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KR20140113595A - Method and system for providing magnetic layers having nsertion layers for use in spin transfer torque memories - Google Patents

Method and system for providing magnetic layers having nsertion layers for use in spin transfer torque memories Download PDF

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KR20140113595A
KR20140113595A KR1020140031172A KR20140031172A KR20140113595A KR 20140113595 A KR20140113595 A KR 20140113595A KR 1020140031172 A KR1020140031172 A KR 1020140031172A KR 20140031172 A KR20140031172 A KR 20140031172A KR 20140113595 A KR20140113595 A KR 20140113595A
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magnetic
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Abstract

자기 장치에 사용가능한 자기 접합용 방법 및 시스템이 서술된다. 자기 접합은 고정층, 비자성 스페이서층, 및 자유층을 포함한다. 상기 비자성 스페이서층은 피고정층 및 자유층 사이에 개재된다. 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 자유층이 복수의 안정한 자기 상태 사이를 스위칭 가능하도록 구성된다. 피고정층 및 자유층 중에서 적어도 하나는 자기 부구조물을 포함한다. 자기 부구조물은 적어도 하나의 십입층이 끼워진 적어도 두 개의 자성층들을 포함한다. 적어도 하나의 삽입층의 각각은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나를 포함한다. 적어도 두 개의 자성층들은 자기적으로 결합된다. A method and system for magnetic bonding usable in a magnetic device are described. The magnetic junction includes a fixed layer, a non-magnetic spacer layer, and a free layer. The non-magnetic spacer layer is interposed between the pinned layer and the free layer. The magnetic junction is configured such that when the write current passes through the magnetic junction, the free layer is capable of switching between a plurality of stable magnetic states. At least one of the pinned layer and the free layer includes a magnetic sub-structure. The magnetic sub-structure includes at least two magnetic layers sandwiching at least one sub-grain layer. Wherein each of the at least one intercalation layer comprises at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, Pb, and Zr. At least two magnetic layers are magnetically coupled.

Description

스핀 전달 토크 메모리에 사용되는 삽입층들을 갖는 자성층들을 제공하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING MAGNETIC LAYERS HAVING NSERTION LAYERS FOR USE IN SPIN TRANSFER TORQUE MEMORIES}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and system for providing magnetic layers having interleaved layers used in spin transfer torque memories,

본 발명은 자기 접합 및 자기메모리에 관한 것으로, 특히 스핀 전달 토크 메모리에 사용되는 삽입층들을 갖는 자성층들을 제공하는 자기 접합 및 이를 이용하는 자기 메모리에 관한 것이다. Field of the Invention [0002] The present invention relates to magnetic junctions and magnetic memories, and more particularly to magnetic junctions that provide magnetic layers with interleaved layers used in spin transfer torque memories and magnetic memories using the same.

자기 메모리, 특히 자기 랜덤 억세스 메모리들(Magnetic Random Access Memories: MRAMs)은 높은 읽기/쓰기 속도, 뛰어난 내구성, 비휘발성 및 동작 시의 낮은 전력 소모 등의 잠재력 때문에 점점 더 주목받고 있다. MRAM은 자기 물질들을 정보 저장매체로 이용하여 정보를 저장할 수 있다. MRAM의 한 종류로 STT-MRAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory)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.Magnetic memories, especially magnetic random access memories (MRAMs), are becoming increasingly popular due to their potential for high read / write speeds, excellent durability, non-volatility and low power consumption during operation. MRAM can store information by using magnetic materials as an information storage medium. One type of MRAM is STT-MRAM (Spin Transfer Torque Random Access Memory). The STT-MRAM utilizes the self-junction at least partially recorded by the current passing through the magnetic junction. The spin-polarized current through the magnetic splice applies a spin torque to the magnetic moment in the magnetic splice. Thus, the layer (s) having a magnetic moment responsive to the spin torque can be switched to a desired state.

일 예로, 도 1은 일반적인 STT-MRAM에 사용될 수 있는 일반적인 이중 자기 터널 접합(magnetic tunneling junction: MTJ)(10)을 도시한다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적으로 하부 콘택(11) 상에 제공되며, 일반적인 시드(seed)층(들)(12)을 사용한다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적인 반강자성층(antiferromagnetic layer: AFM, 14), 일반적인 피고정층(pinned layer, 16), 일반적인 터널링 배리어층(18), 일반적인 자유층(20), 및 일반적인 캐핑층(22)을 포함한다. 또한, 상부 콘택(24)이 도시된다.For example, FIG. 1 illustrates a typical magnetic tunneling junction (MTJ) 10 that may be used in a general STT-MRAM. A typical MTJ 10 is typically provided on a bottom contact 11 and uses a common seed layer (s) 12. A typical MTJ 10 includes a general antiferromagnetic layer (AFM) 14, a general pinned layer 16, a general tunneling barrier layer 18, a general free layer 20, and a common capping layer 22 ). Also shown is an upper contact 24.

일반적인 콘택들(11, 24)은 면 수직 전류(current-perpendicular-to-plane: CPP) 방향, 또는 도 1에 도시된 z축으로 전류를 구동하도록 사용된다. 일반적인 시드층(들)(12)은 일반적으로, AFM층(14)과 같은, 원하는 결정 구조를 갖는 그 다음 층들의 성장을 돕는데 활용된다. 일반적인 터널링 배리어층(18)은 비자성이며, 일 예로 MgO와 같은 얇은 절연체일 수 있다.Typical contacts 11 and 24 are used to drive current in the direction of the current-perpendicular-to-plane (CPP), or in the z-axis shown in FIG. Typical seed layer (s) 12 are typically utilized to assist in the growth of the next layers having a desired crystal structure, such as the AFM layer 14. Typical tunneling barrier layer 18 is non-magnetic, and may be a thin insulator, such as MgO, for example.

일반적인 피고정층(16) 및 일반적인 자유층(20)은 자성이다. 일반적인 피고정층(16)의 자화(17)는 일반적으로 AFM층(14)과의 교환-바이어스 상호작용(exchange-bias interaction)에 의하여 특정 방향으로 고정(fixed)되거나, 피닝된다(pinned). 단일층으로 도시되었으나, 일반적인 피고정층(16)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 일 예로, 일반적인 피고정층(16)은 루테늄(Ru) 같은 얇은 도전층을 통하여 반강자성적으로 결합된(coupled) 자성층들을 포함하는 합성 반강자성층(Sythetic AntiFerromagnetic layer: SAF층)일 수 있다. 루테늄(Ru) 박막이 삽입된 복수의 자성층들이 이와 같은 SAF층에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, Ru 막들을 가로지르는 결합은 강자성일 수 있다. 일반적인 MTJ(10)의 다른 버전(version)은 추가적인 비자성 배리어 또는 도전층(미도시)에 의해 자유층(20)으로부터 이격된 추가적인 피고정층(미도시)을 포함할 수 있다. The general pinned layer 16 and the general free layer 20 are magnetic. The magnetization 17 of a general pinned layer 16 is generally pinned or pinned in a particular direction by exchange-bias interaction with the AFM layer 14. Although shown as a single layer, a typical pinned layer 16 may include multiple layers. As an example, a typical pinned layer 16 may be a synthetic anti-magnetic layer (SAF layer) comprising magnetic layers coupled anti-ferromagnetically through a thin conductive layer such as ruthenium (Ru). A plurality of magnetic layers in which a ruthenium (Ru) thin film is inserted can be used for such SAF layers. In another embodiment, the bonds across Ru films may be ferromagnetic. Other versions of the general MTJ 10 may include additional pinned layers (not shown) spaced from the free layer 20 by additional non-magnetic barriers or conductive layers (not shown).

일반적인 자유층(20)은 변경 가능한 자화(21)를 갖는다. 비록 단일의 층으로 도시되었으나, 일반적인 자유층(20)은 또한 복수의 층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 일반적인 자유층(20)은 루테늄(Ru)과 같은 얇은 도전성 층들을 통하여 반강자성적 또는 강자성적으로 결합된 자성층들을 포함하는 합성층일 수 있다. 면 내(in-plane)로 도시되었으나, 일반적인 자유층(20)의 자화(21)는 수직 이방성(perpendicular anisotropic)을 가질 수 있다. 따라서, 피고정층(16) 및 자유층(20)은 각각 상기 층들의 면에 수직하게 방향된 자화들(17 및 21)을 가질 수 있다. The general free layer 20 has a changeable magnetization 21. Although illustrated as a single layer, a typical free layer 20 may also include a plurality of layers. As an example, a typical free layer 20 may be a composite layer comprising magnetic layers that are coupled antiferromagnetically or ferromagnetically through thin conductive layers such as ruthenium (Ru). Although shown in-plane, the magnetization 21 of a typical free layer 20 may have perpendicular anisotropy. Thus, the pinned layer 16 and the free layer 20 may each have magnetizations 17 and 21 oriented perpendicular to the plane of the layers.

일반적인 자유층(20)의 자화(21)를 스위치(switch) 하도록, 면에 수직인 방향으로(Z 방향으로) 전류가 구동된다. 충분한 전류가 상부 콘택(24)으로부터 하부 콘택(11)으로 흐를 때, 일반적인 자유층(20)의 자화(21)는 일반적인 고정층(16)의 자화(17)에 평행하게 스위치될 수 있다. 충분한 전류가 하부 콘택(11)으로부터 상부 콘택(24)으로 흐를 때, 자유층의 자화(21)는 고정층(16)의 자화(17)에 반평행하게 스위치 될 수 있다. 자기적 배치들(magnetic configurations)의 차이점들은 다른 자기저항들(magnetoresistances)과 이에 따른 일반적인 MTJ(10)의 다른 논리 상태들(예를 들어, 논리 0와 논리 1)에 상응한다.The current is driven in the direction perpendicular to the plane (in the Z direction) so as to switch the magnetization 21 of the general free layer 20. The magnetization 21 of the typical free layer 20 can be switched in parallel to the magnetization 17 of the common pinning layer 16 when sufficient current flows from the upper contact 24 to the lower contact 11. [ The magnetization 21 of the free layer can be switched antiparallel to the magnetization 17 of the pinned layer 16 when sufficient current flows from the bottom contact 11 to the top contact 24. [ The differences in magnetic configurations correspond to different magnetoresistances and hence other logic states of the general MTJ 10 (e.g., logic 0 and logic 1).

STT-MRAM 어플리케이션들에 사용될 때, 일반적인 MTJ(10)의 자유층(20)은 상대적으로 낮은 전류에서 스위치 되는 것이 요구된다. 임계 스위칭 전류(critical switching current, lco)는 균형 방향 주위에서의 자유층 자화(21)의 극미한 세차(precession)가 불안정해지는 최소 전류이다. 일 예로, lco는 대략 수 mA 또는 그 이하일 것이 요구될 수 있다. 이에 더해, 높은 데이터 속도에서 일반적인 자기 장치(10)를 프로그래밍 하는데 사용하기 위하여 짧은 전류 펄스가 요구될 수 있다. 예를 들어, 대략 20-30 ns 이하의 전류 펄스들이 요구된다.When used in STT-MRAM applications, the free layer 20 of a typical MTJ 10 is required to be switched at a relatively low current. The critical switching current (lco) is the minimum current at which the slight precession of the free layer magnetization 21 around the balancing direction becomes unstable. In one example, lco may be required to be approximately a few mA or less. In addition, a short current pulse may be required for use in programming a typical magnetic device 10 at high data rates. For example, current pulses of approximately 20-30 ns or less are required.

일반적인 MTJ(10)는 스핀 전달(spin transfer)을 사용하여 기록될 수 있고 STT-MRAM에 사용될 수 있으나, 이에는 문제점들이 있다. 일 예로, 쓰기 오류율(write error rates: WER)은 허용 가능한 lco 및 펄스폭(pulse width)을 갖는 메모리들에서 요구되는 것보다 높을 수 있다. 쓰기 오류율(WER)은 전형적인 스위칭 전류와 적어도 동일한 전류가 적용되는 때, 셀(즉, 일반적인 자기 접합의 자유층(20)의 자화(21))이 스위치 되지 않을 가능성이다. WER은 10-9 이하일 것이 요구된다. 그러나, 일반적인 자유층(20)은 전형적으로 이 값을 상당히 초과하는 WER을 가진다. 이에 더해, 더 짧은 쓰기 전류 펄스(write current pulse)에서, WER을 향상시키는 것은 도전적일 수 있음이 판명되어 왔다. 일 예로, 도 2는 다른 폭들의 펄스들에 대한 WER들의 경향을 도시하는 그래프(50)이다. 실제 데이터는 그래프(50)에 기입되지 않음을 주의한다. 그 대신에, 그래프(50)는 경향들을 나타내고 있다. 가장 긴 것부터 가장 짧은 것까지의 펄스 폭은 곡선들(52,54,56,58)을 그린다. 그래프(50)에서 보여진 바와 같이, 더 큰 펄스 폭들에 대해서, 쓰기 전류 대 WER은 더 큰 기울기를 가진다. 따라서, 같은 펄스 폭에서 더 큰 쓰기 전류의 인가는 WER의 상당한 감소를 가져올 수 있다. 그러나, 곡선 54, 56 및 58에서 펄스 폭들이 짧아짐에 따라, 곡선 54, 56 및 58의 기울기는 감소한다. 펄스 폭의 감소에 대하여, 전류의 증가가 WER의 감소를 가져올 가능성은 더 적다. 그 결과로서, 일반적인 MTJ(10)를 이용하는 메모리들은 쓰기 전류의 증가에 의해 치유되지 않을 수 있는, 용인될 수 없는 큰 WER을 가질 수 있다. A typical MTJ 10 can be written using spin transfer and used in STT-MRAM, but there are problems. As an example, write error rates (WER) may be higher than required in memories with acceptable lco and pulse widths. The write error rate (WER) is the probability that the cell (i.e., the magnetization 21 of the free layer 20 of general magnetic junction) is not switched when at least the same current as the typical switching current is applied. WER is required to be 10 -9 or less. However, the typical free layer 20 typically has a WER that significantly exceeds this value. In addition, it has been found that, in a shorter write current pulse, improving WER can be challenging. As an example, FIG. 2 is a graph 50 showing the trend of WERs for pulses of different widths. Note that the actual data is not written to the graph 50. Instead, the graph 50 shows trends. The pulse width from the longest to the shortest draws the curves 52,54,56,58. As shown in graph 50, for larger pulse widths, the write current versus WER has a larger slope. Thus, the application of a larger write current at the same pulse width can result in a significant reduction in WER. However, as the pulse widths at curves 54, 56 and 58 become shorter, the slopes of curves 54, 56 and 58 decrease. For a decrease in pulse width, the increase in current is less likely to result in a decrease in WER. As a result, memories using conventional MTJ 10 may have unacceptably large WER, which may not be healed by an increase in write current.

다양한 종래의 해결책들이 WER들과 같은 특성을 향상시키도록 제안되어 왔다. 예를 들어, 자기장 보조된 스위칭(magnetic field assisted switching) 및/또는 복잡한 구조를 갖는 자기 접합이 사용될 수 있다. 그러나, 다른 특성들을 유지시키면서 WER을 감소시키는 그러한 종래의 계획들의 능력은 제한된다. 예를 들어, 그러한 종래의 방법들에 의해 확장성(scalability), 에너지 소비, 및/또는 열적 안정성은 부정적으로 영향 받을 수 있다. Various conventional solutions have been proposed to improve such characteristics as WERs. For example, magnetic field assisted switching and / or magnetic bonding with a complicated structure may be used. However, the ability of such conventional schemes to reduce WER while maintaining other characteristics is limited. For example, scalability, energy consumption, and / or thermal stability may be adversely affected by such conventional methods.

WER에 더하여, 다른 문제들이 일반적인 MTJ(10)에 존재할 수 있다. 수직 방향의 자화들(17 및 21)을 갖는 일반적인 MTJ들(10)에서, 자기저항(magnetoresistance)은 평면 내(in-plane)의 자화를 갖는 일반적인 MTJ들(10)보다 낮을 수 있다. 그 결과, 종래의 MTJ에서의 신호는 요구되는 것보다 낮을 수 있다. 그러한 수직한 일반적인 MTJ들(10)은 또한 높은 감쇄(damping)를 나타낸다. 이와 같이, 스위칭 성능이 부정적으로 영향 받는다. 따라서, 일반적인 MTJ(10)을 사용하는 메모리의 성능이 향상되는 것이 여전히 요구된다. In addition to WER, other problems may be present in the general MTJ 10. In general MTJs 10 having vertical magnetizations 17 and 21, magnetoresistance may be lower than typical MTJs 10 having in-plane magnetizations. As a result, the signal at the conventional MTJ may be lower than required. Such vertical normal MTJs 10 also exhibit high damping. As such, the switching performance is negatively affected. Therefore, it is still required that the performance of a memory using a general MTJ 10 be improved.

그러한 이유로, 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능을 개선할 수 있는 방법 및 시스템이 필요하다. 여기에서 설명된 방법 및 시스템은 이러한 필요를 다룬다.For that reason, there is a need for a method and system that can improve the performance of memories based on spin transfer torque. The methods and systems described herein address this need.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능을 개선할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method and system capable of improving the performance of memories based on spin transfer torque.

