特許 7588273 ＳＯＴ及びＭＲＡＭデバイスのための高い動作温度を有するＢｉＳｂＸ（０１２）層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-13

(45)【発行日】2024-11-21

(54)【発明の名称】ＳＯＴ及びＭＲＡＭデバイスのための高い動作温度を有するＢｉＳｂＸ（０１２）層

(51)【国際特許分類】

   H10B 61/00 20230101AFI20241114BHJP

   H10N 50/20 20230101ALI20241114BHJP

   G11B 5/39 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

H10B61/00

H10N50/20

G11B5/39

【請求項の数】 32

(21)【出願番号】P 2024501784

(86)(22)【出願日】2022-05-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-26

(86)【国際出願番号】 US2022027960

(87)【国際公開番号】W WO2023022764

(87)【国際公開日】2023-02-23

【審査請求日】2024-01-12

(31)【優先権主張番号】17/405,954

(32)【優先日】2021-08-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504056130

【氏名又は名称】ウェスタン デジタル テクノロジーズ インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】レ、クァン

(72)【発明者】

【氏名】ヨーク、ブライアン アール．

(72)【発明者】

【氏名】ファン、チャンジー

(72)【発明者】

【氏名】岡村 進

(72)【発明者】

【氏名】リュー、シャオヨン

(72)【発明者】

【氏名】ホ、クオック サン

(72)【発明者】

【氏名】高野 公史

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０５７３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２４９０３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１０４３４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０５４４８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中野総一郎，埋め込みＭＲＡＭに向けた純スピン流源ＢｉＳｂの熱耐久性の向上，応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，日本，2020年02月28日，Vol.67，p.14p-A501-5

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｂ ６１／００

Ｈ１０Ｎ ５０／２０

Ｇ１１Ｂ ５／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、
トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層であって、前記ＴＩ変調層が、
約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）組成変調層、並びに、
複数のＴＩラメラ層であって、前記ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、前記原子のクラスタが、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、前記原子のクラスタが、約１４００℃未満のバルク溶融温度を有する粒界において約４００℃未満の粒界ガラス形成温度を有するように構成される、複数のＴＩラメラ層、
を含むＴＩ変調層と、
複数のテクスチャリング層と、
を備えたスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイス。

【請求項2】

前記ＴＩラメラ層が、（０１２）の結晶配向を有するＢｉＳｂを含む、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項3】

前記複合セラミック材料が、約１４００℃未満の溶融温度を有する、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項4】

前記テクスチャリング層が、共有結合した炭化物、酸化物、又は窒化物を含む非晶質材料、面心立方晶（ｆｃｃ）材料、正方晶材料、体心立方晶（ｂｃｃ）材料、及び金属非晶質材料からなる群から選択される、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項5】

バッファ層であって、前記ＴＩ変調層が前記バッファ層の上に配置される、バッファ層と、
前記ＴＩ変調層上に配置された中間層と、
を更に備えている、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項6】

前記複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第１のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層が、前記バッファ層と接触して配置され、前記複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第２のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層が、前記中間層と接触して配置される、請求項５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項7】

前記炭化物材料が、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択され、前記酸化物材料が、ＦｅＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項8】

前記窒化物材料が、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＧａＮ、ＦｅＮ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合セラミック材料の組合せからなる群から選択され、
前記複合セラミック材料は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｖ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＷＶ、ＣｒＶ、ＣｒＮｂ、Ｇｅ、ＺｎＮｂ、ＺｎＴａ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、これらの酸化物、これらの窒化物、これらの炭化物、及びこれらの合金からなる群から選択される、
請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項9】

請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを備える磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイス。

【請求項10】

請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを備える磁気記録ヘッドを備える磁気記録デバイス。

【請求項11】

請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを含む磁気抵抗メモリ。

【請求項12】

スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、
トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層であって、前記ＴＩ変調層が、
約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチ組成変調層と、
（０１２）の結晶配向を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）を含む複数のＴＩラメラ層であって、前記ＴＩラメラ層が原子のクラスタと共堆積され、前記原子のクラスタが炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含む、複数のＴＩラメラ層と、
複数のテクスチャリング層であって、各テクスチャリング層がＴＩラメラ層の間に交互に積層されている、複数のテクスチャリング層と、
を備えているＴＩ変調層を備えたスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイス。

【請求項13】

前記ＴＩラメラ層が、変調された配向で前記原子のクラスタと共堆積される、請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項14】

前記ＴＩラメラ層が、エッジ配向で前記原子のクラスタと共堆積される、請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項15】

前記ＴＩラメラ層が、均一に又は不均一に分布した配向で前記原子のクラスタと共堆積される、請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項16】

前記炭化物材料が、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項17】

前記窒化物材料が、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＧａＮ、ＦｅＮ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項18】

前記酸化物材料が、ＦｅＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択された１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項19】

請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを備える磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイス。

【請求項20】

請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを備える磁気記録ヘッドを備える磁気記録デバイス。

【請求項21】

請求項１２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを含む磁気抵抗メモリ。

【請求項22】

スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、
バッファ層と、
前記バッファ層の上に配置された中間層と、
前記バッファ層と前記中間層との間に配置されたトポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層であって、前記トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層が、
約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）組成変調層、並びに、
（０１２）の結晶配向を有するＢｉＳｂを含む複数のＴＩラメラ層であって、前記ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、前記原子のクラスタが、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、各ＴＩラメラ層が、２つのビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層と接触して配置される、複数のＴＩラメラ層と、
複数のテクスチャリング層であって、各テクスチャリング層が、２つのビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層と接触して配置されている、複数のテクスチャリング層と、
を備えている、トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層、
を備えた、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイス。

【請求項23】

前記炭化物材料が、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項24】

前記窒化物材料が、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＧａＮ、ＦｅＮ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項25】

前記酸化物材料が、ＦｅＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択された１つ又は複数の元素を有するそれらの複合材料の組合せからなる群から選択される、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項26】

前記複合セラミック材料が、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｖ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＷＶ、ＣｒＶ、ＣｒＮｂ、Ｇｅ、ＺｎＮｂ、ＺｎＴａ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、それらの酸化物、それらの窒化物、それらの炭化物、及びそれらの合金からなる群から選択される、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項27】

前記複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第１のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層が、前記バッファ層と接触して配置され、前記複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第２のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層が、前記中間層と接触して配置される、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項28】

前記中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャｂｃｃ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１１１）材料、テクスチャｈｃｐ（００２）材料、共有結合した炭化物、酸化物、又は窒化物を含む非晶質材料、非晶質金属材料、及び前述の材料のいずれか１つ又は複数の層状の組合せからなる群から選択される１つ又は複数の材料を含む、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項29】

前記バッファ層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャｂｃｃ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１１１）材料、テクスチャｈｃｐ（００２）材料、非晶質金属材料、共有結合した炭化物、酸化物、又は窒化物を含む非晶質材料、及び前述の材料のいずれか１つ又は複数の層状の組合せからなる群から選択された１つ又は複数の材料を含む１つ又は複数の副層を含む、請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。

【請求項30】

請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを備える磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイス。

【請求項31】

請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを備える磁気記録ヘッドを備える磁気記録デバイス。

【請求項32】

請求項２２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを含む磁気抵抗メモリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年８月１８日に出願された「ＢＩＳＢＸ（０１２）ＬＡＹＥＲＳ ＨＡＶＩＮＧ ＩＮＣＲＥＡＳＥＤ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＳ ＦＯＲ ＳＯＴ ＡＮＤ ＭＲＡＭ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国非仮出願第１７／４０５，９５４号の利益を主張し、その内容の全体はあらゆる目的のために参照により本出願に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本開示の実施形態は、概して、（０１２）配向を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層内のアンチモン（Ｓｂ）の移動を抑制するバッファ層及び中間層に関する。

【背景技術】

【0003】

（関連技術の説明）
トポロジカル絶縁体（Ｔｉｓ）は、その内部で絶縁体として挙動するが、導電状態を含む表面を有する材料である。ＢｉＳｂは例示的なＴＩであり、スピントルク発振器（ＳＴＯ）及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスのためのスピンホール層として提案されている。ＢｉＳｂは、巨大なスピンホール効果と高い導電性の両方を有する狭いギャップのトポロジカル絶縁体である。

【0004】

Ｎ．Ｈ．Ｄ．Ｋｈａｎｇ、Ｙ．Ｕｅｄａ、及びＰ．Ｎ．Ｈａｉの「Ａ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｓｐｉｎ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｎ ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ」Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖ．１７，８０８（２０１８）は、（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂが、（００１）結晶配向を有するＢｉＳｂと比較して、高いスピンホール角及び高い導電性を有することを発見した。（００１）結晶配向を有するＧａＡｓ基板上に形成された（００１）結晶配向を有するＭｎＧａ膜上に、（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂを形成した。

