TW201621654A - 具有用以感應在磁性層其上應變的介面之自旋轉移力矩記憶體及邏輯裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭露係關於自旋轉移力矩記憶體裝置與自旋邏輯裝置的製造，其中在這些裝置內的至少一個磁鐵內形成應變工程介面。在一項實施例中，該自旋轉移力矩記憶體裝置可包括自由磁性層堆疊，該自由磁性層堆疊包含毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層。在另一項實施例中，該自旋邏輯裝置可包括輸入磁鐵、輸出磁鐵；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層及/或毗連在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸的晶狀自旋相干通道的該晶狀磁性層。

Description

具有用以感應在磁性層其上應變的介面之自旋轉移力矩記憶體及邏輯裝置
本說明的實施例通常係關於微電子裝置領域，且更特別地，係關於自旋轉移力矩記憶體與邏輯裝置。
積體電路組件的更高性能、更低成本、增加的小型化以及積體電路的更大封裝密度係為用於製造微電子邏輯與記憶體裝置之微電子工業的持續目標。自旋裝置，譬如自旋邏輯與自旋記憶體，可致使新種類的邏輯與架構用於微電子組件。不過，自旋裝置會因以高切換電流操作的低速而更糟糕。因此，有改善這些自旋裝置之效率的持續強烈需求。
100‧‧‧自旋轉移力矩記憶體裝置
110‧‧‧自旋轉移力矩元件
120‧‧‧自由磁性層電極
125‧‧‧材料層
130‧‧‧自由磁性層
140‧‧‧穿隧阻障層
150‧‧‧固定磁性層
152‧‧‧合成反鐵磁性部份
1521‧‧‧第一固定磁性層
1522‧‧‧非磁性金屬層
1523‧‧‧第二固定磁性層
154‧‧‧反鐵磁性層
160‧‧‧固定磁性層電極
170‧‧‧磁性穿隧接面
172‧‧‧箭頭
174‧‧‧箭頭
175‧‧‧自旋轉移力矩記憶體裝置
180‧‧‧自旋轉移力矩記憶體裝置
182‧‧‧自由磁性層堆疊
184‧‧‧晶狀磁性層
1841‧‧‧晶狀磁性層
1842‧‧‧晶狀磁性層
186‧‧‧晶狀壓力源層
1861‧‧‧晶狀壓力源層
1862‧‧‧晶狀壓力源層
188‧‧‧應變工程介面
1881‧‧‧應變工程介面
1882‧‧‧應變工程介面
190‧‧‧垂直磁異向性
192‧‧‧位元線
194‧‧‧電晶體
196‧‧‧字元線
198‧‧‧訊號線
210‧‧‧自旋邏輯裝置
212‧‧‧第一或輸入磁鐵
214‧‧‧第二或輸出磁鐵
216‧‧‧自旋相干通道
218‧‧‧箭頭
222‧‧‧供應電壓平面
224‧‧‧介質層
226‧‧‧地面
228‧‧‧傳導通道
232‧‧‧介質間隙
234‧‧‧重疊面積
236‧‧‧重疊面積
250‧‧‧應變自旋邏輯裝置
252‧‧‧應變工程介面
252‧‧‧輸入磁鐵
254‧‧‧輸出磁鐵
262‧‧‧晶狀磁性層
264‧‧‧晶狀壓力源層
266‧‧‧應變工程介面
272‧‧‧應變工程介面
274‧‧‧垂直磁異向性
280‧‧‧應變自旋邏輯裝置
300‧‧‧計算裝置
302‧‧‧板
304‧‧‧處理器
306‧‧‧通訊晶片
306A‧‧‧通訊晶片
306B‧‧‧通訊晶片
本揭露的主題係在說明書的歸納部份中被特別指出且明顯地提出要求。本揭露的前述與其他特徵將從連同附圖 而產生的下列說明與附加申請專利範圍而變得更完全明瞭。要理解，附圖僅僅描繪根據本揭露的數個實施例，其係並且因此不被視為限制其範圍。該揭露將以經由使用附圖的額外專一性與細節來說明，使得本揭露的優點將可更易於確定，其中：圖1a係為繪示根據本說明之一實施例之自旋轉移力矩記憶體裝置的示意圖。
圖1b係為繪示根據本說明另一實施例之自旋轉移力矩記憶體裝置的示意圖。
圖2a係為繪示根據本說明之一實施例之具有自由磁性層之磁性穿隧接面的側視示意圖，該自由磁性層具有反平行於固定磁性層的磁性定向。
圖2b係為繪示根據本說明之一實施例之具有自由磁性層之磁性穿隧接面的側視示意圖，該自由磁性層具有平行於固定磁性層的磁性定向。
圖3繪示在該技藝中已知之自旋轉移力矩記憶體裝置的斜示意圖。
圖4繪示根據本說明之一實施例之自旋轉移力矩記憶體裝置的斜示意圖。
圖5繪示根據本說明之另一實施例之自旋轉移力矩記憶體裝置的斜示意圖。
圖6繪示根據本說明之仍另一實施例之自旋轉移力矩記憶體裝置的斜示意圖。
圖7係為相關於圖3與4之實施例之自旋電流對切換 時間的圖。
圖8係為在該技藝中已知之自旋邏輯裝置的側視示意圖。
圖9係為根據本說明之一實施例之自旋邏輯裝置的側視示意圖。
圖10繪示根據本說明之一實施過程的計算裝置。
【發明內容及實施方式】
