磁阻式随机存取存储器单元和形成其的方法、磁阻式随机存取存储器阵列和操作其的方法与流程

1.本发明总体上涉及电学、电子和计算机领域，并且更特别地涉及磁阻式随机存取存储器(mram)。
背景技术：
：：2.目前的mram是使用磁(磁性)隧道结(mtj)的三层器件。它们典型地包括参考层磁体、隧道势垒、和存储或自由磁性层。磁性层可为铁磁体或亚铁磁体(铁氧体磁体)。电流通过该器件并测量电阻。电阻基于两个磁性层的磁性取向而变化，并且电阻的相对变化被称为隧道磁(电)阻(tmr)，其与自旋极化有关(即，高的自旋极化意味着高的tmr)。高的自旋极化以及因此的高的tmr是合乎期望的(较高的tmr提供较高的开/关比)。低的切换电流(开关电流)也是合乎期望的。在平行(并行)配置中，磁性层使其磁化彼此对齐；电阻在这种状态下相对于反平行配置典型地为较低的。在反平行状态下，磁性层没有使其磁化彼此对齐；电阻在这种状态下相对于平行配置典型地为较高的。mtj的磁性状态经由使电流通过其而变化。电流递送(提供)自旋角动量，使得一旦超过阈值电流，存储层矩的方向切换。由于这些mram器件是利用自旋转移扭矩(stt)进行切换的，因此它们被称为stt-mram。当电极的磁化对所述层垂直取向时，所需的切换电流的大小较小。3.目前的器件将钴、铁、和硼的合金用于磁性层，并且这些层是铁磁性的。赫斯勒(heusler)化合物是磁性金属互化物(金属间化合物)，其具有面心立方(fcc)晶体结构和x2yz的组成(全赫斯勒或简称“赫斯勒”)，其中x和y是过渡金属并且z在周期表的p区(或主族)中。半赫斯勒具有组成xyz。本文中在没有术语“半”的情况下提及赫斯勒意指全赫斯勒。赫斯勒化合物具有四个互穿的fcc子晶格。技术实现要素：4.本发明的原理提供在mram等中使用四方半金属性赫斯勒化合物的技术。在一个方面，示例性的磁阻式随机存取存储器单元包括：模板层，其包括具有交替层晶格结构的二元合金；半金属性赫斯勒层，其包括具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒材料，所述半金属性赫斯勒层位于所述模板层的外侧，并且具有与所述半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数；在所述半金属性赫斯勒层的外侧的隧道势垒；和在所述隧道势垒的外侧的磁性层。5.在另一方面，这样的磁阻式随机存取存储器单元的磁阻式随机存取存储器阵列包括：形成多个位线-互补位线对的多条位线和多条互补位线；在多个单元位置处与所述多个位线-互补位线对相交的多条字线；以及分别位于所述多个单元位置的每一个处的多个所述磁阻式随机存取存储器单元。所述磁阻式随机存取存储器单元的每一个电连接至相应的位线并且在所述字线的相应的一条的控制下选择性地互连至所述互补位线的相应的一条。6.在又一方面，操作这样的阵列的方法包括：提供所述阵列；将信号施加至所述字线以使所述单元的第一子集存储逻辑1并且使所述单元的第二子集存储逻辑0；以及经由所述位线和所述互补位线读取所存储的逻辑1和0。7.在再一方面，形成磁阻式随机存取存储器单元的方法包括：提供模板层，所述模板层包括具有交替层晶格结构的二元合金并具有模板层面内晶格常数；在所述模板层上外延生长半金属性赫斯勒层，所述半金属性赫斯勒层包括半金属性赫斯勒材料，所述半金属性赫斯勒层在所述模板层上生长，使得所述赫斯勒材料具有四方晶格结构以及与半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同并且基本上匹配模板层面内晶格常数的赫斯勒面内晶格常数；在所述半金属性赫斯勒层的外侧形成隧道势垒；并且在所述隧道势垒的外侧形成磁性层。