[发明专利]具有弱交换耦合的反铁磁层的磁性器件

说明书

技术领域

本发明涉及磁性器件，例如为可被用于自旋力矩振荡器的磁性器件。

背景技术

一些自旋力矩振荡器(STO)可以检测磁场的存在和强度，这是由于该磁场的自旋力矩在自由层感应的STO的磁振荡的变化。

发明内容

在一个示示例中，提供一种磁性器件，其包括具有磁各向异性的自由层，其中该磁各向异性至少部分地不均匀。磁性器件进一步包括邻近自由层且与自由层弱交换耦合的反铁磁层，其中该弱交换耦合减小自由层的磁各向异性的不均匀性。

在另一个示示例中，提供了一种用于制造磁性器件的方法。该方法可以包括形成至少具有部分地不均匀的磁各向异性的自由层并且邻近自由层形成反铁磁层，其中该反铁磁层减小该磁各向异性的不均匀性。

根据另一个示例示例，提供了一种系统，其包括电路和耦合到该电路的自旋力矩振荡器。该自旋力矩振荡器可以包含至少具有部分地不均匀的磁各向异性的自由层。该自旋力矩振荡器可以进一步包括与自由层弱交换耦合的至少一个反铁磁层，其中该弱交换耦合使得该反铁磁层减小磁各向异性的不均匀性。在自由层中，电流可以感应磁场，并且该自旋力矩振荡器提供与该磁场有关的信号给该电路。

本发明一个或更多的实例的细节将在附图和随后的描述中阐明。本发明其他的特征、目地以及优点将通过描述和附图以及权利要求而展现。

附图说明

图1为示出包括自旋力矩振荡器的器件的一个示例的方框图，该自旋力矩振荡器包括磁性器件，磁性器件包括与自由层弱交换耦合的至少一个反铁磁层。

图2A-2D为示出示例性的磁性器件的方框图，该磁性器件包括与自由层弱交换耦合的至少一个反铁磁层。

图3为示出用于制造磁性器件的示例方法的流程图，该磁性器件包括与自由层弱交换耦合的至少一个反铁磁层。

根据惯例，各个描述的特征不是按比例绘制而是以强调与本发明有关的特征作为目的而绘制。在所有附图和正文中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

在一些磁性器件中，通过器件的电流的引入导致在自由层中的磁矩反转，使得自由层的磁化(magnetization)振荡。磁矩的反转可以被称作自旋进动(spin precession)。自由层的自旋进动可以产生功率，其能被用于各种目的，从而支持相对高带宽无线通信。自由层不均匀的进动可以降低磁性器件的功率输出。这里描述的示例磁性器件包括至少一个反铁磁自由层，其可以帮助改进自由层的进动的均匀性，这可以帮助增加磁性器件的功率输出。反铁磁层可以被定位为邻近自由层，例如位于自由层的外周之上、之下或沿着自由层的外周，并且如下文所述与自由层弱交换耦合。反铁磁层的存在可以改进自由层的磁化的均匀性，这会支持更均匀的进动。通过这种方式，相比较其中磁性器件不包括弱交换耦合反铁磁层的示例，反铁磁层可以使得自由层的自旋进动更均匀并且更平稳。

自旋力矩振荡器可能会受到误差的影响，误差包括与感应的和期望的自旋进动响应有关的定时抖动(timing jitter)和相位噪声。这些误差可能由STO的自由层中的边缘钉扎效应引起。定时抖动指示磁化振荡中的循环时滞(cycle-to-cycle time lags)和变化。该变化可以降低期望的振荡性能和功率传递特性。这些误差和不均匀性可以减少STO的可靠性和准确度。

除减少磁性器件的功率输出之外，自由层的自旋进动在均匀性方面的改进可以减少相位噪声。相位噪声可以由自由层的不同原子不同步旋转磁矩引起。例如，自由层的一些原子可以使得磁矩旋转，而其他的原子会滞后。引入至少一个与自由层弱交换耦合的反铁磁层可以帮助自由层的原子同步旋转，使得自由层的进动速率更加恒定。另外，提高自由层自旋进动的均匀性还可以减少定时抖动。在一些示例中，减少定时抖动和相位噪声可以通过限定磁性器件的材料结构和几何形状以支持单个显著的磁化反转和进动模式实现。