)은 평행할 수 있다(반이중 상태).

자기 접합(200C)이 두 개의 비자성 스페이서층들(220, 240)을 포함하기 때문에, 제조 및/또는 어닐링 동안에, 복수의 전기장들이 단계(106)에서 인가될 수 있다. 하나의 전기장은 비자성 스페이서층(220)을 향하는 성분을 갖거나 비자성 스페이서층(220)을 향할 수 있다. 일 예로, 그러한 전기장은 자유층(210c)의 증착 동안 먼저 가해질 수 있다. 이에 따라, 음이온들은 비자성 스페이서층(220)과 자유층(210c)의 계면에서 멀어지도록 이동될 수 있다. 다른 하나의 전기장은 추가적인 비자성 스페이서층(240)을 향하는 성분을 가질 수 있다. 일 예로, 이러한 전기장은 자유층(210c)의 증착 동안 나중에 가해질 수 있다. 이에 따라, 음이온들은 비자성 스페이서층(240)과 자유층(210c)의 계면으로부터 멀어지도록 이동될 수 있다. 증착 동안에, 이러한 전기장들은 동일한 온도에서, 그러나, 다른 시간대에 인가될 수 있다. 즉, 초기 전기장이 먼저 가해지고 후속 전기장이 이어서 인가될 수 있다. 어닐링 동안에 전기장들이 인가되는 실시예들에서, 다른 어닐링 온도들이 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 보다 높은 온도가 먼저 사용되고, 보다 낮은 온도가 나중에 사용될 수 있다. 자유층(210c)은 따라서 그 상면 및 하면 근처에서 산소가 적어지는 산소 농도의 구배를 가질 수 있다.

자기 접합(200C)은 향상된 성능을 보일 수 있다. 자유층(210c)는 향상된 결정성, 비자성 스페이서층들(220, 240)과의 개선된 계면들, 향상된 터널링 자기저항, 및 강화된 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 음이온에 대해 친화력을 갖는 삽입층을 자유층(210c) 내에 포함시킴으로써 더 강화될 수 있다. 기준층(들)(230 및/또는 250) 내의 산소 농도의 구배를 조절함으로써 터널링 자기저항 및 수직 자기 이방성과 같은 특성들을 더욱 향상시킬 수 있다. 자기 접합(200C)은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 7은 도 2를 참조하여 설명한 제조 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200D)의 또 다른 예시적인 일 실시예 및 주변 구성들을 도시한다. 도 7은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(200D)은 STT-RAM과 같은 자기 장치에서 사용될 수 있고, 이에 따라, 다양한 전자 장치들에서 사용될 수 있다. 자기 접합(200D)은 상술한 실시예(들)에 각각 포함된 자유층(210/210a/210b/210c), 비자성 스페이서층(220), 기준층(230), 자기 모멘트(231), 추가적인 비자성 스페이서층(240), 및 자기 모멘트(251)를 갖는 추가적인 기준층(250)에 각각 유사한 변화 가능한 자기 모멘트를 갖는 자유층(210d), 비자성 스페이서층(220), 자기 모멘트(231)을 갖는 기준층(230), 추가적인 비자성 스페이서층(240), 및 추가적인 기준층(250)을 포함할 수 있다. 유사한 구성들은 상술한 바와 유사한 구조, 기능, 및 제조 방법을 가질 수 있다. 일 예로, 자유층(210d)의 수직 자기 이방성 에너지는 자유층(210d)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있고, 기준층(230)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(230)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있으며, 기준층(250)의 수직 자기 이방성 에너지는 기준층(250)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 자기 접합(200D)은, 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200D)을 통과하여 흐를 때, 자유층(210d)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위치 되도록 구성될 수 있다. 즉, 자유층(210d)은 스핀 전달 토크를 활용하여 스위칭될 수 있다.

도 7에서, 자유층(210d)은 삽입층(214a)에 의해 분리된 적어도 두 개의 강자성층들(212a, 216a)을 포함할 수 있다. 층들(212a, 214a, 216a)은 도 5에 도시된 층들(212, 214, 216)과 각각 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 강자성층(212a)의 수직 자기 이방성 에너지는 강자성층(212a)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있고, 강자성층(216a)의 수직 자기 이방성 에너지는 강자성층(216a)의 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과할 수 있다. 삽입층(214a)은 높은 산소 친화력(oxygen affinity)를 가질 수 있다. 일 예로, 삽입층(214a)은 Sc, Y, Ca, Sr, Zr, Hf, Mg, Ti, Ba, Li, K, Na, Rb, Nb, Ag, Be, Ta, I, Al, 및 V 중에서 적어도 하나를 포함하는 층일 수 있다.

