TWI587298B - 提供自旋轉移力矩記憶體用之具有插入層的磁性層的方法及其系統 - Google Patents

提供自旋轉移力矩記憶體用之具有插入層的磁性層的方法及其系統 Download PDF

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Description

提供自旋轉移力矩記憶體用之具有插入層的磁性層的方法及其系統 【相關申請案的交叉參照】
本申請案主張專利暫時申請案第61/429,041號的權益，該申請案於2010年12月31日提申，讓渡予本申請案之受讓人，其所有內容在此以引用方式併入本文中。
【政府權利】
本發明是由美國國防部高等研究計劃局(DARPA)所授予的補助/契約第HR0011-09-C-0023號，在美國政府支持下完成。美國政府保有本發明中的的部份權利。
本發明是關於磁性記憶體技術，且尤其是對於具有用於磁性裝置中之插入層的磁性隨機存取記憶體(magnetic random access memory；MRAMs)。
磁性記憶體，尤其是磁性隨機存取記憶體，由於操作時的高讀/寫速度、絕佳耐久性、非揮發性及低能源耗損的潛力，已吸引持續增加的關注。隨機存取記憶體可利用磁性物質作為資訊記錄媒體來儲存資訊。自旋轉移力矩隨機存取記憶體(spin transfer torque random access memory；STT-RAM)是隨機存取記憶體的一種。自旋轉移力矩隨機存取記憶體利用磁性接面來寫入，其磁性接面經寫入至少部份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，具有回應自旋力矩之磁矩的 層，可被轉換至所需狀態。
舉例而言，圖1描繪傳統的磁性穿隧接面(MTJ)10，其可用在傳統的自旋轉移力矩隨機存取記憶體中。傳統的磁性穿隧接面10通常存在底接觸11、使用傳統的種子層12及包括傳統的反鐵磁性(antiferromagnetic；AFM)層14、傳統的固定層16、傳統的穿隧阻障層18、傳統的自由層20及傳統的覆蓋層22。圖1也繪示頂接觸24。
傳統的接點11及24用來在電流垂直於平面(current-perpendicular-to-plane；CPP)方向中驅動電流，或如圖1繪示沿z軸驅動電流。通常利用傳統的種子層12來支援具有所需的結晶結構的後續層的成長，如傳統的反鐵磁性層14。傳統的穿隧阻障層18為非磁性，且舉例而言，如MgO的薄絕緣體。
傳統的固定層16及傳統的自由層20為磁性的。通常是藉與傳統的反鐵磁性層14交換偏壓(exchange-bias)的交互作用，使傳統的固定層16的磁化向量17固定在特定方向中。雖然描繪為單一的(一)層，傳統的固定層16可包括多重的層。舉例而言，傳統的固定層16可為合成反鐵磁性(synthetic antiferromagnetic；SAF)層，包括經由薄導電層(如，Ru)反鐵磁性耦合的磁性層。在上述合成反鐵磁性層中，可使用以Ru薄層穿插的多重磁性層。在其他實施例中，遍佈Ru薄層的耦合可為鐵磁性的。再者，傳統的磁性穿隧接面10的其他變體可包括額外的固定層(未繪示)，藉由額外的非磁性阻障或導電層(未繪示)與 自由層20分隔。
傳統的自由層20具有可變的磁化向量21。雖然描繪為單一的層，傳統的自由層20也可包括多重的層。舉例而言，傳統的自由層20可為合成層，包括經由薄導電層(如，Ru)反鐵磁性或鐵磁性耦合的磁性層。雖然繪示為共平面，傳統的自由層20的磁化向量21可具有垂直各向異性。因此，固定層16及自由層20可分別具有與層的平面方向垂直之磁化向量17及21。
與平面垂直地(在z方向中)驅動電流，以轉換傳統的自由層20的磁化向量21。當從頂接觸24驅動充分的電流到底接觸11，傳統的自由層20的磁化向量21可轉換成與傳統的固定層16的磁化向量17平行。當從底接觸11驅動充分的電流到頂接觸24，自由層的磁化向量21可轉換成與固定層16反平行。磁性型態的差異對應不同磁阻(magnetoresistance)，且因而對應傳統的磁性穿隧接面10不同的邏輯狀態(例如，邏輯「0」及邏輯「1」)。
當用於自旋轉移力矩隨機存取記憶體的應用中，期望傳統的磁性穿隧接面10的自由層20的磁化向量21之轉換處於相對低電流。臨界交換電流(Ic0)為最低電流，處於上述最低電流，圍繞平衡方向之自由層磁化向量21的無限小進動變得不穩定。舉例而言，可期望Ic0為一些或更少毫安培的等級。此外，期望短電流脈以處於高數據率用於傳統的磁性元件10的程式中。舉例而言，期望電流脈在20-30奈秒或更少的等級。
雖然傳統的的磁性穿隧接面10可藉使用自旋轉移寫入，且用於自旋轉移力矩隨機存取記憶體中，但有缺點。舉例而言，對於具有可接受的Ic0及脈寬的記憶體，寫入錯誤率可能高於期望。可能的寫入錯誤率(write error rate；WER)為，當受至少等同通常交換電流的電流支配時，單元(即，傳統的磁性接面的自由層20磁化向量21)未轉換。期望的寫入錯誤率為10-9或更少。然而，傳統的自由層20通常具有遠超出上述數值的寫入錯誤率。此外，已認定寫入錯誤率可為對於改善較短寫入電流脈的挑戰。舉例而言，圖2以圖表50描繪對不同寬度波長寫入錯誤率的趨勢。注意實際數據未描繪於圖表50中。而是以圖表50指出趨勢。從最長到最短的脈寬為曲線52、54、56及58。由圖表50可見，對於較高脈寬，寫入錯誤率相對寫入電流有較高斜率。因此，對於相同脈寬，應用較高寫入電流可造成寫入錯誤率顯著降低。然而，當縮短曲線54、56及58中的脈寬，曲線54、56及58的斜率減少。對於減小的脈寬，電流的增加較不可能造成寫入錯誤率降低。因此，使用傳統的磁性穿隧接面10的記憶體可能具有無法接受的高寫入錯誤率，不可藉由寫入電流的增加而矯正。
多種傳統解決方式被提出以解決如寫入錯誤率的特性。舉例而言，可使用協助切換的磁場及/或具有複合結構的磁性接面。然而，上述傳統方案減低寫入錯誤率而保存其他特性的能力有限。舉例而言，上述傳統方案可對可擴充性、能源耗損及/或熱安定性有負面影響。
除了寫入錯誤率，對於傳統的磁性穿隧接面10可存在其它問題。對於有垂直方向磁化向量17及21的傳統的磁性穿隧接面10，磁阻可能低於有磁化向量在共平面的傳統的磁性穿隧接面10。因此，來自傳統的磁性穿隧接面10的信號可能低於期望。上述垂直的傳統的磁性穿隧接面10也表現出高阻尼(damping)。如此，轉換表現受負面影響。因此，仍期望改善使用傳統的磁性穿隧接面10記憶體的表現。