在下列的實施方式中，可參考附圖，該等附圖藉由繪示顯示具體實施例，在該等具體實施例中，可實行所申請的主題。這些實施例被充分詳細地說明，以致使所屬技術領域中具有通常知識者實行該主題。要理解，多種實施例(雖然不同)不一定彼此互斥。例如，本文中所說明之結合一項實施例的特定特徵、結構、或特色可在其他實施例內實施而沒有脫離所申請主題的精神與範圍內。在本說明書內對「一項實施例」或「一實施例」的參考意味著結合該實施例來說明的特定特徵、結構、或特色係被包括在本說明內所含有的至少一項實施過程中。因此，使用片語「一項實施例」或「一實施例」不一定意指相同實施例。此外，要理解，在各揭示實施例內之各別元件的位置或排列可被修改而沒有脫離所申請主題的精神與範圍。下列的實施方式因此不應當被理解為有限制意涵，且該主題的範圍僅僅由適當詮釋的附加申請專利範圍連同附加申請專利範圍有權得到之等同物的全部範圍來定義。在圖式中，同 樣的號碼意指全部數圖之相同或相似的元件或功能，且其中所描繪的元件不一定彼此按比率縮放，倒不如，可將個別元件放大或縮小，以便能夠更輕易地理解在本說明上下文中的元件。
本文中所使用的用語「上方」、「至」、「之間」、以及「上」意指一層相對於其他層的相對位置。在另一層「上方」或「上」或接合「至」另一層的一層可與其他層直接接觸或可具有一或多中間層。諸層「之間」的一層可與該等層直接接觸或可具有一或多層中間層。
本說明的實施例係關於自旋轉移力矩記憶體裝置與自旋邏輯裝置的製造，其中形成應變工程介面，以毗連在這些裝置內的至少一個磁鐵。在一項實施例中，自旋轉移力矩記憶體裝置可包括自由磁性層堆疊，該自由磁性層堆疊包含毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層。在另一項實施例中，自旋邏輯裝置可包括輸入磁鐵、輸出磁鐵；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含磁堆疊，該磁堆疊包括毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；以及自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸。在仍另一實施例中，自旋邏輯裝置可包括輸入磁鐵、輸出磁鐵、在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸的晶狀自旋相干通道，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含毗連該晶狀自旋相干通道的晶狀磁性層。
圖1a顯示包括自旋轉移力矩元件110之已知自旋轉移力矩記憶體裝置100的示意圖。自旋轉移力矩元件110 可包含頂部接觸或自由磁性層電極120以及相鄰該自由磁性層電極120的自由磁性層130、相鄰釘住或固定磁性層150的固定磁性層電極160、以及配置在自由磁性層130與固定磁性層150之間的穿隧阻障層140。自由磁性層電極120可電性連接到位元線192。固定磁性層電極160可連接到電晶體194。以所屬技術領域中具有通常知識者將理解的方式，電晶體194可連接到字元線196與訊號線198。自旋轉移力矩記憶體裝置100可進一步包括額外讀取與寫入電路(沒顯示)、感應放大器(沒顯示)、位元線參考(沒顯示)、以及諸如此類，其將為所屬技術領域中具有通常知識者所理解，以用於操作自旋轉移力矩記憶體裝置100。要理解，複數個自旋轉移力矩記憶體裝置100可操作來彼此連接，以形成記憶體陣列(沒顯示)，其中該記憶體陣列可被合併到非揮發性記憶體裝置內。
包含自由磁性層130、穿隧阻障層140、以及固定磁性層150之自旋轉移力矩元件110的部分，其被稱為磁性穿隧接面170。
如圖1b中所示，自旋轉移力矩記憶體裝置100具有反向定向，其中自由磁性層電極120電性連接到電晶體194，且固定磁性層電極160連接到位元線192。
參考圖2a與2b，磁性穿隧接面170功能實質如同電阻器，在此，經過磁性穿隧接面170之電路徑的電阻以兩電阻狀態存在，「高」或「低」，其取決於在自由磁性層130中以及在固定磁性層150中磁化的方向或定向。圖2a 繪示高電阻狀態，其中，在自由磁性層130與固定磁性層150中磁化的方向彼此實質相反或反平行。這以自由磁性層130中從左指向右的箭頭172以及固定磁性層150中從右指向左、反向對準的箭頭174來繪示。圖2b繪示低電阻狀態，其中在自由磁性層130中與固定磁性層150中的磁化方向彼此實質對準或平行。這以從右指向左、對準相同方向之自由磁性層130中的箭頭172以及固定磁性層150中的箭頭174來繪示。
要理解，相關於磁性穿隧接面170之電阻狀態的用語「低」與「高」係彼此相對。換言之，高電阻狀態僅僅是可偵測到比低電阻狀態更高的電阻，反之亦然。因此。以可偵測到電阻的差，低與高電阻狀態可代表不同位元的資訊(亦即，「0」或「1」)。
自由磁性層130中磁化的方向可經由使用自旋極化電流之稱為自旋轉移力矩(「STT」)的過程而被切換。電流通常未被極化(例如，由大約50%自旋向上與大約50%自旋向下的電子組成)。自旋極化電流係為具有許多自旋向上或自旋向下電子的電流，其係可藉由使電流通過固定磁性層150而產生。來自固定磁性層150之自旋極化電流的電子隧穿經過穿隧阻障層140，且將它的自旋角動量轉移到自由磁性層130，其中到自由磁性層130將定向它的磁性方向從反平行(如圖2a所示)到固定磁性層150的磁性方向或平行(如圖2b所示)。藉由將電流反向，自由磁性層130將回到它的最初定向，如圖2a所示。
