公开(公告)号：US20120205758A1

公开(公告)日：2012-08-16

申请号：US12931866

申请日：2011-02-11

申请人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula ,  Cheng Horng

发明人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula ,  Cheng Horng

IPC分类号： H01L29/82 ,  H01L21/8246

CPC分类号： H01L29/66984 ,  B82Y40/00 ,  G11C11/16 ,  G11C11/161 ,  H01F10/1933 ,  H01F10/3254 ,  H01F10/3286 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/303 ,  H01L29/82 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12

摘要： A magnetic element is disclosed wherein first and second interfaces of a free layer with a Hk enhancing layer and tunnel barrier, respectively, produce enhanced surface perpendicular anisotropy to lower switching current or increase thermal stability in a magnetic tunnel junction (MTJ). In a MTJ with a bottom spin valve configuration where the Hk enhancing layer is an oxide, the capping layer contacting the Hk enhancing layer is selected to have a free energy of oxide formation substantially greater than that of the oxide. The free layer may be a single layer or composite comprised of an Fe rich alloy such as Co20Fe60B20. With a thin free layer, the interfacial perpendicular anisotropy may dominate the shape anisotropy to generate a magnetization perpendicular to the planes of the layers. The magnetic element may be part of a spintronic device or serve as a propagation medium in a domain wall motion device.

摘要翻译： 公开了一种磁性元件，其中具有Hk增强层和隧道势垒的自由层的第一和第二界面分别产生增强的表面垂直各向异性以降低开关电流或增加磁性隧道结（MTJ）中的热稳定性。 在具有底部自旋阀结构的MTJ中，其中Hk增强层是氧化物，选择与Hk增强层接触的覆盖层，以使氧化物形成的自由能基本上大于氧化物的自由能。 自由层可以是由富含Fe的合金如Co20Fe60B20组成的单层或复合材料。 利用薄的自由层，界面垂直各向异性可以支配形状各向异性以产生垂直于层的平面的磁化。 磁性元件可以是自旋电子器件的一部分或用作域壁运动装置中的传播介质。

公开(公告)号：US09006704B2

公开(公告)日：2015-04-14

申请号：US12931866

申请日：2011-02-11

申请人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula ,  Cheng Horng

发明人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula ,  Cheng Horng

IPC分类号： H01L33/04 ,  H01L29/66 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12 ,  G11C11/16 ,  H01F10/32 ,  H01F41/30 ,  B82Y40/00 ,  H01L29/82 ,  H01F10/193

CPC分类号： H01L29/66984 ,  B82Y40/00 ,  G11C11/16 ,  G11C11/161 ,  H01F10/1933 ,  H01F10/3254 ,  H01F10/3286 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/303 ,  H01L29/82 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12

摘要： A magnetic element is disclosed wherein first and second interfaces of a free layer with a Hk enhancing layer and tunnel barrier, respectively, produce enhanced surface perpendicular anisotropy to lower switching current or increase thermal stability in a magnetic tunnel junction (MTJ). In a MTJ with a bottom spin valve configuration where the Hk enhancing layer is an oxide, the capping layer contacting the Hk enhancing layer is selected to have a free energy of oxide formation substantially greater than that of the oxide. The free layer may be a single layer or composite comprised of an Fe rich alloy such as Co20Fe60B20. With a thin free layer, the interfacial perpendicular anisotropy may dominate the shape anisotropy to generate a magnetization perpendicular to the planes of the layers. The magnetic element may be part of a spintronic device or serve as a propagation medium in a domain wall motion device.