도 7에 도시된 실시예에 따르면, 단계(106)에서 자유층(210d)의 제조 시, 복수의 전기장들이 사용될 수 있다. 초기 전기장이 강자성층(들)(212a)에 인가될 수 있다. 초기 전기장은 적어도 z축을 따라 비자성 스페이서층(220)을 향하는 방향의 성분을 가질 수 있다. 이에 따라, 강자성층(들)(212a) 내의 음이온들은 비자성 스페이서층(220)으로부터 멀어질 수 있다. 추가적인 전기장이 강자성층(들)(216a)에 인가될 수 있다. 자유층(210d)의 제조 동안 인가되는 전기장의 방향에 의해, 음이온들이 비자성 스페이서층(240)과 강자성층(들)(216a) 사이의 계면에서 멀어지도록 이동될 수 있다. 이러한 전기장은 적어도 z축의 양의 방향으로의 성분을 가질 수 있으며, 이에 따라 음이온들은 z축의 음의 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 자유층(210d)은 비자성 스페이서층들(220, 240) 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 자기 접합(200)과 관련하여 상술한 바와 마찬가지로, 추가적인 전기장(들)이 인가될 수 있다. 이에 따라, 기준층(230)은 비자성 스페이서층(들)(220 및/또는 240)에 인접하고 선택적 층(들)(204 및/또는 206)과 이격하는 하면 및/또는 상면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다.

자유층(210d)의 증착 동안 전기장들이 인가되는 경우, 강자성층(212a)에 먼저 전기장이 가해지고, 다음으로 강자성층(216a)에 전기장이 인가될 수 있다. 어닐링 동안 전기장이 인가되는 실시예들에서, 강자성층(212a)에 전기장을 인가하는 것은 생략될 수 있다. 그 대신, 다른 어닐링 온도들이 사용될 수 있다. 이에 따라, 보다 높은 어닐링 온도에서 하나의 전기장이 가해지고, 보다 낮은 어닐링 온도에서 다른 하나의 전기장이 인가될 수 있다. 두 어닐링 온도 모두 상술한 동작 온도보다 높을 수 있다. 어닐링 동안 전기장(들)이 인가되는 일부 실시예들에서, 산화막의 형성을 위해 다른 증착 기술들이 사용될 수 있다.

자기 접합(200D)은 향상된 성능을 보일 수 있다. 상술한 바와 같이, 자유층(210d)은 향상된 결정성, 비자성 스페이서층들(220, 240)과의 개선된 계면, 향상된 터널링 자기저항, 및 강화된 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 음이온에 대해 친화력을 갖는 삽입층(214a)을 자유층(210d) 내에 포함시킴으로써 더 강화될 수 있다. 기준층(230 및/또는 250) 내의 산소의 농도 구배를 조절함으로써 터널링 자기저항 및 수직 자기 이방성과 같은 특성들을 더욱 향상시킬 수 있다. 자기 접합(200D)은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 8은 다양한 전자 장치들, 예컨대 STT-RAM과 같은 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합을 제조하는 방법(120)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 설명의 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 다르게 수행되거나, 결합될 수 있다. 더하여, 방법(120)은 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다. 방법(120)은 자유층의 맥락에서 주로 설명된다. 그러나, 방법(120)은 기준층(들)의 제조에도 확장될 수 있다.

자성층(들)이 단계(122)에 의해 증착된다. 단계(122)에서 증착되는 자성층(들)은 자유층 또는 기준층의 일부일 수 있다. 스퍼터링 및/또는 다른 증착 방법들이 단계(122)에서 사용될 수 있다. 단계(122)에서 사용되는 방법들은 산소와 같은 원하는 음이온들의 이동을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 증착 방법들은, 장치가 제조되는 동안, 동작 온도보다 더 높은 온도에서 증착되는 자성층(들)의 국부 온도를 야기하기 위해 사용된다. 자성층(들)은 모든 자유층 또는 모든 기준층을 구성한다. 단계(122)는 씨드층(들) 또는 비자성 스페이서층 상의 자성층(들)을 증착할 수 있다. 일 예로, CoFeB 층이 단계(122)에서 증착될 수 있다. 자유층 또는 기준층의 일부인 다른층들이 또한 단계(122)에서 증착될 수 있다.