因此，磁性穿隧接面170可藉由它的磁化狀態儲存單一位元的資訊(「0」或「1」)。儲存在磁性穿隧接面170中的資訊係藉由驅動一電流經過磁性穿隧接面170而感應。自由磁性層130不需要電力來保留它的磁性定向；因此，當至裝置的電力被移除時，磁性穿隧接面170的狀態則會被保持。因此，圖1a與1b的自旋轉移力矩記憶體裝置100則為非揮發性。
圖3繪示具體自旋轉移力矩記憶體裝置175的斜示意圖。在一項實施例中，自由磁性層電極120與固定磁性層電極160可包含任何適當的傳導材料或傳導材料層，包括但不限於釕、鉭、鈦、以及諸如此類、以及其合金。自由磁性層130可包含至少一鐵磁性層，其包括但不限於鈷/鐵合金、鎳/鐵合金、鉑/鐵合金、以及諸如此類，其係能夠保持一磁場或極化。在具體實施例中，自由磁性層130可包含鈷/鐵/硼合金。如所示，至少一額外的材料層125，譬如鉭/鉿層或諸如此類，其係可配置於自由磁性層電極120與自由磁性層130之間，以用於改善性能，如所屬技術領域中具有通常知識者所理解。在一項實施例中，穿隧阻障層140係為氧化物層，包括但不限於氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al2O3)、以及諸如此類。
正如在圖3所進一步顯示地，固定磁性層150可包含合成反鐵磁性部份152與反鐵磁性層154。合成反鐵磁性部份可包含毗連穿隧阻障層140的第一固定磁性層1521、毗連第一固定磁性層1521的非磁性金屬層1522、以及毗 連非磁性金屬層1522的第二固定磁性層1523，其中反鐵磁性層154毗連第二固定磁性層1523。第一固定磁性層1521可包含鈷、鐵、及硼的合金，非磁性金屬層1522可包含釕或銅，第二固定磁性層1523可包含鈷/鐵合金，且反鐵磁性層154可包含鉑/鎂合金、銥/鎂合金、以及諸如此類。
不過，如先前所討論的，圖3的自旋轉移力矩記憶體裝置175會因以高切換電流操作的低速而更糟糕。改善性能的其中一種方式係為經由使用垂直磁異向性(PMA)層。就具有高穿隧磁阻的材料堆疊而言，由於表面垂直磁異向性的需求，磁性層的厚度不限於小於1.2奈米。因此需要大磁鐵面積，以確保在此小磁性層厚度上的磁性位元穩定性，正如所屬技術領域中具有通常知識者所將理解的。
圖4繪示具有應變、自由磁性層堆疊182的一自旋轉移力矩記憶體裝置180，該磁性層堆疊包含晶狀磁性層184與晶狀壓力源層186，其形成應變工程介面188於其間。晶狀磁性層184可形成一平面於x-y方向(x-y平面)中，其中該應變工程介面188可誘發晶狀磁性層184中的強垂直磁異向性190，其指離(z方向)它的平面(x-y平面)，使得晶狀磁性層184的自旋切換能夠以較高的速度發生。晶狀磁性層184與晶狀壓力源層186兩者必須為晶狀材料，譬如晶狀金屬，以用於形成應變工程介面188。在本說明的一項實施例中，晶狀磁性層184可包括任何適當的晶狀磁性材料，包括但不限於鎳、鐵、以及鈷。在本 說明的具體實施例中，晶狀磁性層184包含面向中心的正方[001]鎳層。在本說明的一實施例中，晶狀壓力源層186係為將誘導晶狀磁性層184上之應變以形成應變工程介面188的任何適當晶狀材料，包括但不限於銅、鋁、鉭、鎢、以及諸如此類。在本說明的具體實施例中，晶狀壓力源層186包含面向中心的立方[001]銅層。
在該技藝中已知，具有直接接觸面向中心的正方[001]鎳層之[001]定向之面向中心的立方銅層的應變工程介面188，可於x-y平面中產生+2.5%應變以及-3.2%於z方向中(亦即，離開x-y平面)。進一步已知，z-方向中的最大應力在面向中心的正方[001]鎳層的大約12原子層上達到最大值，其對應0.76MA/m3(亦即，1.5T異向性場)。
要理解，雖然圖4繪示壓力源層186放置於自由磁性層電極120與晶狀磁性層184之間，要理解，該放置可被反向，其中晶狀壓力源層186被放置於穿隧阻障層140與晶狀磁性層184之間，如圖5所示。
如圖6所示，應變、自由磁性層堆疊182可包含複數層交替晶狀磁性層(以元件1841與1842繪示)以及晶狀壓力源層(以元件1861與1862繪示)，以形成複數層應變工程介面(以元件1881與1882繪示)。要理解，複數層晶狀磁性層1841與1842以及晶狀壓力源層1861與1862係在反向的位置中，相關於圖5來說明。
圖7係為有關圖3的自旋轉移力矩記憶體裝置175 (曲線B)對圖4的自旋轉移力矩記憶體裝置180(曲線A)之性能之預測資料的標準化圖，其中X-軸係為以微安培為單位的自旋電流，且Y-軸係為以奈秒為單位的切換時間(對數規格)。圖4的自旋轉移力矩記憶體裝置180(曲線A)被預測在該電流值上具有比圖3的自旋轉移力矩記憶體裝置175(曲線B)更快大約三(3)倍的切換速度。進一步，預測在磁鐵尺寸中有九(9)倍改善，其中用於圖4之自旋轉移力矩記憶體裝置180之大約13nm×13nm的磁鐵平面尺寸將具有與用於圖3自旋轉移力矩記憶體裝置175之大約40nm×40nm磁鐵平面尺寸的相同性能。亦注意，增加的單軸異向性(Hk)亦減少磁性穿隧接面的寫入錯誤率，以達到嵌入應用的設計規格，正如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的。