摘要翻译： 公开了一种磁性元件，其中具有Hk增强层和隧道势垒的自由层的第一和第二界面分别产生增强的表面垂直各向异性以降低开关电流或增加磁性隧道结（MTJ）中的热稳定性。 在具有底部自旋阀结构的MTJ中，其中Hk增强层是氧化物，选择与Hk增强层接触的覆盖层，以使氧化物形成的自由能基本上大于氧化物的自由能。 自由层可以是由富含Fe的合金如Co20Fe60B20组成的单层或复合材料。 利用薄的自由层，界面垂直各向异性可以支配形状各向异性以产生垂直于层的平面的磁化。 磁性元件可以是自旋电子器件的一部分或用作域壁运动装置中的传播介质。

公开(公告)号：US20140035074A1

公开(公告)日：2014-02-06

申请号：US14047130

申请日：2013-10-07

申请人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula

发明人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula

IPC分类号： H01L43/02 ,  H01L43/12

CPC分类号： H01L43/02 ,  G11C11/161 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12

摘要： A magnetic element is disclosed that has a composite free layer with a FM1/moment diluting/FM2 configuration wherein FM1 and FM2 are magnetic layers made of one or more of Co, Fe, Ni, and B and the moment diluting layer is used to reduce the perpendicular demagnetizing field. As a result, lower resistance x area product and higher thermal stability are realized when perpendicular surface anisotropy dominates shape anisotropy to give a magnetization perpendicular to the planes of the FM1, FM2 layers. The moment diluting layer may be a non-magnetic metal like Ta or a CoFe alloy with a doped non-magnetic metal. A perpendicular Hk enhancing layer interfaces with the FM2 layer and may be an oxide to increase the perpendicular anisotropy field in the FM2 layer. A method for forming the magnetic element is also provided.

摘要翻译： 公开了具有FM1 /力矩稀释/ FM2配置的复合自由层的磁性元件，其中FM1和FM2是由Co，Fe，Ni和B中的一种或多种构成的磁性层，并且力矩稀释层用于减少 垂直退磁场。 结果，当垂直表面各向异性支配形状各向异性以产生垂直于FM1，FM2层的平面的磁化时，实现较低的电阻x面积乘积和较高的热稳定性。 瞬时稀释层可以是非磁性金属如Ta或具有掺杂的非磁性金属的CoFe合金。 垂直的Hk增强层与FM2层接合，并且可以是氧化物以增加FM2层中的垂直各向异性场。 还提供了形成磁性元件的方法。

公开(公告)号：US20140015079A1

公开(公告)日：2014-01-16

申请号：US14032593

申请日：2013-09-20

申请人： Guenole Jan ,  Witold Kula ,  Ru Ying Tong ,  Yu Jen Wang

发明人： Guenole Jan ,  Witold Kula ,  Ru Ying Tong ,  Yu Jen Wang

IPC分类号： H01L43/10

CPC分类号： H01L43/10 ,  G01R33/098 ,  G01R33/1284 ,  G11B5/1278 ,  G11B5/3909 ,  G11C11/161 ,  H01L43/02 ,  H01L43/08 ,  H01L43/12

摘要： A MTJ for a spintronic device is disclosed and includes a thin seed layer that enhances perpendicular magnetic anisotropy (PMA) in an overlying laminated layer with a (Co/Ni)n composition or the like where n is from 2 to 30. The seed layer is preferably NiCr, NiFeCr, Hf, or a composite thereof with a thickness from 10 to 100 Angstroms. Furthermore, a magnetic layer such as CoFeB may be formed between the laminated layer and a tunnel barrier layer to serve as a transitional layer between a (111) laminate and (100) MgO tunnel barrier. There may be a Ta insertion layer between the CoFeB layer and laminated layer to promote (100) crystallization in the CoFeB layer. The laminated layer may be used as a reference layer, dipole layer, or free layer in a MTJ. Annealing between 300° C. and 400° C. may be used to further enhance PMA in the laminated layer.

