(57)【要約】【課題】スピン伝達トルクに基づいたメモリの性能を改善することができる方法及びシステムを提供する。【解決手段】本発明による磁気接合は基準層と、磁性スペーサー層と、自由層と、を有し、前記非磁性スペーサー層は、前記基準層と前記自由層との間に配置され、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態の間でスイッチング可能なように構成され、前記磁気接合の一部は、少なくとも１つの磁気サブ構造を有し、前記磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成される。【選択図】図２
2014183319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気装置に用いる磁気接合において、
基準層と、
非磁性スペーサー層と、
自由層と、を有し、
前記非磁性スペーサー層は、前記基準層と前記自由層との間に配置され、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態の間でスイッチング可能なように構成され、
前記磁気接合の一部は、少なくとも１つの磁気サブ構造を有し、前記磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする磁気接合。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造を含む前記磁気接合の一部は、前記自由層又は前記基準層の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、複数の磁気サブ構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＦｅ層は、第１Ｆｅ層及び第２Ｆｅ層を含み、
前記少なくとも１つの非磁性挿入層の中の１つの非磁性挿入層は、前記第１Ｆｅ層と前記第２Ｆｅ層との間に配置され、
前記少なくとも１つの界面は、前記第１Ｆｅ層と前記非磁性挿入層との間の第１界面及び前記第２Ｆｅ層と前記非磁性挿入層との間の第２界面を含み、
前記第１Ｆｅ層は、前記第２Ｆｅ層と強磁性的に結合されることを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項５】
前記少なくとも１つの非磁性挿入層は、第１非磁性挿入層及び第２非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層の中の１つのＦｅ層は、前記第１非磁性挿入層と前記第２非磁性挿入層との間に提供され、
前記少なくとも１つの界面は、前記第１非磁性挿入層と前記Ｆｅ層との間の第１界面及び前記第２非磁性挿入層と前記Ｆｅ層との間の第２界面を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項６】
前記基準層及び前記自由層の前記少なくとも１つは、分極強化層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記分極強化層と強磁性的に結合されることを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項７】
前記自由層は、前記少なくとも１つの磁気サブ構造及び追加的な分極強化層を含み、
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記分極強化層と前記追加的な分極強化層との間にあり、前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記追加的な分極強化層と強磁性的に結合されることを特徴とする請求項６に記載の磁気接合。
【請求項８】
前記追加的な分極強化層は、前記分極強化層より厚いことを特徴とする請求項７に記載の磁気接合。
【請求項９】
追加的な基準層と、
追加的な非磁性スペーサー層と、をさらに有し、
前記追加的な非磁性スペーサー層は、前記追加的な基準層と前記自由層との間にあることを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項１０】
前記追加的な基準層は、少なくとも１つの追加的な磁気サブ構造を含み、
前記少なくとも１つの追加的な磁気サブ構造は、少なくとも１つの追加的なＦｅ層及び少なくとも１つの追加的な非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つの追加的なＦｅ層は、前記少なくとも１つの追加的な非磁性挿入層と少なくとも１つの追加的な界面を共有し、前記少なくとも１つの追加的な非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする請求項９に記載の磁気接合。
【請求項１１】
導電性キャッピング層をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項１２】
前記自由層は、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と、複数の軟磁性層及び少なくとも１つの硬磁性層とを含み、
前記少なくとも１つの硬磁性層は、前記少なくとも１つのＦｅ層に該当し、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記複数の軟磁性層と強磁性的に結合され、該Ｆｅ層のなす面を外れる反磁化エネルギー及び前記面を外れる反磁化エネルギーを超過する垂直磁気異方性エネルギーを有することを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記自由層に隣接し、前記自由層にスピン軌道トルクを加えるように構成され、
前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記磁気接合の前記自由層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因し、
前記自由層は、少なくとも前記スピン軌道トルクを利用してスイッチングが可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記基準層に隣接し、前記基準層にスピン軌道トルクを加えるよう構成され、
前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記磁気接合の前記基準層の間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因することを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
【請求項１５】
複数の磁気接合と、
前記複数の磁気接合に隣接する少なくとも１つの磁気サブ構造と、を有し、
前記複数の磁気接合の各々は、自由層を含み、
前記磁気サブ構造は、少なくとも１つの非磁性挿入層が挿入された少なくとも１つの磁性層を含み、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含み
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記自由層にスピン軌道相互作用トルクを加えるよう構成され、
前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記複数の磁気接合の中の一磁気接合の前記自由層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因し、
前記自由層は、少なくとも前記スピン軌道トルクを利用してスイッチングが可能となるよう構成されることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１６】
複数の磁気接合と、
前記複数の磁気接合に隣接する少なくとも１つの磁気サブ構造と、を有し、
前記複数の磁気接合の各々は、自由層、基準層、及び前記自由層と前記基準層との間の非磁性スペーサー層を含み、
前記磁気サブ構造は、少なくとも１つの非磁性挿入層が挿入された少なくとも１つの磁性層を含み、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含み、
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記基準層にスピン軌道トルクを加えるよう構成され、
前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記複数の磁気接合の中の一磁気接合の前記基準層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因することを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１７】
複数の格納セルを有し、
前記複数の格納セルの各々は、少なくとも１つの磁気接合を含み、
前記少なくとも１つの磁気接合は、被固定層、非磁性スペーサー層、及び自由層を含み、前記非磁性スペーサー層は、前記被固定層と前記自由層との間に配置され、
前記磁気接合は、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態の間でスイッチが可能なよう構成され、
前記磁気接合の一部は、少なくとも１つの磁気サブ構造を含み、前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造を含む前記磁気接合の前記一部は、前記自由層及び前記基準層の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１７に記載の磁気メモリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、複数の磁気サブ構造を含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのＦｅ層は、第１Ｆｅ層及び第２Ｆｅ層を含み、
前記少なくとも１つの非磁性挿入層の中の１つの非磁性挿入層は、前記第１Ｆｅ層と前記第２Ｆｅ層との間に配置され、
前記少なくとも１つの界面は、前記第１Ｆｅ層と前記非磁性挿入層との間の第１界面及び前記第２Ｆｅ層と前記非磁性挿入層との間の第２界面を含み、
前記第１Ｆｅ層は、前記第２Ｆｅ層と強磁性的に結合されることを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの非磁性挿入層は、第１非磁性挿入層及び第２非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層の中の１つのＦｅ層は、前記第１非磁性挿入層と前記第２非磁性挿入層との間に提供され、
前記少なくとも１つの界面は、前記第１非磁性挿入層と前記Ｆｅ層との間の第１界面及び前記第２非磁性挿入層と前記Ｆｅ層との間の第２界面を含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２２】
前記基準層及び前記自由層の前記少なくとも１つは、分極強化層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記分極強化層と強磁性的に結合されることを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２３】
前記自由層は、前記少なくとも１つの磁気サブ構造及び追加的な分極強化層を含み、
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記分極強化層と前記追加的な分極強化層との間にあり、前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記追加的な分極強化層と強磁性的に結合されることを特徴とする請求項２２に記載の磁気メモリ。
【請求項２４】
前記追加的な分極強化層は、前記分極強化層より厚いことを特徴とする請求項２３に記載の磁気メモリ。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの磁気接合は、
追加的な基準層と、
追加的な非磁性スペーサー層と、をさらに有し、
前記追加的な非磁性スペーサー層は、前記追加的な基準層と前記自由層との間にあることを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２６】
前記追加的な基準層は、少なくとも１つの追加的な磁気サブ構造を含み、
前記少なくとも１つの追加的な磁気サブ構造は、少なくとも１つの追加的なＦｅ層及び少なくとも１つの追加的な非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つの追加的なＦｅ層は、前記少なくとも１つの追加的な非磁性挿入層と少なくとも１つの追加的な界面を共有し、前記少なくとも１つの追加的な非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする請求項２５に記載の磁気メモリ。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの磁気接合は、導電性キャッピング層をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２８】
前記自由層は、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と、複数の軟磁性層及び少なくとも１つの硬磁性層とを含み、
前記少なくとも１つの硬磁性層は、前記少なくとも１つのＦｅ層に該当し、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記複数の軟磁性層と強磁性的に結合され、該Ｆｅ層のなす面を外れる反磁化エネルギー及び前記面を外れる反磁化エネルギーを超過する垂直磁気異方性エネルギーを有することを特徴とする請求項１８に記載の磁気メモリ。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記自由層に隣接し、前記自由層にスピン軌道トルクを加えるように構成され、
前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記磁気接合の前記自由層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因し、
前記自由層は、少なくとも前記スピン軌道トルクを利用してスイッチングが可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１７に記載の磁気メモリ。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記基準層に隣接し、前記基準層にスピン軌道トルクを加えるよう構成され、
前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記磁気接合の前記基準層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因することを特徴とする請求項１７に記載の磁気メモリ。
【請求項３１】
磁気装置で用いる磁気接合を提供する方法において、
基準層を提供する段階と、
非磁性スペーサー層を提供する段階と、
自由層を提供する段階と、
少なくとも１つの磁気サブ構造を提供する段階と、を有し、
前記非磁性スペーサー層は、前記基準層と前記自由層との間に配置され、前記磁気接合は、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態との間でスイッチ可能なよう構成され、
前記磁気接合の一部は、前記少なくとも１つの磁気サブ構造を含み、前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、
前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする磁気接合の提供方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気接合及び磁気メモリに関し、特に挿入層を有する磁気接合及びそれを用いた磁気メモリ並びに磁気接合の提供方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気メモリ、特に磁気ＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｉｅｓ：ＭＲＡＭｓ）は高い読出し／書込み速度、優れた耐久性、不揮発性、及び動作時の低い消費電力といったポテンシャルを有するためにますます注目を浴びている。
ＭＲＡＭは磁気物質を情報格納媒体として利用し、情報を格納することができる。ＭＲＡＭの一種類としてＳＴＴ−ＲＡＭ（Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）がある。