단계(122)에서 증착되는 동안, 하나 이상의 원하는 방향들의 전기장들이 단계(134)에 의해 인가될 수 있다. 단계(134)에서 인가되는 전기장들은, 음이온의 이동이 산화물 계면들로부터 멀어지도록 하기 위해 선택되는 방향을 가질 수 있다. 따라서, 음이온의 이동은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드층(들) 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향을 따를 수 있다. 단계(134)의 적어도 일부는 단계(122) 동안 수행된다. 그러나, 전기장은 단계(122)에서 자유층의 증착이 완료되기 전 또는 완료된 후에 제거될 수 있다. 이에 따라, 단계들(122, 134)은 단계(106, 102 및/또는 110)에서 사용될 수 있다. 자기 접합의 제조는 단계(124)에 의해 완료될 수 있다.

방법(120)을 이용하여 제조되는 자기 접합, 예컨대 자기 접합(들)(200, 200A, 200B, 200C 및/또는 200D)은 향상된 성능을 보여줄 수 있다. 자성층(들)은 증착 동안 전기장에 영향을 받기 때문에, 음이온들은 전기장의 방향과 반대 방향으로 이동될 수 있다. 이는 음이온의 농도 구배를 제어하는 것을 가능하게 한다. 일 예로, 자성층(들)은 결정성 MgO와 같은 비자성 스페이서층, 산화물 씨드층 및/또는 산화물 캡핑층의 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 제조된 자유층 및/또는 기준층은 향상된 결정성, 비자성 스페이서층들과의 개선된 계면, 증가된 터널링 자기저항(TMR) 및 강화된 수직 자기 이방성(PMA)을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 높은 산소 친화력을 갖는 삽입층을 포함함으로써 더욱 강화될 수 있다. 이렇게, 방법(120)을 이용하여 제조되는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 9는 다양한 전자 장치들, 예컨대 STT-RAM과 같은 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합을 제조하는 방법(120A)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 설명의 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 다르게 수행되거나, 결합될 수 있다. 더하여, 방법(120A)은 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다. 방법(120A)은 방법(120)과 유사하다. 따라서, 유사한 단계들은 유사하게 라벨링될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 방법(120A)을 이용하여 제조되는 동안의 자기 접합(300)의 일 층의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 방법(120A)은 자기 접합(300)의 맥락에서 설명된다. 방법(120A)은 자기 접합(300)의 자유층의 맥락에서 주로 설명된다. 그러나, 방법(120A)은 기준층(들)의 제조에도 확장될 수 있다.

제1 세트의 자성층(들)이 단계(122a)에 의해 증착된다. 단계(122a)는 단계(122)의 적어도 일부와 유사하다. 하나 이상의 자성층들이 단계(122a)에서 증착될 수 있다. 단계(122a)에서 증착되는 자성층(들)은 자유층 또는 기준층의 일부일 수 있다. 스퍼터링 및/또는 산소와 같은 원하는 음이온들의 이동을 가능하게 하는 다른 증착 방법들이 단계(122a)에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착 방법들은, 장치가 제조되는 동안, 동작 온도보다 더 높은 온도에서 증착되는 자성층(들)의 국부 온도를 야기하기 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 제조되는 장치는 증착 동안 어닐링과 유사한 방식으로 가열될 수 있다. 자성층(들)은 모든 자유층 또는 모든 기준층을 구성한다. 일 예로, CoFeB 층이 단계(122a)에서 증착될 수 있다.

단계(122a)에서 증착되는 동안, 하나 이상의 원하는 방향들의 전기장들이 단계(134a)에 의해 인가될 수 있다. 단계(134a)는 단계(134)과 유사하다. 단계(134a)에서 인가되는 전기장들은, 음이온의 이동이 산화물 계면으로부터 멀어지도록 하기 위해 선택되는 방향을 가질 수 있다. 단계(134a)의 적어도 일부는 단계(122a) 동안 수행된다. 그러나, 전기장은 단계(122a)에서 자성층(들)의 증착이 완료되기 전 또는 완료된 후에 제거될 수 있다. 이에 따라, 단계들(122a, 134a)은 단계(106, 102 및/또는 110)에서 사용될 수 있다.

도 10a는 단계들(122a, 134a) 동안의 자기 접합(300)을 도시한다. MgO층(302)은 이미 형성되어 있다. 일부 실시예들에서, MgO층(302)은 비자성 스페이서층이다. 다른 실시예들에서, MgO층(302)은 씨드층일 수 있다. 다른 절연층들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 강자성층(들)(312)이 증착된다. 이 층들(312)은 자기 접합(300)의 층(310)의 일부이다. 층(310)은 자유층 또는 기준층일 수 있다. 설명의 간소화를 위해, 층(310)은 자유층(310)으로 설명한다. 도시된 실시예에서, 층(312)은 MgO층(302)에 인접하다. 따라서, 강자성층(312)(즉, 자유층(310))은 MgO층(302)과 계면을 공유한다.