正如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的，許多優點可用本說明的實施例來實行，其包括但不限於用於已知磁性熱障的臨界電流、已知足跡的改善穩定性、以及明顯更厚自由層的賦能(例如，就單一面向中心的立方[001]銅層/面向中心的正方[001]鎳層堆疊而言，多達5nm，且就複數個面向中心的立方[001]銅層/面向中心的正方[001]鎳層堆疊而言，多達5-20nm)。
本說明的實施例具有具體堆疊排列(其中，「/」指示彼此毗連的那些層)，其包括但不限於下列及其變化：1)頂部電極/鉭層/[面向中心的立方[001]銅層/面向中心的正方[001]鎳層]n(其中，n係為交替層對的數目，如 先前所討論)/CoxFeyBz層/氧化鎂層/CoxFeyBz層/釕層/CoFe層/反鐵磁性層/底部電極；以及2)頂部電極/反鐵磁性層/CoFe層/釕層/CoxFeyBz層/氧化鎂層/CoxFeyBz層/[面向中心的立方[001]銅層/面向中心的正方[001]鎳層]n(其中，n係為交替層對的數目，如先前所討論)/晶種層/底部電極。
在鎳層與氧化鎂(MgO)層之間層的存在可容許起因於CoxFeyBz/MgO/CoxFeyBz系統之對稱過濾的高磁阻。在本說明中，使用Ni/CoxFeyBz/MgO堆疊可保留高磁阻，同時使用在鎳層中之應變誘導垂直磁異向性的磁性特性。再者，在本說明的一項實施例中，鎳層的厚度(一般大於2nm)可被工程化，以容許藉由累積充分的應變於垂直磁異向性層(例如，鎳層)中而形成垂直磁異向性。
已知可將自旋轉移技術施加到邏輯裝置。如圖8所示，在該技藝中已知的自旋邏輯裝置210可包含第一或輸入磁鐵212、第二或輸出磁鐵214，且自旋相干通道216可延伸於輸入磁鐵212與輸出磁鐵214之間，其中自旋相干通道216可實施從輸入磁鐵212到輸出磁鐵214的自旋電流(以虛線箭頭218顯示)以回應於輸入磁鐵212的狀態來決定輸入磁鐵的狀態。由於此一自旋邏輯裝置210的操作係所屬技術領域中具有通常知識者所已知，為了簡單明瞭，具體的操作原則將在本文中不說明。
在一項已知的實施例中，輸入磁鐵212及/或輸出磁鐵214可包含至少一鈷/鐵/硼合金磁鐵，且自旋相干通道 216可為銅。供應電壓平面222電性通訊輸入磁鐵212與輸出磁鐵214兩者。自旋相干通道216可形成在介質層224上且可經由延伸經過介質層224的傳導通道228而電性連接到地面226。至少一介質間隙232可形成在自旋相干通道216中，以提供隔離給由所繪示輸入磁鐵212、輸出磁鐵214、以及自旋相干通道216所定義的具體裝置。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解到，可選擇地面226的維度，以將自旋邏輯裝置210的能量延遲最佳化。正如所屬技術領域中具有通常知識者將進一步理解地，自旋相干通道216係為在用於長自旋擴散長度之銅層中被蝕刻的線。再者，自旋邏輯裝置210的方向性可藉由輸入磁鐵212與輸出磁鐵214之間的幾何不對稱所設定。具有自旋相干通道216之輸入磁鐵212的「重疊面積」234比輸出磁鐵214的「重疊面積」236更大，以造成不對稱的自旋傳導，在此輸入磁鐵212設置自旋的方向於自旋相干通道216中。要理解，重疊234的輸入磁鐵面積與重疊236的輸出磁鐵面積不僅包括沿著所繪圖式之平面的「長度」維度(沒有標示)還包括垂直延伸離開所繪圖式之平面的「寬度」維度(沒有顯示)。
圖9繪示本說明的一項實施例，其中應變自旋邏輯裝置280可藉由形成輸入磁鐵252與輸出磁鐵254被製造，其中輸入磁鐵252與輸出磁鐵254的至少一個可包含晶狀磁性層262與晶狀壓力源層264，其中應變工程介面266形成於至少一輸入磁鐵252與輸出磁鐵254的晶狀磁性層 262與晶狀壓力源層264之間。在另一個實施例中，自旋相干通道216可包含晶狀層，使得應變工程介面272能夠形成於晶狀磁性層262與晶狀自旋相干通道216之間。這可排除晶狀壓力源層264的需求。輸入磁鐵252與輸出磁鐵254的至少一個的晶狀磁性層262可形成一平面(x-y方向，其中y方向(沒顯示)垂直於該圖延伸)，其中(在晶狀磁性層262與晶狀壓力源層264之間)應變工程介面266及/或(在晶狀磁性層262與晶狀自旋相干通道216之間)應變工程介面272，可在輸入磁鐵252與輸出磁鐵254之至少一個的晶狀磁性層262中誘導指離(z-方向)它各別平面的強垂直磁異向性274，使得輸入磁鐵252與輸出磁鐵254之至少一個的自旋切換能夠以更高的速度發生。