(57)【要約】  磁気デバイスは、第１の固定磁化方向を備えた第１の固定磁化ベクトルを有するピン留め磁気層を含む。磁気デバイスはまた、少なくとも第１の安定状態と第２の安定状態とを有する可変磁化ベクトルを有する自由磁気層を含む。磁気デバイスはまた、第１の非磁性層及び基準を有する。第１の非磁性層は、ピン留め磁気層及び自由磁気層を空間的に分離する。磁気デバイスはまた、自由磁気層及び基準磁気層を空間的に分離する第２の非磁性層を含む。ピン留め磁気層の下に位置付けられた磁気トンネル接合は、自由磁気層、第２の非磁性層、及び基準磁気層によって形成される。正又は負極性のいずれか、並びに選択された振幅及び持続時間を有し、磁気デバイスを通じた電流パルスの印加は、可変磁化ベクトルを切り換える。【選択図】      図２
2015537376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気デバイスであって、
第１の固定磁化方向を備えた第１の固定磁化ベクトルを有するピン留め磁気層と、
少なくとも第１の安定状態と第２の安定状態とを有する可変磁化ベクトルを有する自由磁気層と、
前記ピン留め磁気層及び前記自由磁気層を空間的に分離する第１の非磁性層と、
第２の固定磁化方向を備えた第２の固定磁化ベクトルを有する基準磁気層と、
前記自由磁気層及び前記基準磁気層を空間的に分離する第２の非磁性層であって、磁気トンネル接合が、該自由磁気層、該第２の非磁性層、及び該基準磁気層によって形成され、選択された振幅及び持続時間を有して磁気デバイスを通じた電流パルスの印加が、前記可変磁化ベクトルを切り換え、該磁気トンネル接合が、空間的に前記ピン留め磁気層の下に位置付けられた前記第２の非磁性層と、
を含むことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項２】
前記第１の固定磁化ベクトルは、前記ピン留め磁気層の平面に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項３】
前記ピン留め磁気層を含む合成反強磁性体層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項４】
前記合成反強磁性体層は、前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層の間の磁気相互作用を低減することを特徴とする請求項３に記載の磁気デバイス。
【請求項５】
前記合成反強磁性体層は、ルテニウム、クロミウム、又は銅から構成される群から選択された材料であることを特徴とする請求項３に記載の磁気デバイス。
【請求項６】
垂直交換バイアスを与える前記合成反強磁性体層をピン留めする反強磁性体を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の磁気デバイス。
【請求項７】
前記反強磁性体は、イリジウムマンガンから構成されることを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイス。
【請求項８】
前記第２の非磁性絶縁層は、０．８ナノメートルよりも小さいか又はそれに等しい粗度の振幅を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項９】
前記第２の非磁性絶縁層は、２３．２ナノメートルよりも小さいか又はそれに等しい粗度の波長を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項１０】
前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層とを含む第２の磁気トンネル接合を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項１１】
前記可変磁化ベクトルは、１ビットの情報を表すことを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項１２】
第１の固定磁化方向を備えた第１の固定磁化ベクトルを有するピン留め磁気層、
少なくとも第１の安定状態と第２の安定状態とを有する可変磁化ベクトルを有する自由磁気層、
前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層を空間的に分離する第１の非磁性層、
第２の固定磁化方向を備えた第２の固定磁化ベクトルを有する基準磁気層、及び