ＳＴＴ−ＲＡＭは磁気接合を通過する電流によって少なくとも一部が記録される磁気接合を利用する。磁気接合を通過するスピン分極された電流は磁気接合内の磁気モ−メントにスピントルクを加える。したがって、スピントルクに反応する磁気モ−メントを有する層は望む状態にスイッチングされる。
【０００３】
一例として、図１は一般的なＳＴＴ−ＲＡＭで使用されるうる一般的な磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ）１０を示す。一般的な（ＭＴＪ）１０は一般的な下部コンタクト１１上に配置され、一般的なシード（ｓｅｅｄ）層１２を利用し、一般的な反強磁性層（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒ：ＡＦＭ）１４、一般的な被固定層（ｐｉｎｅｄ  ｌａｙｅｒ）１６、一般的なトンネル障壁層（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）１８、一般的な自由層（ｆｒｅｅ  ｌａｙｅｒ）２０、及び一般的なキャッピング層（ｃａｐｐｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）２２を含む。また、上部コンタクト２４も図示する。
【０００４】
一般的なコンタクト（１１、２４）は、面垂直電流（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ：ＣＰＰ）方向又は図１で示したｚ軸方向に電流を駆動するように使用される。
一般的なシード層１２は一般的に、ＡＦＭ層１４のような、所望の結晶構造を有するその次の層の成長を助けるために活用される。一般的なトンネル障壁層１８は非磁性であり、一例としてＭｇＯのような薄い絶縁体である。
【０００５】
一般的な被固定層１６と一般的な自由層２０とは磁性を有する。一般的な被固定層１６の符号１７の矢印で示す磁化は一般的にＡＦＭ層１４との交換バイアス（ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｂｉａｓ）相互作用によって特定方向に固定（ｆｉｘｅｄ）されるか、或いは被固定される（ｐｉｎｎｅｄ）。単一層として図に示したが、一般的な被固定層１６は複数の層を有してもよい。
一例として、一般的な被固定層１６は、ルテニウムＲｕのような薄い導電層を通じて反強磁性的又は強磁性的に結合された磁性層を含む合成反強磁性層（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒ：ＳＡＦ）であり得る。ルテニウムＲｕ薄膜が挿入された複数の磁性層がこのようなＳＡＦ層に使用され得る。
さらに一般的な（ＭＴＪ）１０の他のバージョンは、追加的な非磁性障壁層又は導電層（図示せず）によって自由層２０から分離された追加的な被固定層（図示せず）を包含することができる。
【０００６】
一般的な自由層２０は変更可能である符号２１の矢印で示す磁化を有する。単一層として図に示したが、一般的な自由層２０はまた複数の層を包含することができる。
一例として、一般的な自由層２０は、ルテニウムＲｕのような導電性薄膜層を通じて反強磁性又は強磁性的に結合された磁性層を含む合成層であり得る。一般的な自由層２０の符号２１の矢印で示す磁化が面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）であるように図に示したが、一般的な自由層２０の符号２１の矢印で示す磁化は垂直異方性（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有してもよい。
したがって、被固定層１６及び自由層２０は、各々各層の面と垂直である方向の磁気モ−メント（符号１７、符号２１の矢印）を有することもある。
【０００７】
一般的な自由層２０の符号２１の矢印で示す磁化をスイッチするために、面と垂直である方向（Ｚ方向）に電流が駆動される。
十分な電流が上部コンタクト２４から下部コンタクト１１に流れると、一般的な自由層２０の磁化２１は一般的な被固定層１６の磁化１７と平行にスイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）される。十分な電流が下部コンタクト１１から上部コンタクト２４に流れると、自由層の符号２１の矢印で示す磁化は被固定層１６の符号１７の矢印で示す磁化と反平行にスイッチされる。
磁気的配置（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の相違点は異なる磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ）とこれにしたがう一般的な（ＭＴＪ）１０の異なる論理状態（例えば、論理０と論理１）に相応する。
【０００８】
ＳＴＴ−ＲＡＭアプリケーションに使用される場合、一般的な（ＭＴＪ）１０の自由層２０は比較的、低い電流でスイッチングされることが要求される。臨界スイッチング電流ＩＣ０は平衡方向（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）周囲での自由層の符号２１の矢印で示す磁化の極微な歳差運動（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）が不安定になる点での最も低い電流である。
一例として、臨界スイッチング電流ＩＣ０は数ｍＡ又はその以下の単位（ｏｒｄｅｒ）であることが要求される。これに加えて高いデータ速度で一般的な磁気装置をプログラミングするのに使用するために短い電流パルスが要求される。
【０００９】
一般的な（ＭＴＪ）１０は、スピン伝達（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）を使用して記録され、ＳＴＴ−ＲＡＭに使用され得るが、これには問題点がある。
一般的な（ＭＴＪ）１０は面内の磁気モ−メント（符号１７、符号２１の矢印）を有する。スイッチング特性を改善させるために、磁気モ−メント（符号１７、符号２１の矢印）は面と垂直である（即ち、ｚ方向）ことが望ましい。しかし、このような方向で一般的な（ＭＴＪ）１０からの信号（ｓｉｇｎａｌ）は要求されるものよりさらに低いことがあり得る。また、このような垂直方向の一般的な（ＭＴＪ）１０は普通高い減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を示す。そのような意味で、スイッチング性能は悪影響を受ける。したがって、一般的な（ＭＴＪ）１０を使用するメモリの性能は相変わらず改善が要求される。
そのような理由で、スピン伝達トルクに基づいたメモリの性能を改善することができる方法及びシステムが必要とされる。ここで、説明する方法及びシステムはこのようなニーズを取り扱う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第８，６６５，６４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記従来の一般的な磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を使用するメモリにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、スピン伝達トルクに基づいたメモリの性能を改善することができる方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明による磁気接合は、基準層と、非磁性スペーサー層と、自由層と、を有し、前記非磁性スペーサー層は、前記基準層と前記自由層との間に配置され、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態の間でスイッチング可能なように構成され、前記磁気接合の一部は、少なくとも１つの磁気サブ構造を有し、前記磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明による磁気メモリは、複数の磁気接合と、前記複数の磁気接合に隣接する少なくとも１つの磁気サブ構造と、を有し、前記複数の磁気接合の各々は、自由層を含み、前記磁気サブ構造は、少なくとも１つの非磁性挿入層が挿入された少なくとも１つの磁性層を含み、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含み前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記自由層にスピン軌道相互作用トルクを加えるよう構成され、前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記複数の磁気接合の中の一磁気接合の前記自由層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因し、前記自由層は、少なくとも前記スピン軌道トルクを利用してスイッチングが可能となるよう構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による磁気メモリは、複数の磁気接合と、前記複数の磁気接合に隣接する少なくとも１つの磁気サブ構造と、を有し、前記複数の磁気接合の各々は、自由層、基準層、及び前記自由層と前記基準層との間の非磁性スペーサー層を含み、前記磁気サブ構造は、少なくとも１つの非磁性挿入層が挿入された少なくとも１つの磁性層を含み、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含み、前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、前記基準層にスピン軌道トルクを加えるよう構成され、前記スピン軌道トルクは、前記少なくとも１つの磁気サブ構造と前記複数の磁気接合の中の一磁気接合の前記基準層との間の方向と垂直になる方向に前記少なくとも１つの磁気サブ構造を通過して流れる電流に起因することを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による磁気メモリは、複数の格納セルを有し、前記複数の格納セルの各々は、少なくとも１つの磁気接合を含み、前記少なくとも１つの磁気接合は、被固定層、非磁性スペーサー層、及び自由層を含み、前記非磁性スペーサー層は、前記被固定層と前記自由層との間に配置され、前記磁気接合は、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態の間でスイッチが可能なよう構成され、前記磁気接合の一部は、少なくとも１つの磁気サブ構造を含み、前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するためになされた本発明による磁気接合の提供方法は、基準層を提供する段階と、非磁性スペーサー層を提供する段階と、自由層を提供する段階と、少なくとも１つの磁気サブ構造を提供する段階と、を有し、前記非磁性スペーサー層は、前記基準層と前記自由層との間に配置され、前記磁気接合は、書込み電流が前記磁気接合を通過して流れる時、前記自由層が複数の安定した磁気状態との間でスイッチ可能なよう構成され、前記磁気接合の一部は、前記少なくとも１つの磁気サブ構造を含み、前記少なくとも１つの磁気サブ構造は、少なくとも１つのＦｅ層及び少なくとも１つの非磁性挿入層を含み、前記少なくとも１つのＦｅ層は、前記少なくとも１つの非磁性挿入層と少なくとも１つの界面を共有し、前記少なくとも１つの非磁性挿入層の各々は、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による磁気接合及びそれを用いた磁気メモリ並びに磁気接合の提供方法によれば、スピン伝達トルクに基づいたメモリの性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な磁気トンネル接合を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図である。
【図５】本発明の第４の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図である。
【図６】本発明の第５の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図である。
【図７】本発明の第６の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１７】本発明の第１０の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１８】本発明の第１１の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合のための層を示す例示図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合のための層を示す例示図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合のための層を示す例示図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合のための層を示す例示図である。
【図２３】磁気サブ構造を含む磁気接合の例示的な一実施形態を示す図である。
【図２４】磁気サブ構造を含む二重磁気接合の例示的な一実施形態を示す図である。
【図２５】磁気サブ構造を含む磁気接合のための層の例示的な一実施形態を示す図である。
【図２６】磁気サブ構造を含む磁気メモリの例示的な一実施形態を示す図である。
【図２７】磁気サブ構造を含む磁気メモリの例示的な他の実施形態を示す図である。
【図２８】格納セルのメモリ素子に磁気接合を利用するメモリの例示的な一実施形態を示す図である。
【図２９】磁気サブ構造を含む磁気接合の製造方法に関する例示的な一実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３０】磁気サブ構造を含む磁気接合の製造方法に関する例示的な一実施形態を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に本発明に係る磁気接合及びそれを用いた磁気メモリ並びに磁気接合の提供方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
以下の説明は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を実施できるように提供され、特許出願とその要求事項の一部として提供される。
本明細書に記載した例示的な実施形態及びそれに対する原理及び形態の多様な変形は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確である。例示的な実施形態は主に特定な実施形態に提供される特定な方法及びシステムとして記述したが、前記方法及びシステムは他の実施形態でも有効に作用することができる。
“例示的な実施形態”、“一実施形態”、及び“他の実施形態”のような表現は複数の実施形態のみならず、同一であるか、或いは他の実施形態に対することであり得る。実施形態は一定の構成を有するシステム及び／又は装置に対して記述するが、システム及び／又は装置は図示した構成より多いか、或いは少ない構成を包含することがあり得、配置及び構成の形態に対する変化が本発明の範囲内で行われ得る。
また、例示的な実施形態は一定の段階を有する特定方法の脈絡で記述することがあるが、このような方法及びシステムは他の及び／又は追加的な段階を有するか、或いは例示的な実施形態に矛盾しない他の順番の段階を有する他の方法で有効に作用する。したがって、本発明に図示した実施形態に限定する意図ではなく、本明細書に記載した原理及び形態と矛盾しない最も広い範囲にしたがう。
【００２１】
以下では、磁気接合を利用する磁気メモリはもちろん磁気接合を提供する方法及びシステムについて説明する。磁気装置内で使用可能である磁気接合を提供する例示的な実施形態を説明する。
磁気接合は基準層、非磁性スペース層及び自由層を含む。非磁性スペース層は基準層と自由層との間に配置される。磁気接合は書込み電流が磁気接合を通じて流れる時、複数の安定した磁気状態間で自由層がスイッチすることができるように構成される。磁気接合の一部分は少なくとも１つの磁気サブ構造を含む。磁気サブ構造は少なくとも１つのＦｅ層と少なくとも１つの非磁性挿入層を含む。少なくとも１つのＦｅ層と少なくとも１つの非磁性挿入層とは少なくとも１つの界面を共有する。少なくとも１つの非磁性挿入層の各々はＷ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成される。
【００２２】
例示的な実施形態は、特定磁気接合と何らかの構成を有する磁気メモリの脈絡内で説明される。