在本說明的一項實施例中，輸入磁鐵252與輸出磁鐵254的至少一個的晶狀磁性層262可包括任何適當的晶狀磁性材料，其包括但不限於鎳、鐵、及鈷。在本說明的具體實施例中，輸入磁鐵252與輸出磁鐵254之至少一個的晶狀磁性層262可包含面向中心的正方[001]鎳層。在本說明的一實施例中，晶狀壓力源層264與自旋相干通道216的至少一個係為任何適當的晶狀材料，其將誘導在晶狀磁性層262上的應變，以形成(在晶狀磁性層262與晶狀壓力源層264之間)應變工程介面266及/或(在晶狀磁性層262與晶狀自旋相干通道216之間)應變工程介面272，其包括但不限於銅、鋁、鉭、鎢、及諸如此類。在本說明的具體實施例中，晶狀壓力源層264與自旋相干通 道216的至少一個可包含面向中心的立方[001]銅層。譬如(在晶狀磁性層262與晶狀壓力源層264之間)應變工程介面266及/或(在晶狀磁性層262與晶狀自旋相干通道216之間)應變工程介面272之此一應變工程介面的潛在好處，已經相關於圖4-6的自旋轉移力矩記憶體裝置180來討論，且為了簡單明瞭，將不再重複。要理解，雖然圖9繪示壓力源層264係放置於晶狀磁性層262上方，但是要理解，該放置可被反向。
藉由使用與磁鐵動態耦合之向量自旋電路模型來模擬暫態自旋動態與傳輸，具有鈷/鐵/硼合金磁鐵之圖8已知實施例的性能以及具有起因於面向中心的立方[001]銅層與面向中心的正方[001]鎳層之間介面之應變工程介面252的圖9之本說明實施例的性能可被估算，其中該等磁鐵以單一磁動量處理，且自旋電路理論可被使用來計算純量電壓與矢量自旋電壓。磁鐵的動態可藉由蘭道-李佛西茲-吉爾伯特(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程式來說明，如下：δm1/δt=-γμ0[m1 * Heff]+α[m1 * δm1/δt]+Is1/eNs
δm2/δt=-γμ0[m2 * Heff]+α[m2 * δm2/δt]+Is2/eNs
其中：m1與m2各別為輸入磁鐵與輸出磁鐵
t係為時間
γ係為電子旋磁比
μ0係為真空的磁導率
Heff係為源於形狀與材料異向性的有效磁場
α係為吉爾伯特(Gilbert)阻尼常數
Is1與Is2係為從自旋電路分析取得、進入磁鐵之垂直於自旋極化電流之磁化的投射
e係為電子電荷
Ns係為自旋數目
自旋等效電路包含由磁化之瞬間方向所決定的張量自旋傳導矩陣，且自相一致的隨機解算器則使用來計算磁鐵的熱噪音。
此一模擬結果係在表1中總結，其中切換時間及能量/位元的三倍改善係令人期待。
雖然在本文中沒有說明製造圖4-6之應變自旋轉移力矩記憶體裝置180或圖9之應變自旋邏輯裝置250的精確方法，但是，要理解，用於製造的步驟可包括標準微電子製造過程，譬如微影、蝕刻、薄膜沈積、平面化(譬如化學機械拋光(CMP))、擴散、計量學、犧牲層之使用、蝕刻停止層之使用、平面化停止層之使用、及/或與微電子組件製造有關的任何其它動作。
圖10繪示根據本說明之一項實施過程的計算裝置300。計算裝置300將板302罩住。板302包括許多組 件，包括但不限於處理器304以及至少一通訊晶片306A、306B。處理器304物理且電性耦合到板302。在一些實施過程中，至少一通訊晶片306A、306B亦可物理且電性耦合到板302。在進一步的實施過程中，通訊晶片306A、306B係為處理器304的一部分。
依據它的應用，計算裝置300可包括可或不可物理且電性耦合到板302的其它組件。這些其它組件包括，但不限於，揮發性記憶體(例如，DRAM)、非揮發性記憶體(例如，ROM)、快閃記憶體、圖形處理器、數位信號處理器、密碼處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控式螢幕顯示器、觸控式螢幕控制器、電池、音訊編解碼器、視訊編解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速度計、迴轉儀、揚聲器、照相機、以及大量儲存裝置(譬如硬式磁碟機、光碟(CD)、數位多功能光碟(DVD)、等等)。
通訊晶片306A、306B致使用於資料往返計算裝置300之轉移的無線通訊。用語「無線」與其衍生物可使用來說明電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等等，其可經由使用經過非固體媒介之調變電磁輻射而來通訊資料。該用語沒有意指相關裝置不含有任何線，雖然在一些實施例中，它們可能不含有。通訊晶片306可實施許多無線標準或協定的任一者，包括但不限於Wi-Fi(IEEE802.11家族)、全球互通微波存取(WiMAX)(IEEE802.16家族)、IEEE802.20、長期演進(LTE)、演進資料最佳化(Ev-DO)、 增強版高速封包存取(HSPA+)、增強版高速下行封包存取(HSDPA+)、增強版高速上行封包存取(HSUPA+)、GSM增強數據率演進(EDGE)、全球行動通訊系統(GSM)、通用封包無線服務技術(GPRS)、分碼多重進接(CDMA)、分時多工(TDMA)、數位增強無線通訊(DECT)、藍芽、其衍生物、以及被指定為3G、4G、5G、以及以上的任何其他無線協定。計算裝置300可包括複數個通訊晶片306A、306B。例如，第一通訊晶片306A專用於較短範圍的無線通訊，譬如Wi-Fi與藍芽，且第二通訊晶片306B專用於較長範圍的無線通訊，譬如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO、以及其他。