因此，需要一種方法及系統，其可改善以自旋轉移力矩為基礎之記憶體的表現。本文描述的方法及系統滿足此一需要。
本案描述一種提供磁性接面的方法及系統，上述磁性接面適用於磁性裝置中。磁性接面包括固定層、非磁性間隔層及自由層。非磁性間隔層介於固定層及自由層之間。當寫入電流通過磁性接面，磁性接面經配置以使自由層可在多個穩定磁性狀態間轉換。固定層及自由層中的至少一者包括磁性次結構。磁性次結構包括至少二磁性層與至少一插入層。各個插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。磁性層為交換耦合。
本範例性實施例是關於適用磁性裝置(諸如磁性記憶體)的磁性接面及使用上述磁性接面的裝置。後文所提供的描述是為了使領域中具通常知識者實施及使用本發明， 且在專利應用的背景及需求中提供。多種對範例性實施例的修改及本文中描述的一般的原理與特徵將為顯而易見的。本範例性實施例主要描述的是，提供在特定實施中的特定方法及系統。然而，方法及系統將有效操作於其他特定實施中。諸如「範例性實施例」、「一實施例」及「另一實施例」的辭彙可指相同或相異的實施例及多種實施例。將以關於具有某些構件的系統及/或裝置來描述實施例。然而，系統及/或裝置可包括那些比顯示得更多或更少的構件，且可產生構件排列與種類的變化而不離本發明範圍。範例性實施例也將在具有某些步驟之特定方法的脈絡中描述。然而，方法及系統有效地操作於其他具有與範例性實施例不一致的不同及/或額外步驟以及順序不同的步驟。因此，本發明不意圖被實施例的表現所限制，而是符合與本文描述的原理及特徵一致的最寬範圍。
本案描述提供磁性接面以及利用磁性接面之記憶體的方法及系統。範例性實施例提供用以提供適用於磁性裝置之磁性接面的方法及系統。磁性接面包括固定層、非磁性間隔層及自由層。非磁性間隔層介於固定層及自由層間。當寫入電流通過磁性接面，磁性接面經裝配以使自由層可在多個穩定磁性狀態間轉換。至少一固定層及自由層中的至少一者包括磁性結構。磁性結構包括以至少一插入層進行穿插的至少二磁性層。各個插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。磁性層為交換耦合。
範例性實施例是在多個磁性接面及具有某些構件之磁性記憶體的背景中描述。領域中具通常知識者將容易理解，本發明與具有跟本發明不一致的其他及/或額外構件及/或其他特徵的使用相符。方法及系統是在自旋轉移現象、磁性各向異性及其他物理現象目前了解的背景中描述。因此，領域中具通常知識者將容易理解，方法及系統的行為之理論解釋是基於自旋轉移現象、磁性各向異性及其他物理現象的目前了解。然而，本文描述的方法及系統並不從屬特定物理解釋。領域中具通常知識者將同樣容易理解，方法及系統是在對基板具有特定關係之結構的背景中描述。然而，領域中具通常知識者將容易理解，方法及系統與其他結構相符合。此外，方法及系統是在某些層為合成及/或簡明的背景中描述。然而，領域中具通常知識者將容易理解，層可具有另一種結構。再者，方法及系統是在磁性接面及/或具有特定層之結構的背景中描述。然而，領域中具通常知識者將容易理解，可使用與方法及系統不一致的磁性接面及/或具有額外及/或不同層之結構。更且，某些構件描述為磁性、鐵磁性及次鐵磁性。當本文所使用磁性這詞彙可包括鐵磁性、次鐵磁性或相似結構，因此，當本文所使用詞彙「磁性(magnetic)」或「鐵磁性(ferromagnetic)」包括(但不限於)鐵磁鐵及次鐵磁鐵。方法及系統是在單一磁性接面及結構的背景中描述。然而，領域中具通常知識者將容易理解，方法及系統與具有多個磁性接面及使用多重結構的磁性記憶體之使用相符 合。進一步說，當本文使用「共平面」是實質上在一或多個磁性接面層的平面之中或與平面平行。反之，「垂直」對應與一或多個磁性接面層實質上垂直的方向。
圖3描繪適用於磁性裝置(如，磁性穿隧接面(magnetic tunneling junction；MTJ)、自旋閥(spin valve)，或彈道磁阻結構(ballistic magnetoresistance structure)，或上述一些組合)的磁性次結構100的範例性實施例。使用磁性次結構100於其中的磁性裝置可在多種應用中使用。舉例而言，磁性裝置(從而，磁性結構)可用在諸如自旋轉移力矩隨機存取記憶體的磁性記憶體中。為求清晰，圖3不按比例尺繪製。磁性次結構100包括第一鐵磁性層110、插入層120及第二鐵磁性層130。雖然鐵磁性層110、插入層120及鐵磁性層130繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，鐵磁性層110可在磁性次結構100的頂端(離未繪示的基材最遠)。
鐵磁性層110及130可包括一或多的Ni、Fe及Co，尤其是以混合的形式。在一些實施例中，鐵磁性層110及130包括CoFe。在上述一些實施例中，鐵磁性層110及130由CoFeB組成。鐵磁性層110及130之一者或二者處於室溫為穩定的。舉例而言，對鐵磁性層110及/或130的磁性各向異性能量可為至少kbT的六十倍。在一些實施例中，對鐵磁性層110及/或130處於室溫(約攝氏三十度)的磁性各向異性能量可為至少kbT的八十倍。此外，層110及130為磁性耦合的。在上述一些實施例中，鐵磁性層110 及鐵磁性層130為交換耦合。在一些實施例中，交換耦合促使鐵磁性層110及130的磁化向量實質上為平行方向。在其他實施例中，交換耦合可促使鐵磁性層110及130的磁化向量實質上為反平行或在其他關係方向。在一些這種實施例中，鐵磁性層110及/或鐵磁性層130可具有高垂直的各向異性。換句話說，鐵磁性層110及/或鐵磁性層130可為弱的共平面。舉例而言，在一些上述實施例中，鐵磁性層110及/或鐵磁性層130的垂直各向異性能量可近乎(但少於)平面外的去磁能量(大的單元接近4πMs，且由於邊緣處減少的去磁場，小的單元小於4πMs)。舉例而言，垂直各向異性能量可為平面外去磁能量的至少40%。在上述一些實施例中，垂直各向異性能量可為不多於去磁能量的90%。在其他實施例中，鐵磁性層110及/或鐵磁性層130的磁化向量均為垂直的。在再其他實施例中，鐵磁性層110及/或鐵磁性層130之一者或二者的磁化向量具有共平面且與平面垂直的成分。