前記自由磁気層と前記基準磁気層を空間的に分離する第２の非磁性層であって、磁気トンネル接合が、該自由磁気層、該第２の非磁性層、及び該基準磁気層によって形成され、選択された振幅及び持続時間を有して磁気デバイスを通じた電流パルスの印加が、前記可変磁化ベクトルを切り換え、該磁気トンネル接合が、空間的に前記ピン留め磁気層の下に位置付けられた前記第２の非磁性層、
を含むメモリセルと、
電流が前記第２の非磁性層から前記ピン留め磁気層まで通るように該ピン留め磁気層と前記基準磁気層とに接続された電流源と、
を含むことを特徴とするメモリシステム。
【請求項１３】
前記メモリセルは、前記ピン留め磁気層を含む合成反強磁性体層を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のメモリシステム。
【請求項１４】
前記合成反強磁性体層は、前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層の間の磁気相互作用を低減することを特徴とする請求項１３に記載のメモリシステム。
【請求項１５】
前記合成反強磁性体層は、ルテニウム、クロミウム、又は銅から構成される群から選択された材料であることを特徴とする請求項１３に記載のメモリシステム。
【請求項１６】
垂直交換バイアスを与える前記合成反強磁性体層をピン留めする反強磁性体を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載のメモリシステム。
【請求項１７】
前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層とを含む第２の磁気トンネル接合を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のメモリシステム。
【請求項１８】
メモリデバイスを作る方法であって、
自由磁気層と基準磁気層を空間的に分離する第２の非磁性層を形成する段階であって、磁気トンネル接合が、該自由磁気層、該第２の非磁性層、及び該基準磁気層によって形成され、正又は負極性のいずれか、並びに選択された振幅及び持続時間を有して磁気デバイスを通じた電流パルスの印加が、該自由磁気層の可変磁化ベクトルを切り換え、該磁気トンネル接合が、空間的にピン留め磁気層の下に位置付けられる前記形成する段階と、
第２の固定磁化方向を備えた第２の固定磁化ベクトルを有する前記基準磁気層を形成する段階と、
前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層を空間的に分離する第１の非磁性層を形成する段階と、
少なくとも第１の安定状態と第２の安定状態とを有する前記可変磁化ベクトルを有する自由磁気層を形成する段階と、
第１の固定磁化方向を備えた第１の固定磁化ベクトルを有するピン留め磁気層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記ピン留め磁気層を含む合成反強磁性体層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載のメモリデバイスを作る方法。
【請求項２０】
前記合成反強磁性体層は、前記ピン留め磁気層と前記自由磁気層の間の磁気相互作用を低減することを特徴とする請求項１９に記載のメモリデバイスを作る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、引用によってその全体が本明細書に組み込まれる２０１２年１０月１７日出願の米国特許仮出願第６１／７１５，１１１号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
直交スピン伝達磁気ランダムアクセスデバイス（ＯＳＴ−ＭＲＡＭ（登録商標））は、偏光子を組み込んでいる。このデバイス及び層スタックは、米国特許第６，９８０，４６９号明細書に議論されており、その全体は、引用によって組み込まれている。層スタックの磁気トンネル接合内及びその近くの粗度は、ＯＳＴ（登録商標）デバイスの性能に影響を与える。粗度の増大は、磁気トンネル接合の破壊に悪い影響を与える可能性がある。スタックの上部上に偏光子を有するＯＳＴ（登録商標）層スタックは、磁気トンネル接合の粗度を低減し、デバイス磁気抵抗を増大させ、かつＯＳＴ（登録商標）メモリデバイスの性能を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，９８０，４６９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般的に、本明細書に説明する主題の１つの態様は、第１の固定磁化方向を備えた第１の固定磁化ベクトルを有するピン留め磁気層を含む磁気デバイスに具現化される。