具有弱交换耦合的反铁磁层的磁性器件的制作方法

专利名称：具有弱交换耦合的反铁磁层的磁性器件的制作方法
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
在一个不不例中，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。


图I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。
具体实施例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。在一些示例中,通过在自由层中限定易轴倾斜(easy-axis canting)来改进自由层进动的均匀性。例如，例如对于磁性器件的平面内结构或垂直结构(例如，自由层)，限定偏磁(bias)(易轴倾斜)。这个易轴倾斜可以帮助改进结构的相干进动和磁化摇摆，与没有与自由层弱交换耦合的反铁磁层的磁性器件相比，该结构具有更均匀的各向异性并将自由层弱交换耦合到反铁磁层。在一些示例中，磁性器件包括圆形、椭圆或圆柱的几何形状，这可以减小退磁(demagnetization)。另外,在一些示例中，磁性器件包括围绕器件外周的周边层，其可以帮助减小器件外围的钉扎和耦合以减小次级进动模式的可能性或强度。
图I为示出包括自旋力矩振荡器(STO)4的系统2的一个示例的方框图，自旋力矩振荡器4包括磁性器件6，磁性器件6包括与自由层10弱交换耦合的至少一个反铁磁层8。系统2可以进一步包括第一电路12、第二电路14，以及一个或多个处理器16和电流源18。在一些示例中，系统2可以是一个或多个器件。系统2的示例可以包括任何计算设备(例如，桌面个人计算机(PC)、移动设备、平板PC，等等)、无线设备(例如，蜂窝电话、无线电，等等)、卫星通信设备、雷达设备，以及任何其他的使用了 ST04的设备或系统。自旋力矩振荡器4可以通过磁性器件6检测磁场的存在。磁性器件6可以通过自由层10磁化的进动振荡频率的变化检测磁场。在一些示例中，磁性器件6可以为磁阻传感器，包括巨磁阻(GMR)器件或隧穿磁阻(TMR)器件中的至少一个。在其他的示例中，磁性器件6可以为任何其他类型的磁性器件或传感器。在一个示例中，磁性器件6的反铁磁(AFM)层8邻近自由层10。正如在这里使用的，邻近的层可以指至少部分地大致彼此物理接触(例如彼此直接邻近)的两个层。AFM层8可以由反铁磁材料构成。反铁磁材料是其中材料中的原子、离子或分子的磁矩在没有施加磁场时趋于呈现有序排列的材料。在一些示例中，反铁磁层8可以为弱反铁磁层。在一些示例中，自由层10由具有低矫顽力的材料构成，使得自由层10可以具有易于响应外部磁场而可旋转或可移动的磁矩(例如，在有外部磁场的情况下改变方向)。在一些示例中，自由层10可以由具有软磁化的铁磁材料构成。自由层10可以是具有磁各向异性的磁性自由层。具有磁各向异性的材料可以具有方向依赖的磁性。在一个不例中，磁各向异性大致垂直于自由层10的偏磁方向。偏磁方向可以沿着特定方位对齐磁矩。在其他的示例中，自由层10的磁各向异性可以与偏磁方向成另一个角度。在一些示例中，自由层10的磁各向异性至少部分不均匀。例如，由于部分不均匀的磁各向异性，所以自由层10的磁各向异性可以有局部变化。在这样的示例中，由于其它材料接近自由层10，所以磁各向异性可以出现不均匀性。例如，邻近自由层10的钉扎层可以导致自由层10中的边缘钉扎效应，其可以沿着紧邻钉扎层的表面扭曲自由层10的磁各向异性。在一个示例中，反铁磁层8与自由层10弱交换耦合。当反铁磁材料硬磁化使得铁磁材料的软磁化变动(Shift)时可以产性交换耦合。例如，将反铁磁层8交换耦合到自由层 10导致自由层10的磁化沿着反铁磁层8和自由层10之间的界面变动。