자기 장치에 사용가능한 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템이 서술된다. 자기 접합은 고정층, 비자성 스페이서층, 및 자유층을 포함한다. 상기 비자성 스페이서층은 피고정층 및 자유층 사이에 개재된다. 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 자유층이 복수의 안정한 자기 상태 사이를 스위칭 가능하도록 구성된다. 피고정층 및 자유층 중에서 적어도 하나는 자기 부구조물을 포함한다. 자기 부구조물은 적어도 하나의 십입층이 끼워진 적어도 두 개의 자성층들을 포함한다. 적어도 하나의 삽입층 각각은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나를 포함한다. 적어도 두 개의 자성층들은 자기적으로 결합된다. Methods and systems for providing magnetic bonding that are usable in magnetic devices are described. The magnetic junction includes a fixed layer, a non-magnetic spacer layer, and a free layer. The non-magnetic spacer layer is interposed between the pinned layer and the free layer. The magnetic junction is configured such that when the write current passes through the magnetic junction, the free layer is capable of switching between a plurality of stable magnetic states. At least one of the pinned layer and the free layer includes a magnetic sub-structure. The magnetic sub-structure includes at least two magnetic layers sandwiching at least one sub-grain layer. Each of the at least one intercalation layer is formed of a material selected from the group consisting of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, , And Zr. At least two magnetic layers are magnetically coupled.

본 발명의 실시예들에 따르면, 스핀 전달 토크에 기반한 메모리들의 성능이 개선될 수 있다.According to embodiments of the present invention, the performance of memories based on spin transfer torque can be improved.

도 1은 일반적인 자기 접합을 도시한다.
도 2는 쓰기 전류 대 쓰기 오류율의 경향을 도시한 그래프이다.
도 3a는 자기 부구조물의 일 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3b는 자기 부구조물의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3c는 도 3b에 도시된 자기 부구조물 내의 물질 농도들의 일 예시적인 실시예를 도시한다.
도 4는 자기 부구조물의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 5는 자기 부구조물의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6은 자기 부구조물의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 7은 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합의 일 예시적인 실시예를 도시한다.
도 8은 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 9는 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 10은 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 11은 자기 부구조물을 제공하는 방법의 일 예시적인 실시예를 도시한다.
도 12는 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합을 제조하는 방법의 일 예시적인 실시예를 도시한다.
도 13은 자기 셀(들)의 자기 요소(들) 내에서 자기 접합을 사용하는 메모리의 일 예시적인 실시예를 도시한다. Figure 1 shows a typical magnetic junction.
Figure 2 is a graph showing trends in write current versus write error rate.
Figure 3A shows one exemplary embodiment of a magnetic sub-structure.
3B shows another exemplary embodiment of the magnetic sub-structure.
FIG. 3C shows one exemplary embodiment of material concentrations in the magnetic domain structure shown in FIG. 3B.
Figure 4 shows another exemplary embodiment of a magnetic sub-structure.
Fig. 5 shows another exemplary embodiment of the magnetic sub-structure.
Figure 6 shows another exemplary embodiment of a magnetic sub-structure.
Figure 7 illustrates one exemplary embodiment of a magnetic bond including a magnetic sub-structure.
Figure 8 shows another exemplary embodiment of a magnetic bond including a magnetic sub-structure.
Figure 9 illustrates another exemplary embodiment of a magnetic bond including a magnetic sub-structure.
Figure 10 shows another exemplary embodiment of a magnetic bond including a magnetic sub-structure.
11 illustrates one exemplary embodiment of a method of providing a magnetic sub-structure.
Figure 12 shows an exemplary embodiment of a method of manufacturing a magnetic junction comprising a magnetic sub-structure.
13 illustrates one exemplary embodiment of a memory using magnetic bonding in the magnetic element (s) of the magnetic cell (s).

예시적인 실시예들은 자기 메모리들과 같은 자기 장치에 사용될 수 있는 자기 접합 및 그와 같은 자기 접합들을 사용하는 장치들에 관한 것이다. 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 실시예들에 대한 다양한 변형 및 그에 일반적인 원리 및 형태들은 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 시스템들 및/또는 일정 구성들을 갖는 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 실시예들과 순서가 다른 단계들을 갖는 다른 방법들에서 유효하게 작동할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예들에 한정할 의도가 아니며, 본 명세서에 기재된 원리들 및 형태들과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다. 자기 접합은 피고정층, 비자성 스페이서층, 및 자유층을 포함한다. 비자성 스페이서층은 피고정층 및 자유층 사이에 개재된다. 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통과할 때, 자유층이 다수의 안정한 자기 상태 사이를 스위칭 가능하도록 구성된다. 피고정층 및 자유층 중에서 적어도 하나는 자기 부구조물을 포함한다. 자기 부구조물은 적어도 하나의 삽입층이 끼워진 적어도 두 개의 자성층들을 포함한다. 삽입층 각각은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나를 포함한다, 자성층들은 교환 결합된다. Exemplary embodiments relate to magnetic coupling that may be used in magnetic devices, such as magnetic memories, and to devices that use such magnetic couplings. The following description is provided to enable a person skilled in the art to carry out the invention and is provided as part of the patent application and its requirements. Various modifications to the exemplary embodiments described herein, as well as the general principles and forms thereof, may be apparent to those skilled in the art to which the invention pertains. While the illustrative embodiments have been described primarily with reference to specific methods and systems that are provided for a particular embodiment, the methods and systems may operate effectively in other embodiments. The phrases " exemplary embodiment ", " one embodiment ", and " other embodiment " may refer to the same or different embodiments as well as to a plurality of embodiments. Embodiments will be described with respect to systems and / or devices having certain configurations, but systems and / or devices may include more or fewer configurations than those depicted, May be made within the scope of the present invention. It should also be understood that the exemplary embodiments may be described in the context of particular methods having certain steps, but such methods and systems may have other and / or additional steps, or other methods with sequential steps than the exemplary embodiments Lt; / RTI > Accordingly, the invention is not intended to be limited to the embodiments shown, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and forms disclosed herein. The magnetic junction includes a pinned layer, a nonmagnetic spacer layer, and a free layer. The non-magnetic spacer layer is interposed between the pinned layer and the free layer. The magnetic junction is configured such that when the write current passes through the magnetic junction, the free layer is capable of switching between a plurality of stable magnetic states. At least one of the pinned layer and the free layer includes a magnetic sub-structure. The magnetic sub-structure includes at least two magnetic layers sandwiching at least one insertion layer. Each of the intercalation layers is composed of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, The magnetic layers are exchange coupled.

예시적인 실시예들은 특정한 자기 접합들, 및 특정한 구성 요소들을 갖는 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. 상기 방법 및 시스템은 또한 스핀 전달 현상, 자기 이방성, 및 다른 물리적 현상의 현재 이해의 맥락 내에서 설명된다. 따라서, 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. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 상기 방법과 시스템은 기판에 특정한 관계를 가지는 구조의 맥락 내에서 설명됨을 쉽게 알 것이다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법과 시스템이 다른 구조들에서도 일관됨을 쉽게 알 것이다. 또한, 상기 방법과 시스템은 합성 및/또는 단일의 특정 층들의 맥락 내에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 층들이 다른 구조를 가질 수 있음을 쉽게 알 것이다. 나아가, 상기 방법과 시스템은 자기 접합들, 및/또는 특정한 층들을 가지는 다른 구조들의 맥락 내에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법과 시스템에 모순되지 않는 추가적인 및/또는 다른 층들을 갖는 자기 접합들 및/또는 다른 구조들 또한 사용될 수 있음을 쉽게 알 것이다. 게다가, 특정 구성들은 자성(magnetic), 강자성(ferromagnetic) 및 페리자성(ferrimagnetic)으로 설명된다. 여기에서 사용된 것과 같이, 자성이란 용어는 강자성, 페리자성, 또는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 이렇게, 여기에서 사용되는 바와 같이, 상기 ''자성'' 또는 ''강자성''이라는 용어는 강자성체들 및 페리자성체들을 포함하나, 그에 한정되지 않는다. 상기 방법과 시스템은 또한 단일 자기 접합들의 맥락 내에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법과 시스템이 복수의 자기 접합들을 갖는 자기 메모리들의 사용에 일관됨을 쉽게 알 것이다. 나아가, 여기서 사용된 대로, ''면 내(in-plane)''는 실질적으로 자기 접합의 하나 이상의 층들의 면 내에 있거나 그 면에 평행한 것이다. 반대로, ''수직인(perpendicular)''은 자기 접합의 하나 이상의 층들에 실질적으로 수직인 방향에 해당한다.Exemplary embodiments are described within the context of particular magnetic junctions, and magnetic memories having particular components. Those skilled in the art will readily observe that the present invention is consistent with the use of magnetic joints and magnetic memories having other and / or additional features and / or other features not inconsistent with the present invention will be. The method and system are also described within the context of current understanding of spin transfer phenomena, magnetic anisotropy, and other physical phenomena. Thus, those of ordinary skill in the art will readily recognize that theoretical explanations of the operation of the method and system are based on this current understanding of spin transfer, magnetic anisotropy, and other physical phenomena. However, the methods and systems described herein do not rely on any particular physical description. Those of ordinary skill in the art will also readily recognize that the method and system are described within the context of a structure having a particular relationship to the substrate. However, those of ordinary skill in the art will readily recognize that the method and system are consistent in other arrangements. The methods and systems are also described within the context of particular layers of synthesis and / or single. However, those of ordinary skill in the art will readily recognize that the layers can have different structures. Furthermore, the above methods and systems are described within the context of magnetic junctions, and / or other structures having particular layers. However, those skilled in the art will readily recognize that magnetic junctions and / or other structures with additional and / or other layers that are not contradictory to the method and system may also be used. In addition, certain configurations are described as magnetic, ferromagnetic and ferrimagnetic. As used herein, the term magnetism may include ferromagnetic, ferrimagnetic, or similar structures. Thus, as used herein, the terms "magnetic" or "ferromagnetic" include, but are not limited to, ferromagnets and ferrimagnets. The method and system are also described within the context of single magnetic junctions. However, those of ordinary skill in the art will readily recognize that the method and system are consistent with the use of magnetic memories having a plurality of magnetic junctions. Further, as used herein, "in-plane" is substantially within or parallel to the plane of one or more layers of magnetic bonding. Conversely, " perpendicular " corresponds to a direction substantially perpendicular to one or more layers of the self-junction.

도 3a는 자기 장치, 예를 들어, 자기 터널 접합(MTJ), 스핀 밸브(spin valve), 탄도자기저항구조(ballistic magnetoresistance structure), 또는 이들의 조합에서 사용가능한 자기 부구조물(magnetic substructure)(100)의 일 실시예를 도시한다. 자기 부구조물(100)이 사용되는 자기 장치는 다양한 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기 장치 및 그에 따른 자기 부구조물은 STT-MRAM과 같은 자기 메모리에 사용될 수 있다. 명확함을 위하여, 도 3은 실제 크기의 비율이 아니다. 자기 부구조물(100)은 제1 강자성층(ferromagnetic layer)(110), 삽입층(insertion layer)(120), 및 제2 강자성층(120)을 포함할 수 있다. 층들(110, 120, 및 130)이 특정한 방향에서 도시되었으나, 다른 실시예들에서 이 방향은 다양할 수 있다. 예를 들어, 제1 강자성층(110)은 자기 부구조물(100)의 상부(도시되지 않았으나, 기판으로부터 가장 먼)에 있을 수 있다. Figure 3a illustrates a magnetic substructure 100 (e.g., a magnetic substrate) that can be used in a magnetic device, e.g., a magnetic tunnel junction (MTJ), a spin valve, a ballistic magnetoresistance structure, ). ≪ / RTI > The magnetic device in which the magnetic sub-structure 100 is used can be used in various applications. For example, magnetic devices and their magnetic sub-structures may be used in magnetic memories such as STT-MRAM. For clarity, FIG. 3 is not an actual size ratio. The magnetic domain structure 100 may include a first ferromagnetic layer 110, an insertion layer 120, and a second ferromagnetic layer 120. Although layers 110, 120, and 130 are shown in a particular orientation, in other embodiments, the orientation may vary. For example, the first ferromagnetic layer 110 may be on top of the magnetic domain structure 100 (not shown, but most distant from the substrate).

강자성층들(110 및 130)은 Ni, Fe, 및 Co 중에서 적어도 하나, 특히 합금 형태를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 강자성층들(110 및 130)은 CoFe를 포함할 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 강자성층들(110 및 130)은 CoFeB로 구성될 수 있다. 강자성층들(110 및 130)의 하나 또는 둘 다 상온에서 안정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 강자성층들(110 및 130)의 자기 이방성 에너지(magnetic anisotropy energy)는 kbT의 최소 60배일 수 있다. 일부 실시예에서, 강자성층들(110 및 130)에 대한 자기 이방성 에너지는 상온(대략 섭씨 30도)에서 kbT의 최소 8배일 수 있다. 게다가, 층들(110 및 130)은 자기적으로 결합될(magnetically coupled) 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 층들(110 및 130)은 교환 결합될(exchange coupled) 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 교환 결합은 층들(110 및 130)의 자화(도 3에서 미도시)의 방향을 실질적으로 평행하도록 촉진할 수 있다. 다른 실시예에서, 교환 결합은 층들(110 및 130)의 자화의 방향을 실질적으로 반평행하거나 다른 상대적인 방향으로 촉진할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 층들(110 및/또는 130)은 높은 수직 이방성을 가질 수 있다. 달리 말하면, 층들(110 및/또는 130)의 수직 이방성은 면 내에 약하게 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 그러한 실시예들에서, 층들(110 및/또는 130)의 수직 이방성 에너지는 면을 벗어난 자기소거에너지(out-of-plane demagnetization energy)에 근접하거나 작을 수 있다. (가장자리들에서의 감소된 자기소거장(demagnetization field)으로 인해, 큰 셀들에서 대략 2πMs2이고, 작은 셀들에서 2πMs2보다 작음). 예를 들어, 수직 이방성 에너지는 면을 벗어난 자기소거에너지의 최소 40퍼센트일 수 있다. 일부 그러한 실시예들에서, 자기 이방성 에너지는 자기소거 에너지의 90 퍼센트보다 크지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 층들(110 및 130)의 자화들은 둘 다 수직일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 층들(110 및 130)의 자화의 하나 또는 둘 다는 면 내의 및 면에 수직인 요소들을 가질 수 있다.The ferromagnetic layers 110 and 130 may include at least one of Ni, Fe, and Co, particularly an alloy form. In some embodiments, the ferromagnetic layers 110 and 130 may comprise CoFe. In some such embodiments, the ferromagnetic layers 110 and 130 may be comprised of CoFeB. One or both of the ferromagnetic layers 110 and 130 may be configured to be stable at ambient temperature. For example, the magnetic anisotropy energy of the ferromagnetic layers 110 and 130 may be at least 60 times the kbT. In some embodiments, the magnetic anisotropy energy for the ferromagnetic layers 110 and 130 may be at least 8 times the kT at room temperature (approximately 30 degrees Celsius). In addition, the layers 110 and 130 may be magnetically coupled. In some such embodiments, the layers 110 and 130 may be exchange coupled. In some embodiments, the exchange coupling can promote the direction of magnetization (not shown in FIG. 3) of the layers 110 and 130 to be substantially parallel. In other embodiments, the exchange coupling may promote the direction of magnetization of the layers 110 and 130 to be substantially antiparallel or in other relative directions. In some of these embodiments, layers 110 and / or 130 may have high perpendicular anisotropy. In other words, the perpendicular anisotropy of the layers 110 and / or 130 may be weakly within the plane. For example, in some such embodiments, the perpendicular anisotropy energy of the layers 110 and / or 130 may be close to or less than the out-of-plane demagnetization energy. (Approximately 2? Ms 2 in large cells and less than 2? Ms 2 in small cells due to the reduced demagnetization field at the edges). For example, the perpendicular anisotropy energy may be at least 40 percent of the off-plane magnet erase energy. In some such embodiments, the magnetic anisotropy energy may not be greater than 90 percent of the magnet erase energy. In other embodiments, the magnetizations of layers 110 and 130 may both be vertical. In yet another embodiment, one or both of the magnetizations of layers 110 and 130 may have elements in and perpendicular to the plane.

