TWI569484B - 具超晶格勢壘之磁穿隧接面及包含具超晶格勢壘磁穿隧接面之裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種磁穿隧接面(Magnetic Tunnel Junction，簡稱MTJ)，特別是關於一種可應用於磁性隨機存取記憶體、電晶體及磁場感測器的磁穿隧接面。
典型的磁穿隧接面為三明治結構F/I/F，其中F表示Ferromagnet(鐵磁體)，I表示insulating barrier(絕緣勢壘)。關於該絕緣勢壘，目前主流之結構為單一絕緣體材料，這種結構稱為單一勢壘(single-barrier)結構，其穿隧磁阻率(tunnel magnetoresistance(TMR)ratio)大約可達102%。最近有文獻使用雙重勢壘(double-barrier)結構(例如F/I/F/I/F或F/I/N/I/F，其中N為金屬)，其穿隧磁阻率可達103%。磁穿隧接面的勢壘層必須夠薄，才會發生量子力學的穿隧現象。
磁穿隧接面為設計硬碟讀取頭以及磁性隨機存取記憶體時，一個重要的組成元件，穿隧磁阻率則為評估磁穿隧接面的一個重要指標。例如較高穿隧磁阻率的磁穿隧接面能提升硬碟讀取頭的靈敏度，進而能使硬碟容量提升。又如磁場感測器，目前最靈敏的是超導量子干涉儀(簡稱SQUID)，然而SQUID因需工作在非常低的溫度，因此需使用液態氮。透過改善MTJ的靈敏度，有機會設計出和SQUID同樣靈敏的磁場感測器，且好處是可以在常溫工作。
另有與磁穿隧接面結構類似的巨磁阻(giant magnetoresistance，簡稱GMR)結構，不具有勢壘，故不牽涉穿隧效應。其中間層的典型材料為導體。巨磁阻結構也有一類似指標：磁阻率
(magnetoresistance ratio)，其值大約可達102%。
自從1995年磁穿隧接面被發明後，如何設計出具有較高穿隧磁阻率的磁穿隧接面，一直是一個重要的議題，本發明的目的在於提供一種高穿隧磁阻率的磁穿隧接面。
與本發明相關的研究已發表於2014年1月30日出版之APPLIED PHYSICS LETTERS 104,042405(2014)，如附件。本案所提出的新技術，使用超晶格勢壘(superlattice-barrier，簡稱SLB)取代傳統單一勢壘與雙重勢壘結構，可將穿隧磁阻率提高至105%。
本案之一構想在於提供一種磁穿隧接面，包含：一固定層；一自由層；以及一超晶格勢壘，配置於該固定層及該自由層之間。
本案之另一構想在於提供一種磁穿隧接面，包含：複數固定層；複數勢壘，該複數勢壘之至少其中之一為超晶格勢壘，與該複數固定層彼此成對堆疊；以及一自由層，配置於該複數勢壘中最外側之一勢壘外側。
本案之另一構想在於提供一種磁穿隧接面，包含：一第一部分，包含複數第一固定層及複數第一勢壘，該複數第一固定層及該複數第一勢壘彼此成對堆疊；一第二部分，包含複數第二固定層及複數第二勢壘，該複數第二固定層及該複數第二勢壘彼此成對堆疊；以及一自由層，被配置於該複數第一勢壘中最外側之一第一勢壘與該複數第二勢壘中最外側之一第二勢壘之間，其中該複數第一勢壘與該複數第二勢壘之至少其中之一為超晶格勢壘，且該第一部分、該自由層及該第二部分均配置於同一直線。
本案之另一構想在於提供一種磁性隨機存取記憶體位元格，包含：一電晶體；以及一磁穿隧接面，連接於該電晶體，該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘。
本案之另一構想在於提供一種磁穿隧接面電晶體元件，包含：一第一電極；一閘極電極；以及一磁穿隧接面，配置在該第一電極與該閘極電極之間，其中該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於
該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘。
本案之另一構想在於提供一種磁場感測器，包含：一磁穿隧接面，該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一勢壘，該勢壘為一超晶格勢壘。
本案之另一構想在於提供一種磁穿隧接面，包含：一固定層；一自由層；以及一周期性中間層，其具複數層單元，並配置於該固定層及該自由層之間，其中各該層單元包括至少一勢壘層及至少一勢井層。