在一个示例中，将反铁磁层8弱交换耦合到自由层10例如通过减小自由层10的磁化的分散效应减小了自由层10中各向异性的不均匀性。将反铁磁层8和自由层10之间的交换耦合选择为相对弱，使得自由层10的各向异性得以维持。在另一个示例中，将反铁磁层8弱交换耦合到自由层10改进了自由层10中各向异性的不均匀性。这里描述的弱交换耦合的任何两个层是与反铁磁层8和自由层10类似的弱交换耦合的层。由于弱交换耦合导致的弱交换偏磁可能出现在反铁磁层8和自由层10之间的界面。例如，自由层10的磁各向异性的不均匀性可以导致自由层10的磁滞回线具有一些局部变化、非线性或不对称。在一个这样的示例中，弱交换耦合可以减小磁各向异性的不均匀性，使得磁滞回线更平滑，而不会显著地变动磁滞回线。在另一个示例中，弱交换偏磁可以影响自由层10的磁各向异性。在一个示例中，弱交换耦合不会显著地减小对自由层10的各向异性/或磁滞翻转(switching)的热能影响。在另一个示例中，弱交换稱合不会感应自由层10中的磁各向异性。在另一个不例中，AFM层8和自由层10之间的弱交换f禹合基本上不会改变自由层10的各向异性。AFM层8的反铁磁特性可以被选择来实现弱交换耦合的这些结果中的任何一种。在一个示例中，自由层10的翻转磁场中的磁滞回线不会被弱交换耦合显著地改变。在一个示例中，弱交换耦合可以以大约-I到I奥斯特(CU之间的任意值变动反铁磁交换场(HJ。在另一个示例中，弱交换耦合可以变动Hrai在大约-5到50e之间的任意值。在另一个示例中，磁滞回线大约以OOe为中心。在其他的示例中，磁滞回线以其它的磁场强度值为中心。在一个示例中，反铁磁层8和自由层10之间的弱交换耦合不会导致钉扎自由层10的任意界面自旋。在一些示例中，倾斜角度尽可能的大而没有翻转磁化。电流源18可以提供电流给STO 4。电流源18可以为电池或任何其他的电流源。在一个示例中，施加到磁性器件6的电流为自旋极化电流19。STO 4通过利用磁阻和磁阻电流效应检测由自旋极化电流19感应的磁化。在一个示例中，自旋极化电流19直到来自电流源18的电流施加到磁性器件6中的层之后才被自旋极化。在一个示例中，自旋极化电流19可以驱动自由层10中的磁化的进动。自旋极化电流19的量可被选择来补偿进动中的任何能量损失。在另一个示例中，自旋极化电流19的方向可被选择来影响自由层10中的磁化进动的方向。AFM层8与自由层10的弱交换耦合效应导致在出现自旋极化电流19时自由层10磁化进动的改进，其接着可以改进这样的实施方式中的通信。在一个示例中，STO 4可以辅助系统2中芯片到芯片(chip-to-chip)的通信(例如，在第一电路12和第二电路14之间)。如这里使用的，“芯片到芯片”可以指其中多个器件或器件内的多个组件电耦合在一起的任何实施方式。器件的例子可以包括例如第一电路12和第二电路14等的任何电路、芯片、存储器、处理器、微控制器、视频卡等等。在一些例子中，系统2使用至少一个高速器件，例如，其工作频率以吉赫兹(GHz)或更高的单位计量。STO 4可以为用于第一电路12的局部振荡器。在一个示例中，STO 4可以输出与检测的磁场相关的信号到第一电路12。在一个示例中，与检测的磁场相关的信号是时钟信号11。第一电路12可以传递信号13到第二电路14，其中时钟信号11被用作用于信号13的载波频率。在一个示例中，在反铁磁层8和自由层10之间的弱交换耦合改进了时钟信号11的一致性和可靠性。在一个示例中，时钟信号11可以具有窄带宽、低抖动以及良好的相位噪声特性。在一些示例中，时钟信号11可以具有达到大约100兆赫兹(MHz)的带宽。在 一个示例中，时钟信号11可以具有在大约100千赫兹(MHz)到大约IOOMHz之间的带宽。利用STO 4来计时可以不需要耦合到第一电路12的局部振荡器(LO)电路。