[发明专利]将氧化镁插入磁性记忆体应用所用的自由层

权利要求书

1.一种磁性元件，包括：

(a)一穿隧阻障层，为一第一金属氧化物层；

(b)一高介电常数增进层或一非磁性金属或合金层；以及

(c)一自由层，具有一第一表面以与所述穿隧阻障层形成一第一界面，具有一第二表面以与所述高介电常数增进层或所述非磁性金属或合金层形成一第二界面，并包括多个金属氧化物簇于所述第一表面与所述第二表面之间，其中所述多个金属氧化物簇的每一者与所述自由层形成一界面，以增进所述自由层中的垂直磁向异性；

其中所述多个金属氧化物簇具有非化学计量的氧化态。

2.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述穿隧阻障层、所述高介电常数增进层、与所述金属氧化物族包括氧化镁。

3.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层的厚度为5埃至15埃。

4.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层为钴、铁、钴铁、硼化钴铁、硼化钴、硼化铁、钴铁镍、与硼化钴铁镍的一或多者的单层或多层。

5.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层包括具有固有垂直磁向异性的高结晶向异性能量常数的材料，其为Heusler合金、有序L1₀或L1₁的材料、或稀土合金，Heusler合金为Ni₂MnZ、Pd₂MnZ、Co₂MnZ、Fe₂MnZ、Co₂FeZ、Mn₃Ge、或Mn₂Ga，其中Z为Si、Ge、Al、Ga、In、Sn、或Sb，有序L1₀或L1₁的材料的组成为MnAl、MnGa、或RT，其中R为Rh、Pd、Pt、Ir、或其合金，而T为Fe、Co、Ni、或其合金，而稀土合金的组成为TbFeCo、GdCoFe、FeNdB、或SmCo。

6.根据权利要求1所述的磁性元件，更包括一晶种层形成于一基板上、一参考层位于所述晶种层上、以及最上侧的一盖层，以得所述晶种层/所述参考层/所述穿隧阻障层/所述自由层/所述高介电常数增进层/所述盖层的设置，或所述晶种层/所述参考层/所述穿隧阻障层/所述自由层/所述非磁性金属或合金层/所述盖层的设置。

7.根据权利要求1所述的磁性元件，更包括一晶种层形成于一基板上、一参考层位于所述穿隧阻障层上、以及一盖层位于所述参考层上，以得所述晶种层/所述高介电常数增进层/所述自由层/所述穿隧阻障层/所述参考层/所述盖层的设置，或者所述晶种层/所述非磁性金属或合金层/所述自由层/所述穿隧阻障层/所述参考层/所述盖层的设置。

8.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述高介电常数增进层为含有一或多个氧化物的单层或积层，氧化物为氧化镁、氧化硅、钛酸锶、钛酸钡、钛酸钙、氧化镧铝、氧化锰、氧化钒、氧化铝、氧化钛、或氧化铪，且所述高介电常数增进层的电阻×面积值小于所述穿隧阻障层的电阻×面积值。

9.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述高介电常数增进层为氮化钛，或者包含组成为氧化镁、氧化硅、钛酸锶、钛酸钡、钛酸钙、氧化镧铝、氧化锰、氧化钒、氧化铝、氧化钛、或氧化铪的第一层与氮化钛的第二层。

10.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述金属氧化物簇包括元素M或包括元素M与元素Q，其中元素M与元素Q不同，元素M为镁、铝、硼、钙、钡、锶、钽、硅、锰、钛、锆、铪，而元素Q为硼、碳、铝、或过渡金属。

11.根据权利要求1所述的磁性元件，其中所述自由层、所述穿隧阻障层、所述高介电常数增进层、与所述非磁性金属或合金层，为磁阻随机存取记忆体、自旋转移扭矩-磁阻随机存取记忆体、或另一自旋电子装置的部分，且另一自旋电子装置为自旋扭矩振荡器、自旋霍尔效应装置、磁感测器、或生物感测器。