磁気デバイスはまた、少なくとも第１の安定状態及び第２の安定状態を有する可変磁化ベクトルを有する自由磁気層を含む。磁気デバイスはまた、第１の非磁性層及び基準を有する。第１の非磁性層は、ピン留め磁気層と自由磁気層を空間的に分離する。基準磁気層は、第２の固定磁化方向を備えた第２の固定磁化ベクトルを有する。磁気デバイスはまた、自由磁気層と基準磁気層を空間的に分離する第２の非磁性層を含む。磁気トンネル接合は、自由磁気層、第２の非磁性層、及び基準磁気層によって形成される。磁気デバイスを通した正又は負極性のいずれかと選択された振幅及び持続時間とを有する電流パルスの印加は、可変磁化ベクトルを切り換える。磁気トンネル接合は、空間的にピン留め磁気層の下に位置付けられる。メモリデバイス及びメモリシステムの他の実施は、以下でより詳細に説明する。
【０００５】
以上の要約は、例示に過ぎず、いかなる意味でも制限であることを意図していない。上述の例示的な態様、実施、及び特徴に加えて、更に別の態様、実施、及び特徴は、以下の図面及び詳細説明を参照して明らかになるであろう。
【０００６】
本発明の開示の以上の及び他の特徴は、添付の図面と併せて以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。これらの図面は、本発明の開示に従っていくつかの実施のみを描き、従って、その範囲の限定するように考えないものとすることを理解した上で、本発明の開示を添付の図面の使用を通して追加の特殊性及び詳細と共に以下に説明する。
【０００７】
図に示す全ての数値的厚みは、ナノメートル（ｎｍ）である。以下の詳細説明を通して添付の図面を参照されたい。図面では、同様の記号は、典型的に、文脈が別途示さない限り同様の構成要素を識別する。詳細説明、図面、及び特許請求の範囲に説明する例示的な実施は、限定を意味しない。本明細書に提示する主題の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施を利用することができ、他の変更を行うことができる。本明細書に一般的に説明し、かつ図に例示するような本発明の開示の態様は、幅広い異なる構成に配置、置換、組合せ、かつ設計することができ、これらの全ては、明示的に考えられており、かつ本発明の開示の一部を成すことができることは容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】磁気デバイスの図である。
【図２】例示的な実施により反転層スタックを有する磁気デバイスの図である。
【図３】例示的な実施によりスタックの上部に偏光子（ＦＭ１）を有する反転層スタックの図である。
【図４】例示的な実施により合成反強磁性体偏光子を有する反転層スタックの図である。
【図５】例示的な実施によりピン留め合成反強磁性体偏光子を有する反転層スタックの図である。
【図６Ａ】非反転層スタックの透過型電子顕微鏡断面の図である。
【図６Ｂ】例示的な実施による反転層スタックの透過型電子顕微鏡断面の図である。
【図６Ｃ】非反転層スタックの透過型電子顕微鏡断面の図である。
【図６Ｄ】例示的な実施による反転層スタックの透過型電子顕微鏡断面の図である。
【図７】例示的な実施によりその上に偏光子がない反転磁気トンネル接合の図である。
【図８】例示的な実施による反転層スタックの図である。
【図９】例示的な実施により反転層スタックに使用するためのｆｃｃ非磁性層の図である。
【図１０】例示的な実施により反転スタックに使用するために反転したｂｃｃ非磁性層の図である。
【図１１】例示的な実施により反転層スタックに使用するためのｆｃｃ及びｂｃｃ非磁性層の図である。
【図１２】例示的な実施による２つの層スタックの磁気抵抗の平面トンネリング測定における電流のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
基本磁気デバイスの構造
【００１０】
図１は、固定磁化方向を備えたピン留め磁気層ＦＭ１と自由磁化方向を備えた自由磁気層ＦＭ２とを含む従来技術の多層柱形状磁気デバイスを示している。ｍ1は、ピン留め磁気層ＦＭ１の磁化ベクトルであり、ｍ2は、自由磁気層ＦＭ２の磁化ベクトルである。ピン留め磁気層ＦＭ１は、スピン角運動量の発生源として作用する。