摘要翻译： 公开了一种用于自旋电子器件的MTJ，并且包括薄层种子层，其通过（Co / Ni）n组合物等在上层叠层中提高垂直磁各向异性（PMA），其中n为2至30.种子层 优选为NiCr，NiFeCr，Hf，或其复合物，厚度为10〜100埃。 此外，可以在层压层和隧道势垒层之间形成诸如CoFeB的磁性层，以用作（111）层压体和（100）MgO隧道势垒之间的过渡层。 在CoFeB层和层叠层之间可以存在Ta插入层，以促进CoFeB层中的（100）结晶。 叠层可以用作MTJ中的参考层，偶极子层或自由层。 在300℃和400℃之间的退火可用于进一步增强层压层中的PMA。

公开(公告)号：US09048411B2

公开(公告)日：2015-06-02

申请号：US14047130

申请日：2013-10-07

申请人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula

发明人： Guenole Jan ,  Ru Ying Tong ,  Witold Kula

IPC分类号： H01L29/82 ,  H01L43/02 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12 ,  G11C11/16

CPC分类号： H01L43/02 ,  G11C11/161 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12

摘要： A magnetic element is disclosed that has a composite free layer with a FM1/moment diluting/FM2 configuration wherein FM1 and FM2 are magnetic layers made of one or more of Co, Fe, Ni, and B and the moment diluting layer is used to reduce the perpendicular demagnetizing field. As a result, lower resistance x area product and higher thermal stability are realized when perpendicular surface anisotropy dominates shape anisotropy to give a magnetization perpendicular to the planes of the FM1, FM2 layers. The moment diluting layer may be a non-magnetic metal like Ta or a CoFe alloy with a doped non-magnetic metal. A perpendicular Hk enhancing layer interfaces with the FM2 layer and may be an oxide to increase the perpendicular anisotropy field in the FM2 layer. A method for forming the magnetic element is also provided.

摘要翻译： 公开了具有FM1 /力矩稀释/ FM2配置的复合自由层的磁性元件，其中FM1和FM2是由Co，Fe，Ni和B中的一种或多种构成的磁性层，并且力矩稀释层用于减少 垂直退磁场。 结果，当垂直表面各向异性支配形状各向异性以产生垂直于FM1，FM2层的平面的磁化时，实现较低的电阻x面积乘积和较高的热稳定性。 瞬时稀释层可以是非磁性金属如Ta或具有掺杂的非磁性金属的CoFe合金。 垂直Hk增强层与FM2层接合，并且可以是氧化物以增加FM2层中的垂直各向异性场。 还提供了形成磁性元件的方法。

公开(公告)号：US08900884B2

公开(公告)日：2014-12-02

申请号：US13525502

申请日：2012-06-18

申请人： Witold Kula ,  Ru-Ying Tong ,  Guenole Jan ,  Yu-Jen Wang

发明人： Witold Kula ,  Ru-Ying Tong ,  Guenole Jan ,  Yu-Jen Wang

IPC分类号： H01L21/00 ,  H01L29/82

CPC分类号： H01L43/10 ,  H01L43/08 ,  H01L43/12

摘要： An all (111) MTJ stack is disclosed in which there are no transitions between different crystalline orientations when going from layer to layer. This is accomplished by providing strongly (111)-textured layers immediately below the MgO tunnel barrier to induce a (111) orientation therein.

摘要翻译： 公开了所有（111）MTJ堆叠，其中当从层到层不同时，不同结晶取向之间没有转变。 这通过在MgO隧道势垒正下方提供强（111） - 纹理层以在其中诱导（111）取向来实现。

公开(公告)号：US20130334629A1

公开(公告)日：2013-12-19

申请号：US13525502

申请日：2012-06-18

申请人： Witold Kula ,  Ru-Ying Tong ,  Guenole Jan ,  Yu-Jen Wang

发明人： Witold Kula ,  Ru-Ying Tong ,  Guenole Jan ,  Yu-Jen Wang

IPC分类号： H01L43/10 ,  H01L43/12

CPC分类号： H01L43/10 ,  H01L43/08 ,  H01L43/12

摘要： An all (111) MTJ stack is disclosed in which there are no transitions between different crystalline orientations when going from layer to layer. This is accomplished by providing strongly (111)-textured layers immediately below the MgO tunnel barrier to induce a (111) orientation therein.