本發明提供一種可將穿隧磁阻率提高至105%之高穿隧磁阻率的磁穿隧接面及包含該高穿隧磁阻率的磁穿隧接面之裝置，具有極高的應用價值。
本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得以令讀者更深入了解。
26‧‧‧電晶體
62‧‧‧第一電極
64‧‧‧閘極電極
66‧‧‧閘極介電層
90‧‧‧披覆層
100、200、1100、1200、1300、78、88‧‧‧磁穿隧接面
110、210‧‧‧固定層
120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020、76‧‧‧超晶格勢壘
130、230、1130、1230、68‧‧‧自由層
321、421、521、621、721、821、921、1021‧‧‧多層晶胞
625、725、825、925、1025‧‧‧第一緩衝層
626、726、826、926、1026‧‧‧第二緩衝層
627、727、1027‧‧‧第三緩衝層
628、1028‧‧‧第四緩衝層
1111、1211‧‧‧第一固定層
1112、1212‧‧‧第二固定層
1121、1221‧‧‧第一超晶格勢壘
1122、1222‧‧‧第二超晶格勢壘
第一圖(a)、第一圖(b)、第一圖(c)與第一圖(d)顯示本發明的磁穿隧接面的基本形式的兩個實施例；第二圖顯示一超晶格勢壘磁穿隧接面的穿隧磁阻率TMR%隨著該超晶格勢壘中之非磁性金屬的厚度dCu變化的情形；第三圖為該超晶格勢壘之一實施例；第四圖為該超晶格勢壘之另一實施例；第五圖為該超晶格勢壘之另一實施例；第六圖為包含緩衝層之該超晶格勢壘之一實施例；第七圖為包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例；第八圖為包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例；第九圖為包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例；第十圖為包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例；第十一圖為本發明之磁穿隧接面的另一實施例；第十二圖為本發明之磁穿隧接面的另一實施例；第十三圖為本發明之包含磁穿隧接面之裝置中之磁性隨機存取記憶體
位元格之一實施例；第十四圖為本發明之包含磁穿隧接面之裝置中之磁穿隧接面電晶體元件之一實施例；第十五圖為本發明之包含磁穿隧接面之裝置中之磁場感測器之一實施例。
請參閱第一圖(a)、第一圖(b)、第一圖(c)與第一圖(d)所示，其係本發明的磁穿隧接面的基本形式的兩個實施例。第一圖(a)顯示一磁穿隧接面100，該磁穿隧接面100包含一固定層110、一超晶格勢壘120以及一自由層130。固定層110具有一第一磁化方向(如繪製於固定層110之箭頭所示)，該第一磁化方向位於該固定層110所在之平面上，自由層130的磁化方向則與該第一磁化方向同向或反向(如繪製於自由層130之箭頭所示)。第一圖(b)為旋轉90°且未按比例繪製的該磁穿隧接面100的側視圖。第一圖(c)顯示一磁穿隧接面200，該磁穿隧接面200包含一固定層210、一超晶格勢壘220以及一自由層230。固定層210具有一第二磁化方向，該第二磁化方向與該固定層210所在之平面垂直(如繪製於固定層210之箭頭所示)，自由層230的磁化方向則與該第二磁化方向同向或反向(如繪製於自由層230之箭頭所示)。第一圖(d)為旋轉90°且未按比例繪製的該磁穿隧接面200的側視圖。
較佳地，該固定層與該自由層為一鐵磁性材料或半導體材料，例如，鎳鐵(NiFe)、鎳鐵鈷(NiFeCo)、鈷鐵(CoFe)、鈷鐵硼(CoFeB)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)、銦(In)、砷(As)、鎵(Ga)、砷化銦(InAs)、砷化鎵(GaAs)、錳砷化鎵(GaMnAs)、錳砷化銦(InMnAs)或以上合金或其化合物。
第二圖顯示一超晶格勢壘磁穿隧接面的穿隧磁阻率TMR%，該圖中之超晶格勢壘的結構為[非磁性金屬/絕緣體]N，其中N=3，非磁性金屬為銅，而絕緣體的厚度為0.5nm。穿隧磁阻率TMR%會隨著非磁性金屬的厚度dCu變化而振盪，如第二圖所示。當dCu=0.7nm時，TMR%≒5x105%。
