TW578311B - Antiferromagnetically stabilized pseudo spin valve for memory applications - Google Patents
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Description
578311 ⑴ 玫、發明說明 (發明說明應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 政府權利 本發明根據美國國防部高等研究計劃局授予的合約號 碼MDA972-98-C-0021獲得政府的支援。本發明政府有一定 的權利。 發明背景 技術領域 本發明一般而言有關記憶體技術。尤其，本發明有關非 揮發性磁記憶體。 先前技藝 電腦與其他數位系統使用記憶體以儲存程式與資料。一 種通用的記憶體為隨機存取記憶體（RAM)。許多的記憶體 裝置，例如動態隨機存取記憶體（DRAM)裝置與靜態隨機 存取記憶體（SRAM)裝置為揮發性記憶體。一揮發性記憶 體當移除電力時會喪失資料。例如，當一慣用的個人電腦 關機時，該揮發性記憶體通過一開機程序重新載入。另 外，一些揮發性記憶體例如DRAM裝置需要定期的更新週 期，以保留其資料，甚至當持續供應電力時。 與揮發性記憶體裝置所遭遇到的資料可能喪失相比，當 關掉電源時，非揮發性記憶體裝置將資料保留一段長的時 間週期。非揮發性記憶體裝置的範例包括唯讀記憶體 (ROM)、可程式唯讀記憶體（PROM)、可消除可程式唯讀記 憶體（EPROM)、電可消除PROM(EEPROM)與快閃記憶體等 等。慣用的非揮發性記憶體的缺點是相當大、慢與昂貴。 (2)
此外，慣用的非揮發性記憶體大大地受限於讀週期的能 力，而且通常只能程控儲存資料於一特定的記憶體位置大 約10,000次。上述會妨礙將慣用的非揮發性記憶體，如一 快閃記憶體裝置，使用作為一般用途的記憶體。 一種已知的替代記憶體是磁阻式隨機存取記憶體 (MRAM)。一種使用磁定位將資料保留於記憶體單元的 MRAM裝置。MRAM裝置的優點是相當快且非揮發性，消 耗的電力相當少，且不受寫週期限制之苦。一種使用該鐵 磁性層與金屬層的對稱夾心結構作為一記憶體單元的準 自旋閥（PSV)MRAM裝置，而且在不同時間轉換該鐵磁性 層。 一 PSV MRAM的對稱夾心結構包括一儲存資料的，，硬層 ” ’與一轉換或轉動以儲存資料於該硬層或從該硬層讀取 資料的軟層。當如預期的作業，在轉換該硬層之前轉換該 軟層。該軟層先轉換有利於抑制該硬層的轉換，接著導致 一 PSV MRAM的寫定限比一自旋閥MRAM高。 Ί貝 π a ;刀〜1工剌孩軟 的磁化。無法以相當低的應用磁場轉換一軟層，會導致 PSV MRAM裝置無法運轉為—psv ,⑥不是—自旋閑。上 降低該寫定限，並於一讀取作業期間，使該儲存的資料 誤。為保護PSV MRAM裝置避免資料㈣，讀取作業期 所產生的磁場被維持在相當低的位準，會導致相當低的 入及讀自記憶體單元的可重覆性與可覆寫次數。 登」1^内容 (3) 本發明的實施例以穩定之準自旋閥（PSV)的軟層解決該 等與其他的問&本毛明之實施例包括一抗鐵磁性材料層 (AFM)，以穩定该薄層的磁化。該psv的軟層的穩定性使 PSV MRAM裝置具有相當好的可重覆性與可覆寫次數。 本發明的實施例於一磁記憶體單元中包括一抗鐵磁。在 一 MRAM中形成一柷鐵磁性層與一軟層毗連，在該軟層的 一邊與該硬層相對。一配置進一步在該抗鐵磁性層與該軟 層間包含一添加的非抗鐵磁性材料層。 形成該抗鐵磁性層毗連或接近該psv的軟層。該AFM層 應形成在該軟層的一邊，與該Psv的硬層的一邊相對。此 外，該軟層與該AFM層間的耦合量應夠低，足以使該軟層 在比該硬層低的磁場轉換，因而，使用於讀取作業的磁場 強度與使用於寫入作業的磁場強度之間維持一相當寬的 範圍。 本發明之一實施例於一磁隨機存取記憶體（MRAM)中包 括一抗鐵磁性穩定之準自旋閥（Aspsv)。該ASPSV&括一鐵 磁性材料的硬層，一鐵磁性材料的軟層；一配置在該硬層 與該軟層間的非鐵磁性材料間隔層；及一配置毗連該軟層 的抗鐵磁性層。该抗鐵磁性層也是被配置在該軟層的一邊 與咸硬層相對。該抗鐵磁性層能由一錳合金形成，例如由 锰化鐵（FeMn)形成。 本發明之另一實施例於一磁隨機存取記憶體中 包括一抗鐵磁性穩定之準自旋閥（Aspsv)與一 AFM内層。 該ASPSV包括一適用於以磁定位儲存資料的鐵磁性材料 578311