在其他的示例中，系统2可以包括附加的电路。例如，系统2可以包括超过一个的自旋力矩振荡器4。例如，系统2可以包括耦合到第二电路14并且用来解码载波频率的第二 ST0。在一些示例中，STO 4是自旋力矩纳米振荡器(STnO)。图I示出的系统2的示例仅仅为可以包括磁性器件6的系统的一个示例，该磁性器件6包括弱交换耦合到自由层10的AFM层8。例如，在包括磁性器件6的系统的另一个示例中，电流源18位于系统2外部。图2A-2D为示出了示例的磁性器件的方框图，磁性器件包括与自由层弱交换耦合的至少一个反铁磁层。磁性器件的示意性横截面在图2A-2D中示出。磁性器件可以具有任何合适的形状。图2A示出了磁性器件20的一个示例，其可以包含沿着层8、10之间的界面23弱交换耦合到自由层10的反铁磁层8。因为反铁磁层8可以被弱交换耦合到自由层10，相比于不包括AFM层8或不包括与自由层10弱交换耦合的AFM层8的磁性器件，自由层10中的磁各向异性更均匀。在一个示例中，由于与AFM层8弱交换耦合，自由层10上的边缘钉扎效应沿着界面23减小。自由层10上的边缘钉扎效应的减小可以使得自由层10能够更自由地进动，这可以帮助增加自由层10的进动的均匀性。在个示例中，易轴(easy-axis)被定义为可被倾斜来支持均匀磁化和相干反转以及用于平面内或垂直磁化的进动。在一个示例中，在自由层10中的磁化倾斜,或者超出自由层10的平面或在自由层10的平面内旋转，或之间的任何角度。在另一个示例中，倾斜的易轴可被限定在钉扎层中。在一个示例中，弱AFM耦合可被应用于磁化的任何方位。在一个示例中，自由层10可以为坡莫合金(permalloy)，也就是说，至少部分的由镍铁(NiFe)构成。例如，自由层10可以为大约80%的镍和20%的铁。自由层10其他的示例可以包含其他的镍铁成分或其他合适的材料。在一个示例中，自由层10的厚度可以是大约I到5纳米(nm)。在其他的示例中，自由层10可以为其他的厚度。反铁磁层8的示例可以包含猛(Mn)、钼猛(PtMn)、铱猛(IrMn)、镍猛(NiMn)、铁猛(FeMn)、钯钼锰(PdPtMn)，或它们的组合。在其他的示例中，AFM层8可以包含其他的材料。在一些示例中，AFM层8可以为大约I到5nm厚。在其他的示例中，AFM层8可以为其他的厚度。磁性器件20可进一步包含钉扎层22。钉扎层22可以为磁矩大致固定的参考层。钉扎层22的示例可以包含镍铁(NiFe)、镍铁合金、铁钴(FeCo)、镍铁钴(NiFeCo)中的至少一种或它们的组合。还可以将其他的合适材料用于钉扎层22。在一些示例中，自由层10的磁化相对于钉扎层22的固定磁场偏磁。由于自旋力矩振荡，所以磁性偏磁的自由层10使得自由层10的磁化能够进动。在一些示例中，钉扎层22的厚度比自由层10更大。在一个示例中，钉扎层22的厚度可以是大约I到20nm，比如大约3到20nm厚。在其他的示例中，钉扎层22可以为其他的厚度。在一些示例中，针对翻转磁场的强度选择钉扎层22的厚度；更厚的度钉扎层22产生更大的翻转磁场。在图2A的示例中，自由层10位于反铁磁层8和钉扎层22之间。也就是说，反铁磁层8可以设置在自由层10的第一侧面上并且钉扎层22可以设置在自由层10的和第一 侧面相反的第二侧面上。在一个示例中，反铁磁层8可以在磁性器件20内保持离钉扎层22相对的远(例如，相对于自由层10)，以帮助减小反铁磁层8与钉扎层22耦合的可能性。在一个示例中，钉扎层22的固定磁矩通过另外的反铁磁层进一步稳定。在一些示例中，磁性器件20还可以包含形成在钉扎层22上方的间隔层24。间隔层24的一个例子可以为非磁性间隔层。当磁系统20为巨磁阻(GMR)传感器时，非磁性间隔层24的一个示例可以为导电间隔层。