一般而言，該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞(multilayer cell)，例如第二圖中之超晶格勢壘的結構為[非磁性金屬/絕緣體]N，其中[非磁性金屬/絕緣體]為一多層晶胞(該多層晶胞內部有兩層：磁性金屬層及絕緣體層)，該超晶格勢壘由三個多層晶胞組成。超晶格勢壘中的該至少二多層晶胞沿著貫穿該固定層、該超晶格勢壘及該自由層之一第一方向堆疊。其中該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，其中該勢壘層為一絕緣體材料或一半導體材料，該勢井層為一導體材料或一半導體材料。例如第二圖中之超晶格勢壘，具有一勢壘層，由絕緣體材料組成，另有一勢井層，由非磁性金屬組成。
較佳地，該勢井層的導體材料可以是非磁性金屬(例如Ta、Ru、Cr、Al、Mg、Cu、Ti或Pt)或磁性金屬(例如NiFe、NiFeCo、CoFe、CoFeB、Fe、Co、Ni)，該勢壘層的絕緣體材料可以是Al2O3、SiO2、Ta2O5、SiN4、AlNx或是MgO，該半導體材料可以是單元素半導體(例如C、Si、Ge)、化合物半導體(例如SiC、GaAs、GaN、ZnO)或是合金半導體(例如AlGaAs、AlInAs、CdMnTe、AlGaAsP)。
該磁穿隧接面可能包含一或多個緩衝層，該緩衝層介於該超晶格勢壘與該固定層之間或介於該超晶格勢壘與該自由層之間，或是介於該至少二多層晶胞的二者之間。下文舉出一些包含或不包含緩衝層的超晶格勢壘的例子。
請參閱第三圖之超晶格勢壘實施例，該超晶格勢壘320由三個多層晶胞321沿著該第一方向堆疊成周期性結構，每一多層晶胞321由一導體材料C及一絕緣體材料I堆疊而成。
請參閱第四圖所示，其係該超晶格勢壘之另一實施例。該超晶格勢壘420由兩個多層晶胞421沿著該第一方向堆疊成周期性結構，每一多層晶胞421由一第一導體材料C1、一第二導體材料C2、一第一絕緣體材料I1及一第二絕緣體材料I2堆疊而成。
請參閱第五圖所示，其係該超晶格勢壘之另一實施例。該超晶格勢壘520由兩個多層晶胞521沿著該第一方向堆疊成周期性結構，每一多層晶胞521由一第一半導體材料S1及一第二半導體材料S2堆疊而成。
請參閱第六圖所示，其係包含緩衝層之該超晶格勢壘之一實施例。該超晶格勢壘620由兩個多層晶胞621沿著該第一方向堆疊成周期性結構，每一多層晶胞621由一第一導體材料C1及一絕緣體材料I堆疊而成。圖中最左側(此處假設該第一方向為自左至右，左側亦可稱內側)的多層晶胞621的左側，另有由一第二導體材料C2組成之第一緩衝層625及一第三導體材料C3組成之第二緩衝層626，沿著該第一方向的反向堆疊。而最右側的多層晶胞621的右側(亦可稱外側)另有由該第二導體材料C2組成之第三緩衝層627及該第三導體材料C3組成之第四緩衝層628，沿著該第一方向堆疊。
請參閱第七圖所示，其係包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例。該超晶格勢壘720由兩個多層晶胞721沿著該第一方向堆疊成類周期結構，每一多層晶胞721由一第一導體材料C1、一第一半導體材料S1、一第一絕緣體材料I1及一第二絕緣體材料I2堆疊而成。圖中最左側(或稱內側)的多層晶胞721的左側另有由一第二導體材料C2組成之第一緩衝層725，最右側的多層晶胞721的右側(亦可稱外側)另有由該第二導體材料C2組成之第二緩衝層726，而多層晶胞721之間有一由一第三導體材料C3組成之第三緩衝層727。一般而言，超晶格勢壘之結構可為周期或類周期，例如ABABAB可為超晶格勢壘，ABDAB及CABABD亦可為超晶格勢壘。
請參閱第八圖所示，其係包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例。該超晶格勢壘820由三個多層晶胞821沿著該第一方向堆疊成類周期結構，每一多層晶胞821由一第一半導體材料S1及一第二半導體材料S2堆疊而成。圖中最左側(或稱內側)的多層晶胞821的左側另有由一第三半導體材料S3組成之第一緩衝層825，最右側的多層晶胞821的右側(亦可稱外側)另有由該第三半導體材料S3組成之第二緩衝層826。