삽입층(120)은 강자성층들(110 및 130) 사이에 존재하는 비자성층이다. 이 층은 그 자체로 비자성층임에도 불구하고, 이것은 인접한 자기 물질들에 의해 유도된 작은 자기 모멘트를 가질 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, ''비자성''은 유도된 자기 모멘트의 가능성을 포함한다. 삽입층(120)은 도전체일 수 있다. 예를 들면, 삽입층(120)은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중 적어도 어느 하나와 같은 물질들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입층(120)은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중 어는 하나로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 삽입층(120)은 알루미늄 산화물 및/또는 MgO와 같은 절연체일 수 있다. 삽입층(120)은 층들(110 및 130) 사이의 자기 결합(magnetic coupling)을 조정하는데 사용될 수 있다. 삽입층(120)은 또한 자기 터널링 접합의 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance, TMR)을 향상시키고, 자기 구조(100)를 적용하는데 사용될 수 있다. 자기 구조(100)의 강자성층들 사이의 결합 및 자기 부구조물(100)이 적용된 자기 터널링 접합의 TMR은 강자성층들(110 및 130)의 두께들 및 조성들 뿐만 아니라 삽입층(120)의 두께 및 조성을 변경하여 조정될 수 있다.Insertion layer 120 is a non-magnetic layer present between ferromagnetic layers 110 and 130. Although this layer is itself a nonmagnetic layer, it may have a small magnetic moment induced by adjacent magnetic materials. As used herein, " non-magnetic " includes the possibility of induced magnetic moments. The insertion layer 120 may be a conductor. For example, the intercalation layer 120 may include at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Rb, Pb, and / or Zr. In some embodiments, the intercalation layer 120 is formed of a material selected from Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, , Rb, Pb, and Zr. In another embodiment, the intercalation layer 120 may be an insulator such as aluminum oxide and / or MgO. Insertion layer 120 may be used to adjust the magnetic coupling between layers 110 and 130. The insertion layer 120 may also be used to enhance the tunneling magnetoresistance (TMR) of the magnetic tunneling junction and to apply the magnetic structure 100. The TMR of the coupling between the ferromagnetic layers of the magnetic structure 100 and the magnetic tunneling junction to which the magnetic domain structure 100 is applied depends not only on the thicknesses and compositions of the ferromagnetic layers 110 and 130, And composition.

자기 부구조물(100)의 성질들은 삽입층(120) 및 강자성층들(110 및 130)의 조합을 사용하여 조정할 수 있다. 결과적으로, 자기 부구조물(100)이 사용되는 자기 장치의 성능은 또한 원하는 대로 구성될 수 있다. 예를 들면, 자기 부구조물(100)이 사용되는 자기 장치의 TMR은 자유층의 향상된 결정화 및 터널링 접합(특히, 두 배리어들을 갖는 터널링 접합)의 격자 일치 때문에 향상될 수 있다. WER 및 전송 속도(data rate)와 같은, 스위칭 특성들은 자기 부구조물(100)이 사용되는 자기 장치에서 향상될 수 있다.The properties of the magnetic subsystem 100 may be adjusted using a combination of the inserting layer 120 and the ferromagnetic layers 110 and 130. As a result, the performance of the magnetic device in which the magnetic domain structure 100 is used can also be configured as desired. For example, the TMR of the magnetic device in which the magnetic sub-structure 100 is used can be improved due to the improved crystallization of the free layer and the lattice matching of the tunneling junction (especially the tunneling junction with two barriers). Switching characteristics, such as WER and data rate, can be improved in a magnetic device in which the magnetic subsystem 100 is used.

일부 실시예에서, 자기 부구조물(100)은 또한 수직 자기 이방성 및/또는 자기 부구조물(100)이 사용된 자기 장치의 다른 특성들을 향상시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 비자성 삽입층(120)은 자성층(들)(110 및/또는 130)에 사용되는 특정 자기 물질들, 또는 도펀트들을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 자기 부구조물(100)의 비자성 삽입층(120)은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 비자성 삽입층(120)은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr중 어느 하나로 구성될 수 있다. 하나 이상의 자성층들(110 및 130)이 B를 포함한다면, 비자성 삽입층(120)의 사용은 특히 효과적일 수 있다. 예를 들면, 자성층들(110 및/또는 130)은 CoFeB, CoFeBTa 및/또는 FeB를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, B 및/또는 Ta의 농도는 30 원자 퍼센트를 넘지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 자성층(110 및/또는 130)은 Co, Fe, 및 Ni, 그리고 Ta, B, Zr, Cr, V, Al, Be, Ti, Zn, Hf, Pd, Pt, Bi, 및 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 예를 들면, 자성층(110 및/또는 130)은 Cox1FeX2Nix3Mnx4M1y1M2y2의 형태를 취할 수 있고, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2, 및 y3은 각각 적어도 0 이거나 1을 넘지 않고, x1+x2+x3+x4+y1+y2=1이며, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, Al, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi, 및 Ga로부터 선택된 있다. 그러한 실시예들에서, 비자성 삽입층(120)은 자성층들(110 및 130)이 자기적으로 결합되도록 허용하는 것이 요구된다. 여기서 사용된 대로 ''자기'' 결합은 강자성, 반강자성 및/또는 다른 타입들의 자기 결합을 포함할 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 자성층들(110 및 130)은 교환 결합된다. 그러한 실시예들에서, 비자성 삽입층(120)은 5 암스트롱 두께를 넘지 않을 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 다른 두께들이 사용될 수 있다. 게다가, 더 얇은 두께에서, 여기에 도시된 다른 삽입층들 뿐만 아니라 삽입층(120)은 불연속적일 수 있다.In some embodiments, the magnetic domain structure 100 may also be configured to enhance perpendicular magnetic anisotropy and / or other properties of the magnetic device in which the magnetic domain structure 100 is used. For example, the non-magnetic insertion layer 120 may be configured to attract certain magnetic materials, or dopants, used in the magnetic layer (s) 110 and / or 130. In some such embodiments, the nonmagnetic insert layer 120 of the magnetic sub-structure 100 may be made of a material selected from Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, , Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and Zr. In some such embodiments, the nonmagnetic insert layer 120 may be made of a material selected from Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, K, Na, Rb, Pb, and Zr. If one or more of the magnetic layers 110 and 130 include B, the use of the nonmagnetic insert layer 120 may be particularly effective. For example, the magnetic layers 110 and / or 130 may comprise CoFeB, CoFeBTa and / or FeB. In such an embodiment, the concentration of B and / or Ta may not exceed 30 atomic percent. In another embodiment, the magnetic layers 110 and / or 130 may be formed of Co, Fe, and Ni, and Ta, B, Zr, Cr, V, Al, Be, Ti, Zn, Hf, Pd, And the like. For example, the magnetic layers 110 and / or 130 may take the form of Co x1 Fe x2 Ni x3 Mn x4 M1 y1 M2 y2 where x1, x2, x3, y1, y2, and y3 are each at least 0 And M1 and M2 are Ta, B, Zr, Cr, V, Al, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi, , And Ga. In such embodiments, the non-magnetic insertion layer 120 is required to allow the magnetic layers 110 and 130 to be magnetically coupled. As used herein, " magnetic " bonding may include ferromagnetic, antiferromagnetic, and / or other types of magnetic bonding. In some such embodiments, the magnetic layers 110 and 130 are exchange coupled. In such embodiments, the non-magnetic insertion layer 120 may not exceed 5 armstrong thicknesses. However, in other embodiments, other thicknesses may be used. In addition, at thinner thickness, the intercalation layer 120 as well as the other intercalation layers illustrated herein may be discontinuous.

이러한 자기 부구조물(100)에서, 자성층들(110 및/또는 130)은 수직 자기 이방성 및/또는 자기 부구조물(100)이 사용된 자기 접합의 터널링 자기저항을 향상시키기 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 자기 부구조물(100)이 터널링 자기저항 접합의 자유층 또는 피고정층에 사용된다면, 터널링 자기저항 접합은 자기 부구조물(100)을 사이에 둔 결정질 MgO의 층들을 포함할 수 있다. 결정질 MgO는 터널링 배리어층의 부분이고, 및/또는 시드(seed)일 수 있고, 및/또는 자기 부구조물(100)의 강자성층들(110 및/또는 130)의 수직 자기 이방성을 강화하기 위해 사용된 캐핑층들일 수 있다. 강자성층들(110 및/또는 130) 내의 CoFeB와 같은 물질들은 자기 접합의 성능을 최적화하는데 사용된 분극 강화층들일 수 있다. 그러나, 강자성층들(110 및/또는 130) 내의 B 또는 이와 같은 물질들은 MgO를 향해 확산할 수 있다. 그러한 물질들의 확산은 강자성층들(110 및/또는 130) 내에 유도된 수직 자기 이방성에 부정적인 영향을 준다. 이 효과를 대처하기 위해, 비자성 삽입층(120)은 B 및/또는 이와 같은 물질들을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 삽입층은 B를 끌어당기는 것 이외에 추가적인 이방성을 제공할 수 있다. 따라서, 비자성 삽입층(120)은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr을 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 비자성 삽입층(120)은 B 및 이와 같은 물질들을 끌어당기는 경향이 있다. 따라서, B 및 이와 같은 것들은 MgO-자성층(110, 130)의 계면을 향해 덜 확산된다. 대신에, B 및 이와 같은 물질들은 자기 부구조물의 중심을 향해 확산하려는 경향이 있을 수 있다. 이와 같이, 자기 부구조물(100)의 수직 자기 이방성은 보존될 수 있다. 자기 부구조물(100)이 사용되는 자기 접합의 자유층, 기준층, 또는 다른 요구되는 층의 수직 자기 이방성은 또한 강화될 수 있다. 따라서, 자기 부구조물(100)이 사용되는 자기 접합의 성능은 향상될 수 있다.In such a magnetic domain structure 100, the magnetic layers 110 and / or 130 may be selected to enhance the perpendicular magnetic anisotropy and / or the tunneling magnetoresistance of the magnetic junction in which the magnetic domain structure 100 is used. For example, if the magnetic domain structure 100 is used for a free layer or pinned layer of a tunneling magnetoresistance junction, the tunneling magnetoresistance junction may comprise layers of crystalline MgO sandwiching the magnetic domain structure 100. The crystalline MgO is part of the tunneling barrier layer and / or may be a seed and / or used to enhance the perpendicular magnetic anisotropy of the ferromagnetic layers 110 and / or 130 of the magnetic sub- Lt; / RTI > capping layers. Materials such as CoFeB in the ferromagnetic layers 110 and / or 130 may be the polarization enhancing layers used to optimize the performance of the self-junction. However, B or such materials in the ferromagnetic layers 110 and / or 130 may diffuse towards MgO. The diffusion of such materials has a negative effect on the perpendicular magnetic anisotropy induced in the ferromagnetic layers 110 and / or 130. To address this effect, the nonmagnetic insert layer 120 may be configured to attract B and / or such materials. In yet another embodiment, the insert layer may provide additional anisotropy in addition to attracting B. The non-magnetic insertion layer 120 may be formed of a material selected from the group consisting of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Rb, Pb, and Zr. In such embodiments, the nonmagnetic insert layer 120 tends to attract B and such materials. Thus, B and the like are less diffused toward the interface of the MgO-magnetic layers 110,130. Instead, B and such materials may tend to diffuse towards the center of the magnetic sub-structure. As such, the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetic domain structure 100 can be preserved. The perpendicular magnetic anisotropy of the free layer, reference layer, or other required layer of magnetic bonding in which the magnetic domain structure 100 is used can also be enhanced. Thus, the performance of the magnetic bonding in which the magnetic domain structure 100 is used can be improved.

도 3b는 자기 부구조물(100A)의 또 다른 실시예를 도시한다. 자기 부구조물(100A)은 특별히 기재되지 않더라도 본 명세서에 기재된 자기 부구조물들의 일부 또는 전부에 사용될 수 있다. 자기 부구조물(100) 및 남아있는 자기 부구조물들은 강자성층들 및 비자성 삽입층들을 포함하는 것으로 여기에 기재된다. 그러나, 그러한 층들은 분리된 층들을 필요로 하지 않는다. 대신에, 도 3b에 도시된 것과 같이, ''층들''은 ''층들''(110A/130A)에서 사용된 강자성 물질들 및 층(120A)에서 사용된 비자성 물질들의 농도의 변화와 동일할 수 있다. 이것은 도 3b에 층들(110A 및 120A) 사이의 ''계면'' 및 층들(120A 및 130A) 사이의 ''계면''에 점선으로 도시된다.FIG. 3B shows another embodiment of the magnetic domain structure 100A. The magnetic sub-structure 100A may be used for some or all of the magnetic sub-structures described in this specification, although not specifically described. The magnetic sub-structures 100 and the remaining magnetic sub-structures are described herein as including ferromagnetic layers and non-magnetic interlayers. However, such layers do not require separate layers. Instead, as shown in FIG. 3B, the "layers" are the same as the changes in the concentration of the ferromagnetic materials used in the "layers" 110A / 130A and the non-magnetic materials used in the layer 120A can do. This is illustrated in Figure 3B by the dashed line at the interface between the layers 110A and 120A and the interface between the layers 120A and 130A.

예를 들면, 도 3c는 자기 접합(100A)에서 사용된 강자성 및 비자성 물질들의 농도 변화를 도시하는 그래프이다. 도 3b 및 3c를 참조하면, 곡선(120B)은 z-축으로부터 거리에 따른 비자성 삽입층(120A)에 사용되는 비자성 물질(들)의 농도 변화를 가리킨다. 유사하게, 곡선(110B)은 강자성 층들(110A 및 130A)에 사용된 자기 물질(들)의 농도 변화를 가리킨다. 곡선들(110B 및 120B)은 설명의 목적일 뿐이고 특정 실시예를 위한 데이터 또는 시뮬레이션 결과들을 도시하기 위한 것이 아니다. 곡선(120B)은 비자성 삽입층(120A) 내의 농도에서 전역 피크(global peak)를 가진다. 곡선(110B)는 층들(110A 및 130A) 내의 농도에서 피크(peak)를 가진다. 보여지는 실시예에서, 곡선들(110B 및 120B)은 층들(110A과 120A)의 계면 및 층들(120A과 130A)의 계면 근처에서 교차한다. 그러나, 이러한 변화(transition)가 이 위치에 위치할필요는 없다. 일부 실시예에서 곡선(120B)의 농도 피크는 층(120A) 내의 농도의 적어도 50%이다. 그러한 일부 실시예에서, 곡선(120B)의 농도 피크는 자기 부구조물(100)의 농도의 100% 또는 그 근처일 수 있다. 다시 말하면, 자기 부구조물(100)은 비자성 삽입층(120A) 내의 일부 위치의비자성 물질(들)만으로 구성될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에서, 곡선(120B)의 농도 최소값은 강자성층(들)(110A 및/또는 130A) 내에서 0% 또는 그 근처일 수 있다. 따라서, 자기 부구조물(100)은 강자성 층들(110A 및/또는 130A) 내의 일부 위치의 자성 물질(들)만으로 구성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 비자성 삽입층의 농도 변화는 줄어들 수 잇다.For example, FIG. 3C is a graph showing the concentration change of the ferromagnetic and non-magnetic materials used in the magnetic junction 100A. Referring to Figs. 3B and 3C, curve 120B indicates the concentration change of the nonmagnetic material (s) used in the non-magnetic intercalation layer 120A along the distance from the z-axis. Similarly, curve 110B indicates a change in the concentration of the magnetic material (s) used in the ferromagnetic layers 110A and 130A. The curves 110B and 120B are for illustration purposes only and are not intended to illustrate data or simulation results for a particular embodiment. Curve 120B has a global peak at the concentration in non-magnetic intercalation layer 120A. Curve 110B has a peak in concentration in layers 110A and 130A. In the embodiment shown, the curves 110B and 120B intersect near the interface of the layers 110A and 120A and the interface of the layers 120A and 130A. However, this transition need not be located at this location. In some embodiments, the concentration peak of curve 120B is at least 50% of the concentration in layer 120A. In some such embodiments, the concentration peak of curve 120B may be at or near 100% of the concentration of the magnetic domain structure 100. In other words, the magnetic domain structure 100 may be composed of only the non-magnetic substance (s) at some position in the non-magnetic insertion layer 120A. Similarly, in some embodiments, the minimum concentration of the curve 120B may be at or near 0% in the ferromagnetic layer (s) 110A and / or 130A. Thus, the magnetic domain structure 100 may be comprised of only the magnetic material (s) at some location within the ferromagnetic layers 110A and / or 130A. However, in other embodiments, the concentration variation of the nonmagnetic insert layer can be reduced.

자기 부구조물(100A)의 그러한 실시예들에서, 자성층들(110A 및 130A)은 비자성 삽입층(120A)을 통해 자기적으로 결합될 수 있다. 게다가, 농도의 변화를 통해 형성된 층들(110A, 120A, 및 130A) 때문에, 강자성 결합은 강화될 수 잇다. Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr과 같은, 층들(120A)에 사용되는, 물질들은 확산하려는 층들(110A 및 130A) 내의 물질들을 끌어당긴다. 예를 들면, 삽입층(120A)은 자기 부구조물(100A)의 상부 및 하부 계면들로부터 B를 끌어당길 수 있다. 따라서, 자기 부구조물(100A)을 사용하는 자기 접합의 성능은 향상될 수 있다.In such embodiments of the magnetic domain structure 100A, the magnetic layers 110A and 130A may be magnetically coupled through the nonmagnetic interlayer 120A. In addition, due to the layers 110A, 120A, and 130A formed through changes in the concentration, the ferromagnetic coupling can be enhanced. Layers such as Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Scy, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr 120A, the materials pull the materials in the layers 110A and 130A to be diffused. For example, the intercalation layer 120A may attract B from the upper and lower interfaces of the magnetic domain structure 100A. Therefore, the performance of the magnetic bonding using the magnetic domain structure 100A can be improved.

