TW201428951A - 提供具有熱穩定和容易切換之磁性自由層的方法與系統 - Google Patents

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Abstract

一種提供適用於磁性裝置的磁性接面的方法與系統。磁性接面包括固定層、非磁性間隔層以及自由層。非磁性間隔層介於固定層及自由層之間。自由層包括多個子區域。每一個子區域具有磁熱穩定常數。子區域鐵磁性地耦合以使自由層具有總體磁熱穩定常數。磁熱穩定常數使得每一子區域在操作溫度下磁熱不穩定。總體磁熱穩定常數使得自由層在操作溫度下磁熱穩定。磁性接面經組態以使自由層在寫入電流經過磁性接面時，可於多個穩定的磁性狀態之間切換。

Description

提供具有熱穩定和容易切換之磁性自由層的方法與系統
本發明概念的示範實施例是關於使用於磁性裝置的磁性接面，例如磁性記憶體，以及使用此磁性接面的裝置。
磁性記憶體，特別是磁性隨機存取記憶體(magnetic random access memories,MRAMs)，由於操作時的高讀取/寫入速度、絕佳的耐用性、非揮發性及低功率消耗的潛力，已引起愈來愈多的關注。磁性隨機存取記憶體可利用磁性材料作為資訊紀錄的媒介儲存資訊。自旋轉移力矩隨機存取記憶體(spin transfer torque random access memory,STT-MRAM)是磁性隨機存取記憶體的一種。STT-MRAM利用磁性接面來寫入，其磁性接面經寫入至少部分藉由驅動流經磁性接面的電流。自旋極化電流(spin polarized current)經驅動流經磁性接面，施加自旋力矩於磁性接面中的磁矩上。因此，具有回應自旋力矩的磁矩的膜層可被切換 至所需的狀態。
舉例而言，圖1描繪可用於傳統的自旋轉移力矩隨機存取記憶體中的傳統磁性穿隧接面(magnetic tunneling junction,MTJ)10。傳統磁性穿隧接面10通常存在底接觸(contact)11、使用傳統種子層12，並且包括傳統反鐵磁性(antiferromagnetic,AFM)層14、傳統固定層(pinned layer)16、傳統穿隧阻障層18、傳統自由層20以及傳統覆蓋層22。圖1亦繪示出頂接觸24。
傳統的接觸層11及24用於在電流垂直於平面(current-perpendicular-to-plane,CPP)的方向或是沿著如圖1所示的z方向驅動電流。通常利用傳統種子層12來幫助具有所需的結晶結構的後續層的成長，如傳統反鐵磁性層14。傳統穿隧阻障層18為非磁性且例如像是氧化鎂(MgO)的薄絕緣體。
傳統固定層16與傳統自由層20為磁性的。一般是藉由與反鐵磁性層14的磁化向量(magnetization)交換偏壓(exchange-bias)的交換作用來固定傳統固定層16的磁化向量17於特定方向上。雖然描繪為簡易(單一)層，但傳統固定層16可包含多層。舉例而言，傳統固定層16可為合成反鐵磁性層(synthetic antiferromagnetic,SAF)，其包括經由薄導體層(例如釕(Ru))反鐵磁性耦合的磁性層。在這種的合成反鐵磁性層中可使用與釕薄層交錯的多層磁性層。在另一個實施例中，遍及釕薄層的耦合可為鐵磁性的。此外，傳統磁性穿隧接面10的其他變形可包括額外的固定層(未繪示)，其藉由額外的非磁性阻障層或導 電層(未繪示)與自由層20分離。
傳統自由層20具有可變的磁化向量21，雖原描繪為簡易層，傳統自由層20亦可包括多層。例如，傳統自由層20可為合成層，其包括經由薄導電層(例如釕(Ru))反鐵磁性地或鐵磁性地耦合的磁性層。雖然圖式中繪示為共平面，但傳統自由層20的磁化向量21可具有垂直異向性。因此，固定層16與自由層20可分別具有與膜層的平面方向垂直的磁化向量17及21。
為了切換傳統自由層20的磁化向量21，以垂直於平面的方向(在z方向)來驅動電流。當從頂接觸24驅動充分的電流到底接觸11，傳統自由層20的磁化向量21可切換為與傳統固定層16的磁化向量17平行。當從底接觸11驅動充份的電流到頂接觸24，傳統自由層20的磁化向量21可切換為與傳統固定層16的磁化向量17反平行(antiparallel)。磁性配置的差異對應不同磁阻(magnetoresistance)，且因此對應傳統磁性穿隧接面10的不同邏輯狀態(例如，邏輯的「0」及邏輯的「1」)。因此，藉由讀取傳統磁穿隧接面10的穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance(TMR))可定義傳統磁性穿隧接面的狀態。
雖然傳統磁性穿隧接面10可藉由使用自旋轉移寫入，並藉由感應磁性接面的穿隧磁組讀取，且用於STT-MRAM中，但卻有缺點。舉例而言，傳統自由層20臨界切換電流密度(critical switching current density)Jc0比所期望的明顯高出許多。在某些情況下，臨界切換電流密度是以3到5倍的大小高於所需的臨界 切換電流密度。臨界電流切換密度必須是能以自旋轉移切換傳統自由層20的磁矩21的電流密度(例如MA/cm2)。低切換電流被期望用來例如是減低切換時的消耗功率以及/或是改進切換速度或錯誤率。雖然傳統機制存在減少切換電流的方法，但皆會對於熱穩定性產生不利的影響。減少傳統磁穿隧接面10的熱穩定性會對於傳統磁穿隧接面10長時間可靠地儲存資料的能力產生負面衝擊。因而降低傳統磁性穿隧接面的效能。
根據上述，需要一種改善基於自旋轉移力矩的記憶體效能的方法及系統。此處所描述的方法與系統可解決這樣的需求。
一種提供適用於磁性裝置的磁性接面的方法與系統。磁性接面包括固定層、非磁性間隔層以及自由層。非磁性間隔層介於固定層與自由層之間。自由層包括多個子區域。每一子區域具有磁熱穩定常數。子區域鐵磁性地耦接以使自由層具有總體磁熱穩定常數。磁熱穩定常數使得每一個子區域在操作溫度下磁熱地不穩定。總體磁熱穩定常數使得自由層在操作溫度下磁熱地穩定。磁性接面經組態使得自由層在寫入電流經過磁性接面時可於多個穩定的磁性狀態之間切換。
10‧‧‧傳統磁穿隧接面
11‧‧‧底接觸
12‧‧‧傳統種子層
14‧‧‧傳統反鐵磁性層
16‧‧‧傳統固定層
17、21‧‧‧磁化向量
18‧‧‧穿隧阻障層
20‧‧‧傳統自由層
22‧‧‧傳統覆蓋層
24‧‧‧頂接觸
100、200、200’、200”、412‧‧‧磁性接面
102、202、202’‧‧‧基板
110、230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、 111、131‧‧‧磁化向量
120、220‧‧‧非磁性間隔層
130、210、210’、210”‧‧‧固定層/參考層
240‧‧‧膜層/非磁性間隔層
250‧‧‧額外固定層
301、321‧‧‧總體磁矩、淨垂直磁矩、淨磁矩、磁矩
301’、301”、301'''、301''''、301'''''、341、341''''‧‧‧總體磁矩
302、302’、302”、302'''、302''''、302'''''、306、306’、306”、306'''、306''''、306'''''、310、310’、310”、310'''、310''''、310'''''、322、326、330‧‧‧磁性層
303、303’、303”、303'''、303''''、303'''''、307、307’、307”、307'''、307''''、307'''''、311、311’、311”、311'''、311''''、311'''''、323、327、331、343、343''''、349、349''''、353353''''‧‧‧磁矩
304、308、324、328‧‧‧非磁性層
320、340、340’、340”、340'''、340'''‧‧‧自由層
342、342’、342”、342'''、342''''、348、348’、348”、348'''、344、344’、344”、344'''、344''''、346、346’、346”、346'''、346''''、348''''、352、352’、352”、352'''、352''''‧‧‧磁性子區域
350、350’、350”、350'''、350''''‧‧‧非磁性子區域
400‧‧‧磁性記憶體
402、406‧‧‧讀取\寫入行選擇\驅動器
404‧‧‧字元線選擇\驅動器
410‧‧‧磁性儲存單元
414‧‧‧選擇裝置
500‧‧‧方法
502、504、506、508‧‧‧步驟
Hk‧‧‧磁異向性
Jc0‧‧‧臨界切換電流密度
Ms‧‧‧飽和磁化量
△‧‧‧磁熱穩定常
圖1繪示傳統的磁性接面。
圖2繪示包括具有在臨界切換電流密度中的梯度且可利用自旋轉移來切換的自由層的磁性接面的一示範實施例。
圖3繪示包括具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的磁性接面的一示範實施例。
圖4繪示包括具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的磁性接面的另一示範實施例。
圖5繪示包括具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的磁性接面的另一示範實施例。
圖6繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的一示範實施例。
