[发明专利]具有可调整磁致伸缩的磁阻元件以及包括磁阻元件的磁性设备

说明书

本公开涉及一种磁阻元件（1），包括：具有第一存储磁致伸缩的存储层（21）；具有第一感测磁致伸缩的感测层（23）；在存储和感测层（21，23）之间并且与存储和感测层（21，23）接触的阻挡层（22）；其中磁阻元件（1）还包括补偿铁磁层（25），所述补偿铁磁层（25）具有与第一存储磁致伸缩和/或感测磁致伸缩不同的第二磁致伸缩，并且适于补偿第一存储磁致伸缩和/或第一感测磁致伸缩，使得通过调整补偿铁磁层（25）的厚度，存储层（21）和/或感测层（23）的净磁致伸缩在‑10 ppm et +10 ppm之间可调整或者比‑10 ppm更为负。本公开涉及还涉及包括磁阻元件的磁性设备。

技术领域

本发明涉及具有可调整的磁致伸缩的磁阻元件以及包括磁阻元件的磁性设备。

背景技术

磁性隧道结在各种各样的应用中使用，也就是说包括MRAM、HDD读取头和磁性传感器。

磁性隧道结通常由包括MgO或AlO的绝缘阻挡或者隧道阻挡制成。隧道阻挡夹在两个铁磁层之间，诸如参考或存储层和感测层。铁磁层通常由基于Fe的合金制成，诸如CoFe或CoFeB。

铁磁层中的一个（通常参考层或存储层）可以通过磁性交换偏置耦合而由反铁磁层钉住（pin）。反铁磁层可以包括基于Co或Fe的合金，诸如CoFe。

参考或存储层和感测层可以包括SAF结构。此类SAF结构包括夹住非磁性层（例如Ru层）的两个铁磁层。非磁性层由于RKKY耦合而在磁性上耦合两个磁性层。两个铁磁层通常包括基于Fe的合金，诸如CoFe或CoFeB。

用于参考或存储层和感测层，或者用于SAF结构的铁磁层通常具有10 ppm以上的正磁致伸缩常数。因为构成层的不同金属级或氧化物/氮化物层可以引发磁性隧道结上的机械应力，所以这样的正磁致伸缩常数可能是有问题的。由于磁致伸缩效应，这样的应力改变磁性层的磁属性。

属性中的改变对于使用这样的磁性隧道结的设备的运转是有害的。例如，在MRAM设备的情况下，当写入位时，它可以导致高误差率。在传感器设备的情况下，机械应力可以引发灵敏度的降低。

此外，因为机械应力通常不会很好地受控制，所以它导致在晶片上设备之中或者在不同的晶片之中属性的广阔分散（wide dispersion），从而导致差的产量。

另一方面，不能直接地使用具有负或低的磁致伸缩的磁性层，因为它们不提供用于磁性隧道结的良好的电或磁属性（低TMR、低RKKY耦合、低交换偏置）。

US2008113220公开了用于采用合成反铁磁（SAF）自由层的磁性隧道结（MTJ）的方法和装置。MTJ包括经钉住的铁磁（FM）层、SAF和其间的遂穿阻挡。SAF具有邻近遂穿阻挡的第一较高自旋极化FM层，以及通过具有磁致伸缩的耦合层而与第一FM层期望地分离的第二FM层，所述磁致伸缩适于补偿第一FM层的磁致伸缩。这样的补偿将SAF的净磁致伸缩减小到接近零，甚至是在高自旋极化邻近遂穿阻挡的情况下。在没有其它MTJ属性上的不利影响的情况下获得较高的磁阻比率（MR）；NiFe组合对于第一和第二自由FM层是合期望的，其中较多的Fe在第一自由层中并且较少的Fe在第二自由层中。CoFeB和NiFeCo也在自由层中有用。

发明内容

本公开涉及一种磁阻元件，包括：具有第一存储磁致伸缩的存储层；具有第一感测磁致伸缩的感测层；在存储层和感测层之间并且与存储层和感测层接触的阻挡层；其中磁阻元件还包括补偿铁磁层，所述补偿铁磁层具有与第一存储磁致伸缩和/或感测磁致伸缩不同的第二磁致伸缩，并且适于补偿第一存储磁致伸缩和/或第一感测磁致伸缩，使得通过调整补偿铁磁层的厚度，存储层和/或感测层的净磁致伸缩在-10 ppm et +10 ppm之间可调整或者比-10 ppm更为负。

本公开还涉及包括磁阻元件的磁性设备。磁性设备可以包括基于MRAM的设备、传感器设备、HDD读取头设备或者要求（suing）磁阻元件的任何其它磁性设备。