本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が他の及び／又は追加的な構成及び／又は本発明と矛盾しない他の特徴を有する磁気接合と磁気メモリの使用に一貫することを容易に理解する。
また、前記方法及びシステムは、スピン伝達現象、磁気異方性、及び他の物理的現像の理解の脈絡内で説明される。その結果として、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、前記方法及びシステムの稼動に対する理論的な説明がスピン伝達、磁気異方性、及び他の物理的な現象のこのような現在の理解に基づいて行っていることを容易に理解するはずである。
【００２３】
しかし、ここで説明する方法とシステムとは特定な物理的な説明に依存しない。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、また前記方法とシステムとが基板に特定な関係を有する構造の脈絡内で説明されることを容易に理解するはずである。
しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、前記方法とシステムが他の構造と一貫することを容易に理解する。
また、前記方法とシステムとは合成された及び／又は単一のいずれかの層の脈絡内で説明される。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、前記層が他の構造を有することを容易に理解するはずである。
さらに、前記方法とシステムは特別な層を有する磁気接合及び／又は下部構造の脈絡内で説明される。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、前記方法とシステムに矛盾しない追加的な及び／又は他の層を有する磁気接合及び／又は下部構造もまた使用されることを容易に理解するはずである。
【００２４】
その上、所定の構成は磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃ）、強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）及びフェリ磁性（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ）として説明される。ここで使用したように、磁性という用語は強磁性、フェリ磁性、又は同様な構造を包含する。このように、ここで使用するように、  “磁性”又は“強磁性”という用語は強磁性体及びフェリ磁性体を包含するが、それに限定されない。
前記方法とシステムとはまた単一磁気接合と下部構造の脈絡内で説明される。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、前記方法とシステムとが複数の磁気接合を有し、複数の下部構造を使用する磁気メモリの使用に関連することを容易に理解するはずである。
さらに、ここで使用する、“面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）”は実質的に磁気接合の１つ以上の層の面内にあるか、或いはその面に平行である。反対に、“垂直である（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）”は磁気接合の１つ以上の層と実質的に垂直になる方向に該当する。
【００２５】
図２は本発明の第１の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図であり、磁気装置の一例として、磁気トンネル接合ＭＴＪ、スピンバルブ、又は弾道磁気抵抗（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）構造又はこれらの組み合わせによって使用可能である磁気サブ構造１００の例示的な一実施形態を示す。
磁気サブ構造１００が使用される磁気装置は多様なアプリケーションに使用される。一例として、磁気装置及びこのような磁気サブ構造はＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気メモリに使用される。
図２は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気サブ構造はＦｅ層１０２及び非磁性挿入層１０４を含む。層（１０２、１０４）は界面１０３を共有する。したがって、非磁性挿入層１０４はＦｅ層１０２と境界を成す。図２に示す実施形態で、Ｆｅ層１０２は下部の基板（図示せず）上に先ず蒸着される。層（１０２、１０４）は特定方向に積層されるように示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。
【００２６】
層１０２は強磁性を有する反面、層１０４は非磁性を有する。さらに具体的に、磁性層１０２は鉄Ｆｅであるが、非磁性層１０４はＷ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含む。図に示した磁気サブ構造１００で、Ｆｅ層１０２は強い垂直磁気異方性を有する。言い換えれば、Ｆｅ層１０２の垂直異方性エネルギーは面を外れる反磁化エネルギー（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ  ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｅｎｅｒｇｙ、４πＭｓ）よりさらに強いことがあり得る。
このような実施形態で、Ｆｅ層１０２の磁気モ−メントは面と垂直である方向（ｚ軸方向）を有する。
【００２７】
他の実施形態において、Ｆｅ層１０２の垂直磁気異方性は中間範囲に在り得る。このような実施形態で、垂直磁気異方性エネルギーは面を外れる反磁化エネルギーに近接するが、これより小さいことがあり得る。
一例として、垂直異方性エネルギーは面を外れる反磁化エネルギーの少なくとも４０パーセント以上１００パーセント未満であり得る。このような一部の実施形態で、垂直異方性エネルギーは反磁化エネルギーの９０パーセント以下であり得る。
【００２８】
Ｆｅ層１０２の強い垂直異方性は界面１０３での電子混成化（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）に因ることであり得ると看做される。したがって、強い垂直異方性は界面現象（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）に因るものと看做される。しかし、磁気接合、磁気メモリ及びここで説明した方法が特定な物理的現象に依存することではない。
一例として、一部の実施形態で他の特性（層１０２及び／又は１０４のストレイン（ｓｔｒａｉｎ）を包含するが、これに制限されない）は層１０２の磁気異方性に寄与する。その上に、鉄Ｆｅで構成されているので、Ｆｅ層１０２は低い磁気減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を有する。
【００２９】
非磁性挿入層１０４のみでなく、Ｆｅ層１０２の結晶構造は体心立方格子（ｂｏｄｙ  ｃｅｎｔｅｒｅｄ  ｃｕｂｉｃ；ＢＣＣ）であり得る。層（１０２、１０４）はまた最大５パーセントの格子定数の不一致（ｍｉｓｍａｔｃｈ  ｏｆ  ｌａｔｔｉｃｅ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を有することができる。これはＦｅ層１０２が鉄Ｆｅから選択され、非磁性挿入層１０４がＷ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ又はＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上から選択されたことに起因する。このような一部の実施形態で、挿入層１０４はＷで構成される。
一部の実施形態で、強磁性層１０２は常温で安定になるように構成される。一例として、強磁性層１０２の磁気異方性エネルギーはｋｂＴの最小限６０倍になり得る。一部の実施形態で、強磁性層１０２の磁気異方性エネルギーは常温（大略３０℃）でｋｂＴの最小限８０倍になる。しかし、他の実施形態で、層１０２の熱的安定性（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）は層１０２が他の磁性層（図２に図示せず）と磁気的に結合することによって達成されることができる。
【００３０】
Ｆｅ層１０２及び／又は非磁性挿入層１０４の厚さは垂直磁気異方性、熱的な安定性、層（１０２、１０４）の間の結合及び／又は他の特性が望む通りに提供されるように調整される。
一部の実施形態で、Ｆｅ層１０２は１〜１４Åの厚さを有する。このような一部の実施形態で、Ｆｅ層１０２は４〜１０Åの厚さを有する。
非磁性挿入層１０４は１〜８Åの厚さを有する。このような一部の実施形態で、非磁性挿入層１０４は２〜６のÅ厚さを有する。したがって、一体の膜として図示されているが、層１０２及び／又は１０４は実際に不連続的であり得る。一例として、非磁性挿入層１０４はＦｅ層１０２上に薄い厚さの島として存在してもよい。
【００３１】
磁気サブ構造１００の特性は、非磁性挿入層１０４とＦｅ層１０２の結合を利用して調整される。結果的に、磁気サブ構造１００を利用する磁気装置の特性は望む通りに設定される。一例として、磁気サブ構造１００を利用する磁気装置のトンネル磁気抵抗（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＴＭＲ）は、改善された自由層の結晶化及びトンネル接合との格子整合のために向上される。自由層及び／又は被固定層のような層の垂直異方性及び減衰もやはり計画通りに調整される。
さらに、一部の実施形態で、磁気サブ構造１００は、面と垂直である方向から一定の角度で安定した磁気モ−メントを有する自由層を提供するのに利用され得る。したがって、磁気装置のスイッチング特性が向上される。
磁気サブ構造１００はまた磁気装置の磁性層とのスピン軌道結合（ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を提供するのに利用されることがあり得る。したがって、スピン伝達トルクと共に又はこれの代わりに利用されるスイッチングのための他のメカニズムが提供されることがある。
【００３２】
図３は本発明の第２の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図であり、磁気装置の一例として、磁気トンネル接合ＭＴＪ、スピンバルブ、又は弾道磁気抵抗（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）構造又はこれらの組合で使用可能である磁気サブ構造１００Ａの例示的な一実施形態を示す。
磁気サブ構造１００Ａが使用される磁気装置は多様なアプリケーションに使用され得る。一例として、磁気装置のような磁気サブ構造はＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気メモリに使用され得る。
図３は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気サブ構造１００Ａは磁気サブ構造１００と同様である。したがって、同様な構成は同様な図面符号を有する。磁気サブ構造１００ＡはこのようにＦｅ層１０２ａ、及びＦｅ層１０２ａと界面１０３ａとを共有する非磁性挿入層１０４ａを含む。
しかし、下部層に対する層（１０２ａ、１０４ａ）の積層方向は変更され得る。したがって、Ｆｅ層１０２ａは非磁性挿入層１０４ａ上に提供される。磁気サブ構造１００Ａは磁気サブ構造１００と同様な効用（ｂｅｎｅｆｉｔ）を有する。
【００３３】
図４は本発明の第３の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図であり、磁気装置の一例として、磁気トンネル接合ＭＴＪ、スピンバルブ又は弾道磁気抵抗（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）構造又はこれらの組み合わせで使用可能である磁気サブ構造１００Ｂの例示的な一実施形態を示す。
磁気サブ構造１００Ｂが使用される磁気装置は多様なアプリケーションに使用されることができる。一例として、磁気装置のような磁気サブ構造はＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気メモリに使用され得る。
図４は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気サブ構造１００Ｂは磁気サブ構造１００、１００Ａと同様である。したがって、類似な構成は類似な図面符号を有する。磁気サブ構造１００Ｂはこのように（第１）Ｆｅ層１０２ｂ、非磁性挿入層１０４ｂ、及び（第２）Ｆｅ層１０６を含む。界面１０３ｂは層（１０２ｂ、１０４ｂ）の間にある反面、界面１０５は層（１０４ｂ、１０６）の間にある。
【００３４】
（第２）Ｆｅ層１０６は（第１）Ｆｅ層１０２ｂと同様である。一部の実施形態で（第２）Ｆｅ層１０６は（第１）Ｆｅ層１０２ｂと同じ厚さ及び同じ他の特性を有する。その上、（第２）Ｆｅ層１０６は（第１）Ｆｅ層１０２ｂと同様な強い垂直異方性を有する。
非磁性挿入層１０４ｂはまたＦｅ層（１０２ｂ、１０６）が強磁性的に結合するように十分に薄いことが要求される。したがって、先に説明したように、非磁性挿入層は１〜８Åの厚さを有する。一部の実施形態で、非磁性挿入層１０４ｂは２〜６Åの厚さを有する。
さらに強い垂直異方性は、少なくとも部分的に界面（１０３ｂ、１０５）の存在に基づくものと看做されるので、磁気サブ構造１００Ｂは磁気サブ構造１００よりさらに強い垂直磁気異方性を有するものと看做される。したがって、磁気サブ構造１００Ｂは磁気サブ構造（１００、１００Ａ）の効用（ｂｅｎｅｆｉｔ）を共有することができる。
【００３５】
図５は本発明の第４の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図であり、磁気装置の一例として、磁気トンネル接合ＭＴＪ、スピンバルブ又は弾道磁気抵抗（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）構造、又はこれらの組み合わせで使用可能である磁気サブ構造１００Ｃの例示的な一実施形態を示す。
磁気サブ構造１００Ｃが使用される磁気装置は、多様なアプリケーションに使用されることができる。一例として、磁気装置のような磁気サブ構造はＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気メモリに使用され得る。
図５は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気サブ構造１００Ｃは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ）と同様である。したがって、同様な構成は同様な図面符号を有する。磁気サブ構造１００Ｃは、このように（第１）非磁性挿入層１０４ｃ、Ｆｅ層１０６ａ、及び（第２）非磁性挿入層１０８を含む。界面１０５ａは層（１０４ｃ、１０６ａ）の間にある反面、界面１０７は層（１０６ａ、１０８）の間にある。
【００３６】
（第２）非磁性挿入層１０８は（第１）非磁性挿入層１０４ｃと同様である。一部の実施形態で（第２）非磁性挿入層１０８は（第１）非磁性挿入層１０４ｃと同じ厚さ及び同じ他の特性を有する。さらに強い垂直異方性は少なくとも部分的に界面（１０５ａ、１０７）の存在に基づくものと看做されるので、磁気サブ構造１００Ｃは向上された垂直磁気異方性を有するものと看做される。したがって、磁気サブ構造１００Ｃは、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ）の効用を共有することができる。
磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）は結合され得る。このような結合は追加的な界面を有することができ、したがって向上された磁気特性を有することができる。磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、又は１００Ｃ）の中で特定な一構造の多重反複が使用され得る。
【００３７】
これと異なり、他の磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び１００Ｃ）の反復が混合され、マッチされ得る。一例として、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）が１回以上反復された結合を活用することによって磁気メモリの磁性層の特性が調整される。一例として、垂直磁気異方性は多数の磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を結合することによって増加され得る。