插入層120是非磁性層，位於鐵磁性層110及130之間。插入層120可為導電的。舉例而言，插入層120可包括諸如Cr、Ta、Ti、W及Ru的至少一者之材料。在上述一些實施例中，插入層120由Cr、Ta、Ti、W及Ru的其中之一組成。在其他實施例中，插入層120可為絕緣體，諸如氧化鋁及/或MgO。插入層120可用來訂製鐵磁性層110及/或鐵磁性層130間的磁性耦合。利用磁性次結構100，插入層120可用來增進磁性穿隧接面的穿隧磁阻 (tunneling magnetoresistance；TMR)。可藉由改變插入層120的成分及厚度、以及鐵磁性層110及130的厚度及成分，訂製介於磁性次結構100的鐵磁性層及磁性穿隧接面(使用磁性次結構100)的穿隧磁阻間的耦合。
磁性次結構100的特性可用結合插入層120以及鐵磁性層110及130而被訂製。因此，磁性裝置(使用磁性次結構100於其中)的特性可如需求。舉例而言，磁性裝置(使用磁性次結構100於其中)的穿隧磁阻可因自由層的結晶化增進以及與穿隧接面的晶格匹配而提升，尤其是對於伴隨著二電池的穿隧接面。在磁性裝置(使用磁性次結構100於其中)中，轉換的特性(諸如，寫入失誤率以及數據率)可被提升。
圖4描述描繪適用於磁性裝置(如，磁性穿隧接面、自旋閥，或彈道磁阻結構，或上述一些組合)的磁性次結構100’的範例性實施例。使用磁性次結構100’於其中的磁性裝置可在多種應用中使用。舉例而言，磁性裝置(因此，以及從而，磁性結構)可用在諸如自旋轉移力矩隨機存取記憶體的磁性記憶體中。為求清晰，圖4不按比例尺繪製。磁性次結構100’與磁性次結構100類似。因此，類似構件的標註相似。磁性次結構100’因此包括第一鐵磁性層110’、插入層120’及第二鐵磁性層130’，纇似於第一鐵磁性層110、插入層120及第二鐵磁性層130。雖然鐵磁性層110’、插入層120’及鐵磁性層130’繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，鐵磁性層110’可在 磁性次結構100’的頂端(離未繪示的基材最遠)。
磁性次結構100’用以使鐵磁性層110’具有弱共平面各向異性(weak in-plane anisotropy)。因此，鐵磁性層110’的垂直各向異性能量可近乎(但少於)平面外的去磁能量。舉例而言，鐵磁性層110’的垂直各向異性能量可為平面外去磁能量的至少40%。在上述一些實施例中，垂直各向異性能量可為不多於去磁能量的90%。因此，沒有與鐵磁性層130’的交互作用，鐵磁性層110’的磁化向量為共平面。反之，鐵磁性層130’具有高垂直各向異性。因此，垂直各向異性能量大於平面外去磁能量。在一些實施例中，垂直各向異性能量顯著大於平面外去磁能量。舉例而言，在一些實施例中，垂直各向異性能量可較平面外去磁能量大二至四千奧斯特(kilooersted)(或更多)。
鐵磁性層110’及130’可包括一或多的Ni、Fe及Co，尤其是以混合的形式。在一些實施例中，鐵磁性層110及130包括在一些形式中的CoFe，諸如CoFeB。舉例而言，在一些實施例中，鐵磁性層110’及/或130’能包括如CoFeB、CoPd、CoPt、FePt的混合物，作為單一的層及/或如Co/Pd、Co/Pt、Fe/Pt、Co/Ru的多重的層。鐵磁性層110’及130’的至少一者處於室溫為穩定的。舉例而言，對鐵磁性層110’及/或130’的磁性各向異性能量可為至少kbT的六十倍。在一些實施例中，對鐵磁性層110’及/或130’之一者或二者處於室溫(約攝氏三十度)的磁性各向異性能量可為至少kbT的八十倍。
鐵磁性層110’及130’為磁性耦合。在上述一些實施例中，鐵磁性層110’及鐵磁性層130’為交換耦合。磁化向量的淨結果也繪示在圖4中。圖4繪示了鐵磁性層110’的磁化向量112、鐵磁性層130’的磁化向量132，以及結構100’的淨磁化向量102。由圖4可見，磁化向量112非共平面。這是因為鐵磁性層110’及鐵磁性層130’間的磁性耦合。高垂直各向異性能量鐵磁性層130’與弱的共平面鐵磁性層110’磁性耦合，造成鐵磁性層110’的磁化向量112成為平面外。因此，磁化向量112具有共平面以及垂直於平面的成分。因而，鐵磁性層110’的淨矩(net moment)具有共平面以及垂直於平面的成分。因為鐵磁性層110’及鐵磁性層130’間的交換交互作用，磁性次結構100’的磁化向量102在z軸(與磁性次結構100’的平面正交)角度處於θ。淨結果是磁性次結構100’的磁化向量102在z軸角度中是穩定的。因此，可達到促進的轉換特性(熱安定性以及可擴充性)。
這種起始非0的角度允許磁性次結構100’的磁化向量更容易藉自旋轉移力矩轉換。舉例而言，磁性次結構100’可用在磁性穿隧接面中。這種特性與對磁性元件的較低寫入失誤率相應(write error rate；WER)。即使處於低脈波寬度(高數據率)可達成較低寫入失誤率。尤其，即使對小於10奈秒(ns)的脈波寬度，寫入失誤率的斜率相對寫入電流可保持著充份大量。在一些實施例中，對10至30奈秒或更少的脈波寬度，可達成10-9或更少的可接受的寫 入失誤率。因此，滿足高失誤率的物理因素，取代使用機械如外磁場協助轉換。因此，當使用於磁性元件中(如，磁性穿隧接面)，即使對較低脈波寬度，磁性次結構100’可具有改善的寫入錯誤率。
圖5描繪適用於磁性裝置(如，磁性穿隧接面、自旋閥，或彈道磁阻結構，或上述一些組合)的磁性次結構100”的範例性實施例。使用磁性次結構100”於其中的磁性裝置可在多種應用中使用。舉例而言，磁性裝置(從而，磁性結構)可用在諸如自旋轉移力矩隨機存取記憶體的磁性記憶體中。為求清晰，圖5不按比例尺繪製。磁性次結構100”與磁性次結構100及100’類似。因此，類似構件的標註相似。磁性次結構100”因此包括第一鐵磁性層110”、插入層120”及第二鐵磁性層130”，纇似於第一鐵磁性層110/110’、插入層120/120’及第二鐵磁性層130/130’。雖然鐵磁性層110”、插入層120”及鐵磁性層130”繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，鐵磁性層110”可在磁性次結構100”的頂端(離未繪示的基材最遠)。