단계(134a) 동안 인가되는 전기장은 MgO층(302)을 향하는 방향을 갖는 것으로 도시된다. 다른 실시예들에서, 전기장은 또한 면 내(도시된 방향에 수직인)의 성분을 가질 수 있다. 전기장이 MgO층(302)을 향하기 때문에, 음이온의 이동 방향은 MgO층(302)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 달리 얘기하면, 음이온들은 MgO층(302)과 자유층(310) 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동하는 경향이 있다. 이러한 이동 방향이 도 10a에 도시된다. 음이온들은, 단계(134a)의 전기장의 인가 때문에, 그리고, 단계(122a)의 증착이 음이온들의 이동을 가능하게 하기 때문에, 이러한 방향으로 이동한다. 이에 따라, 강자성층들(312)은 MgO층(302)과의 계면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 이렇게, 음이온의 이동은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드층(들) 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향을 따를 수 있다.

삽입층이 단계(125)에 의해 선택적으로 증착될 수 있다. 삽입층은 산소에 대한 높은 친화력을 가질 것이 요구될 수 있다. 일 예로, Sc, Y, Ca, Sr, Zr, Hf, Mg, Ti, Ba, Li, K, Na, Rb, Nb, Ag, Be, Ta, I, Al 및 V이 하나 이상 포함된 층이 단계(125)에서 증착될 수 있다.

제2 세트의 자성층(들)이 단계(126)에 의해 증착된다. 단계(126)는 단계(122) 및 단계(122a)의 적어도 일부와 유사하다. 하나 이상의 자성층들이 단계(126)에서 증착될 수 있다. 단계(126)에서 증착되는 자성층(들)은 자유층 또는 기준층의 일부일 수 있다. 스퍼터링 및/또는 산소와 같은 원하는 음이온들의 이동을 가능하게 하는 다른 증착 방법들이 단계(126)에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착 방법들은, 장치가 제조되는 동안, 동작 온도보다 더 높은 온도에서 증착되는 자성층(들)의 국부 온도를 야기하기 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 제조되는 장치는 증착 동안 어닐링과 유사한 방식으로 가열될 수 있다. 일 예로, CoFeB 층이 단계(126)에서 증착될 수 있다.

단계(126)에서 증착되는 동안, 하나 이상의 원하는 방향들의 전기장들이 단계(134a)에 의해 인가될 수 있다. 단계(128)는 단계(134) 및 단계(134a)과 유사하다. 단계(134a)에서 인가되는 전기장들은, 음이온의 이동이 산화물 계면으로부터 멀어지도록 하기 위해 선택되는 방향을 가질 수 있다. 단계(128)의 적어도 일부는 단계(126) 동안 수행된다. 그러나, 전기장은 단계(126)에서 자성층(들)의 증착이 완료되기 전 또는 완료된 후에 제거될 수 있다. 이에 따라, 단계들(126, 128)은 단계(106, 102 및/또는 110)에서 사용될 수 있다.

도 10b는 단계들(126, 128) 동안의 자기 접합(300)을 도시한다. 삽입층(314)이 도시된다. 다른 실시예들에서, 삽입층(314)은 생략될 수 있다. 강자성층(들)(316)이 증착되고 있다. 이 층들(316)은 자유층(310)의 일부이다. 또한, 도 10b에는 나중에 형성되는 MgO층(320)이 도시된다. 도시된 실시예에서, 층(316)은 MgO층(320)에 인접할 것이다. 따라서, 제조되는 자기 접합(300)은 이중 자기 터널링 접합, 하부 피고정 자기 터널링 접합 또는 상부 피고정 자기 터널링 접합일 수 있다.

단계(128) 동안 인가되는 전기장은 MgO층(320)을 향하는 방향을 갖는 것으로 도시된다. 다른 실시예들에서, 전기장은 또한 면 내(도시된 방향에 수직인)의 성분을 가질 수 있다. 전기장이 MgO층(320)을 향하기 때문에, 음이온의 이동 방향은 MgO층(320)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 음이온들은 MgO층(320)과 자유층(310) 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동하는 경향이 있다. 이러한 이동 방향이 도 10b에 도시된다. 음이온들은, 단계(128)의 전기장의 인가 때문에, 그리고, 단계(126)의 증착이 음이온들의 이동을 가능하게 하기 때문에, 이러한 방향으로 이동한다. 이에 따라, 강자성층들(316)은 MgO층(320)과의 계면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 것이다. 이렇게, 음이온의 이동은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드층(들) 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향을 따를 수 있다.