圖7繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖8繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖9繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖10繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖11繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖12繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉 移切換的自由層的另一示範實施例。
圖13-14繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖15繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖16繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖17繪示具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的另一示範實施例。
圖18繪示使用磁性接面於儲存單元的記憶體元件的記憶體的一實施例。
圖19繪示用來製造包括具有低磁熱穩定性、鐵磁性耦合並且可使用自旋轉移切換的自由層的磁性接面的方法。
此處的示範實施例是關於適用於磁性裝置(例如磁性記憶體)的磁性接面及使用此磁性接面的裝置。下文中所提供的描述是為了使本領域中具有通常知識者能夠製作及使用本發明，且提供於專利申請的背景及其專利要求中。多種對示範實施例的修改及本文中描述的一般原理與特徵將為顯而易見的。本示範實施例主要描述的是，提供在特定實施中的特定方法與系統。然而，上述方法與系統將可有效地操作於其他實施例中。例如「示範實 施例」、「一實施例」及「另一實施例」的用詞可指稱相同或相異的實施例及多種實施例。實施例將描述關於具有某些構件的系統及/或裝置。然而，系統及/或裝置可包括多於或少於所示的那些構件，且可在不脫離本發明範圍的情形下，產生構件排列與型式的多種變化。示範實施例亦將以具有特定步驟的特定方法為背景來描述。然而，上述的方法及系統可有效地操作於其他方法，其具有不同及/或額外步驟以及不同順序的步驟，但未與本示範實施例不一致。因此本發明並非意欲限制於此所示的實施例中，而是以與本文所描述的原理與特徵的最廣範圍作為根據。
提供磁性接面以及使用此磁性接面的磁性記體的方法與系統。磁性接面包括固定層、非磁性間隔層以及自由層。非磁性間隔層介於固定層及自由層之間。自由層包括多個子區域。每一個子區域具有磁熱穩定常數。子區域鐵磁性地耦合以使自由層具有總體的磁熱穩定常數。磁熱穩定常數使得每一個子區域在操作溫度下磁熱地不穩定。總體磁熱穩定常數使得自由層在操作溫度下磁熱地穩定。磁性接面經組態以使自由層在寫入電流經過磁性接面時，可於多個穩定的磁性狀態之間切換。
在特定磁性接面與磁性記憶體的背景下所描述的示範實施例具有某些構件。在本領域中具有通常知識者將容易地明白本發明與具有與本發明一致的其他及/或額外構件及/或其他特性的磁性接面及磁性記憶體的使用方法一致。亦以目前習知的自旋轉移現象、磁異向性及其他物理現象為背景來描述方法與系統。所 以，所屬領域具有通常知識者將容易地明白此方法與系統的行為的理論說明是以目前對於自旋轉移現象、異磁向性以及其他物理現象的理解為根據。然而，本文此處描述的方法與系統並非依據於特定的物理解釋。所屬領域具有通常知識者亦將輕易地明白所敘述的方法與系統是以與基板之間具特定關係的結構為背景。然而，所屬領域具有通常知識者將輕易地明白此方法與系統與其他結構一致。此外，系統與方法是以特定合成層/或簡易層為背景來描述。然而，所屬領域具有通常知識者將輕易地明白上述的膜層可具有其他結構。除此之外，方法與系統是以具有特定層的磁性接面及/或自由層為背景來描述。然而，所屬領域具有通常知識者將輕易地明白亦可使用具有與本方法及系統不一致的額外及/或不同層的磁性接面及/或自由層。而且，描述特定構件為磁性的、鐵磁性的以及亞鐵磁性的。如此處所使用，用詞「磁性的」可包括鐵磁性的、亞鐵磁性的或類似結構。因此如此處所述，用詞「磁性的」或「鐵磁性的」包括但不限制於鐵磁體或亞鐵磁體。上述方法與系統亦以單一磁性接面及自由層為背景來描述。然而，所屬領域具有通常知識者將輕易地明白上述方法與系統與具有多個磁性接面並使用多層自由層的磁性記憶體的使用一致。除此之外，如此處所使用，「共平面」為實質上在或平行於磁性接面的一層或多層膜層的平面。反言之，「垂直」對應至實質上垂直於磁性接面的一層或多層膜層的方向。
圖2繪示包括具有在臨界切換電流密度中的梯度且可利 用自旋轉移來切換的自由層的磁性接面100的一示範實施例。磁性接面可例如是一個磁性穿隧接面、自旋閥(spin valve)或是彈道式(ballistic)磁阻結構，或是選自上述的組合。磁性接面100可被使用於不同的應用中。舉例而言，磁性接面可被使用於例如是STT-MRAM的磁性記憶體中。為了圖式的清楚，圖2非按比例繪製。磁性接面包括自由層110，非磁性間隔層120以及固定或參考層130。所示磁性接面100位於基板102上。在一些實施例中，磁性接面100可包括種子層(一層或多層)及/或覆蓋層(一層或多層)(未示出)。雖然膜層110、120以及130是以特定的方向表示，在其他實施例中，其方向可為不同。舉例而言，固定層130可更靠近磁性接面100的底端(最接近基板102的地方)。亦可使用一層固定層(未示出)。大致而言，如所示，若固定層130的磁矩在平面上時，固定層將被使用，若是固定層130的磁矩垂直於平面時，固定層將不被使用。這種的固定層可被用來固定固定層130的磁化向量131。在一些實施例中，固定層可以是藉由交換偏壓(exchange-bias)的交互作用固定固定層130的磁化向量(未示出)的一層或多層反鐵磁性層。磁性接面100經組態以使自由層110在寫入電流經過磁性接面100時可於多個穩定的磁性狀態之間切換。因此，自由層110的磁矩111可使用自旋轉移力矩來切換。因為磁矩111為可切換，所以磁矩111是以雙箭頭標示。
非磁性間隔層120可為磁阻存在於自由層110與固定層130之間的穿隧阻障層、導體或是其他結構。在一些實施例中，非 磁性間隔層120是一層結晶氧化鎂穿隧阻障層。這種非磁性間隔層可具有較佳的結晶方向(crystallographic orientation)，例如是(100)方向。
雖然繪示為簡易層，自由層110及/或固定層130可包括多層。舉例而言，自由層110及可為包括透過例如是釕的薄層反鐵磁性地或鐵磁性地耦合的磁性層的合成反鐵磁性層。在這種合成反鐵磁性層中，多層的磁性層與一層或多層的釕或是其他材料的薄層交錯。自由層110及/或固定層130亦可為其他的多層結構。
自由層110及/或固定層130可各自具有超過出平面去磁能的垂直異向能(perpendicular anisotropy energy)。因此，自由層110及/或固定層130可分別具有各自的磁矩111及/或131，其在如圖2所示的平衡狀態下，方向垂直於平面。換言之，自由層110及固定層130的易磁化軸(easy axes)垂直於平面。自由層的磁矩111可使用自旋轉移切換，且因此圖式中111以雙箭號標示。固定層130的磁矩131可固定於特定的方向上。在所示的實施例中，固定層130的磁矩131是在正z的方向上。在另一個實施例中，磁矩131可在負z的方向上。在其他實施例中，自由層110及/或固定層130的磁矩可穩定於另一個方向包括但不限制於在平面方向上。自由層110及/或固定層130的磁矩亦可能為其他方向。
自由層110具有在臨界切換電流密度Jc0的梯度。更詳細而言，臨界切換電流密度在較靠近非磁性間隔層120較低。因此，若自由層110的第二部份較第一部份遠離非磁性間隔層，自由層 110的第一部分的第一臨界切換電流密度Jc0低於自由層110的第二部分的第二臨界切換電流密度Jc0。當以遠離非磁性間隔層120的方向(也就是以圖2中負z的方向)穿越自由層110，臨界切換電流密度Jc0增加。在一些實施例中，臨界切換電流密度Jc0單調地增加。增加的變化可為線性或是追隨其他曲線。在一些實施例中，臨界切換電流密度Jc0可在特定部份的自由層110上保持不變。然而，臨界切換電流密度Jc0在整個自由層110上並非一致。在一些實施例中，亦具有在自由層110的熱穩定性中的梯度。如同臨界切換電流密度Jc0，熱穩定性亦可隨著愈加遠離非磁件間隔層120’而增加。在一些實施例中，熱穩定性以如同臨界切換電流密度Jc0的相同方式增加。然而，在其他實施例中，熱穩定性可以其他不同的方式改變。
在自由層110臨界切換電流密度Jc0中的梯度可以多種方式達成。舉例而言，臨界切換電流密度Jc0隨磁異向性Hk及飽和磁化量Ms而改變。在一些實施例中，磁異向性例如是垂直的磁異向性，其可隨與非磁性間隔層120之間距離的增加而增加。在其他實施例中，飽和磁化量可隨與非磁性間隔層120之間距離的增加而增加。在其他實施例中，這些量值可透過自由層110而增加或減少。然而，可以組合的方式使得在臨界切換電流密度Jc0中所需的梯度被建立。舉例而言，在一些部份的自由層110上，磁異向性可減少，同時飽和磁化量可在相同的部份上增加。然而，這些參數及其他參數的組合使得切換電流密度隨與非磁性間隔層之 間距離的增加而增加。
在磁異向性HK、飽合磁化量MS及/或其他性質中可影響臨界切換電流密度的改變可以多種方法達成。在一些實施例中，自由層110可為具有磁性材料成分例如是鈷及/或鐵的濃度變化的合金。這種在組成濃度中的梯度可以多種的方式達成。舉例而言，磁性材料以及其他材料可來自於共濺鍍多種靶材。藉由改變特定靶材的濺鍍速率，可改變合金的化學計量(stoichiometry)。梯度可經由沉積自由層110之後由於高溫退火所造成的原子擴散來達成。退火製程可現地或易地實施。這些技術與其他技術的一些組合可被使用。在其他實施例中，其他材料的濃度包括但不限制於例如是硼(B)的摻雜濃度可依所需達成的磁異向性及/或飽和磁化量的梯度作調整。