【0005】

Ｎ．Ｒｏｓｃｈｅｗｓｋｙ、Ｅ．Ｓ．Ｗａｌｋｅｒ、Ｐ．Ｇｏｗｔｈａｍ、Ｓ．Ｍｕｓｃｈｉｎｓｋｅ、Ｆ．Ｈｅｌｌｍａｎ、Ｓ．Ｒ．Ｂａｎｋ、及びＳ．Ｓａｌａｈｕｄｄｉｎの「Ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ Ｎｅｒｎｓｔ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｂｉ－Ｓｂ／Ｃｏ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，ｖｏｌ．９９，１９５１０３（２ Ｍａｙ ２０１９）は、ＢｉＳｂ成長、結晶配向、スピンホール角、及び高い導電性が実験間で低い一貫性を有することを確認した。

【0006】

Ｅ．Ｓ．Ｗａｌｋｅｒ、Ｓ．Ｍｕｓｃｈｉｎｓｋｅ、Ｃ．Ｊ．Ｂｒｅｎｎａｎ、Ｓ．Ｒ．Ｎａ、Ｔ．Ｔｒｉｖｅｄｉ、Ｓ．Ｄ．Ｍａｒｃｈ、Ｙ．Ｓｕｎ、Ｔ．Ｙａｎｇ、Ａ．Ｙａｕ、Ｄ．Ｊｕｎｇ、Ａ．Ｆ．Ｂｒｉｇｇｓ、Ｅ．Ｍ．Ｋｒｉｖｏｙ、Ｍ．Ｌ．Ｌｅｅ、Ｋ．Ｍ．Ｌｉｅｃｈｔｉ、Ｅ．Ｔ．Ｙｕ、Ｄ．Ａｋｉｎｗａｎｄｅ、及びＳ．Ｒ．Ｂａｎｋ、の「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｂｉ１－ｘＳｂｘ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｓｉ（１１１）」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ３，０６４２０１（２０１９年６月７日）は、Ｓｉ（１１１）上に（０１２）配向を有するＢｉＳｂ合金膜、並びにＳｉ（１１１）基板上の純粋なＢｉ＜２０Åの（０１２）テクスチャ化超薄膜を成長させた。

【0007】

Ｎ．Ｅｕｓｔａｔｈｏｐｏｕｌｏｓの「Ｗｅｔｔｉｎｇ ｂｙ Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｔａｌｓ－Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｒｅｎｏｂｌｅ Ｇｒｏｕｐ」、Ｍｅｔａｌｓ２０１５，５（１），３５０－３７０は、液体金属が、一般に、低いバンドギャップを有するか、又は高い共有結合凝集力でいくらか導電性である遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、及び酸化物材料を濡らすことを認識した。この濡れ挙動は、そのような低バンドギャップ又は導電性セラミックと、その溶融温度（Ｔｍ）付近又はそれ以上の低溶融点ＢｉＳｂＸ液体合金との界面、又はそのＴｍ付近又はそれ以上の液体メタルＢｉＳｂＸマトリックス中の酸化物、炭化物、及び窒化物の低バンドギャップ又は導電性セラミック層のナノ粒子の境界付近で予想される。

【0008】

Ｔ．Ｆｒｏｌｏｖ、Ｄ．Ｏｌｍｓｔｅｄ、Ｍ．Ａｓｔａ、及びＹ．Ｍｉｓｈｉｎ．の「Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ」，Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．４，１８９９（２０１３）は、分子動力学シミュレーションを使用して、粒界（ＧＢ）がアニーリング温度の関数として転位（格子欠陥）を蓄積すること、及びＧＢが温度とともに幅を増加させ、溶融温度よりも十分に低いＧＢの完全な濡れを伴って予備溶融することを見出した。したがって、ガラス形成材料のより厚い又はより広い粒界は、より多くの粒子分離、及びＧＢにわたるＳｂもしくはＢｉ又は一般的な金属移動に対する増加した抵抗を生成し、より高い温度が利用されることを可能にする。

【0009】

Ｊ．Ｂｅｒｒｙ、Ｋ．Ｒ．Ｅｌｄｅｒ、及びＭ．Ｇｒａｎｔの「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｃｈ ａｓ：Ａ ｐｈａｓｅ ｆｉｅｌｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｕｄｙ」Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ．Ｂ、７７、２２４１１４、２００８；転位及び粒界での溶融、並びに粒界の完全な濡れを伴う転位及び他の欠陥のその予備溶融は、バルク溶融温度Ｔｍよりもかなり低い温度で起こる。Ｏ．Ｋｏｇｔｅｎｋｏｖａ、Ｂ．Ｓｔｒａｕｍａｌ、Ａ．Ｋｏｒｎｅｖａ、Ｔ．Ｃｚｅｐｐｅ、Ａ．Ｗｉｅｒｚｂｉｃｋａ－Ｍｉｅｒｎｉｋ、Ｍ．Ｆａｒｙｎａ、及びＰ Ｚｉeｂａの「Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｃｏｍｐｌｅｘｉｏｎｓ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ａｌ－ａｎｄ Ｃｕ－ｂａｓｅｄ Ａｌｌｏｙｓ」，Ｍｅｔａｌｓ，２０１９，９（１），１０．は、ＮｉＣｕ粒界予備溶融及び湿潤がＴｍより６００℃を超えて下で起こることを示した。

【0010】

Ｐ．Ｂｕｆｆａｔ及びＪ－Ｐ．Ｂｏｒｅｌの「Ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｌｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｇｏｌｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」，Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ．Ａ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｕｍ．６，１９７６，２２８７－２２９８は、Ａｕのナノ粒子がバルクＡｕのＴｍ（約１０Åのナノ粒子サイズについては）約１０００℃、約２０Åのナノ粒子サイズについては約６００℃）より下で融解し得ることを最初に示した。Ｐ．Ｒ．Ｃａｎｔｗｅｌｌ、Ｍ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ｊ．Ｄｉｌｌｏｎ、Ｊ．Ｌｕｏ、Ｇ．Ｓ．Ｒｏｈｒｅｒ、及びＭ．Ｐ．Ｈａｒｍｅｒの「Ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｍｐｌｅｘｉｏｎｓ」，Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ，６２，（２０１４），１－４８は、すべてバルク温度Ｔｍ値よりかなり下での、表面及び界面溶融、ナノ粒子溶融及び転位予備溶融並びに完全な粒界湿潤のサイズ依存性についての総説論文であった。Ｔａｎａｋａ Ｔ，Ｈａｒａ Ｓ．Ｚ，Ｍｅｔａｌｌｋｄ ２００１；９２：１２３６は、ＢｉＣｕ二元合金ナノ粒子固相線－液相線もサイズ依存性であり、合金バルクＴｍより約６００℃低い温度で融解することを示した。

【0011】

薄膜堆積の当業者は、主に、高度に凝集性の酸化物、炭化物、及び窒化物セラミックの原子のクラスタを金属合金と共堆積させることができる。そのようなセラミックの原子のクラスタは、依然としていくらかの凝集を保持し、原子のクラスタとして金属マトリックス中に埋め込むことができる。上記の先行技術から、小さな原子のクラスタは小さなナノ粒子として挙動する。セラミッククラスタが、低いバンドギャップ又は金属結合を示す材料からのものであるか、又は導電性である場合、これらのクラスタの境界は、クラスタの溶融点付近又はそれを超えるＢｉＳｂＸ合金のような液体金属によって濡らすことができる。これらの原子のクラスタは、粒界ＧＢに合体し、原子のクラスタのサイズが小さいことを考慮すると、それらのバルクＴｍよりも十分に低い温度で溶融して、ＧＢにおいて、場合によっては、セラミックの元のバルクＴｍよりも約１０００℃低い温度で非晶質ガラスを形成することができる。融点付近又はそれを超える温度は、ＧＢを広げ、ＧＢを通るＢｉ及びＳｂの移動に対するより良好な耐性を提供する。したがって、約１４００℃のバルクＴｍを有するセラミックは、ＧＢで溶融し、約４００℃でガラスを形成することができ、これは、ＢｉＳｂＸ合金の溶融温度よりも十分に高いが、ＭＲＡＭデバイスに必要なプロセス温度内である。

【0012】

したがって、高スピンホール角及び高い導電性を有するＢｉＳｂＸ合金のような低溶融点トポロジカル絶縁体（ＴＩ）の改善されたプロセス温度、並びに高スピンホール角及び高い導電性を有するＴＩ層を有する改善されたデバイスが必要とされている。

【発明の概要】

【0013】

本開示は、概して、トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層を備えるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスに関する。ＴＩ変調層は、複数のビスマス又はビスマスリッチ組成変調層と、（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂを含む複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層とを含む。ＴＩラメラ層は、ドーパント又は原子のクラスタを含み、原子のクラスタは、高度に凝集性の炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含む。原子のクラスタは、粒界において約４００℃未満の粒界ガラス形成温度を有するように構成される（バルク溶融温度は約１４００℃を超える）。（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂを含むＴＩラメラ層を、凝集性の高い炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含む原子のクラスタでドーピングすることにより、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、ＴＩラメラ層のＢｉＳｂからのＳｂの移動を抑制しながら、より高い温度で動作することが可能になる。