作为另一个示例，当磁系统20的磁阻来源基于隧穿磁阻(TMR)效应时，间隔层24可以为非磁性、电绝缘的势垒层。在一个示例中，间隔层24可以为大约Inm厚。在其他的示例中，间隔层24可以为其他的厚度。图2B示出了隧穿磁阻(TMR)器件30的一个示例。TMR器件30可以包含隧穿势垒层36和弱交换耦合到自由层10的反铁磁层8。除钉扎层22之外，TMR器件30可以进一步包括第二钉扎层32。隧穿势垒层36可以为TMR器件30提供TMR功能。在一个示例中，隧穿势垒层36可以为氧化铝(AlOx)或氧化镁(MgOx)之一,或为任何其他的合适材料。在一个示例中，钉扎层22和第二钉扎层32可以具有相反的磁化并设置在自由层10的相对侧面上来提供期望极性的自旋极化电流。包括具有基本上相反磁化的两个钉扎层可以帮助控制自由层10的进动方向。在一些示例中，钉扎层22和第二钉扎层32可以邻近TMR器件30或距离TMR器件30 —定距离。图2C是巨磁阻(GMR)器件40的一个示例的方框图。在这个示例中，GMR器件40可以具有第一反铁磁层26和第二反铁磁层44。第一反铁磁层26可以弱交换耦合到自由层10的第一侧面25。第二反铁磁层44可以弱交换耦合到自由层10的第二侧面27。在这个示例中，第一侧面25与第二侧面27相对。反铁磁层26和44都改进了自由层10的磁各向异性的均匀性。将AFM层26或44定位在自由层10的顶部或底部上导致交换耦合分别通过水平表面25或27。附加弱AFM交换耦合层26和44到自由层10可以减小自由层10的磁化的分散效应。由于自旋遍及自由层10，包括沿着侧面25和27，因此任何进动都会受到沿着自由层10的侧面的自旋方面的缺点的影响。在自由层10的两个侧面25和27上都具有反铁磁层26或44进一步调节了进动来改进它的均匀性。GMR器件40可以包括作为间隔层的非磁性层46。在一些示例中，非磁性层46可以是由铜(Cu)等制成。非磁性层46的另一个示例可以是非磁性、电绝缘势垒层。非磁性层46可以为GMR器件40提供巨磁阻功能。GMR器件40还可以包括作为钉扎层的合成反铁磁(SyAF)双层43。在一个示例中，电流被施加于SyAF双层43。在一个示例中，SyAF双层43中的电流被自旋极化。GMR器件40可以进一步包括金属化层48,金属化层48可以为形成在GMR器件40的传感器堆叠上方的覆盖层(capping layer)。金属化层48的一个示例可以为钽(Ta),不过可以使用任何适合于覆盖的材料。图2D是磁性传感器50的示例的方框图。如这里描述的，除了附加了周边层52之夕卜，磁性传感器50具有和磁性器件20(图2A)样的结构。周边层52被定位为邻近自由层10或钉扎层22中的至少一个来抑制边缘钉扎效应。在图2D示出的示例中，周边层52被形成为至少部分地沿着自由层10的外周54。在其中磁性传感器50成形为椭圆形或圆形器件的示例中，层8、10、22和24可以为在基本上与图2D示出的图像的平面垂直的平面内具有大致椭圆的或圆形的横截面形状的层。周边层52可以围绕层8、10、22以及24的部分或全部而形成。在一个示例中，周边层52仅围绕自由层10的外周54形成。周边层52进一步 改进了自由层10的磁化的进动的均匀性。在一个示例中，周边层52可以是反铁磁材料。AFM周边层52可以至少弱交换耦合到自由层10。在这样的示例中，AFM周边层52沿着自由层10的周边54减小边缘钉扎效应。在另一个示例中，周边层52可以为软层(soft layer)。软周边层52可以为导磁性能非常好(highly permeable)的材料。其中自由层10的磁化被倾斜时,磁化会受到磁极的影响，磁极在磁化进动时形成在自由层10的(多个)边缘上。沿着自由层10的周边54的磁极能够导致不均匀的退磁场。由于软层的磁导率，软周边层52可以从这些表面极(pole)吸收任意磁化。