在一些實施例中，自由層110可為包括多層磁性層的多層結構。在一些這種實施例中，磁性層可與非磁性層交錯。非磁性層可為絕緣體例如是氧化鎂，導體例如是鉑(Pt)或鉛(Pb)，或是其他上述材料的組成。然而，磁性層透過非磁性層鐵磁性地耦合。磁性層經組態使得磁性層之間具有在臨界切換電流密度Jc0中的梯度。因此，較靠近非磁性間隔層120的磁性層具有比其他較遠離非磁性間隔層的磁性層更低的臨界切換電流密度Jc0。這種磁性層之間的臨界切換電流密度Jc0的梯度可藉由正確的選擇一個或多個磁性及/或非磁性材料、不同的磁性材料層厚度、不同的非磁性材料層的厚度以及其他一些類似的機制來達成。
磁性接面100可提升效能。因為在臨界切換電流密度Jc0中的梯度，自由層110的整體切換電流可被減少。在一些實施例中，臨界切換電流密度的總和可為1×106A/cm2。部分靠近非磁性間隔層120的自由層110(例如磁性層)可輕易地自行切換。在一些實施例中，這部份的自由層110並非熱穩定。自由層100的下一磁性部份可具有較高的切換電流以及較好的熱穩定性。自由層110最遠離非磁性間隔層120的部份可具有最好的熱穩定性及最高的臨界切換電流密度Jc0。因為自由層110較遠離非磁性間隔層120的磁性部分為熱穩定並且與自由層110較靠近非磁性間隔層120的部份鐵磁性地耦合，自由層110整體為熱穩定。因為自由層110較靠近非磁性間隔層120的部份具有較低的臨界切換電流密度Jc0並且與其他部份的自由層110鐵磁性地耦合，自由層110整體於較低的臨界切換電流密度Jc0中作切換。因此，可具有熱穩定性並達成較低的臨界切換電流密度Jc0。因此，可提升磁性接面100的效能。
雖然磁性接面100可有效的運作而達到預期的目的，但在寫入錯誤率(write error rate,WER)、切換時間以及切換電流上可能需要作進一步的提升。寫入錯誤率為在經過的電流至少是與一般的切換電流同樣大小時，儲存單元(也就是磁性接面的自由層110的磁化向量111)無法被切換的機率。寫入錯誤率被期望是落在10-9或是更少。寫入錯誤率可藉由過驅動磁性接面來改善，其使用超過切換電流的寫入電流。然而，亦已被確定的是對較短 的寫入電流脈衝而言要提升寫入錯誤率可能會是挑戰。換言之，使用根據自旋轉移的切換方式來切換的磁性接面數量與電流大小以及電流脈衝長度的關係可為長尾(long tail)。因此，欲具有期望的寫入錯誤率可能需要過驅動及較長的脈衝長度。所以，記憶體採用傳統磁性穿隧接面10可能會具有難以接受的高寫入錯誤率，其無法藉由為較短的脈衝長度過驅動磁性穿隧接面的方法來克服。
此外，自由層被期望是磁熱地穩定。對自由層110而言，熱穩定性可藉由磁熱穩定常數：△來定義。為了使自由層的磁矩穩定，一般期望磁熱穩定常數除以波茲曼常數(Boltzmann’s constant)與操作溫度的乘積(KbT)的值是超過八十(也就是△/KbT>80)。因此，熱穩定性需要較大的△。然而，切換電流正比於△。因此，較高的△對應至較高的切換電流。就本質上而言，較高的△對應至為了達成期望的寫入錯誤率而具有的較大程度過驅動的磁性接面。這是不被期望的現象。可作動減震或是其他機制以減少切換電流。然而，磁熱穩定常數仍可限制於切換電流可被減少的程度。
圖3繪示包括具有低磁熱穩定常數的子區域的自由層的磁性接面200，且自由層的子區域之間具有磁性耦合。自由層亦可使用自旋轉移來切換。磁性接面可以例如是磁性穿隧接面、自旋閥(spin valve)，或是彈道磁阻結構，或是前述的一些組合。磁性接面200可使用於多種的應用上。舉例而言，磁性接面可用於例 如是STT-MRAM的磁性記憶體上。記憶體可使用在包括但不限制於可使用非揮發性記憶體(nonvolatile memory)的行動電話或其他系統的多種裝置上。為了圖式的清楚，圖3未按比例繪製。
磁性接面包括固定或參考層210、非磁性間隔層220以及自由層230。所示磁性接面200是位於基板202上。在一些實施例中，磁性接面200可包括種子層(一層或多層)及/或覆蓋層(一層或多層)(未示出)。雖然膜層210、220以及230是以特定方向表示，在其他實施例中，可改變此方向。舉例而言，對磁性接面200來說，固定層210表示為較靠近底端(最靠近基板202)。其他未示出的固定層亦可被使用。大致而言，如圖式，若固定層210的磁矩在平面上，固定層將被使用，但是若固定層210的磁矩垂直於平面，固定層將不被使用。這種固定層可用來固定固定層210的磁化向量(未示出)。在一些實施例中，固定層可為藉由交換偏壓(exchange-bias)的交互作用來固定固定層的磁化向量的反鐵磁性層或是多層。磁性接面200經組態以使自由層230在寫入電流流經磁性接面200時，可於多個穩定的磁性狀態之間切換。因此，自由層230的磁矩(未明顯的表示於圖3)可使用自旋轉移力矩來切換。
非磁性間隔層220可為磁阻存在於自由層230與固定層210之間的穿隧阻障層、導體或是其他結構。在一些實施例中，非磁性間隔層220是結晶氧化鎂穿隧阻障層。這種非磁性間隔層可具有較佳的晶體方向(crystallographic orientation)，像是(100) 方向。然而，在額外的及/或其他的實施例中，可使用其他材料。
雖然繪示為簡易層，固定層210及/或自由層230可包括多層。舉例而言，固定層210可為包括透過例如是釕的薄層反鐵磁性地或鐵磁性地耦合的磁性層的合成反鐵磁性層。在這種合成反鐵磁性層中，多層的磁性層與一層或多層的釕或是其他材料的薄層交錯。自由層230及/或固定層210亦可為其他的多層結構。
自由層230及/或固定層210可各自具有超越出平面去磁能的垂直異向能(perpendicular anisotropy energy)。因此，自由層230及/或固定層210可分別具有各自的磁矩，在平衡狀態下，磁矩方向垂直於平面。換句話說，固定層210及/或自由層230的易磁化軸(easy axis)可垂直於平面。在其他實施例中，自由層230及/或固定層210的磁矩可穩定於另一個方向包括但不限制於是在平面方向。自由層230及/或固定層210的磁矩亦可能為其他方向。
自由層230具有若干個子區域在其中。在一些實施例中，子區域對應於在自由層230之內的鐵磁性層。在其他實施例中，子區域可為在單一層中的晶粒或是其他鐵磁性區域。在另一個實施例中，可組合兩種形式的子區域。每一個子區域具有熱穩定因子，△/kbT，其中kb是波茲曼常數、T是絕對溫度(temperature in Kelvin)且△是子區域的磁熱穩定常數。每一個子區域的熱穩定性因子(△/kbT)可在低的操作溫度範圍裡。換句話說，磁熱穩定常數，△，可以是低的。熱穩定性因子/低磁熱穩定常數可充分地低到使個別的子區域在操作溫度下熱不穩定。舉例而言，個別的子 區域在室溫下可為熱不穩定。在一些實施例中，這種現象對應於△/kbT在操作溫度下少於六十。在一些實施例中，△/kbT在操作溫度下可少於四十。因此，在不存在其他子區域的情形下，自由層230中的個別子區域在室溫下可為熱不穩定。
雖然個別的子區域可為熱不穩定，自由層230整體可為熱穩定。子區域間為弱磁性地耦合。在一些實施例中，子區域為鐵磁性地耦合。因為這種弱鐵磁性耦合，自由層230子區域的磁矩大致傾向於對齊排列在同一方向上或是保持對齊於相同的整體方向上。如此一來，自由層230整體於室溫下保持熱穩定。這種現象可被認為是對應於△total/kbT至少為六十的情形。在一些實施例中，自由層可具有至少為八十的熱穩定性因子△total/kbT。這是因為當施加寫入電流時，子區域之間的鐵磁性耦合對個別的子區域而言，可為△total的一部份，但並不是△的一部份。
兩子區域之間的鐵磁性耦合可定義如下。為每一子區域定義一個無因次耦合參數(dimensionless coupling parameter)，Ac。這個無因次耦合參數由下列方程式表示：Ac=coupling energy/(△*Kb*T*Z)，其中“耦合能”是兩個子區域之間耦合的全部能量，△是子區域本身的熱穩定性，而Z為每一個子區域鄰接的子區域數量。如上述討論，上述方程式中的△明顯的少於六十，每一個子區域本身並非熱穩定。Z一般至少為四但不超過六，並且亦可為子區域的配位數目(coordination number)，理想的Ac是至少為0.2但 不超過3.0。在一些實施例中，Ac至少為0.5但不超過1.2。
因此，自由層230在未被寫入時為熱穩定。此外，自由層230在讀取時為穩定。舉例而言，自由層230的磁矩可穩定於讀取電流最高為三分之一的寫入電流的情形。在一些實施例中，自由層230的磁矩可穩定於讀取電流最高為不超過二分之一的寫入電流的情形。因此，這樣的讀取電流不能充分的克服子區域之間的磁性交互作用。然而，自由層230的磁矩可使用寫入電流來切換。在替代的實施例中，自由層230的磁矩可使用寫入電流與磁場的組合來切換。
對讀取操作而言，讀取電流是透過磁性接面200來驅動。根據磁性接面200的磁阻，可決定自由層230的狀態。對於寫入操作而言，在所需方向上可施加寫入電流以取代磁場的或是外加於磁場。自旋轉移由於寫入電流誘發的力矩可因此充分的克服子區域之間的磁性耦合。一旦弱磁性耦合被克服，個別的子區域可輕易地使用自旋轉移力矩來切換。這是因為子區域具有低熱穩定性因子/低熱穩定常數。舉例而言，一個或多個別子區域的磁矩可不與自由層230的淨磁矩(net magnetic moment)對齊排列且/或具有較低的寫入電流。如此一來，自旋轉移力矩可更輕易地切換自由層230的磁矩。因此，自由層230的子區域可以類似於自由層110的膜層的方式於不同的電流及/或時間之間切換。然而，自由層230子區域切換的順序不限制於與自由層110的膜層相同的方式。例如，如果自由層230的子區域是膜層，它們不需要具有 在遠離非磁性間隔層220的方向上增加的切換電流密度/熱穩定性。自由層230的子區域可以隨機的順序切換。或是以一個順序，其不從最靠近非磁性間隔層220的子區域開始以離非磁性間隔層220距離的遠近作為切換先後的順序。