【0014】

一実施形態では、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスは、トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層を備え、ＴＩ変調層は、約９６％～約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）組成変調層と、複数のＴＩラメラ層であって、ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、原子のクラスタが、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、原子のクラスタが、約１４００℃未満のバルク溶融温度を有する粒界において約４００℃未満の粒界ガラス形成温度を有するように構成される、複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層とを備える。

【0015】

別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、ＴＩ変調層を備え、ＴＩ変調層は、約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチ組成変調層と、（０１２）の結晶配向を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）を含む複数のＴＩラメラ層であって、ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、原子のクラスタが、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含む、複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層であって、各テクスチャリング層がＴＩラメラ層間に交互に積層された複数のテクスチャリング層と、を備える。

【0016】

更に別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、バッファ層と、バッファ層の上に配置された中間層と、バッファ層と中間層との間に配置されたＴＩ変調層とを備え、ＴＩ変調層は、約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）組成変調層と、（０１２）の結晶配向を有するＢｉＳｂを含む複数のＴＩラメラ層であって、ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、原子のクラスタが炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、各ＴＩラメラ層が２つのビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層と接触して配置される複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層であって、各テクスチャリング層が２つのビスマスリッチ組成変調層と接触して配置される複数のテクスチャリング層と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、簡潔に上で要約した本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによってなされ得、それらのいくつかが添付の図面に例示されている。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示し、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではなく、本開示が他の同等に有効な実施形態を認め得ることに留意すべきである。

【図1】ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有するＭＡＭＲ書込みヘッドを含む磁気媒体ドライブの特定の実施形態の概略図である。

【図2】ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有する読取り／書込みヘッドの特定の実施形態の部分断面側面図である。

【図3A】様々な実施形態によるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを示す図である。

【図3B】様々な実施形態によるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを示す図である。

【図4A】様々な実施形態による、図３Ａ及び図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイスとともに利用され得るＴＩ変調層の例示的な多層構造を示す図である。

【図4B】様々な実施形態による、図３Ａ及び図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイスとともに利用され得るＴＩ変調層の例示的な多層構造を示す図である。

【図5A】ＴＩ変調層及びテクスチャリング層のＴＩラメラ層の例示的な積層構造を深さの関数として示す図である。

【図5B】ＴＩ変調層及びテクスチャリング層のＴＩラメラ層の例示的な積層構造を深さの関数として示す図である。

【図5C】ＴＩ変調層及びテクスチャリング層のＴＩラメラ層の例示的な積層構造を深さの関数として示す図である。

【図6A】ＴＩ積層の溶融前後の結晶粒構造を修正する能力を示す図である。

【図6B】ＴＩ積層の溶融前後の結晶粒構造を修正する能力を示す図である。

【図7】参照文献、Ｐ．Ｂｕｆｆａｔ及びＪ－Ｐ Ｂｏｒｅｌ，Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ．Ａ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｕｍ．６，１９７６から取られた、Ａｕ粒子のナノ結晶の直径に対する、Ｋでの溶融温度を示すグラフであり、Ａｕメルトのナノ結晶の融点がバルク溶融温度（Ｔｍ）よりも十分に低いことを示している。

【図8A】３倍ｆｃｃ（１１１）テクスチャリング層を利用して、ＢｉＳｂ（０１２）エピタキシ及び界面粗さを改善することを示すグラフである。

【図8B】ｂｃｃ（１００）Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ２（１００）ＮｉＡｌ、及びｆｃｃ（１００）ＭｇＯの様々な４倍テクスチャリング層の利用を示すグラフであり、これらは、ＢｉＳｂ層においてＢｉＳｂ（０１２）テクスチャを生成するために使用することができる。

【図8C】ｂｃｃ（１００）Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ２（１００）ＮｉＡｌ、及びｆｃｃ（１００）ＭｇＯの様々な４倍テクスチャリング層の利用を示すグラフであり、これらは、ＢｉＳｂ層においてＢｉＳｂ（０１２）テクスチャを生成するために使用することができる。

【図8D】４重（１００）テクスチャリング層を使用して高度にテクスチャリングされた（０１２）ＢｉＳｂ層を生成することを示すグラフである。

【図8E】（１００）テクスチャを有するＭｇＯ（１００）膜を示す図８Ｄのグラフを引き延ばした図であり、ＭｇＯ膜の粒径は小さいので、ピークは、面外２θＸＲＤプロットにおいて４２度付近で広く現れる。

【図9A】マイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）書込みヘッドにおいて使用するためのＳＯＴデバイスの概略断面図である。

【図9B】図９ＡのＳＯＴデバイスを有するＭＡＭＲ書込みヘッドの一部の特定の実施形態の概略ＭＦＳ図である。

【図9C】図９ＡのＳＯＴデバイスを有するＭＡＭＲ書込みヘッドの一部の特定の実施形態の概略ＭＦＳ図である。

【図10】磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスとして用いられるＳＯＴ ＭＴＪの概略断面図である。

【0018】

理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素を示すために、可能な限り、同一の参照番号を使用している。一実施形態で開示される要素は、特に断ることなく、他の実施形態に有益に利用され得ることが企図される。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下では、本開示の実施形態を参照する。しかしながら、本開示は、具体的に説明される実施形態に限定されないことを理解されたい。その代わりに、以下の特徴及び要素の任意の組合せが、異なる実施形態に関連するか否かに関わらず、本開示を実施及び実践すると企図される。更に、本開示の実施形態は、他の可能な解決策に勝る、及び／又は先行技術に勝る利点を達成し得るが、特定の利点が所与の実施形態によって達成されるか否かは、本開示を限定するものではない。したがって、以下の態様、特徴、実施形態、及び利点は、単なる例示に過ぎず、請求項（複数可）に明示的に記載されている場合を除いて、添付の特許請求の範囲の要素又は限定と見なされない。同様に、「本開示」への言及は、本明細書に開示される任意の発明の主題の一般化として解釈されるものではなく、請求項に明示的に記載されている場合を除いて、添付の特許請求の範囲の要素又は限定であると見なされるべきではない。

【0020】

本開示は、概して、トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層を備えるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスに関する。ＴＩ変調層は、複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層と、（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂを含む複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層とを含む。ＴＩラメラ層は、ドーパント又は原子のクラスタを含み、原子のクラスタは、炭化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、窒化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、酸化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、又は複合セラミック材料を含む。原子のクラスタは、粒界において約４００℃未満の粒界ガラス形成温度を有するように構成される（バルク溶融温度は約１４００℃を超える）。（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂを含むＴＩラメラ層を、炭化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、窒化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、酸化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、又は複合セラミック材料を含む原子のクラスタでドーピングすることにより、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、ＴＩラメラ層のＢｉＳｂからのＳｂ又はＢｉの移動を抑制しながら、より高い温度で動作することが可能になる。

【0021】

本開示の実施形態は、概して、（０１２）配向を有するトポロジカル絶縁体（ＴＩ）層への原子のクラスタの導入に関する。堆積中の原子のクラスタの導入は、粒界体積を高め、ＴＩ粒子分離を改善することができ、その結果、粒界（ＧＢ）は、反応性ＴＩ成分の移動に対して追加のエネルギー障壁を提供することができる。

【0022】

ＴＩがビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）である例では、ＧＢはアンチモン（Ｓｂ）が移動するのを防ぐことができる。アンチモン（Ｓｂ）は高反応性であり、高凝集性セラミックＧＢは、（０１２）配向におけるＢｉＳｂの成長を促進しながら、ＢｉＳｂ層と外部材料との間の化学的相互作用を低減する低反応性媒体を提供する。

【0023】

（０１２）配向を有する従来のＢｉＳｂ層は、大きなスピンホール角効果及び高い導電性を有する。（０１２）配向を有するＢｉＳｂ層を使用して、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを形成することができる。例えば、（０１２）配向を有するＢｉＳｂ層は、磁気記録ヘッド内のスピン軌道トルクデバイス内のスピンホール層として、例えば、読取りヘッド及び／又はマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）書込みヘッドの一部として使用することができる。別の例では、（０１２）配向を有するＢｉＳｂ層を、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスにおけるスピンホール電極層として使用することができる。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、垂直スタック構成又は面内スタック構成とすることができる。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、例えば、ＭＡＭＲ書込みヘッド、ＭＲＡＭ、人工知能チップ、及び他の用途において利用することができる。（０１２）配向を有するトポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層複合体３０４は、（００１）配向を有するＢｉＳｂ層よりも、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスにおいてより高いスピンホール角及びより高い性能を有する。