計算裝置300的處理器304可包括至少一應變自旋邏輯裝置及/或應變自旋轉移力矩記憶體裝置，如以上所說明。用語「處理器」意指處理來自暫存器及/或記憶體的電子資料以將那電子資料轉換成可被儲存於暫存器及/或記憶體中之其他電子資料的任何裝置或一裝置的任何部份。再者，通訊晶片306A、306B可包括至少一應變自旋邏輯裝置及/或應變自旋轉移力矩記憶體裝置，如以上所說明。
在多種實施過程中，計算裝置300係為膝上型電腦、網路筆電、筆電、超極緻筆電、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超級移動電腦、行動電路、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃瞄器、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位照相機、可攜式音樂播放器、或數位視訊 錄影機。在進一步的實施過程中，計算裝置300係為處理資料的任何其他電子裝置。
要理解，本說明的主題不一定限制於在圖式中所繪示的具體應用。該主題可應用於其他微電子裝置與組裝應用以及任何適當的電晶體應用，正如所屬技術領域中具有通常知識者所理解的。
下列實例有關於進一步實施例，其中實例1係為一種自旋轉移力矩記憶體裝置，其包括：自由磁性層堆疊，其包含毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；固定磁性層；以及穿隧阻障層，其配置在該自由磁性層堆疊與該固定磁性層之間。
在實例2中，如實例1之主題可選用地包括該晶狀磁性層，其係平面的且進一步包括與該平面晶狀磁性層垂直的磁異向性。
在實例3中，如實例1至2中任一者之主題可選用地包括晶狀磁性層，其係從由鎳、鐵、以及鈷所組成的該組材料選出。
在實例4中，如實例1至2中任一者之主題可選用地包括晶狀磁性層，其包含面向中心的正方[001]鎳層。
在實例5中，如實例1至4中任一者之主題可選用地包括晶狀壓力源層，其係從由銅、鋁、鉭、以及鎢所組成的該組材料選出。
在實例6中，如實例1至4中任一者之主題可選用地包括晶狀壓力源層，其包含面向中心的立方[001]銅層。
在實例7中，如實例1至6中任一者之主題可選用地包括固定磁性層電極，其電性連接到位元線，其中該固定磁性層與該固定磁性層電極相鄰；自由磁性層電極，其與該自由磁性層堆疊相鄰；以及電晶體，其電性連接到該自由磁性層電極、源極線、以及字元線。
在實例8中，如實例1至6中任一者之主題可選用地包括固定磁性層電極，其與該固定磁性層相鄰；自由磁性層電極，其與該自由磁性層相鄰且電性連接到位元線；以及電晶體，其電性連接到該固定磁性層電極、源極線、以及字元線。
下列的實例有關於進一步實施例，其中實例9係為一種自旋邏輯裝置，其包含：輸入磁鐵；輸出磁鐵；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含磁堆疊，該磁堆疊包括毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；以及自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸。
在實例10中，如實例9之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層，其係平面的且進一步包括與該至少一個平面輸入磁鐵與該平面輸出磁鐵之該晶狀磁性層垂直的磁異向性。
在實例11中，如實例9至10中任一者之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層，其係從由鎳、鐵、以及鈷組成的該組材料所選出。
在實例12中，如實例9至10中任一者之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁 性層，其包含面向中心的正方[001]鎳層。
在實例13中，如實例9至12中任一者之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀壓力源層，其係從由銅、鋁、鉭、以及鎢所組成的該組材料選出。
在實例14中，如實例9至12中任一者之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀壓力源層，其包含面向中心的立方[001]銅層。