(4)
硬層，一適用於轉換方向，以允許從該硬層讀取資料的鐵 磁性材料軟層，一配置在該硬層與該軟層間的非鐵磁性材 料間隔層，一配置在該軟層的一邊與該硬層相對的抗鐵磁 性層，及該AFM内層。該AFM内層配置在該軟層與該抗鐵 磁性層之間。該AFM内層能夠由除了抗鐵磁性材料的各種 材料形成。適用於該AFM内層的材料包括銥（Ir)、銅（Cu)、 釕（Ru)、鉻（Cr)與鋁（A1)。該AFM内層可以是相當的薄， 例如大約一單一層的厚度。 本發明之另一實施例包括一種穩定一準自旋閥（PSV)的 方法。該方法包括提供一種包括一軟層與一硬層的磁電阻 式失心結構ί而且在該磁電阻式爽心結構上形成一接近該 軟層的抗鐵磁性層，在該軟層的一邊與該硬層相對。該抗 體鐵磁性層可被呢成她連該軟層，或也可在該軟層與該抗 鐵磁性層之間形成一 AFM内層。 實施方式
雖然以一些最佳實施例描述本發明，其他對熟悉此項技 藝者是顯而易見，包括不提供所有於此所提出的優勢與特 徵的實施例，也是本發明範圍内的實施例。此外，僅由所 提出的該附加申請專利範圍定義本發明範圍。 一種以記憶體單元的磁狀態儲存資料的磁電阻式隨機 存取記憶體（MRAM)。該單元的電阻變化係根據單元的儲 存磁狀態。藉由感測電阻的差異而偵測該單元的儲存狀 態。 圖1係說明一使用自旋閥模式的GMR單元100的透視 -9- 578311
(5)
圖。該GMR單元100包括一字線102與一位元線104。於一 GMR單元中，該位元線104也是一種熟悉的感測線。該位 元線104包括磁性層。藉由同時使電流通過該字線102與該 位元線1 04，而將資料儲存於該位元線104的單元體部分。 該字線102與該位元線104的電流方向（以及後項的磁場應 用）決定儲存該資料的邏輯狀態的磁性定位的極化。例 如，該位元線電流的應用場元件以一第一電流方向，順時 針圍繞該位元線104，而且對於該字線102也是同樣。該兩 (或更多）傳導線的該等應用磁場的總向量決定該單元的 磁狀態。 從該GMR單元100獨取資料，再次將電流加至對應於該 GMR單元的該字線102與該位元線104。根據該等磁性層的 邏輯狀態變化加至該位元線104的電流所遇到的電阻。隨 著該電流具有較大電阻的單元所顯示出的電壓降比具有 較小電阻的單元大。
圖2係說明GMR單元陣烈200的概要俯視圖。於一記憶體 裝置中，由複數個單元配置成該陣列200。此些單元的該 陣列200包複數字線202與複數位元線204。由通過該對應 的字線與位元線的電流選自該陣列200中之一個別的單 元。資料不儲存於或讀取自電流只通過其中之一字線或位 元線的單元。 圖3說一種使用準自旋閥（PSV)模式的GMR單元300，該 GMR單元300包括一字線302與一位元線304。該GMR單元 3 0 0的位元線3 0 4，是一種熟悉的感測線，且進一步包括一 -10- 578311