磁性接面200可提升效能。因為磁性耦合，自由層230在工作溫度以及低於工作溫度下熱穩定。因為子區域較低的磁熱穩定常數與較低的磁熱穩定性因子，可降低所需的寫入電流。此外，個別的子區域可容易地被切換。因為較低的磁熱穩定常數與較低的磁熱穩定性因子是取決於△，個別子區域包括在脈衝長度減少的情形下寫入錯誤率亦可被減少。因為類似的原因，子區域可在沒有過驅動或過驅動減少的情形下被切換。因此，可實現更快、更少錯誤且更容易的切換。
圖4繪示包括自由層230’的磁性接面200’另一個示範實施例，自由層230’具有低磁熱穩定常數的子區域，子區域之間鐵磁性的耦合且能夠以自旋轉移來切換。為了圖式的清楚，圖4未按比例繪製。磁性接面200’類似於磁性接面200。因此相似的膜層採用相似的標示。磁性接面200’包括分別類似於膜層210、220及230的固定層210’、非磁性間隔層220’以及自由層230’。在一些實施例中，可包括選擇性的種子層(未示出)、選擇性的固定層(未示出)及/或選擇性的覆蓋層(未示出)。磁性接面200’亦經組態以使自由層230’的磁化向量在寫入電流經過磁性接面200’時可於穩定的磁性狀態之間切換。因此，自由層230’的磁性接面可 使用自旋轉移力矩來切換。
在磁性接面200’中，自由層230’較固定層210’更靠近於基板202’。自由層230’具有類似於那些在自由層230中的子區域。在一些實施例中，子區域可對應於在自由層230’內的鐵磁性層。在其他實施例中，子區域可以是晶粒或是其他在單一膜層內的鐵磁性區域。在另一個實施例中，可組合兩種形式的子區域。因此，熱穩定性因子與磁熱穩定常數可以是低的。在一些實施例中，熱穩定性因子/低磁熱穩定常數可低到足夠使個別的子區域在操作溫度下熱不穩定。在一些實施例中，這個現象對應於在操作溫度下△/kbT少於六十的情形。在一些實施例中，△/kbT在操作溫度下可少於四十。
雖然在類似於自由層230的方式下，個別的子區域可為熱不穩定，但自由層230’整體可為熱穩定。子區域為弱磁性地耦合。在一些實施例中，子區域為鐵磁性地耦合。因為這種弱鐵磁性地耦合，自由層230’的子區域的磁矩傾向於大致對齊排列於同一方向上或是保持對齊於相同的整體方向上。如此一來，自由層230’整體在室溫時為熱穩定。
磁性接面200’可具有與磁性接面200相同的優點。因為個別子區域的低熱穩定性因子以及子區域之間的磁性耦合，可提升磁性接面200’的效能。因為磁性耦合，自由層230’於工作溫度以及低於工作溫度下熱穩定。因為子區域較低的磁熱穩定常數與低磁熱穩定性因子，可降低所需的寫入電流、寫入錯誤率以及過 驅動，並可達成較快的寫入。因此，可實現較快、較少錯誤且較容易的切換。
圖5繪示包括自由層230”的磁性接面200”的另一個示範實施例，自由層230”具有低磁熱穩定常數的子區域，子區域之間鐵磁性的耦合且能夠以自旋轉移來切換。為了圖式的清楚，圖5未按比例繪製。磁性接面200”類似於磁性接面200/200’。因此相似的膜層採用相似的標示。磁性接面200”包括分別類似於膜層210/210’、220及230/230’的固定層210”、非磁性間隔層220以及自由層230”。在一些實施例中，可包括選擇性的種子層(未示出)、選擇性的固定層(未示出)及/或選擇性的覆蓋層(未示出)。磁性接面200”亦經組態以使自由層230”的磁化向量在寫入電流經過磁性接面200”時可於穩定的磁性狀態之間切換。因此，自由層230”的磁性接面可使用自旋轉移力矩來切換。
磁性接面200”是一個雙磁性接面。因此自由層230”位於非磁性間隔層220與240之間。磁性接面200”亦包括類似於固定層210/210’/210”的額外固定層250。自由層230”具有類似於那些在自由層230及/或230’中的子區域。在一些實施例中，子區域可對應於在自由層230”內的鐵磁性層。在其他實施例中，子區域可以是晶粒或是其他在單一膜層內的鐵磁性區域。在另一個實施例中，可組合兩種形式的子區域。因此，熱穩定性因子與磁熱穩定常數可以是低的。在一些實施例中，熱穩定性因子/低磁熱穩定常數可低到足夠使個別的子區域在操作溫度下熱不穩定。在一些實 施例中，這個現象對應於△/kbT在操作溫度下少於六十的情形。在一些實施例中，△/kbT在操作溫度下可少於四十。
雖然在類似於自由層230及/或230’的方式下個別的子區域可為熱不穩定，但自由層230”整體可為熱穩定。子區域為弱磁性地耦合。在一些實施例中，子區域為鐵磁性地耦合。因為這種弱鐵磁性地耦合，自由層230”的子區域的磁矩傾向於大致對齊排列在同一方向上或是保持對齊於相同的整體方向上。如此一來，自由層230”整體在室溫下為熱穩定。
磁性接面200”可具有與磁性接面200及/或200’相同的優點。因為個別子區域的低熱穩定性因子以及子區域之間的磁性耦合，可提升磁性接面200”的效能。因為磁性耦合，自由層230”在工作溫度以及低於工作溫度下熱穩定。因為子區域較低的磁熱穩定常數與較低的磁熱穩定性因子，可降低所需的寫入電流、寫入錯誤率以及過驅動，並可達成較快的寫入。因此，可實現較快、較少錯誤且較容易的切換。
圖6繪示具有子區域的自由層300的另一示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖6未按比例繪製。自由層300可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層300可如同是自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般的被使用。
自由層300包括與非磁性層304及308交錯的磁性層 302、306及310。磁性層302、306及310對應於膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然圖式中僅示出三層的磁性層302、306及310及兩層的非磁性層304及308，亦可使用其他數量的膜層。舉例而言，可提供兩層或多層的磁性層於不同的實施例中。磁性層302、306及310分別具有磁矩303、307及311。在所示的一些實施例中，自由層300的總體磁矩301可為實質上地垂直於平面(也就是在圖6的z方向上)。雖然圖式繪示為實質上地垂直於平面，在其他實施例中，磁矩301、303、307及311可在其他方向上。
在一些實施例中，磁性層302、306及310分別具有低磁熱穩定常數與低熱因子。特別是，在一些實施例中低熱穩定性因子對應於在操作溫度下小於六十的熱穩定性因子；而在另一些實施例中，熱穩定性因子並且/或者是在操作溫度下小於四十。膜層302、306及310之間亦具有弱磁性耦合。弱磁性耦合可透過非磁性層304及308來提供。非磁性層304及308的出現使得磁性層302、306及310分別的磁矩303、307及311略有不同。因此，雖然個別磁性層302、306及310可不為熱穩定，自由層300可具有在特定方向上穩定的淨磁矩301。因為它們為磁性，磁性層302、306及310可包含鈷(Co)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的至少其中一種金屬。此外，磁性層302、306及310可例如是在具有磁性材料的合金中包括硼(B)、鉭(Ta)、鎢(W)、鍺(Ge)、釩(V)及矽(Si)的至少其中一個。非磁性層304及308可包括鉭(Ta)、 鎢(W)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、釕(Ru)、釩(V)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋁(Al)、矽(Si)、鉻(Cr)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、鎂(Mg)、鈦(Ti)的其中一個或多個，以及一個或多個上述這些金屬的氮化物、一個或多個上述這些金屬的氧化物、一個或多個上述這些金屬的硼化物、一個或多個上述這些金屬的碳化物及/或相似的材料。
磁性層302、306、一直到310經組態以使磁矩303、307及311不對齊排列。特別是，磁矩303、307及311可位於相對於膜層垂直平面方向的不同的角度上。舉例而言，膜層302、306及310的垂直異向性、厚度、材料、磁矩及/或其他磁性特徵可個別地經過調整以使它們與淨垂直磁矩301之間形成於不同夾角。類似地，非磁性層304及308的厚度及/或其他特性可經組態以使磁性層302、306及310具有所須的磁矩(大小與方向)以及所需的磁性交互作用。舉例而言，磁矩的方向可使用垂直異向性來調整。單一膜層的垂直異向性(Ku)可調整成大約為其2πMs 2(出平面去磁能)的值。當Ku大於其2πMs 2的值，膜層的磁化向量的方向沿其薄膜的法線(垂直)方向；當Ku稍微小於其2πMs 2的值，膜層的磁化向量傾斜於垂直方向與平面方向之間。藉由調整膜層302、306及310的垂直異向性至接近於該膜層2πMs 2的值，可促成磁矩在所需的方向上。因此，膜層302、306及310的易磁化軸(easy axes)可為不同。在一些實施例中，最靠近非磁性間隔層220的膜層是在自由層300所需的淨磁矩301的方向上。在一些實施例中， 磁阻可被增強。因此，在所示的實施例中，自由層300可以類似於膜層230的方式位於非磁性間隔層之上。然而，相同的配置可使用於其他磁性接面。