도 4는 예를 들면 MTJ, 스핀 밸브(spin valve), 또는 자기저항 구조, 또는 탄도 자기저항 구조, 또는 이들의 조합과 같은 자기 장치에 사용되는 자기 부구조물(100')의 예시적인 실시예를 도시한다. 자기 부구조물(100')을 사용하는 자기 장치는 다양한 응용들(application)에 사용될 수 있다. 예를 들면, 자기 장치, 따라서 자기 부구조물은 STT-MRAM과 같은 자기 메모리에 사용될 수 있다. 도 4는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 부구조물(100')는 자기 부구조물(100)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 성분들은 유사하게 표시된다. 자기 부구조물(100')은 따라서 제1 강자성층(110), 삽입층(120), 및 제2 강자성층(130)과 유사한 제1 강자성층(110'), 삽입층(120'), 및 제2 강자성층(130')을 포함한다. 비록 층들(110', 120', 및 130')이 특정 방향으로 보여지지만, 이 방향은 다른 실시예들에서 변할 수 있다. 예를 들면, 강자성층(110')은 자기 부구조물(100')의 최상층(도시되지 않은 기판으로부터 가장 먼)일 수 있다.4 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic domain structure 100 'used in a magnetic device, such as, for example, MTJ, a spin valve, or a magnetoresistive structure, or a ballistic magnetoresistive structure, or a combination thereof Respectively. A magnetic device using the magnetic sub-structure 100 'may be used in a variety of applications. For example, a magnetic device, and thus a magnetic sub-structure, can be used in a magnetic memory such as an STT-MRAM. Fig. 4 is not an actual size ratio, but is for the sake of understanding. The magnetic sub-structure 100 'is similar to the magnetic sub-structure 100. As a result, similar components are similarly displayed. The magnetic domain structure 100 'thus includes a first ferromagnetic layer 110', an interstitial layer 120 ', and a first ferromagnetic layer 110' similar to the first ferromagnetic layer 110, the intercalation layer 120, and the second ferromagnetic layer 130, And a second ferromagnetic layer 130 '. Although the layers 110 ', 120', and 130 'are shown in a particular orientation, this orientation may vary in other embodiments. For example, the ferromagnetic layer 110 'may be the top layer (farthest from the substrate, not shown) of the magnetic domain structure 100'.

자기 부구조물(100')은 강자성층(110')이 약한 면내 이방성을 갖도록 구성된다. 따라서, 층(110')의 수직 이방성 에너지는 면 외 자기소거 에너지(out-of-plane demagnetization energy)에 가까워지지만 더 적을 수 있다. 예를 들면, 수직 이방성 에너지는 층(100')의 면 외 자기소거 에너지의 적어도 40%일 수 있다. 그러한 일부 실시예에서, 수직 이방성 에너지는 자기소거 에너지의 90%보다 높을 수 있다. 따라서, 층(130')과의 상호작용 없이, 강자성층(110)의 자화는 면 내이다. 반대로, 층(130')은 높은 수직 이방성을 가진다. 따라서, 수직 이방성 에너지는 면 외 자기소거 에너지보다 더 크다. 일부 실시예에서, 수직 이방성 에너지는 면 외 자기소거 에너지보다 상당히 크다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 수직 이방성 에너지는 면 외 자기소거 에너지보다 2 내지 4 킬로에르스텟(kilooersted) 크다.The magnetic domain structure 100 'is configured such that the ferromagnetic layer 110' has weak in-plane anisotropy. Thus, the perpendicular anisotropy energy of layer 110 'may be close to but less than the out-of-plane demagnetization energy. For example, the perpendicular anisotropy energy may be at least 40% of the out-of-plane magnet erase energy of layer 100 '. In some such embodiments, the perpendicular anisotropy energy may be greater than 90% of the magnet erase energy. Thus, without interaction with layer 130 ', the magnetization of ferromagnetic layer 110 is in-plane. Conversely, layer 130 'has high perpendicular anisotropy. Thus, the perpendicular anisotropy energy is greater than the out-of-plane magnet erase energy. In some embodiments, the perpendicular anisotropy energy is significantly greater than the out-of-plane magnet erase energy. For example, in some embodiments, the perpendicular anisotropy energy is greater than 2 to 4 kiloeresteds greater than the out-of-plane magnet erase energy.

강자성층(110' 및 130')은 하나 또는 그 이상의 된 Ni, Fe, 및 Co를, 특히 합금 형태로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 강자성층들(110' 및 130')은 CoFe(CoFeB와 같은 어떤 형태로)를 포함한다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 강자성층들(110' 및/또는 130')은 단일층의 CoFeB, CoPd, CoPt, FePt, 및/또는 Co/Pd, Co/Pt, Fe/Pt, Co/Ru와 같은 다중층들을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 강자성층들(110' 및 130')은 상온에서 안정하도록 구성된다. 위에서 말한 것과 같은 다른 물질들이 층들(110', 120' 및/또는 130')에 사용될 수 있다. 예를 들면, 강자성층들(110' 및/또는 130')의 하나 또는 둘 다의 자기 이방성 에너지는 적어도 kbT의 60배이다. 일부 실시예에서, 강자성층들(110' 및/또는 130')의 하나 또는 둘 다 자기 이방성 에너지는 상온(약 30℃)에서 적어도 kbT의 80배이다.The ferromagnetic layers 110 'and 130' may include one or more of Ni, Fe, and Co, especially in the form of alloys. In some embodiments, the ferromagnetic layers 110 'and 130' include CoFe (in some form, such as CoFeB). For example, in some embodiments, the ferromagnetic layers 110 'and / or 130' may comprise a single layer of CoFeB, CoPd, CoPt, FePt, and / or Co / Pd, Co / 0.0 > Ru. ≪ / RTI > The at least one ferromagnetic layers 110 'and 130' are configured to be stable at room temperature. Other materials, such as those mentioned above, may be used for the layers 110 ', 120' and / or 130 '. For example, the magnetic anisotropy energy of one or both of the ferromagnetic layers 110 'and / or 130' is at least 60 times k b T. In some embodiments, the magnetic anisotropy energy of one or both of the ferromagnetic layers 110 'and / or 130' is at least 80 times k b T at room temperature (about 30 ° C).

강자성층(110' 및 130')은 자기적으로 결합된다. 그러한 일부 실시예에서, 층들(110' 및 130')은 교환 결합된다. 자화의 최종 결과는 또한 도4에 보여진다. 강자성층(110')의 자화(112), 강자성층(130')의 자화(132) 및 구조(100')의 순 자화(net magnetization)(102)가 보여진다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 자화(112)는 면내에 있지 않다. 이것은 층들(110' 및 130') 사이의 자기 결합 때문이다. 높은 수직 이방성 에너지층(130')은 약한 면 내 이방성 층(110')에 자기적으로 결합되어, 층(110')의 자화(112)가 면 외로 향하도록 야기시킨다. 따라서, 자화(112)는 면 내 및 면에 수직(perpendicular-to-plane)인 구성들을 가진다. 결과적으로, 자기 구조(100')의 순 자화는 면 내 및 면에 수직인 구성들을 가진다. 층들(110' 및 130') 사이의 교환 상호작용 때문에, 자기 부구조물(100')의 자화(102)는 z-축(자기 부구조물(100')의 면에 수직)으로부터 θ 각도에 있다. 자기 부구조물(100')의 자화(102)는 z축으로부터 경사진 각도에서 안정하다. 결과적으로, 향상된 스위칭 특성들, 열적 안정성, 및 확장성이 성취될 수 있다.The ferromagnetic layers 110 'and 130' are magnetically coupled. In some such embodiments, the layers 110 'and 130' are exchange coupled. The final result of magnetization is also shown in FIG. The magnetization 112 of the ferromagnetic layer 110 ', the magnetization 132 of the ferromagnetic layer 130' and the net magnetization 102 of the structure 100 'are shown. As can be seen in Figure 4, the magnetization 112 is not in plane. This is due to the magnetic coupling between the layers 110 'and 130'. The high perpendicular anisotropy energy layer 130 'is magnetically coupled to the weak in-plane anisotropic layer 110', causing magnetization 112 of layer 110 'to go out-of-plane. Thus, the magnetization 112 has in-plane and perpendicular-to-plane configurations. As a result, the net magnetization of the magnetic structure 100 'has configurations that are perpendicular to the plane and to the plane. Because of the exchange interaction between the layers 110 'and 130', the magnetization 102 of the magnetic domain structure 100 'is at an angle θ from the z-axis (perpendicular to the plane of the magnetic domain structure 100'). The magnetization 102 of the magnetic sub-structure 100 'is stable at an inclined angle from the z-axis. As a result, improved switching characteristics, thermal stability, and scalability can be achieved.

이러한 초기에 0이 아닌 각도는 자기 부구조물(100')의 자화를 스핀 전달 토크를 이용하여 더 용이하게 스위치될 수 있도록 한다. 예를 들면, 자기 부구조물(100')은 MTJ 내에서 사용될 수 있다. 이러한 특성은, 그러한 자기 요소에서 더 낮은 쓰기 오류율에 대응한다. 더 낮은 WER은 심지어, 좁은 펄스폭들(높은 데이터율들)에서 성취될 수 있다. 특히, 쓰기 전류에 대한 쓰기 오류율의 기울기는 심지어 10ns 이하의 펄스 폭들에서도 충분하게 클 것이다. 몇몇 실시예들에서, 10- 9이하의 수용 가능한 쓰기 오류율이 10~30nm이하의 펄스폭들에서 성취될 수 있다. 그래서, 외부장과 같은 메커니즘을 사용하는 보조 스위칭을 대신하여, 높은 오류율의 물리적 원인이 해결된다. 결과적으로, MTJ와 같은 자기 요소에서 사용될 때, 자기 부구조물(100')은 심지어 좁은 펄스 폭들에서 개선된 쓰기 오류율을 가질 수 있다.This initially non-zero angle allows the magnetization of the magnetic domain structure 100 'to be more easily switched using the spin transfer torque. For example, the magnetic subsystem 100 'may be used within the MTJ. This characteristic corresponds to a lower write error rate in such magnetic elements. The lower WER can even be achieved at narrow pulse widths (high data rates). In particular, the write error rate slope to the write current will be sufficiently large even at pulse widths of less than 10 ns. In some embodiments, 10-2 9 acceptable write error rate than can be achieved in a pulse width of 10 ~ 30nm or less. Thus, instead of an auxiliary switching using a mechanism such as an external field, the physical cause of the high error rate is solved. As a result, when used in magnetic elements such as the MTJ, the magnetic domain structure 100 'may have an improved write error rate even at narrow pulse widths.

도 5는 예를 들면, MTJ, 스핀 밸브 또는 탄도 자기 저항 구조물 또는 이들의 조합과 같은 자기 장치에서 사용가능한 자기 부구조물(100'')의 일 실시예를 도시한다. 자기 부구조물(100'')이 사용되는 자기 장치는 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 자기 장치 및 자기 부구조물은 STT-MRAM과 같은 자기 메모리에서 사용될 수 있다. 명확하게, 도 5는 스케일에 맞지 않는다. 자기 부구조물(100'')은 자기 부구조물(100, 100')과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성 요소들은 유사하게 도면 부호를 사용한다. 그래서, 자기 부구조물(100'')은, 제1 강자성층(110/110'), 삽입층(120/120') 및 제2 강자성층(130/130')과 각각 유사한 제1 강자성층(110''), 삽입층(120'') 및 제2 강자성층(130'')을 포함한다. 층들(100'', 120'', 130'')이 특정 방향으로 도시되더라도, 다른 실시예들에서 방향은 변화할 수 있다. 예를 들면, 강자성층(110'')은 자기 부구조물(100'')의 상부(도시되지는 않지만 기판으로부터 가장 먼)에 있을 수 있다.Figure 5 illustrates one embodiment of a magnetic domain structure 100 " that can be used in a magnetic device, for example, an MTJ, spin valve or ballistic magnetoresistive structure, or a combination thereof. The magnetic device in which the magnetic sub-structure 100 " is used can be used in a variety of applications. For example, magnetic devices and magnetic sub-structures can be used in magnetic memories such as STT-MRAM. Clearly, Fig. 5 does not scale. The magnetic sub-structure 100 '' is similar to the magnetic sub-structures 100 and 100 '. As a result, similar components use similar reference numerals. Thus, the magnetic domain structure 100 " includes a first ferromagnetic layer 110 ', which is similar to the first ferromagnetic layer 110/110 ', the insertion layer 120/120 ', and the second ferromagnetic layer 130/130 ' 110 ", an insertion layer 120 " and a second ferromagnetic layer 130 ". Although the layers 100 ", 120 ", 130 " are shown in a particular orientation, in other embodiments the orientation may vary. For example, the ferromagnetic layer 110 " may be at the top (farthest from the substrate but not shown) of the magnetic sub-structure 100 ".

또한, 자성부구조물(100'')은 추가 삽입층(140) 및 다른 강자성층(150)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 층들(110'', 150)은 약한 면-내 이방성(in-plane anisotropy)을 갖는다. 그래서, 더 추가적인 것 없이, 강자성층(110'', 150)의 자화는 면 내에 있다. 층(130'')은 강한 수직 이방성이다. 몇몇 실시예들에서, 층(130'')은 층들(100'', 150)보다 두껍다. 예를 들면, 층(130'')은 층들(100'', 150)의 두께의 합과 동일한 두께를 가질 수 있다. 층들(110'', 130'', 150)은 자기 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 층들(110'', 130'', 150)은 교환 결합될 수 있다. 더욱이, 층(130'')은 상온에서 자기적으로 안정하다. 몇몇 실시예들에서, 강자성층(130'')의 자기 이방성 에너지는 상온에서 적어도 6배의 kbT이다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 강자성체층(130'')의 자기 이방성 에너지들은 실온에서 적어도 8배의 kbT이다.In addition, the magnetic element structure 100 " includes an additional insertion layer 140 and another ferromagnetic layer 150. In the illustrated embodiment, the layers 110 ", 150 have weak in-plane anisotropy. Thus, without further addition, the magnetizations of the ferromagnetic layers 110 ", 150 are within the plane. Layer 130 " is strongly perpendicular anisotropy. In some embodiments, the layer 130 " is thicker than the layers 100 " For example, the layer 130 " may have a thickness that is equal to the sum of the thicknesses of the layers 100 " The layers 110 ", 130 ", 150 are magnetically coupled. In some embodiments, the layers 110 ", 130 ", 150 may be exchange coupled. Moreover, layer 130 " is magnetically stable at room temperature. In some embodiments, the magnetic anisotropy energy of the ferromagnetic layer 130 " is at least six times the kbT at room temperature. In some such embodiments, the magnetic anisotropic energies of the ferromagnetic layer 130 " are at least 8 times the kbT at room temperature.

또한, 도 5는 층들(110'', 130'', 150) 각각의 자화들(112', 132', 152)을 도시한다. 더욱이, 자기 부구조물(100'')의 순 자화(102')를 보여준다. 자화들(112', 152)은 같은 것으로 도시된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 자화들(112', 152)은 달라질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 자화들(112', 152)은 면 내에 있지 않다. 이것은 층들(110''/150 및 130'') 사이의 자기 결합 때문이다. 결과적으로, 자기 부구조물(100'')의 순 자화(102')는 면 내 요소와 면 수직요소를 갖는다. 층들(110''/150 및 130) 사이의 교환 상호작용 때문에, 자기 부구조물(100'')의 자화(102')는 z-축(자성부구조물(100'')의 면에 수직)으로부터 각도 θ'에 있다. 총 결과는 자기 부구조물(100'')의 자화(102')은 z-축으로부터 일정각도에서 안정할 수 있다. 결과적으로, 개선된 스위칭 특성들, 열적 안정성 및 확장성이 성취될 수 있다.5 also shows magnetizations 112 ', 132', 152 of the layers 110 ", 130", 150, respectively. Furthermore, the net magnetization 102 'of the magnetic sub-structure 100' 'is shown. Magnets 112 ', 152 are shown as being the same. However, in other embodiments, the magnetizations 112 ', 152 may be different. As shown in FIG. 5, the magnetizations 112 ', 152 are not in plane. This is due to the magnetic coupling between the layers 110 " / 150 and 130 ". As a result, the net magnetization 102 'of the magnetic subsystem 100' 'has an in-plane element and a plane perpendicular element. Because of the exchange interaction between the layers 110 '' / 150 and 130, the magnetization 102 'of the magnetic domain structure 100' 'is shifted from the z-axis (perpendicular to the plane of the magnetic structure 100' ') Angle? '. The total result is that the magnetization 102 'of the magnetic subsystem 100' 'can be stable at a certain angle from the z-axis. As a result, improved switching characteristics, thermal stability and scalability can be achieved.

자기 부구조물(100'')은 자기 부구조물(100')의 효과들을 공유한다. 특히, MTJ와 같은 자기요소에서 사용될 때, MTJ는 더 낮은 WER을 가질 수 있다. 결과적으로 MTJ와 같은 자기 요소에서 사용될 때, 자기 부구조물(100'')은 심지어는 좁은 펄스폭들에서 개선된 쓰기 오류율을 가질 수 있다. 동시에, 자기 부구조물(100'')은 자기적으로 안정할 수 있다.The magnetic sub-structure 100 " shares the effects of the magnetic sub-structure 100 '. In particular, when used in magnetic elements such as MTJ, the MTJ can have a lower WER. As a result, when used in magnetic elements such as MTJ, the magnetic domain structure 100 " may have an improved write error rate even at narrow pulse widths. At the same time, the magnetic domain structure 100 " may be magnetically stable.