8.在还一方面，硬件描述语言(hdl)设计结构被编码在机器可读数据存储介质上。该hdl设计结构包括当在计算机辅助设计系统中处理时产生所描述的磁阻式随机存取存储器单元和/或阵列的机器可执行表示(machine-executablerepresentation)的元件。9.如本文中使用的，“促进”动作包括：执行该动作，使该动作更容易，帮助实施该动作，或使该动作被执行。因此，通过举例而不限制的方式，在一个处理器上执行的指令可通过如下促进由半导体处理设备实施的动作：发送适当的数据或命令来使该动作被执行或辅助该动作被执行。当行为人通过执行动作以外的方式促进动作时，该动作还是由某实体或实体的组合执行。10.如本文中公开的技术可提供实质性的有益技术效果。一些实施方式可不具有这些潜在的优势，并且这些潜在的优势不必是所有实施方式所要求的。通过仅举例而不限制的方式，一种或多种实施方式可提供以下的一个或多个：11.■其中单元呈现出高的自旋极化(经由使用具有一(100％)的自旋极化的半金属)、以及因此的高的tmr、和高的开/关比的mram器件。12.■其中单元呈现出低的磁化、以及因此的低的切换电流的mram器件。13.■其中经由使用四方半金属性赫斯勒化合物(四方性对pma做贡献)而使单元的磁性层呈现出体积垂直磁性各向异性(pma)，允许扩展到(缩放到，scalingto)小尺寸的mram器件。14.■使用下层(例如coal)以允许外延生长四方半金属性赫斯勒化合物的制造技术。15.由将结合附图阅读的其说明性实施方式的以下详细描述，这些和其它特征和优势将变得明晰。附图说明16.下面的图通过仅举例而不限制的方式呈现，其中在若干视图中相同的附图标记(当使用时)始终表示相应的元件，并且其中：17.图1显示在本发明的方面中使用的赫斯勒化合物；18.图2显示根据本发明的方面的在模板层上的赫斯勒化合物的生长；19.图3为可在根据本发明的方面的mram中以四方形式使用的半金属性赫斯勒化合物的表；20.图4、5和6分别描绘和比较可在根据本发明的方面的mram中以四方形式使用的半金属性赫斯勒化合物的立方和四方形式；21.图7a、7b、7c、7d、7e和7f显示在一种或多种实施方式中使用的mn2fesb的性质对面内晶格常数的依赖性(相关性)；22.图8显示根据本发明的方面的具有对于高的垂直磁性各向异性(pma)最佳的面内晶格常数的半金属性赫斯勒化合物；23.图9显示可用于一种或多种实施方式的化学模板层的非限制性实例；24.图10显示根据本发明的一个方面的第一示例性mram单元；25.图11显示根据本发明的一个方面的第二示例性mram单元；26.图12显示根据本发明的一个方面的mram单元的阵列；27.图13显示根据本发明的一个方面的制造方法的流程图；28.图14描绘可在实施本发明的一个或多个方面和/或要素中可用的计算机系统；以及29.图15为在半导体设计、制造和/或测试中使用的设计过程的流程图；30.将理解，为了简便和清楚，对图中的元件进行说明。在商业上可行的实施方式中可为有用或必要的常见而被充分理解的元件可不显示，以便于对所说明的实施方式的较少阻碍的观察。具体实施方式31.本文中描述的发明的原理将在说明性实施方式的上下文中。而且，考虑到本文中的教导，以下对于本领域技术人员而言将变得明晰：可在权利要求的范围内对所示的实施方式进行许多修改。也就是说，不意图对于本文中所示和所描述的实施方式进行任何限制或不应推断出对于本文中所示和所描述的实施方式的任何限制。32.我们发现，四方赫斯勒化合物对于mram应用是令人感兴趣的。目前的mram器件使用磁隧道结(mtj)作为存储元件。