(57)【要約】【課題】  スピントルク・ベースの磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）を含む、スピントルク磁気抵抗構造体及びデバイスを提供する。【解決手段】  磁気抵抗構造体、デバイス、メモリ、及びそれらを形成する方法が提示される。例えば、磁気抵抗構造体は、強磁性層と、強磁性層に結合されたフェリ磁性層と、固定層と、非磁性スペーサ層とを含む。磁気抵抗構造体のフリー側は、強磁性層及びフェリ磁性層を含む。非磁性スペーサ層は、少なくとも部分的にフリー側と固定層の間にある。強磁性層の飽和磁化は、フェリ磁性層の飽和磁化と対向する。非磁性スペーサ層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなるもののようなトンネル障壁層又は非磁性金属層を含むことができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗構造体であって、
強磁性層と、
前記強磁性層と結合されたフェリ磁性層であって、前記磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及び前記フェリ磁性層を含む、前記フェリ磁性層と、
固定層と、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層との間にある非磁性スペーサ層と、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向する、
磁気抵抗構造体。
【請求項２】
前記フリー強磁性層の前記飽和磁化は、前記フリー・フェリ磁性層の前記飽和磁化を実質的に相殺する、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項３】
前記フェリ磁性層は、第１の材料及び第２の材料を含み、前記第１の材料の副格子の磁気モーメントは、前記第２の材料の副格子の磁気モーメントに対して反平行に整列される、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項４】
前記強磁性層の磁気モーメントは、前記第１の材料の磁気モーメントと平行に交換結合される、請求項３に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項５】
前記第１の材料はコバルト（Ｃｏ）を含み、前記第２の材料はガドリニウム（Ｇｄ）を含む、請求項３に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項６】
Ｃｏ及びＧｄの結合体の組成は６０％Ｃｏ及び４０％Ｇｄ（６０Ｃｏ４０Ｇｄ）であり、Ｇｄの磁気モーメントがＣｏＧｄの磁気モーメントを支配する、請求項５に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項７】
前記強磁性層は、（ｉ）鉄（Ｆｅ）、並びに（ｉｉ）コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びホウ素（Ｂ）の結合体（ＣｏＦｅＢ）のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項８】
前記フリー側は、（ｉ）鉄（Ｆｅ）を含む強磁性層、及び、コバルト（Ｃｏ）及びガドリニウム（Ｇｄ）を含むフェリ磁性層（Ｆｅ｜ＣｏＧｄ）、並びに（ｉｉ）コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びホウ素（Ｂ）を含む強磁性層（ＣｏＦｅＢ）、及び、コバルト（Ｃｏ）及びガドリニウム（Ｇｄ）を含むフェリ磁性層（ＣｏＦｅＢ｜ＣｏＧｄ）、のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項９】
前記フリー側は、７Å厚のＣｏＦｅＢ層及び９０Å厚のＣｏＧｄ層（７ÅＣｏＦｅＢ｜９０ÅＣｏＧｄ）を含む、請求項８に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１０】
キュリー温度より低い温度において、前記フェリ磁性層内で、異なる副格子上の原子の磁気モーメントは対向し、前記対向する磁気モーメントは等しいものではなく、自発磁化が残る、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１１】
前記固定層は、固定強磁性層、及び前記固定強磁性層に交換結合された反強磁性層を含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１２】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１３】
（ｉ）前記トンネル障壁層はトンネル磁気抵抗をもたらすように適合されること、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む前記トンネル障壁層はトンネル磁気抵抗をもたらすように適合されること、及び（ｉｉｉ）前記非磁性金属層は巨大磁気抵抗をもたらすように適合されることのうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１４】
前記強磁性層及び前記フェリ磁性層のうちの少なくとも１つが、前記トンネル接合層に近接する、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１５】
面内異方性磁場（Ｈｋ）は１０００エルステッドより大きい、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１６】
書き込み電流により、前記フリー強磁性層及び前記フリー・フェリ磁性層のうちの少なくとも１つの磁気モーメントを反転させるように適合された、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１７】
磁気抵抗メモリ・デバイスであって、
強磁性層と、
前記強磁性層と結合されたフェリ磁性層であって、磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及びフェリ磁性層を含む、フェリ磁性層と、
固定層と、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層の間にある非磁性スペーサ層と、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向し、
前記磁気抵抗メモリ・デバイスは、少なくても２方向の磁気モーメントに対応する少なくとも２つのデータ状態を格納する、
磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項１８】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項１９】
