[发明专利]具有渐变层的非易失性磁存储元件

权利要求书

1.一种非易失性磁存储元件，包括：

底部电极；

所述底部电极顶部上形成的晶种层；

所述晶种层顶部上形成的反铁磁钉扎层；

在所述反铁磁钉扎层顶部上形成的具有固定的磁性取向的固定 层；

在所述固定层顶部上形成的隧道层；

在所述隧道层顶部上形成的渐变自由层，所述渐变自由层具有相 对于所述固定层的磁性取向能改变的磁性取向，所述渐变自由层由被 磁性区域包围的非磁性化合物制成，所述非磁性化合物在所述渐变自 由层的厚度上变化，形成渐变含量的氧化物或氮化物，并且形状为颠 倒的锥形，所述渐变自由层对改变所述渐变自由层的磁性取向的翻转 电流作出响应，所述渐变自由层的磁性取向限定所述非易失性磁存储 元件所存储的状态；

在所述渐变自由层顶部上形成的帽层；以及

在所述帽层顶部上形成的顶部电极，

其中施加翻转电流以双向地通过所述底部电极或顶部电极，以翻 转所述非易失性磁存储元件的磁化状态。

2.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述隧道层 由从包括下述的组中选择的材料制成：二氧化钛(TiO₂)、氧化铝 (Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化铪(HfO₂)、氧化 锆(ZrO₂)、氮化钽(TaN)、氧化锶(SrO)、氧化钌(RuO)和氧化 锌(ZnO)。

3.根据权利要求2所述的非易失性磁存储元件，其中所述隧道层 包括小于50mol％的来自权利要求2的材料列表中的化合物。

4.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述帽层用 于将渐变自由层与顶部电极绝缘，并且采用这种方式，用于将所述渐 变自由层(26)与顶部电极(30)的任何微结构效应相隔离。

5.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述帽层用 于将所述渐变自由层和与所述顶部电极相关联的微结构效应相隔离。

6.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述帽层由 从包括下述的组中选择的非晶材料制成：镍铌(NiNb)、镍锆(NiZr)、 镍铌锆(NiNbZr)、镍硅铌(NiSiNb)和镍硅锆(NiSiZr)。

7.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述帽层由 一层以上的层制成，其中所述一层以上的层之一由从包括下述的组中 选择的材料制成：铜(Cu)、金(Au)和钌(Ru)。

8.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述帽层具 有小于50纳米(nm)的厚度。

9.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述底部电 极由非磁性层并且使用反应离子刻蚀(RIE)工艺制成，所述反铁磁钉 扎层(20)是基本上确定所述固定层(22)的磁化方向的AF磁性层。

10.根据权利要求9所述的非易失性磁存储元件，其中所述非磁性 层是钽(Ta)。

11.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述底部电 极由钽(Ta)制成。

12.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中形成所述反 铁磁钉扎层以确定所述固定层的磁化方向。

13.根据权利要求1所述的非易失性磁存储元件，其中所述固定层 由所述反铁磁钉扎层顶部上形成的第一子固定层、所述第一子固定层 顶部上形成的合成反铁磁耦合层(34)、以及所述合成反铁磁(AF) 耦合层顶部上形成的第二子固定层制成。