도 6은 예를 들면, MTJ, 스핀밸브 또는 탄도 자기저항 구조물 또는 이들의 조합과 같은 자기 장치에서 사용가능한 자기 부구조물(100''')의 일 실시예를 도시한다. 자기 부구조물(100''')이 사용되는 자기 장치는 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 자기 장치 및 자기 부구조물은 STT-MRAM과 같은 자기 메모리에서 사용될 수 있다. 명확하게, 도 6은 스케일에 맞지 않는다. 자기 부구조물(100''')은 자기 부구조물(100, 100', 100'')과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소들은 유사하게 도면부호를 사용한다. 그래서, 자기 부구조물(100''')은, 제1 강자성층(110/110'/110''), 삽입층(120/120'/120''), 제2 강자성층(130/130'/130''), 추가 삽입층(140) 및 추가 강자성층(150)과 각각 유사한 제1 강자성층(110'''), 삽입층(120'''), 제2 강자성층(130'''), 추가 삽입층(140') 및 추가 강자성층(150')을 포함한다. 층들(100''', 120''', 130''', 140', 150')이 특정 방향으로 도시되더라도, 다른 실시예들에서 방향은 변화할 수 있다. 예를 들면, 강자성층(130''')은 자기 부구조물(100''')의 상부(도시되지는 않지만 기판으로부터 가장 먼)에 있을 수 있다.FIG. 6 illustrates one embodiment of a magnetic sub-structure 100 '' 'that may be used in a magnetic device, such as, for example, an MTJ, spin valve or ballistic magnetoresistive structure, or a combination thereof. A magnetic device in which the magnetic sub-structure 100 " 'is used can be used in a variety of applications. For example, magnetic devices and magnetic sub-structures can be used in magnetic memories such as STT-MRAM. Clearly, Fig. 6 does not scale. The magnetic sub-structure 100 '' 'is similar to the magnetic sub-structures 100, 100', and 100 ''. As a result, similar components use similar reference numerals. Thus, the magnetic domain structure 100 '' 'includes a first ferromagnetic layer 110/110' / 110 '', an insertion layer 120/120 '/ 120' ', a second ferromagnetic layer 130/130' / RTI > 130 ", 130 ", 130 ", 130 ", 130 ", 130 & ', An additional insertion layer 140', and an additional ferromagnetic layer 150 '. Although the layers 100 '' ', 120' '', 130 '' ', 140', 150 'are shown in a particular orientation, in other embodiments the orientation may vary. For example, the ferromagnetic layer 130 '' 'may be at the top (farthest from the substrate but not shown) of the magnetic sub-structure 100' ''.

자기 부구조물(100''')에서, 약하게 면-내 이방성을 갖는 층(110''')은 수직 이방성을 갖는 층들(130''', 150''') 사이에 있다. 더 추가적인 것 없이, 강자성층(110''')의 자화는 면 내에 있다. 몇몇 실시예들에서, 층(110''')은 층들(130''', 150')보다 두껍다. 예를 들면, 층(110''')은 층들(130''', 150') 두께의 함과 동일한 두께를 가질 수 있다. 층들(110''', 130''', 150')은 자기 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 층들(110''', 130''', 150')은 교환 자기 결합된다. 더욱이, 층들(130''', 150')은 상온에서 자기적으로 안정하다. 몇몇 실시예들에서, 강자성층(130'''및/또는 150')의 자기 이방성 에너지들은 상온에서 적어도 6배의 kbT이다. 다른 실시예들에서, 강자성층(110''', 130''' 및/또는 150')의 자기 이방성 에너지들은 실온에서 적어도 8배의 kbT이다.In the magnetic domain structure 100 '' ', the layer 110' '' having a weak in-plane anisotropy is between the layers 130 '' 'and 150' '' having perpendicular anisotropy. Further more, the magnetization of the ferromagnetic layer 110 " 'is within the plane. In some embodiments, the layer 110 '' 'is thicker than the layers 130' '' and 150 '. For example, layer 110 '' 'may have a thickness equal to the thickness of layers 130' '', 150 '. The layers 110 '' ', 130' '', 150 'are magnetically coupled. In some embodiments, the layers 110 '' ', 130' '', 150 'are exchange magnetically coupled. Moreover, the layers 130 '' ', 150' are magnetically stable at room temperature. In some embodiments, the magnetic anisotropic energies of the ferromagnetic layers 130 '' 'and / or 150' are at least six times the kbT at room temperature. In other embodiments, the magnetic anisotropic energies of the ferromagnetic layers 110 '' ', 130' '' and / or 150 'are at least 8 times the kbT at room temperature.

또한, 도 6은 층들(110''', 130''', 150') 각각의 자화들(112'', 132'', 152')을 도시한다. 더욱이, 자기 부구조물(100''')의 순 자화(102'')를 보여준다. 자화들(132'', 152')는 동일하게 보여진다. 그러나, 다른 실시예들에서, 자화들(132'', 152')는 다를 수 있다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 자화(112'')는 면 내에 있지 않다. 이것은 층들(110''' 및 130'''/150') 사이의 자기결합 때문이다. 결과적으로 자기 부구조물의 순 자화(102'')는 면 내 요소와 면 수직 요소를 갖는다. 층들(110''' 및 130'''/150') 사이의 교환 상호작용 때문에, 자기 부구조물(100''')의 자화(102'')는 z-축(자기 부구조물(100''')의 면에 수직)으로부터 각도 θ'에 있다. 총 결과는 자기 부구조물(100''')의 자화(102'')은 z-축으로부터 일정 각도에서 안정할 수 있다. 결과적으로, 개선된 스위칭 특성들, 열적 안정성 및 확장성이 성취될 수 있다.6 also shows the magnetizations 112 ", 132 ", 152 ' of the layers 110 " ', 130 " Moreover, it shows the net magnetization 102 " of the magnetic sub-structure 100 " '. The magnetizations 132 ", 152 ' are shown the same. However, in other embodiments, the magnetizations 132 ", 152 ' may be different. As can be seen in Fig. 6, the magnetization 112 " is not in plane. This is due to the magnetic coupling between the layers 110 '' 'and 130' '' / 150 '. As a result, the net magnetization 102 " of the magnetic sub-structure has an in-plane element and a plane perpendicular element. Because of the exchange interaction between the layers 110 '' 'and 130' '' / 150 ', the magnetization 102' 'of the magnetic domain structure 100' '' ') Perpendicular to the plane). The total result is that the magnetization 102 " of the magnetic domain structure 100 " 'can be stable at an angle from the z-axis. As a result, improved switching characteristics, thermal stability and scalability can be achieved.

자기 부구조물(100''')은 자기 부구조물(100')의 효과들을 공유한다. 특히, MTJ와 같은 자기요소에서 사용될 때, MTJ는 더 낮은 WER을 가질 수 있다. 결과적으로 MTJ와 같은 자기요소에서 사용될 때, 자기 부구조물(100''')은 심지어는 좁은 펄스폭들에서 개선된 쓰기 오류율을 가질 수 있다. 동시에, 자기 부구조물(100''')은 자기적으로 안정할 수 있다.The magnetic sub-structure 100 '' 'shares the effects of the magnetic sub-structure 100'. In particular, when used in magnetic elements such as MTJ, the MTJ can have a lower WER. As a result, when used in magnetic elements such as the MTJ, the magnetic sub-structure 100 '' 'may have an improved write error rate even at narrow pulse widths. At the same time, the magnetic sub-structure 100 '' 'may be magnetically stable.

도 7은 자기 구조물을 포함하는 자기 접합(200)의 일 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 7은 스케일에 맞지 않는다. 자기 접합(200)은 피고정층(210), 비자성 스페이서층(220) 및 자유층(230)을 포함한다. 층들(210, 22, 230)은 특정방향을 가지고 도시되지만, 이러한 방향은 다른 실시예들에서 변화할 수 있다. 예를 들면, 피고정층(210)은 자기 접합(200)의 상부(도시되지 않지만 기판으로부터 가장 먼)에 인접할 수 있다. 또한, 추가 시드층(202), 추가 고정층(204) 및 추가 캐핑층(240)이 도시된다. 추가 고정층(204)은 피고정층(210)의 자화(도시되지 않음)를 고정하기 위하여 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 추가 고정층(204)은 AFM층 또는 교환-바이어스 상호작용에 의해 피고정층(210)의 자화를 고정하는 다중층일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 추가 고정층(204)은 생략되거나 다른 구조물이 사용될 수 있다. 또한, 쓰기 전류가 자기 접합(200)으로 흐를 때, 자기 접합(200)은 자유층(230)이 안정된 자기 상태들 사이에서 스위치될 수 있도록 구성된다. 그래서 자유층(230)은 스핀 전달 토크를 사용하여 스위칭할 수 있다.Figure 7 illustrates one embodiment of a magnetic bond 200 that includes a magnetic structure. Clearly, Fig. 7 does not scale. The magnetic junction 200 includes a pinned layer 210, a nonmagnetic spacer layer 220, and a free layer 230. The layers 210, 22, 230 are shown with a particular orientation, but this orientation can vary in other embodiments. For example, the pinned layer 210 may be adjacent to the top (farthest from the substrate but not shown) of the magnetic junction 200. Additional seed layer 202, additional pinned layer 204 and additional capping layer 240 are also shown. The additional pinned layer 204 may be used to fix the magnetization (not shown) of the pinned layer 210. In some embodiments, the additional pinned layer 204 may be an AFM layer or a multilayer that fixes the magnetization of the pinned layer 210 by exchange-bias interaction. However, in other embodiments, the additional pinning layer 204 may be omitted or other structures may be used. Also, when a write current flows to the magnetic junction 200, the magnetic junction 200 is configured such that the free layer 230 can be switched between stable magnetic states. So that the free layer 230 can be switched using the spin transfer torque.

피고정층(210)이 단일층으로 도시되지만, 다중층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 피고정층(210)은 Ru와 같은 박막을 통해 반강자기적으로 또는 강자기적으로 결합된 자성층들을 포함하는 SAF일 수 있다. SAF에서, Ru 또는 다른 물질의 박막(들)이 삽입된 다층 자성층들이 사용될 수 있다. 또한, 피고정층(210)은 다른 다중층일 수 있다. 도 7에는 자화가 도시되지 않으나, 피고정층(210)은 면 외 자기소거에너지(out-of plane demagnetization energy)를 초과하는 수직 이방성 에너지를 가질 수 있다. 그래서, 피고정층(210)은 면내에 수직한 자화를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 피고정층(210)의 자화는 면 내에 있다. 피고정층(210)의 자화의 다른 방향이 가능하다.The pinned layer 210 is shown as a single layer, but may include multiple layers. For example, the pinned layer 210 may be a SAF comprising magnetic layers that are coupled antiferromagnetically or ferromagnetically through a thin film such as Ru. In SAF, multi-layered magnetic layers in which a thin film (s) of Ru or other material is inserted can be used. In addition, the pinned layer 210 may be another multi-layer. Although the magnetization is not shown in FIG. 7, the pinned layer 210 may have a perpendicular anisotropy energy that exceeds the out-of-plane demagnetization energy. Thus, the pinned layer 210 can have perpendicular magnetization in the plane. In other embodiments, the magnetization of the pinned layer 210 is within the plane. Other directions of magnetization of the pinned layer 210 are possible.

스페이서층(220)은 비자성이다. 몇몇 실시예들에서, 스페이서층(220)은 절연체이며, 예를 들면 터널링 베리어이다. 이와 같은 실시예들에서, 스페이서층(220)은 결정성 MgO를 포함하고, 이것은 자기 접합의 TMR를 증대시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 스페이서층(220)은 Cu와 같은 도전체일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 스페이서층(220)은 예를 들면, 절연 메트릭스에서 도전채널들을 갖는 입상층(granular layer)과 같은 다른 구조를 가질 수도 있다.The spacer layer 220 is non-magnetic. In some embodiments, the spacer layer 220 is an insulator, for example a tunneling barrier. In such embodiments, the spacer layer 220 comprises crystalline MgO, which can increase the TMR of the self-junction. In other embodiments, the spacer layer 220 may be a conductor such as Cu. In still other embodiments, the spacer layer 220 may have other structures, such as, for example, a granular layer having conductive channels in an isolation matrix.

자유층(230)은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 100''')을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 자유층(230)은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 100''')로 구성된다. 또한, 자유층(230)은, B 또는 Ta를 30 원자% 이하로 포함하는 CoFeB, CoFeBTa 또는 FeB와 같은 분극 강화층들을 포함할 수 있으며, 분극 강화층들은 층들(220 및/또는 240) 사이의 계면에 있을 수 있다.The free layer 230 includes magnetic substructures 100, 100 ', 100 ", 100 "'. In some embodiments, the free layer 230 comprises magnetic sub-structures 100, 100 ', 100 ", 100 "'. The free layer 230 may also include polarization enhancing layers, such as CoFeB, CoFeBTa, or FeB, containing B or less than 30 atomic% of Ta, and the polarization enhancing layers may be formed between the layers 220 and / Lt; / RTI >

자기 부구조물(100, 100', 100'', 100''')이 자유층(230)으로 사용되기 때문에, 자기 접합(200)은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 100''')의 효과들을 공유한다. 특히, 자기접합(200)은 열적으로 안정할 수 있다. 더욱이, 자유층(230)의 순 자기 자화는 z-축으로부터 90도보다 작고 0보다 큰 각도에 있을 수 있다. 다르게 말하면, 자유층(230)의 순 자화는 z-축으로부터 기울어진다. 그래서, 자유층(230)은 스핀 전달 토크를 사용하여 스위칭되는 것이 더 용이할 수 있다. 더욱이, 자기접합의 WER이 감소될 수 있다.Since the magnetic substructure 100, 100 ', 100' ', 100' '' is used as the free layer 230, ''). In particular, the magnetic bonding 200 can be thermally stable. Moreover, the net magnetization of the free layer 230 may be at an angle less than 90 degrees from the z-axis and greater than zero. In other words, the net magnetization of the free layer 230 is tilted from the z-axis. Thus, the free layer 230 may be easier to switch using the spin transfer torque. Moreover, the WER of the self-junction can be reduced.

자기 접합(200)의 일부 실시예에서, 선택적인 캐핑층(240) 및 비자성 스페이서층(220)은 각각 MgO로 형성될 수 있다. 자기 접합(200)의 자기저항을 증가시키도록 결정질 MgO가 비자성 스페이서층(220)에 사용될 수 있다. 선택적인 캐핑층(240)은 자유층(230)의 수직 자기 이방성을 증가시키도록 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 자유층(230)의 자기 부구조물, 예를 들어 자기 부구조물(100)은 MgO층들 사이에 개재될 수 있다. 자유층(230)에 사용되는 자기 부구조물에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120''. 120''', 140 및/또는 140')은 B와 같은 특정 물질을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120'', 140 및/또는 140')은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, 및/또는 Zr을 포함할 수 있다. 만일 자성층들(110/130, 110'/130', 110''/130''/150, 및/또는 110'''/130'''/150)이 B와 같은 물질을 포함한다면, 이것은 특히 사실이다. 예를 들어, 자기 접합 구조(100, 100A, 100' 100'', and/or 100')의 하나 이상의 자성층들은 COX1FeX2Nix3MnX4M1y1M2y2 의 형태를 취할 수 있으며, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2 및 y3은 최소 0이고, 1을 초과하지 않으며, 여기에서, x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 =1이고, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi 및 Ga에서 선택된다. In some embodiments of the magnetic junction 200, the optional capping layer 240 and the nonmagnetic spacer layer 220 may each be formed of MgO. Crystalline MgO may be used in the nonmagnetic spacer layer 220 to increase the magnetoresistance of the magnetic junction 200. [ The optional capping layer 240 can be used to increase the perpendicular magnetic anisotropy of the free layer 230. In such embodiments, the magnetic sub-structure of the free layer 230, for example the magnetic sub-structure 100, may be interposed between the MgO layers. In a magnetic domain structure used in the free layer 230, the nonmagnetic interlayers 120, 120 ', 120 ", 120''', 140 and / or 140 'are configured to attract certain materials such as B . In some embodiments, the nonmagnetic interlayers 120, 120 ', 120 ", 140 and / or 140' comprise Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, and / . If the magnetic layers 110/130, 110 '/ 130', 110 "/ 130" / 150, and / or 110 "/ 130" / 150 include a material such as B, It is true. For example, one or more magnetic layers of the magnetic junction structure (100, 100A, 100 '100 '', and / or 100') are may be in the form of CO X1 Fe X2 Ni x3 M nX4 M 1y1 M 2y2, where wherein M1 and M2 are selected from the group consisting of Ta, B, Zr, and Zr, where x1, x2, x3, y1, y2 and y3 are at least 0 and do not exceed 1, where x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 = Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi and Ga.