由於磁矩303、307及310可與垂直膜層的方向(例如是z方向)形成的不同夾角，可改善使用自由層300的磁性接面的切換特性。當施加寫入電流時，至少一些磁矩307及311不與z方向對齊排列。因此，對應的膜層306及310可不沿著停滯點。因此，相較膜層302，自旋轉移力矩可更容易地切換這些膜層306及310。因此，自由層300的膜層302、306、一直到310可以類似於自由層110的膜層的方式在不同的電流及/或時間之間切換。然而，在自由層300的膜層302、306、一直到310切換的順序並不限制於與自由層110的膜層相同的方式。例如，自由層300的膜層302、306、一直到310不需要具有在遠離非磁性間隔層220的方向上增加的切換電流密度/熱穩定性。自由層300的膜層302、306、一直到310可以隨機的順序切換或是以一個順序，其不包括以從最靠近非磁性間隔層220的子區域開始依與非磁性間隔層之間距離的遠近作為切換先後的順序。
切換自由層300的寫入錯誤率及長尾現象可進一步減少。此外，個別的子區域/膜層302、306及310的低熱穩定性因子與子區域/膜層302、306及310之間的弱磁性耦合使得自由層在工作溫度及低於工作溫度下熱穩定，並同時減少寫入電流、寫入錯誤率及過驅動，且達成更快的寫入速度。因此，可為自由層300 實現更快，錯誤更少且更容易的切換。
圖7繪示具有子區域的自由層300’的另一個示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖7未按比例繪製。自由層300’可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層300’可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般的被使用。
自由層300’亦類似於自由層300。因此，相似的元件具有相似的標示。自由層300’因此包括與非磁性層304及308交錯的磁性層302’、306’及310’，膜層302’、306’、310’、304及308分別類似於膜層302、306、310、304及308。磁性層302’、306’及310’亦對應於膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三層磁性層302’、306’及310’以及兩層的非磁性層304及308，亦可使用其他數量的膜層。可提供兩層或多層的磁性層於不同的實施例中。磁性層302’、306’及310’具有磁矩303’、307’及311’，其分別類似於膜層302、306及310以及磁矩303、307及311。在所示的實施例中，自由層300’的總體磁矩301’可實質上地垂直於平面(也就是在z方向上)。然而，磁矩301’、303’、307’及311’可在其他方向上。
由於膜層302’、306’、及310’類似於膜層302、306及310，它們可分別具有類似的低磁熱穩定常數、低熱穩定性因子並且可為弱磁性地耦合。因此，雖然個別的磁性層302’、306’、及310’ 可不為熱穩定，自由層300’可具有在特定方向上的穩定淨磁矩301’。磁性層302’、306’、一直到310’亦經組態以使磁矩303’、307’及311’不對齊排列。舉例而言，可分別地調整膜層的垂直異向性、厚度、材料、磁矩及/或其他磁性特徵以使它們與淨垂直磁矩301’之間形成不同的夾角。在一些實施例中，最靠近於非磁性間隔層220的膜層是在自由層300’所需的淨磁矩301’的方向上。在這種實施例中，磁阻可被增強。因此，在所示的實施例中，自由層300’可以類似於膜層230’的方式位於非磁性間隔層之下。然而，相同的配置可用於其他磁性接面。
自由層300’可具有與自由層300相似的優點。特別是，寫入錯誤率及寫入速度可藉由磁矩303’、307’及311’與垂直膜層的方向(例如是z方向)之間形成不同的夾角而得到改善。此外，個別子區域/膜層302’、306’及310’的低熱穩定性因子及子區域/膜層302’、306’及310’之間的弱磁性耦合使得自由層300’在工作溫度或是低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率以及過驅動，且可達成較快的寫入。因此，可為自由層300’達成較快、較少錯誤及較容易的切換。
圖8繪示具有子區域的自由層300”的另一個示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖8未按比例繪製。自由層300”可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層300”可如同自由層230、230’及230” 的其中一個或多個一般被使用。
自由層300”亦類似於自由層300及/或300’。因此，相似的元件具有相似的標示。自由層300”因此包括與非磁性層304及308交錯的磁性層302”、306”及310”，膜層302”、306”、310”、304及308分別類似於膜層302/302’、306/306’、310/310’、304及308。磁性層302”、306”及310”亦對應於膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三層磁性層302”、306”及310”以及兩層非磁性層304及308，亦可被使用其他數量的膜層。可提供兩個或多個磁性層於不同的實施例中。磁矩303”、307”及311”分別類似於磁矩303/303’、307/307’及311/311’。在所示的實施例中，自由層300”的總體磁矩301”可實質上地垂直於平面(也就是在z方向上)。然而，磁矩301”、303”、307”及311”可在其他方向上。
因為膜層302”、306”、及310”類似於膜層302/302’、306/306’及310/310’，它們可分別具有類似的低磁熱穩定常數、低熱穩定性因子且可為弱磁性地耦合。因此，雖然個別的磁性層302”、306”、及310”可不為熱穩定，自由層300”可具有在特定方向上的穩定淨磁矩301”。磁性層302”、306”、一直到310”亦經組態以使磁矩303”、307”及311’不對齊排列。舉例而言，可分別調整膜層的垂直異向性、厚度、材料、磁矩及/或其他磁性特徵以使它們與淨垂直磁矩301”之間形成不同的夾角。在一些實施例中，最靠近於非磁性間隔層220的膜層是在自由層300”所需的淨 磁矩301”的方向上。在這種實施例中，磁阻可被增強。因此，在所示的實施例中，自由層300”以類似於膜層230”的方式作為雙磁性接面的自由層。然而，相同的配置可用於其他磁性接面。
自由層300”可具有與自由層300及/或300’相似的優點。特別是寫入錯誤率及寫入速度可藉由磁矩303”、307”及311”與垂直膜層的方向(例如是z方向)之間形成不同的夾角而得到改善。此外，個別子區域/膜層302”、306”及310”的低熱穩定性因子及子區域/膜層302”、306”及310”之間的弱磁性耦合使得自由層300”在工作溫度或是低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率以及過驅動，且可達成較快的寫入。因此，可為自由層300”實現較快、較少錯誤及較容易的切換。此外，雙磁性接面的使用可提供增強的磁阻及/或增強的自旋轉移力矩。
圖9繪示具有子區域的自由層300'''的另一示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖9未按比例繪製。自由層300'''可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層300'''可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般被使用。自由層300'''亦類似於自由層300、300’及/或300”。因此，相似的元件具有相似的標示。
自由層300'''因此包括與非磁性層304及308交錯的磁性層302'''、306'''及310'''，其具有磁矩303'''、307'''及311'''，膜層302'''、306'''、310'''、304及308分別類似於膜層 302/302’/302”、306/306’/306”、310/310’/310”、304及308。磁矩303'''、307'''及311'''分別類似於磁矩303/303’/303”、307/307’307”及311/311’/311”。磁性層302'''、306'''及310'''亦對應至膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三層磁性層302'''、306'''及310'''以及兩層非磁性層304及308，亦可使用其他數量的膜層。可提供兩個或多個磁性層於不同的實施例中。在所示的實施例中，自由層300'''的總體磁矩301'''可實質上地垂直於平面(也就是在z方向上)。然而，磁矩301'''、303'''、307'''及311'''可在其他方向上。
在一些實施例中，最靠近非磁性間隔層220的膜層是在自由層300'''所需的淨磁矩301'''的方向上。在這種實施例中，磁阻可被增強。因此，在所示的實施例中，自由層300'''可以類似於膜層230”的方式作為雙磁性接面的自由層。然而，同樣的配置可用於其他磁性接面。此外，較靠近自由層300'''的中心的磁矩例如是膜層306'''可具有進一步從z方向偏離的磁矩。如可見於圖9，膜層306'''具有在平面上的磁矩307'''。然而，在其他實施例中，磁矩307'''的方向可為不同。