メモリ・セル内に格納されたデータは、前記フリー強磁性層及び前記フリー・フェリ磁性層のうちの少なくとも１つにおける磁気モーメントの方向に対応する、請求項１７に記載の磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項２０】
前記フェリ磁性層は、コバルト（Ｃｏ）を含む第１の材料と、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む第２の材料とを含む、請求項１７に記載の磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項２１】
強磁性層と、
前記強磁性層に結合されたフェリ磁性層であって、磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及びフェリ磁性層を含む、フェリ磁性層と、
固定層と、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層の間にある非磁性スペーサ層と、
前記固定層、前記非磁性スペーサ層、前記強磁性層及び前記フェリ磁性層が形成される基板と、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向する、
集積回路。
【請求項２２】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の集積回路。
【請求項２３】
磁気抵抗構造体を形成する方法であって、
強磁性層を形成することと、
前記強磁性層に結合されたフェリ磁性層を形成することであって、前記磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及び前記フェリ磁性層を含む、形成することと、
固定層を形成することと、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層の間にある非磁性スペーサ層を形成することと、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向する、
方法。
【請求項２４】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記フェリ磁性層は、コバルト（Ｃｏ）を含む第１の材料と、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む第２の材料とを含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、磁気抵抗構造体、スピントロニクス、メモリ及び集積回路に関する。より具体的には、本発明は、スピントルク・ベースの磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）を含む、スピントルク磁気抵抗構造体及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）は、磁性素子を標準的なシリコン・ベースの超小型電子技術と組み合わせて不揮発性メモリを実現するものである。例えば、シリコン・ベースの超小型電子技術には、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、相互接続、キャパシタ及びインダクタといった電子デバイスが含まれる。トランジスタは、電界効果トランジスタ及びバイポーラ・トランジスタを含む。他のＭＲＡＭは、他の半導体素子、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム又は他の半導体材料を含む素子と共に磁性素子を含むことができる。
【０００３】
ＭＲＡＭメモリ・セルは、２つのデータ状態（「１」及び「０」）に対応する２つの方向間で反転する（switched）磁気モーメントを格納する磁気抵抗構造体を含む。ＭＲＡＭセルにおいて、情報は、フリー磁性層の磁化方向として格納される。スピン注入（spin-transfer）型ＭＲＡＭメモリ・セルにおいては、書き込み電流を、ＭＲＡＭセルを構成する材料層のスタックを直接通すことによって、データ状態が「１」に又は「０」にプログラムされる。一般的に言えば、書き込み電流は、１つの層を通過することによってスピン分極され、その後に続くフリー磁性層にスピントルクを与える。トルクは、書き込み電流の極性に応じて、フリー磁性層の磁化を２つの安定状態間で反転させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｊ．Ｚ．Ｓｕｎ著、「Ｓｐｉｎ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｎａｎｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」、ＩＢＭ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、５０巻、第１、８１−１００ページ、２００６年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スピントルク・ベースの磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）を含む、スピントルク磁気抵抗構造体及びデバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の原理は、磁気抵抗構造体を提供する。
本発明の実施形態によれば、磁気抵抗構造体は、強磁性層と、強磁性層に結合されたフェリ磁性層と、固定層と、非磁性スペーサ層とを含む。磁気抵抗構造体のフリー側は強磁性層及びフェリ磁性層を含む。非磁性スペーサ層は、少なくとも部分的にフリー側と固定層の間に存在する。強磁性層の飽和磁化はフェリ磁性層の飽和磁化と対向する。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、磁気抵抗メモリ・デバイスと、磁気抵抗構造体を含む集積回路とを含む。磁気抵抗メモリ・デバイスは、磁気モーメントの少なくとも２つの方向に対応する少なくとも２つのデータ状態を格納する。集積回路は、固定層、非磁性スペーサ層、強磁性層及びフェリ磁性層が形成される基板をさらに含む。
【０００８】
非磁性スペーサ層は、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から成り、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層のようなトンネル障壁層、又は、巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層を含むことができる。
【０００９】
