公开(公告)号：US07672088B2

公开(公告)日：2010-03-02

申请号：US11472126

申请日：2006-06-21

申请人： Kunliang Zhang ,  Min Li ,  Yu-Hsia Chen ,  Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao

发明人： Kunliang Zhang ,  Min Li ,  Yu-Hsia Chen ,  Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao

IPC分类号： G11B5/39

CPC分类号： G11B5/3983 ,  B82Y10/00 ,  B82Y25/00 ,  G01R33/093 ,  G11B5/3906 ,  G11B5/3909 ,  G11C11/16 ,  H01F10/1936 ,  H01F10/3254 ,  H01F10/3259 ,  H01F10/3272 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/183 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12

摘要： A spin valve structure is disclosed in which an AP1 layer and/or free layer are made of a laminated Heusler alloy having Al or FeCo insertion layers. The ordering temperature of a Heusler alloy such as Co2MnSi is thereby lowered from about 350° C. to 280° C. which becomes practical for spintronics device applications. The insertion layer is 0.5 to 5 Angstroms thick and may also be Sn, Ge, Ga, Sb, or Cr. The AP1 layer or free layer can contain one or two additional FeCo layers to give a configuration represented by FeCo/[HA/IL]nHA, [HA/IL]nHA/FeCo, or FeCo/[HA/IL]nHA/FeCo where n is an integer ≧1, HA is a Heusler alloy layer, and IL is an insertion layer. Optionally, a Heusler alloy insertion scheme is possible by doping Al or FeCo in the HA layer. For example, Co2MnSi may be co-sputtered with an Al or FeCo target or with a Co2MnAl or Co2FeSi target.

摘要翻译： 公开了一种自旋阀结构，其中AP1层和/或自由层由具有Al或FeCo插入层的层状Heusler合金制成。 因此，Heusler合金（例如Co 2 MnSi）的排序温度从约350℃降低到280℃，这对于自旋电子器件应用是实用的。 插入层的厚度为0.5〜5埃，也可以是Sn，Ge，Ga，Sb或Cr。 AP1层或自由层可以含有一个或两个另外的FeCo层，以得到由FeCo / [HA / IL] nHA，[HA / IL] nHA / FeCo或FeCo / [HA / IL] nHA / FeCo表示的构型，其中 n是整数≥1，HA是Heusler合金层，IL是插入层。 任选地，通过在HA层中掺杂Al或FeCo，Heusler合金插入方案是可能的。 例如，Co2MnSi可以与Al或FeCo靶或Co2MnAl或Co2FeSi靶共溅射。

公开(公告)号：US20100037453A1

公开(公告)日：2010-02-18

申请号：US12589207

申请日：2009-10-20

申请人： Kunliang Zhang ,  Daniel Gabels ,  Min Li ,  Yu-Hsia Chen

发明人： Kunliang Zhang ,  Daniel Gabels ,  Min Li ,  Yu-Hsia Chen

IPC分类号： G11B5/127

CPC分类号： G11B5/398 ,  B82Y25/00 ,  G01R33/093 ,  G11B5/3906 ,  H01L43/08 ,  H01L43/12 ,  Y10T29/49044 ,  Y10T29/49046 ,  Y10T29/49048 ,  Y10T29/49052

摘要： Concerns about inadequate electromigration robustness in CCP CPP GMR devices have been overcome by adding magnesium to the current confining structures that are presently in use. In one embodiment the alumina layer, in which the current carrying copper regions are embedded, is fully replaced by a magnesia layer. In other embodiments, alumina is still used but a layer of magnesium is included within the structure before it is subjected to ion assisted oxidation.