下列實例有關於進一步實施例，其中實例15係為一種自旋邏輯裝置，其包含：輸入磁鐵；輸出磁鐵；晶狀自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含毗連該晶狀自旋相干通道的晶狀磁性層。
在實例16中，如實例15之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層，其係平面的且進一步包括與該至少一個平面輸入磁鐵與該平面輸出磁鐵之該晶狀磁性層垂直的磁異向性。
在實例17中，如實例15至16中任一者之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層，其係從由鎳、鐵、以及鈷組成的該組材料所選出。
在實例18中，如實例15至16中任一者之主題可選用地包括該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層，其包含面向中心的正方[001]鎳層。
在實例19中，如實例15至18中任一者之主題可選用地包括該晶狀自旋相干通道，其係從由銅、鋁、鉭、以及鎢所組成的該組材料選出。
在實例20中，如實例15至18中任一者之主題可選用地包括該晶狀自旋相干通道，其包含面向中心的立方[001]銅層。
下列實例有關於進一步實施例，其中實例21係為一種電子系統，其包含：板；以及微電子裝置，其附著到該板，其中該微電子裝置包括自旋轉移力矩記憶體裝置與自旋邏輯裝置的至少一個；其中該自旋轉移力矩記憶體裝置包括包含毗連晶狀壓力源層之晶狀磁性層的自由磁性層堆疊，固定磁性層，以及配置在該自由磁性層堆疊與該固定磁性層之間的穿隧阻障層；其中該自旋邏輯裝置包括以下至少一個：輸入磁鐵，輸出磁鐵；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含磁堆疊，該磁堆疊包括毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；以及自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸；以及輸入磁鐵、輸出磁鐵、在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸的晶狀自旋相干通道，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含毗連該晶狀自旋相干通道的晶狀磁性層。
在實例22中，如實例21之主題可選用地包括該自旋轉移力矩記憶體裝置的該晶狀磁性層及/或該自旋邏輯裝置的該至少一個輸入磁鐵與輸出磁鐵的該晶狀磁性層，其包含面向中心的正方[001]鎳層。
在實例23中，如實例21至22中任一者之主題可選用地包括該自旋轉移力矩記憶體裝置及/或該自旋邏輯裝置的該晶狀壓力源層，其包含面向中心的立方[001]銅層。
在實例24中，如實例21至23中任一者之主題可選用地包括該自旋邏輯裝置的晶狀自旋相干通道，其包含面向中心的立方[001]銅層。
由於已經如此詳細說明本說明的實施例，所以要理解，附加申請專利範圍所定義的本說明不受到以上說明所陳述的特定細節限制，而在不脫離其精神或範圍之下，其許多明白的變化則是可能的。
100‧‧‧自旋轉移力矩記憶體裝置
110‧‧‧自旋轉移力矩元件
120‧‧‧自由磁性層電極
130‧‧‧自由磁性層
140‧‧‧穿隧阻障層
150‧‧‧固定磁性層
160‧‧‧固定磁性層電極
170‧‧‧磁性穿隧接面
192‧‧‧位元線
194‧‧‧電晶體
196‧‧‧字元線
198‧‧‧訊號線

Claims (24)

  1. 一種自旋轉移力矩記憶體裝置，其包含：自由磁性層堆疊，其包含毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；固定磁性層；以及穿隧阻障層，其配置在該自由磁性層堆疊與該固定磁性層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，其中該晶狀磁性層係平面的且進一步包括與該平面晶狀磁性層垂直的磁異向性。
  3. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，其中該晶狀磁性層係從由鎳、鐵、以及鈷所組成的該組材料選出。
  4. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，其中該晶狀磁性層包含面向中心的正方[001]鎳層。
  5. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，其中該晶狀壓力源層係從由銅、鋁、鉭、以及鎢所組成的該組材料選出。
  6. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，其中該晶狀壓力源層包含面向中心的立方[001]銅層。
  7. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，進一步包含：固定磁性層電極，其電性連接到位元線，其中該固定 磁性層與該固定磁性層電極相鄰；自由磁性層電極，其與該自由磁性層堆疊相鄰；以及電晶體，其電性連接到該自由磁性層電極、源極線、以及字元線。