磁性次結構100”也包括額外的插入層140以及另一鐵磁性層150。在實施例中繪示，鐵磁性層110”及鐵磁性層150具有弱共平面各向異性。因此，無疑，鐵磁性層110”及150的磁化向量為共平面。鐵磁性層130”是強烈垂直的。在一些實施例中，鐵磁性層130”比鐵磁性層110”及鐵磁性層150更薄。舉例而言，鐵磁性層130”可具有與鐵磁 性層110”及鐵磁性層150厚度總和相同的厚度。鐵磁性層110”、鐵磁性層130”及鐵磁性層150為磁性耦合的。在一些實施例中，鐵磁性層110”、鐵磁性層130”及鐵磁性層150為交換耦合。再者，鐵磁性層130”處於室溫為磁性穩定的。在一些實施例中，對鐵磁性層130”處於室溫的磁性各向異性能量為至少kbT的六十倍。在上述一些實施例中，對鐵磁性層130”處於室溫的磁性各向異性能量為至少kbT的八十倍。
圖5也分別描繪鐵磁性層110”、鐵磁性層130”及鐵磁性層150的磁化向量112’、132’及152。再者，圖5繪示了磁性次結構100”的淨磁化向量102’。磁化向量112’及152繪示為相同的。然而，在其他實施例中，磁化向量112’及152可為相異的。由圖5可見，磁化向量112’及152非共平面。這是因為鐵磁性層110”/鐵磁性層150及鐵磁性層130”間的磁性耦合。因此，磁性次結構100”的淨磁化向量102’具有共平面及垂直於平面的成分。因為鐵磁性層110”/鐵磁性層150及鐵磁性層130”間的交換交互作用，磁性次結構100”的磁化向量102’在z軸(與磁性次結構100’的平面正交)角度處於θ’。淨結果是，磁性次結構100”的磁化向量102’在z軸角度中是穩定的。因此，促進的轉換特性(熱安定性以及可擴充性)可被達到。
磁性次結構100”同享磁性次結構100’的益處。尤其，當使用於諸如磁性穿隧接面的磁性元件中，磁性穿隧接面可具有較低寫入錯誤率。因此，當使用於諸如磁性穿隧接 面的磁性元件中，即使對較低脈波寬度，磁性次結構100”可具有改善的寫入錯誤率。同時，磁性次結構100”可為磁性穩定的。
圖6描繪適用於磁性裝置(如，磁性穿隧接面、自旋閥，或彈道磁阻結構，或上述一些組合)的磁性次結構100”的範例性實施例。使用磁性次結構100”’於其中的磁性裝置可在多種應用中使用。舉例而言，磁性裝置(從而，磁性結構)可用在諸如自旋轉移力矩隨機存取記憶體的磁性記憶體中。為求清晰，圖6不按比例尺繪製。磁性次結構100”’與磁性次結構100、100’及100”類似。因此，類似構件的標註相似。磁性次結構100”’因此包括第一鐵磁性層110”’、插入層120”’、第二鐵磁性層130”’、額外的插入層140’及額外的鐵磁性層150’，纇似於第一鐵磁性層110/110’/110”、插入層120/120’/120”、第二鐵磁性層130/130’/130”、額外的插入層140及額外的鐵磁性層150。雖然鐵磁性層110”、插入層120”、鐵磁性層130”、插入層140’及鐵磁性層150’繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，鐵磁性層130”’可在磁性次結構100”’的頂端(離未繪示的基材最遠)。
在磁性次結構100”’中，弱共平面的鐵磁性層110”’介於垂直的鐵磁性層130”’及鐵磁性層150’間。無疑，鐵磁性層110”’的磁化向量為共平面。在一些實施例中，鐵磁性層110”’比鐵磁性層130”’及鐵磁性層150’更薄。舉例而言，鐵磁性層110”’可具有與鐵磁性層130”’及鐵磁性層 150’厚度總和相同的厚度。鐵磁性層110”’、鐵磁性層130”’及鐵磁性層150’為磁性耦合的。在一些實施例中，鐵磁性層110”’、鐵磁性層130”’及鐵磁性層150’為交換耦合。再者，鐵磁性層130”’及鐵磁性層150’處於室溫為磁性穩定的。在一些實施例中，對鐵磁性層130”’及/或150’處於室溫的磁性各向異性能量為至少kbT的六十倍。在其他實施例中，對鐵磁性層110”’、130”’及/或150’處於室溫的磁性各向異性能量為至少kbT的八十倍。
圖6也分別描繪鐵磁性層110”’、鐵磁性層130”’及鐵磁性層150’的磁化向量112”、132”及152’。再者，圖6繪示了磁性次結構100”’的淨磁化向量102”。磁化向量132”及152’繪示為相同的。然而，在其他實施例中，磁化向量132”及152’可為相異的。由圖6可見，磁化向量112”及152’非共平面。這是因為鐵磁性層110”’及鐵磁性層130”’/鐵磁性層150’間的磁性耦合。因此，磁性次結構100”’的淨磁化向量102”具有共平面及垂直於平面的成分。因為鐵磁性層110”’及鐵磁性層130”’/鐵磁性層150’間的交換交互作用，磁性次結構100”’的磁化向量102”在z軸(與磁性次結構100’的平面正交)角度處於θ”。淨結果是，磁性次結構100”’的磁化向量102”在z軸角度中是穩定的。因此，促進的轉換特性(熱安定性以及可擴充性)可被達到。
磁性次結構100”’同享磁性次結構100’的益處。尤其，當使用於諸如磁性穿隧接面的磁性元件中，磁性穿隧接面可具有較低寫入錯誤率。因此，當使用於諸如磁性穿隧接 面的磁性元件中，即使對較低脈波寬度，磁性次結構100”’可具有改善的寫入錯誤率。同時，磁性次結構100”’可為磁性穩定的。
圖7描繪磁性接面200的範例性實施例，上述磁性接面200包括磁性次結構。為求清晰，圖7不按比例尺繪製。磁性接面200包括固定層210、非磁性間隔層220及自由層230。雖然固定層210、非磁性間隔層220及自由層230繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，固定層210可接近磁性接面200的頂端(離未繪示的基材最遠)。圖7也繪示了選擇性種子層202、選擇性固定層204，以及選擇性覆蓋層240。選擇性覆蓋層240可用來固定固定層210的磁化向量(未繪示)。在一些實施例中，選擇性固定層204可為反鐵磁性層(AFM layer)或多重的層，上述多重的層藉由交換偏壓的交互作用固定固定層210的磁化向量(未繪示)。然而，在其他實施例中，可省略選擇性固定層204或使用其他結構。當寫入電流通過磁性接面200，磁性接面200用以允許自由層230在穩定磁性狀態間轉換。因此，利用自旋轉移力矩，自由層230是可轉換的。
雖然描繪固定層210為單一的層，固定層210可包括多重的層。舉例而言，固定層210可為合成反鐵磁性層，包括由薄層(如，Ru)反鐵磁性或鐵磁性耦合的磁性層。在合成反鐵磁性層中，多重的磁性層以Ru或使用其他金屬的薄層進行穿插。固定層210也可為另一多重的層。雖 然圖7未描繪磁化向量，固定層210可具有超出平面外去磁能量的垂直各向異性能量。因此，固定層210可具有垂直於平面的磁矩方向。在其他實施例中，固定層210的磁矩為共平面。其他實施例中，固定層210也可能有其他的磁化向量方向。