도 3a-3c에 관한 설명에서, 자유층(230)의 자기 부구조물 내에 이와 같은 물질들의 사용은, 자유층(230) 및 층들(220 및/또는 240) 사이의 계면에서 B와 같은 물질의 확산을 줄이거나 방지할 수 있다. 대신하여, B 및 이와 유사한 것들은 자유층(230)의 중심을 향해 이동하려는 경향이 있다. 그 결과, 자기 접합(200)의 수직 자기 이방성 및/또는 자기 저항의 저하(degradation)가 감소되거나 방지될 수 있다. 따라서, 자기 접합(200)의 성능이 향상될 수 있다. 3A-3C, the use of such materials in the magnetic sub-structure of the free layer 230 is advantageous in that the diffusion of a material such as B at the interface between the free layer 230 and the layers 220 and / Can be reduced or prevented. Instead, B and the like tend to move toward the center of the free layer 230. As a result, the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetic junction 200 and / or the degradation of the magnetoresistance can be reduced or prevented. Thus, the performance of the magnetic junction 200 can be improved.

도 8은 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합(200')의 일 예시적인 실시예를 도시한다. 명확하게, 도 8은 실제 스케일이 아니다. 자기 접합(200')은 자기 접합(200)과 유사할 수 있다. 이에 따라, 유사한 층들은 비슷하게 참조번호를 붙이기로 한다. 자기 접합(200')은 층들(210, 220, 및 230)과 각각 유사한 피고정층(210'), 비자성 스페이서층(220'), 및 자유층(230')을 포함할 수 있다. 비록 층들(210', 220', 및 230')이 수직한 방향으로 도시되었으나, 이 방향은 다른 실시예들에서 다양할 수 있다. 예를 들어, 고정층(210')은 자기 접합(200')의 상면(도시되지 않았으나, 기판으로부터 가장 먼)에 근접할 수 있다. 또한, 선택적인 시드층(202'), 선택적인 고정층(204'), 및 선택적인 캐핑층(240')이 선택적인 시드층(202), 선택적인 고정층(204), 및 선택적인 캐핑층(240)과 유사하게 도시된다. 자기 접합(200')은 쓰기 전류가 자기 접합(200')을 통과할 때, 자유층(230')이 안정한 자기 상태들 사이들 스위칭하도록 구성될 수 있다. 따라서, 자유층(230')은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위칭 가능하다. FIG. 8 illustrates one exemplary embodiment of a magnetic junction 200 'that includes a magnetic sub-structure. Clearly, Figure 8 is not an actual scale. The magnetic junction 200 'may be similar to the magnetic junction 200. Accordingly, similar layers are referred to similarly. The magnetic junction 200 'may include a pinned layer 210', a nonmagnetic spacer layer 220 ', and a free layer 230', which are each similar to the layers 210, 220, and 230. Although the layers 210 ', 220', and 230 'are shown in a vertical orientation, this orientation may vary in other embodiments. For example, the pinned layer 210 'may be close to the top surface (not shown, but most distant from the substrate) of the magnetic junction 200'. It is also contemplated that the optional seed layer 202 ', the optional pinning layer 204', and the optional capping layer 240 'may be formed over the optional seed layer 202, the optional pinning layer 204, 240 < / RTI > The magnetic junction 200 'may be configured such that when the write current passes through the magnetic junction 200', the free layer 230 'switches between stable magnetic states. Thus, the free layer 230 'is switchable using the spin transfer torque.

스페이서층(220')은 비자성이다. 일부 실시예들에서, 스페이서층(220')은 절연체, 예를 들어, 터널링 배리어일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 스페이서층(220')은 결정질 MgO를 포함할 수 있는데, 이는 자기 접합의 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance, TMR)을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 스페이서층은 Cu와 같은 도전체일 수 있다. 대체 실시예에서, 스페이서층(220')은 다른 구조, 예를 들어, 절연 매트릭스에서 도전성 채널들을 포함하는 입상층(granular layer)를 가질 수 있다. The spacer layer 220 'is non-magnetic. In some embodiments, the spacer layer 220 'may be an insulator, for example, a tunneling barrier. In such embodiments, the spacer layer 220 'may comprise crystalline MgO, which may improve the tunneling magnetoresistance (TMR) of the magnetic junction. In another embodiment, the spacer layer may be a conductor such as Cu. In alternative embodiments, the spacer layer 220 'may have a different structure, for example a granular layer comprising conductive channels in an insulating matrix.

자유층(230')은 단일층일 수 있고, 다중층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유층(230')은 Ru와 같은 박막들을 통하여 반강자성적으로 또는 강자성적으로 결합된 자성층들을 포함하는 SAF일 수 있다. 그러한 SAF에서, Ru 또는 다른 물질의 박막(들)이 끼워진 다중 자성층들이 이 사용될 수 있다. 자유층(230')은 또한 다른 다중층들일 수 있다. 도 8에 자화가 도시되지 않았으나, 자유층은 면외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성을 가질 수 있다.The free layer 230 'may be a single layer and may include multiple layers. For example, the free layer 230 'may be a SAF comprising magnetic layers that are coupled antiferromagnetically or ferromagnetically through thin films such as Ru. In such a SAF, multi-magnetic layers in which a thin film (s) of Ru or other material are sandwiched can be used. The free layer 230 'may also be other multiple layers. Although the magnetization is not shown in Fig. 8, the free layer may have perpendicular magnetic anisotropy exceeding the out-of-plane magnet erase energy.

피고정층(210')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피고정층(210')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')로 구성될 수 있다. 또한 피고정층(210')은 층들(220' 및/또는 204)의 계면들에서 30 원자 퍼센트보다 크지 않은 B 및/또는 Ta을 갖는 CoFeB, CoFeBTa 또는 FeB와 같은 분극 강화층들(polarization enhancement layers)을 포함할 수 있다. The pinned layer 210 'may include magnetic subsystems 100, 100', 100 ", and / or 100". In some embodiments, the pinned layer 210 'may be composed of magnetic substructures 100, 100', 100 '', and / or 100 ''. The pinned layer 210 'also includes polarization enhancement layers such as CoFeB, CoFeBTa or FeB with B and / or Ta not greater than 30 atomic percent at the interfaces of the layers 220' and / or 204, . ≪ / RTI >

자기 접합(200')의 일부 실시예에서, 선택적인 시드층(202') 및 비자성 스페이서층(220')이 각각 MgO로 형성될 수 있다. 접합(200)의 자기저항을 증가시키도록 결정질 MgO가 비자성 스페이서층(220')에 사용될 수 있다. 선택적인 고정층(204')이 생략된다면, 선택적 시드층(202')은 피고정층(210')의 수직 자기 이방성을 특히 증가시키도록 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 피고정층(210')의 자기 부구조물(자기 부구조물(100)과 같은)은 MgO층들 사이에 개재될 수 있다. 피고정층(210')에 사용되는 자기 부구조물에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120''. 120''', 140 및/또는 140')은 B와 같은 특정 물질을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120'', 140 및/또는 140')은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, 및/또는 Zr을 포함하도록 요구될 수 있다. 만일 자성층들(110/130, 110'/130', 110''/130''/150, 및/또는 110'''/130'''/150)이 B와 같은 물질을 포함한다면, 이것은 특히 사실이다. 예를 들어, 자기 접합 구조(100, 100A, 100' 100'', and/or 100')의 하나 이상의 자기 층들은 COX1FeX2Nix3MnX4M1y1M2y2 의 형태를 취할 수 있으며, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2 및 y3은 최소 0이고, 1을 초과하지 않으며, 여기에서, x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 =1이고, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi 및 Ga에서 선택된다. In some embodiments of the magnetic junction 200 ', the optional seed layer 202' and the nonmagnetic spacer layer 220 'may each be formed of MgO. Crystalline MgO may be used in the nonmagnetic spacer layer 220 'to increase the magnetoresistance of the junction 200. [ If the optional pinned layer 204 'is omitted, the optional seed layer 202' can be used to specifically increase the perpendicular magnetic anisotropy of the pinned layer 210 '. In such embodiments, the magnetic sub-structure of the pinned layer 210 '(such as the magnetic sub-structure 100) may be interposed between the MgO layers. In a magnetic substructure used in the pinned layer 210 ', the nonmagnetic insert layers 120, 120', 120 ", 120 ''', 140 and / or 140'Lt; / RTI > In some embodiments, the non-magnetic interlayers 120, 120 ', 120 ", 140 and / or 140' may comprise Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, and / May be required. If the magnetic layers 110/130, 110 '/ 130', 110 "/ 130" / 150, and / or 110 "/ 130" / 150 include a material such as B, It is true. For example, one or more magnetic layers of the magnetic junction structure (100, 100A, 100 '100 '', and / or 100') are CO X1 Fe X2 Ni x3 M nX4 M 1y1 M may take the form of 2y2, here X1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 = 1 where M1 and M2 are Ta, B, Zr , Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi and Ga.

도 3a-3c에서 설명된 것과 같이, 피고정층(210')의 자기 부구조물 내에 이와 같은 물질들의 사용은, 피고정층(210') 및 층들(220' 및/또는 204') 사이의 계면에서 B와 같은 물질의 확산을 줄이거나 방지할 수 있다. 대신하여, B 및 이와 유사한 것들은 피고정층(210')의 중심을 향해 이동하려는 경향이 있다. 그 결과, 자기 접합(200')의 수직 자기 이방성 및/또는 자기 저항의 저하(degradation)가 감소되거나 방지될 수 있다. 따라서, 자기 접합(200')의 성능이 향상될 수 있다. The use of such materials in the magnetic sub-structure of the pinned layer 210 ', as described in FIGS. 3A-3C, can be achieved by the use of such materials at the interface between the pinned layer 210' and the layers 220 'and / or 204' Can be reduced or prevented. Instead, B and the like tend to move toward the center of the pinned layer 210 '. As a result, the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetic junction 200 'and / or the degradation of the magnetoresistance can be reduced or prevented. Therefore, the performance of the magnetic junction 200 'can be improved.

도 9는 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합(200'')의 일 예시적인 실시예를 도시한다. 분명하게, 도 9는 실제 스케일이 아니다. 자기 접합(200'')은 자기 접합들(200 및 200')과 유사할 수 있다. 이에 따라, 유사한 층들은 비슷하게 참조번호를 붙이기로 한다. 자기 접합(200'')은 층들(210/210', 220/220', 및 230/230')과 각각 유사한 피고정층(210''), 비자성 스페이서층(220''), 및 자유층(230'')을 포함할 수 있다. 층들(210'', 220'', 및 230'')이 수직한 방향으로 도시되었으나, 이 방향은 다른 실시예들에서 다양할 수 있다. 예를 들어, 고정층(210'')은 자기 접합(200'')의 상면(도시되지 않았으나, 기판으로부터 가장 먼)에 근접할 수 있다. 또한, 선택적인 시드층(202''), 선택적인 고정층(204''), 및 선택적인 캐핑층(240'')이 선택적인 시드층(202/202'), 선택적인 고정층(204/204'), 및 선택적인 캐핑층(240/204')과 유사하게 도시된다. 쓰기 전류가 자기 접합(200'')을 통과할 때, 자유층(230')이 안정한 자기 상태들 사이들 스위칭하도록 자기 접합(200'')이 구성될 수 있다. 따라서, 자유층(230'')은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위칭 가능하다. Figure 9 illustrates one exemplary embodiment of a magnetic bond 200 " comprising a magnetic sub-structure. Obviously, Figure 9 is not an actual scale. The magnetic junction 200 " may be similar to the magnetic junctions 200 and 200 '. Accordingly, similar layers are referred to similarly. The magnetic junction 200 " includes a pinned layer 210 ", a nonmagnetic spacer layer 220 ", and a free layer 210 ", each similar to the layers 210/210 ', 220/220', and 230/230 ' Quot; 230 " Although the layers 210 ", 220 ", and 230 " are shown in a vertical orientation, this orientation may vary in other embodiments. For example, the pinned layer 210 " may be close to the top surface (not shown, but most distant from the substrate) of the magnetic junction 200 ". In addition, an optional seed layer 202 '', an optional pinning layer 204 '', and an optional capping layer 240 '' are formed over the optional seed layer 202/202 ' '), And optional capping layer 240/204'. The magnetic junction 200 " can be configured such that when the write current passes through the magnetic junction 200 ", the free layer 230 ' switches between stable magnetic states. Thus, the free layer 230 " is switchable using the spin transfer torque.

피고정층(210')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 10''')을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피고정층(210')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100''')로 구성될 수 있다. 또한 피고정층(210')은 층(들)(220'' 및/또는 204'')의 계면들에서 30 원자 퍼센트보다 크지 않은 B 및/또는 Ta을 갖는 CoFeB, CoFeBTa 또는 FeB와 같은 분극 강화층들(polarization enhancement layers)을 포함할 수 있다. The pinned layer 210 'may include magnetic subsystems 100, 100', 100 '', and / or 10 '' '. In some embodiments, the pinned layer 210 'may be comprised of magnetic substructures 100, 100', 100 '', and / or 100 '' '. The pinned layer 210 'also includes a layer of a polarizing enhancement layer 210 such as CoFeB, CoFeBTa or FeB with B and / or Ta not greater than 30 atomic percent at the interfaces of the layer (s) 220 " and / or 204 " And may include polarization enhancement layers.

스페이서층(220'')은 비자성이다. 일부 실시예들에서, 스페이서층(220'')은 절연체, 예를 들어, 터널링 배리어일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 스페이서층(220'')은 결정질 MgO를 포함할 수 있는데, 이는 자기 접합의 TMR을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 스페이서층(220'')은 Cu와 같은 도전체일 수 있다. 대체 실시예에서, 스페이서층(220'')은 다른 구조, 예를 들어, 절연 매트릭스에서 도전성 채널들을 포함하는 입상층(granular layer)를 가질 수 있다. The spacer layer 220 " is non-magnetic. In some embodiments, the spacer layer 220 " may be an insulator, for example, a tunneling barrier. In such embodiments, the spacer layer 220 " may comprise crystalline MgO, which may improve the TMR of the self-junction. In another embodiment, the spacer layer 220 " may be a conductor such as Cu. In alternative embodiments, the spacer layer 220 " may have a different structure, for example a granular layer comprising conductive channels in an insulating matrix.

자유층(230'')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자유층(230'')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')로 구성될 수 있다. 또한 자유층(230'')은 층들(220' 및/또는 204)의 계면들에서 30 원자 퍼센트보다 크지 않은 B 및/또는 Ta을 갖는 CoFeB, CoFeBTa 또는 FeB와 같은 분극 강화층들(polarization enhancement layers)을 포함할 수 있다. The free layer 230 " may comprise magnetic sub-structures 100, 100 ', 100 ", and / or 100 ". In some embodiments, the free layer 230 " may be comprised of magnetic substructures 100, 100 ', 100 " and / or 100 ". The free layer 230 " also includes polarization enhancement layers such as CoFeB, CoFeBTa or FeB with B and / or Ta not greater than 30 atomic percent at the interfaces of the layers 220 'and / or 204 ).

자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')이 자유층(230'')에 사용되기 때문에, 자기 접합(200'')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')의 이득을 공유할 수 있다. 특히, 자기 접합(200'')은 열적으로 안정할 수 있다. 게다가, 자유층(230'')의 순 자기 자화(net magnetic magnetization)는 z축으로부터 90도 미만이나 0도 초과의 각(angle)에 있을 수 있다. 달리 말하면, 자유층(230')의 순 자화는 z축으로부터 경사질 수 있다. 따라서, 자유층(230')은 스핀 전달 토크를 사용하여 스위칭되기 더 쉬울 수 있다. 게다가, 자기 접합의 WER은 감소될 수 있다. Since the magnetic sub-structures 100, 100 ', 100 "and / or 100" are used in the free layer 230 " 100 ", and / or 100 "). In particular, the magnetic junction 200 " may be thermally stable. In addition, the net magnetic magnetization of the free layer 230 " may be less than 90 degrees from the z-axis, but at an angle greater than zero degrees. In other words, the net magnetization of the free layer 230 'may be inclined from the z-axis. Thus, the free layer 230 'may be easier to switch using the spin transfer torque. In addition, the WER of the self-junction can be reduced.