【0024】

図１は、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有するＭＡＭＲ書込みヘッドを含む磁気媒体ドライブ１００の特定の実施形態の概略図である。そのような磁気媒体ドライブは、単一のドライブであり得るか、又は複数のドライブを含み得る。説明を容易にするために、特定の実施形態による単一のディスクドライブ１００が示されている。図示のとおり、少なくとも１つの回転可能な磁気媒体１１２は、スピンドル１１４に支持され、ディスク駆動モータ１１８によって回転される。各磁気ディスク１１２上の磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（図示せず）の環状パターンなどの、データトラックの任意の好適なパターンの形態である。

【0025】

少なくとも１つのスライダ１１３は、磁気媒体１１２の近傍に配置され、各スライダ１１３は、ＳＯＴデバイスを含む１つ又は複数の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスク１１２が回転すると、スライダ１１３は、磁気ヘッドアセンブリ１２１が、所望のデータが書き込まれる磁気ディスク１１２の異なるトラックにアクセスすることができるように、ディスク表面１２２の上方で半径方向において中及び外に移動する。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によってアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５は、スライダ１１３をディスク表面１２２に向かって付勢するわずかなばね力を提供する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図２に示されるようなアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であり得る。ＶＣＭは、固定磁場内で移動可能なコイルを含み、コイル移動の方向及び速度は、制御ユニット１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。

【0026】

ディスクドライブ１００の動作中、磁気ディスク１１２の回転は、スライダ１１３とディスク表面１２２との間に空気軸受を生成し、これがスライダ１１３に上向きの力又は揚力を作用させる。したがって、空気軸受は、サスペンション１１５のわずかなばね力と相殺し、通常の動作中、スライダ１１３をディスク表面１２２から、小さい、実質的に一定の間隔だけ離して、ディスク表面１２２のわずかに上方で支持する。

【0027】

ディスクドライブ１００の各種構成要素は、アクセス制御信号及び内部クロック信号などの、制御ユニット１２９によって生成された制御信号によって動作制御される。典型的には、制御ユニット１２９は、論理制御回路、記憶手段、及びマイクロプロセッサを備える。制御ユニット１２９は、ライン１２３のドライブモータ制御信号及びライン１２８のヘッド位置及びシーク制御信号など、様々なシステム動作を制御するための制御信号を生成する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３を媒体１１２上の所望のデータトラックに最適に移動及び配置するため、所望の電流プロファイルを提供する。書込み及び読取り信号は、記録チャネル１２５によってアセンブリ１２１上の書込み及び読取りヘッドへ／から通信される。

【0028】

典型的な磁気媒体ドライブについての上記説明、及びそれに係る図１の図示は、あくまで例示の目的のためのものである。磁気媒体ドライブが、多数の媒体又はディスク、及びアクチュエータを含み得、各アクチュエータが、多数のスライダを支持可能であることは明らかであろう。

【0029】

図２は、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有する読取り／書込みヘッド２００の特定の実施形態の部分断面側面図である。読取り／書込みヘッド２００は磁気媒体１１２に面している。読取り／書込みヘッド２００は、図１に示す磁気ヘッドアセンブリ１２１に対応し得る。読取り／書込みヘッド２００は、ディスク１１２に対向するガスベアリング面などの媒体対向面（ＭＦＳ）２１２と、ＭＡＭＲ書込みヘッド２１０と、磁気読取りヘッド２１１とを含む。図２に示すように、磁気媒体１１２は、矢印２３２によって示される方向に、ＭＡＭＲ書込みヘッド２１０を通過して移動し、読取り／書込みヘッド２００は、矢印２３４によって示される方向に移動する。

【0030】

いくつかの実施形態では、磁気読取りヘッド２１１は、磁気抵抗（magnetoresistive、ＭＲ）読取りヘッドであり、ＭＲシールドＳ１とＳ２との間に位置付けられるＭＲ感知素子２０４を含む。他の実施形態では、磁気読取りヘッド２１１は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）読取りヘッドであり、ＭＲシールドＳ１とＳ２との間に位置付けられるＭＴＪ感知デバイス２０４を含む。磁気媒体１１２内の隣接する磁化領域の磁場は、記録ビットとしてＭＲ（又はＭＴＪ）感知素子２０４によって検出可能である。様々な実施形態のＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、読取りヘッド２１１に組み込むことができる。

【0031】

ＭＡＭＲ書込みヘッド２１０は、主極２２０と、リーディングシールド２０６と、トレーリングシールド２４０と、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）デバイス２５０と、主極２２０を励起するコイル２１８とを含む。コイル２１８は、図２に示される「らせん」構造の代わりに、主極２２０とトレーリングシールド２４０との間の後部接触の周りに巻き付ける「パンケーキ」構造を有し得る。ＳＯＴデバイス２５０は、主極２２０とトレーリングシールド２４０との間のギャップ２５４に形成される。主極２２０は、トレーリングテーパ２４２及びリーディングテーパ２４４を含む。トレーリングテーパ２４２は、ＭＦＳ２１２から凹んだ位置からＭＦＳ２１２まで延びている。リーディングテーパ２４４は、ＭＦＳ２１２から凹んだ位置からＭＦＳ２１２まで延びている。トレーリングテーパ２４２及びリーディングテーパ２４４は、同程度のテーパを有してもよく、テーパの程度は、主極２２０の長手方向軸２６０に対して測定される。

【0032】

いくつかの実施形態では、主極２２０はトレーリングテーパ２４２及びリーディングテーパ２４４を含まない。代わりに、主極２２０は、トレーリング側（図示せず）及びリーディング側（図示せず）を含み、トレーリング側及びリーディング側は、実質的に平行である。主極２２０は、ＦｅＣｏ合金などの磁性材料であり得る。リーディングシールド２０６及びトレーリングシールド２４０は、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料であり得る。特定の実施形態において、トレーリングシールド２４０は、トレーリングシールドホットシード層２４１を含むことができる。トレーリングシールドホットシード層２４１は、ＣｏＦｅＮ又はＦｅＸＮなどの高モーメントスパッタ材料を含むことができ、ここで、Ｘは、Ｒｈ、Ａｌ、Ｔａ、Ｚｒ、及びＴｉのうちの少なくとも１つを含む。特定の実施形態において、トレーリングシールド２４０は、トレーリングシールドホットシード層を含まない。

【0033】

図３Ａ及び図３Ｂは、様々な実施形態によるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイス３００、３０１を示す。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１はそれぞれ、図１のドライブ１００のＭＡＭＲ書込みヘッド、図２の読取り／書込みヘッド２００、又は他の適切な磁気媒体ドライブにおいて個々に使用され得る。

【0034】

図３Ａは、一実施形態による、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００を示している。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００は、基板３０２と、基板３０２上に配置されたバッファ層３１０と、バッファ層３１０上に配置された（０１２）の結晶配向を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）を含むＴＩ変調層３０４と、ＴＩ変調層３０４上に配置された中間層３２０と、中間層３２０上に配置されたトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）様自由層３２２と、ＴＭＲ様自由層３２２上に配置されたＭｇＯ層３２４とを備える。

【0035】

図３Ｂは、一実施形態による、逆ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３０１を示す。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３０１は、基板３０２と、基板３０２上に配置されたＭｇＯ層３２４と、ＭｇＯ層３２４上に配置されたＴＭＲ様自由層３２２と、ＴＭＲ様自由層３２２上に配置されたバッファ層３１０と、バッファ層３１０上に配置された（０１２）の結晶配向を有するＢｉＳｂを含むＴＩ変調層３０４と、ＴＩ変調層３０４上に配置された中間層３２０とを備える。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１は、異なる配置で同じ層３０２、３０４、３１０、３２０、３２２、及び３２４を備える。

【0036】

基板３０２は、シリコン基板又はアルミナ基板とすることができる。シリコン基板３０２は、（１１１）、（１００）、（１００）、又は他の結晶配向の立方晶構造を有する。アルミナ基板３０２は、（００１）配向又は他の結晶配向を有する六方晶系構造を有するか、又は非晶質構造を有する。基板３０２は、ベア基板であってもよいし、その上に熱成長又は堆積された酸化物層など、その上に形成された１つ又は複数の層を有してもよい。

【0037】

一実施形態において、中間層３２０は、バッファ層３１０と同じ材料であってもよい。例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、中間層３２０及びバッファ層３１０は、それぞれ個別に、結晶性又は非晶質材料の単一層を含むことができる。別の例では、中間層３２０及びバッファ層３１０は、それぞれ個別に、結晶材料及び／又は非晶質材料の複数の層を含むことができる。別の実施形態では、中間層３２０及びバッファ層３１０はそれぞれ個別に、１つ又は複数の異なる材料を含む。