摘要翻译： 公开了所有（111）MTJ堆叠，其中当从层到层不同时，不同结晶取向之间没有转变。 这通过在MgO隧道势垒正下方提供强（111） - 纹理层以在其中诱导（111）取向来实现。

公开(公告)号：US20130270523A1

公开(公告)日：2013-10-17

申请号：US13448557

申请日：2012-04-17

申请人： Yu-Jen Wang ,  Witold Kula ,  Ru-Ying Tong ,  Guenole Jan

发明人： Yu-Jen Wang ,  Witold Kula ,  Ru-Ying Tong ,  Guenole Jan

IPC分类号： H01L43/10 ,  H01L43/12

CPC分类号： G01R33/091 ,  G11B5/3906 ,  H01F10/123 ,  H01F10/3286 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/307 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H01L43/12 ,  Y10T428/1114 ,  Y10T428/1143

摘要： A boron or boron containing dusting layer such as CoB or FeB is formed along one or both of top and bottom surfaces of a free layer at interfaces with a tunnel barrier layer and capping layer to improve thermal stability while maintaining other magnetic properties of a MTJ stack. Each dusting layer has a thickness from 0.2 to 20 Angstroms and may be used as deposited, or at temperatures up to 400° C. or higher, or following a subsequent anneal at 400° C. or higher. The free layer may be a single layer of CoFe, Co, CoFeB or CoFeNiB, or may include a non-magnetic insertion layer. The resulting MTJ is suitable for STT-MRAM memory elements or spintronic devices. Perpendicular magnetic anisotropy is maintained in the free layer at temperatures up to 400° C. or higher. Ku enhancement is achieved and the retention time of a memory cell for STT-MRAM designs is increased.

摘要翻译： 在具有隧道势垒层和封盖层的界面处，在自由层的顶表面和底表面中的一个或两个上形成含硼或含硼的除尘层，以改善热稳定性，同时保持MTJ堆叠的其它磁性能 。 每个除尘层的厚度为0.2至20埃，可用于沉积，或在高达400℃或更高的温度下使用，或随后在400℃或更高温度下退火。 自由层可以是CoFe，Co，CoFeB或CoFeNiB的单层，或者可以包括非磁性插入层。 所得MTJ适用于STT-MRAM存储器元件或自旋电子器件。 垂直磁各向异性在高达400℃或更高的温度下保持在自由层中。 实现了Ku增强，并且用于STT-MRAM设计的存储单元的保留时间增加。

公开(公告)号：US20130224521A1

公开(公告)日：2013-08-29

申请号：US13406972

申请日：2012-02-28

申请人： Yu-Jen Wang ,  Witold Kula ,  Ru Ying Tong ,  Guenole Jan

发明人： Yu-Jen Wang ,  Witold Kula ,  Ru Ying Tong ,  Guenole Jan

IPC分类号： G11B5/66 ,  H01F41/22 ,  H01F41/14

CPC分类号： H01L43/12 ,  G01R33/093 ,  G11B5/3906 ,  G11B5/3909 ,  G11B5/3929 ,  G11B5/66 ,  G11B5/84 ,  G11C11/15 ,  G11C11/161 ,  H01F10/123 ,  H01F10/3272 ,  H01F10/3286 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/305 ,  H01L43/02 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H03B15/006 ,  Y10T428/1107 ,  Y10T428/1121 ,  Y10T428/1143

摘要： Enhanced Hc and Hk in addition to higher thermal stability to 400° C. are achieved in magnetic devices by adding dusting layers on top and bottom surfaces of a spacer in a synthetic antiferromagnetic (SAF) structure to give a RL1/DL1/spacer/DL2/RL2 reference layer configuration where RL1 and RL2 layers exhibit perpendicular magnetic anisotropy (PMA), the spacer induces antiferromagnetic coupling between RL1 and RL2, and DL1 and DL2 are dusting layers that enhance PMA. RL1 and RL2 layers are selected from laminates such as (Ni/Co)n, L10 alloys, or rare earth-transition metal alloys. The reference layer may be incorporated in STT-MRAM memory elements or in spintronic devices including a spin transfer oscillator. Dusting layers and a similar SAF design may be employed in a free layer for Ku enhancement and to increase the retention time of a memory cell.