방법(120A)을 이용하여 제조되는 자기 접합, 예컨대 자기 접합(들)(300, 200, 200A, 200B, 200C 및/또는 200D)은 향상된 성능을 보여줄 수 있다. 자성층(들)(312, 316)은 증착 동안 적절한 전기장들에 영향을 받기 때문에, 음이온들은 전기장의 방향과 반대 방향으로 이동될 수 있다. 이는 음이온의 농도 구배를 제어하는 것을 가능하게 한다. 일 예로, 자성층(들)은 씨드층, 캡핑층 및/또는 터널링 장벽층들로서 기능하는 MgO층(들)(302, 320)의 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 제조된 자유층(310) 및/또는 기준층은 향상된 결정성, 비자성 스페이서층들과의 개선된 계면, 증가된 터널링 자기저항(TMR) 및 강화된 수직 자기 이방성(PMA)을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 높은 산소 친화력을 갖는 삽입층(314)을 포함함으로써 더욱 강화될 수 있다. 이렇게, 방법(120)을 이용하여 제조되는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 11은 다양한 전자 장치들, 예컨대 STT-RAM과 같은 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합을 제조하는 방법(130)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 설명의 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 다르게 수행되거나, 결합될 수 있다. 더하여, 방법(130)은 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다. 방법(130)은 의 자유층의 맥락에서 주로 설명된다. 그러나, 방법(130)은 기준층(들)의 제조에도 확장될 수 있다.

자기 접합의 자성층(들)은 단계(132)에 의해 어닐링될 수 있다. 단계(132)의 어닐링은 전체의 자기 접합의 형성 후에 수행될 수 있다. 따라서, 기준층, 비자성 스페이서층, 및 자유층들은 이미 증착되었고, 자기 접합의 가장자리들은, 예컨대 이온 밀링에 의해 정의되었다. 다른 실시예들에서, 어닐링은 인 시튜, 자기 접합의 다양한 층들을 위한 증착 단계들의 진행 동안, 또는 이들 사이에 수행될 수 있다. 단계(132)에서 사용되는 어닐링은 자기 접합이 있는 환경의 온도를 증가시킴으로써 자기 접합의 국부 온도를 증가시킨다. 이는 산소와 같은 원하는 음이온들의 이동을 가능하게 한다.

단계(132)에서 어닐링되는 동안, 하나 이상의 원하는 방향들의 전기장들이 단계(134)에 의해 인가될 수 있다. 단계(134)에서 인가되는 전기장들은, 음이온의 이동이 산화물 계면들로부터 멀어지도록 하기 위해 선택되는 방향을 가질 수 있다. 따라서, 음이온의 이동은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드층(들) 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향을 따를 수 있다. 단계(134)의 적어도 일부는 단계(132) 동안 수행된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 전기장은 단계(132)에서 자유층의 어닐링 및 냉각이 완료되기 전 또는 완료된 후에 제거될 수 있다. 이에 따라, 단계들(132, 134)은 단계(106, 102 및/또는 110)에서 사용될 수 있다. 자기 접합의 제조는 단계(135)에 의해 완료될 수 있다.

방법(130)을 이용하여 제조되는 자기 접합, 예컨대 자기 접합(들)(200, 200A, 200B, 200C 및/또는 200D)은 향상된 성능을 보여줄 수 있다. 자성층(들)은 어닐링 동안 전기장에 영향을 받기 때문에, 음이온들은 전기장의 방향과 반대 방향으로 이동될 수 있다. 냉각 후의 전기장의 제거는 음이온들이 이러한 위치들에 남아 있는 것을 가능하게 한다. 이는 음이온의 농도 구배를 제어하는 것을 가능하게 한다. 일 예로, 자성층(들)은 결정성 MgO와 같은 비자성 스페이서층, 산화물 씨드층 및/또는 산화물 캡핑층의 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 제조된 자유층 및/또는 기준층은 향상된 결정성, 비자성 스페이서층들과의 개선된 계면, 증가된 터널링 자기저항(TMR) 및 강화된 수직 자기 이방성(PMA)을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 높은 산소 친화력을 갖는 삽입층을 포함함으로써 더욱 강화될 수 있다. 이렇게, 방법(130)을 이용하여 제조되는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 12는 다양한 전자 장치들, 예컨대 STT-RAM과 같은 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합을 제조하는 방법(130A)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 설명의 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 다르게 수행되거나, 결합될 수 있다. 더하여, 방법(130A)은 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다. 방법(130A)은 방법(130)과 유사하다. 따라서, 유사한 단계들은 유사하게 라벨링될 수 있다. 도 13a 및 도 13b는 방법(130A)을 이용하여 제조되는 동안의 자기 접합(300A)의 일 층의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 방법(130A)은 자기 접합(300A)의 맥락에서 설명된다. 방법(130A)은 자기 접합(300A)의 자유층의 맥락에서 주로 설명된다. 그러나, 방법(130A)은 기준층(들)의 제조에도 확장될 수 있다.