GMR堆疊，該GMr堆疊包括一第一磁性層3〇6、一傳導層 308與一第二磁性層31〇。該第一磁性層3〇6與第二磁性層 3 10未匹配，以使該第一磁性層306的磁性比該第二磁性層 3 10 ”軟’’ °可藉由製造與該第二磁性層3 10比是相當薄的該 第一磁性層306，以獲得該未匹配磁屬性；藉由選擇一相 當軟的磁性材料作為第一磁性層306，並選擇一相當硬的 磁性材料作為該第二磁性層31 〇 ;或兩者。用於描述一 ·’ 硬層π的其他術語包括”被固定層，，與”固定層”。然而，熟 悉此項技藝者應瞭解根據該儲存資料的邏輯狀態變化一 硬層中的儲存磁定位。用於描述一”軟層”的其他術語包括 ”可變層”與”活動層”。熟悉此項技藝者應瞭解該GMR堆疊 可進一步包括許多鐵磁性材料與間隔層。 該GMR單元300根據磁定位，將資料儲存於第二磁性層 310。需要一相當高的磁場以轉換該第二磁性層310的磁 化，使該磁化保持固定作業。由轉換該第一磁性層306的 磁化轉換該GMR單元300的磁狀態，能夠由加至該對應的 字線302與該對應的位元線304的電流所產生的相當低的 磁場進行轉換。該第一磁性層3 0 6產生的磁化對该弟二磁 性層3 10的磁化不是平行就是反向平行。當該第一磁性層 3〇6的磁化與該第二磁性層310的磁化平行，該GMR單元300 的電阻比當該磁化是相對的反向平行時低。在該字線302 和/或該位元線304的電流能夠以兩方向轉換’以對應在平 行與反向平行之間轉換該第一磁性層306磁化’即’該軟 磁性層。接著感測該位元線304的電阻差異，因而取得該 -11- 578311
GMR單το 3〇〇的儲存邏輯狀態。
圖4說明根據本發明之—實施例的—抗鐵磁性穩定之準 自旋閥的磁阻堆疊400的剖面圖。後面相關的圖6到1 〇描述 該磁阻堆疊4〇〇的測試結果。雖然以障壁或頂蓋層及添加 的内層顯示該磁阻堆疊4〇〇 ,然而熟悉此項技術著應暸解 本發明之一實施例可包括於此描述的所有層之外的其他 層。例如，根據所使用的組裝程序與該組合基板、絕緣層、 導體與本身磁阻材料的結構選擇一些障壁層。 遠說明的磁阻堆疊400包括一底層402、一硬層404、一第
一内層406、一間隔層408、一第二内層41〇、一軟層412、 一抗磁鐵（AFM)性層414、一第一頂蓋層416與一第二頂蓋 層418。該底層402或種子層在該一基板的下面層與硬層4〇4 之間藉由提供堆疊結構以提供黏著。該底層4〇2也能保護 防止该硬層404與下面層間發生不受歡迎的原子擴散，例 如矽基板。有多種材料能夠使用於該底層4〇2。於一實 施例中’由_形成該底層402。其罐使用於該底層 勺材料包括鈦（Τι)、釕（Ru卜鉻化鎳鐵（卿心）與氮化 :⑽）。該底層402所形成的厚度範圍很廣。於一實施例 ，孩履層402的厚度範園大約為1〇埃（幻到1〇〇人。各種的 ^里技術如物^里氣相沈積（咖）、化學氣相沈積（CVD)等等 此夠用於形成於此所描述的各種層。 該硬層，或厚層)用以倚存該抗鐵磁性穩定之準自旋 :::元的資料。相當大的字電流產生相當大的磁場，轉換 诸存於該硬層刺磁距定位以儲存資料。該硬層4〇4能夠 -12- 578311
⑻ 由多種鐵磁性材料形成，例如透磁合金（Ni8〇Fe2〇)，姑一鐵 (Co9〇Fei())等等。於一實施例中，該硬層404的厚度範圍大 約為20埃（A)到100人。 該第一内層406是非必須的。該第一内層406可包括於該 磁阻堆疊400，以提高來自該磁阻堆疊400的信號，即，改 變電阻。於一實施例中，由透磁合金形成該硬層404，由 鈷（Co)或包含鈷的合金，例如C〇9〇Fe1()、Co8〇Fe2〇等等，形 成該第一内層4 0 6。於一範例中，該第一内層4 0 6的厚度範 圍大約為2埃（人）到15 A。 該間隔層408為一分隔該等磁性層的非磁性層。該間隔 層408能由種種各式各樣的非鐵磁性材料所形成。種種各 式各樣的材料能用於形成該間隔層408。於一實施例中， 該間隔層4 0 8為銅（C u)。而銅合金也是合適的材料，例如 銅鍍銀（CuAg)，銅鍍金銀（CuAuAg)等等。於一範例中，該 間隔層4〇8的厚度範圍大約為18埃（A)到45 A。