简单的mtj是包含由隧道势垒层分隔的两个磁性层的三层结构。使用钴铁硼(co/fe/b)的目前的mtj能够提供具有垂直于膜表面的磁化(即，呈现出垂直磁性各向异性(pma)，这是合乎期望的)的磁性层。co-fe-b层的垂直磁性各向异性(pma)从这些层与隧道势垒和/或co-fe-b层沉积在其上的下层之间的界面产生。因此，应使这些层足够薄，使得界面pma克服由co-fe-b层的磁体积(磁量，magneticvolume)产生并且与co-fe-b层的磁体积成比例增加的退磁能量。然而，它们的高的矩需要高的切换电流。一种或多种实施方式有利地提供pma，但与现有技术的器件相比，具有较低的矩以及因此的降低的切换电流。33.如下是合乎期望的：磁性材料具有体积pma，而不是表面(界面)pma，因为这使得器件能够扩展到较小的尺寸(典型地较小的直径)。随着器件尺寸减小，器件变得不那么热稳定。然而，对于具有体积各向异性的器件，有利地可通过增加厚度而补偿热稳定性的降低。切换电流与乘积(msvhk)成比例，其中ms为饱和磁化，v为体积，并且hk为各向异性场。低的矩(即，低ms)赫斯勒化合物需要较低的切换电流，除非hk的增加压制了较低的ms。34.因此，对于mram应用，如下是合乎期望的：所有磁性元件具有垂直于层本身的其矩(即，垂直于膜平面的磁化-由结晶结构产生的pma)。低的磁化和低的切换电流是合乎期望的。我们发现，实现pma的一种方式是经由使用赫斯勒化合物。典型地，赫斯勒化合物趋于为立方的。因此，生长薄膜，并且磁矩将在层的平面内。对于用于mram应用的mtj，磁性层的磁矩垂直于层是高度合乎期望的。使赫斯勒化合物的矩垂直的一种方式是选择赫斯勒化合物的小的子集，其固有地为四方的例如mn3z，其中z＝ga、ge、sn或sb。在赫斯勒层中诱导pma的另一方式是将化合物从立方改性为四方。代替使所有三个晶胞轴具有相同的长度，如果所述轴之一稍微较长(或较短)，那么，由于打破晶体对称性，磁化可为垂直的。值得注意的是，由于本文中其它地方关于图4和图5讨论的赫斯勒材料的晶胞不是仅具有单一元素的简单晶体，本文中其它地方讨论的参数c’是相关的(c＝a为立方的简单关系不适合于具有多种元素的这样的晶胞)。在四方的情况下，相对于立方的情况，轴之一被拉长(或缩短)。图1描绘呈现出体积pma的四方赫斯勒化合物的方面。体积pma是合乎期望的，因为难以将表面(界面)pma扩展到小的单元；我们的计算表明，体积pma有利地能够扩展到较小的尺寸。注意mn3ge亚铁磁性赫斯勒化合物，考虑对各原子的磁矩。如本文中其它地方讨论的，在四方的情况下，相对于立方的情况，z(竖直)轴被“拉伸”(在替代的途径中收缩也是可能的)。由于体(体积)浓度，磁化趋于垂直于膜(即，沿着z轴)。如果在合适的模板层上，赫斯勒层以垂直于(x-y)平面的z轴生长，它将具有垂直于该膜的(x-y)平面的矩。35.半金属性(hm)磁性材料为如下的材料：其在费米能ef处具有带隙，在一个自旋通道中，所以dos(自旋1，ef)＝0，并且在另一个自旋通道中的标准金属dos，dos(自旋2，ef)》0(dos＝态密度)。理论上，这样的材料当用作mram器件中的电极时给出无限的tmr。遗憾地，所有已知的半金属性赫斯勒化合物都是立方的，具有0体积各向异性(由于对称性)；这使得它们不适合用于实际的stt-mram器件。通过使用适当的模板层，可在面内方向上对赫斯勒化合物施加应变，这可在赫斯勒化合物中诱导四方性。四方性意味着pma的存在，表明用于垂直mtj中的合适性。如果可使赫斯勒化合物的半金属性对面内应变是稳固的，那么来自这些垂直mtj的tmr可为高的，这是高度合乎期望的。