同样地，软周边层52不会发出杂散磁场。这可以允许材料性质主导磁化的进动，因此它更均匀。在另一个示例中，周边层52可以为去耦或非钉扎层。去耦或非钉扎层可以使得与它接触的材料的化学计量(化学成分)更加均匀。例如，在沉积期间，沉积材料的成分在材料的边缘和本体之间可以不同。去耦或非钉扎层可以通过使材料的化学成分均质化而改进这些层的均匀性。例如，去耦或非钉扎层周边层52可以沿着周边54使自由层10的化学计量均质化。参照图2A-2D而描述的任何层(例如，诸如钉扎层22)可以是单层或多于一层的结构或部分层的结构。此外，以图2A-2D中的任何示例描述的任何层或特征可以彼此结合以作为附加示例。磁性器件20、30、40或50也可以具有附加层或结构。例如，磁性器件20、30,40或50中的任何一个可以包括磁屏蔽层。在这样的示例中，磁屏蔽层可以为导电的磁性材料，例如镍铁(NiFe)。在更进一步的示例中，器件20、30、40以及50的层可以为任何类型的结构，例如，多晶的、单晶的、非晶的，等等。图3为示出用于制造磁性器件的示例方法60的流程图，所述磁性器件包括与自由层弱交换耦合的至少一个反铁磁层。方法60可以包括形成具有至少部分不均匀的磁各向异性的自由层(例如，自由层10) (62)。方法60可以进一步包括形成邻近自由层的第一反铁磁层(例如，反铁磁层8、反铁磁层26、反铁磁层34或反铁磁层44) (64)。在这样的示例中，第一 AFM层可以至少部分减小自由层的磁各向异性的不均匀性。
方法60可以进一步包括将第一 AFM层弱交换耦合到自由层￠6)。在一些示例中，基于至少第一AFM层的材料性质，第一 AFM层可以弱交换耦合到自由层，使得邻近自由层形成第一 AFM层时，第一 AFM层弱交换耦合到自由层。在其他的示例中，通过在AFM层的沉积之后执行热退火，第一 AFM层可以弱交换耦合到自由层。可以选择热退火的温度或持续时间以实现交换耦合的预期强度。热退火的温度和持续时间的一些示例可以在从大约100到大约500摄氏度(V )之间，并且持续时间可以是大约O. I小时到5小时。在一个示例中，在大约250°C执行热退火大约I小 时。在其他的示例中，磁性器件的沉积工艺或配置可以变更以实现预期强度的弱交换耦合。在一个示例中，方法60可以包括邻近自由层形成第二反铁磁层，其中第二反铁磁层设置在自由层的与第一反铁磁层相对的侧面上。在其他的示例中，方法60可以进一步包括形成至少部分围绕自由层的周边层，其中周边层进一步减小自由层的磁各向异性的不均匀性。在仍然另一个示例中，方法60可以包括形成钉扎层，其中自由层位于第一反铁磁层和钉扎层之间。现在已知的或以后发展的任何沉积或制造方法都可以用来执行方法60。例如，磁控溅射或分子束外延(MBE)可被用来沉积所述层。可以使用化学或物理沉积方法。在一些示例中，使用薄膜沉积技术来执行方法60。一些现有的自旋力矩振荡器受到定时抖动、相位噪声和次优或次大的进动的影响。将反铁磁层弱交换耦合到自由层减小了这些影响并且允许进动更均匀。在一个示例中，自由层中的磁化的进动增加了。在另一个示例中，通过将一个或多个反铁磁层弱交换耦合到自由层减小边缘钉扎效应。在一个示例中，弱AFM交换耦合减小了由于磁性器件6的温度变化导致的噪声影响。本发明的示例可以减小运行系统2需要的功率。本发明进一步的示例可以通过增加磁性器件6输出的功率来减小系统2的总尺寸。根据本发明的示例的磁性器件，可以提供具有低抖动、低相位噪声和高输出功率的较高频率宽频范围可调振荡器。在这里的论述和权利要求中，相对两个材料使用的术语“在......上”，一个
“在”另一个“上”意味着这些材料之间至少存在着一些接触，而“在......上方”意味着
材料接近，但是可能有一个或多个附加的介于其间的材料，使得可能接触但不是必须接触。