自由層300'''可具有與自由層300、300’及/或300”相似的優點。特別是，寫入錯誤率及寫入速度可藉由磁矩303'''、307'''及311'''與垂直膜層的方向(例如是z方向)之間形成不同的夾角而得到改善。此外，個別子區域/膜層的低熱穩定性因子使得自由層300'''在工作溫度或是低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電 流、寫入錯誤率以及過驅動，且可達成較快的寫入。因此，可為自由層300'''達成較快、較少錯誤及較容易的切換。此外，雙磁性接面的使用可提供增強的磁阻及/或增強的自旋轉移力矩。
圖10繪示具有子區域的自由層300''''的另一個示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖10未按比例繪製。自由層300''''可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層300''''可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般被使用。自由層300''''亦類似於自由層300、300’、300”及/或300'''。因此，相似的元件具有相似的標示。
自由層300''''因此包括與非磁性層304及308交錯的磁性層302''''、306''''及310''''，其具有磁矩303''''、307''''及311''''，膜層302''''、306''''、310''''、304及308分別類似於膜層302/302’/302”/302'''、306/306’/306”/306'''、310/310’/310”/310'''、304及308。磁矩303''''、307''''及311''''分別類似於磁矩303/303’/303”/303'''、307/307’307”/307'''及311/311’311”/311'''。磁性層302''''、306''''及310''''亦對應至膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三層磁性層302''''、306''''及310''''以及兩層非磁性層304及308，亦可使用其他數量的膜層。可提供兩個或多個磁性層於不同的實施例中。在所示的實施例中，自由層300''''的總體磁矩301''''可實質上地垂直於平 面(也就是在z方向上)。然而，磁矩301''''、303''''、307''''及311''''可於其他方向上。
在一些實施例中，最靠近非磁性間隔層220的膜層是在自由層300''''所需的淨磁矩301''''的方向上。在這種實施例中，磁阻可被增強。因此，在所示的實施例中，自由層300''''可以類似於膜層230”的方式作為雙磁性接面的自由層。然而，相同的配置可用於其他磁性接面。此外，自由層300''''具有磁壁(magnetic domain)在其中。換言之，自由層300''''具有垂直的磁疇(magnetic domain)。如此一來，底端膜層302''''的磁矩303''''是在與頂端磁性層310''''相反的方向上。在所示的實施例中，膜層的磁矩303''''與311''''垂直於平面。如此一來，在一些實施例中，會需要磁矩302''''與310''''為不同。如此一來，自由層300''''具有淨磁矩，其具有至少一個垂直於平面的組成。
自由層300''''可具有與自由層300、300’、300”及/或300'''相似的優點。特別是，寫入錯誤率及寫入速度可藉由磁矩303''''、307''''及311''''與垂直膜層的方向(例如是z方向)之間形成不同的夾角而得到改善。此外，個別子區域/膜層的低熱穩定性因子使得自由層300''''在工作溫度或是低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率以及過驅動，且可達成較快的寫入。因此，可為自由層300''''實現較快、較少錯誤及較容易的切換。此外，雙磁性接面的使用可提供增強的磁阻及/或增強的自旋轉移力矩。
圖11繪示具有子區域的自由層300'''''的另一示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖11未按比例繪製。自由層300'''''可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層300'''''可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般被使用。自由層300'''''亦類似於自由層300、300’、300”、300'''及/或300''''。因此，相似的元件具有相似的標示。
自由層300'''''因此包括與非磁性層304及308交錯的磁性層302'''''、306'''''及310'''''，其具有磁矩303'''''、307'''''及311'''''，膜層302'''''、306'''''、310'''''、304及308分別類似於膜層302/302’/302”/302'''/302''''、306/306’/306”/306'''/306''''、310/310’/310”/310'''/310''''、304及308。磁矩303'''''、307'''''及311'''''分別類似於303/303’/303”/303'''/303''''、307/307’/307”/307'''/307''''及311/311’/311”/311'''/311''''。磁性層302''''、306''''及310''''亦對應至膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三層磁性層302'''''、306'''''及310'''''以及兩層非磁性層304及308，亦可使用其他數量的膜層。可提供兩層或多層的磁性層於不同的實施例中。在所示的實施例中，自由層300'''''的總體磁矩301'''''可實質上地垂直於平面(也就是在x方向上)。然而，磁矩301'''''、303'''''、307'''''及311'''''可在其他方向上。
所示自由層300'''''具有實質上地在平面的磁矩301'''''。 因此膜層302'''''、306'''''及310'''''分別具有磁矩303'''''、307'''''及311'''''，其具有部份或全部的組成在平面上。在一些實施例中，最靠近非磁性間隔層220的膜層是在自由層300'''''所需的淨磁矩301'''''的方向上。在這種實施例中，磁阻可被增強。因此，在所示的實施例中，自由層300'''''可以類似於膜層230的方式位於非磁性間隔層之上。然而，相同的配置可被使用於其他磁性接面。
自由層300'''''可具有與自由層300、300’、300”、300'''及/或300''''相似的優點。特別是，寫入錯誤率及寫入速度可藉由磁矩303''''、307''''及311''''與垂直膜層的方向(例如是z方向)之間形成不同的夾角而得到改善。此外，個別子區域/膜層的低熱穩定性因子使得自由層300'''''在工作溫度下或是低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率以及過驅動，且可達成較快的寫入。因此，可為自由層300'''''實現較快、較少錯誤及較容易的切換。此外，雙磁性接面的使用可提供增強的磁阻及/或增強的自旋轉移力矩。
圖12繪示具有子區域的自由層320的一示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖12未按比例繪製。自由層320可使用於200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層320可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般被使用。
自由層320包括與非磁性層304及308交錯的磁性層 322、326及330。磁性層322、326及330對應於膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三層磁性層322、326及330以及兩層非磁性層324及328，亦可使用其他數量的膜層。舉例而言，可提供兩個或多個磁性層於不同的實施例中。磁性層322、326及330分別具有磁矩323、327及331。在所示的實施例中，自由層320的總體磁矩321可實質上地垂直於平面(也就是在圖12的z方向上)。雖然繪示為實質上地垂直於平面，在其他實施例中，磁矩321、323、327及331可在其他方向上。
在一些實施例中，磁性層322、326及330分別具有低磁熱穩定常數與低熱穩定性因子。特別是，在一些實施例中低熱穩定性因子在操作溫度下對應至小於六十的熱穩定性因子，而在另一些實施例中並且/或是在操作溫度下對應至小於四十的熱穩定性因子。膜層322、326及330之間亦具有弱磁性耦合。弱磁性耦合可透過非磁性層324及328來提供。非磁性層324及328的出現使得磁性層322、326及330分別的磁矩323、327及331略為不同。雖然個別磁性層322、326及330可不為熱穩定，自由層320可具有在特定方向上穩定的淨磁矩321。
磁性層322、326及至330經組態為實質上地相同。因此，易磁化軸的方向與磁矩的大小可為實質上地相同。在所示的實施例中，膜層322、326及330分別的易磁化軸垂直於平面(在z方向上)。然而，在任何時刻，磁矩303、307及311可在與垂直膜層平面的方向具有不同夾角的方向上。圖12可因此被視為是在某 個時刻所捕捉到自由層320的畫面。在其他的時間，磁矩323、327及331可具有其他的方向。