摘要翻译： 通过向当前使用的当前限制结构添加镁，克服了对CCP CPP GMR器件的电迁移鲁棒性不足的担忧。 在一个实施例中，其中载流电铜区域的氧化铝层被氧化镁层完全替代。 在其它实施方案中，仍然使用氧化铝，但在进行离子辅助氧化之前，该结构中包含一层镁。

公开(公告)号：US07646568B2

公开(公告)日：2010-01-12

申请号：US11317598

申请日：2005-12-23

申请人： Kunliang Zhang ,  Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao ,  Yu-Hsia Chen ,  Min Li ,  Cherng-Chyi Han

发明人： Kunliang Zhang ,  Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao ,  Yu-Hsia Chen ,  Min Li ,  Cherng-Chyi Han

IPC分类号： G11B5/127

CPC分类号： G11B5/3906 ,  B82Y25/00 ,  G01R33/093 ,  Y10T29/49021

摘要： Improved magnetic devices have been fabricated by replacing the conventional seed layer (typically Ta) with a bilayer of Ru on Ta. Although both Ru and Ta layers are ultra thin (between 5 and 20 Angstroms), good exchange bias between the seed and the AFM layer (IrMn about 70 Angstroms thick) is retained. This arrangement facilitates minimum shield-to-shield spacing and gives excellent performance in CPP, CCP-CPP, or TMR configurations.

摘要翻译： 已经通过用Ta上的Ru的双层代替常规种子层（通常为Ta）来制造改进的磁性器件。 虽然Ru和Ta层都是超薄的（5到20埃之间），但保留种子和AFM层之间良好的交换偏差（约为70埃的IrMn）。 这种安排有助于最小的屏蔽间隔，并在CPP，CCP-CPP或TMR配置中提供出色的性能。

公开(公告)号：US20090257151A1

公开(公告)日：2009-10-15

申请号：US12456621

申请日：2009-06-19

申请人： Kunliang Zhang ,  Min Li ,  Yuchen Zhou ,  Soichi Oikawa ,  Kenichiro Yamada ,  Katsuhiko Koui

发明人： Kunliang Zhang ,  Min Li ,  Yuchen Zhou ,  Soichi Oikawa ,  Kenichiro Yamada ,  Katsuhiko Koui

IPC分类号： G11B5/33 ,  B05D5/00 ,  C23C14/35

CPC分类号： G01R33/098 ,  G01R33/1284 ,  G11C11/161 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  Y10T29/49032 ,  Y10T29/49043 ,  Y10T29/49044 ,  Y10T29/49046 ,  Y10T29/49048 ,  Y10T29/49052 ,  Y10T428/1107 ,  Y10T428/1114 ,  Y10T428/1121 ,  Y10T428/1129 ,  Y10T428/1136 ,  Y10T428/1143

摘要： A spin valve structure for a spintronic device is disclosed and includes a composite seed layer made of at least Ta and a metal layer having a fcc(111) or hcp(001) texture to enhance perpendicular magnetic anisotropy (PMA) in an overlying (Co/Ni)x multilayer. The (Co/Ni)x multilayer is deposited by a low power and high Ar pressure process to avoid damaging Co/Ni interfaces and thereby preserving PMA. As a result, only a thin seed layer is required. PMA is maintained even after annealing at 220° C. for 10 hours. Examples of GMR and TMR spin valves are described and may be incorporated in spin transfer oscillators and spin transfer MRAMs. The free layer is preferably made of a FeCo alloy including at least one of Al, Ge, Si, Ga, B, C, Se, Sn, or a Heusler alloy, or a half Heusler alloy to provide high spin polarization and a low magnetic damping coefficient.

摘要翻译： 公开了一种用于自旋电子器件的自旋阀结构，并且包括至少由Ta制成的复合种子层和具有fcc（111）或hcp（001）织构的金属层，以增强覆盖层（Co）中的垂直磁各向异性（PMA） / Ni）x多层。 （Co / Ni）x多层通过低功率和高Ar压力工艺沉积，以避免损坏Co / Ni界面，从而保留PMA。 结果，仅需要薄的种子层。 即使在220℃退火10小时后也保持PMA。 描述了GMR和TMR自旋阀的实例，并且可以结合在自旋转移振荡器和自旋转移MRAM中。 自由层优选由包括Al，Ge，Si，Ga，B，C，Se，Sn或Heusler合金或Heusler合金中的至少一种的FeCo合金制成，以提供高自旋极化和低磁性 阻尼系数。

公开(公告)号：US20090161266A1

公开(公告)日：2009-06-25

申请号：US12321901

申请日：2009-01-27

申请人： Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao ,  Min Li ,  Kunliang Zhang

