Magnetische Tunnelwiderstandsvorrichtung (TMR) mit Magnesiumoxid-Tunnelsperrschicht und freier Schicht mit Einfügungsschicht

Eine magnetische Tunnelwiderstandsvorrichtung (Tunneling Magnetoresistance - TMR) weist eine dünne MgO-Tunnelsperrschicht und eine freie ferromagnetische Mehrschicht auf. Die freie ferromagnetische Mehrschicht weist eine erste ferromagnetische CoFeB-Schicht, eine kubisch flächenzentrierte (face-centered-cubic-fcc) NiFe-Kompensationsschicht mit negativer Magnetostriktion und eine kubisch raumzentrierte (body-centered-cubic - bcc) NiFe-Einfügungsschicht zwischen der CoFeB-Schicht und der fcc NiFe-Kompensationsschicht auf. Eine wahlfreie ferromagnetische Nanoschicht kann sich zwischen der MgO-Sperrschicht und der CoFeB-Schicht befinden. Eine wahlfreie amorphe Trennschicht kann sich zwischen der CoFeB-Schicht und der bcc NiFe-Einfügungsschicht befinden. Die bcc NiFe-Einfügungsschicht (und die wahlfreie amorphe Trennschicht, wenn sie verwendet wird) verhindert, dass die fcc NiFe-Schicht die kristalline Bildung der MgO- und CoFeB-Schichten während des Temperns negativ beeinträchtigt. Die bcc NiFe-Einfügungsschicht erhöht auch der TMR und senkt die Gilben-Dämpfungskonstante der freien ferromagnetischen Mehrschicht. A tunneling magnetoresistance (TMR) device has a thin MgO tunneling barrier layer and a free ferromagnetic multilayer. The free ferromagnetic multilayer includes a CoFeB first ferromagnetic layer, a face-centered-cubic (fcc) NiFe compensation layer with negative magnetostriction, and a body-centered-cubic (bcc) NiFe insertion layer between the CoFeB layer and the fcc NiFe compensation layer. An optional ferromagnetic nanolayer may be located between the MgO barrier layer and the CoFeB layer. An optional amorphous separation layer may be located between the CoFeB layer and the bcc NiFe insertion layer. The bcc NiFe insertion layer (and the optional amorphous separation layer if it is used) prevents the fcc NiFe layer from adversely affecting the crystalline formation of the MgO and CoFeB layers during annealing. The bcc NiFe insertion layer also increases the TMR and lowers the Gilbert damping constant of the free ferromagnetic multilayer.