因為磁矩323、327及331可與垂直膜層的方向(例如是z方向)之間形成不同的夾角，使用自由層320的磁性接面的切換特性可被改善。當施加寫入電流時，因為磁矩323、327及/或331熱的不穩定性的關係，至少部份的磁矩323、327及/或331不對齊排列於z方向上。對應膜層322、326及/或330的一層或多層可不沿著停滯點。因此，自旋轉移力矩可更輕易地切換這些膜層。自由層320的膜層322、326及至330可以類似於自由層110膜層的方式在不同的電流及/或時間之間切換。然而，自由層320的膜層322、326、一直到330的切換順序不限制於像是自由層110的膜層的相同方式。舉例而言，自由層320的膜層322、326、一直到330不需要具有在遠離非磁性間隔層220的方向上增加的切換電流密度/熱穩定性。自由層320的膜層322、326、一直到330可以隨機的順序切換，或是以一個順序，其不包括以從最靠近非磁性間隔層220的子區域開始依與非磁性間隔層220之間距離的遠近來作為切換先後的順序。
自由層320切換的寫入錯誤率與長尾現象可因此被減少。個別子區域/膜層322、326及330的低熱穩定性因子與子區域/膜層322、326及330之間弱磁性耦合的組合使得自由層320在工作溫度或是在低於過作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率及過驅動，且可達成較快的寫入。因此，可為自由層320 實現較快、較少錯誤且較容易的切換。
圖13繪示具有子區域的自由層340的一示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖13未按比例繪製。自由層340可使用於200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層340可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般被使用。
自由層340為單磁性層，其包括藉由分隔區域(intervening region)344、346及350隔開的磁性子區域342、348及352。雖然所示為三個磁性子區域342、348及352以及三個分隔區域344、346及350，在其他實施例中，亦可使用其他數量的磁性子區域與分隔區域。在所示的實施例中，自由層340的總體磁矩341可為實質上地垂直於平面。在其他實施例中，磁矩341、343、349、353可在其他方向上。在其他實施例中，分別具有類似於子區域342、348及352的磁性子區域的多層膜層可被使用於自由層中。
磁性子區域342、348及352分別具有低磁熱穩定常數與低穩定性因子。特別是，在一些實施例中低熱穩定性因子對應至在工作溫度下小於六十的熱穩定性因子，並且/或是在另一些實施例中在工作溫度下小於四十的熱穩定性因子。子區域342、348及352之間亦具有弱磁性耦合。弱磁性耦合可透過分隔區域344、346及350來提供。分隔區域344、346及350的出現使得磁性子區域 342、348及352分別的磁矩343、349及353略為不同。雖然個別磁性子區域342、348及352可為熱不穩定，自由層340在特定方向上可具有穩定的淨磁矩341。換句話說，子區域342、348及352的易磁化軸可實質上地在同方向上。磁矩343、349及353的大小可為相同或不同。在所示的實施例中，子區域342、348及352分別的易磁化軸垂直於平面(在z方向上)，然而，磁矩343、349及353可在與垂直膜層平面的方向之間具有不同夾角的方向上。在一些實施例中，子區域342、348及352經組態而為實質上地相同。在這種實施例中，熱波動(thermal fluctuations)為造成磁矩343、349及353方向不同的原因。在其他實施例中，子區域342、348及352可為不同。在這種實施例中，磁矩343、349及353在方向上的不同可視為是子區域342、348及352配置的一部分以及/或可歸因於在磁矩343、349及353的熱波動所造成。
因為磁矩343、349及353可與垂直膜層的方向形成不同的夾角(例如是易磁化軸/磁矩341的方向)，使用自由層340的磁性接面的切換特性可被改善。當施加寫入電流時，至少一些磁矩343、349及/或353不與z方向對齊排列。所對應的區域342、348及/或352的其中一個或多個可不沿著停滯點。因此，自旋轉移力矩可更容易地切換這些區域。子區域342、348及352之間的磁性耦合及/或自旋轉移力矩可切換其餘的子區域。因此自由層340的子區域342、348、一直到352可以類似自由層110的膜層的方式在不同電流及/或時間之間切換。然而，自由層340的子區域342、 348、一直到352切換的順序不限制於如同自由層110的膜層的相同方式。自由層340的子區域342、348及至352可以隨機的順序切換，或者是以一個順序，其不包括以從最靠近非磁性間隔層220的膜層開始依與非磁性間隔層220之間距離的遠近作為切換先後的順序。
在自由層340的單一層中的磁性子區域342、348及至352可以多種方式配置。在一些實施例中，磁性子區域是晶粒，圖14繪示了一個這種實施例。圖14繪示包括晶粒342’、348’及352’的自由層340’的平面圖，自由層340’與晶粒342’、348’及352’分別類似於自由層340與子區域342、348及352。自由層340’包括藉由晶界344’、346’及350’分隔的磁性晶粒342’、348’及352’。或者是，區域342’、348’及352’可為藉由晶界或部分的非磁性矩陣隔開的磁性區域/粒子。在其他實施例中，磁性子區域342’、348’及352’可以其他方式形成。圖15繪示包括區域342”、348”及352”的自由層340”的平面圖。自由層340”與區域342”、348”及352”分別類似於自由層340/340’與子區域342/342’、348/348’及352/352’。子區域342”、348”及352”可以黃光微影或是其他類似的方式形成。這些區域342”、348”及352”可藉由以黃光微影形成的非磁性區域344”、346”及350”及/或晶界來隔開。圖16繪示包括區域342'''、348”及352'''的自由層340'''的平面圖。自由層340'''與區域342'''、348'''及352'''分別類似於自由層340/340’/340”與子區域342/342’/342”、348/348’/348”及 352/352’/352”。子區域342'''、348'''及352'''可以黃光微影或是其他類似的方式形成。這些區域342'''、348'''及352'''可藉由以黃光微影形成的非磁性子區域344'''、346'''及350'''及/或晶界來隔開。然而，相對於自由層340”，子區域342'''及348'''環繞其他磁性子區域，磁性子區域352'''則是在其餘的子區域之內。
自由層340、340’、340”及/或340'''切換的寫入錯誤率W及長尾現象可因此被減少。個別子區域342、348及352的低熱穩定性因子與子區域342、348及352之間的弱磁性耦合的組合使得自由層340在工作溫度或是低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率及過驅動，並可達成較快的寫入。因此，可為自由層340、340’、340”及/或340'''實現較快、較少錯誤及較容易的切換。
圖17繪示具有子區域的自由層340''''的另一示範實施例。子區域具有低磁熱穩定常數並在子區域之間具有磁性耦合，且子區域可使用自旋轉移切換。為了圖示的清楚，圖17未按比例繪製。自由層340''''可使用於磁性接面200、200’及/或200”的其中一個或多個。因此，自由層340''''可如同自由層230、230’及230”的其中一個或多個一般被使用。自由層340''''亦類似於自由層340、340’、340”及/或340'''。因此，相似的元件具有相似的標示。
自由層340''''因此包括與區域344''''、346''''及350''''交錯的磁性子區域342''''、348''''及352''''，其具有磁矩343''''、 349''''及353''''。上述膜層分別類似於膜層342/342’/342”/342'''、348/348’/348”/348'''、352/352’/352”/352'''、344/344’/344”/344'''、346/346’/346”/346'''、350/350’/350”/350'''以及類似於磁矩343/343’/343”/343'''、349/349’/349”/349'''及353/353’/353”/353'''。磁性子區域342''''、348''''及350''''對應至膜層230、230’及/或230”的子區域。雖然所示為三個磁性子區域342''''、348''''及350''''，亦可提供其他數量的子區域。在所示的實施例中，自由層340''''的總體磁矩341''''可為實質上地位於平面(例如在磁矩341''''的方向)。然而，磁矩341''''、343''''、349''''及353''''可在其他方向上。
自由層340''''可與自由層340、340’、340”及/或340'''具有相似的優點。特別是，寫入錯誤率可被減少且可藉由磁矩343''''、349''''及353''''與易磁化軸的方向(例如是磁矩341''''的方向)之間形成不同的夾角來改善寫入速度。此外，個別子區域的低熱磁性因子使得自由層340''''在工作溫度及低於工作溫度下熱穩定，同時減少寫入電流、寫入錯誤率以及過驅動，且可達成更快的寫入。因此，可為自由層340''''實現較快、較少錯誤且較容易的切換。