【００３８】
図６、７は本発明の第５及び第６の実施形態による磁気サブ構造を示す例示図であり、このような磁気構造１１０及び１１０Ａの例示的な一実施形態を示す。
図６の磁気構造１１０は３つの同じ磁気サブ構造１００の結合によって形成される。同様に、図７は磁気サブ構造１００、１００Ｂの結合によって形成される磁気構造１１０Ａを示す。
磁気構造（１１０、１１０Ａ）及び他の同様な磁気構造の特性は、他の磁性及び／又は非磁性層のみならず磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の多様な結合を通じて調整される。したがって、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を利用することによって磁気構造の所望の特性が達成される。
一例として、所望の磁気異方性及び磁気モ−メントの方向（面内、弱い面内面と垂直である、又は容易コーン（ｅａｓｙ−ｃｏｎｅ））が達成される。したがって、このようなサブ構造を利用する磁気接合及びこのような磁気接合を利用する磁気メモリは改善される。
【００３９】
例えば、図８は本発明の第１の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合１５０の例示的な一実施形態を示す。
図８は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合１５０は選択的なシード層１５２、選択的な固定層１５４、基準層１５６、非磁性スペーサー層１５８、（磁気サブ構造を含む）自由層１６０、及び選択的なキャッピング層１６２を含む。
層（１５６、１５８、１６０）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一例として、基準層１５６は磁気接合１５０の上部（図示しない基板から最も遠く離れている）に近くなり得る。
【００４０】
選択的な固定層１５４は被固定層１５６（基準層）の磁化（図示せず）を固定するのに使用される。一部の実施形態で、選択的な固定層１５４は交換バイアス相互作用によって被固定層１５６の磁化（図示せず）を固定させるＡＦＭ層又は複数の層であり得る。
しかし、他の実施形態で、選択的な固定層１５４は省略されるか、或いは他の構造が使用され得る。磁気接合１５０はまた書込み電流が磁気接合１５０を通じて流れる時、自由層１６０が安定した磁性状態の間でスイッチされるよう構成される。したがって、自由層１６０はスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００４１】
単一層として図示したが、基準層１５６は複数の層を包含してもよい。一例として、基準層１５６はルテニウムＲｕのような薄い層を通じて反強磁性的又は強磁性的に結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）磁性層を含む合成反強磁性層（Ｓｙｔｈｅｔｉｃ  ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒ：以下、ＳＡＦ層）であり得る。ルテニウムＲｕ薄膜又は他の物質が挿入された複数の磁性層がこのようなＳＡＦ層に使用され得る。基準層１５６はまた他の複数の層であり得る。
図８に磁化は示さないが、基準層１５６は面を外れる反磁化エネルギーを超過する垂直異方性エネルギーを有することができる。したがって、基準層１５６は面と垂直である方向の磁気モ−メントを有することができる。他の実施形態で基準層１５６の磁気モ−メントは面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）である。基準層１５６の異なる方向の磁化が可能である。
【００４２】
スペーサー層１５８は非磁性である。一部の実施形態で、非磁性スペーサー層１５８は絶縁体（例えば、トンネル障壁層）である。このような実施形態で、非磁性スペーサー層１５８は磁気接合のトンネル磁気抵抗（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＴＭＲ）を高めることができる結晶性ＭｇＯを包含する。
他の実施形態で、非磁性スペーサー層１５８はＣｕのような導電体であり得る。他の代替実施形態で、非磁性スペーサー層１５８は他の構造、例えば、絶縁性マトリックス内に導電性チャンネルを含む果粒層（ｇｒａｎｕｌａｒ  ｌａｙｅｒ）を有することができる。
【００４３】
自由層１６０は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を含む。一部の実施形態で、自由層１６０は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）で構成される。さらに自由層１６０は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の結合を包含することができる。その上、分極強化層（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｌａｙｅｒｓ）のような他の層も提供され得る。一例として、自由層１６０はＣｏＦｅＢ又はＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。
自由層１６０に磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）が使用されるので、磁気接合１５０は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、磁気接合１５０は熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層１５８として使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有することができる。したがって、磁気接合１５０の性能は向上される。
【００４４】
図９は本発明の第２の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃを包含することができる磁気接合１５０Ａの例示的な一実施形態を示す。
図９は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合１５０Ａは選択的なシード層１５２、選択的な固定層１５４、（磁気サブ構造を含む）基準層１５６ａ、非磁性スペーサー層１５８、自由層１６０ａ、及び選択的なキャッピング層１６２を含む。
層（１５６ａ、１５８、１６０ａ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一例として、基準層１５６ａは磁気接合１５０Ａの上部（図示しない基板から最も遠く離れている）に近くなり得る。
【００４５】
選択的な固定層１５４は被固定層１５６ａ（基準層）の磁化（図示せず）を固定するのに使用される。一部の実施形態で、選択的な固定層１５４は交換バイアス相互作用によって被固定層１５６ａの磁化（図示せず）を固定させるＡＦＭ層又は複数の層であり得る。しかし、他の実施形態で、選択的な固定層１５４は省略されるか、或いは他の構造が使用され得る。磁気接合１５０Ａはまた書込み電流が磁気接合１５０Ａを通じて流れる時、自由層１６０ａが安定した磁性状態の間でスイッチされるように構成される。したがって、自由層１６０ａはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００４６】
単一層として図示したが、自由層１６０ａは複数の層を包含してもよい。一例として、自由層１６０ａはルテニウムＲｕのような薄い層を通じて反強磁性的又は強磁性的に結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）磁性層を含む合成反強磁性層（Ｓｙｔｈｅｔｉｃ  ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒ：以下、ＳＡＦ層）であり得る。ルテニウムＲｕ薄膜又は他の物質が挿入された複数の磁性層がこのようなＳＡＦ層に使用され得る。自由層１６０ａはまた他の複数の層であり得る。スペーサー層１５８は非磁性であり、図８の非磁性スペーサー層１５８と同様である。
【００４７】
基準層１５６ａは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を含む。一部の実施形態で、基準層１５６ａは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）で構成される。さらに、基準層１５６ａは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の結合を包含することができる。その上、分極強化層（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｌａｙｅｒｓ）のような他の層も提供され得る。一例として、基準層１５６ａはＣｏＦｅＢ又はＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。
基準層１５６ａに磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）が使用されるので、磁気接合１５０Ａは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、磁気接合１５０Ａは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層１５８として使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有することができる。したがって、磁気接合１５０Ａの性能は向上される。
【００４８】
図１０は本発明の第３の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合１５０Ｂの例示的な一実施形態を示す。
図１０は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合１５０Ｂは選択的なシード層１５２、選択的な固定層１５４、（磁気サブ構造を含む）基準層１５６ｂ、非磁性スペーサー層１５８、（磁気サブ構造を含む）自由層１６０ｂ、及び選択的なキャッピング層１６２を含む。
層（１５６ｂ、１５８、１６０ｂ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一例として、基準層１５６ｂは磁気接合１５０Ｂの上部（図示しない基板から最も遠く離れている）に近くなり得る。選択的なシード層１５２、選択的な固定層１５４及び選択的なキャッピング層１６２は先に説明したものと同様である。
【００４９】
基準層１５６ｂ及び自由層１６０ｂは全て磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を含む。一部の実施形態で、基準層１５６ｂ及び／又は自由層１６０ｂは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）で構成される。さらに基準層１５６ｂ及び／又は自由層１６０ｂは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の結合を包含することができる。その上、分極強化層（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｌａｙｅｒｓ）のような他の層も提供され得る。一例として、基準層１５６ｂ及び／又は自由層１６０ｂはＣｏＦｅＢ又はＦｅＢのいずれか１つ以上を包含することができる。しかし、基準層１５６ｂは自由層１６０ｂと相変わらず異なることがあり得ることを注意する。したがって、基準層１５６ｂに使用される磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）及び他の層の特定な結合は、自由層１６０ｂで使用されるものと異なり得る。
【００５０】
基準層１５６ｂ及び／又は自由層１６０ｂに磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）が使用されるので、磁気接合１５０Ｂは磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、磁気接合１５０Ｂは、熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層１５８として使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、磁気接合１５０Ｂの性能は向上される。
【００５１】
図１１は本発明の第４の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２００の例示的な一実施形態を示す。
図１１は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。特定回数の反復のみを図示したが、サブ構造の各々は複数回反復され得る。磁気接合２００はＭｇＯのような選択的な絶縁シード層２０２、自由層２１０、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０、基準層２３０、及び選択的なキャッピング層２４０を含む。選択的なキャッピング層２４０はＭｇＯであり得る。このようなキャッピング層は基準層の垂直磁気異方性を高めることができる。
しかし、他の実施形態で他のキャッピング層が使用されるか、或いはキャッピング層が使用されないこともあり得る。
【００５２】
層（２１０、２２０、２３０）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一例として、基準層２３０は磁気接合２００の下部（図示しない基板に最も近い）に近くなり得る。一部の実施形態で、一例として磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０の磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて単一層として図示したが、基準層２３０はＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。磁気接合２００はまた書込み電流が磁気接合２００を通じて流れる時、自由層２１０が安定した磁性状態の間でスイッチされるよう構成される。したがって、自由層２１０はスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００５３】
自由層２１０は分極強化層（２１２、２１４）のみでなく、磁気サブ構造１００Ｃを含む。分極強化層２１２及び／又は２１４はＣｏＦｅＢ又はＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。その上、非磁性挿入層（１０４ｃ、１０８）の厚さは強磁性層（２１２、１０６ｃ）の間及び強磁性層（１０６ｃ、２１４）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。したがって、磁気サブ構造１００Ｃの層（１０４ｃ、１０６ａ、１０８）の物質及び厚さは先に説明したものと同様である。
【００５４】
自由層２１０に磁気サブ構造１００Ｃが使用されるので、磁気接合２００は磁気サブ構造１００Ｃの効用を共有することができる。特に、磁気接合２００は熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０として使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、磁気接合２２０の性能は向上される。その上、層（２１２、１０６ａ、２１４）の異方性は自由層２１０の所望のスイッチングを達成するために調整され得る。一例として、分極強化層２１４は層（１０６ａ、２１２）より低い異方性を有するように要求されることができる。即ち、層（２１４、１０６ａ、２１２）の間で所望の磁気異方性の勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）が達成されることができる。したがって、所望のスイッチング特性が達成される。
【００５５】
図１２は本発明の第５の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２００Ａの例示的な一実施形態を示す。
図１２は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。特定回数の反復のみを図示したが、サブ構造の各々は異なる回数で反復され得る。磁気接合２００ＡはＭｇＯのような選択的な絶縁シード層２０２ａ、自由層２１０ａ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ａ、及び基準層２３０ａを含む。図示しないが、選択的なキャッピング層を設けることもできる。選択的なキャッピング層はＭｇＯであり得る。このようなキャッピング層は基準層の垂直磁気異方性を高めることができる。