发明人： Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao ,  Min Li ,  Kunliang Zhang

IPC分类号： G11B5/33 ,  G11B5/127

CPC分类号： H01L43/08 ,  B82Y40/00 ,  G11C11/161 ,  H01F10/3204 ,  H01F10/3254 ,  H01F10/3272 ,  H01F10/3281 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/303 ,  H01L43/12 ,  Y10T29/49032 ,  Y10T29/49034 ,  Y10T29/49041 ,  Y10T29/49046 ,  Y10T29/49048 ,  Y10T29/49052 ,  Y10T29/49067

摘要： A high performance TMR element is fabricated by inserting an oxygen surfactant layer (OSL) between a pinned layer and AlOx tunnel barrier layer in a bottom spin valve configuration. The pinned layer preferably has a SyAP configuration with an outer pinned layer, a Ru coupling layer, and an inner pinned layer comprised of CoFeXBY/CoFeZ wherein x=0 to 70 atomic %, y=0 to 30 atomic %, and z=0 to 100 atomic %. The OSL is formed by treating the CoFeZ layer with oxygen plasma. The AlOx tunnel barrier has improved uniformity of about 2% across a 6 inch wafer and can be formed from an Al layer as thin as 5 Angstroms. As a result, the Hin value can be decreased by ⅓ to about 32 Oe. A dR/R of 25% and a RA of 3 ohm-cm2 have been achieved for TMR read head applications.

摘要翻译： 通过在底部自旋阀配置中的钉扎层和AlOx隧道势垒层之间插入氧表面活性剂层（OSL）来制造高性能TMR元件。 钉扎层优选具有带外部被钉扎层，Ru耦合层和由CoFeXBY / CoFeZ组成的内部钉扎层的SyAP构型，其中x = 0至70原子％，y = 0至30原子％，z = 0 至100原子％。 OSL通过用氧等离子体处理CoFeZ层而形成。 AlOx隧道势垒在6英寸晶片上提高了约2％的均匀性，并且可以由薄至5埃的Al层形成。 结果，Hin值可以减少1/3至约32Oe。 对于TMR读头应用，已经实现了25％的dR / R和3ohm-cm 2的RA。

公开(公告)号：US20090122450A1

公开(公告)日：2009-05-14

申请号：US11983329

申请日：2007-11-08

申请人： Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao ,  Min Li ,  Kunliang Zhang

发明人： Hui-Chuan Wang ,  Tong Zhao ,  Min Li ,  Kunliang Zhang

IPC分类号： G11B5/33

CPC分类号： G11B5/3909 ,  B82Y10/00 ,  B82Y25/00 ,  G01R33/093 ,  G01R33/18 ,  G11B5/3906 ,  G11B5/3912 ,  G11B2005/3996 ,  G11C11/161 ,  H01F10/3254 ,  H01F10/3272 ,  H01F10/3295 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12 ,  Y10T428/1114

摘要： A high performance TMR sensor is fabricated by employing a free layer comprised of CoBX with a λ between −5×10−6 and 0 on a MgOX tunnel barrier. Optionally, a FeCo/CoBX free layer configuration may be used where x is about 1 to 30 atomic %. Trilayer configurations represented by FeCo/CoFeB/CoBX, FeCo/CoBX/CoFeB, FeCoY/CoFeW/CoBX, or FeCoY/FeB/CoBX may also be employed. Alternatively, CoNiFeB or CoNiFeBM formed by co-sputtering CoB with CoNiFe or CoNiFeM, respectively, where M is V, Ti, Zr, Nb, Hf, Ta, or Mo may be substituted for CoBx in the aforementioned embodiments. A 15 to 30% in improvement in TMR ratio over a conventional CoFe/NiFe free layer is achieved while maintaining a low Hc and RA