【００１１】
ピン留め磁気層ＦＭ１及び自由磁気層ＦＭ２は、２つの層ＦＭ１とＦＭ２を空間的に分離する第１の非磁性層Ｎ１によって分離される。Ｎ１は、非磁性金属（Ｃｕ、ＣｕＮ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、その他）又はＡｌ2Ｏ3又はＭｇＯのような薄い非磁性絶縁体とすることができる。Ｎ１が非磁性金属である時に、その厚みは、デバイスの温度で材料のスピン拡散距離よりも小さいか又はそれにほぼ等しくしなければならない。これは、電子がＮ１を移動する時に、電子スピン偏極を実質的に維持することを可能にする。Ｃｕを使用する１つの実施では、層の厚みは、室温において又はその近くで作動するデバイスに対して０．５〜５０ｎｍ未満か又はそれにほぼ等しい。Ｎ１が絶縁層である時に、その厚みは、電子が、量子機構トンネルによってこの層を移動し、主としてこの過程においてスピン偏極のこれらの方向を維持することを可能にしなければならない。Ｎ１がＭｇＯ又はＡｌ2Ｏ3である実施では、層は、厚みを０．３〜４ｎｍにほぼ等しくしなければならない。非磁性層Ｎ１の厚みは、ほぼ層厚み未満である短い長さのスケールで電子スピン方向の散乱がないようにしなければならない。柱形状磁気デバイスは、典型的にはナノメートルの大きさにされ、例えば、そのデバイスは、横方向に約２００ｎｍ未満にすることができる。
【００１２】
自由磁気層ＦＭ２は、基本的には、２つの追加の層のピン留め磁気層ＦＭ１及び非磁性層Ｎ１と共に柱形状磁気デバイスに組み込まれた磁性薄膜要素である。層厚みは、典型的には、約０．７ｎｍ〜１０ｎｍである。
【００１３】
これらの柱形状磁気デバイスは、物理蒸着（スパッタリング）、サブミクロンステンシルマスクによる熱及び電子線蒸着を含む多くの異なる手段によって層の積み重ねシーケンスに製作することができる。これらの磁気デバイスはまた、スパッタリング、熱及び電子線蒸着、続いて材料を除去して他の半導体又は絶縁ウェーハのシリコンのような基板表面上に柱形状磁気デバイスを残す減法ナノ製作工程を使用して多層膜を形成するように積み重ねシーケンスに製作することができる。半導体ウェーハは、磁気デバイスを読取って書き込むためのＣＭＯＳ回路の部分を予め含むことができる。焼き鈍しは、層スタックが磁気トンネル接合を組み込む時に使用することができる。焼き鈍しは、ＭｇＯ絶縁障壁を結晶化し、接合部磁気抵抗を高めることができる。様々な実施では、単一焼き鈍し工程を使用する。１つの実施では、スタックは、３００〜４５０Ｃの温度で焼き鈍しされ、ＭｇＯ層を熱的に結晶化する。焼き鈍しの持続時間は、数分（迅速熱焼き鈍し）〜数時間であり、より高い焼き鈍し温度は、より短い焼き鈍し時間しか必要としない。焼き鈍しは、多くの場合、基準層（ＦＭ３）の磁性状態を設定するために１テスラ又はそれよりも高い磁場で行われる。焼き鈍しは、磁気異方性の好ましい方向及び自由層（ＦＭ２）の単軸磁気異方性の強化を与える。
【００１４】
強磁性層のための材料は、（以下に限定されるものではないが）Ｆｅと、Ｃｏと、Ｎｉと、Ｎｉ1-xＦｅx、及びＣｏＦｅのようなこれらの元素の合金と、材料が室温で強磁性的に順序つけされた組成でのＢ、Ｃｕ、Ｖ、Ｐｄ、及びＰｔのような非磁性金属とのこれらの強磁性金属の合金と、導電材料と、ＣｒＯ2及びＦｅ3Ｏ4のような導電性磁性酸化物と、ホイスラ合金ＮｉＭｎＳｂのような完全スピン偏極材料とを含む。非磁性層に対して、材料は、（以下に限定されるものではないが）Ｃｕ、ＣｕＮ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｔａ、及びＴａＮを含む。
【００１５】
電流源は、電流Ｉが柱状デバイスを移動することができるように、ピン留め磁気層ＦＭ１及び自由磁気層ＦＭ２に接続される。別の実施では、電気接触は、層スタックを組み込む支柱の上部及び底部に対して行われる。
【００１６】
図２は、本発明の例示的な実施による反転層スタック２００を例示する図である。この実施では、反転層スタック２００は、ピン留め層ＦＭ１を含有する。ピン留め層ＦＭ１は、層の平面に垂直に磁化することができ、図２にｍ1で表されている。ピン留め層ＦＭ１は、自由磁気層ＦＭ２に対して反転することができる。換言すれば、ピン留め層ＦＭ１は、自由磁気層ＦＭ２及び基準層ＦＭ３の後に形成される。非磁性層Ｎ１は、ピン留め層ＦＭ１と自由磁気層ＦＭ２を分離する。自由磁気層ＦＭ２は、磁気トンネル接合及び基準層ＦＭ３の絶縁体として別の非磁性層Ｎ２との磁気トンネル接合を形成することができる。Ｎ１はまた、ＦＭ１及びＦＭ２が第２の磁気トンネル接合を形成するように絶縁層とすることができる。基準層ＦＭ３を使用してデバイスの状態を読み取ることができる。基準層ＦＭ３は、非磁性層Ｎ２によって自由磁気層ＦＭ２から分離される。上記により詳細に説明したような様々な材料を使用して反転層スタック２００の様々な層を作ることができる。更に、層は、様々な異なる厚みのものとすることができる。