摘要翻译： 通过在合成反铁磁（SAF）结构中在间隔物的顶表面和底表面上添加除尘层，得到RL1 / DL1 /间隔物/ DL2，在磁性器件中，除了通过在400℃下的更高的热稳定性之外，增强了Hc和Hk / RL2参考层配置，其中RL1和RL2层表现出垂直的磁各向异性（PMA），间隔物引起RL1和RL2之间的反铁磁耦合，DL1和DL2是增强PMA的除尘层。 RL1和RL2层选自诸如（Ni / Co）n，L10合金或稀土 - 过渡金属合金的层压体。 参考层可以并入STT-MRAM存储元件或包括自旋转移振荡器的自旋电子器件中。 可以在用于Ku增强的自由层中使用除尘层和类似的SAF设计，并增加存储器单元的保留时间。

公开(公告)号：US08871365B2

公开(公告)日：2014-10-28

申请号：US13406972

申请日：2012-02-28

申请人： Yu-Jen Wang ,  Witold Kula ,  Ru Ying Tong ,  Guenole Jan

发明人： Yu-Jen Wang ,  Witold Kula ,  Ru Ying Tong ,  Guenole Jan

IPC分类号： H01F10/32 ,  G01R33/09 ,  G11C11/15 ,  G11B5/39

CPC分类号： H01L43/12 ,  G01R33/093 ,  G11B5/3906 ,  G11B5/3909 ,  G11B5/3929 ,  G11B5/66 ,  G11B5/84 ,  G11C11/15 ,  G11C11/161 ,  H01F10/123 ,  H01F10/3272 ,  H01F10/3286 ,  H01F10/3295 ,  H01F41/305 ,  H01L43/02 ,  H01L43/08 ,  H01L43/10 ,  H03B15/006 ,  Y10T428/1107 ,  Y10T428/1121 ,  Y10T428/1143

摘要： Enhanced Hc and Hk in addition to higher thermal stability to 400° C. are achieved in magnetic devices by adding dusting layers on top and bottom surfaces of a spacer in a synthetic antiferromagnetic (SAF) structure to give a RL1/DL1/spacer/DL2/RL2 reference layer configuration where RL1 and RL2 layers exhibit perpendicular magnetic anisotropy (PMA), the spacer induces antiferromagnetic coupling between RL1 and RL2, and DL1 and DL2 are dusting layers that enhance PMA. RL1 and RL2 layers are selected from laminates such as (Ni/Co)n, L10 alloys, or rare earth-transition metal alloys. The reference layer may be incorporated in STT-MRAM memory elements or in spintronic devices including a spin transfer oscillator. Dusting layers and a similar SAF design may be employed in a free layer for Ku enhancement and to increase the retention time of a memory cell.

摘要翻译： 通过在合成反铁磁（SAF）结构中在间隔物的顶表面和底表面上添加除尘层，得到RL1 / DL1 /间隔物/ DL2，在磁性器件中，除了通过在400℃下的更高的热稳定性之外，增强了Hc和Hk / RL2参考层配置，其中RL1和RL2层表现出垂直的磁各向异性（PMA），间隔物引起RL1和RL2之间的反铁磁耦合，DL1和DL2是增强PMA的除尘层。 RL1和RL2层选自诸如（Ni / Co）n，L10合金或稀土 - 过渡金属合金的层压体。 参考层可以并入STT-MRAM存储元件或包括自旋转移振荡器的自旋电子器件中。 可以在用于Ku增强的自由层中使用除尘层和类似的SAF设计，并增加存储器单元的保留时间。