非磁性間隔層220是非磁性的。在一些實施例中，間隔層220為絕緣體，例如穿隧阻障。在上述實施例中，間隔層220可包括晶狀MgO，上述晶狀MgO可增進磁性接面的穿隧磁阻。在其他實施例中，間隔層可為導體，諸如Cu。在交替的實施例中，間隔層220可具有另一結構，例如在絕緣基質(matrix)中包括導電通路的顆粒層。
自由層230包括磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。在一些實施例中，自由層230是由磁性次結構100、100’、100”及/或100”’構成。
因為磁性次結構100、100’、100”及/或100”’用於自由層230中，磁性接面200可同享磁性次結構100、100’、100”及/或100”’的益處。尤其，磁性接面200可為熱安定的。再者，自由層230的淨磁性磁化向量在z軸可為小於90度，但大於0度。換言之，自由層230的淨磁化向量在z軸傾斜。因此，自由層230可更容易藉自旋轉移力矩轉換。再者，可減少磁性接面的寫入錯誤率。
圖8描繪磁性接面200’的範例性實施例，上述磁性接面200’包括磁性次結構。為求清晰，圖8不按比例尺繪製。磁性接面200’與磁性接面200類似。因此，類似層的標註 相似。磁性接面200’包括固定層210’、非磁性間隔層220’及自由層230’，分別纇似於固定層210、非磁性間隔層220及自由層230。雖然固定層210’、非磁性間隔層220’及自由層230’繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，固定層210’可接近磁性接面200’的頂端(離未繪示的基材最遠)。圖8也繪示了選擇性種子層202’、選擇性固定層204’以及選擇性覆蓋層240’，纇似於選擇性種子層202、選擇性固定層204，以及選擇性覆蓋層240。當寫入電流通過磁性接面200’，磁性接面200’用以允許自由層230’在穩定磁性狀態間轉換。因此，利用自旋轉移力矩，自由層230是可轉換的。
間隔層220’是非磁性的。在一些實施例中，間隔層220’為絕緣體，例如穿隧阻障。在上述實施例中，間隔層220’可包括晶狀MgO，上述晶狀MgO可增進磁性接面的穿隧磁阻(TMR)。在其他實施例中，間隔層可為導體，諸如Cu。在交替的實施例中，間隔層220’可具有另一結構，例如在絕緣基質中包括導電通路的顆粒層。
自由層230’可為單一的層，或可包括多重的層。舉例而言，自由層230’可為合成反鐵磁性層，包括由薄層(如，Ru)反鐵磁性或鐵磁性耦合的磁性層。在上述反鐵磁性中，多重的磁性層以Ru或使用其他金屬的薄層進行穿插。自由層230’也可為另一多重的層。雖然圖8未描繪磁化向量，自由層可具有超出平面外去磁能量的垂直各向異性能量。
固定層210’包括磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。在一些實施例中，固定層210’是由磁性次結構100、100’、100”及/或100”’構成。
圖9描繪磁性接面200”的範例性實施例，上述磁性接面200”包括磁性次結構。為求清晰，圖9不按比例尺繪製。磁性接面200”與磁性接面200及200’類似。因此，類似層的標註相似。磁性接面200”包括固定層210”、非磁性間隔層220”及自由層230”，分別纇似於固定層210/210’、非磁性間隔層220/220’及自由層230/230’。雖然固定層210”、非磁性間隔層220”及自由層230”繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，固定層210”可接近磁性接面200”的頂端(離未繪示的基材最遠)。圖9也繪示了選擇性種子層202”、選擇性固定層204”，以及選擇性覆蓋層240”，纇似於選擇性種子層202/202’、選擇性固定層204/204’，以及選擇性覆蓋層240/240’。當寫入電流通過磁性接面200”，磁性接面200”用以允許自由層230”在穩定磁性狀態間轉換。因此，利用自旋轉移力矩，自由層230”是可轉換的。
固定層210”包括磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。在一些實施例中，固定層210”是由磁性次結構100、100’、100”及/或100”’構成。
間隔層220”是非磁性的。在一些實施例中，間隔層220”為絕緣體，例如穿隧阻障。在上述實施例中，間隔層220”可包括晶狀MgO，上述晶狀MgO可增進磁性接面的 穿隧磁阻。在其他實施例中，間隔層可為導體，諸如Cu。在交替的實施例中，間隔層220”可具有另一結構，例如在絕緣基質中包括導電通路的顆粒層。
自由層230”包括磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。在一些實施例中，自由層230”是由磁性次結構100、100’、100”及/或100”’構成。
因為磁性次結構100、100’、100”及/或100”’用於自由層230”中，磁性接面200”可同享磁性次結構100、100’、100”及/或100”’的益處。尤其，磁性接面200”可為熱安定的。再者，自由層230”的淨磁性磁化向量在z軸可為小於90度，但大於0度。換言之，自由層230”的淨磁化向量在z軸傾斜。因此，自由層230”可更容易藉自旋轉移力矩轉換。再者，可減少磁性接面的寫入錯誤率。
圖10描繪磁性接面200”’的範例性實施例，上述磁性接面200”’包括磁性次結構。為求清晰，圖10不按比例尺繪製。磁性接面200”’與磁性接面200、200’及200”類似。因此，類似層的標註相似。磁性接面200”’包括固定層210”’、非磁性間隔層220”’及自由層230”’，分別纇似於固定層210/210’/210”、非磁性間隔層220/220’/220”及自由層230/230’/230”。繪示的磁性接面200”’也包括選擇性種子層202”’、選擇性固定層204”’及選擇性覆蓋層240”’，分別纇似於選擇性種子層202/202’/202”、選擇性固定層204/204’/204”及選擇性覆蓋層240/240’/240”。圖10也繪示了額外的非磁性間隔層250、額外的固定層260及額外的 選擇性固定層270。非磁性間隔層250、固定層260及選擇性固定層270分別纇似於非磁性間隔層220/220’/220”/220”’、固定層210/210’/210”/210”’及選擇性固定層204/204’/204”/204”’。因此，磁性接面200”’為雙磁性接面。雖然固定層210”’、非磁性間隔層220”’、自由層230”’、非磁性間隔層250及固定層260繪示為特定方向，在其他實施例中此方向可變化。舉例而言，固定層210”’可接近磁性接面200”’的頂端(離未繪示的基材最遠)。當寫入電流通過磁性接面200”’，磁性接面200”’用以允許自由層230”’在穩定磁性狀態間轉換。因此，利用自旋轉移力矩，自由層230”’是可轉換的。