請參閱第九圖所示，其係包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例。該超晶格勢壘920由兩個多層晶胞921沿著該第一方向堆疊成類周期結構，每一多層晶胞921由一第一半導體材料S1、一第二半導體材料S2及一第三半導體材料S3堆疊而成。圖中最左側(或稱內側)的多層晶胞921的左側另有由一第四半導體材料S4組成之第一緩衝層925，最右側的多
層晶胞921的右側(亦可稱外側)另有由該第四半導體材料S4組成之第二緩衝層926。
請參閱第十圖所示，其係包含緩衝層之該超晶格勢壘之另一實施例。該超晶格勢壘1020由兩個多層晶胞1021沿著該第一方向堆疊成類周期結構，每一多層晶胞1021由一第一半導體材料S1、一第二半導體材料S2及一第三半導體材料S3堆疊而成。圖中最左側(或稱內側)的多層晶胞1021的左側，另有由一第一導體材料C1組成之第一緩衝層1025及一第二導體材料C2組成之第二緩衝層1026，沿著該第一方向的反向堆疊。最右側的多層晶胞1021的右側(亦可稱外側)，另有由一第三導體材料C3組成之第三緩衝層1027及一第四導體材料C4組成之第四緩衝層1028，沿著該第一方向堆疊。
請參閱第十一圖所示，其係本發明之磁穿隧接面的另一實施例。該磁穿隧接面1100由一第一固定層1111、一第一超晶格勢壘1121、一第二固定層1112、一第二超晶格勢壘1122沿著該第一方向堆疊，最外側的超晶格勢壘(1122)的外側有一自由層1130。本實施例可看成是本發明磁穿隧接面基本形式之串接，串接的成對之固定層與勢壘數目可以更多，而且在所有可能的串接中，只要其中有一個超晶格勢壘，都是本實施例的變化形式。
請參閱第十二圖所示，其係本發明之磁穿隧接面的另一實施例。該磁穿隧接面1200由一第一固定層1211、一第一超晶格勢壘1221、一自由層1230、一第二超晶格勢壘1222及第二固定層1212沿著該第一方向堆疊。本實施例可看成是本發明磁穿隧接面基本形式之並接，並可有各種變化形式，或是同時有串接與並接，而且在所有可能的組合中，除前述實施例之外，只要其中有一個超晶格勢壘，都是本發明的變化形式。
請參閱第十三圖所示，其係本發明之包含磁穿隧接面之裝置中之磁性隨機存取記憶體位元格之一實施例。請注意第十三圖中磁穿隧接面1300的方向已從第一至十二圖中的方向旋轉了90°。圖中電晶體26的源極S接到電壓源VS，電晶體26的汲極D可接到磁穿隧接面1300的固定層，一條位元線(VBL)則接到磁穿隧接面1300的自由層。當讀取儲存於磁穿
隧接面1300的資料時，為了使電流能夠流過磁穿隧接面1300，位元線(VBL)被驅動。一個小的電阻值會在磁穿隧接面1300的自由層和固定層的磁化方向同向(稱為「平行」(parallel)，形成一個記憶的狀態，例如邏輯上的「0」)時被量測到，此電阻為施加在位元線(VBL)上的電壓除以量測到的電流。當磁穿隧接面1300的自由層和固定層的磁化方向反向(稱為「反平行」(antiparallel)，形成另一個記憶的狀態，例如邏輯上的「1」)時，較高的電阻會被量測到。也就是說，磁性隨機存取記憶體利用平行與反平行組態之磁阻大小差異，來儲存數位的邏輯0與邏輯1，而本發明之磁穿隧接面可大幅提高這種磁阻大小差異(其以TMR%代表)。當寫入資料至磁穿隧接面1300時，電晶體26的閘極G會由寫入線(VWL)所驅動。在位元線(VBL)與VS間會有一個電位差，此電位差造成在汲極D與源極S之間寫入電流的產生。要使磁化方向由反平行變成平行，須產生從自由層流至固定層的寫入電流，這將會在自由層產生自旋轉移力矩(spin transfer torque,STT)，造成自由層的磁化轉向，由反平行變成平行。如果要使磁化方向由平行轉至反平行，須產生由固定層流至自由層的電流，此電流會在自由層產生自旋轉移力矩，把自由層的磁化方向轉變為與固定層反平行的方向。電晶體26的汲極D也可以接到磁穿隧接面1300的自由層，則位元線(VBL)接到磁穿隧接面1300的固定層。圖上的電晶體為NMOS電晶體，然而當有需求時，其它類型的電晶體也可以被使用在此設計。圖中之磁穿隧接面1300可能為本發明之磁穿隧接面的各種形式。
請參閱第十四圖所示，其係本發明之包含磁穿隧接面之裝置中之磁穿隧接面電晶體元件之一實施例。第十四圖為一個磁穿隧接面電晶體的橫剖面圖，其中有一第一電極62，一閘極電極64，以及一磁穿隧接面78，配置在該第一電極62與該閘極電極64之間。第十四圖中之實施例中，磁穿隧接面78與閘極電極64之間尚有建立於閘極電極上的閘極介電層66。該第一電極62可能為汲極或源極。磁穿隧接面78包含一個建立於閘極介電層66上的自由層68。自由層68上為超晶格勢壘76。自由層的磁化方向會因閘極的外加電壓而改變。圖中的磁穿隧接面78可能為本發明之磁穿隧接面的各種形式。