該第二内層410是非必須的。能夠包括該第二内層410以 提高來自該磁阻堆疊400的信號。於一實施例中，由透磁 合金形成該軟層412，由鉛（Co)或包含鉛的合金，例如 Co90Fe10、Co80Fe20等等，形成該第二内層410。於一範例中， 該第一内層406的厚度相當於大約2埃（A)到15人的範圍。 能夠以相當低的字電流或相當低的磁場轉換或轉動該 軟層412(或薄層）的磁距。當該軟層412的磁距與該硬層404 的磁距平行，該PSV單元的電阻是相當的低。當該軟層412 的磁距與該硬層404的磁距反向平行，該PSV單元的電阻是 -13- 578311
⑺ 相當的高。該軟層412能由多種材料製成，例如透磁合金 (Ni8〇Fe20) ’始一鐵（c〇9〇Fe10)等等。於一實施例中，該軟展 412的厚度比該硬層404的厚度薄大約20%到80%。
該AFM層414為一抗鐵磁性材料層。一抗鐵磁性材料為 回應一應用的磁場，產生電子自旋的反向平行調準，且、、办 有淨磁距。該AFM層414協助控制該軟層412的磁化，使該 軟層412更一致地以相當低的應用磁場轉換此些磁距，因 而使該抗鐵磁性穩定之PSV MRAM維持相當的安全與健全 高的寫定限，即，改善該薄層轉換的可靠度。該AFM層414 電平行該軟層412。上述會干擾該軟層412的可變電阻的偵 測，用於偵測儲存於該硬層404的記憶體狀態。為了減少 對該記憶體狀態偵測的干擾，該AFM層414由具有相當高 電阻率的材料形成，和/或應該相當的薄。
該AFM層414最好由一鈒合金形成，例如一鐘化鐵（FeMn) 的抗鐵磁性合金，包括Fe5〇Mn5〇。其他適合的欽合金包括 錳化銥（Ir2GMn8())、錳化鉑（PtMn)與錳化鎳（Ni45Mn55)。該 AFM層414也能由鐵磁性材料的氧化物形成，例如氧化鎳 (NiO)與氧化姑鎳（NiCoO)等等，但此類氧化物在溫度方面 是相當的不穩定。該AFM層414被配置在該軟層412的一邊 與該硬層404相對。另外，該AFM層414不應太厚，以致於 該軟層無法固定，不利於該準自旋閥產生自旋閥的特性。 於一實施例中，該AFM層414的厚度大約在10(人）到70 A的 範圍内。該AFM層414厚度的變化係根據該硬層404及該軟 層412的厚度與轉換的磁場。 -14- 578311
(ίο) 該頂蓋層416(或保護的頂蓋層）提供與該AFM層414的黏 著，並提供一障壁層以對抗該基板組合中該AFM層414到 其他層間的原子擴散。於一實施例中，以妞（Ta)形成該第 一頂盖層416。其他能夠用於該弟一頂盖層41 6的材料包括 銅（Cu)，氮化鈕（TaN)等等。該頂蓋層416的厚度可於一寬 的範圍内變化。於一實施例中’該第一頂蓋層416的厚度 大約在50 A到500 A的範圍内。 該第二頂蓋層418(或擴散障壁頂蓋層）是一非必須的 層。對於一些蝕刻處理，該添加的第二頂蓋層418可作為 相當好的停止層。於一實施例中，該第二頂蓋層418為一 石夕化鉻（CrSi)層。其他能夠用於該第二頂蓋層418的材料包 括銅（Cu)、鈕（Ta)、氮化鈦（TiN)等等。於一實施例中，該 第一頂蓋層41 8的厚度大約在1 〇〇 A到200 A的範圍内，但熟 心此頁技藝者應暸解該厚度可於一寬的範圍内變化。 圖5說明根據本發明之另一實施例的一抗鐵磁性穩定之 丰自旋閥的磁阻堆疊5〇〇的剖面圖。該磁阻堆疊5〇〇包括與 先如指7述的圖4有關的該底層402、該硬層404、該第一内 層406遠間隔層408、該第二内層410、該軟層412、該第 了〃風層416與該第二頂蓋層418。另外，該磁阻堆疊5〇〇 包括配置在該軟層412與該第一頂蓋層416之間的一 AFM内 ' AFM層504。不同於該AFM層504，該AFM内層502 不是由抗鐵磁性材料所形成。於一實施例中，該AFM内層 系由 相當薄的銥（Ir)層所形成。其他適合該AFM内層 〇2的材料包括銅（Cu)、釕（Ru)、鉻（Cr)、鋁（A1)等等。 -15- 578311 (ii) 該入？]\4層5 04能夠由^一抗鐵磁性材料形成’例如鐘化鐵 (FeMn)。其他適合該AFM層504的材料包括先前描述與圖4 有關的各種鐘合金與各種氧化物。