【0038】

バッファ層３１０及び中間層３２０は、図４Ａ及び図４Ｂにおいて以下で更に説明するように、それぞれ個別に多層構造であってもよい。一実施形態では、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、非晶質金属層又は共有結合非晶質層である。共有結合した非晶質材料は、共有結合した炭化物、共有結合した酸化物、又は共有結合した窒化物、又は複合セラミックのうちの１つを含み得る。共有結合された非晶質材料又は金属非晶質層は、約３．５Å～３．８Åの格子定数（ａ_ｆｃｃ）を有する立方ｆｃｃ格子の（１１１）ｄ間隔に対応する約２．０Å～２．２Åの最近傍ＸＲＤ回折ピークを有するべきであり、金属又は共有結合された非晶質材料は、約ａ_ｆｃｃを２の平方根で割ったものに等しい最近傍距離を有する。共有結合された非晶質材料は、低いバンドギャップを有するか、金属結合を示すか、又はいくらか導電性であるべきである。

【0039】

いくつかの実施形態では、バッファ層３１０及び中間層３２０はそれぞれ、材料がイオン性化学物質よりもＴＩ変調層３０４と相互作用する可能性が低いように、１つ又は複数の高凝集性結合材料を個々に含む。図４Ａ及び図４Ｂにおいて以下で更に説明するように、バッファ層３１０及び中間層３２０は、それぞれ個別に、高凝集性共有結合非晶質材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）又は規則Ｂ２立方晶（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャｂｃｃ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ（１００）材料、非晶質金属材料、ｆｃｃ（１１１）テクスチャ材料、六方最密充填（ｈｃｐ）（００２）テクスチャ材料、及び前述の材料のいずれか１つ又は複数の層状の組合せからなる群から選択される１つ又は複数の材料を含むことができる。ｆｃｃ（１００）、ｂｃｃ（１００）、正方晶（００１）、及び正方晶（１１０）材料の各々は、低いバンドギャップを有するか、金属結合を示すか、又はいくらか導電性であるべきである。

【0040】

非晶質金属材料は、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択された１つ又は複数の元素を有するこれらの合金の組合せからなる群から選択することができる。

【0041】

テクスチャ（１００）層は、（１）ＲｕＡｌ、及び（２）いくつかの選択肢（２ａ）２５０℃以上の温度で堆積する、（２ｂ）Ｘ＝Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ＜１０原子パーセント（ａｔ．％）である加熱されたＣｒＸ合金内、（２ｃ）ｎが約２０ａｔ．％から約５０ａｔ．％である、ＣｒＭｏ_ｎ、又は（２ｄ）加熱されたＣｒ／ＣｒＭｏ_ｎの積層体において又はＣｒＭｏ_ｎ／Ｃｒ／ＣｒＭｏ_ｎの積層のスタック（例えば、約２００℃以下まで加熱される）、並びに（２ｅ）ＮｉＡｌ及びＲｈＡｌなどの他のＢ２相材料との組合せに従って組み込まれたＣｒからなる群から選択されてもよい。

【0042】

正方晶（００１）又は（１１０）材料は、約４．４Å～約４．７５Åの範囲内のａ軸、及び約２．８６Å～約３．１９Åの範囲内のｃ軸を有し得る。正方晶（００１）又は（１１０）材料は、約４．２０Å～約４．７５Åの範囲内のａ軸格子パラメータを有し得る。正方晶（００１）又は（１１０）材料は、ＳｂＯ_２、ＴｉＯ_２、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＣｒＯ_２、ＶＯ_２、ＯｓＯ_２、ＲｈＯ_２、ＰｄＯ_２、ＷＶＯ_４、ＣｒＮｂＯ_４、ＳｎＯ_２、ＧｅＯ_２、ＺｎＮｂ、及びＺｎＴａ、それらの複合材料、並びにＷ、Ｔａ、及びＮｂからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するそれらの合金からなる群から選択することができる。

【0043】

ｆｃｃ（１００）材料は、約４．０８Å～約４．７５Åの範囲の格子パラメータを有し得る。ｆｃｃ（１００）材料は、（１）岩塩型立方晶、（２）ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、及びＷＣからなる群から選択されるｆｃｃ（１００）材料、（３）ＣｏＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、及びＺｎＯからなる群から選択される閃亜鉛鉱立方晶ｆｃｃ（１００）材料、並びに（４）それらの（１）、（２）、及び／又は（３）と、Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素との複合材料の組合せから選択され得る。言い換えれば、ｆｃｃ（１００）材料は、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＣｏＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。

【0044】

ｂｃｃ（１００）材料は、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ_５０、Ａｌ_１０Ｎｂ_４０Ｔｉ_５０、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、Ｂ２相のＲｕＡｌ、Ｂ２相のＮｉＡｌ、並びにＴｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの合金の組合せからなる群から選択されてもよい。

【0045】

共有結合した非晶質材料は、共有結合した炭化物、共有結合した酸化物、共有結合した窒化物、又はそれらのセラミック複合材料のうちの１つを含んでもよい。共有結合した非晶質材料は、約３．５Å～３．８Åのａ_ｆｃｃを有するａ_ｆｃｃ結晶構造からの（１１１）ｄ間隔に対応し得る、約２．０Å～約２．２Åのｄ間隔を有する最近傍ＸＲＤ回折ピークを有するべきである。高度に凝集性の共有結合した非晶質材料は、低いバンドギャップを有するか、又は金属結合を示すか、又はいくらか導電性であるべきである。

【0046】

ｆｃｃ（１１１）テクスチャリング材料は、３．４９Å＜ａ_ｆｃｃ＜３．７１Åの範囲のａ軸を有する任意の材料から選択することができ、あるいはｈｃｐ（００２）テクスチャリング材料は、２．４７Å＜_ａｈｃｐ＜２．６３Åの範囲のａ軸を有する任意の材料から選択することができる。

【0047】

図４Ａ及び図４Ｂは、様々な実施形態による、図３Ａ及び図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１とともに利用され得るＴＩ変調層３０４の例示的な多層構造を示す。図４Ａ及び図４Ｂは、図３ＡのＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００において利用されているＴＩ変調層３０４を示すが、図４Ａ及び図４ＢのＴＩ変調層３０４ａ、３０４ｂは、図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイス３０１においても利用することができる。ＴＩ変調層３０４ａとＴＩ変調層３０４ｂとの両方は、図３Ａ及び／又は図３ＢのＴＩ変調層３０４であってもよい。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＴＩ変調層３０４ａ、３０４ｂは、１つ又は複数のＢｉ又はＢｉリッチＢｉＳｂ組成変調層４０２と、１つ又は複数のテクスチャリング層４０８と、低いバンドギャップを有するか、金属結合を示すか、又はいくらか導電性である炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含む原子のクラスタ４０６と共堆積された１つ又は複数のＴＩラメラ層４０４とを含んでもよい。１つ又は複数のＢｉ又はＢｉリッチＢｉＳｂ組成変調層４０２は、約９６％～約１００％の原子パーセントのＢｉを含む。

【0048】

以下で更に説明するように、ＴＩラメラ層４０４は、（０１２）結晶配向４１２を有するＢｉＳｂと、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含むドーパント又は原子のクラスタ４０６とを含む。ＴＩラメラ層４０４は、図５Ａ～図５Ｃにおいて以下で更に説明するように、ＢｉＳｂラメラ４１２及びドーパントラメラ４０６を含む積層構造であってもよい。

【0049】

図４Ａに例示されるように、ＴＩラメラ層４０４は、テクスチャリング層４０８と交互に積層されてもよく、Ｂｉ又はＢｉリッチＢｉＳｂ組成変調層４０２の間に配置されてもよい。したがって、図４Ａに示す一実施形態では、ＴＩ変調層３０４ａは、バッファ層３１０上に配置された第１のＢｉリッチ組成層４０２と、第１のＢｉリッチ組成層４０２上に配置された第１のＴＩラメラ層４０４と、第１のＴＩラメラ層４０４上に配置された第１のテクスチャリング層４０８と、第１のテクスチャリング層４０８上に配置された第２のＴＩラメラ層４０４と、第２のＴＩラメラ層４０４上に配置された第２のテクスチャリング層４０８と、第２のテクスチャリング層４０８上に配置された第３のＴＩラメラ層４０４と、第３のＴＩラメラ層４０４上に配置された第２のＢｉ又はＢｉリッチＢｉＳｂ組成層４０２と、を含む。３つのＴＩラメラ層４０４、２つのテクスチャリング層４０８、及び２つのＢｉリッチ組成物層４０２が図４Ａに示されているが、ＴＩ変調層３０４ａは、より少ない又は追加のＴＩラメラ層４０４、テクスチャリング層４０８、及びＢｉ又はＢｉリッチＢｉＳｂ組成物層４０２を含んでもよい。

【0050】

図４Ｂは、別の実施形態による、ＴＩ変調層３０４ｂの別の例示的な構成を示す。図４Ｂにおいて、ＴＩラメラ層４０４は、Ｂｉ又はＢｉリッチＢｉＳｂ組成物層４０２（すなわち、約９６％～約１００％の原子パーセントでＢｉを含む）の間に挟まれ、次にテクスチャリング層４０８と交互に積層される。言い換えれば、図４ＢのＴＩ変調層３０４は、図４ＡのＴＩ変調層３０４ａと同様である。しかしながら、テクスチャリング層４０８の各々は、２つのＢｉリッチ組成物層４０２の間に配置され、２つのＢｉリッチ組成物層４０２と接触している。図４Ａ及び図４Ｂは、可能なＴＩ変調層３０４構造の例であるが、ＴＩ変調層３０４内の層４０２、４０４、４０８の配置は、図４Ａ及び図４Ｂの例に限定されない。