有利なことに、相殺の飽和磁化（Ｍｓ）及び高異方性磁場（Ｈｋ）を有する、強磁性層及びフェリ磁性層を含む二重層は、例えば、スピントルク反転デバイスなどの磁気抵抗構造体内にフリー層を形成する。更に別の利点は、従来のスピントルク移動磁気抵抗デバイスに必要な書き込み電流よりも小さい書き込み電流を用いて、フリー強磁性層の磁気モーメントの方向を変えるように適合された、本発明の構造体、デバイス、メモリ及び方法である。磁気抵抗メモリは、例えば、本発明の磁気抵抗デバイスの実施形態を含む磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）とすることができる。このＭＲＡＭは、従来のスピントルクＭＲＡＭに必要な書き込み電流よりも小さい書き込み電流を用いてデータを書き込むように適合される。本発明の態様は、例えば、スピントルク反転ナノ構造体内によりより小さいスイッチング電流をもたらすと同時に、ナノ磁石を熱励起反転（thermally activated reversal）に対して安定に保持する。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、目的及び利点は、添付の図面との関連で解釈されるべき、その例証的な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による、二重層の正味の磁化の関数としての面内異方性及び全エネルギーの例示的なグラフである。
【図２】スピントルク磁気抵抗構造体を示す。
【図３】本発明の実施形態による、トンネル障壁層に隣接する強磁性層を有するスピントルク構造体を示す。
【図４】本発明の実施形態による、トンネル障壁層に隣接するフェリ磁性層を有するスピントルク構造体を示す。
【図５】本発明の実施形態による、スピントルク構造体に書き込むステップを示す。
【図６】本発明の実施形態による、スピントルク構造体を形成する方法を示す。
【図７】本発明の実施形態による、例示的なパッケージ化集積回路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の原理を、ここで、例示的なスピントルク反転デバイス及びそれを使用するための方法との関連で説明する。しかしながら、本発明の技術は、ここで図示され、説明されるデバイス及び方法に限定されるものではないことを理解すべきである。本発明の実施形態はむしろ、スピントルク反転デバイスにおいてスイッチング電流を低減するための技術に向けられる。本発明の実施形態は、シリコン・ウェハ内又はその上に製作することができるが、代替的に本発明の実施形態は、これらに限定されるものではないが、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、リン化インジウムなどを含む他の材料を含むウェハ内又はその上に製作することもできる。本発明の実施形態は、下記に説明する材料を用いて製作することができるが、代替的な実施形態は他の材料を用いて製作することができる。図面は、一定の縮尺で描かれてはいない。図面によって描かれた種々の層の厚さは、必ずしも本発明の実施形態の層の厚さを示すものではない。分かりやすくするために、これらに限定されるものではないが、保護キャップ層、シード層、及び基礎をなす基板を含む、幾つかの当技術分野で周知の一般的に用いられている層は、図２−図５の図中には描かれていない。基板は、シリコンなどの半導体基板、又は任意の他の適切な構造体とすることができる。
【００１３】
「強磁性」材料は、磁場が存在しない場合であっても比較的大きな正味の磁化をもたらす、原子の磁気モーメントの平行整列を示す。平行整列効果は、キュリー温度と呼ばれる特定の臨界温度より低い温度でのみ生じる。強磁性体において、２つの隣接する磁気双極子は、パウリの原理のために同じ方向に整列する傾向がある、即ち、同じスピンを有する２つの電子は同様に同じ「位置」を有することはできず、これにより、反対のスピンを有する電子と比べて静電相互作用のエネルギーが効果的に小さくなる。
【００１４】
強磁性材料内の原子の磁気モーメントは、電子交換力によって生じる非常に強い相互作用を示し、その結果、原子の磁気モーメントの平行整列又は反平行整列が生ずる。交換力は、非常に大きくなることがあり、例えば１０００テスラのオーダーの磁場に等しいものとなることがある。交換力は、２つの電子のスピンの相対的配向に起因する量子力学的現象である。元素Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏ、並びにそれらの合金の多くは、典型的な強磁性材料である。強磁性材料の２つの明確な特性は、その自発磁化及び磁気秩序化温度（即ち、キュリー温度）の存在である。強磁性体における電子交換力は非常に大きいとはいえ、最終的には熱エネルギーが交換に打ち勝ち、ランダム化効果を生じさせる。これは、キュリー温度（Ｔｃ）と呼ばれる特定の温度で生じる。キュリー温度より低温において強磁性体は秩序化され、キュリー温度より高温では無秩序化される。飽和磁化は、キュリー温度でゼロになる。
【００１５】
「反強磁性」材料は、通常は、反対方向を向いて異なる副格子上で隣接するスピンに対して規則的なパターンで整列する電子のスピンに関連する、原子又は分子の磁気モーメントを有する材料である。一般に、反強磁性秩序は十分に低温において存在し、特定の温度、即ちネール温度以上で消滅する。ネール温度より高温において、材料は典型的には常磁性となる。外部磁場が印加されていない場合、反強磁性材料は、消滅した総磁化に対応する。磁場においては、反強磁性相においてフェリ磁性体のような挙動を示すことができ、副格子磁化の１つの絶対値は他の副格子のものとは異なり、ゼロでない正味の磁化をもたらし得る。
【００１６】
反強磁性体は、例えば、交換異方性として知られる、強磁性体の表面原子を反強磁性体の表面原子に対して整列させる機構（例えば、強磁性体膜を反強磁性体上で成長させる、又は整列磁場においてアニールされる）、を通じて強磁性体と結合することができる。これは、強磁性膜の配向を固定する（pin）能力をもたらす。反強磁性層が、その温度又はそれ以上の温度で、隣接する強磁性層の磁化方向を固定する能力を喪失する温度は、その層のブロッキング温度と呼ばれ、通常はネール温度よりも低い。
【００１７】
「フェリ磁性」材料は、異なる副格子上の原子の磁気モーメントが逆向きとなる材料である。しかしながら、フェリ磁性材料において、対向するモーメントは等しいものではなく、自発磁化が残る。これは、副格子が異なる材料又はイオン（例えば、Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋）から成る場合に起きる。フェリ磁性材料は、キュリー温度より低温において自発磁化を保持し、キュリー温度より高温において磁気秩序を示さない（常磁性である）という点で、強磁性体に類似する。しかしながら、２つの副格子が等しい磁気モーメントを有し、正味の磁気モーメントがゼロになる、キュリー温度より低い温度が存在することもあり、これは「磁化補償点」と呼ばれる。例えば、磁化補償点は、ガーネット及び希土類−遷移金属合金（ＲＥ−ＴＭ）で観察される。フェリ磁性体はまた、磁気副格子の角運動量が補償される「角運動量補償点」を示すこともある。フェリ磁性は、例えば、磁性ガーネット、マグネタイト（鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）酸化物；Ｆｅ３Ｏ４）、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）、並びに、鉄酸化物、及び、アルミニウム、コバルト、ニッケル、マンガン及び亜鉛のような他の元素からなるフェライトによって示される。