摘要翻译： 通过在MgOX隧道屏障上采用包含-5×10-6和0之间的λ的CoBX自由层来制造高性能TMR传感器。 可选地，可以使用Fe约为1〜30原子％的FeCo / CoBX自由层构型。 还可以使用由FeCo / CoFeB / CoBX，FeCo / CoBX / CoFeB，FeCoY / CoFeW / CoBX或FeCoY / FeB / CoBX表示的三层结构。 或者，在上述实施方式中，可以将CoB与分别与CoNiFe或CoNiFeM（其中M为V，Ti，Zr，Nb，Hf，Ta或Mo）共溅射而形成的CoNiFeB或CoNiFeBM代替CoBx。 在保持低Hc和RA <3欧姆 - um2的同时，实现了常规CoFe / NiFe自由层的TMR比提高15至30％。 在双层或三层实施例中，通过组合CoBx（-1）和具有正λ的一个或多个层来实现-5×10 -6和5×10 -6之间的λ。

公开(公告)号：US20090009907A1

公开(公告)日：2009-01-08

申请号：US11825034

申请日：2007-07-03

申请人： Kunliang Zhang ,  Min Zheng ,  Min Li ,  Chen-Jung Chien ,  Cherng-Chyi Han

发明人： Kunliang Zhang ,  Min Zheng ,  Min Li ,  Chen-Jung Chien ,  Cherng-Chyi Han

IPC分类号： G11B5/127 ,  G11B5/147

CPC分类号： G11B5/3116 ,  G11B5/1278

摘要： A laminated main pole layer is disclosed in which a non-AFC scheme is used to break the magnetic coupling between adjacent high moment layers and reduce remanence in a hard axis direction while maintaining a high magnetic moment and achieving low values for Hch, Hce, and Hk. An amorphous material layer with a thickness of 3 to 20 Angstroms and made of an oxide, nitride, or oxynitride of one or more of Hf, Zr, Ta, Al, Mg, Zn, or Si is inserted between adjacent high moment stacks. The laminated structure also includes an alignment layer below each high moment layer within each stack. In one embodiment, a Ru coupling layer is inserted between two high moment layers in each stack to introduce an AFC scheme. An uppermost Ru layer is used as a CMP stop layer. A post annealing process may be employed to further reduce the anisotropy field (Hk).

摘要翻译： 公开了一种层叠主极层，其中使用非AFC方案来破坏相邻的高力矩层之间的磁耦合，并且在保持高磁矩的同时降低硬轴方向的剩磁，并实现Hch，Hce和 Hk。 由Hf，Zr，Ta，Al，Mg，Zn或Si中的一种或多种的氧化物，氮化物或氧氮化物形成的厚度为3〜20埃的无定形材料层插入相邻的高强度叠层之间。 层叠结构还包括在每个堆叠内的每个高力矩层下面的对准层。 在一个实施例中，Ru耦合层插入每个堆叠中的两个高矩层之间以引入AFC方案。 使用最上层的Ru层作为CMP停止层。 可以采用后退火工艺来进一步降低各向异性场（Hk）。

公开(公告)号：US20080171223A1

公开(公告)日：2008-07-17

申请号：US11652740

申请日：2007-01-12

申请人： Hui-Chuan Wang ,  Kunliang Zhang ,  Tong Zhao ,  Min Li

发明人： Hui-Chuan Wang ,  Kunliang Zhang ,  Tong Zhao ,  Min Li

IPC分类号： B32B15/20 ,  B05D5/12

CPC分类号： H01F10/30 ,  B82Y10/00 ,  B82Y25/00 ,  B82Y40/00 ,  G11B5/3906 ,  G11B5/3909 ,  H01F10/3254 ,  H01F10/3259 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/302 ,  H01L43/10 ,  Y10T428/1291

摘要： A MTJ structure is disclosed in which the seed layer is made of a lower Ta layer, a middle Hf layer, and an upper NiFe or NiFeX layer where X is Co, Cr, or Cu. Optionally, Zr, Cr, HfZr, or HfCr may be employed as the middle layer and materials having FCC structures such as CoFe and Cu may be used as the upper layer. As a result, the overlying layers in a TMR sensor will be smoother and less pin dispersion is observed. The Hex/Hc ratio is increased relative to that for a MTJ having a conventional Ta/Ru seed layer configuration. The trilayer seed configuration is especially effective when an IrMn AFM layer is grown thereon and thereby reduces Hin between the overlying pinned layer and free layer. Ni content in the NiFe or NiFeX middle layer is above 30 atomic % and preferably >80 atomic %.