此外，磁性接面200、200’及/或200”以及自由層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、340'''及/或340''''可被使用於磁性記憶體中。圖18繪示一個這種記憶體的實施例。磁性記憶體400包括讀取/ 寫入行選擇驅動器402及406以及字元線選擇驅動器404。要注意的是可提供其他及/或不同的元件。記憶體400的儲存區域包括磁性儲存單元410。每一個磁性儲存單元包括至少一個磁性接面412以及至少一個選擇裝置414。在一些實施例中，選擇裝置414是電晶體。磁性接面412可包括磁性接面200、200’及/或200”以及自由層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、340'''及/或340'''的其中一個或多個。雖然所示為每一個儲存單元410具有一個磁性接面412。在其他實施例中，每一個儲存單元可提供其他數量的磁性接面412。
因為磁性記憶體400採用磁性接面200、200’及/或200”以及自由層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、340'''及/或340'''，磁性記憶體400的效能可被提升。特別是，可使用低切換電流且同時維持磁性記憶體400的熱穩定性。
圖19繪示用來製造磁性接面的方法500的一示範實施例，磁性接面例如是使用自由層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、340'''及/或340'''的磁性接面200、200’及/或200”。為求簡潔的表示，一些步驟可被省略、合併、以其他順序執行以及/或是互相交錯。方法500是以磁些接面200為背景來作描述。然而，方法200可使用於此其他磁性接面例如是使用自由層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、 340'''及/或340'''的接面200、200’及/或200”。此外，方法500可被納入磁性記憶體的製造過程。因此，方法500可被用來製作自旋轉移力矩隨機存取記憶體400或是其他的磁性記憶體。方法500亦可包括提供選擇性種子層(一層或多層)，選擇性覆蓋層(一層或多層)以及選擇性固定層(未示出)
透過步驟502提供固定層210。步驟502可包括以固定層210所需的厚度沉積所需的材料。此外，步驟502可包括提供合成非鐵磁性層。
透過步驟504提供非磁性層220。步驟504可包括沉積所需的非磁性材料包括但不限至於是結晶氧化鎂。此外，可於步驟504中沉積材料所需的厚度。
透過步驟506提供自由層230。步驟506可包括以自由層110所需的厚度沉積所需的材料。更詳細而言，所提供的自由層具有所需的較低磁熱穩定性與弱鐵磁性耦接。在步驟506中，膜層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、340'''及/或340'''被製造。
透過步驟508完成製造。在一些實施例中，步驟508包括製造例如是膜層240的額外間隔層以及例如是膜層250的額外固定層。亦可在步驟508中沉積選擇性的覆蓋層及/或其他膜層。因此，藉由使用方法500，可實現磁性接面200、200’及/或200”以及自由層230、230’、230”、300、300’、300”、300'''、300''''、300'''''、320、340、340’、340”、340'''及/或340'''的優點。
描述一種用於提供易於切換的自由層、使用此自由層的磁性接面以及利用此磁性接面所製造的記憶體的方法與系統。已根據所示的示範實施例來描述系統與方法，並所屬領域具通常知識者將易於明白上述的實施例可有所變化，且任何方法與變化是在上述方法與系統的精神與範圍內。因此，在不脫離所附申請範圍的精神與範圍下，可藉所屬領域具通常知識者進行多種的修改與調整。
200‧‧‧磁性接面
202‧‧‧基板
210‧‧‧固定層
220‧‧‧非磁性間隔層
230‧‧‧自由層

Claims (20)

  1. 一種磁性接面，適用於磁性裝置，包括：固定層；非磁性間隔層；以及自由層，具有多個子區域，所述多個子區域的每一個具有磁熱穩定常數，所述多個子區域鐵磁性地耦合以使所述自由層具有總體磁熱穩定常數，所述磁熱穩定常數使得所述多個子區域的每一個在操作溫度下磁熱不穩定，所述總體磁熱穩定常數使得所述自由層在操作溫度下磁熱穩定，其中所述磁性接面經組態以使所述自由層在寫入電流經過所述磁性接面時，可於多個穩定的磁性狀態之間切換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述多個子區域包括與至少一非磁性層交錯的多層的磁性層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的磁性接面，其中所述多層的磁性層具有第一層與第二層，所述第一層具有第一層磁化向量並且最靠近所述非磁性間隔層，以及所述第二層具有第二磁化向量並且最遠離所述非磁性間隔層，所述第一層磁化向量實質上地垂直於平面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的磁性接面，其中所述第二層具有第二層磁化向量實質上地反平行於所述第一層磁化向量，所述第一層磁化向量具有不同於所述第二磁化向量的第二量值的第一量值。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的磁性接面，其中所述自由 層具有磁壁在其中。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的磁性接面，其中所述第一層磁化向量實質上地平行於所述第二層磁化向量。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的磁性接面，其中所述多層的磁性層實質上地相同。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述多個子區域對應於藉由至少一晶界分隔的多個晶粒。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中每一個所述多個子區域的所述熱穩定常數不大於一個數值，所述數值為八十乘以波茲曼常數乘以操作溫度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的磁性接面，其中所述數值不大於四十乘以波茲曼常數乘以操作溫度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述多個子區域經組態以一個不依與非磁性間隔層之間的距離為切換先後的順序作切換。
  12. 一種磁性記憶體，包括：多個磁性儲存單元，所述多個磁性儲存單元的每一個包括至少一個磁性接面，所述至少一個磁性接面包括固定層、非磁性間隔層以及具有多個子區域的自由層，所述多個子區域的每一個具有磁熱穩定常數，所述多個子區域鐵磁性地耦合以使所述自由層具有總體磁熱穩定常數，所述磁熱穩定常數使得所述所述多個子區域的每一個在操作溫度下磁熱不穩定，所述總體磁熱穩定常數使所述自由層在操作溫度下磁熱穩定，所述磁性接面經組態以使所述自由層在寫入電流經過所述磁性接面時可於多個穩定的磁性 狀態之間切換；以及多條位元線，與所述多個磁性儲存單元耦合。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的磁性記憶體，其中所述多個子區域包括與至少一層非磁性層交錯的多層磁性層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的磁性記憶體，其中所述多層磁性層具有第一層及第二層，所述第一層具有第一層磁化向量並且最靠近於所述非磁性間隔層，以及第二層具有第二層磁化向量並且最遠離所述非磁性間隔層，所述第一層磁化向量實質上地垂直於平面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的磁性記憶體，其中所述第二層具有反平行於所述第一層磁化向量的第二層磁化向量，所述第一層磁化向量具有相異於所述第二層磁化向量的第二量值的第一量值。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的磁性記憶體，其中所述自由層具有磁壁在其中。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的磁性記憶體，其中所述多個子區域對應至藉由至少一個晶界分隔的多個晶粒。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的磁性記憶體，其中所述多個子區域的每一個具有不超過八十的熱穩定常數。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述多個子區域經組態以一個不依與非磁性間隔層之間的距離為切換先後的順序作切換。
  20. 一種提供適於使用於磁性裝置的磁性接面的方法，包括：提供固定層； 提供非磁性間隔層；以及提供具有多個子區域的自由層，所述多個子區域的每一個具有磁熱穩定常數，所述多個子區域鐵磁性地耦合以使所述自由層具有總體磁熱穩定常數，所述磁熱穩定常數使得每一所述多個子區域在操作溫度下磁熱不穩定，所述總體磁熱穩定常數使得所述自由層在操作溫度下磁熱穩定，其中所述磁性接面經組態以使所述自由層在寫入電流經過所述磁性接面時可於多個穩定的磁性狀態之間切換。
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