제1 어닐링이 단계(132a)에 의해 수행된다. 단계(132a)는 단계(132)의 적어도 일부와 유사하다. 자기 접합의 일부 또는 전부는 단계(132a)에서 동작 온도를 초과하는 온도에 도달된다.

단계(132a)에서 어닐링되는 동안, 하나 이상의 원하는 방향들의 전기장들이 단계(134a)에 의해 인가될 수 있다. 단계(134a)는 단계(134)과 유사하다. 단계(134a)에서 인가되는 전기장들은, 음이온의 이동이 산화물 계면으로부터 멀어지도록 하기 위해 선택되는 방향을 가질 수 있다. 단계(134a)의 적어도 일부는 단계(132a) 동안 수행된다. 전기장은 단계(132a)에서 자성층(들)의 어닐링 및 냉각이 완료된 후에 제거될 수 있다. 이에 따라, 단계들(132a, 134a)은 단계(106, 102 및/또는 110)에서 사용될 수 있다.

도 13a는 단계들(132a, 134a) 동안의 자기 접합(300A)을 도시한다. 자기 접합(300A)은 MgO층(302), 자유층(310a), 추가적인 MgO층(320), 및 기준층(330)을 포함한다. 층(310a)은 자유층으로 설명된다. 일부 실시예들에서, MgO층(302)은 비자성 스페이서층이다. 이와 같은 실시예들에서, 추가적인 기준층(미도시)이 MgO층(302) 아래에 존재한다. 다른 실시예들에서, MgO층(302)은 씨드층일 수 있다. 다른 절연층들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 자유층(310a)은 삽입층(314)에 의해 분리된 강자성층(들)(312, 316)을 포함한다. 삽입층(314)은 높은 산소 친화력(oxygen affinity)를 가질 수 있다. 일 예로, 삽입층(314)은 Sc, Y, Ca, Sr, Zr, Hf, Mg, Ti, Ba, Li, K, Na, Rb, Nb, Ag, Be, Ta, I, Al, 및 V 중 하나 이상 포함할 수 있다. 설명의 간소화를 위해, 층(310a)은 자유층(310a)으로 설명한다. 도시된 실시예에서, 층(312)은 MgO층(302)에 인접하고, MgO층(302)과 계면을 공유한다. 강자성층(316)은 MgO층(320)과 계면을 공유한다. 따라서, 강자성층들(312, 316)(즉, 자유층(310a))은 MgO층들(302, 320)과 계면을 공유한다.

단계(134a) 동안 인가되는 전기장은 MgO층(302)을 향하는 방향을 갖는 것으로 도시된다. 다른 실시예들에서, 전기장은 또한 면 내(도시된 방향에 수직인)의 성분을 가질 수 있다. 전기장이 MgO층(302)을 향하기 때문에, 음이온의 이동 방향은 MgO층(302)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 음이온들은 MgO층(302)과 자유층(310a) 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동하는 경향이 있다. 이러한 이동 방향이 도 13a에 도시된다. 음이온들은, 단계(134a)의 전기장의 인가 때문에, 그리고, 단계(132a)의 어닐링이 음이온들의 이동을 가능하게 하기 때문에, 이러한 방향으로 이동한다. 이에 따라, 강자성층들(312)은 MgO층(302)과의 계면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 이렇게, 음이온의 이동은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드층(들) 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향을 따를 수 있다.

제2 어닐링이 단계(136)에 의해 증착된다. 단계(136)는 단계(132a)의 적어도 일부와 유사하다. 그러나, 단계(136)의 어닐링은 다른 온도, 예컨대 단계(132a)에서 수행되는 온도 보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 단계(136)에서 어닐링되는 동안, 하나 이상의 원하는 방향들의 전기장들이 단계(138)에 의해 인가될 수 있다. 단계(138)는 단계(134a)와 유사하다. 단계(138)에서 인가되는 전기장들은, 음이온의 이동이 산화물 계면으로부터 멀어지도록 하기 위해 선택되는 방향을 가질 수 있다. 단계(138)의 적어도 일부는 단계(136) 동안 수행된다. 그러나, 전기장은 어닐링이 완료된 후에 제거될 수 있고, 자기 접합(300A)은 냉각된다.