  8. 如申請專利範圍第1項之自旋轉移力矩記憶體裝置，進一步包含：固定磁性層電極，其與該固定磁性層相鄰；自由磁性層電極，其與該自由磁性層相鄰且電性連接到位元線；以及電晶體，其電性連接到該固定磁性層電極、源極線、以及字元線。
  9. 一種自旋邏輯裝置，其包含：輸入磁鐵；輸出磁鐵；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含磁堆疊，該磁堆疊包括毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；以及自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸。
  10. 如申請專利範圍第9項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層為平面的且進一步包括與該至少一個平面輸入磁鐵與該平面輸出磁鐵之該晶狀磁性層垂直的磁異向性。
  11. 如申請專利範圍第9項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層係從 由鎳、鐵、以及鈷組成的該組材料所選出。
  12. 如申請專利範圍第9項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層包含面向中心的正方[001]鎳層。
  13. 如申請專利範圍第9項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀壓力源層係從由銅、鋁、鉭、以及鎢所組成的該組材料選出。
  14. 如申請專利範圍第9項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀壓力源層包含面向中心的立方[001]銅層。
  15. 一種自旋邏輯裝置，其包含：輸入磁鐵；輸出磁鐵；晶狀自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸；以及其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含毗連該晶狀自旋相干通道的晶狀磁性層。
  16. 如申請專利範圍第15項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層為平面的且進一步包括與該至少一個平面輸入磁鐵與該平面輸出磁鐵之該晶狀磁性層垂直的磁異向性。
  17. 如申請專利範圍第15項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層係從由鎳、鐵、以及鈷組成的該組材料所選出。
  18. 如申請專利範圍第15項之自旋邏輯裝置，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之該至少一個的該晶狀磁性層包含面向中心的正方[001]鎳層。
  19. 如申請專利範圍第15項之自旋邏輯裝置，其中該晶狀自旋相干通道係從由銅、鋁、鉭、以及鎢所組成的該組材料選出。
  20. 如申請專利範圍第15項之自旋邏輯裝置，其中該晶狀自旋相干通道包含面向中心的立方[001]銅層。
  21. 一種電子系統，其包含：板；以及微電子裝置，其附著到該板，其中該微電子裝置包括自旋轉移力矩記憶體裝置與自旋邏輯裝置的至少一個；其中該自旋轉移力矩記憶體裝置包括包含毗連晶狀壓力源層之晶狀磁性層的自由磁性層堆疊，固定磁性層，以及配置在該自由磁性層堆疊與該固定磁性層之間的穿隧阻障層；其中該自旋邏輯裝置包括以下至少一個：輸入磁鐵，輸出磁鐵；其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含磁堆疊，該磁堆疊包括毗連晶狀壓力源層的晶狀磁性層；以及自旋相干通道，其在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸；以及輸入磁鐵，輸出磁鐵，在該輸入磁鐵與該輸出磁鐵之間延伸的晶狀自旋相干通道，其中該輸入磁鐵與該輸出磁鐵的至少一個包含毗連該晶狀自旋相干通道的晶狀磁性 層。
  22. 如申請專利範圍第21項之電子系統，其中該自旋轉移力矩記憶體裝置的該晶狀磁性層及/或該自旋邏輯裝置的該至少一個輸入磁鐵與輸出磁鐵的該晶狀磁性層包含面向中心的正方[001]鎳層。
  23. 如申請專利範圍第21項之電子系統，其中該自旋轉移力矩記憶體裝置及/或該自旋邏輯裝置的該晶狀壓力源層包含面向中心的立方[001]銅層。
  24. 如申請專利範圍第21項之電子系統，其中該自旋邏輯裝置的該晶狀自旋相干通道包含面向中心的立方[001]銅層。
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