36.关于半金属性进一步地，每种材料具有上自旋和下自旋。如果在自旋通道之一中存在带隙，那么在费米能级处，如果电流通过，仅一种自旋移动。半金属对于实现高的tmr是非常有用的。一种或多种实施方式经由外延使立方化合物变成四方的。将材料沉积在模板层(在非限制性实例中，化学模板层)上，这迫使面内晶格常数与面外晶格常数不同。这导致四方性。一种或多种实施方式确保半金属性(即，在自旋通道之一中具有带隙)仍被保持。我们发现，存在许多为半金属的赫斯勒化合物。大约有三千种赫斯勒化合物。不到一百种是半金属。这些中的仅少数可被制成四方的，同时保持它们的半金属性质，使得它们具有垂直磁性各向异性，即，使得它们的磁化垂直于膜。这些少数有利地被用于mram，并且可能具有高的tmr。37.一种或多种实施方式的相关方面是通过使用不同的模板层来改变已知的半金属性立方赫斯勒化合物的面内晶格常数，使得这些赫斯勒化合物将变成四方的，具有非零体积各向异性。模板层可例如为非磁性二元化合物(例如，具有面内晶格常数的coal)，并且半金属性磁性赫斯勒化合物可例如为已知的三元化合物(例如，具有的co2mnsi)。co2mnsi当在coal层上外延生长时被施加应变。如果面内晶格常数的变化不显著(例如，与平衡立方晶格常数相差5％以内)，我们的计算表明半金属性可能保持完好，至少对于一些赫斯勒化合物是如此。因此，利用dft(密度泛函理论)计算，我们已经确定若干具有非零体积各向异性的四方赫斯勒化合物，它们仍然是半金属性的。此外，在这方面，半金属性赫斯勒化合物本身是众所周知的。然而，迄今为止，所有已知的半金属性赫斯勒化合物已经呈现出立方晶格结构，并且因此不呈现出pma。我们发现，具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒化合物可经由在模板层上生长获得，从而产生pma。我们发现，在模板层上生长在一个方向上“挤压”或“拉伸”晶格常数以获得期望的四方晶格结构，同时保持半金属性质(例如，在x和y上“挤压”，同时在z上“拉伸”)。基于我们的计算，采用用作外延生长的基础的模板层，对于这样的化合物预期高的tmr。38.一种或多种实施方式有利地通过使用具有不同的面内晶格常数(与立方形式相比)的下层(例如，coal)而使半金属性赫斯勒化合物成为四方的，具有非零各向异性，获得与界面各向异性相反的体积各向异性。一种或多种实施方式采用赫斯勒半金属性化合物。在一种或多种实施方式中，赫斯勒半金属性化合物在通常的基底(基板)上生长，所述通常的基底可为例如非磁性金属(例如，coal)或磁性金属(例如，立方co2mnsi，其也为半金属性赫斯勒)，并且因此，四方半金属性赫斯勒可为mram单元的底部电极。另一方面，在一种或多种实施方式中，赫斯勒半金属性化合物在半导体势垒(例如，mgo)上生长，并且，因此，四方半金属性赫斯勒可为mram单元的顶部电极。参照图3。参数a_cub为面内立方晶格常数(本文中也称为acub)，其适用于立方形式的半金属。如果该a_cub值可改变约+/-0.3埃或+/-10％并且该化合物仍然保持半金属性，那么该化合物被认为呈现出稳固的半金属性，并且可能在模板层上生长以实现四方性，而不丧失半金属性。39.值得注意的是，半金属是这样的物质，其对于一个自旋方向的电子充当导体，而对于相反方向的电子充当绝缘体或半导体。已知的半金属是铁磁性的(或亚铁磁性的)。在半金属中，对于一个自旋方向的价带被部分填充，而对于另一个自旋方向在态密度中存在间隙。这导致仅对于第一自旋方向上的电子的传导行为。