【００１７】
図３は、例示的な実施による反転層スタック３００を例示する図である。様々な層の厚みは、ナノメートル（ｎｍ）で表されている。ＦＭ１、ＦＭ２、ＦＭ３に加えて、図２におけるものの層に関連するＮ１及びＮ２層が示されている。反転スタック３００では、磁気トンネル接合層３０２は底部、垂直偏光子３０４は上部にある。一部の実施において、偏光子は、磁気トンネル接合の上に堆積され、これは、ＦＭ２、Ｎ２、及びＦＭ３層から構成される。反転スタック３００では、磁気トンネル接合層３０２は、基板又は半導体デバイス（ＣＭＯＳ）ウェーハの近くにある。磁気トンネル接合層３０２はまた、例えば、図１の底部にある偏光子を有する非反転層スタックの磁気トンネル接合層と比較して平滑である。磁気トンネル接合層３０２の滑らかさの増大、すなわち、粗度の低下は、磁気トンネル接合層３０２及び周囲の層内で鋭いコーナを低減する。具体的には、第２の非磁性層Ｎ２（３０８）の滑らかさは、非反転層スタックの第２の非磁性層と比較すると増加する。絶縁層内の粗度は、何時及びどの状況下で磁気トンネルが破壊するかに影響を与える。反転スタック３００は、非反転層スタックを使用する直交スピン伝達ＭＲＡＭデバイスと比較する時に、降伏電圧を増加させて磁気スイッチング特性を改善することによって直交スピン伝達ＭＲＡＭデバイスの性能を改善するより平滑な非磁性層３０８を有する。反転スタック３００はまた、ウェーハにわたってデバイス特性の変動を低減することができる。Ｃｕ（Ｎ）層は任意的な層であり、様々な実施では、この層は存在しない。Ｃｕ（Ｎ）層は、デバイスに電気接触を形成する。この接触は、基板の一部、例えば、ＣＭＯＳドライバとすることができる。Ｃｕ（Ｎ）はまた、以下に限定されるものではないが、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｕのような異なる材料で作ることができる。
【００１８】
図６Ａ〜図６Ｄは、反転スタックと非反転層スタックの間の磁気トンネル接合層の滑らかさの差を示している。図６Ａ及び図６Ｃは、非反転層スタックの透過型電子顕微鏡断面である。第２の非磁性層ＭｇＯ６０２は、図６Ａ及び図６Ｃの２つの異なるスケールで見ることができる。図６Ｂ及び図６Ｄは、例示的な実施による反転層スタックの透過型電子顕微鏡断面である。第２の非磁性層ＭｇＯ６０４は、図６Ｂ及び図６Ｄの２つの異なるスケールで見ることができる。図６Ａ及び図６Ｃを図６Ｂ及び図６Ｄと比較して認められるように、第２の非磁性層６０４は、第２の非磁性層６０２よりも平滑である。ＭｇＯ層の粗度の振幅は、非反転層スタックの２．９±２．７ナノメートル（ｎｍ）から反転層スタックの０．８±０．３ｎｍまで低減された。ここで、振幅は、最小値と最大値の間の垂直距離として定められる。ＭｇＯ層の粗度の波長も、非反転層スタックの３３．１±１１．０ｎｍから反転層スタックの２３．２±１４．６ｎｍまで低減された。ここで、波長は、それぞれ、最小値と最大値の間及び最大値と最小値の間の水平距離の２倍として定められる。低減粗度は、書込電圧と降伏電圧の間のより大きい分離をもたらすより高いデバイス降伏電圧をもたらす。これは、作動中により少ないデバイス故障を有するより高い性能デバイスをもたらす。
【００１９】
他の反転スタックは、追加の層を用いて生成することができる。図４は、例示的な実施により合成反強磁性体偏光子４０４を有する反転層スタック４００を例示する図である。反転層スタック４００は、図３に示す反転層スタック３００に類似している。その差は、垂直偏光子３０４が合成反強磁性体４０４の中に組み込まれる点である。薄い反強磁性結合層４０２は、合成反強磁性体の２つの強磁性層３０４及び４０５の反平行磁気アラインメントを生成する。これは、垂直偏光子３０４を含む合成反強磁性体偏光子４０４を生成する。図示の例において、反強磁性結合層は、ルテニウムから構成される。この例において、ルテニウムは、合成反強磁性体の材料のうちの１つであり、Ｎｉ／Ｃｏ及びＰｄ／Ｃｏ含有層の間に反強磁性結合を生成する層である。他の実施では、以下に限定されるものではないが、クロミウム、銅などのような他の合成反強磁性体材料を使用することができる。Ｃｕ（Ｎ）は任意的な層であり、様々な実施では、この層は存在しない。