該AFM層504可配置在 该軟層412的一邊，與該硬層404相對。於一實施例中’該 AFM層504的厚度大约在70人到200人的範圍内。該AFM層 504增加的厚度（相對於該AFM層414)會增加轉換的M合’ 因而影響在該AFM内層502的另一邊的鐵磁薄膜。 該AFM内層502係配置在該AFM層504與該軟層412之間。 於一範例中，該AFM内層502的厚度大約在1人到5人的範圍 内。該AFM内層502最好大約是一單一層的厚度’即，大 约一原子層的厚度。於一實施例中，該AFM内層502的厚 度小於一單一層。該AFM内層502在該AFM層504與該軟層 412之間適合作為一間隔層。 因降低該AFM層504與該硬層404和/或該軟層412之間的 耦合強度，有利於將該AFM内層502用於調整或選擇該AFM 層504與該軟層412之間的耦合量。然而，該AFM内層502不 應太厚，而使該AFM層504與該軟層412之間的搞合喪失。 同樣地，該AFM内層502有利於進一步提高該AFM内層502 與該軟層412之間的輭合一致性。 圖6-10是與先前描述的圖4有關的抗鐵磁性穩定之準自 旋閥（ASPSV)之範例的R·Η測試標緣圖。熟悉此項技藝者應 暸解該測試結果大體上是根據材料的選擇、層的厚度與單 元幾何而變化。於圖6_10中，一垂直軸，即’ ”軸’相當 於電阻並以歐姆為單位標示於圖6-10較遠的右邊。而圖 -16- 578311
(12) 6-10較遠的左邊，也以根據各圖示所顯示的最小電阻而變 化的百分比“示該電阻。一水平軸，即，x —軸，表示磁場 的強度並以厄斯特（〇e)為單位。 圖6疋與先削描述的圖4有關的磁阻堆疊400之一範例所 獲得的R-H標繪圖。圖6的R-H標繪圖說明該磁阻堆疊400 的電阻與一沿著該磁阻堆疊4⑻之一軸掃過的第一磁場的 關係（"H-磁場’’）。該應用的第一 士磁場代表沿著圖6的一水 平或X-軸。沒有其他的磁場加至該磁阻堆疊400，因此 籲 圖6的資料代表當沒有選擇該對應的ASPSV單元時，該磁 阻堆疊400所遭遇到的作業情況。筆粗資料線相當於以一 稱為前進方向的方向掃過該第一 磁場所得的資料；而細 資料線相當於以稱為反方向的對立方向掃過該第一 Η-磁 場所得的資料。 如圖6所說明，該磁阻堆疊400不利於轉換，直到該第一 Η-磁場的強度達到相當高大約是75_8〇 〇e。上述說明沒有 選擇ASPSV單元，能夠容忍相當高的H-磁場，而不會遺失 春 資料。 圖7是與先前描述的圖4及6有關的該磁阻堆疊400之一 範例的R-H標繪圖。圖7的標繪圖再次說明該磁阻堆疊 400的電阻與該第一 H_磁場的關係。然而，為了顯示於圖7 的資料’同時將一大約與該第一 H-磁場直交的第二H-磁場 ’ 加至孩磁阻堆疊400。該第二H-磁場約為流過一導體的電 流所產生的H-磁場，用於從一 MRAM的ASPSV單元陣列中 選擇具有該磁阻堆疊400的ASPSV單元。該第二H-磁場於該 -17- 578311
(13) 技藝中有時稱為”數位”磁場。 代表該第一 H-磁場的水平或χ_軸掃過該磁阻堆疊4〇〇之 一轴。當該磁阻堆疊400受到該第二H•磁場的約束，該磁 - 阻堆疊400在該第一H-磁場的強度大約是53…時轉換為一 、 寫入。53 Oe低於與圖6有關的描述大約75_8〇 〇e，而且指 示一寫入給一選擇的ASPSV單元，不會發生不希望的重寫 未選擇的一 ASPSV單元的内容。 圖8是與先前描述的圖4、6及7有關的該磁阻堆疊*⑼之範 _ 例的R-Hj票繪圖。圖8的繪圖說明該磁阻堆疊4〇〇的電 阻與該第- H-磁場的關係、。然而，該磁阻堆疊4〇〇也曝露 於另一 H-磁場，稱為一第三Η_磁場。該第三h-磁場由經過 的電流流過-選擇線，例如一字線或一位元線，即用於選 擇對應於該磁阻堆疊4〇〇的ASPSV單元。上述允許從一 MRAM的ASPSV單元陣列中選擇一個別的ASpsv單元。隨著 3包流/礼過疼選擇線，當該第一 H-磁場的強度大約是50 〇e時為磁阻堆疊400轉換為一寫入。