【００１８】
磁性材料の飽和磁化（Ｍｓ）とは、外部印加磁場Ｈの増大が磁性材料の磁化（即ち、磁性材料の磁場Ｂ）をそれ以上著しく増大させず、従って磁性材料の全磁場Ｂが横ばい状態になる、磁性材料の磁場である。飽和磁化は、特に強磁性材料の特性である。実際には、飽和以上で磁場Ｂは増大し続けるが、常磁性体の変化率において、磁場Ｂは、飽和より下で見られる強磁性体の変化率より、例えば３桁も小さくなり得る。外部印可磁場Ｈと磁性材料の磁場Ｂの間の関係は、透磁率、μ＝Ｂ／Ｈとして表すこともできる。強磁性材料の透磁率は一定ではなく、Ｈによって決まる。可飽和材料において、透磁率は、典型的には、Ｈと共に最大値まで増加し、次いで飽和に近づくと反転し、ゼロに向かって減少する。
【００１９】
磁気異方性は、材料の磁気的性質の方向依存性である。磁気的に「等方性」の材料は、ゼロ磁場において材料の磁気モーメントに対する優先的方向を持たず、一方、磁気的に異方性の材料は、その磁気モーメントを「容易軸」に対して整列させる傾向がある。磁気異方性には様々な原因があり、例えば、結晶磁気異方性の場合は、結晶の原子構造によって磁化に対する優先方向が導入され、形状異方性の場合は、粒子が完全に球形でないときには反磁場が全ての方向に対して等しくはならないので、１つ又は複数の容易軸が生じ、応力異方性の場合は、張力が磁気的挙動を変化させて磁気異方性をもたらし、交換異方性は、反強磁性材料と強磁性材料とが相互作用するときに生じる。「異方性磁場（Ｈｋ）」は、容易軸から材料の磁化を反転させることができる最も弱い磁場として定義することができる。
【００２０】
「巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）」とは、例えば、２つの磁性層（例えば、強磁性層又はフェリ磁性層）とそれらの２つの磁性層の間に非磁性層とを含む構造体のような特定の構造体において観察される、量子力学的磁気抵抗効果である。磁気抵抗効果は、２つの磁性層の磁化が平行である場合には、比較的少ない磁気散乱に起因する、顕著に低い非磁性層の電気抵抗として現れる。２つの磁性層の磁化は、例えば構造体を外部磁場の中に置くことによって平行にすることができる。磁気抵抗効果はさらに、２つの磁性層の磁化が反平行である場合には、比較的高い磁気散乱に起因する、顕著に高い非磁性層の電気抵抗として現れる。２つの磁性層の間の反強磁性結合のために、構造体が少なくとも部分的に外部磁場内にない場合、２つの磁性層の磁化は反平行となる。
【００２１】
本明細書で用いられる「非磁性金属」という用語は、強磁性ではないもの及び反強磁性ではないものを含めて、磁性ではない金属を意味する。
【００２２】
「トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）」は、「磁気トンネル接合（ＭＴＪ）」において生じる磁気抵抗効果である。ＭＴＪは、薄い絶縁体によって分離された２つの磁石からなる素子である。絶縁層が十分に薄い場合（典型的には数ナノメートル）、電子は、一方の磁石から他方の磁石へとトンネルすることができる。このプロセスは、古典物理学では禁制であるので、ＴＭＲは厳密に量子力学的現象である。
【００２３】
強磁性材料のキュリー温度は、これより高い温度ではその特徴的な強磁性能力を失う温度（例えば、鉄の場合には７６８℃）である。キュリー温度より低い温度において、磁気モーメントは、強磁性材料の磁気ドメイン内で少なくとも部分的に整列される。温度がキュリー温度に向かって上昇すると、各ドメイン内の整列（磁化）は減少する。キュリー温度を超えると、材料は純粋に常磁性となり、整列モーメントの磁化ドメインは存在しなくなる。
【００２４】
本明細書で用いられる「近接する」又は「〜に（対して）近接する」という用語は、限定ではないが、「当接する」、「接触する」、及び「作用可能に接触する」を包含する意味を有する。特に、磁気結合に関しての「近接する」又は「〜に近接する」は、限定ではないが、「作用可能に磁気的に結合している」ことを包含する。本明細書で用いられる「当接する」又は「当接している」という用語は、限定ではないが、「〜に（対して）近接している」ことを包含する意味を有する。
【００２５】
低いＭｓ及び高いＨｋの両方を有する単一の材料を成長させることは難問である（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献１を参照されたい）。
【００２６】
本発明の原理によれば、低い飽和磁化（Ｍｓ）及び高い異方性磁場（Ｈｋ）を有するフリー層材料を用いることは、スピントルク反転ナノ構造体におけるスイッチング電流を低下させる１つの方法である。低いＭｓ及び高いＨｋは、交換結合された強磁性層及びフェリ磁性層を含む特定の二重層構造体において同時に達成することができる。材料に関する重要な要件は、結合した強磁性層及びフェリ磁性層の磁気モーメントが、互いに付加されるのではなく、互いに相殺し合うことである。鉄（Ｆｅ）の強磁性層と、コバルト（Ｃｏ）及びガドリニウム（Ｇｄ）の合金のフェリ磁性層とを含む二重層（例えば、Ｆｅ｜ＣｏＧｄ）、並びに、Ｃｏ、Ｆｅ及びホウ素（Ｂ）の合金の強磁性層と、Ｃｏ及びＧｄの合金のフェリ磁性層とを含む二重層（例えば、ＣｏＦｅＢ｜ＣｏＧｄ）は、低いＭｓ及び高いＨｋの両方を有するこれらの特定の二重層構造体の例である。
【００２７】
ＣｏＧｄ層はフェリ磁性体であり、この場合、Ｃｏ及びＧｄの副格子の磁気モーメントが反平行に整列され、即ち、ＣｏＧｄフェリ磁性層の全飽和磁化は、Ｍｓ＿ｔｏｔ＝Ｍｓ＿Ｃｏ−Ｍｓ＿Ｇｄで与えられ、ここで、Ｍｓ＿ｔｏｔは全飽和磁化であり、Ｍｓ＿ＣｏはＣｏの飽和磁化であり、Ｍｓ＿ＧｄはＧｄの飽和磁化である。室温において、ＣｏＧｄフェリ磁性層のＣｏ含有量が約８０％に近づくにつれて、ＣｏＧｄフェリ磁性層の正味の磁化はゼロに近づき、Ｃｏ及びＧｄの副格子からの磁気モーメントが互いにほぼ完全に相殺し合う。Ｃｏ含有量が約８０％を上回る場合、Ｍｓ＿ＣｏがＣｏＧｄフェリ磁性層の全磁気モーメントを支配する。Ｃｏ含有量が約８０％を下回る場合、Ｍｓ＿ＧｄがＣｏＧｄフェリ磁性層の全磁気モーメントを支配する。本発明の一実施形態については、ＣｏＧｄ組成は約６０％のＣｏ及び約４０％のＣｄ（６０Ｃｏ４０Ｇｄ）であり、Ｇｄの磁気モーメントが全磁気モーメントを支配する。本発明のＣｏＦｅＢ｜ＣｏＧｄ又はＦｅ｜ＣｏＧｄ二重層の実施形態において、Ｆｅ又はＣｏＦｅＢ強磁性層のＦｅ又はＣｏＦｅＢの磁気モーメントは、それぞれ、ＣｏＧｄフェリ磁性層内のＣｏ副格子の磁気モーメントと平行に交換結合される。