請參閱第十五圖所示，其係本發明之包含磁穿隧接面之裝置中之磁場感測器之一實施例。圖中由於實際設計的需要，有一個披覆層90被製作在磁穿隧接面88之上。利用量測磁穿隧接面磁場感測器的磁阻，可以得到外加磁場的大小。磁場感測器之應用範圍相當廣泛，例如生醫感測、生化感測、輪速感測、角度量測、線性位移量測、電流量測、應用於羅盤與導航之地磁偵測以及金屬偵測。圖中的磁穿隧接面88可能為本發明之磁穿隧接面的各種形式。
實施例
1.一種磁穿隧接面，包含：複數固定層；複數勢壘，該複數勢壘之至少其中之一為超晶格勢壘，與該複數固定層彼此成對堆疊；以及一自由層，配置於該複數勢壘中最外側之一勢壘外側。
2.一種磁穿隧接面，包含：一第一部分，包含複數第一固定層及複數第一勢壘，該複數第一固定層及該複數第一勢壘彼此成對堆疊；一第二部分，包含複數第二固定層及複數第二勢壘，該複數第二固定層及該複數第二勢壘彼此成對堆疊；以及一自由層，被配置於該複數第一勢壘中最外側之一第一勢壘與該複數第二勢壘中最外側之一第二勢壘之間，其中該複數第一勢壘與該複數第二勢壘之至少其中之一為超晶格勢壘，且該第一部分、該自由層及該第二部分均配置於同一直線。
3.一種磁性隨機存取記憶體位元格，包含：一電晶體；以及一磁穿隧接面，連接於該電晶體，該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘。
4.一種磁穿隧接面電晶體元件，包含：一第一電極；一閘極電極；以及一磁穿隧接面，配置在該第一電極與該閘極電極之間，其中該磁穿隧接
面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘。
5.一種磁場感測器，包含：一磁穿隧接面，該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘。
6.如實施例5所述之磁場感測器更包含一披覆層，該披覆層相鄰於該磁穿隧接面。
7.一種磁穿隧接面，包含：一固定層；一自由層；以及一周期性中間層，其具複數層單元，並配置於該固定層及該自由層之間，其中各該層單元包括至少一勢壘層及至少一勢井層。
8.一種磁穿隧接面，包含：一固定層；一自由層；以及一超晶格勢壘，配置於該固定層及該自由層之間。
9.如實施例8所述之磁穿隧接面，該固定層與該自由層為一鐵磁性材料或半導體材料。
10.如實施例8或9所述之磁穿隧接面，其中該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著貫穿該固定層、該超晶格勢壘及該自由層之一第一方向堆疊。
11.如實施例10所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，其中該勢壘層為一絕緣體材料或一半導體材料，該勢井層為一導體材料或一半導體材料。
12.如實施例10所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括至少一導體層及至少一絕緣層，當該至少一導體層及該至少一絕緣層的數目均為1時，該至少一導體層及該至少一絕緣層沿著該第一方向堆疊，當該至少一導體層及該至少一絕緣層中至少其中之一的數目大於或等於2時，已堆疊的該至少一導體層與已堆疊的該至少一絕緣層沿著該
第一方向堆疊。
13.如實施例10所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括沿著該第一方向堆疊的複數半導體層。
14.如實施例10所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括沿著該第一方向依序堆疊的至少一半導體層以及至少一絕緣層或半導體層。
15.如實施例10所述之磁穿隧接面更包含一緩衝層，該緩衝層介於該超晶格勢壘與該固定層之間或介於該超晶格勢壘與該自由層之間，或是介於該至少二多層晶胞的二者之間。
16.如實施例8所述之磁穿隧接面，其中該固定層具有一第一磁化方向，該第一磁化方向位於該固定層所在之平面上，該自由層的磁化方向與該第一磁化方向同向或反向。