자기 접합(200'')의 일부 실시예에서, 선택적인 시드층(202''), 비자성 스페이서층(220'') 및/또는 선택적인 캐핑층(240'')은 각각 MgO로 구성될 수 있다. 자기 접합(200'')의 자기저항을 증가시키도록 결정 MgO가 비자성 스페이서층(220'')에 사용될 수 있다. 선택적인 피고정층(204'')이 생략된다면, 선택적인 시드층(202'') 및 선택적인 캐핑층(240'')은 자유층(230'') 및 피고정층(210'')의 수직 자기 이방성을 특히 증가시키도록 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 자유층(230'') 및 피고정층(210'')의 자기 부구조물(자기 부구조물(100')과 같은)은 MgO층들 사이에 개재될 수 있다. 피고정층(210'') 자유층(230'')에 사용되는 자기 부구조물에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120''. 120''', 140 및/또는 140')은 B와 같은 특정 물질을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120'', 140 및/또는 140')은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, 및/또는 Zr을 포함하도록 요구될 수 있다. 만일 자성층들(110/130, 110'/130', 110''/130''/150, 및/또는 110'''/130'''/150)이 B와 같은 물질을 포함한다면, 이것은 특히 사실이다. 예를 들어, 자기 부구조물(100, 100A, 100' 100'', and/or 100')의 하나 이상의 자성층들은 COX1FeX2Nix3MnX4M1y1M2y2의 형태를 취할 수 있으며, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2 및 y3은 최소 0이고, 1을 초과하지 않으며, 여기에서, x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 =1이고, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi 및 Ga에서 선택된다. In some embodiments of the magnetic junction 200 ", the optional seed layer 202 ", the nonmagnetic spacer layer 220 " and / or the optional capping layer 240 " . Crystalline MgO can be used in the non-magnetic spacer layer 220 " to increase the magnetoresistance of the magnetic junction 200 ". The optional seed layer 202 '' and the optional capping layer 240 '' are formed in the vertical direction of the free layer 230 '' and the pinned layer 210 '', if the optional pinned layer 204 ' Can be used to particularly increase magnetic anisotropy. In such embodiments, the free layer 230 '' and the magnetic sub-structures (such as the magnetic sub-structures 100 ') of the pinned layer 210''may be interposed between the MgO layers. In a magnetic domain structure used in the pinned layer 210 '' free layer 230 '', the nonmagnetic insert layers 120, 120 ', 120 ", 120''', 140 and / or 140 ' Such as < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > In some embodiments, the non-magnetic interlayers 120, 120 ', 120 ", 140 and / or 140' may comprise Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, and / May be required. If the magnetic layers 110/130, 110 '/ 130', 110 "/ 130" / 150, and / or 110 "/ 130" / 150 include a material such as B, It is true. For example, the at least one magnetic layer of the magnetic unit structures (100, 100A, 100 '100 '', and / or 100') are may be in the form of CO X1 Fe X2 Ni x3 M nX4 M 1y1 M 2y2, where wherein M1 and M2 are selected from the group consisting of Ta, B, Zr, and Zr, where x1, x2, x3, y1, y2 and y3 are at least 0 and do not exceed 1, where x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 = Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi and Ga.

도 3a-3c을 참조하여 설명한 바와 같이, 피고정층(210'') 및/또는 자유층(230'')의 자기 부구조물 내에 이와 같은 물질들의 사용은, 피고정층(210') 및 층들(204''와 210'', 210''와 220'', 220''와 230'', 및 230''와 240'') 사이의 계면에서 B와 같은 물질의 확산을 줄이거나 방지할 수 있다. 대신하여, B 및 이와 유사한 물질들은 층들(210'' 및/또는 230'')의 중심을 향해 이동하려는 경향이 있다. 그 결과, 자기 접합(200')의 수직 자기 이방성 및/또는 자기 저항의 저하(degradation)가 감소되거나 방지될 수 있다. 따라서, 자기 접합(200')의 성능이 향상될 수 있다. The use of such materials in the magnetic sub-structures of the pinned layer 210 " and / or the free layer 230 ", as described with reference to Figures 3A-3C, The diffusion of materials such as B can be reduced or prevented at the interface between the electrodes 210 '', 210 '' and 220 '', 220 '' and 230 '', and 230 '' and 240 ''. Instead, B and similar materials tend to move toward the center of the layers 210 " and / or " 230 ". As a result, the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetic junction 200 'and / or the degradation of the magnetoresistance can be reduced or prevented. Therefore, the performance of the magnetic junction 200 'can be improved.

도 10은 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합(200''')의 예시적인 실시예를 도시한다. 분명하게, 도 10은 실제 스케일에 맞지 않는다. 자기 접합(200''')은 자기 접합들(200, 200' 및 200'')과 유사할 수 있다. 이에 따라, 유사한 층들은 비슷하게 참조번호를 붙이기로 한다. 자기 접합(200''')은 층들(210/210'/210'', 220/220'/220'', 및 230/230'/230'')과 각각 유사한 피고정층(210'''), 비자성 스페이서층(220'''), 및 자유층(230''')을 포함할 수 있다. 자기 접합(200''')은 층들(202/202'/202'', 204/204'/204''', 및 240''''')과 각각 유사한 선택적인 층들(202''', 204''', 및 240''')을 포함하도록 도시된다. 또한, 추가 비자성 스페이서층(additional nonmagnetic spacer layer)(250), 추가 선택적인 피고정층(250), 추가 선택적인 고정층(additional optional pinning layer)(260), 및 추가 선택적인 고정층(270)이 도시된다. 층들(250, 260, 및 270)은 층들(220/220'/220''/220''', 210/210'/210''/210''', 및 204/204'/204''/204'')에 각각 유사하다. 이에 따라, 자기 접합(200''')은 듀얼 자기 접합(dual magnetic junction)일 수 있다. 층들(210''', 220''', 230''', 250, 및 260)이 특정한 방향으로 도시되었으나, 이 방향은 다른 실시예들에서 다양할 수 있다. 쓰기 전류가 자기 접합(200''')을 통과할 때, 자유층(230''')이 안정한 자기 상태들 사이들 스위칭하도록 자기 접합(200''')이 구성될 수 있다. 따라서, 자유층(230''')은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위칭 가능하다. 10 shows an exemplary embodiment of a magnetic junction 200 " 'comprising a magnetic sub-structure. Obviously, Fig. 10 does not fit the actual scale. The magnetic junction 200 '' 'may be similar to the magnetic junctions 200, 200' and 200 ''. Accordingly, similar layers are referred to similarly. The magnetic junction 200 '' 'is similar to the pinned layer 210' '', which is similar to the layers 210/210 '/ 210' ', 220/220' / 220 ", and 230/230 '/ 230" , A nonmagnetic spacer layer 220 '' ', and a free layer 230' ''. The magnetic junction 200 '' 'may include optional layers 202' '', 202 '', 202 ', 202', 204 ' 204 " ', and 240 "'). It is also contemplated that additional nonmagnetic spacer layers 250, an additional optional pinning layer 250, an additional optional pinning layer 260, and an optional optional pinning layer 270 do. The layers 250,260 and 270 may be formed of layers 220/220 '/ 220' '/ 220' '', 210/210 '/ 210' '/ 210' 204 " Accordingly, the magnetic junction 200 '' 'may be a dual magnetic junction. Although the layers 210 '' ', 220' '', 230 '' ', 250, and 260 are shown in a particular orientation, this orientation may vary in other embodiments. The magnetic junction 200 '' 'may be configured such that when the write current passes through the magnetic junction 200' '', the free layer 230 '' 'switches between stable magnetic states. Thus, the free layer 230 " 'is switchable using the spin transfer torque.

피고정층(210'''), 자유층(230'''), 및/또는 피고정층(260)은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 10''')을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피고정층(210'''), 자유층(230'''), 및/또는 피고정층(260)은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100''')로 구성될 수 있다. 또한 피고정층(210'''), 자유층(230'''), 및/또는 피고정층(260)은 각각 층(들)(204'''과 220''', 220'''과 250, 및/또는 250과 270''')의 계면들에서 30 원자 퍼센트보다 크지 않은 B 및/또는 Ta을 갖는 CoFeB, CoFeBTa 또는 FeB와 같은 분극 강화층들(polarization enhancement layers)을 포함할 수 있다. The pinned layer 210 '' ', the free layer 230' '', and / or the pinned layer 260 may include magnetic sub-structures 100, 100 ', 100' ', and / or 10' '' can do. In some embodiments, the pinned layer 210 '' ', the free layer 230' '', and / or the pinned layer 260 may be formed of magnetic sub-structures 100, 100 ', 100' '' '). In addition, the pinned layer 210 '' ', the free layer 230' '', and / or the pinned layer 260 may be formed from the layer (s) 204 '' 'and 220' '' , And / or a polarization enhancement layer such as CoFeB, CoFeBTa or FeB with B and / or Ta not greater than 30 atomic percent at the interfaces of 250 and 270 '' '.

자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')이 자유층(230''')에 사용되기 때문에, 자기 접합(200''')은 자기 부구조물(100, 100', 100'', 및/또는 100'')의 이득을 공유할 수 있다. 특히, 자기 접합(200''')은 열적으로 안정할 수 있다. 게다가, 자유층(230''')의 순 자기 자화(net magnetic magnetization)는 z축으로부터 90도 미만이나 0도 초과의 각(angle)에 있을 수 있다. 달리 말하면, 자유층(230'')의 순 자화는 z축으로부터 경사질 수 있다. 따라서, 자유층(230')은 스핀 전달 토크를 사용하여 스위칭되기 더 쉬울 수 있다. 게다가, 자기 접합의 WER은 감소될 수 있다. Since the magnetic substructure 100, 100 ', 100' ', and / or 100' 'is used in the free layer 230' '' ', 100' ', and / or 100' '). In particular, the magnetic junction 200 " 'can be thermally stable. In addition, the net magnetic magnetization of the free layer 230 '' 'may be less than 90 degrees from the z-axis, but at an angle greater than zero degrees. In other words, the net magnetization of the free layer 230 " may be tilted from the z-axis. Thus, the free layer 230 'may be easier to switch using the spin transfer torque. In addition, the WER of the self-junction can be reduced.

자기 접합(200''')의 일부 실시예에서, 선택적인 시드층(202'''), 비자성 스페이서층(220''') 및/또는 선택적인 캐핑층(240''')은 각각 MgO로 구성될 수 있다. 자기 접합(200'')의 자기저항을 증가시키도록 결정성 MgO가 비자성 스페이서층(250) 및/또는 선택적인 캐핑층(240''')에 사용될 수 있다. 선택적인 피고정층(204''' 및 270)이 생략된다면, 선택적인 시드층(202'') 및 선택적인 캐핑층(240''')은 자유층(230'''), 피고정층(210'''), 및 피고정층(260)의 수직 자기 이방성을 특히 증가시키도록 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 자유층(230'''), 피고정층(210'''), 및 피고정층(260)의 자기 부구조물(자기 부구조물(100)과 같은)은 MgO층들 사이에 개재될 수 있다. 피고정층(210'') 및/또는 자유층(230'')에 사용되는 자기 부구조물에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120''. 120''', 140 및/또는 140')은 B와 같은 특정 물질을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 비자성 삽입층(120, 120', 120'', 140 및/또는 140')은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, 및/또는 Zr을 포함하도록 요구될 수 있다. 만일 자성층들(110/130, 110'/130', 110''/130''/150, 및/또는 110'''/130'''/150)이 B와 같은 물질들을 포함한다면, 이것은 특히 사실이다. 예를 들어, 자기 부구조물(100, 100A, 100' 100'', and/or 100')의 하나 이상의 자성층들은 COX1FeX2Nix3MnX4M1 y1 M2y2 의 형태를 취할 수 있으며, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2 및 y3은 최소 0이고, 1을 초과하지 않으며, 여기에서, x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 =1이고, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi 및 Ga에서 선택된다. In some embodiments of the magnetic bond 200 ''', the optional seed layer 202''', the nonmagnetic spacer layer 220 '''and / or the optional capping layer 240''' MgO. ≪ / RTI > Crystalline MgO may be used in the non-magnetic spacer layer 250 and / or the optional capping layer 240 "'to increase the magnetoresistance of the magnetic junction 200 ". The optional seed layer 202 '' and the optional capping layer 240 '''may include a free layer 230''', a pinned layer 210 ''''''), And the pinned layer 260, as well as the perpendicular magnetic anisotropy of the pinned layer 260. In such embodiments, the free layer 230 ''', the pinned layer 210''', and the magnetic sub-structure of the pinned layer 260 (such as the magnetic sub-structure 100) . In a magnetic domain structure used in the pinned layer 210 " and / or the free layer 230 ", the nonmagnetic interlayers 120, 120 ', 120 & ) Can be configured to draw a particular material, such as B. In some embodiments, the non-magnetic interlayers 120, 120 ', 120 ", 140 and / or 140' may comprise Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, and / May be required. If the magnetic layers 110/130, 110 '/ 130', 110 "/ 130" / 150, and / or 110 "/ 130" / 150 include materials such as B, It is true. For example, the at least one magnetic layer of the magnetic unit structures (100, 100A, 100 '100 '', and / or 100') are CO X1 Fe X2 Ni x3 M nX4 M 1 y1 M 2y2 may take the form of, here X1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 = 1 where M1 and M2 are Ta, B, Zr , Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi and Ga.

도 3a-3c을 참조하여 설명한 바와 같이, 피고정층(210''), 자유층(230'') 및/또는 피고정층(250)의 자기 부구조물 내에 이와 같은 물질들의 사용은, 층들(204'''과 210''', 210'''과 220''', 220'''과 230''', 230'''과 204'' 250, 250과 260, 및/또는 260과 270'') 사이의 계면에서 B와 같은 물질의 확산을 줄이거나 방지할 수 있다. 대신, B 및 이와 유사한 물질(들)은 층들(210''', 230''' 및/또는 260)의 중심을 향해 이동하려는 경향이 있다. 그 결과, 자기 접합(200''')의 수직 자기 이방성 및/또는 자기 저항의 저하(degradation)가 감소되거나 방지될 수 있다. 따라서, 자기 접합(200')의 성능이 향상될 수 있다. The use of such materials in the magnetic sub-structures of the pinned layer 210 ", the free layer 230" and / or the pinned layer 250, as described with reference to Figures 3a-3c, '' And 210 '' ', 210' '' and 220 '' ', 220' '', 230 '' ', 230' '' and 204 '' 250, 250 and 260 and / or 260 and 270 ' The diffusion of a substance such as B can be reduced or prevented. Instead, B and similar material (s) tend to move towards the center of the layers 210 '' ', 230' '' and / or 260. As a result, the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetic junction 200 '' 'and / or the degradation of the magnetoresistance can be reduced or prevented. Therefore, the performance of the magnetic junction 200 'can be improved.

도 11은 자기 부구조물을 제조하는 방법(300)의 일 실시예를 도시한다. 간략하게, 몇몇 단계들은 생략되거나 결합될 수 있다. 방법(300)은 자기 구조물(100)의 내용 내에서 기술된다. 그러나 방법(300)은 부구조물들(100', 100'', 100''')과 같은 다른 자기 부구조물에서 사용될 수 있다. 더욱이, 방법(300)은 자기 메모리들의 제조 내에 통합될 수 있다. 그래서, 방법(300)은 STT-MRAM 또는 다른 자기 메모리의 제조방법에서 사용될 수 있다.11 illustrates one embodiment of a method 300 for manufacturing a magnetic sub-structure. Briefly, some steps may be omitted or combined. The method 300 is described within the context of the magnetic structure 100. However, the method 300 can be used in other magnetic substructures, such as sub-structures 100 ', 100 ", 100 "'. Moreover, the method 300 can be integrated into the manufacture of magnetic memories. Thus, the method 300 may be used in a method of manufacturing an STT-MRAM or other magnetic memory.

단계 302를 통해, 강자성층(110)이 제공된다. 단계 302는 강자성층(110)의 목적하는 두께로 목적하는 물질들을 증착할 수 있다. 단계 304를 통해, 삽입층(120)이 제공된다. 단계 304는 목적하는 비자성 물질들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 단계 304에서, 목적하는 두께로 물질이 증착될 수 있다. 단계 306을 통해, 제2 강자성층(130)이 제공된다. 단계들(302, 304, 306)이 비자성 물질 및 강자성 물질을 동시 증착하는(co-depositing) 동안, 비자성 물질 및 강자성 물질의 농도가 다양하다는 것을 포함할 수 있다. 결과적으로 방법(300)은 층들(110A, 120A, 130A)를 제공할 수 있으며, 계면들이 확실하게 정의된 층들 대신하여 농도에서 변동이 있다. 단계 308을 통해, 삽입층 및 다른 강자성층을 제공하는 단계들은 선택적으로 반복된다. 그래서, 강자성층 및 삽입층들의 원하는 개수를 갖는 자기 부구조물이 제공될 수 있다. 그래서, 자기 부구조물(100, 100A, 100', 100'', 100''')이 형성된다. 결과적으로 자기 부구조물의 효과들이 성취될 수 있다.Through step 302, a ferromagnetic layer 110 is provided. Step 302 may deposit the desired materials to the desired thickness of the ferromagnetic layer 110. Through step 304, an insertion layer 120 is provided. Step 304 may include depositing the desired non-magnetic materials. In addition, at step 304, the material may be deposited to a desired thickness. Through step 306, a second ferromagnetic layer 130 is provided. The steps 302, 304, and 306 may include varying concentrations of the non-magnetic and ferromagnetic material during co-deposition of the non-magnetic and ferromagnetic materials. As a result, the method 300 can provide the layers 110A, 120A, and 130A, and there is variation in concentration instead of the layers in which the interfaces are reliably defined. Through step 308, the steps of providing an interposing layer and another ferromagnetic layer are optionally repeated. Thus, a magnetic sub-structure having a desired number of ferromagnetic layers and interlevel layers can be provided. Thus, the magnetic sub-structures 100, 100A, 100 ', 100 ", 100 "' are formed. As a result, the effects of the magnetic sub-structure can be achieved.

도 12는 자기 부구조물을 제조하기 위한 방법(310)의 일 실시예가 도시된다. 간략하게, 몇몇 단계들은 생략되거나 결합될 수 있다. 방법(310)은 자기접합(200)의 내용에서 기술된다. 그러나, 방법(310)은 접합들(200', 200'', 200''')과 같은 다른 자기접합들에서 사용될 수 있다. 더욱이, 방법(310)은 STT-MRAM 또는 다른 자기 메모리의 제조방법 내에서 사용될 수 있다. 방법(310)은 시드층들(202) 및 선택적인 고정층(204)이 제공된 후, 시작할 수 있다.Figure 12 illustrates one embodiment of a method 310 for manufacturing a magnetic domain structure. Briefly, some steps may be omitted or combined. The method 310 is described in the context of the self-junction 200. However, the method 310 can be used in other magnetic junctions such as junctions 200 ', 200 "', 200 " '. Moreover, the method 310 may be used within a manufacturing method of an STT-MRAM or other magnetic memory. The method 310 may begin after the seed layers 202 and the optional pinning layer 204 are provided.