従って、二重層の正味の磁化は、強磁性層及びフェリ磁性層の厚さの組み合わせを変えることにより、又はフェリ磁性層の組成を変えることにより、広範囲にわたって調節することができる。「二重層補償点」は、二重層内の２つの層からの磁気モーメントが互いに相殺し合う点である。二重層の組成及び／又は層厚を変化させて二重層補償点を調節することができる。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態による、二重層の正味の磁化の関数としての面内異方性１１０及び全エネルギー１２０の例示的なグラフ１００である。正味の磁化が二重層補償点（ゼロ磁化の点において水平軸と交差する線１３０で示される）を通過するとき、二重層の面内異方性磁場（Ｈｋ）の大きな増加が観察され（Ｈｋ点１１１を参照されたい）、一方、全エネルギー（Ｍｓ＊Ｈｋ）はおおよそ一定のままである。二重層補償点に近い組成を有する膜は、それらの低磁気モーメント及び高異方性磁場のゆえに、興味深い。
【００２９】
ＣｏＦｅＢ｜ＣｏＧｄ及びＦｅ｜ＣｏＧｄ二重層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むトンネル障壁と優れた材料適合性を有する。ＭｇＯトンネル障壁は、多くのスピントルク反転トンネル・デバイスに用いられる。例えば、７Å厚のＣｏＦｅＢ層及び９０Å厚のＣｏＧｄ層を含むフリー二重層（７ÅＣｏＦｅＢ｜９０ÅＣｏＧｄ）を有するＭＴＪ構造体は、摂氏２４０℃で２時間のアニールの後、ＴＭＲを面内電流トンネル法によって測定すると、約５０％を超えるＴＭＲ効果（即ち、５０％を超えるＭＴＪの抵抗の変化）を示す。ＭＴＪ構造体のＴＭＲは、Ｆｅ又はＣｏＦｅＢ強磁性層の厚さ、ＣｏＧｄフェリ磁性層の厚さ、ＭｇＯ障壁の厚さ及びアニール温度に強く依存する。さらに、接合抵抗と面積の積（ＲＡ）は、他のＣｏＦｅＢフリー層を有する他のＭＴＪよりも堆積後アニールに対して敏感であるように測定され、ＭｇＯ障壁の酸化とＣｏＧｄ含有フリー層の完全性との間に微妙なバランスが存在することが示された。要約すれば、ＣｏＦｅＢ｜ＣｏＧｄ及びＦｅ｜ＣｏＧｄ二重層は、スピントルク反転デバイス内のフリー層として用いることができる。
【００３０】
スピントルク反転磁気抵抗構造体又はスピントルク磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）は、ＭＴＪ内に、フリー強磁性層２１１を含むフリー側２１０と、トンネル障壁層２２０と、固定強磁性層２３１及び固定側反強磁性層２３２を含む固定側２３０とを含む、図２に示される２端子デバイス２００を含むことができる。トンネル接合は、フリー側２１０と固定（pinned）側２３０との間のトンネル障壁層２２０を含む。固定強磁性層２３１の磁気モーメントの方向は、固定側反強磁性層２３２によって（例えば、右向きの）方向に固定される。トンネル接合を通って下向きに流れる電流は、フリー強磁性層２１１の磁化を固定強磁性層２３１の磁化に対して平行に、例えば右向きにさせる（下向きは、図２の頂部から底部への垂直方向である）。トンネル接合を通って上向きに流れる電流は、フリー強磁性層２１１の磁化を固定強磁性層２３１の磁化に対して反平行に、例えば左向きにさせる。デバイス２００を通って上向き又は下向きに流れる、より小さな電流を用いて、フリー強磁性層２１１の磁化と固定強磁性層２３１の磁化との相対的配向に依存するデバイス１００の抵抗を読み取る。
【００３１】
従来のスピントルクＭＲＡＭには幾つかの課題がある。１つの課題は、ＭＲＡＭセルを反転させるのに必要とされる書き込み電流を低減させる必要性である。本発明の原理は、強磁性層及びフェリ磁性層を含む二重層をフリー層内に組み込むことによってこの問題を解決する。
【００３２】
本発明の一実施形態によるスピントルク・デバイスは、フリー側と、非磁性スペーサ層と、固定側とを含む。フリー側は、少なくとも２つの層を含む。固定側は、単一層又は多重層を含むことができる。非磁性スペーサ層は、トンネル障壁層（ＴＭＪデバイス）又は非磁性金属層（ＧＭＲデバイス）を含むことができる。トンネル障壁層は電気絶縁材料を含み、このトンネル障壁層に電圧及び磁化によって適切にバイアスがかけられたときに、電子がその中を通り抜ける。非磁性金属層は、導電性の非磁性金属層を含む。ＴＭＲデバイス又はＧＭＲデバイスの状態を読み取る場合、出力信号は、非磁性スペーサ層を横切る磁気抵抗信号から生成される。磁気抵抗信号は、非磁性スペーサがトンネル障壁層（ＴＭＲデバイス）である場合にはトンネル磁気抵抗に起因するものであり、又はスペーサが金属層（ＧＭＲデバイス）である場合には巨大磁気抵抗に起因するものである。
【００３３】
図３に示すように、本発明の一実施形態によるスピントルク構造体３００は、フリー側３１０、固定側２３０及びトンネル障壁層２２０を含む。フリー側３１０は、フリー・フェリ磁性層３１２と当接して交換結合したフリー強磁性層３１０を含む比較的薄いフリー二重層を含む。フリー側３１０は、トンネル障壁層２２０に当接する。具体的には、フリー強磁性層３１１は、トンネル障壁層２２０に当接する。トンネル接合２２０は、固定側２３０に当接する。
【００３４】
図４は、本発明の代替的な実施形態による、代替的なスピントルク構造体４００を示す。この代替的なスピントルク構造体４００は、フリー強磁性層とフリー・フェリ磁性層の配置が入れ替わっている点を除いて、スピントルク構造体３００に類似している。代替的なスピントルク構造体４００は、フリー側４１０と、固定側２３０と、トンネル障壁層２２０とを含む。フリー側４１０は、フリー強磁性層４１１に当接して交換結合したフリー・フェリ磁性層４１２を含む比較的薄いフリー二重層を含む。フリー側４１０は、トンネル障壁層２２０に当接する。具体的には、フリー・フェリ磁性層４１２は、トンネル障壁層２２０に当接する。トンネル接合２２０は、固定側２３０に当接する。
【００３５】
トンネル障壁層２２０は、例えば酸化マグネイスム（ＭｇＯ）を含むことができる。図３及び図４に示される実施形態において、トンネル障壁層２２０は、非磁性スペーサ層の一例である。巨大磁気抵抗に起因する磁気抵抗信号を有する他の実施形態は、トンネル障壁層の代わりに非磁性スペーサ層として非磁性金属層を含むことができる。非磁性金属層を含む実施形態は、例えば読み取り中又は書き込み中、トンネル障壁を含む実施形態と同様に動作するが、基礎となる磁気抵抗の物理学は、トンネル障壁層（トンネル磁気抵抗）と非磁性金属層（巨大磁気抵抗）との間で異なる。非磁性金属層は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、又はＲｕを含むことができる。
【００３６】