【0051】

テクスチャリング層４０８は、共有結合炭化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力を含む非晶質材料、共有結合酸化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、共有結合窒化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）テクスチャリング材料、正方晶（００１）テクスチャリング材料、正方晶（１１０）テクスチャリング材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）テクスチャリング材料、ｆｃｃ（１１１）テクスチャリング材料、及びｈｃｐ（００２）テクスチャリング金属からなる群から選択することができる。共有結合した炭化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、共有結合した酸化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力、又は共有結合した窒化物を形成するための高い凝集性及び高い化学親和力を含む非晶質材料を含むテクスチャリング層４０８は、ＢｉＳｂＸ合金と強いイオン結合又は共有化学結合を形成し、その結果、炭化物、窒化物、及び／又は酸化物は、結合したままであり、次いで解離してＢｉＳｂＸ合金と反応するのによりエネルギー的に有利である。

【0052】

テクスチャリング層４０８に使用される非晶質材料は、共有結合炭化物、共有結合酸化物、共有結合窒化物、又は非晶質金属層を含むことができ、約３．５Å～３．８Åのａ_ｆｃｃを有するａ_ｆｃｃ結晶構造からの（１１１）ｄ間隔に対応し得る、約２．０Å～約２．２Åのｄ間隔を有する最近傍ＸＲＤ回折ピークを有する。共有結合した非晶質材料を形成するための高い化学親和力（炭素、酸素、又は窒素に対する）を有する高い凝集性は、低いバンドギャップを有するか、又は金属結合を示すか、又はいくらか導電性であるべきである。

【0053】

テクスチャリング層４０８に使用されるｆｃｃ（１００）テクスチャリングされた材料は、（１）ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、及びＷＣ；ＣｏＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、及びＺｎＯからなる群から選択される閃亜鉛鉱立方晶ｆｃｃ（１００）材料；並びに（３）その（１）及び（２）と、Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素との複合材料の組合せからなる群から選択され得る。言い換えれば、ｆｃｃ（１００）テクスチャリング材料は、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＣｏＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。

【0054】

ｆｃｃ（１１１）テクスチャリング材料は、３．４９Å＜ａ_ｆｃｃ＜３．７１Åの範囲のａ軸を有する任意の材料から選択することができ、あるいはｈｃｐ（００２）テクスチャリング材料は、２．４７Å＜ａ_ｈｃｐ＜２．６３Åの範囲のａ軸を有する任意の材料から選択することができる。

【0055】

テクスチャリング層４０８に使用される正方晶（００１）及び（１１０）テクスチャリング材料は、ＳｂＯ_２、ＴｉＯ_２、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＣｒＯ_２、ＶＯ_２、ＯｓＯ_２、ＲｈＯ_２、ＲｈＯ_２、ＰｄＯ_２、ＷＶＯ_４、ＣｒＶＯ_４、ＣｒＮｂＯ_４、ＳｎＯ_２、ＧｅＯ_２、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＴａの元素とのそれらの組合せ、並びにそれらの複合材料の組合せからなる群から選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ＴＩラメラ層４０４内のドーパント又は原子のクラスタ４０６は、正方晶材料、又は炭素、酸素、もしくは窒素に対して高い化学親和力を有する任意の高い凝集性を含み、低いバンドギャップを有するセラミック材料、ＢｉＳｂとの強いもしくは共有化学結合、金属結合を示す材料、又はいくらか導電性であり、約１４００℃を超える溶融温度を有する材料を形成する。

【0056】

ＴＩラメラ層４０４は、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含むドーパント又は原子のクラスタ４０６と同時スパッタリングされた（０１２）配向４１２を有するＢｉＳｂを含む。ドーパント又は原子のクラスタ４０６が複合セラミック材料を含む場合、複合セラミック材料は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｖ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＷＶ、ＣｒＶ、ＣｒＮｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、ＺｎＮｂＴｉ、ＺｎＴｉＴａ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、それらの酸化物、それらの窒化物、それらの炭化物、及びそれらの複合セラミックの組合せからなる群から選択することができる。

【0057】

ドーパント又は原子のクラスタ４０６は、例えば、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｄ、Ｉｎの酸化物のような低融点セラミックであってもよく、そのようなバルクセラミックは、低い融点を有し、いずれかの低いバンドギャップを有する高い酸素親和性を有する凝集性共有結合構造を形成するか、又は金属結合特性を示すか、又は高い抵抗率を伴っていくらか導電性である。これらのクラスタは、一般に、クラスタとして留まり、解離せず、ＢｉＳｂＸ金属と反応せず、容易に合体し、粒界で酸化物ガラスを形成することを好む。上述の低溶融セラミック原子のクラスタは、ＢｉＳｂＸ合金及びその合金のような低溶融点ＴＩ金属によって湿潤され、ＢｉＳｂＸ合金の処理温度を上昇させるとともにＳｂ及び／又はＢｉの熱移動を改善するはずの粒界において合体し、セラミックガラスを形成する。セラミッククラスタは、ＢｉＳｂＸ合金と結合する傾向がなく、熱移動粒界バリアとして働く強いイオン結合又は共有結合構造を形成するために、炭素、酸素、又は窒素に対して凝集性の高い化学親和力を形成する。より低い融点の粒界セラミックガラスは、製造プロセスにおいて高温が必要とされる場合にいくつかの工学的利点を提供し得るか、又はより良好な材料特性の妥協、もしくはＳＯＴデバイスの構築の容易さを提供し得る。

【0058】

ドーパント又は原子のクラスタ４０６は、約１４００℃未満の溶融温度を有してもよい。原子のクラスタのサイズが小さいこと及び合金の相互作用により、原子のクラスタの融点は実質的に低下し得る。原子のクラスタは、約４００℃未満の粒界ガラス形成温度を有するように構成されてもよい。ＴＩラメラ層４０４を原子のクラスタ４０６でドーピングすることは、ＴＩラメラ層４０４におけるＢｉＳｂＸ粒子成長を低減し、ＢｉＳｂ（０１２）テクスチャリング層を有するエピタキシャル成長を提供する。高度の凝集性、炭素、酸素、又は窒素に対する高い化学的親和性、ドーパント又は原子のクラスタ４０６のイオン結合又は共有化学結合の性質のために、ドーパント又は原子のクラスタ４０６は、クラスタとして留まり、ＴＩラメラ層４０４のＢｉＳｂＸ合金と最小限の化学的相互作用を有する傾向があり、それによって、ＭＴＪ ＳＯＴデバイス３００、３０１における結晶粒成長を低減し、粗さを改善しながら、Ｓｂの移動に対する界面層バリアを提供する。

【0059】

ＴＩラメラ層４０４の各々は、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスの成長粗さ及び全体的なスタック粗さを改善するために、低エネルギー及び視射角プラズマ処理（ＰＴ）で処理され得る。原子のクラスタ４０６は、高い熱移動度を有する低融点合金であってもよく、原子のクラスタの少なくともいくらかは、同時スパッタリング中に酸化される。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１を形成する方法は、ポストアニーリングを含むことができる。アニーリングプロセスは、原子のクラスタを溶融して、ＴＩ粒子の周りにガラス境界を形成する。

【0060】

図５Ａ～図５Ｃは、深さの関数としてＴＩ変調及びテクスチャリング層３０４のＴＩラメラ層４０４の例示的な積層構造を深さの関数として示す。図５Ａ～図５Ｃにおいて、ドーパント又は原子のクラスタ４０６（すなわち、ドーパントＸラメラ）は、上述のように、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、ＢｉＳｂラメラ４１２は、（０１２）の結晶配向を有するＢｉＳｂＸを含む。図５Ａは、原子の各クラスタ４０６が２つのＢｉＳｂラメラ４１２の間にドーピングされた変調構造を示す。図５Ｂは、エッジ構造を示し、原子の２つのクラスタ４０６毎に、３つのＢｉＳｂラメラ４１２が存在する。図５Ｃは、ＢｉＳｂラメラ４１２及び原子のクラスタ４０６が均一に分布している均一な構造を示す。図５Ａ～図５Ｃは、ＢｉＳｂラメラ４１２内の原子のクラスタ４０６のドーピングの例であり、ＴＩ変調層３０４は、ＢｉＳｂラメラ４１２内への原子のクラスタ４０６のドーピングの不均一分布の任意の方法を含むことができる。