固定層210”’、自由層230”及/或固定層260包括磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。在一些實施例中，固定層210”’、自由層230”及/或固定層260是由磁性次結構100、100’、100”及/或100”’構成。
因為磁性次結構100、100’、100”及/或100”’用於自由層230”’中，磁性接面200”’可同享磁性次結構100、100’、100”及/或100”’的益處。尤其，磁性接面200”’可為熱安定的。再者，自由層230”’的淨磁性磁化向量在z軸可為小於90度，但大於0度。換言之，自由層230”’的淨磁化向量在z軸傾斜。因此，自由層230”’可更容易藉自旋轉移力矩轉換。再者，可減少磁性接面的寫入錯誤率。
圖11描繪用以製造磁性次結構的方法300之範例性實施例。為求簡明，可能省略或合併一些步驟。方法300 是在磁性次結構100的背景中敘述。然而，方法300也可用在其他磁性次結構上，諸如磁性次結構100’、100”及/或100”’。再者，方法300可合併於磁性記憶體的製造中。因此，方法300可用在生產自旋轉移力矩隨機存取記憶體或其他磁性記憶體中。
經由步驟302，提供鐵磁性層110。步驟302可包括沈積所需的物質至鐵磁性層110所需的厚度。經由步驟304，提供插入層120。步驟304包括沈積所需的非磁性物質。此外，物質的所需厚度可在步驟304中被沈積。經由步驟306，提供第二鐵磁性層。經由步驟308，選擇性地重覆提供插入層及另一鐵磁性層的步驟。因此，可提供具有所需數量的鐵磁性層及插入層之磁性次結構。因此，形成磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。因此，可達成磁性次結構的益處。
圖12描繪用以製造磁性次結構的方法310之範例性實施例。為求簡明，可能省略或合併一些步驟。方法310是在磁性接面200的背景中敘述。然而，方法310也可用在其他磁性接面上，諸如磁性接面200’、200”及/或200”’。再者，方法310可合併於磁性記憶體的製造中。因此，方法310可用在生產自旋轉移力矩隨機存取記憶體或其他磁性記憶體中。於提供選擇性種子層202及選擇性固定層204後，可開始方法310。
經由步驟312，提供固定層210。步驟312可包括沈積所需的物質至固定層210所需的厚度。再者，步驟312 可包括提供合成反鐵磁性層。在其他實施例中，可提供磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。經由步驟314，提供非磁性層220。步驟314包括沈積所需的非磁性物質，包括(但不限於)晶狀MgO。此外，物質的所需厚度可在步驟314中被沈積。
經由步驟316，提供自由層230選擇性地包括磁性次結構100、100’、100”及/或100”’。經由步驟318，可提供額外的非磁性間隔層，如非磁性間隔層250。經由步驟320，可選擇性提供額外的固定層，如固定層260。經由步驟322，可完成製造。舉例而言，可提供選擇性覆蓋層240。在其他實施例中，可提供額外的選擇性固定層270。在一些實施例中，其中磁性接面的層堆疊沈積，之後被界定，步驟322可包括界定磁性接面200、執行回火，或則完成磁性接面200/200’的製造。再者，若磁性接面200/200’合併於記憶體中(諸如，自旋轉移力矩隨機存取記憶體)，步驟322可包括提供接點、偏向結構及記憶體的其他部分。因此，可達成磁性接面的益處。
再者，磁性接面200、200’、200”及/或200”’可用在磁性記憶體中。圖13描繪一上述記憶體400的範例性實施例。磁性記憶體400包括讀/寫行選擇器/驅動器402及406，以及字元線選擇器驅動器404。注意可提供其他及/或相異構件。記憶體400的儲存區域包括磁性儲存單元410。每個磁性儲存單元包括至少一磁性接面412及至少一選擇裝置414。在一些實施例中，選擇裝置414為電晶體。 磁性接面412可為磁性接面200、200’、200”及/或200”’之一。雖然每個磁性儲存單元410繪示一個磁性接面412，在其他實施例中，每個磁性儲存單元可提供其他數量的磁性接面412。如此，磁性記憶體400可享有上述敘述的益處，諸如較低的軟性錯誤率(soft error rate)及低臨界交換電流。
以揭露多種磁性次結構100、100’、100”及100”’，以及磁性接面200、200’、200”及200”’。注意磁性次結構100、100’、100”及100”’，以及磁性接面200、200’、200”及200”’的多種特性可結合。因此，可達成一或更多磁性次結構100、100’、100”及100”’，以及磁性接面200、200’、200”及200”’的益處，諸如減少寫入錯誤率、垂直各向異性、熱安定性及/或可擴充性。
本案已敘述用以提供磁性次結構、磁性接面，以及使用磁性接面製造記憶體的方法及系統。敘述的方法及系統與範例性實施例所繪示的一致，且領域中具通常知識者將立即理解實施例可有變化，且任何的變化會在方法及系統的精神與範圍內。因此，領域中具通常知識者所做的多種調整不脫離隨附權利項的精神與範圍。
10‧‧‧磁性穿隧接面
11‧‧‧底接觸
12‧‧‧種子層
14‧‧‧反鐵磁性層
16、210、210’、210”、260‧‧‧固定層
17、21、102、102’、102”、112、112’、112”、132、132’、132”、152、152’‧‧‧磁化向量
18‧‧‧穿隧阻障層
20、230、230’、230”‧‧‧自由層
22‧‧‧覆蓋層
24‧‧‧頂接觸
50‧‧‧圖表
52、54、56、58‧‧‧曲線
100、100’、100”、100”’‧‧‧磁性次結構
110、110’、110”、110”’、130、130’、130”、130”’、150、150’‧‧‧鐵磁性層