本発明の実施形態による、ＭＲＡＭメモリ又はＭＲＡＭメモリ・セルのようなスピントルク・デバイスは、例えば、スピントルク構造体３００又は代替的なスピントルク構造体４００を含む。１つ又は複数のＭＲＡＭメモリ・セルを含むＭＲＡＭは、シリコン、トランジスタ、電界効果トランジスタ、バイポーラ・トランジスタ、金属酸化膜半導体トランジスタ、ダイオード、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、別のメモリ・デバイス、相互接続、アナログ回路及びデジタル回路を含む電子デバイスのような、他の電子デバイス又は構造体をさらに含むことができる。ＭＲＡＭメモリ・セル内に格納されるデータは、フリー強磁性層及び／又はフリー・フェリ磁性層内の磁気モーメントの方向に対応する。
【００３７】
図３及び図４の実施形態において、固定側２３０は、固定強磁性体層２３１及び固定強磁性体層２３１に当接して交換結合した固定側反強磁性層２３２を含む。固定側２３０は、図３及び図４に示される層を含むが、本発明はそれに限定されるものではなく、固定側２３０の他の配置が当技術分野では周知であり、本発明の他の実施形態において用いることができる。
【００３８】
固定強磁性層２３１は、例えば、コバルトと鉄の第１の合金（ＣｏＦｅ）を含む２ナノメートル（ｎｍ）厚の層と、０．８ｎｍ厚のルテニウム（Ｒｕ）層と、コバルトと鉄の第２の合金（ＣｏＦｅ）を含む別の２ナノメートル（ｎｍ）厚の層とを含む、反平行（ＡＰ
層を含むことができる。代替的に、固定強磁性層２３１は、単純な固定層、例えば、コバルトと鉄の合金（ＣｏＦｅ）の３ｎｍ厚の層を含むことができる。
【００３９】
固定側反強磁性層２３２は、固定強磁性層２３１と強く交換結合して、固定強磁性層２３１を固定する。固定側反強磁性層２３２は、固定強磁性層２３１を特定の整列に固定するために用いられる。
【００４０】
固定側反強磁性層２３２は、例えば、イリジウムとマンガンを含む合金（ＩｒＭｎ）、白金とマンガンを含む合金（ＰｔＭｎ）、鉄とマンガンを含む合金（ＦｅＭｎ）、又はニッケルとマンガンを含む合金（ＮｉＭｎ）のような、マンガン（Ｍｎ）の合金を含むことができる。代替的に、固定側反強磁性層２３２は、異なる反強磁性材料を含むことができる。
【００４１】
図５は、スピントルク構造体５００の書き込み動作を示す。スピントルク構造体５００は、書き込み電流が印可されたスピントルク構造体３００を含むものとした。１つの場合において、書き込みは、スピントルク構造体５００を通って垂直方向に駆動される電子の流れを含む上向きの書き込み電流５１０Ａによって達成される。太い垂直線上の矢印の方向は、電子流の方向を指す。スピントルク構造体５００のデータ状態を変更するために、書き込み電流は、フリー強磁性層３１１の磁気モーメントを反転させる。フリー・フェリ磁性層はフリー強磁性層に強く交換結合されるので、フリー・フェリ磁性層３１２の磁気モーメントも反転される。固定強磁性層２３１の磁気モーメント５２１が例えば左向きの場合には、上向きの電流５１０Ａ内を流れる電子は左向きにスピン分極され、従って、フリー強磁性層３１１に対して、フリー強磁性層３１１の磁気モーメント５２２Ａを左へ反転させるトルクをかけることになる。これに対応して、フリー・フェリ磁性層３１２の磁気モーメント５２３Ａは右向きに反転されることになる。データ状態が既に、上向きの書き込み電流５１０Ａによって他の方法で誘起されたであろうデータ状態に対応している場合には、フリー強磁性層３１１の磁気モーメント５２２Ａ及びフリー・フェリ磁性層３１２の磁気モーメント５２３Ａは既に、それぞれ、左向き及び右向きに設定されており、上向きの電流５１０Ａによって反転されることにはならない。
【００４２】
逆に、電子の流れが、下向きの書き込み電流５１０Ｂの場合のように反対方向（下向き）である場合には、電子は右向きにスピン分極され、フリー強磁性層３１１の磁気モーメント５２２Ｂは、データ状態を変更するときに右向きに反転されることになる。従って、フリー・フェリ磁性層３１２の磁気モーメント５２３Ｂは、左向きに反転されることになる。データ状態が既に、下向きの書き込み電流５１０Ｂによって他の方法で誘起されたであろうデータ状態に対応している場合には、フリー強磁性層３１１の磁気モーメント５２２Ｂ及びフリー・フェリ磁性層３１２の磁気モーメント５２３Ｂは既に、それぞれ右向き及び左向きに設定されており、下向きの電流５１０Ｂによって反転されることにはならない。
【００４３】
固定強磁性層２３１の磁気モーメント５２１の方向は、例えば、印加磁場内での高温アニールを用いて設定される。
【００４４】
スピントルク構造体３００の読み取りを考える。一実施形態において、トンネル障壁層２２０の抵抗を読み取るために、書き込み電流より小さい読み取り電流が印加される。読取り電流は、スピントルク構造体３００を通って上部から底部へ又は底部から上部へと流れるように、スピントルク構造体３００を横切って印可される。トンネル障壁層２２０の抵抗は、フリー強磁性層３１１の相対的磁気配向（磁気モーメントの方向）に依存する。磁気配向が平行である場合には、トンネル障壁層２２０の抵抗は比較的低い。磁気配向が反平行である場合には、トンネル障壁層２２０の抵抗は相対的に高い。前述のように、トンネル障壁層２２０の抵抗はトンネル磁気抵抗に起因するものであり、トンネル障壁層２２０の代わりに非磁性スペーサ層として用いることができる非磁性金属層の抵抗は巨大磁気抵抗に起因するものである。印可された読み取り電流に対応する、スピントルク構造体３００の両側での電圧を測定することによって、スピントルク構造体３００を横切る抵抗をオームの法則に従って計算することができる。トンネル障壁層２２０の抵抗はスピントルク構造体３００内の層の直列抵抗を支配するので、スピントルク構造体３００の抵抗を測定することによって、トンネル障壁層２２０の抵抗がある程度の精度で得られる。代替的な読み取り方法においては、スピントルク構造体３００を横切って読み取り電圧を印加して電流を測定し、そこからスピントルク構造体３００の抵抗が計算される。
【００４５】
代替的なスピントルク構造体４００の読み取り及び書き込み動作は、代替的なスピントルク構造体４００において、スピントルク構造体３００内の強磁性層３１１の代わりに機能するのはフェリ磁性層４１２であるという点を除いて、スピントルク構造体３００について上述した読み取り及び書き込み動作と類似している。データ状態を変更する際に、フェリ磁性層４１２は、書き込み電流内を流れる電子に直接に影響を受ける。書き込み電流内の電子は、フリー・フェリ磁性層４１２にトルクを加えて、フリー・フェリ磁性層４１２の磁気モーメントを反転させる。フリー強磁性層４１１の磁気モーメントは、フリー・フェリ磁性層４１２と強く交換結合した結果として反転することになる。読み取りにおいて、トンネル障壁層の磁気抵抗は、フリー・フェリ磁性層４１２及びトンネル障壁層に当接する固定側層（例えば、固定フェリ磁性層）の相対的配向によって決定されるであろう。
【００４６】
図６は、本発明の実施形態による、スピントルク構造体を形成する方法６００を示す。例えば、スピントルク構造体は、スピントルク構造体３００、代替的なスピントルク構造体４００、又はＭＲＡＭメモリ・セルを含む。方法６００のステップは、図示された順序以外で行われることもある。