【００５６】
層（２１０ａ、２２０ａ、２３０ａ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で一例として、磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ａの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、基準層２３０ａはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。磁気接合２００Ａはまた書込み電流が磁気接合２００Ａを通じて流れる時、自由層２１０ａが安定した磁性状態の間でスイッチされることができるよう構成される。したがって、自由層２１０ａはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
自由層２１０ａは分極強化層（２１２ａ、２１４ａ）のみでなく、複数の磁気サブ構造１００を含む。分極強化層２１２ａ及び／又は２１４ａはＣｏＦｅＢ又はＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。
【００５７】
また、非磁性挿入層／障壁層（２１６、２１８）を図に示す。この層はホウ素Ｂのような物質が分極強化層（２１２ａ、２１４ａ）から残る磁性層内に拡散されることを防止するために使用される。一部の実施形態で、このような層にＷ又はＨｆが使用され、層（２１６、２１８）はまたサブ構造の一部である非磁性挿入層として機能する。
しかし、他の障壁物質が使用されることもできる。層２１６及び／又は２１８のために使用される物質の例としてはＷ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｚｒ及びＨｆがあるが、これに制限されるものではない。その上、非磁性挿入層１０４及び層（２１６、２１８）の厚さは強磁性層（２１２ａ、１０２、１０６ｂ、２１４ａ）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。したがって、層（１０２、１０４、１０６ｂ）の物質及び厚さは先に説明したものと同様である。
【００５８】
磁気接合２００Ａは磁気接合２００の効用を共有することができる。自由層２１０ａに磁気サブ構造１００が使用されるので、磁気接合２００Ａは磁気サブ構造１００の効用を共有することができる。特に、磁気接合２００Ａは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ａとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、磁気接合２００Ａの性能は向上される。その上、層（２１２ａ、１０２、２１４ａ）の異方性は所望の自由層２１０ａのスイッチングを達成するために調整され得る。一例として、分極強化層２１４ａは層（１０２、２１２ａ）より低い異方性を有するように要求される。即ち、層（２１４ａ、１０２、２１２ａ）の間で所望の磁気異方性の勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）が達成される。したがって、所望のスイッチング特性が達成される。
【００５９】
図１３は本発明の第６の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２００Ｂの例示的な一実施形態を示す。
図１３は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。特定回数の反復のみを図示したが、サブ構造の各々は異なる回数で反復され得る。
磁気接合２００Ｂは自由層２１０ｂ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ｂ、及び基準層２３０ｂを含む。
【００６０】
図示しないが、選択的なキャッピング層及び／又はシード層を設けてもよい。選択的なキャッピング層及び／又はシード層は層（２３０ｂ、２１０ｂ）の垂直磁気異方性を高めるＭｇＯであり得る。層（２１０ｂ、２２０ｂ、２３０ｂ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で、一例として磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ｂの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、自由層２１０ｂはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。自由層２１０ｂはまた磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の一部結合を包含することができる。磁気接合２００Ｂはまた書込み電流が磁気接合２００Ｂを通じて流れる時、自由層２１０ｂが安定した磁性状態の間でスイッチされるよう構成される。したがって、自由層２１０ｂはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００６１】
基準層２３０ｂは分極強化層２３２のみでなく、１つ以上の磁気サブ構造１００を含む。分極強化層２３２はＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。非磁性挿入層１０４の厚さは強磁性層（２３２、１０２）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。したがって、層１０２及び／又は１０４の物質及び厚さは先に説明したものと同様である。
磁気接合２００Ｂは磁気接合（２００、２００Ａ）の効用を共有することができる。基準層２３０ｂに磁気サブ構造１００が使用されるので、磁気接合２００Ｂは磁気サブ構造１００の効用を共有することができる。特に、磁気接合２００Ｂは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ｂとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、磁気接合２２０Ｂの性能は向上される。
【００６２】
図１４は本発明の第７の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２１０Ｂの例示的な一実施形態を示す。
図１４は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合２１０Ｂは自由層２１０ｂ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ｂ、及び基準層２３０ｂを含む。
【００６３】
図示しないが、選択的なキャッピング層及び／又はシード層を設けてもよい。選択的なキャッピング層及び／又はシード層は層（２３０ｂ、２１０ｂ）の垂直磁気異方性を高めるＭｇＯであり得る。
層（２１０ｂ、２２０ｂ、２３０ｂ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で一例として、磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ｂの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、自由層２１０ｂはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。自由層２１０ｂはまた磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の一部組み合わせを包含することができる。磁気接合２１０Ｂはまた書込み電流が磁気接合２１０Ｂを通じて流れる時、自由層２１０ｂが安定した磁性状態の間でスイッチされるように構成される。したがって、自由層２１０ｂはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００６４】
基準層２３０ｂは分極強化層２３２及び非磁性挿入層２３６のみでなく、１つ以上の磁気サブ構造１００を含む。１回のみを図示したが、サブ構造１００の各々は複数回反復され得る。したがって、磁気サブ構造１００はＳＡＦ層を形成する磁性層（２３４、２３８）の一部として役割をするように構成される。分極強化層２３２はＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。非磁性挿入層１０４の厚さは強磁性層（２３２、１０２）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。したがって、層２３８はＳＡＦ層内で１つの磁気的凝集層（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）を形成する。したがって、層１０２及び／又は１０４の物質及び厚さは先に説明したものと同様である。
【００６５】
磁気接合２１０Ｂは磁気接合２００、２００Ａの効用を共有することができる。基準層２３０ｂに磁気サブ構造１００が使用されるので、磁気接合２１０Ｂは磁気サブ構造１００の効用を共有することができる。特に、磁気接合２１０Ｂは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ｂとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、磁気接合２２０ｂの性能は向上される。
【００６６】
図１５は本発明の第８の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２２０Ｂの例示的なその他の実施形態を示す。
図１５は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造は複数回反復され得る。磁気接合２２０Ｂは、自由層２１０ｂ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ｂ、及び基準層２３０ｂを含む。図示しないが、選択的なキャッピング層及び／又はシード層を設けてもよい。選択的なキャッピング層及び／又はシード層は層（２３０ｂ、２１０ｂ）の垂直磁気異方性を高めるＭｇＯであり得る。
【００６７】
層（２１０ｂ、２２０ｂ、２３０ｂ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で一例として、磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ｂの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、自由層２１０ｂはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。
自由層２１０ｂはまた磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００ｃ及び／又は１００Ｃ）の一部結合を包含することができる。磁気接合２２０Ｂはまた書込み電流が磁気接合２２０Ｂを通じて流れる時、自由層２１０ｂが安定した磁性状態の間でスイッチされるよう構成される。したがって、自由層２１０ｂはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００６８】
基準層２３０ｂは分極強化層２３２ａ及び非磁性挿入層層２３６のみでなく、１つ以上の磁気サブ構造１００を含む。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００の各々は複数回反復され得る。
分極強化層２３２ａはＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。非磁性挿入層（１０４、２３６）の厚さは強磁性層（２３２ａ、１０２）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。したがって、層２３０ｂは１つの磁気的な凝集層を形成する。したがって、層１０２及び／又は１０４の物質及び厚さは先に説明したものと同様である。
【００６９】
磁気接合２２０Ｂは磁気接合（２００、２００Ａ）の効用を共有することができる。基準層２３０ｂに磁気サブ構造１００が使用されるので、磁気接合２２０Ｂは磁気サブ構造１００の効用を共有することができる。特に、磁気接合２２０Ｂは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ｂとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。その上、このような性能は基準層２３０ｂで稠密六方晶系格子（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｃｌｏｓｅｄ  ｐａｃｋｅｄ  ｌａｔｔｉｃｅ）結晶構造を有する物質を使用することなく達成され得る。このような物質は適切に製造することが難しい。したがって、磁気接合２２０Ｂの性能及び製造が改善される。
【００７０】
図１６は本発明の第９の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２００Ｃの例示的な一実施形態を示す。
図１６は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造は複数回反復され得る。磁気接合２００Ｃは自由層２１０ｃ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ｃ及び基準層２３０ｃを含む。図示しないが、選択的なキャッピング層及び／又はシード層を設けてもよい。選択的なキャッピング層及び／又はシード層は層（２３０ｃ、２１０ｃ）の垂直磁気異方性を高めるＭｇＯであり得る。
【００７１】
層（２１０ｃ、２２０ｃ、２３０ｃ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で一例として、磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ｃの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、自由層２１０ｃはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。自由層２１０ｃはまた磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００ｃ及び／又は１００Ｃ）の一部結合を包含することができる。磁気接合２００Ｃはまた書込み電流が磁気接合２００Ｃを通じて流れる時、自由層２１０ｃが安定した磁性状態の間でスイッチされるように構成される。したがって、自由層２１０ｃはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００７２】
基準層２３０ｃは分極強化層２３２ａ及び非磁性層２３６ａのみでなく、１つ以上の磁気サブ構造１００を含む。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００の各々は複数回反復され得る。したがって、磁気サブ構造１００はＳＡＦ層を形成する磁性層（２３４ａ、２３８ａ）の一部として役割をするよう構成される。分極強化層２３２ａはＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。非磁性挿入層１０４の厚さは強磁性層（２３２ａ、１０２）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。
【００７３】
層２３８ａはＳＡＦ層に１つの磁気的な凝集層を形成する。したがって、層１０２及び／又は１０４の物質及び厚さは先に説明したものと同様である。その上、非磁性層２３６ａはＣｒ又はこれと同様な物質であり得る。同様な物質はＲｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｖ、Ｍｏ及びＩｒからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を包含する。このような非磁性層２３６ａは、層（２３８ａ、２３４ａ）の間の反強磁性的（例えば、Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ：ＲＫＫＹ）結合を可能にする。これに加えて、層２３６ａは体心立方格子ＢＣＣ結晶構造を有する。このような意味で、層２３６ａはＦｅ層１０２に対するシード層の役割をすることができる。
【００７４】