120、120’、120”、120”’、140、140’‧‧‧插入層
200、200’、200”、412‧‧‧磁性接面
202、202’、202”‧‧‧選擇性種子層
204、204’、204”、270‧‧‧選擇性固定層
220、220’、220”、250‧‧‧非磁性間隔層
240、240’、240”‧‧‧選擇性覆蓋層
300、310‧‧‧方法
302、304、306、308、312、314、316、318、320、322‧‧‧步驟
400‧‧‧記憶體
402、406‧‧‧讀/寫行選擇器/驅動器
404‧‧‧字元線選擇器/驅動器
410‧‧‧磁性儲存單元
414‧‧‧選擇裝置
x、y、z‧‧‧座標軸
θ、θ”、θ”’‧‧‧角度
圖1描繪傳統的磁性接面。
圖2以圖表描繪寫入錯誤率對比寫入電流中的趨勢。
圖3描繪磁性次結構的範例性實施例。
圖4描繪磁性次結構的另一範例性實施例。
圖5描繪磁性次結構的另一範例性實施例。
圖6描繪磁性次結構的另一範例性實施例。
圖7描繪磁性接面的範例性實施例，上述磁性接面包括磁性次結構。
圖8描繪磁性接面的另一範例性實施例，上述磁性接面包括磁性次結構。
圖9描繪磁性接面的另一範例性實施例，上述磁性接面包括磁性次結構。
圖10描繪磁性接面的另一範例性實施例，上述磁性接面包括磁性次結構。
圖11描繪用以提供磁性次結構之方法的範例性實施例。
圖12描繪用以製造磁性接面之方法的範例性實施例，上述磁性接面包含磁性次結構。
圖13描繪記憶體的範例性實施例，上述記憶體在儲存單元的記憶體元件中利用磁性接面。
100‧‧‧磁性次結構
110、130‧‧‧鐵磁性層
120‧‧‧插入層
x、y、z‧‧‧座標軸

Claims (40)

  1. 一種磁性接面，適用於磁性裝置中，包括：固定層；非磁性間隔層；以及自由層，所述非磁性間隔層存在於所述固定層與所述自由層之間，其中當寫入電流通過所述磁性接面，所述磁性接面經配置以使所述自由層可在多個穩定磁性狀態間轉換，以及其中所述固定層及所述自由層的至少一者包括磁性次結構，所述磁性次結構包括以至少一插入層進行穿插的至少二磁性層，所述至少二磁性層為交換耦合，其中所述至少二磁性層經設置使得所述磁性次結構的總磁矩包括共平面的成分以及與平面垂直的成分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中所述至少二磁性層包括具有弱共平面各向異性(weak in-plane anisotropy)的第一磁性層及具有高垂直各向異性的第二磁性層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之磁性接面，其中所述弱共平面各向異性包括去磁場(demagnetization field)減垂直各向異性，所述垂直各向異性為小於所述去磁場。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之磁性接面，其中所述垂直各向異性最少為0.4乘所述去磁場且不大於0.9乘所述去磁場。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之磁性接面，其中所述 第二磁性層包括去磁能量及對應所述高垂直各向異性的垂直各向異性能量，所述垂直各向異性能量超過所述去磁能量。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之磁性接面，其中所述磁性次結構具有所需的交換耦合，所述插入層具有經訂製以提供所述所需的交換耦合之厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中所述至少二磁性層包括第三磁性層，其中所述至少一插入層包括鄰接所述第三磁性層的第二插入層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中所述自由層包括所述磁性次結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中所述固定層包括所述磁性次結構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中所述固定層及所述自由層均包括所述磁性次結構。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之磁性接面，更包括：額外的非磁性層；以及額外的固定層，所述額外的非磁性層存在於所述自由層與所述額外的固定層之間。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之磁性接面，其中所述額外的固定層包括額外的磁性次結構，所述額外的磁性次結構包括以至少一額外的插入層進行穿插的至少二額外的磁性層，所述至少二額外的磁性層為交換耦合。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中每 個所述至少一插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中每個所述至少一插入層由Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO的其中之一所組成。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中每個所述至少二磁性層具有去磁場及垂直各向異性，所述垂直各向異性為小於所述去磁場。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之磁性接面，其中每個所述至少二磁性層具有去磁場及垂直各向異性，所述垂直各向異性為大於所述去磁場。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之磁性接面，其中每個所述至少一額外的插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。