【００４７】
第１のステップ６１０は、固定側反強磁性層、例えば固定側反強磁性層２３２を形成することを含む。
第２のステップ６２０は、固定強磁性層、例えば固定強磁性層２３１を形成することを含む。固定側反強磁性層は、固定強磁性層と交換結合し、これに当接する。
第３のステップ６３０は、トンネル障壁層を形成することを含む。例えば、トンネル障壁層は、トンネル障壁層２２０を含む。トンネル障壁層は、固定強磁性層に当接する。
第４のステップ６４０は、フリー強磁性層、例えばフリー強磁性層３１１を形成することを含む。フリー強磁性層は、トンネル障壁層に当接する。
第５のステップ６５０は、フリー・フェリ磁性層、例えばフリー・フェリ磁性層３１２を形成することを含む。フリー・フェリ磁性層は、フリー強磁性層と交換結合し、これに当接する。
【００４８】
代替的な方法によれば、第３のステップ６３０は、トンネル障壁層の代わりに非磁性金属層を形成することを含み、ここで固定強磁性層及びフリー強磁性層は、非磁性金属層に当接する。
【００４９】
別の代替的な方法によれば、トンネル障壁層に当接するフリー強磁性層の代わりに、フリー・フェリ磁性層がトンネル障壁層に当接するように、層が形成される。
【００５０】
さらに別の代替的な方法によれば、第１のステップ（６１０）及び第２のステップ（６２０）は、固定側反強磁性層２３２及び固定強磁性層２３１の組み合わせとは異なる１つ又は複数の層を含むことができる固定側を形成する代替的なステップに置き換えられる。
【００５１】
図７は、本発明の実施形態による例示的なパッケージ化集積回路７００を示す断面図である。パッケージ化集積回路７００は、リードフレーム７０２と、リードフレームに取り付けられたダイ７０４と、プラスチック封入モールド７０８とを含む。図７は、１つのタイプの集積回路パッケージのみを示すが、本発明は、そのように限定されるものではなく、本発明の実施形態は、任意のタイプのパッケージに収容された集積回路ダイを含むことができる。
【００５２】
ダイ７０４は、本発明の実施形態に従った本明細書で説明された構造体を含み、他の構造体又は回路を含むことができる。例えば、ダイ７０４は、本発明の実施形態による少なくとも１つのスピントルク構造体又はＭＲＡＭ、例えばスピントルク構造体３００、４００及び５００、並びに本発明の方法（例えば、図６の方法）に従って形成された実施形態を含む。例えば、他の構造体又は回路は、シリコン、トランジスタ、電界効果トランジスタ、バイポーラ・トランジスタ、金属酸化膜半導体トランジスタ、ダイオード、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、別のメモリ・デバイス、相互接続、アナログ回路及びデジタル回路を含む電子デバイスを含むことができる。スピントルク構造体又はＭＲＡＭは、半導体基板上又はその中に形成することができ、ダイは基板も含む。
【００５３】
本発明による集積回路は、アプリケーション、ハードウェア及び／又は電子システム内で使用することができる。本発明を実施するのに適切なハードウェア及びシステムには、これらに限定されるものではないが、パーソナル・コンピュータ、通信ネットワーク、電子商取引システム、携帯型通信デバイス（例えば、携帯電話）、固体媒体記憶デバイス、機能回路などが含まれる。このような集積回路を組み込んだシステム及びハードウェアは、本発明の一部と見なされる。本明細書において提示された本発明の教示があれば、当業者であれば、本発明の技術の他の実施及び応用を企図することができるであろう。
【００５４】
本発明の例示的な実施形態を添付の図面を参照しながら本明細書において説明してきたが、本発明は、それらの正確な実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、その中で種々の他の変更及び修正を行い得ることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００５５】
２００：２端子デバイス
２１０、３１０、４１０：フリー側
２１１、３１１、４１１：フリー強磁性層
２２０：トンネル障壁層（トンネル接合）
２３０：固定側
２３１：固定強磁性層
２３２：固定側反強磁性層
３００、４００、５００：スピントルク構造体
３１２、４１２：フリー・フェリ磁性層
５１０Ａ：上向きの書き込み電流
５１０Ｂ：下向きの書き込み電流
５２１、５２２Ａ、５２２Ｂ、５２３Ａ、５２３Ｂ：磁気モーメント
７００：パッケージ化集積回路
７０２：リードフレーム
７０４：ダイ
７０８：プラスチック封入モールド
【図１】
2012531743.tif 000003
【図２】
2012531743.tif 000004
【図３】
2012531743.tif 000005
【図４】
2012531743.tif 000006
【図５】
2012531743.tif 000007
【図６】
2012531743.tif 000008
【図７】
2012531743.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月10日(2012.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗構造体であって、
強磁性層と、
前記強磁性層と結合されたフェリ磁性層であって、前記磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及び前記フェリ磁性層を含む、前記フェリ磁性層と、
固定層と、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層との間にある非磁性スペーサ層と、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向する、
磁気抵抗構造体。
【請求項２】
前記強磁性層の前記飽和磁化は、前記フェリ磁性層の前記飽和磁化を実質的に相殺する、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項３】
前記フェリ磁性層は、第１の材料及び第２の材料を含み、前記第１の材料の副格子の磁気モーメントは、前記第２の材料の副格子の磁気モーメントに対して反平行に整列される、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項４】
前記強磁性層の磁気モーメントは、前記第１の材料の磁気モーメントと平行に交換結合される、請求項３に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項５】
前記第１の材料はコバルト（Ｃｏ）を含み、前記第２の材料はガドリニウム（Ｇｄ）を含む、請求項３に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項６】