도 13b는 단계들(136, 138) 동안의 자기 접합(300A)을 도시한다. 도시된 실시예에서, 강자성층들(316)(즉, 자유층(310a))은 MgO층(320)과 계면을 공유한다. 단계(138) 동안 인가되는 전기장은 MgO층(320)을 향하는 방향을 갖는 것으로 도시된다. 다른 실시예들에서, 전기장은 또한 면 내(도시된 방향에 수직인)의 성분을 가질 수 있다. 전기장이 MgO층(320)을 향하기 때문에, 음이온의 이동 방향은 MgO층(320)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 음이온들은 MgO층(320)과 자유층(310a) 사이의 계면으로부터 멀어지도록 이동하는 경향이 있다. 이러한 이동 방향이 도 13b에 도시된다. 음이온들은, 단계(138)의 전기장의 인가 때문에, 그리고, 단계(136)의 어닐링이 음이온들의 이동을 가능하게 하기 때문에, 이러한 방향으로 이동한다. 이에 따라, 강자성층들(316)은 MgO층(320)과의 계면 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 것이다. 이렇게, 음이온의 이동은 자유층과 비자성 스페이서층 사이의 계면 및/또는 자유층과 산화물 씨드층(들) 사이의 계면으로부터 멀어지는 방향을 따를 수 있다.

방법(130A)을 이용하여 제조되는 자기 접합, 예컨대 자기 접합(들)(300A, 200, 200A, 200B, 200C 및/또는 200D)은 향상된 성능을 보여줄 수 있다. 자성층(들)(312, 316)은 어닐링 동안 적절한 전기장들에 영향을 받기 때문에, 음이온들은 전기장의 방향과 반대 방향으로 이동될 수 있다. 이는 음이온의 농도 구배를 제어하는 것을 가능하게 한다. 일 예로, 자성층(들)은 씨드층, 캡핑층 및/또는 터널링 장벽층들로서 기능하는 MgO층(들)(302, 320)의 근처에서 낮은 산소 농도를 가질 수 있다. 제조된 자유층(310a) 및/또는 기준층은 향상된 결정성, 비자성 스페이서층들과의 개선된 계면, 증가된 터널링 자기저항(TMR) 및 강화된 수직 자기 이방성(PMA)을 가질 수 있다. 이러한 효과들은 높은 산소 친화력을 갖는 삽입층(314)을 포함함으로써 더욱 강화될 수 있다. 이렇게, 방법(130A)을 이용하여 제조되는 자기 접합은 향상된 성능을 가질 수 있다.

도 14 및 도 15는 상술한 전기장을 제공하기 위해 사용될 수 있는 시스템들(350, 350A)의 실시예들을 각각 도시한다. 도 14는 자기 접합들(354)이 제조된 웨이퍼(353)으로부터 콘택들(352, 356)이 분리된 시스템을 도시한다. 콘택들(352, 356)은 자기 접합들을 제조하는데 사용하는 증착 챔버 또는 어닐링 가열로의 일부일 수 있다. 전기장은 콘택들(352, 356) 사이에 전압을 발생시킴으로써 인가될 수 있다. 그 결과, 전기장은 콘택들(352, 356) 사이의 갭을 가로질러 제공된다. 웨이퍼(353)는 이러한 갭 사이에 존재한다. 따라서, 전기장은 웨이퍼(353) 상에 제조되는 자기 접합들(또는 그들의 일부)에 인가된다. 도 15는 웨이퍼(353a) 내에 콘택들(352a, 356a)이 통합된 시스템(350A)을 도시한다. 자기 접합들(354)은 콘택들(352a, 356a) 사이에서 제조된다. 전기장은 콘택들(352a, 356a) 사이에 전압을 발생시킴으로써 인가될 수 있다. 그 결과, 전기장은 콘택들(352a, 356a) 사이의 갭을 가로질러 제공된다. 자기 접합(354)은 이러한 갭 사이에 존재한다. 따라서, 전기장은 웨이퍼(353a) 상에 제조되는 자기 접합들(또는 그들의 일부)에 인가된다. 이렇게, 전기장은 제조 동안 자기 접합들에 인가된다.