非磁性挿入層／障壁層２３９はＷ及び／又はＴａのような物質を包含することができる。このような層は分極強化層２３２ａのホウ素Ｂのような物質の拡散を減少させるか、或いは防止する障壁層としての役割をすることができる。さらに、層２３２ａがＷを包含すれば、Ｆｅ層１０２と層２３９との間の界面は磁気接合２００Ｃの磁気異方性をさらに高めることができる。
磁気接合２００Ｃは磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ）の効用を共有することができる。基準層２３０ｃに磁気サブ構造１００が使用されるので、磁気接合２００Ｃは磁気サブ構造１００の効用を共有することができる。特に、磁気接合２００Ｃは、熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ｄとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。その上、磁気接合２００Ｃは、ＳＡＦ層及び分極強化層２３２ａから望ましくない物質の拡散を減少させるか、或いは防止するための障壁層を包含することができる。したがって、磁気接合２００Ｃの性能及び信頼性は向上され得る。
【００７５】
図１７は本発明の第１０の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２００Ｄの例示的な他の実施形態を示す。
図１７は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合２００Ｄは自由層２１０ｄ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ｄ及び基準層２３０ｄを含む。図示しないが、選択的なシード層を設けてもよい。選択的なシード層は層（２３０ｄ、２１０ｄ）の垂直磁気異方性を高めるＭｇＯであり得る。
【００７６】
層（２１０ｄ、２２０ｄ、２３０ｄ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で一例として、磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ｄの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、基準層２３０ｄはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。基準層２３０ｄはまた磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００ｃ及び／又は１００Ｃ）の一部結合を包含することができる。磁気接合２００Ｄはまた書込み電流が磁気接合２００Ｄを通じて流れる時、自由層２１０ｄが安定した磁性状態の間でスイッチされるよう構成される。したがって、自由層２１０ｄはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００７７】
自由層２１０ｄは、分極強化層（２１２ｂ、２１４ｂ）のみでなく、１つ以上の磁気サブ構造１００Ｂを含む。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００Ｂの各々は複数回反復され得る。したがって、磁気サブ構造１００Ｂは自由層２１０ｄの磁性層の一部として役割をするように構成される。
分極強化層２１２ｂ及び／又は２１４ｂはＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含することができる。非磁性挿入層１０４ｂの厚さは強磁性層（２１２ｂ、１０２ｂ、２１４ｂ、１０６）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。
【００７８】
上部キャッピング層２４０ｂがまた図に示される。一部の実施形態でキャッピング層２４０ｂは分極強化層２１４ｂの磁気異方性を強化させるための結晶性ＭｇＯであり得る。しかし、図示した実施形態で、キャッピング層２４０ｂは導電性であり得る。Ｔａ、Ｗ、Ｖ又は他の導電性キャッピング層のような物質が使用され得る。そのような実施形態で自由層に対する所望の垂直磁気異方性が所望の磁気サブ構造１００Ｂによって提供され得る。
結晶性ＭｇＯキャッピング層２４０ｂによって提供される垂直磁気異方性は必要としないことがあり得る。したがって、導電性キャッピング層２４０ｂが使用され得る。磁気接合２００Ｄに関連された問題及びＭｇＯキャッピング層に起因する他の同様な問題はこのように回避され得る。したがって、磁気接合２００Ｄの性能及び生産能力は向上され得る。
【００７９】
磁気接合２００Ｄは磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ）の効用を共有することができる。自由層２１０ｄに磁気サブ構造１００Ｂが使用されるので、磁気接合２００Ｄは磁気サブ構造１００Ｂの効用を共有することができる。特に、磁気接合２００Ｄは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ｄとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。その上、積層状態の絶縁シード層及び／又はキャッピング層の使用を避けられる。したがって、磁気接合２００Ｄの性能、生産能力、及び信頼性が向上される。
【００８０】
図１８は本発明の第１１の実施形態による磁気サブ構造を含む磁気接合を示す例示図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁気接合２００Ｅの例示的な他の実施形態を示す。
図１８は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合２００Ｅは自由層２１０ｅ、結晶性ＭｇＯのような絶縁スペーサー層であり得る非磁性スペーサー層２２０ｅ、及び基準層２３０ｅを含む。
図示しないが、選択的なキャッピング層を設けてもよい。選択的なキャッピング層は層２３０ｅの垂直磁気異方性を高めるＭｇＯであり得る。
【００８１】
層（２１０ｅ、２２０ｅ、２３０ｅ）は特定方向に積層されるように図示したが、この方向は他の実施形態で変更され得る。一部の実施形態で一例として、磁気モ−メントは面内にあり、選択的な固定層（図示せず）は基準層２３０ｅの磁化（図示せず）を固定するのに使用される。これに加えて、単一層として図示したが、基準層２３０ｅはＳＡＦ層又は他の複数の層であり得る。基準層２３０ｅはまた磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００ｃ及び／又は１００Ｃ）の一部結合を包含することができる。磁気接合２００Ｅはまた書込み電流が磁気接合２００Ｅを通じて流れる時、自由層２１０ｅが安定した磁性状態の間でスイッチされるよう構成される。したがって、自由層２１０ｅはスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００８２】
自由層２１０ｅは分極強化層（２１２ｃ、２１４ｃ）のみでなく、１つ以上の磁気サブ構造１００Ｂを含む。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００Ｂの各々は複数回反復され得る。したがって、磁気サブ構造１００Ｂは自由層２１０ｅの磁性層の一部として役割をするよう構成される。分極強化層２１２ｃ及び／又は２１４ｃはＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含することができる。非磁性挿入層１０４ｂの厚さは強磁性層（２１２ｃ、１０２ｂ、２１４ｃ、１０６）の間の強磁性的な結合が可能するように十分に薄いことが要求される。
【００８３】
またシード層２４０ｃを図に示す。一部の実施形態で、シード層２４０ｃは分極強化層２１４ｃの磁気異方性を強化させるための結晶性ＭｇＯであり得る。しかし、図示した実施形態でシード層２４０ｃは導電性であり得る。Ｔａ、Ｗ、Ｖ又は他の導電性シード層のような物質が使用され得る。そのような実施形態で自由層に対する所望の垂直磁気異方性が所望の磁気サブ構造１００Ｂによって提供され。結晶性ＭｇＯシード層２４０ｃによって提供される垂直磁気異方性は必要としないことがあり得る。したがって、導電性シード層２４０ｃが使用され得る。磁気接合２００Ｅに関連された問題、及びＭｇＯシード層に起因する他の同様な問題はこのように回避されることができる。したがって、磁気接合２００Ｅの性能及び生産能力は向上される。
【００８４】
磁気接合２００Ｅは磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ）の効用を共有することができる。自由層２１０ｅに磁気サブ構造１００Ｂが使用されるので、磁気接合２００Ｅは磁気サブ構造１００Ｂの効用を共有することができる。特に、磁気接合２００Ｅは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層２２０ｅとして使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。その上、積層状態の絶縁シード層の使用を避けられる。したがって、磁気接合２００Ｅの性能、生産能力、及び信頼性が向上される。
【００８５】
図１９〜図２２は磁気サブ構造の実施形態を１つ以上を使用する層に対する例示的な実施形態を示す図である。
図１９は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁性層２５０の例示的な一実施形態を示す。
図１９は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁性層２５０は装置内で自由層、基準層、又は他の磁性層として使用され得る。磁性層２５０は１つ以上の磁気サブ構造１００、シード層２５２、キャッピング層２５８、及び分極強化層（２５４、２５６）を含む。
【００８６】
１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００の各々は複数回反復され得る。その上、先に説明したように、他の磁気サブ構造が結合され得る。したがって、磁気サブ構造１００は磁性層２５０の一部として役割をするように構成される。分極強化層２５４及び／又は２５６はＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含する。非磁性挿入層１０４の厚さは強磁性層（２５６、１０２）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。一部の実施形態で、シード層２５２及び／又はキャッピング層２５８は結晶性ＭｇＯであり得る。一例として、層２５２及び／又は２５８は磁気接合のトンネル障壁層であり得る。
【００８７】
層２５０を利用する磁気接合は磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ）及び磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、磁性層２５０は熱的安定性、所望の磁気モ−メント、ＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、層２５０を利用する磁気接合の性能、生産能力、及び信頼性は向上される。
【００８８】
図２０は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁性層２５０Ａの例示的な一実施形態を示す。
図２０は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁性層２５０Ａは装置内で自由層、基準層、又は他の磁性層として使用され得る。磁性層２５０Ａは１つ以上の磁気サブ構造１００Ａ、シード層２５２ａ、キャッピング層２５８ａ、及び分極強化層（２５４ａ、２５６ａ）を包含することができる。
【００８９】
１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００Ａの各々は複数回反復され得る。その上、先に説明したように他の磁気サブ構造が結合され得る。したがって、磁気サブ構造１００Ａは磁性層２５０Ａの一部として役割をするように構成される。分極強化層（２５４ａ、２５６ａ）はＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含することができる。非磁性挿入層１０４ａの厚さは強磁性層（２５４ａ、１０２ａ）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。
【００９０】
一部の実施形態でシード層２５２ａ及び／又はキャッピング層２５８ａは結晶性ＭｇＯを包含することができる。一例として、層２５２ａ及び／又は２５８ａは磁気接合のトンネル障壁層であり得る。
層２５０Ａを利用する磁気接合は磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ）及び磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、層２５０Ａは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、ＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有することができる。したがって、層２５０Ａを利用する磁気接合の性能生産能力、及び信頼性は向上され得る。
【００９１】
図２１は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁性層２５０Ｂの例示的な一実施形態を示す。
図２１は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁性層２５０Ｂは装置内で自由層、基準層、又は他の磁性層として使用され得る。磁性層２５０Ｂは１つ以上の磁気サブ構造１００Ｂ、シード層２５２ｂ、キャッピング層２５８ｂ、及び分極強化層（２５４ｂ、２５６ｂ）を包含することができる。１回分の積層構造のみを図示したが、サブ構造１００Ｂの各々は複数回反復され得る。その上、先に説明したように他の磁気サブ構造が結合され得る。したがって、磁気サブ構造１００Ｂは磁性層２５０Ｂの一部として役割をするように構成される。
【００９２】
分極強化層２５４ｂ及び／又は２５６ｂはＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのいずれか１つ以上を包含することができる。非磁性挿入層１０４ｂの厚さは強磁性層（１０２ｂ、１０６）の間の強磁性的な結合が可能なように十分に薄いことが要求される。したがって、非磁性挿入層１０４ｂの厚さは強磁性層（１０２ｂ、１０６）の間の交換結合を可能にする。
一部の実施形態でシード層２５２ｂ及び／又はキャッピング層２５８ｂは結晶性ＭｇＯを包含することができる。一例として、層２５２ｂ及び／又は２５８ｂは磁気接合内のトンネル障壁層であり得る。
【００９３】
層２５０Ｂを利用する磁気接合は磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ）及び磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、層２５０Ｂは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、ＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、層２５０Ｂを利用する磁気接合の性能生産能力、及び信頼性は向上される。その上、層（２５０、２５０Ａ）の場合よりＦｅ層（１０２ｂ、１０６）及び非磁性挿入層１０４ｂの間の界面がさらに多く存在する。垂直磁気異方性はこのような界面の存在と関連があると看做されるので、層２５０Ｂはより強い垂直磁気異方性を有すると看做される。
【００９４】
図２２は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁性層２５０Ｃの例示的な一実施形態を示す。
図２２は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁性層２５０Ｃは装置内で自由層、基準層、又は他の磁性層として使用され得る。磁性層２５０Ｃは１つ以上の磁気サブ構造１００Ｂ、シード層２５２ｃ、キャッピング層２５８ｃ、及び分極強化層（２５４ｃ、２５６ｃ）を包含することができる。したがって、磁性層２５０Ｃは磁性層２５０Ｂと同様であり得る。これに加えて、磁性層２５０Ｃは２つの追加的なＦｅ層（２６０、２６２）を含む。追加的なＦｅ層（２６０、２６２）は磁性層（２５４ｃ、２５６ｃ）のスピン分極を高めるのに利用されることがあり得る。したがって、スピン伝達トルクを利用するスイッチングが低い電流で発生することができる。
【００９５】