단계 312를 통해, 피고정층(210)이 제공된다. 단계 312는 피고정층(210)의 목적하는 두께로 목적하는 물질들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 더욱이, 단계 312는 SAF을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 자기 부구조물(100, 100A, 100', 100'', 100''')을 제공할 수 있다. 단계 314를 통해, 비자성층(220)이 제공된다. 단계 314는, 결정성 MgO로 한정되지는 않지만, 결정성 MgO를 포함하는 목적하는 비자성 물질들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 단계 314에서, 물질의 목적하는 두께로 증착될 수 있다.Through step 312, a pinned layer 210 is provided. Step 312 can include depositing the desired materials to a desired thickness of the pinned layer 210. [ Furthermore, step 312 may include providing a SAF. In other embodiments, magnetic substructures 100, 100A, 100 ', 100 ", 100 "' may be provided. Through step 314, a nonmagnetic layer 220 is provided. Step 314 may include depositing the desired non-magnetic materials, including but not limited to crystalline MgO, including crystalline MgO. In addition, at step 314, the desired thickness of the material can be deposited.

단계 316을 통해, 자기 부구조물(100, 100A, 100', 100'', 100''')을 포함하는 자유층(320)이 선택적으로 제공된다. 단계 318를 통해, 층(250)과 같은 추가 비자성 스페이서층이 제공될 수 있다. 단계 320을 통해, 층(260)과 같은 추가 피고정층이 추가적으로 제공될 수 있다. 단계 322을 통해 제조가 완료될 수 있다. 예를 들면, 캐핑층(240)이 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추가 선택적인 고정층(204)이 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자기 접합 내 층들은 스택으로서 증착되고 그러고 나서 자기 접합이 정의되는데, 단계 322는 자기 접합을 정의하는 것, 어닐을 수행하는 것 또는 자기 접합(200/200')의 제조 완료를 위한 다른 것을 포함할 수 있다. 더욱이, 자기접합(200/200')은 STT-MRAM과 같은 메모리 내에서 통합될 수 있다면, 단계 322는 콘택들, 바이어스 구조물들 및 메모리의 다른 부분들을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 결과적으로, 자기 접합의 효과들이 성취될 수 있다.Through step 316, a free layer 320 comprising magnetic sub-structures 100, 100A, 100 ', 100 ", 100 "' is optionally provided. Through step 318, an additional non-magnetic spacer layer, such as layer 250, may be provided. Through step 320, an additional pinned layer, such as layer 260, may additionally be provided. The manufacturing can be completed through step 322. For example, a capping layer 240 may be provided. In other embodiments, a further optional fixation layer 204 may be provided. In some embodiments, the layers within the self-junction are deposited as a stack and then the self-junction is defined, wherein step 322 includes defining the self-junction, performing the anneal, or fabricating the self-junction (200/200 ') For example. Moreover, step 322 may include providing contacts, bias structures, and other portions of memory, if the magnetic junction 200/200 'can be integrated within a memory, such as an STT-MRAM. As a result, the effects of self-bonding can be achieved.

더욱이, 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''')은 자기 메모리에서 사용될 수 있다. 도 13은 이와 같은 메모리(400)의 일 실시예를 도시한다. 자기 메모리(400)는 워드라인 선택 드라이버(404)뿐만 아니라 읽기/쓰기 컬럼 선택 드라이버들(402, 406)을 포함한다. 또 다른 요소들이 제공될 수 있다. 메모리(400)의 저장 영역은 자기 저장 셀들(410)을 포함한다. 자기 저장 셀 각각은 적어도 하나의 자기 접합(412) 및 적어도 하나의 선택 장치(414)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 선택장치(414)은 트랜지스터이다. 자기 접합들(412)은 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''') 중 하나일 수 있다. 하나의 자기 접합(412)이 각 셀(410)마다 도시되나, 다른 실시예들에서, 자기 접합들(412)의 다른 개수들이 셀마다 제공될 수 있다. 이와 같이, 자기 접합(400)은, 낮은 소프트 오류율 및 낮은 임계 스위칭 전류와 같은 상술한 효과들을 공유할 수 있다.Moreover, the magnetic junctions 200, 200 ', 200 ", 200 "' may be used in magnetic memory. FIG. 13 illustrates one embodiment of such a memory 400. FIG. The magnetic memory 400 includes read / write column select drivers 402 and 406 as well as a word line select driver 404. Other elements may be provided. The storage area of memory 400 includes magnetic storage cells 410. Each of the magnetic storage cells includes at least one magnetic junction 412 and at least one selection device 414. In some embodiments, the selection device 414 is a transistor. The magnetic junctions 412 may be one of the magnetic junctions 200, 200 ', 200 ", 200 "'. Although one magnetic junction 412 is shown for each cell 410, in other embodiments, different numbers of magnetic junctions 412 may be provided per cell. As such, the magnetic junction 400 may share the above-described effects, such as a low soft error rate and a low threshold switching current.

자기접합들(200, 200', 200'', 200''')뿐만 아니라 다양한 자기 부구조물들(100, 100', 100', 100''')이 개시된다. 자기 부구조물들(100, 100', 100', 100''') 및 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''')의 다양한 특성들은 결합될 수 있다. 그래서, 쓰기 오류율, 수직 이방성, 열적 안정성 및/또는 확장성과 같은 자기 부구조물들(100, 100', 100', 100''') 및 자기 접합들(200, 200', 200'', 200''')의 효과들의 하나 이상이 성취될 수 있다.Various magnetic substructures 100, 100 ', 100', 100 '' 'as well as magnetic bonds 200, 200', 200 '', 200 '' 'are disclosed. Various properties of the magnetic substructures 100, 100 ', 100', 100 '' 'and the magnetic junctions 200, 200', 200 '', 200 '' 'may be combined. Thus, magnetic subsystems 100, 100 ', 100', 100 '' 'and magnetic junctions 200, 200', 200 '', 200 '' such as write error rate, perpendicular anisotropy, thermal stability and / &Quot;) can be achieved.

자기 부구조물, 자기 접합 및 자기 접합을 이용하여 제조된 메모리를 제공하는 방법 및 시스템이 기술된다. 방법 및 시스템은 도시된 예시적인 실시예들과 함께 기술되고, 당해 기술에서 통상의 기술자는 실시예들에 대한 다양한 변형들을 용이하게 인식하며, 변형들은 방법 및 시스템의 사상 및 범위 내에 있다. 따라서, 많은 변형들은 당업자에 의해 첨부된 청구항들의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면 만들어질 수 있다.Methods and systems for providing a memory fabricated using magnetic substructures, magnetic bonding and magnetic bonding are described. Methods and systems are described in conjunction with the illustrated exemplary embodiments, and those skilled in the art will readily recognize various modifications to the embodiments, and variations are within the spirit and scope of the method and system. Accordingly, many modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the appended claims.

Claims (20)

자기 장치용 자기 접합에 있어서,
피고정층;
비자성 스페이서층; 및
자유층을 포함하되, 상기 비자성 스페이서층은 상기 피고정층 및 상기 자유층 사이에 배치고,
상기 자기 접합은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통과할 때 상기 자유층이 복수의 안정한 자기 상태 사이를 스위칭 가능하도록 구성되고,
상기 피고정층 및 상기 자유층 중에서 적어도 하나는 자기 부구조물을 포함하되, 상기 자기 부구조물은 적어도 하나의 삽입층이 끼워진 적어도 두 개의 자성층들을 포함하고, 상기 삽입층 각각은 W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나를 포함하며, 상기 적어도 두 개의 자성층들은 자기적으로 결합된 자기 접합. In magnetic bonding for a magnetic device,
A pinned layer;
A nonmagnetic spacer layer; And
A free layer, wherein the non-magnetic spacer layer is disposed between the pinned layer and the free layer,
The free layer is configured to be capable of switching between a plurality of stable magnetic states when a write current passes through the magnetic bond,
Wherein at least one of the pinned layer and the free layer comprises a magnetic sub-structure, the magnetic sub-structure including at least two magnetic layers sandwiching at least one interleaved layer, each of the interleaved layers comprising W, I, Zn, Nb Wherein the at least two magnetic layers comprise at least one of Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr Magnetically coupled self junction. 제 1항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 자성층들은 제1 자기 및 제2 자성층을 포함하고, 상기 제1 자성층 및 상기 제2 자성층 중에서 적어도 하나는 B를 포함하는 자기 접합. The method according to claim 1,
Wherein the at least two magnetic layers include a first magnetic layer and a second magnetic layer, and at least one of the first magnetic layer and the second magnetic layer includes B. 제 2항에 있어서,
상기 제1 자성층 및 상기 제2 자성층 중의 적어도 하나는 Co, Fe, 및 Ni, 그리고 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Zn, Hf, Pd, Pt, Bi, 및 Ga 중의 적어도 하나를 포함하는 자기 접합. 3. The method of claim 2,
Wherein at least one of the first magnetic layer and the second magnetic layer includes at least one of Co, Fe, and Ni and at least one of Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Zn, Hf, Pd, Wherein the at least one self junction comprises at least one self junction. 제 3항에 있어서,
상기 제1 자성층 및 상기 제2 자성층 중의 적어도 하나는 COX1FeX2Nix3MnX4M1y1M2y2를 포함하되, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2 및 y3은 최소 0이고, 1을 초과하지 않으며, 여기에서, x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 =1이고, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi 및 Ga에서 선택되는 자기 접합. The method of claim 3,
And at least one of the first magnetic layer and said second magnetic layer is CO X1 Fe X2 Ni x3 M nX4 M 1y1 M include, but 2y2, where x1, x2, x3, y1, y2 and y3 are at least 0, more than 1 And M1 and M2 are selected from Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi, And Ga. 제 1항에 있어서,
상기 제1 비자성 삽입층은 5 옴스트롱보다 더 두껍지 않은 자기 접합. The method according to claim 1,
Wherein the first nonmagnetic insert layer is not thicker than 5 ohms Strong. 제 1항에 있어서,
제1 절연 스페이서층 및 제2 절연 스페이서층을 더 포함하되, 상기 자기 부구조물은 상기 제1 절연 스페이서층 및 상기 제2 절연 스페이서층 사이에 개재되는 자기 접합. The method according to claim 1,
Further comprising a first insulating spacer layer and a second insulating spacer layer, wherein the magnetic sub-structure is interposed between the first insulating spacer layer and the second insulating spacer layer. 제 6항에 있어서,
상기 제1 절연 스페이서층 및 상기 제2 절연 스페이서층 각각은 결정질 MgO를 포함하는 자기 접합. The method according to claim 6,
Wherein each of the first insulating spacer layer and the second insulating spacer layer comprises crystalline MgO. 제 7항에 있어서,
상기 비자성 스페이서층은 상기 제1 절연 스페이서층인 자기 접합. 8. The method of claim 7,
Wherein the non-magnetic spacer layer is the first insulating spacer layer. 제 8항에 있어서,
추가 피고정층을 더 포함하되, 상기 제2 절연 스페이서층은 상기 추가 피고정층 및 상기 자유층 사이에 있는 자기 접합. 9. The method of claim 8,
Further comprising an additional pinned layer, wherein the second insulating spacer layer is between the additional pinned layer and the free layer. 제 9항에 있어서,
상기 추가 피고정층은 적어도 하나의 추가 삽입층이 끼워진 적어도 두 개의 추가 자성층들을 갖는 추가 자기 부구조물을 포함하되, 상기 적어도 하나의 추가 삽입층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나를 포함하는 자기 접합. .10. The method of claim 9,
Wherein the additional pinned layer comprises an additional magnetic sub-structure having at least two additional magnetic layers sandwiching at least one additional insert layer, wherein the at least one additional insert layer comprises Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Wherein at least one of Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr is contained. . 제 1항에 있어서,
상기 자유층은 상기 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합. The method according to claim 1,
Wherein the free layer comprises the magnetic sub-structure. 제 11항에 있어서,
상기 자유층은 분극 강화층(polarization enhancement layer)을 포함하는 자기 접합. 12. The method of claim 11,
Wherein the free layer comprises a polarization enhancement layer. 제 1항에 있어서,
상기 피고정층은 상기 자기 부구조물을 포함하는 자기 접합. The method according to claim 1,
Wherein the pinned layer includes the magnetic sub-structure. 제 1항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 자성층들 및 상기 적어도 하나의 삽입층은 다수의 구성 요소들의 가변 농도를 갖는 단일층이고, 상기 비자성 삽입층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나의 적어도 하나의 농도를 갖고, 상기 적어도 하나의 농도는 상기 비자상 삽입층에서 적어도 하나의 전역 피크(global peak)을 갖는 자기 접합. The method according to claim 1,
Wherein the at least two magnetic layers and the at least one intercalation layer are single layers with varying concentrations of a plurality of components and the nonmagnetic interlayer comprises Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os At least one concentration of at least one of Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr, Layer having at least one global peak in the layer. 제 1항에 있어서,
상기 전역 피크는 상기 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나의 전체 총 농도가 50 퍼센트인 것에 대응되는 자기 접합. The method according to claim 1,
The total peak is a peak of the Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Zr < / RTI > corresponds to 50 percent of the total total concentration. 복수의 자기 저장 셀들,; 및
복수의 비트라인들을 포함하고,
상기 복수의 자기 저장 셀들의 각각은 적어도 하나의 자기 접합을 포함하고, 상기 적어도 하나의 자기 접합은 피고정층, 비자성 스페이서층, 및 자유층을 포함하고, 상기 비자성 스페이서층은 상기 피고정층 및 상기 자유층 사이에 개재되며, 상기 자기 접합은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통과할 때 상기 자유층이 복수의 안정한 자기 상태들 사이를 스위칭 가능하도록 구성되며, 상기 피고정층 및 상기 자유층 중의 적어도 하나는 자기 부구조물을 포함하고, 상기 자기 부구조물은 적어도 하나의 삽입층이 끼워진 적어도 두 개의 자성층들을 포함하되, 상기 적어도 하나의 삽입층의 각각은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 자성층들은 자기적으로 결합된 자기 메모리. A plurality of magnetic storage cells; And
A plurality of bit lines,
Wherein each of the plurality of magnetic storage cells comprises at least one magnetic bond, and wherein the at least one magnetic bond comprises a pinned layer, a nonmagnetic spacer layer, and a free layer, Wherein the free layer is configured to be switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current passes through the magnetic junction, and wherein at least one of the pinned layer and the free layer W, I, Zn, Nb, Ag, Cd < / RTI >< RTI ID = 0.0 > Wherein the at least two magnetic layers comprise at least one of Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr, A magnet Lee. 제 16항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 자성층들은 제1 자성층 및 제2 자성층을 포함하고, 상기 제1 자성층 및 상기 제2 자성층 중에서 적어도 하나는 COX1FeX2Nix3MnX4M1y1M2y2를 포함하되, 여기에서 x1, x2, x3, y1, y2 및 y3은 최소 0이고, 1을 초과하지 않으며, 여기에서, x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 =1이고, M1 및 M2는 Ta, B, Zr, Cr, V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi 및 Ga에서 선택되는 자기 메모리. 17. The method of claim 16,
The at least two magnetic layers have at least one of the first magnetic layer and second magnetic layer of the first magnetic layer and the second magnetic layer, comprising a can comprising a CO X1 Fe X2 Ni x3 M nX4 M 1y1 M 2y2, where x1, and wherein M1 and M2 are selected from the group consisting of Ta, B, Zr, Cr, and Ti, wherein x1, x2, x3, y1, y2, and y3 are at least 0 and do not exceed 1, wherein x1 + x2 + x3 + x4 + y1 + y2 = V, AI, Be, Ti, Au, Hf, Pd, Pt, Bi and Ga. 제 16항에 있어서,
상기 비자성 삽입층의 두께는 5 옴스트롱보다 크지 않은 자기 메모리. 17. The method of claim 16,
Wherein the thickness of the nonmagnetic insert layer is not greater than 5 ohms Strong. 제 16항에 있어서,
상기 자기 부구조물은 제1 자기 절연 스페이서층 및 제2 자기 절연 스페이서층을 더 포함하되, 상기 자기 부구조물은 상기 제1 자기 절연 스페이서층 및 상기 제2 자기 절연 스페이서층 사이에 개재되는 자기 메모리. 17. The method of claim 16,
Wherein the magnetic sub-structure further comprises a first magnetic insulating spacer layer and a second magnetic insulating spacer layer, wherein the magnetic sub-structure is sandwiched between the first magnetic insulating spacer layer and the second magnetic insulating spacer layer. 제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 자기 접합의 각각은 추가 피고정층을 더 포함하되,
상기 제2 절연 스페이서층은 상기 추가 피고정층 및 상기 자유층 사이에 개재되는 자기 메모리. 17. The method of claim 16,
Wherein each of the at least one magnetic junction further comprises an additional pinned layer,
And the second insulating spacer layer is sandwiched between the additional pinned layer and the free layer.
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