【0061】

図６Ａ及び図６Ｂは、ＴＩ積層３０４の溶融前後の結晶粒構造を修正する能力を示す。ＴＩ変調層３０４は、例えば、ＭＴＪ ＳＯＴデバイス３００、３０１の使用中に溶融することがある。図６Ａは、ＢｉＳｂラメラ４１２の堆積と、それに続く原子のクラスタ４０６の薄い均一な堆積を示す。図６Ａに示すように、原子のクラスタ４０６は、ＢｉＳｂラメラ４１２上にランダムに配置されている。図６Ｂは、ＢｉＳｂラメラ４１２の成長及びアニール後の原子のクラスタ４０６の分布を示す。図６Ｂに示すように、原子のクラスタ４０６は、ＢｉＳｂラメラ４１２の粒界６１４に移動し、その結果、粒界６１４が熱移動に対して強化されると同時に、Ｓｂの移動に対する追加のバリアが提供される。ドーパント又は原子のクラスタ４０６は、ＢｉＳｂＸラメラ４１２の堆積時の粒径を減少させ、ポストアニール時の結晶粒粗大化によって結晶粒界６１４への熱移動を可能にする。

【0062】

図７は、Ａｕナノ粒子の直径に対するＫでのＡｕのナノ粒子の溶融温度を示すグラフ７００である。この挙動は、一般に、フィーチャサイズ、粒子サイズ、又はクラスタサイズが低減され、これらのフィーチャを形成するために使用される材料の溶融も低減されるとき、すべての材料に当てはまる。Ａｕの場合、溶融温度は、１０Åの粒径については１０００℃、又は２０Åの粒径については６００℃である。文献は、このことが、薄い表面層又は界面層、並びに粒界の予備溶融及び完全な濡れが材料のバルク溶融温度よりも十分に低い温度で達成され得る粒界にも当てはまることを示している。ドーパント又は原子のクラスタ４０６は、堆積されたままのＢｉＳｂＸラメラ４１２の粒径を小さくすることができる。しかしながら、溶融すると、ＴＩ変調層３０４は室温で大きな粒径に戻り、適切なバッファ３１０、テクスチャ４０８、及び中間層３２０により、ＴＩ変調層３０４は、溶融後にその結晶構造及びその（０１２）テクスチャの大部分を保持する。

【0063】

図８Ａは、成長中のエピタキシを改善するために（１１１）テクスチャリングされたテクスチャリング層を利用して界面粗さを改善することを示すグラフ８００である。約８度の半値全幅（ＦＷＨＭ）の最も高いテクスチャは、約８Å未満の最も低い界面粗さを有する。層３１０、３２０、及び４０８は、３．４９Å＜ａ_ｆｃｃ＜３．７１Åの範囲の格子間隔を有する３重ｆｃｃ（１１１）テクスチャリング材料、又は２．４７Å＜ａ_ｈｃｐ＜２．６３Åの範囲のａ軸を有するｈｃｐ（００２）テクスチャリング材料とすることができる。

【0064】

図８Ｂ及び図８Ｃは、それぞれ、ＢｉＳｂ（０１２）テクスチャを生成するために使用することができる４重テクスチャリング層の例を示すグラフ８０１、８０３である。図８Ｄは、高度にテクスチャリングされたＢｉＳｂ（０１２）膜を生成する４重テクスチャリング層の例を示すグラフ８０５である。図８Ｅは、図８Ｄのグラフ８０５の引き延ばした部分を示すグラフ８０７であり、２５Å厚のＭｇＯテクスチャリング膜が（１００）テクスチャを有することを示す。

【0065】

図９Ａは、図１のドライブ１００又は他の適切な磁気媒体ドライブのＭＡＭＲ書込みヘッドなどのマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）書込みヘッドにおいて使用するためのＳＯＴデバイス９００の概略断面図である。ＳＯＴデバイス９００は、（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂと、図３Ａ～図６ＢのＴＩ変調層３０４及びバッファ層３１０など、基板３０２上に形成されたバッファ層３１０上に配置されて形成された炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含むドーパント又は原子のクラスタとを含むＴＩ変調層３０４を含む。ＴＩ変調層３０４の上にはスピントルク層（ＳＴＬ）９７０が形成されている。ＳＴＬ９７０は、ＣｏＦｅ、ＣｏＩｒ、ＮｉＦｅ、及びＣｏＦｅＸ合金（式中、Ｘ＝Ｂ、Ｔａ、Ｒｅ、又はＩｒ）のうちの１つ又は複数からなる層などの強磁性材料を含む。

【0066】

特定の実施形態において、電流シャントブロック層９６０は、ＴＩ変調層３０４とＳＴＬ９７０との間に配置される。電流シャントブロッキング層９６０は、ＴＩ変調層３０４からＳＴＬ９７０に流れる電流を低減するが、ＴＩ変調層３０４とＳＴＬ９７０とのスピン軌道結合を可能にする。特定の実施形態において、電流シャントブロッキング層９６０は、ＴＩ変調層３０４とＳＴＬ９７０との間に、非磁性材料よりも大きなスピン軌道結合を提供する磁性材料を含む。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層９６０は、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＭ、ＦｅＣｏＭＯ、ＦｅＣｏＭＭｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＭｅＯスタック、ＦｅＣｏＭＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯスタック、それらの複数の層／スタック、又はそれらの組合せの磁性材料を含み、Ｍは、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｕ、Ｃｒ、及びＮｉのうちの１つ又は複数であり、Ｍｅは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｙ、又はＣｒである。特定の実施形態において、電流シャントブロッキング層９６０は、約１０Å～約１００Åの厚さに形成される。特定の態様では、１００Åを超える厚さを有する電流シャントブロッキング層９６０は、ＴＩ変調層３０４とＳＴＬ９７０とのスピン軌道結合を低減することができる。特定の態様では、１０Å未満の厚さを有する電流シャントブロッキング層は、ＴＩ変調層３０４からＳＴＬ９７０への電流を十分に低減しない場合がある。

【0067】

特定の実施形態では、スペーサ層９８０及びピニング層９９０などの追加の層がＳＴＬ９７０の上に形成される。ピニング層９９０は、ＳＴＬ９７０を部分的にピン止めすることができる。ピニング層９９０は、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＩｒＭｎＣｒ、ＣｒＭｎＰｔ、ＦｅＭｎ、他の反強磁性材料、又はそれらの組合せの単一層又は複数層を含む。スペーサ層９８０は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、他の非磁性材料、又はそれらの組合せの単一又は複数の層を含む。

【0068】

図９Ｂ及び図９Ｃは、図９ＡのＳＯＴデバイス９００を有するＭＡＭＲ書込みヘッド２１０の一部の特定の実施形態の概略ＭＦＳ図である。ＭＡＭＲ書込みヘッド２１０は、図２の書込みヘッド、又は図１のドライブ１００内の他の適切な書込みヘッド、又はテープドライブなどの他の適切な磁気媒体ドライブとすることができる。ＭＡＭＲ書込みヘッド２１０は、トラッキング方向に主極２２０とトレーリングシールド２４０とを含む。ＳＯＴデバイス９００は、主極とトレーリングシールド２４０との間のギャップに配置される。

【0069】

動作時に、スピンホール層として作用するＴＩ変調層３０４を通る充電電流により、ＢｉＳｂ層にスピン電流が発生する。ＢｉＳｂ層とスピントルク層（ＳＴＬ）９７０とのスピン軌道結合は、ＴＩ変調層３０４からのスピン電流のスピン軌道結合により、ＳＴＬ９７０の磁化のスイッチング又は歳差運動を引き起こす。ＳＴＬ９７０の磁化のスイッチング又は歳差運動は、書込み磁界に対する補助ＡＣ磁界を生成することができる。ＳＯＴに基づくエネルギー支援書込みヘッドは、スピン転移トルクに基づくＭＡＭＲ書込みヘッドと比較して、数倍大きい電力効率を有する。図９Ｂに示されるように、ＳＴＬ９７０の磁化方向の容易軸は、ＳＴＬ９７０の形状異方性から、図９Ａのピニング層９９０から、及び／又はＳＴＬ９７０に近接するハードバイアス要素から、ＭＦＳに垂直である。図９Ｃに示されるように、ＳＴＬ９７０の磁化方向の容易軸は、ＳＴＬ９７０の形状異方性から、図９Ａのピニング層９９０から、及び／又はＳＴＬ９７０に近接するハードバイアス要素から、ＭＦＳに平行である。

【0070】

図１０は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイス１０００として使用されるＳＯＴ ＭＴＪ１００１の概略断面図である。ＭＲＡＭデバイス１０００は、基準層（ＲＬ）１０１０と、ＲＬ１０１０上に配置されたスペーサ層１０２０と、スペーサ層１０２０上に配置された記録層１０３０と、記録層１０３０上に配置された電流シャントブロック層１０４０上のバッファ層３１０と、（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂ、バッファ層３１０上に配置された炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含むドーパント又は原子のクラスタを含むＴＩ変調層３０４とを含む。ＴＩ変調層３０４及びバッファ層３１０は、図３Ａ～図６ＢのＴＩ変調層３０４及びバッファ層３１０であってもよい。