17.如實施例8所述之磁穿隧接面，其中該固定層具有一第一磁化方向，該第一磁化方向與該固定層所在之平面垂直，該自由層的磁化方向與該第一磁化方向同向或反向。
由上可知，本發明可以大幅提高穿隧磁阻率，也可以說是大幅提高磁穿隧接面的靈敏度，例如作為硬碟讀取頭，其靈敏度越高，硬碟容量也越高。又如作為磁場感測器，有機會設計出和SQUID同樣靈敏的磁場感測器，且能在常溫工作。因此，本發明實為一新穎、進步且具產業實用性之發明，深具發展價值。本發明得由熟悉技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然不脫如附申請範圍所欲保護者。
100、200‧‧‧磁穿隧接面
110、210‧‧‧固定層
120、220‧‧‧超晶格勢壘
130、230‧‧‧自由層
Claims (16)
- 一種磁穿隧接面，包含：複數固定層；複數勢壘，該複數勢壘之至少其中之一為超晶格勢壘，與該複數固定層沿著一第一方向彼此成對堆疊；以及一自由層，配置於該複數勢壘中最右側之一勢壘右側，其中該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著該第一方向堆疊，該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，該超晶格勢壘具有一最左層及一最右層，該最左層與其最接近之固定層之間無其他勢壘層，該最右層與其最接近之固定層或自由層之間無其他勢壘層，且該超晶格勢壘選自下述二者至少其中之一：該最左層及該最右層之位障不同；及該勢壘層及該勢井層之至少其中之一不為半導體材料。
- 一種磁穿隧接面，包含：一第一部分，包含複數第一固定層及複數第一勢壘，該複數第一固定層及該複數第一勢壘彼此成對堆疊；一第二部分，包含複數第二固定層及複數第二勢壘，該複數第二固定層及該複數第二勢壘彼此成對堆疊；以及一自由層，被配置於該複數第一勢壘中最外側之一第一勢壘與該複數第二勢壘中最外側之一第二勢壘之間，其中該複數第一勢壘與該複數第二勢壘之至少其中之一為超晶格勢壘，該第一部分、該自由層及該第二部分均配置於同一直線，該第一部分、該自由層及該第二部分沿著一第一方向配置，該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著該第一方向堆疊，該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，該超晶格勢壘具有一最左層及一最右層，該最左層與其最接近之一第一非超晶格勢壘層之間無其他勢壘層，該第一非超晶格勢壘層為下述三者其中之一：(1)該複數第一固定層其中之一、(2)該複數第二固定層其中之一及(3)該自由層，該最右層與其最接近之一第二非超晶格勢壘層之間無 其他勢壘層，該第二非超晶格勢壘層為下述三者其中之一：(l)該複數第一固定層其中之一、(2)該複數第二固定層其中之一及(3)該自由層，且該超晶格勢壘選自下述二者至少其中之一：(1)該最左層及該最右層之位障不同及(2)該勢壘層及該勢井層之至少其中之一不為半導體材料。
- 一種磁性隨機存取記憶體位元格，包含：一電晶體；以及一磁穿隧接面，連接於該電晶體，該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘，其中該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著貫穿該固定層、該超晶格勢壘及該自由層之一第一方向堆疊，該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，該超晶格勢壘具有最接近該固定層的一最左層及最接近該自由層的一最右層，該最左層與該固定層之間無其他勢壘層，該最右層與該自由層之間無其他勢壘層，且該超晶格勢壘選自下述二者至少其中之一：該最左層及該最右層之位障不同；及該勢壘層及該勢井層之至少其中之一不為半導體材料。
- 一種磁穿隧接面電晶體元件，包含：一第一電極；一閘極電極；以及一磁穿隧接面，配置在該第一電極與該閘極電極之間，其中該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘，其中該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著貫穿該固定層、該超晶格勢壘及該自由層之一第一方向堆疊，該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，該超晶格勢壘具有最接近該固定層的一最左層及最接近該自由層的一最右層，該最左層與該固定層之間無其他勢壘層，該最右層與該自由層之間無其他勢壘層，且該超晶格勢壘選自下述二者至少其中之一：該最左層及該最右層之位障不同；及該勢壘層及該勢井層之至少其中之一不為半導體材料。