因此，圖6與8說明 籲 當選擇的一® ττ $ 一 Η-磁場的強度大約是50〇e時，該磁阻堆 ® 4 0 0能夠儲左次 者存貝料，而當未選擇直到該第一 H_磁場的強 度達到大纟ή q < %80 〇e時，仍然保留該資料，因而提供資料 寫入的安全邊際。 圖9是斑A 、、 * ”九則描述的圖4、6、7及8有關的該磁阻堆疊400 之範例的1標繪圖。圖9的R-H標繪圖説明該磁阻堆疊400 ^ 掃過該磁阻堆疊4〇〇之一軸的第一磁場的關 係尤圖9中’無其他的η磁場加至該磁阻堆疊400，因此 -18- 578311
(14) 標繪於圖9的資料說明該Η-磁場的強度，當未選擇該磁阻 堆疊400時，允許從該磁阻堆疊400讀取，即，不受有效選 擇線的Η-磁場所約束，例如一承載電流的位元線或字線。 顯示於圖9的範例中，該磁阻堆疊400不穩定且改變電阻之 前，該磁阻堆疊400能容忍大約70 Oe相當高強度的Η-磁 場。不希望以相當低的H-磁場強度改變該電阻，因為未選 擇的ASPSV單元不應改變電阻。而非預期的改變電阻是不 利的，會使該預期或選擇的ASPSV單元的電阻讀取錯誤。 圖10是與先前描述的圖4、6、7、8及9有關的該磁阻堆疊 400之範例的R-H標繪圖。圖10的R-H標繪圖說明該磁阻堆 疊400的電阻與一掃過該磁阻堆疊400之一軸的第一磁場 的關係。另一從承載一電流的選擇線所產生的H-磁場，如 分別於一字線或一感測線的一字電流或一位元電流，也加 至該磁阻堆疊400。圖10的R_H標繪圖的X-軸的刻度顯然是 由有關圖6、7、8與9所描述的R-H標繪圖變化而來。 該磁阻堆晏4 0 0的軟層412的磁定位是以兩方向轉換或 轉動，而且該電阻的差異被訊問以讀取儲存於該磁阻堆疊 400中的資料值。圖10的R-H標繪圖說明為了讀取，能夠以 一有利且低的H-磁場強度大約35 Oe轉換或轉動.該磁阻堆 疊400的軟層412。該H-磁場的讀取間隔在已經被選擇的磁 阻堆疊400與未被選擇的磁阻堆疊400間大約是35 Oe。有利 於一對應的MRAM能使用一相當寬的H-磁場強度範圍從 個別的單元讀取，於讀取期間不需冒資料訛誤的風險。 已經在上面描述本發明的各種實施例。雖然已經以相關 -19- (15)
578311 的該等特定實施例括 义本發明，但該等描述僅用於說明本 發明’而非限制本杯 %月°對熟悉此項技藝者而言，會發生 各種的修改與應用，作土 不堤背本發明定義於附加的申請專 利範圍的精神與領域。 屬一示簡單說明 已經在上面以相M AA^ 仰關的蔹寺圖示概括描述本發明的該等 愈立他特徵。每答闻一 〃 〃 " 圖7^與相關的描述係提供以說明本發明 的最佳實她例，而非限制本發明的範圍。 _
圖1說明一使用白> Em I 目旋閥模式的巨磁阻（gmr)單元的透視 圖。 圖2是說明GMR單元陣列的概要俯視圖。 圖3說明一使用準自旋閥模式（PSV)的GMR單元。 圖4疋根據本發明之一實施例的一抗鐵磁性穩定之準自 旋閥（ASPSV)的磁阻堆疊的剖面圖。 圖5疋根據本發明之另一實施例的一 Aspsv的磁阻堆疊 的剖面圖。 | 圖6是一 ASPSV的R_H標繪圖，用以說明當未選擇該 ASPSV時’寫資料的定限。 圖7疋一 ASPSV用以寫作業的R-H標繪圖，其中該Aspsv 焚限於存在的數位磁場。 圖8是一 ASPSV的R-η標繪圖，用以說明當選擇該ASPSV 時’寫資料的定限。 圖9是一 ASPSV的R_H標繪圖，用以說明當未選擇該 ASPSV時，讀取資料的定限。 -20- 578311 (16)
圖10是一 ASPSV的R-H標繪圖，用以說明當選擇該ASPSV 時，讀取資料的定限。 圖式代表符號說明 100,300 GMR單元 102,202,302 字線 104,204,304 位元線 200 陣列 306,310 磁性層 308 傳導層 400 磁阻堆疊 402 底層 404 硬層 406,410 内層 408 間隔 412 軟層 414,502,504 抗磁鐵層 416,418 頂蓋層