層２５０Ｃを利用する磁気接合は磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ）及び磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、層２５０Ｃは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、ＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。したがって、層２５０Ｃを利用する磁気接合の性能生産能力、及び信頼性は向上される。
【００９６】
図２３は磁気サブ構造を含む磁気接合の例示的な一実施形態を示す図であり、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる磁性層２５０Ｄの例示的な一実施形態を示す。
図２３は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁性層２５０Ｄは装置内で自由層、基準層、又は他の磁性層として使用されることができる。磁性層２５０Ｄは１つ以上の磁気サブ構造１００Ｃ、シード層２５２ｄ、キャッピング層２５８ｄ、及び分極強化層（２５４ｄ、２５６ｄ）を包含することができる。したがって、磁性層２５０Ｄは磁性層２５０Ｂと同様であり得る。これに加えて、磁性層２５０Ｄは２つの選択的な拡散障壁層（２６１、２６４）を包含することができる。一例として、拡散障壁層はＴａ、Ｈｆ、及びＺｒのような物質を包含できるが、これに制限されることではない。選択的な拡散障壁層（２６１、２６４）が存在するので、ホウ素Ｂのような望まない元素が層（２６０、２６２）から接合の残る部分に拡散されることを防止することができる。
【００９７】
層２５０Ｄを利用する磁気接合は磁気接合（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ）及び磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、層２５０Ｄは熱的安定性、所望の磁気モ−メント、ＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。その上、ホウ素Ｂのような望まない物質の拡散が減少又は除去される。したがって、層２５０Ｄを利用する磁気接合の性能生産能力、及び信頼性は向上される。
【００９８】
例えば、図２４は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を包含することができる二重磁気接合３００の一実施形態を示す。
図２４は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。磁気接合３００は選択的なシード層３０２、（第１）選択的な固定層３０４、（磁気サブ構造を含む）（第１）基準層３１０、（第１）非磁性スペーサー層３２０、（磁気サブ構造を含む）自由層３３０、（第２）非磁性スペーサー層３４０、（磁気サブ構造を含む）（第２）基準層３５０、（第２）選択的な固定層３０６、及び選択的なキャッピング層３０８を包含する。選択的な固定層（３０４、３０６）は各々基準層（３１０、３５０）の磁化（図示せず）を固定するのに使用される。
しかし、他の実施形態で、選択的な固定層（３０４、３０６）は省略されるか、或いは他の構造が使用され得る。磁気接合３００はまた書込み電流が磁気接合３００を通じて流れる時、安定な磁気状態の間で自由層３３０がスイッチングされるよう構成される。したがって、自由層３３０はスピン伝達トルクを利用してスイッチングが可能である。
【００９９】
スペーサー層（３２０、３４０）は非磁性である。一部の実施形態で、非磁性スペーサー層（３２０、３４０）は絶縁体（例えば、トンネル障壁層）である。このような実施形態で、非磁性スペーサー層（３２０、３４０）は磁気接合のＴＭＲを高めることができる結晶性ＭｇＯを包含することができる。
他の実施形態で、非磁性スペーサー層はＣｕのような導電体であり得る。
他の代替実施形態で、非磁性スペーサー層（３２０、３４０）は他の構造、例えば絶縁性マトリックス内に導電性チャンネルを含む果粒層（ｇｒａｎｕｌａｒ  ｌａｙｅｒ）を有することができる。
【０１００】
１つ以上の自由層３３０、（第１）基準層３１０、及び（第２）基準層３５０は１つ以上の磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）の反復の一部結合を包含することができる。一部の実施形態で、自由層３３０、（第１）基準層３１０及び／又は（第２）基準層３５０は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）で構成される。
他の実施形態で分極強化層のような他の層が自由層３３０、（第１）基準層３１０、及び／又は（第２）基準層３５０に提供される。一例として、自由層３３０は１つ以上のＣｏＦｅＢ又はＦｅＢ分極強化層を包含することができる。
【０１０１】
磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）が（第１）基準層３１０、自由層３３０及び／又は（第２）基準層３５０に使用されるので、磁気接合３００は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の効用を共有することができる。特に、磁気接合３００は熱的安定性、所望の磁気モ−メント、非磁性スペーサー層として使用されるＭｇＯ障壁層との改善された格子整合、所望の磁気異方性、及び／又は低い磁気減衰を有する。その上、磁気接合３００は反二重状態（ａｎｔｉｄｕａｌ  ｓｔａｔｅ）（層（３１０、３５０）の磁気モ−メントが平行である）での強化されたＴＭＲ、及び二重状態（ｄｕａｌ  ｓｔａｔｅ）（層（３１０、３５０）の磁気モ−メントが反平行である）での強化されたスピン伝達トルクのような二重磁気接合の長所を有することができる。したがって、磁気接合３００の性能は向上される。
【０１０２】
図２５は１つ以上の磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を含む層３６０の例示的な一実施形態を示す。
図２５は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。層３６０はより速い書込み時間及びより低い書込みエラー率が要求される磁気接合に使用され得る。一例として、層３６０は磁気サブ構造１００Ｃを包含する。しかし、他の実施形態で他の磁気サブ構造が使用される。
層３６０は選択的なシード層３６２、及び軟強磁性層（３６４、３６６）を包含することができる。一例として、軟強磁性層（３６４、３６６）は３０パーセント以下のＢを含有するＣｏＦｅＢを包含することができる。図示した実施形態で層（３６４、３６６）は弱い面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）異方性を有する。したがって、軟強磁性層（３６４、３６６）の磁化は面内であることもある。
【０１０３】
Ｆｅ層１０６ａは磁気サブ構造１００Ｃの界面のため、強い垂直磁気異方性を有する。一部の実施形態で、層１０６ａは層（３６４、３６６）より厚い。その上、磁気サブ構造１００Ｃは常温で磁気的に安定である。一部の実施形態で、磁気サブ構造１００Ｃの磁気異方性エネルギーは常温でＫｂＴの少なくとも６０倍である。このような一部の実施形態で、磁気サブ構造１００Ｃの磁気異方性エネルギーは常温でＫｂＴの少なくとも８０倍である。
【０１０４】
図２５はまた層（３６４、１０６ａ、３６６）の符号３６５、符号１０７、符号３６７のそれぞれの矢印で示す磁化を示す。
図２５に示したように、符号３６５、符号３６７のそれぞれの矢印で示す磁化は面内ではない。これは層（３６４／３６６、１０６ａ）の間の磁気結合のためである。結果的に、層（３６４、３６６）の最終の磁気モーメント（符号３６５、符号３６７）は面内及び面と垂直である要素を有する。特に、磁気モ−メント（符号３６５、符号３６７）はｚ軸から一定の角度のコーン（ｃｏｎｅ）上で安定される。
【０１０５】
層３６０の磁気モ−メントはこのようにｚ軸から傾き、したがって、停滞地点（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）から傾く。層３６０が停滞地点にいないので、スピン伝達トルクは層３６０の磁気状態をスイッチングするのに、さらに速やかであり、効果的に作用することができる。その結果、磁気接合の自由層として使用される場合、層３６０は向上されたスイッチング特性、低い書込みエラー率、さらに良い熱的安定性、及び集積度を有することができる。
【０１０６】
図２６は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）と共にスイッチングにスピン軌道相互作用を利用する磁気メモリ３８０の一部の例示的な一実施形態を示す。
図２６は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。さらにビットライン、ワードライン、ローセレクタ、及びカラムセレクタのような磁気メモリ３８０の一部は図示していないか、或いは表示していない。磁気メモリ３８０は磁気格納セル３８２を含む。磁気格納セル３８２はアレイに整列された多数の磁気格納セルの中の１つであり得る。磁気格納セルの各々は磁気接合３９０を含み選択素子３８４を包含する。
【０１０７】
一部の実施形態で、複数の磁気接合３９０及び／又は複数の選択素子３８４が１つのセルに使用される。また、タングステンＷのような非磁性挿入層１０４ａ及びＦｅ層１０２ａを含む磁気サブ構造１００Ａを図に示す。非磁性挿入層１０４ａは１つのセル３８２に限定されるか、或いはライン３８１に沿って複数のセル３８２に掛けて広がっている。
他の実施形態で、非磁性挿入層１０４ａはライン３８１から分離される。一例として、非磁性挿入層１０４ａは磁気接合３９０とライン３８１との間にあり得る。他の実施形態で、非磁性挿入層１０４ａは格納セル３８２の部分として包含される。
【０１０８】
その他の実施形態で、非磁性挿入層１０４ａはライン３８１の穴（ａｐｅｒｔｕｒｅ）内にあり得る。非磁性挿入層１０４ａの上部及び下部は各々ライン３８１の上面及び下面の上と下に延長され得る。他の構成もまた可能である。その上、Ｆｅ層１０２ａは磁気接合３９０の自由層又は基準層の一部又は全部であることが要求され得る。説明を簡易化するために、以下の例示はＦｅ層１０２ａが磁気接合３９０の自由層の一部又は全部であると仮定するが、他の実施形態でＦｅ層１０２ａは磁気接合３９０の基準層の一部又は全部であり得る。
【０１０９】
磁気接合３９０内の自由層の磁気モ−メントは、以下で説明するスピン軌道相互作用効果を利用してスイッチングされる。一部の実施形態で、自由層は効果の組み合わせを利用してスイッチングされる。一例として、自由層の磁気モ−メントは、スピン軌道相互作用によって誘導されたトルクによって補助され、スピン伝達トルクを主な効果として利用してスイッチングされる。
しかし、他の実施形態で主なスイッチングメカニズムはスピン軌道相互作用によって誘導されたトルクである。このような実施形態で、他の効果（スピン伝達トルクを包含するが、これに限定されない）は磁気接合３９０のスイッチング及び／又は選択を助けることがあり得る。その他の実施形態で、自由層の磁気モ−メントは単なるスピン軌道相互作用効果のみを利用してスイッチングされる。
【０１１０】
非磁性挿入層１０４ａは強いスピン軌道相互作用を有し、自由層の磁気モ−メントをスイッチングするのに利用され得る層である。したがって、非磁性挿入層１０４ａはまた図２６に示した実施形態の目的のためにスピン軌道活性層（ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔ（ＳＯ）  ａｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）１０４ａであると看做すことができる。
一例として、スピン軌道活性層１０４ａは先に説明した物質を包含することができる。そのような物質の中でタングステンＷが特に望ましい。スピン軌道活性層１０４ａはスピン軌道フィールド（ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔ  ｆｉｅｌｄ、ＨＳＯ）を生成するのに使用される。さらに具体的に、電流はスピン軌道活性層１０４ａを通じて面内で駆動される。これはライン３８１を通じて電流ＪＳＯを駆動することによって達成される。
【０１１１】
スピン軌道活性層１０４ａを通過して流れる電流は、スピン軌道フィールドＨＳＯをもたらすことができるスピン軌道相互作用と関連がある。このスピン軌道フィールドＨＳＯは、Ｆｅ層１０２ａの磁気モ−メント（図示せず）に対するスピン軌道トルクＴＳＯと対等である。自由層に対するスピン軌道トルクはＴＳＯ＝−γ［ＭｘＨＳＯ］で示され、ここで、Ｍは磁気モ−メントの大きさである。
この互に相関がある（ｍｕｔｕａｌｌｙ  ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）トルクとフィールド（ｆｉｅｌｄ）とは互いに交換的に本明細書でスピン軌道フィールド（ｓｐｉｎ  ｏｒｂｉｔ  ｆｉｅｌｄ）とスピン軌道トルク（ｓｐｉｎ  ｏｒｂｉｔ  ｔｏｒｑｕｅ）とであると言及する。これはスピン軌道相互作用がスピン軌道トルクとスピン軌道フィールドとの元である事実を反映する。
【０１１２】
このような専門用語はさらに一般的なスピン伝達トルクＳＴＴとスピン軌道ＳＯトルクとを区別する。仮にスピン軌道活性層１０４ａが高いスピン軌道相互作用を有すれば、スピン軌道トルクは非磁性挿入層１０４ａの面内に駆動された電流によって発生する。一例として、図に示した実施形態で、スピン軌道トルクは電流密度ＪＳＯによって発生する。
反対に、スピン伝達トルクは磁気接合３９０を通過して流れ、磁気接合にスピン分極電荷キャリヤーを注入する面と垂直である電流に起因する。図に示した実施形態で、スピン伝達トルクは電流密度ＪＳＴＴに起因する。ライン３８１を通過し、したがってスピン軌道活性層１０４ａを通過して流れる電流は非常に大きい電流密度を有することができる（最大１０８Ａ／ｃｍ２単位まで）。それはＭＴＪセルの障壁を通過して流れる電流密度より一般的にもっと大きい。
【０１１３】
後者は一般的にセルトランジスターの大きさ及びＭＴＪ降伏電圧によって制限され、普通は数ＭＡ／ｃｍ２を超過しない。したがって、ＪＳＯによって生成されるスピン軌道トルクＴＳＯはＭＴＪセルを通過して流れる電流によって生成される最大のスピン伝達トルクＳＴＴより相当に大きいことがあり得る。結果的に、スピン軌道トルクＴＳＯは一般的なスピン伝達トルクＳＴＴより相当に速く自由層の磁化を傾く（ｔｉｌｔ）ことがあり得る。スピン軌道トルクＴＳＯは磁気モ−メントを容易軸と平行である平衡状態（一例として、ｚ−軸又は面内軸）から急速に偏向（ｄｅｆｌｅｃｔ）させ得る。
【０１１４】
一部の実施形態で、スピン伝達のような他のメカニズムがスイッチングを完了するのに使用される。他の実施形態でスイッチングはスピン軌道トルクを使用して完成される。生成されたスピン軌道フィールド／スピン軌道トルクは自由層の磁気モ−メントをスイッチングするのに使用される。図２６でスピン軌道フィールドは面内に示したが他の実施形態で、スピン軌道フィールドは面に対して垂直であることを注意しなければならない。他の実施形態で、スピン軌道フィールドは異なる方向を有する。
【０１１５】
一部の実施形態で、スピン軌道相互作用はスピンホール効果（ｓｐｉｎ  Ｈａｌｌ  ｅｆｆｅｔ）及びラシュバ効果（Ｒａｓｈｂａ  ｅｆｆｅｃｔ）のような２つの効果の組み合わせを包含することができる。多くのスピン軌道活性層で、スピン軌道相互作用はスピンホール効果及びラシュバ効果の両方を包含するが、２つの中で１つが支配的である。
他のスピン軌道効果もまた適用されることがある。スピンホール効果は一般的にバルク（ｂｕｌｋ）効果であると看做される。しばしばスピンホール効果を示す物質は重い金属又は重い金属がドーピングされた物質を含む。
【０１１６】
一例として、そのような物質は以下のようなＡ及びＭ（Ｂがドーピングされた）から選択される。ＡはＹ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ（高い抵抗性非晶質のβ−Ｔａを包含）、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、及び／又はそれらの組み合わせを包含し；ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｇａ、ＧａＭｎ又はＧａＡｓの中の少なくとも１つを包含し、ＢはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩｎＳｂ、Ｔｅ、Ｉ、ＬｕＨｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含む。
【０１１７】