【0071】

ＲＬ１０１０は、ＣｏＦｅ、他の強磁性材料、又はそれらの組合せの単一又は複数の層を含む。スペーサ層１０２０は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、他の誘電体材料、又はそれらの組合せの単一又は複数の層を含む。記録層１０３０は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、他の強磁性材料、又はそれらの組合せの単一又は複数の層を含む。

【0072】

上述したように、特定の実施形態において、電流シャントブロック層１０４０は、バッファ層３１０と記録層１０３０との間に配置される。電流シャントブロッキング層１０４０は、ＴＩ変調層３０４から記録層１０３０へ流れる電流を低減するが、ＴＩ変調層３０４と記録層１０３０とのスピン軌道結合を可能にする。例えば、ＭＲＡＭデバイスへの書込みは、ＢｉＳｂ層と記録層１０３０とのスピン軌道結合によって可能にすることができ、これは、ＴＩ変調層３０４からのスピン電流のスピン軌道結合によって記録層１０３０の磁化のスイッチングを可能にする。特定の実施形態において、電流シャントブロッキング層１０４０は、ＴＩ変調層３０４と記録層１０３０との間に、非磁性材料よりも大きなスピン軌道結合を提供する磁性材料を含む。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層１０４０は、ＦｅＣｏＭ、ＦｅＣｏＭＯ、ＦｅＣｏＭＭｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＭｅＯスタック、ＦｅＣｏＭＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯスタック、それらの複数の層／スタック、又はそれらの組合せの磁性材料を含み、Ｍは、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｕ、Ｃｒ、及びＮｉのうちの１つ又は複数であり、Ｍｅは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｙ、又はＣｒである。

【0073】

図１０のＭＲＡＭデバイス１０００は、ピニング層、ピニング構造（例えば、合成反強磁性（ＳＡＦ）ピン止め構造）、電極、ゲート、及び他の構造などの他の層を含むことができる。図１０の構造以外の他のＭＲＡＭデバイスは、バッファ層３１０上に（０１２）配向を有するＴＩ変調層３０４を利用して形成して、ＳＯＴ ＭＴＪ１００１を形成することができる。

【0074】

（０１２）結晶配向を有するＢｉＳｂを含むＴＩラメラ層を炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料でドーピングすることによって、ドーパント又は原子のクラスタの融点を実質的に低下させることができ、ＭＴＪ ＳＯＴデバイスがより高い温度で動作することを可能にしながら、ＴＩラメラ層内のＳｂの移動を更に低減する。原子のクラスタは、ＴＩラメラ層のＢｉＳｂラメラの粒界に移動し、その結果、粒界が熱移動に対して強化される一方で、Ｓｂの移動に対する追加のバリアが提供される。炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料でＴＩラメラ層をドーピングすることは、ＴＩラメラ層におけるＢｉＳｂＸ結晶粒成長を低減し、ＢｉＳｂ（０１２）テクスチャリング層を有するエピタキシャル成長を提供する。ドーパント又は原子のクラスタの高い又は強いイオン結合又は共有化学結合の性質のために、ドーパント又は原子のクラスタは、ＴＩラメラ層のＢｉＳｂＸ合金と最小限の化学的相互作用を有し、それによって、ＭＴＪ ＳＯＴデバイスにおける結晶粒成長を低減し、粗さを改善しながら、Ｓｂ移動に対する界面層バリアを提供する。

【0075】

更に、ＭＲＡＭ又はＳＯＴデバイス中間層又はバッファ層に適合するようにＴＩ材料の成長及び（０１２）テクスチャを維持するために、セラミック－ＴＩ積層、組成変調層、及び後に規定される成長テクスチャリング層とともに、ガラス形成粒界が広い粒界で分離するので、低バンドギャップ又は導電性セラミック、又は金属結合を有するセラミックを使用することによって、ＢｉＳｂＸのような低溶融点ＴＩ材料を使用して、より高いプロセス温度に達することができる。

【0076】

一実施形態では、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスは、トポロジカル絶縁体（ＴＩ）変調層を備え、ＴＩ変調層は、約９６％～約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）組成変調層と、複数のＴＩラメラ層であって、ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、原子のクラスタが、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、原子のクラスタが、約１４００℃未満のバルク溶融温度を有する粒界において約４００℃未満の粒界ガラス形成温度を有するように構成される、複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層とを備える。

【0077】

ＴＩラメラ層は、（０１２）の結晶配向を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）を含む。複合セラミック材料は、約１４００℃未満の溶融温度を有する。テクスチャリング層は、共有結合した炭化物、酸化物、又は窒化物を含む非晶質材料、面心立方晶（ｆｃｃ）材料、正方晶材料、及び体心立方晶（ｂｃｃ）材料からなる群から選択される。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、バッファ層であって、ＴＩ変調層がバッファ層の上に配置される、バッファ層と、ＴＩ変調層上に配置される中間層とを更に備える。複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第１のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層は、バッファ層に接触して配置され、複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第２のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層は、中間層に接触して配置される。

【0078】

炭化物材料は、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。酸化物材料は、ＦｅＯ、ＣｏＣ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するそれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。窒化物材料は、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＧａＮ、ＦｅＮ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。複合セラミック材料は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｖ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＷＶ、ＣｒＶ、ＣｒＮｂ、Ｇｅ、ＺｎＮｂ、ＺｎＴａ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、これらの酸化物、これらの窒化物、これらの炭化物、及びこれらの合金からなる群から選択される。磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスは、ＳＯＴ ＭＴＪを備える。

【0079】

別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、ＴＩ変調層を備え、ＴＩ変調層は、約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチ組成変調層と、（０１２）の結晶配向を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）を含む複数のＴＩラメラ層であって、ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、原子のクラスタが、炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含む、複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層であって、各テクスチャリング層がＴＩラメラ層間に交互に積層された複数のテクスチャリング層と、を備える。

【0080】

ＴＩラメラ層は、変調された配向で原子のクラスタと共堆積される。ＴＩラメラ層は、エッジ配向で原子のクラスタと共堆積される。ＴＩラメラ層は、均一又は不均一に分布した配向で原子のクラスタと共堆積される。炭化物材料は、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。窒化物材料は、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＧａＮ、ＦｅＮ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。酸化物材料は、ＦｅＯ、ＣｏＣ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するそれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスは、ＳＯＴ ＭＴＪを備える。

【0081】

更に別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、バッファ層と、バッファ層の上に配置された中間層と、バッファ層と中間層との間に配置されたＴＩ変調層とを備え、ＴＩ変調層は、約９６％から約１００％の原子パーセントのビスマスを含む複数のビスマス又はビスマスリッチビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）組成変調層と、（０１２）の結晶配向を有するＢｉＳｂを含む複数のＴＩラメラ層であって、ＴＩラメラ層が、原子のクラスタと共堆積され、原子のクラスタが炭化物、窒化物、酸化物、又は複合セラミック材料を含み、各ＴＩラメラ層が２つのビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層と接触して配置される複数のＴＩラメラ層と、複数のテクスチャリング層であって、各テクスチャリング層が２つのビスマスリッチ組成変調層と接触して配置される複数のテクスチャリング層と、を含む。

【0082】

炭化物材料は、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。窒化物材料は、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＧａＮ、ＦｅＮ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するこれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。酸化物材料は、ＦｅＯ、ＣｏＣ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ又は複数の元素を有するそれらの複合材料の組合せからなる群から選択される。複合セラミック材料は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｖ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＷＶ、ＣｒＶ、ＣｒＮｂ、Ｇｅ、ＺｎＮｂ、ＺｎＴａ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、これらの酸化物、これらの窒化物、これらの炭化物、及びこれらの合金からなる群から選択される。複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第１のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層は、バッファ層に接触して配置され、複数のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層のうちの第２のビスマス又はビスマスリッチＢｉＳｂ組成変調層は、中間層に接触して配置される。

【0083】

中間層は、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャｂｃｃ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１１１）材料、テクスチャｈｃｐ（００２）材料、共有結合した炭化物、酸化物、又は窒化物を含む非晶質材料、非晶質金属材料、及び前述の材料のいずれか１つ又は複数の層状の組合せからなる群から選択される１つ又は複数の材料を含む。バッファ層は、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャｂｃｃ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ（１００）材料、テクスチャｆｃｃ（１１１）材料、テクスチャｈｃｐ（００２）材料、非晶質金属材料、共有結合した炭化物、酸化物、又は窒化物を含む非晶質材料、及び前述の材料のいずれか１つ又は複数の層状の組合せからなる群から選択される１つ又は複数の材料を含む１つ又は複数の副層を含む。磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスは、ＳＯＴ ＭＴＪを備える。

【0084】

上記は本開示の実施形態を目的とするが、本開示の他の及び更なる実施形態が、その基本的範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】