  18. 一種磁性記憶體，包括：多個磁性儲存單元，每個所述多個磁性儲存單元包括至少一磁性接面，所述至少一磁性接面包括固定層、非磁性間隔層以及自由層，所述非磁性間隔層存在於所述固定層與所述自由層之間，當寫入電流通過所述磁性接面，所述磁性接面經裝配以使所述自由層可在多個穩定磁性狀態間轉換，所述固定層及所述自由層的至少一者包括磁性次結構，所述磁性次結構包括以至少一插入層進行穿插的至少二磁性層，所述至少二磁性層為交換耦合，其中所述至少二磁性層經設置使得所述磁性次結構 的總磁矩包括共平面的成分以及與平面垂直的成分；以及多條位元線。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中所述至少二磁性層包括具有弱共平面各向異性的第一磁性層及具有高垂直各向異性的第二磁性層。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之磁性記憶體，其中所述弱共平面各向異性包括去磁場減垂直各向異性，所述垂直各向異性為小於所述去磁場。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之磁性記憶體，其中所述垂直各向異性最少為0.4乘所述去磁場且不大於0.9乘所述去磁場。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之磁性記憶體，其中所述第二磁性層包括去磁能量及對應所述高垂直各向異性的垂直各向異性能量，所述垂直各向異性能量超過所述去磁能量。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之磁性記憶體，其中所述磁性次結構具有所需的交換耦合，所述插入層具有經訂製以提供所述所需的交換耦合之厚度。
  24. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中所述至少二磁性層包括第三磁性層，其中所述至少一插入層包括鄰接所述第三磁性層的第二插入層。
  25. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中所述自由層包括所述磁性次結構。
  26. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中 所述固定層包括所述磁性次結構。
  27. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中所述固定層及所述自由層均包括所述磁性次結構。
  28. 如申請專利範圍第19項所述之磁性記憶體，更包括：額外的非磁性層；以及額外的固定層，所述額外的非磁性層存在於所述自由層與所述額外的固定層之間。
  29. 如申請專利範圍第19項所述之磁性記憶體，其中所述額外的固定層包括額外的磁性次結構，所述額外的磁性次結構包括以至少一額外的插入層進行穿插的至少二額外的磁性層，所述至少二額外的磁性層為交換耦合。
  30. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中每個所述至少一插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。
  31. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中每個所述至少一插入層由Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO的其中之一所組成。
  32. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中每個所述至少二磁性層具有去磁場及垂直各向異性，所述垂直各向異性為小於所述去磁場。
  33. 如申請專利範圍第18項所述之磁性記憶體，其中每個所述至少二磁性層具有去磁場及垂直各向異性，所述垂直各向異性為大於所述去磁場。
  34. 如申請專利範圍第29項所述之磁性記憶體，其中每個所述至少一額外的插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。
  35. 一種用以提供磁性接面的方法，適用於磁性裝置中，包括：提供固定層；提供非磁性間隔層；以及提供自由層，所述非磁性間隔層存在於所述固定層與所述自由層之間，其中當寫入電流通過所述磁性接面，所述磁性接面經配置以使所述自由層可在多個穩定磁性狀態間轉換，以及其中提供所述固定層的步驟及提供所述自由層的步驟之至少一者包括提供磁性次結構，所述磁性次結構包括以至少一插入層進行穿插的至少二磁性層，所述至少二磁性層為交換耦合，其中所述至少二磁性層經設置使得所述磁性次結構的總磁矩包括共平面的成分以及與平面垂直的成分。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之用以提供磁性接面的方法，其中每個所述至少一插入層包括Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO中的至少一者。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之用以提供磁性接面的方法，其中每個所述至少一插入層由Cr、Ta、Ti、W、Ru、V、Cu、Mg、氧化鋁及MgO的其中之一所組成。
  38. 一種磁性接面，適用於磁性裝置中，包括： 固定層；非磁性間隔層；以及自由層，所述非磁性間隔層存在於所述固定層與所述自由層之間，其中當寫入電流通過所述磁性接面，所述磁性接面經配置以使所述自由層可在多個穩定磁性狀態間轉換；以及其中所述固定層及所述自由層的至少一者包括磁性次結構，所述磁性次結構包括以至少一插入層進行穿插的至少二磁性層，所述至少二磁性層為交換耦合，所述至少二磁性層包括具有弱共平面各向異性的第一磁性層及具有高垂直各向異性的第二磁性層，所述弱共平面各向異性包括第一去磁場減第一垂直各向異性，所述第一垂直各向異性為小於所述第一去磁場，所述第二磁性層包括第二去磁能量及對應所述高垂直各向異性的第二垂直各向異性能量，所述第二垂直各向異性能量超過所述第二去磁能量，其中所述至少二磁性層經設置使得所述磁性次結構的總磁矩包括共平面的成分以及與平面垂直的成分。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之用於磁性裝置中的磁性接面，其中所述第一垂直各向異性最少為0.4乘所述第一去磁場。
  40. 如申請專利範圍第38項所述之用於磁性裝置中的磁性接面，其中所述第一垂直各向異性不大於0.9乘所述第一去磁場。
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