一部の実施形態でスピン軌道活性層１０４ａは、ＩｒがドーピングされたＣｕ及び／又はＢｉがドーピングされたＣｕで構成されるか、或いはこれを包含することができる。ドーピングは一般的に０．１から１０原子パーセントの範囲である。他の実施形態で他の物質が使用されることができる。
スピン軌道活性層１０４ａ内のスピン軌道フィールドＨＳＯの他のソースは界面での相互作用と関連する。この場合、スピン軌道フィールドの強さはしばしば結晶フィールド（ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｅｌｄ）の強さと関連し、しばしば界面で大きい。
【０１１８】
隣接層との格子定数不一致、界面での重い金属の存在、及び他の効果のため、スピン軌道相互作用がいずれかの界面で相当に大きいことがある。界面での強いスピン軌道効果は、界面方向と垂直方向への結晶フィールドの勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）と関連し、しばしばラシュバ効果であると言及される。
しかし、ここで使用したようにそれの起点と方向に関わらず、ラシュバ効果は界面でのスピン軌道相互作用を言う。少なくとも一部の実施形態で相当な大きさのラシュバ効果得るために、スピン軌道活性層１０４ａのための界面は相違させなければならない。
【０１１９】
スピン軌道活性層１０４ａはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及び／又はそれらの組み合わせの中で少なくとも１つを包含する。
他の実施形態でスピン軌道活性層１０４ａは、Ａ／Ｂの表面合金（一例として、上部の原子層がＡとＢの混合物であるように主物質であるＢの１１１表面に配置されたＡの原子）を含む。
ＡはＣｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含み、ＢはＳｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含む。
【０１２０】
多くの実施形態ではＡは２つ又は３つの他の物質を含む。一部の実施形態では、少なくとも０．１で３つの単一層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）のＡが蒸着される。一部の実施形態で大略的に１／３の単一層のＡが蒸着される。一部の実施形態でこれは置換形Ｂｉ／Ａｇ、置換形Ｐｂ／Ａｇ、置換形Ｓｂ／Ａｇ、置換形Ｂｉ／Ｓｉ、置換形Ａｇ／Ｐｔ、置換形Ｐｂ／Ｇｅ、置換形Ｂｉ／Ｃｕ、及びＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＳｉの１１１表面上に配置された層を含む二重層からなる群から選ばれるいずれか１つ以上であり得る。
他の実施形態でスピン軌道活性層１０４ａは、ＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣｄＴｅ、又は二重層ＬａＡｌＯ３／ＳｒＴｉＯ３、ＬａＴｉＯ３／ＳｒＴｉＯ３のような化合物を包含することができる。他の実施形態で他の物質が使用され得る。一部の実施形態でラシュバ効果が自由層でのスピン軌道トルクＴＳＯ及び関連したスピン軌道フィールドＨＳＯをもたらす。
【０１２１】
上述のように、一部の実施形態で磁気サブ構造１００Ａは層（１０２ａ、１０４ａ）の間の界面に起因すると看做される強い垂直磁気異方性を有することが要求される。したがって、一部の実施形態でも非磁性挿入層／スピン軌道活性層１０４ａはＷ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｘ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成されるように要求される。
このような実施形態は、強い垂直異方性及びスピン軌道相互作用によって提供されるトルク（両者は層（１０２ａ、１０４ａ）の間の界面を起点とする）から利益を得る。
【０１２２】
一部他の実施形態で（図示せず）、磁気接合３９０はＷ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｘ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上を含む他の非磁性挿入層を包含する。このような一部の実施形態で、Ｗ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｘ、及びＩｎからなる群から選ばれるいずれか１つ以上で構成された非磁性挿入層は層１０２ａに隣接して位置することができる。
【０１２３】
非磁性挿入層１０４ａ及び磁気接合３９０内の他の非磁性挿入層を有する実施形態はまたスピン軌道活性層３８１に流れる電流によって提供される強い垂直磁気異方性及び大きいトルクから利益を得ることができる。実施形態の中で一部、例えば非磁性挿入層１０４ａ及び磁気接合３９０内の他の非磁性挿入層の両者で同一元素を有する実施形態は、優れた成長マッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）又は優れた蒸着マッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）を有する追加的な利益を有する。
【０１２４】
したがって、磁気メモリ３８０は自由層の磁気モ−メントのスイッチングのためにスピン軌道活性層１０４ａ／非磁性挿入層１０４ａによって生成されたスピン軌道相互作用及びスピン軌道フィールドを使用することができる。一部の実施形態で、スピン軌道活性層１０４ａはスピン軌道フィールドＨＳＯを生成するためにスピンホール効果とラシュバ効果とのいずれか１つ又は両方に依存することができる。
結果的に、ここで使用したように“スピン軌道効果”、“スピン軌道フィールド”及び／又は“スピン軌道相互作用”のような用語は、ラシュバ効果、スピンホール効果、２つの効果の一部組み合わせ及び／又は他のスピン軌道相互作用又はスピン軌道相互作用と同様な効果を通じてスピン軌道結合（ｓｐｉｎ  ｏｒｂｉｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を包含することができる。
【０１２５】
スピン軌道フィールドはデータ格納層／自由層の磁気モ−メントにトルクを加える。スピン軌道トルクは自由層の磁気モ−メントをスイッチするのに使用される。一部の実施形態で、スピン軌道フィールドが自由層の磁気モ−メントをスイッチングすることを補助する。スピン伝達トルクのような、他のメカニズムは主なスイッチングメカニズムである。他の実施形態で、スピン軌道トルクは自由層の磁気モ−メントをための主なスイッチメカニズムである。
しかし、一部の実施形態で、スピン軌道トルクはスピン伝達トルクのような他のメカニズムによって補助（ａｓｓｉｓｔｅｄ）され得る。補助は自由層の磁気モ−メントをスイッチすること及び／又はスイッチングされた磁気接合を選択することであり得る。
【０１２６】
スピン軌道トルクが自由層の磁気モ−メントをスイッチするのに使用することができるので、メモリ３８０の性能は向上される。上述のように、スピン軌道活性層１０４ａによって生成されたスピン軌道トルクは格納セル３８２のスイッチング時間を減少させることができる。
スピン軌道トルクは通常的に高効率ＰＳＯを有し、電流ＪＳＯに比例する。この電流密度は面内にあり、スペーサー層を通過して流れないので、スピン軌道電流は磁気接合３９０に損傷を与えなく、増加することができる。
【０１２７】
結果的に、スピン軌道フィールド及びスピン軌道トルクは増加する。したがって、書込み時間（ｗｒｉｔｅ  ｔｉｍｅ）は減少し、書込みエラー率は向上される。
仮に層１０２ａが磁気接合３９０をための基準層の一部又は全部であれば、スピン軌道トルクは基準層を平衡位置から他の位置にスイッチするか、又は一時的に平衡位置から基準層の方向を変化させるのに利用されることがある。これはまた書込み速度及び書込み確率の向上及び／又は読出し信号の向上及び読出しエラー率を減少させるのに利用される。したがって、メモリ３８０の性能は向上される。
【０１２８】
図２７は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）と共にスイッチングにスピン軌道相互作用を活用した磁気メモリ３８０Ａの一部の例示的な一実施形態を示す。
図２７は実際の大きさの比率ではなく、理解を助けるためである。さらにビットライン、ワードライン、ローセレクタ、及びカラムセレクタのような磁気メモリ３８０Ａの一部は図示していないか、或いは表示していない。
【０１２９】
磁気メモリ３８０Ａは磁気メモリ３８０と同様であり、したがってスピン軌道相互作用に基づくスイッチングを利用する。磁気メモリ３８０Ａはしたがってライン３８１、格納セル３８２、選択素子３８４、及び磁気接合３９０と同様なライン３８１ａ、格納セル３８２ａ、選択素子３８４ａ、及び磁気接合３９０ａを包含する。
しかし、図示した実施形態で、磁気接合３９０ａは非磁性挿入層１０４／スピン軌道活性層１０４を含むライン３８１ａの下にある。メモリ３８０Ａはメモリ３８０と同様な方式に機能する。したがって、同様な効用を有する。
【０１３０】
図２８は格納セルのメモリ素子に磁気接合を利用する１つのメモリ４００の例示的な一実施形態を説明するための図である。
磁気メモリ４００は読出し／書込みカラムセレクタ／ドライバ（４０２、４０６）のみでなく、ワードラインセレクタ／ドライバ４０４を包含する。他の及び／又は異なる構成が提供され得ることを注意しなければならない。メモリ４００の格納領域は磁気格納素子４１０を包含する。各々の磁気格納素子は少なくとも１つの磁気接合４１２及び少なくとも１つの選択素子４１４を包含する。
【０１３１】
一部の実施形態で、選択素子４１４はトランジスターであり得る。磁気接合４１２は磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を利用する本明細書で開示された磁気接合の中の１つであり得る。セル４１０当たりに１つの磁気接合４１２を図に示したが、他の実施形態でセル当たりに異なる数の磁気接合４１２が提供され得る。このように、磁気メモリ４００は上述の効用を有することができる。
【０１３２】
図２９は磁気サブ構造を含む磁気接合を製造する方法５００の例示的な一実施形態を説明するためのフローチャートである。
説明の単純化のために、一部の段階は省略されるか、或いは結合される。方法５００は磁気サブ構造１００の脈絡で記述される。しかし、方法５００は磁気サブ構造（１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）のような他の磁気サブ構造に使用され得る。その上、方法５００は磁気メモリの製造に包含され得る。したがって、方法５００はＳＴＴ−ＲＡＭ又は他の磁気メモリの製造に使用され得る。
【０１３３】
強磁性層としてのＦｅ層１０２は段階Ｓ５０２によって提供される。段階Ｓ５０２は強磁性層（１０２）の所望の厚さを所望の物質で蒸着することを包含する。非磁性挿入層１０４は段階Ｓ５０４によって提供される。段階Ｓ５０４は所望の非磁性物質を蒸着させることを包含する。このような物質はＷ、Ｉ、Ｈｆ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｏｓ、及び／又はＩｎである。これに加えて、物質の所望の厚さは段階Ｓ５０４で蒸着される。
【０１３４】
段階（Ｓ５０２、Ｓ５０４）は段階Ｓ５０６によって所望の回数が選択的に反復され得る。したがって、所望の数の強磁性層及び挿入層を有する１つ以上の磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）が提供される。したがって、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）が形成される。結果的に、磁気サブ構造の効用が達成される。
【０１３５】
図３０は磁気サブ構造含む磁気接合を製造する方法５１０の例示的な一実施形態を説明するためのフローチャートである。
説明の単純化のために一部段階は省略されるか、或いは結合される。方法５１０は磁気接合１５０Ｂの脈絡で記述される。しかし、方法５１０は他の磁気接合に使用され得る。その上、方法５１０は磁気メモリの製造に包含され得る。したがって、方法５１０はＳＴＴ−ＲＡＭ又は他の磁気メモリの製造に使用され得る。方法５１０は選択的なシード層１５２及び選択的な固定層１５４が提供された後に、開始することができる。
【０１３６】
（磁気サブ構造を含む）基準層（被固定層）１５６ｂが段階Ｓ５１２によって提供される。段階Ｓ５１２は被固定層１５６ｂの所望の厚さで所望の物質を蒸着することを包含する。その上、段階Ｓ５１２はＳＡＦ層を提供することを包含する。一部の実施形態で、磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）は段階Ｓ５１２の一部として提供される。
非磁性スペーサー層１５８が段階Ｓ５１４によって提供される。段階Ｓ５１４は所望の非磁性物質（結晶性ＭｇＯを包含するが、これに限定されない）を蒸着することを包含する。これに加えて、段階Ｓ５１４で物質の所望の厚さが蒸着される。
【０１３７】
段階Ｓ５１６によって磁気サブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を含む自由層１６０ｂが選択的に提供される。仮に二重磁気接合が形成されれば、追加的な非磁性スペーサー層が段階Ｓ５１８によって選択的に提供される。選択的な追加的被固定層はまた段階Ｓ５２０によって選択的に提供される。
一部の実施形態で、段階Ｓ５２０は追加的な基準層内に１つ以上のサブ構造（１００、１００Ａ、１００Ｂ、及び／又は１００Ｃ）を形成することを包含する。その後、段階Ｓ５２２によって製造は完成される。
【０１３８】
一例として、キャッピング層が提供され得る。他の実施形態で、選択的な追加被固定層が提供される。一部の実施形態で、磁気接合の層が積層状態に蒸着され、定義されれば、段階Ｓ５２２は磁気接合を定義すること、アニーリングを実施すること、又はそうではなければ、磁気接合の製造を完了することを包含する。その上、仮に磁気接合がＳＴＴ−ＲＡＭのようなメモリに包含されれば、段階５２２はコンタクト、バイアス構造、及びメモリの他の部分を提供することを包含する。結果的に、磁気接合の効用が達成されることができる。
【０１３９】
磁気メモリ及び磁気メモリ素子／磁気サブ構造を利用して製造されたメモリを提供する方法及びシステムを説明した。前記方法とシステムとは図示された例示的な実施形態に適合に説明され、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は実施形態に変形が加えることがあり得、何らかの変形でも方法及びシステムの思想及び範囲内でなければならないことを容易に理解するはずである。そのような理由で以下に添付された請求項の思想及び範囲を逸脱しないで本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多くの変更が成され得る。
【符号の説明】
【０１４０】
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０６、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、    （第１）、（第２）Ｆｅ層
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０５、１０５ａ、１０７    界面
１０４，１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０８、２３６    （第１）、（第２）非磁性挿入層
１５２    選択的なシード層
１５４    選択的な固定層
１５６、１５６ａ、１５６ｂ、２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ，２３０ｅ    （磁気サブ構造を含む）基準層
１５８、２２０、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、３２０，３４０    非磁性スペーサー層
１６０、１６０ａ、１６０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、３３０    （磁気サブ構造を含む）自由層
１６２    選択的なキャッピング層
２１２ｂ、２１２ｃ、２１４ｂ、２１４ｃ、２３２、２３２ａ、２５４、２５４ａ、２５４ｂ、２５４ｃ、２５４ｄ、２５６、２５６ａ、２５６ｂ、２５６ｃ、２５６ｄ    分極強化層
４０２、４０６    読出し／書込みカラムセレクタ／ドライバ
４０４    ワードラインセレクタ／ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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