Claims (1)
- 578311 拾、申請專利範圍 1 . 一種使用於一磁隨機存取記憶體（MRAM)之抗鐵磁性穩 定之準自旋閥（ASPSV)，其包括： 一鐵磁性材料的硬層； 一鐵磁性材料的軟層； 一配置在該硬層與該軟層間的非鐵磁性材料間隔 層；及 一配置毗連該軟層的抗鐵磁性層，其中該抗鐵磁性 層也配置在該軟層的一邊與該硬層相對。 2.如申請專利範圍第1項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該抗鐵磁性層包括至少一錳合金。 3 .如申請專利範圍第1項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該抗鐵磁性層包括錳化鐵（FeMn)。 4 ·如申請專利範圍第1項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中一該抗鐵磁性層的厚度大約在10埃（人）到70 A的範圍 内。 5 ·如申請專利範圍第1項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該硬層與該軟層所使用的該鐵磁性材料是相同的， 而且該軟層的厚度大約介於該硬層厚度的20%到80%。 6. —種使用於一磁隨機存取記憶體（MRAM)之抗鐵磁性穩 定之準自旋閥（ASPSV)，其包括： 一調適用於在一磁方向儲存資料的鐵磁性材料硬 層； 一調適用於轉換方向，以允許從該硬層讀取資料的578311 鐵磁性材料軟層； 一配置在該硬層與該軟層間的非鐵磁性材料間隔 層； 一配置在該軟層的一邊與該硬層相對的抗鐵磁性 層；及 一配置在該軟層與該抗鐵磁性層間的AFM内層，其 中該AFM内層不是由一抗鐵磁性材料形成。 7 .如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該AFM内層的厚度大約是介於1 A到5 A之間。 8 .如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該AFM内層的厚度大約是一單一層。 9 .如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該AFM内層的厚度小於一單一層。 10. 如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該抗鐵磁性層包括一錳合金。 11. 如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該抗鐵磁性層包括至少氧化鎳（NiO)與氧化鎳鈷 (NiCoO)之一。 12. 如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該AFM内層包括銥（Ir)。 13. 如申請專利範圍第6項之抗鐵磁性穩定之準自旋閥，其 中該AFM内層包括至少銅（Cu)、釕（Ru)、鉻（Cr)與鋁（A1) 〇 14. 一種穩定一準自旋閥（PSV)的方法，其包括： 578311 帽專I 提供一包括一軟層與一硬層的磁電阻式夾心結構； 及 在該磁電阻式夾心結構上形成一接近該軟層的抗鐵 磁性層，並且該軟層的一邊與該硬層相對。 15. 如申請專利範圍第1 4項之方法，進一步包括形成φ比連 該軟層之該抗鐵磁性層。 16. 如申請專利範圍第1 4項之方法，進一步包括在該抗鐵 磁性層與該軟層間形成一 AFM内層。 17. 如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該抗鐵磁性層包 括一錳合金，及該AFM内層包括銥（Ir)。
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