도 16은 하나 이상의 자기 접합들(200, 200A, 200B, 200C, 200D, 300, 및/또는 300A)을 사용할 수 있는 자기 메모리(400)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 자기 메모리(400)는 워드 라인 셀렉터 드라이버(404)뿐만 아니라 읽기/쓰기 컬럼 셀렉터 드라이버들(402, 406)을 포함한다. 그 밖의 및/또는 다른 구성요소들이 제공될 수 있음을 주의한다. 메모리(400)의 저장 영역은 자기 저장 셀들(410)을 포함한다. 각각의 자기 저장 셀은 적어도 하나의 자기 접합(412)과 적어도 하나의 셀렉션 디바이스(414)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 셀렉션 디바이스(414)는 트랜지스터이다. 자기 접합들(412)은 여기에서 개시된 자기 접합들(200, 200A, 200B, 200C, 200D, 300, 및/또는 300A) 중의 하나일 수 있다. 비록 셀당(410) 하나의 자기 접합(412)이 도시되지만, 다른 실시예들에서, 셀당(410) 다른 다수의 자기 접합들(412)이 제공될 수 있다. 그런 만큼, 자기 메모리(400)는 앞서 설명한 이익들을 향유할 수 있다.

자기 접합 및 자기 접합을 이용하여 제조되는 자기 메모리를 제공하는 방법 및 시스템이 설명되었다. 상기 방법과 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 (10)

1. 자기 장치에 사용 가능한 기판 상의 자기 접합을 제공하는 방법에 있어서,
   기준층을 제공하는 것;
   비자성 스페이서층을 제공하는 것; 및
   자유층을 제공하는 것을 포함하고,
   상기 비자성 스페이서층은 상기 자유층과 상기 기준층 사이에 있고, 상기 비자성 스페이서층과 상기 자유층 사이에는 계면이 존재하되,
   상기 자유층을 제공하는 것은, 상기 자유층이 상기 자기 접합의 동작 온도보다 높은 국부 온도에 있는 동안, 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 전기장은 상기 자유층과 상기 비자성 스페이서층 사이의 상기 계면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 자유층 내의 음이온에 힘을 가하고,
   상기 자기 접합은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통과하여 흐를 때 복수의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성되는 자기 접합의 제공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것은 상기 자유층의 양단에 전압을 인가하는 것을 더 포함하되,
   상기 적어도 하나의 전기장은 상기 자유층을 통과하는 방향에 대한 상기 전압의 도함수(derivative)인 자기 접합의 제공 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 자유층 및 상기 기준층 중 적어도 하나는 면을 벗어나는 반자화 에너지보다 큰 수직 자기 이방성 에너지를 갖는 자기 접합의 제공 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것은 상기 자유층의 증착 동안 상기 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것을 더 포함하는 자기 접합의 제공 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전기장을 인가하는 것은 상기 적어도 하나의 전기장을 인가하는 동안 상기 자유층을 어닐링 하는 것을 더 포함하는 자기 접합의 제공 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   추가적인 비자성 스페이서층을 제공하는 것; 및
   추가적인 기준층을 제공하는 것을 더 포함하되,
   상기 자유층은 상기 추가적인 비자성 스페이서층과 상기 비자성 스페이서층 사이에 있고, 상기 추가적인 비자성 스페이서층은 상기 자유층과 상기 추가적인 기준층 사이에 있는 자기 접합의 제공 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 자유층을 제공하는 것은, 상기 자유층이 상기 자기 접합의 상기 동작 온도보다 높은 추가적인 국부 온도에 있는 동안, 적어도 하나의 추가적인 전기장을 인가하는 것을 더 포함하고,
   상기 적어도 하나의 추가적인 전기장은 상기 자유층과 상기 추가적인 비자성 스페이서층 사이의 추가적인 계면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 자유층 내의 음이온에 추가적인 힘을 가하는 자기 접합의 제공 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 추가적인 전기장을 인가하는 것은 상기 자유층의 양단에 추가적인 전압을 인가하는 것을 더 포함하되,
   상기 적어도 하나의 추가적인 전기장은 상기 자유층을 통과하는 추가적인 방향에 대한 상기 추가적인 전압의 추가적인 도함수인 자기 접합의 제공 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 추가적인 전기장을 인가하는 것은 상기 자유층의 증착 동안 상기 적어도 하나의 추가적인 전기장을 인가하는 것을 더 포함하는 자기 접합의 제공 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준층을 제공하는 것은, 상기 기준층이 상기 자기 접합의 상기 동작 온도보다 높은 추가적인 국부 온도에 있는 동안, 적어도 하나의 추가적인 전기장을 인가하는 것을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 추가적인 전기장은 상기 기준층과 상기 비자성 스페이서층 사이의 추가적인 계면으로부터 멀어지는 추가적인 방향으로 상기 기준층 내의 음이온에 추가적인 힘을 가하는 자기 접합의 제공 방법.

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