在一些半金属中，多数(主要，majority)自旋通道是传导性的通道，而在其它半金属中，少数(次要，minority)通道是传导性的通道。40.我们已经确认十三种半金属性赫斯勒(mn2coal、mn2coas、mn2coge、mn2cosi、mn2cusi、mn2fesb、co2cral、co2crge、co2crsi、co2mnge、co2mnsb、co2mnsi、fe2mnsi)，其当面内晶格常数在平衡立方值附近(或5％)以内变化时保持半金属性。41.再次参照图1，现考虑化学模板层的方面。赫斯勒化合物例如mn3ge包括mn-mn和mn-ge原子的交替层。在图1中，具有阴影的原子301表示ge原子(主族)，具有阴影的原子303表示在x2yz中的x位的mn原子(由z四面体配位)，并且具有阴影的原子305表示在x2yz中的y位的元素mn原子(由z八面体配位)。mn是过渡金属并且ge来自周期表的主族。交替层之一仅包含过渡金属原子303，并且另一个包含主族元素原子301连同过渡金属原子305。因此，与面内晶格常数晶格匹配的包含单一元素的种子层在低温例如室温下不促进排序的赫斯勒化合物的生长。理想的种子层包括过渡元素和主族元素的二元化合物。而且，该理想的种子层还具有包含这两种不同元素的交替层结构。一个层仅具有过渡金属。另一层仅具有主族金属(x2yz中的“z”也为主族金属)。这些二元化合物具有cscl类(氯化铯类)结构(其中各铯离子由八个氯离子配位)。示例性的模板层包括coal、coga等。42.现在参照图2，一种或多种实施方式采用cscl型化学模板层(ctl)401(coal为优异的cscl型ctl的实例)，其促进排序的(有序的，ordered)赫斯勒化合物的生长，甚至在超薄的厚度下和在室温下。“e”可例如对应于al，并且“a”可例如对应于co。在图2中，视图421是示意性的，而视图423是透射电子显微镜法(tem)图像。赫斯勒化合物例如mn3ge或mn3sn或mn3sb403在coal层401之上外延生长。超薄的赫斯勒化合物的面内晶格常数类似于coalctl的面内晶格常数。可采用ctl的适当选择来对赫斯勒施加应变到不同的程度。我们发现，甚至三元赫斯勒化合物也可通过ctl而排序。如所示的，mn(通常为x)生长在al上，并且ge(通常为z)生长在co上。注意原子台阶405。赫斯勒材料可被施加应变并且因此采取模板材料的面内晶格常数。一种或多种实施方式将模板层的晶格常数施加至赫斯勒层上。在视图423中，注意coal401包括al层409和co层411并且mnsb403包括mnmn层413和mnsb层415。注意mgo隧道势垒407。三个最突出的四方化合物是mn3ge、mn3sn、和mn3sb，并且mn3sb在mn和sb之间具有在z上更大的差异，且因此在tem图像423中更容易看到。43.我们研究了在文献中(理论上)声称是半金属性(hm)的90种立方赫斯勒化合物。在我们的计算中，我们视情况而定使用dft/gga(广义梯度近似)和dft/lda(局域密度近似)方法，并且发现这些化合物中的一些实际上是hm，一些不是hm但具有大的自旋极化，并且一些不是hm且具有相对小的自旋极化。特别地，从所研究的90种化合物中，如图3中描绘的，注意30种化合物具有自旋极化》99％，22种化合物具有自旋极化＝100％(真正的半金属)，和17种化合物当面内晶格常数a在相应的立方晶格常数acub附近改变时保持半金属性。值得注意的是，规则(常规，regular)(“reg”)全赫斯勒合金具有晶体结构x2yz，而反(inverse)(“inv”)赫斯勒合金具有(xy)xz晶体结构。这指示于图3中的第二列中(第一列列出相关的化合物)。一种化合物是反的还是规则的并不改变它是铁磁性的还是亚铁磁性的。