【００２０】
合成反強磁性体偏光子４０４は、反転層スタック４００における垂直偏光子と自由磁気層ＦＭ２の間の磁気相互作用を低減する。低減された磁気相互作用は、以下に限定されるものではないが、スイッチング（例えば、データの書込）中の自由層の磁化のより均一な回転、不要な熱的に誘導されたスイッチング事象（例えば、格納データを消去又は破損する変動）の可能性の低下のようなデバイス性能を改善する。
【００２１】
図５は、例示的な実施によりピン留め合成反強磁性体偏光子４０４を有する反転層スタック５００を例示する図である。反転層スタック５００は、図４に示す反転層スタック４００に類似しているが、イリジウムマンガン５０２、すなわち、反強磁性体の層の追加がある。他の実施では、他の反強磁性体を使用する。反強磁性体５０２の追加は、合成反強磁性体偏光子４０４をピン留めし、垂直交換バイアスを与える。これは、デバイスの使用中に不要な消磁に対して垂直偏光子３０４を磁気的により堅くかつより安定にする。これは、より長いデバイス寿命及びより反復可能なデバイス作動をもたらすことができる。Ｃｕ（Ｎ）層は任意的な層であり、様々な実施では、この層は存在しない。
【００２２】
垂直偏光子の反転に加えて、Ｎ１層内の材料の変化は、反転層スタックの特性に影響を与える可能性がある。図７は、例示的な実施により偏光子がその上にない反転磁気トンネル接合７００を例示する図である。Ｃｕ（Ｎ）層は任意的な層であり、様々な実施では、この層は存在しない。反転磁気トンネル接合７００は、磁気トンネル接合層３０２を含有するが、垂直偏光子はない。実験において、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）は、平面トンネリング技術（ＣＩＰＴ）における電流を使用して測定された。ＣｏＦｅＢ自由層とのインタフェースでの銅を有する層スタックは、ＭｇＯ層の厚みに応じて５５％〜６９％のＴＭＲを示している。別の実験では、銅層は除去された。ＴＭＲは１５７％まで有意に増加した。以下の表１は、これらの結果を要約している。ＭｇＯ層の厚みは、最適化されておらず、更に別の増加は、最適化ＭｇＯを用いて達成可能であるが、そのような最適化は、本発明の運用に関する内容ではない。
【００２３】
（表１）
2015537376.tif 000003
【００２４】
以下の理由に限定されるものではないが、銅は、その面心立方（ｆｃｃ）結晶構造をそれがインタフェースを共有するＣｏＦｅＢ層内へ誘導することができる。最適ＴＭＲのためには、ＣｏＦｅＢの（体心立方）ｂｃｃテクスチャが好ましい。銅層は、偏光子と磁気トンネル接合を磁気的に切り離すことができる。これらの実施では、銅中間層とＣｏＦｅＢ自由層の間のＣｕ／ＣｏＦｅＢインタフェースは、電気性能の低下、例えば、より小さいＴＭＲに対する理由である。銅のようなｆｃｃ構造ではなくてｂｃｃテクスチャを使用することで、スタックのＴＭＲを増加させることができる。更に、ＣｏＦｅＢよりも高い温度で結晶化する材料を使用することは、ｂｃｃテクスチャ加工ＣｏＦｅＢの形成を促し、ＴＭＲを増加させることができる。
【００２５】
１つの実施では、銅層は、ｂｃｃ非磁性層によって置換される。図８は、例示的な実施により反転層スタック８００を例示する図である。反転層スタック８００は、図３の反転スタック３００に類似し、かつ非磁性層Ｎ１を含有する。このＮ１層の材料は、様々な材料とすることができる。Ｃｕ（Ｎ）層は任意的な層であり、様々な実施では、この層は存在しない。図９は、Ｎ１層が銅から構成される一例を示している。この例において、反転層スタック８００は、図３の反転スタック３００と同じである。しかし、非磁性層Ｎ１は、他の材料で作ることができる。上述したように、銅、すなわち、ｆｃｃ金属をｂｃｃ非磁性体と置換すると、反転層スタック８００のＴＭＲを増加させることができる。図１０は、この例を示している。図１０では、非磁性層Ｎ１は、ｂｃｃ非磁性材料１００２から構成される。ｂｃｃ非磁性材料１００２は、自由磁気層ＦＭ２とインタフェースで接続する。更に、非磁性材料１００２は、下に重なるｂｃｃ自由磁気層ＦＭ２、例えば、ＣｏＦｅＢ層の成長をサポートすることができる。ｂｃｃ非磁性層は、長いスピン拡散距離を有し、偏光子を通過した後に電流の大きい直交スピン偏極を維持する。以下の表２は、ｂｃｃ非磁性材料１００２として使用することができる材料の一部を要約している。これらの材料のいずれかと共に使用する時のＮ１層の厚みは、ｂｃｃ非磁性材料１００２として使用する材料のスピン拡散距離よりも小さいか又はそれにほぼ等しくすることができる。