摘要翻译： 公开了一种MTJ结构，其中种子层由下Ta层，中Hf层和上NiFe或NiFeX层制成，其中X是Co，Cr或Cu。 可选地，可以使用Zr，Cr，HfZr或HfCr作为中间层，并且可以使用具有FCC结构的诸如CoFe和Cu的材料作为上层。 结果，TMR传感器中的上覆层将变得更平滑，并且观察到较少的引脚分散。 相对于具有常规Ta / Ru种子层构型的MTJ，Hex / Hc比增加。 当IrMn AFM层在其上生长时，三层种子构型特别有效，从而在覆盖的被钉扎层和自由层之间降低了Hin。 NiFe或NiFeX中间层的Ni含量在30原子％以上，优选为80原子％以上。

公开(公告)号：US07390530B2

公开(公告)日：2008-06-24

申请号：US10999826

申请日：2004-11-30

申请人： Hui-Chuan Wang ,  Min Li ,  Tong Zhao ,  Kunliang Zhang ,  Chyu-Jiuh Torng

发明人： Hui-Chuan Wang ,  Min Li ,  Tong Zhao ,  Kunliang Zhang ,  Chyu-Jiuh Torng

IPC分类号： B05D5/12

CPC分类号： B82Y25/00 ,  B82Y10/00 ,  G11B5/3909 ,  G11B5/3929 ,  G11B2005/3996 ,  Y10T29/49044 ,  Y10T428/11 ,  Y10T428/1107 ,  Y10T428/1121 ,  Y10T428/1129

摘要： The conventional free layer in a CPP GMR read head has been replaced by a tri-layer laminate comprising Co rich CoFe, moderately Fe rich NiFe, and heavily Fe rich NiFe. The result is an improved device that has a higher MR ratio than prior art devices, while still maintaining free layer softness and acceptable magnetostriction. A process for manufacturing the device is also described.

摘要翻译： CPP GMR读取头中的常规自由层已经被包含Co富CoFe，适度富Fe的NiFe和大量富Fe NiFe的三层层压体所代替。 结果是具有比现有技术的装置更高的MR比的改进的装置，同时仍然保持自由层柔软性和可接受的磁致伸缩。 还描述了用于制造该装置的方法。

公开(公告)号：US07333306B2

公开(公告)日：2008-02-19

申请号：US11209231

申请日：2005-08-23

申请人： Tong Zhao ,  Kunliang Zhang ,  Hui-Chuan Wang ,  Yu-Hsia Chen ,  Min Li

发明人： Tong Zhao ,  Kunliang Zhang ,  Hui-Chuan Wang ,  Yu-Hsia Chen ,  Min Li

IPC分类号： G11B5/127 ,  G11B5/33

CPC分类号： G01R33/093 ,  B82Y25/00 ,  Y10T29/49028 ,  Y10T29/49032 ,  Y10T29/49041 ,  Y10T29/49046 ,  Y10T428/1121

摘要： A TMR sensor, a CPP GMR sensor and a CCP CPP GMR sensor all include a tri-layered free layer that is of the form CoFe/CoFeB/NiFe, where the atom percentage of Fe can vary between 5% and 90% and the atom percentage of B can vary between 5% and 30%. The sensors also include SyAP pinned layers which, in the case of the GMR sensors include at least one layer of CoFe laminated onto a thin layer of Cu. In the CCP CPP sensor, a layer of oxidized aluminum containing segregated particles of copper is formed between the spacer layer and the free layer. All three configurations exhibit extremely good values of coercivity, areal resistance, GMR ratio and magnetostriction.

摘要翻译： TMR传感器，CPP GMR传感器和CCP CPP GMR传感器都包括三层自由层，其形式为CoFe / CoFeB / NiFe，其中Fe的原子百分比可以在5％和90％之间变化，原子 B的百分比可以在5％和30％之间变化。 这些传感器还包括SyAP钉扎层，其在GMR传感器的情况下包括层压在Cu薄层上的至少一层CoFe。 在CCPCPP传感器中，在间隔层和自由层之间形成一层含氧化铝的偏析铜颗粒。 所有这三种结构表现出非常好的矫顽力，面电阻，GMR比和磁致伸缩的值。