- 一種磁場感測器，包含：一磁穿隧接面，該磁穿隧接面包含一固定層、一自由層以及配置於該固定層及該自由層之間的一超晶格勢壘，其中該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著貫穿該固定層、該超晶格勢壘及該自由層之一第一方向堆疊，該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，該超晶格勢壘具有最接近該固定層的一最左層及最接近該自由層的一最右層，該最左層與該固定層之間無其他勢壘層，該最右層與該自由層之間無其他勢壘層，且該超晶格勢壘選自下述二者至少其中之一：該最左層及該最右層之位障不同；及該勢壘層及該勢井層之至少其中之一不為半導體材料。
- 如申請專利範圍第5項所述之磁場感測器更包含一披覆層，該披覆層相鄰於該磁穿隧接面。
- 一種磁穿隧接面，包含：一固定層；一自由層；一周期性中間層，其具複數層單元，並配置於該固定層及該自由層之間，其中各該層單元包括至少一勢壘層及至少一勢井層；以及一緩衝層，於該周期性中間層與該固定層之間或介於該周期性中間層與該自由層之間，或是介於該複數層單元的二者之間。
- 一種磁穿隧接面，包含：一固定層；一自由層；以及一超晶格勢壘，配置於該固定層及該自由層之間，其中該超晶格勢壘包括至少二多層晶胞，該至少二多層晶胞沿著貫穿該固定層、該超晶格勢壘及該自由層之一第一方向堆疊，該至少二多層晶胞的每一者包括至少一勢壘層及至少一勢井層，沿著該第一方向彼此堆疊，該超晶格勢壘具有最接近該固定層的一最左層及最接近該自由層的一最右層，該最左層與該固定層之間無其他勢壘層，該最右層與該自由層之間無其他勢壘層，且該超晶格勢壘選自下述二者至少其中之一： 該最左層及該最右層之位障不同；及該勢壘層及該勢井層之至少其中之一不為半導體材料。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，該固定層與該自由層為一鐵磁性材料或半導體材料。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，其中該勢壘層為一絕緣體材料或一半導體材料，該勢井層為一導體材料或一半導體材料。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括至少一導體層及至少一絕緣層，當該至少一導體層及該至少一絕緣層的數目均為1時，該至少一導體層及該至少一絕緣層沿著該第一方向堆疊，當該至少一導體層及該至少一絕緣層中至少其中之一的數目大於或等於2時，已堆疊的該至少一導體層與已堆疊的該至少一絕緣層沿著該第一方向堆疊。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括沿著該第一方向堆疊的複數半導體層。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，其中該至少二多層晶胞的每一者包括沿著該第一方向依序堆疊的至少一半導體層以及至少一絕緣層或半導體層。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面更包含一緩衝層，該緩衝層介於該超晶格勢壘與該固定層之間或介於該超晶格勢壘與該自由層之間，或是介於該至少二多層晶胞的二者之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，其中該固定層具有一第一磁化方向，該第一磁化方向位於該固定層所在之平面上，該自由層的磁化方向與該第一磁化方向同向或反向。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁穿隧接面，其中該固定層具有一第一磁化方向，該第一磁化方向與該固定層所在之平面垂直，該自由層的磁化方向與該第一磁化方向同向或反向。
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