【００２６】
（表２）
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【００２７】
別の実施では、非磁性層Ｎ１は、ｆｃｃ及びｂｃｃ材料の両方で構成することができる。図１１は、例示的な実施によりｆｃｃ非磁性層１００４及びｂｃｃ非磁性層１００２を有する反転層スタックを例示する図である。この実施では、ｂｃｃ非磁性層１００２は、自由磁気層ＦＭ１、例えば、ＣｏＦｅＢに隣接し、ｆｃｃ非磁性層１００２は、偏光子に隣接している。これは、中間層／偏光子インタフェースにある層が同じｆｃｃ結晶構造を有することを保証し、中間層／自由層インタフェースにある層が同じｂｃｃ結晶構造を有することも保証する。様々なｆｃｃ及びｂｃｃ構造をこの実施に使用することができる。表３は、使用することができる材料の非限定的な組合せの一部を要約している。
【００２８】
（表３）
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【００２９】
図１２は、例示的な実施による２つの層スタックの磁気抵抗の平面トンネリング測定における電流のグラフ１２００である。グラフ１２００は、Ｔａ中間層１２０２を持たない反転層スタックの磁気抵抗を示している。そのような反転層スタックは、図８及び図９に示されている。Ｔａ中間層と銅ｆｃｃ非磁性層１２０４とを含む反転層スタックの磁気抵抗も示されている。図１１は、例示的ｂｃｃ非磁性中間層を示している。試験では、ＭｇＯ厚みは、異なる系統的に変化する抵抗面積（ＲＡ）積を有する層スタックを生成するように変化させた。これは、グラフ１２００のＸ軸に示されている。磁気抵抗は、研究した全ての抵抗面積積のスタックに対してｂｃｃ磁性中間層を含んだ反転層スタックに対して増加した。
【００３０】
本明細書は、多くの特定の実施の詳細を含んでいるが、これらは、あらゆる発明又は主張することができるものの範囲に限度があると解釈すべきではなく、むしろ特定の発明の特定の実施に特定の特徴の説明と解釈しなければならない。個別の実施との関連で本明細書に説明するある一定の特徴は、単一実施に組み合わせて実施することもできる。反対に、単一実施との関連に説明する様々な特徴は、個別に又はあらゆる適切な部分的組合せで複数の実施に実施することができる。更に、特徴は、ある一定の組合せで作用すると上述し、更に最初にそのようなものとして主張することができるが、主張した組合せからの１つ又はそれよりも多くの特徴は、一部の場合に組合せから削除することができ、主張する組合せは、部分組合せ又は部分的組合せの変形に関する場合がある。
【００３１】
同様に、特定の順序で図面に作動を示しているが、これは、望ましい結果を達成するために図示の特定の順序で又は連続的順序でそのような作動が実行され、又は全ての例示的な作動が実行されることが必要であるように理解すべきではない。ある一定の状況では、マルチタスク及び並行処理が有利である場合がある。更に、上述の実施における様々なシステム構成要素の分離は、全ての実施においてそのような分離が必要であるように理解すべきでなく、説明するプログラム構成要素及びシステムは、一般的に、単一ソフトウエア製品に統合されるか又は複数のソフトウエア製品にパッケージ化することができることを理解しなければならない。
【００３２】
すなわち、本発明の特定の実施を説明した。他の実施は、以下の特許請求の範囲内である。一部の場合に、当業者が本発明の開示を読んだ後に理解するように、特許請求の範囲に示す行為は、異なる順序に実施され、依然として望ましい結果を達成することができる。更に、添付の図に描いた工程は、望ましい結果を達成するのに必ずしも図示の特定の順序又は連続的順序を必要としない。ある一定の実施では、マルチタスク及び並列処理が有利である場合がある。
【符号の説明】
【００３３】
２００  反転層スタック
ＦＭ１  ピン留め層
ＦＭ２  自由磁気層
ＦＭ３  基準層
Ｎ１、Ｎ２  非磁性層
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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