“在......上”和“在......上方”都没有暗示这里使用的任何方向。术语“大约”、“大
致”等表明列出的值可以有点变动，只要该变动不会导致工艺或结构与示出的示例不一致(nonconformance)即可。本发明使用的相对位置的术语的定义基于平行于晶片或衬底的惯用平面或工作表面的平面，不考虑晶片或衬底的方位。本发明使用的术语“水平"或“横向"定义为平行于晶片或衬底的惯用平面或工作表面的平面，不考虑晶片或衬底的方位。术语“垂直"
指的是垂直于水平的方向。如“在......上”、“侧面"(如在“侧壁”中)、“高”、“低”、
“在......上方”、“顶部”、和“在......下方”等术语相对于晶片或衬底的顶表面上的惯
用平面或工作平面定义，不考虑晶片或衬底的方位。已经描述了本发明的各个方面。这里描述的示例的方面或特征可以与另一个示例中描述的任何其他的方面或特征结合。这些及其他的示例处于所带权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种磁性器件(2)，包括 自由层(10)，具有磁各向异性，其中该磁各向异性至少部分地不均匀；以及反铁磁层(8)，其邻近自由层且与自由层弱交换耦合，其中该弱交换耦合减小自由层的磁各向异性的不均匀性。
2.权利要求I的磁性器件，其中该反铁磁层包括第一反铁磁层(26)，磁性器件进一步包括 第二反铁磁层(44)，其邻近自由层且与自由层弱交换耦合，其中第二反铁磁层的弱交换耦合进一步减小自由层的磁各向异性的不均匀性。
3.权利要求2的磁性器件，其中第一反铁磁层形成在自由层(25)的第一侧面上；并且 其中第二反铁磁层形成在自由层(27)的与第一侧面相对的第二侧面上。
4.权利要求2的磁性器件，其中第二反铁磁层至少部分地围绕自由层的外周(54)形成。
5.权利要求I的磁性器件，进一步包括 软层(53)，其至少部分地围绕自由层的外周(54)形成，其中该软层进一步减小自由层的磁各向异性的不均匀性。
6.权利要求I的磁性器件，进一步包括 去耦层(52)，其至少部分地围绕自由层的外周(54)形成，其中该去耦层进一步减小自由层的磁各向异性的不均匀性；以及 钉扎层(22),其形成在自由层的第一侧面(27)上,其中第一反铁磁层在自由层的与该第一侧面相对的第二侧面(25)上。
7.权利要求I的磁性器件，其中该反铁磁层包括锰(Mn)、钼锰(PtMn)、铱锰(IrMn)、镍锰(NiMn)、铁锰(FeMn)、钯钼锰(PdPtMn)中的至少一种或它们的组合。
8.权利要求I的磁性器件，进一步包括 合成的反铁磁(SyAF)双层(43)，其形成在自由层上方，其中施加到该SyAF双层的自旋极化电流(19)在自由层中感应磁化，其中该磁化以大致一致的速率进动。
9.权利要求I的磁性器件，其中自由层具有磁化，其中该磁化的方向为自由层的平面内、垂直于自由层的平面或以该平面内和垂直于该平面之间任意角度倾斜中的一个。
10.一种用于制造磁性器件(2)的方法，该方法包括 形成至少具有部分地不均匀的磁各向异性的自由层(10) (62);以及 邻近自由层形成反铁磁层(8)，其中该反铁磁层减小该磁各向异性的不均匀性(64)。
全文摘要
在一个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。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。
文档编号H01L43/08GK102709465SQ201210142348
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月22日 优先权日2011年3月23日
发明者R·R·凯蒂 申请人:霍尼韦尔国际公司