Ｃｏ及びＧｄの結合体の組成は６０％Ｃｏ及び４０％Ｇｄ（６０Ｃｏ４０Ｇｄ）であり、Ｇｄの磁気モーメントがＣｏＧｄの磁気モーメントを支配する、請求項５に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項７】
前記強磁性層は、（ｉ）鉄（Ｆｅ）、並びに（ｉｉ）コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びホウ素（Ｂ）の結合体（ＣｏＦｅＢ）のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項８】
前記フリー側は、（ｉ）鉄（Ｆｅ）を含む強磁性層、及び、コバルト（Ｃｏ）及びガドリニウム（Ｇｄ）を含むフェリ磁性層（Ｆｅ｜ＣｏＧｄ）、並びに（ｉｉ）コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びホウ素（Ｂ）を含む強磁性層（ＣｏＦｅＢ）、及び、コバルト（Ｃｏ）及びガドリニウム（Ｇｄ）を含むフェリ磁性層（ＣｏＦｅＢ｜ＣｏＧｄ）、のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項９】
前記フリー側は、７Å厚のＣｏＦｅＢ層及び９０Å厚のＣｏＧｄ層（７ÅＣｏＦｅＢ｜９０ÅＣｏＧｄ）を含む、請求項８に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１０】
キュリー温度より低い温度において、前記フェリ磁性層内で、異なる副格子上の原子の磁気モーメントは対向し、前記対向する磁気モーメントは等しいものではなく、自発磁化が残る、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１１】
前記固定層は、固定強磁性層、及び前記固定強磁性層に交換結合された反強磁性層を含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１２】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１３】
（ｉ）前記トンネル障壁層はトンネル磁気抵抗をもたらすように適合されること、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む前記トンネル障壁層はトンネル磁気抵抗をもたらすように適合されること、及び（ｉｉｉ）前記非磁性金属層は巨大磁気抵抗をもたらすように適合されることのうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１４】
前記強磁性層及び前記フェリ磁性層のうちの少なくとも１つが、トンネル接合層に近接する、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１５】
面内異方性磁場（Ｈｋ）は１０００エルステッドより大きい、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１６】
書き込み電流により、前記強磁性層及び前記フェリ磁性層のうちの少なくとも１つの磁気モーメントを反転させるように適合された、請求項１に記載の磁気抵抗構造体。
【請求項１７】
磁気抵抗メモリ・デバイスであって、
強磁性層と、
前記強磁性層と結合されたフェリ磁性層であって、磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及びフェリ磁性層を含む、フェリ磁性層と、
固定層と、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層の間にある非磁性スペーサ層と、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向し、
前記磁気抵抗メモリ・デバイスは、少なくても２方向の磁気モーメントに対応する少なくとも２つのデータ状態を格納する、
磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項１８】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項１９】
メモリ・セル内に格納されたデータは、前記強磁性層及び前記フェリ磁性層のうちの少なくとも１つにおける磁気モーメントの方向に対応する、請求項１７に記載の磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項２０】
前記フェリ磁性層は、コバルト（Ｃｏ）を含む第１の材料と、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む第２の材料とを含む、請求項１７に記載の磁気抵抗メモリ・デバイス。
【請求項２１】
強磁性層と、
前記強磁性層に結合されたフェリ磁性層であって、磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及びフェリ磁性層を含む、フェリ磁性層と、
固定層と、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層の間にある非磁性スペーサ層と、
前記固定層、前記非磁性スペーサ層、前記強磁性層及び前記フェリ磁性層が形成される基板と、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向する、
集積回路。
【請求項２２】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の集積回路。
【請求項２３】
磁気抵抗構造体を形成する方法であって、
強磁性層を形成することと、
前記強磁性層に結合されたフェリ磁性層を形成することであって、前記磁気抵抗構造体のフリー側は前記強磁性層及び前記フェリ磁性層を含む、形成することと、
固定層を形成することと、
少なくとも部分的に前記フリー側と前記固定層の間にある非磁性スペーサ層を形成することと、
を含み、
前記強磁性層の飽和磁化は前記フェリ磁性層の飽和磁化と対向する、
方法。
【請求項２４】
前記非磁性スペーサ層は、（ｉ）トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、（ｉｉ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、トンネル磁気抵抗をもたらすように適合されたトンネル障壁層、及び（ｉｉｉ）巨大磁気抵抗をもたらすように適合された非磁性金属層のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記フェリ磁性層は、コバルト（Ｃｏ）を含む第１の材料と、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む第２の材料とを含む、請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
2012531743.tif 000010