mn2或mn3化合物趋于为亚铁磁性的，而co2化合物趋于为铁磁性的。第三列列出上面定义的a_cub参数。第四列显示总矩m_tot。第五列显示参数δ1syminmaj，指的是在二维表面布里渊(brillouin)区的γ点处在费米能下在传导性自旋通道中存在或不存在δ1对称态。已知，在具有mgo隧道势垒的mtj中，在γ点处的δ1对称电子具有最高的传导性。在赫斯勒/mgo/femtj中，具有δ1对称性的赫斯勒(在第五列中用“是”表示)将为tmr提供额外的增强。因此，第二至第五列显示对于立方结构的相关数据。44.参照第七至第十三列，它们显示产生最大kv的半金属范围内的最佳晶格常数a相关的数据。kmc是磁晶各向异性，ksh是形状各向异性。kv是pma的指示，并且对于具有pma的材料来说应》0。参数c’、m_tot、和sp在本文中的其他地方定义。45.参照显示与其中sp》0.99的a的范围相关的数据的第十六至第十八列，在该情况下的参数a_min和a_max是对于提供自旋极化(sp)》0.99的a(晶格常数)的最小值和最大值，并且宽度为a_max–a_min。参照显示与其中sp＝1的a的范围相关的数据的第二十至第二十二列，在该情况下的参数a_min和a_max是对于提供sp＝1的a(晶格常数)的最小值和最大值，并且宽度同样是a_max–a_min。46.我们确认9种化合物–mn2fesb、mn2coal、mn2coge、mn2cosi、mn2cusi、co2cral、co2crsi、co2mnsb、和co2mnsi，它们当a在acub附近变化多达时保持半金属性(所有这些化合物都在第1列中突出显示。另外，mn2mnal也被突出显示，因为它具有强的pma，虽然是在较窄的宽度上)。这些化合物具有非常稳定的半金属性，其难以通过在acub附近4％以内的晶格常数的变化(在各方向上)来破坏。我们的计算表明，对于在mram器件中的电极的最有前景的候选者是mn2fesb，它具有100％的自旋极化和各向异性常数kv＝1.15mj/m3(在时)。将理解，kv大于0是适合的，并且更高的值是更好的。因此，该表突出显示在时》0.2mj/m3的所有kv值，其中sp＝1。在一种或多种实施方式中，自旋极化sp＝1。在第十八列中，该表突出显示至少的所有宽度。47.另外，结合mgo势垒，我们的计算表明，所确认的hm化合物的一些(包括mn2fesb)在传导自旋通道方面具有增强的传输，这是因为在该自旋通道中存在沿着γ-z线(布里渊区中的k||＝0线)的δ1对称带，其与费米能交叉。48.现在参照图4、5和6。图4显示立方mn2fesb。图5显示四方mn2fesb。mn2fesb是具有低的矩和大的各向异性常数的四方半金属性赫斯勒。图6比较立方和四方形式的dos。可以看出，当a从减少至时，多数态带向更高的能量移动，而ef保持在少数带隙内。此外，由于在由于在附近的相变，磁矩从3.0μb变化至1.0μb(参照图7a、7b、7c、7d、7e和7f)。在图4中，对于立方mn2fesb，c’＝c/(2a)＝0.707，总矩为3.0μb，包括来自mn原子601的-1.0μb，来自mn原子603的+2.8μb、和来自fe原子605的+1.2μb。在图5中，对于四方mn2fesb，c’＝c/(2a)＝0.858，总矩为1.0μb，包括来自mn原子601的-2.5μb、来自mn原子603的+2.8μb、和来自fe原子605的+0.7μb。还注意图4和5中的sb原子604。图6绘制对于立方和四方情况的以态/电子伏特计的dos对以电子伏特计的e-ef。49.图7a、7b、7c、7d、7e和7f显示mn2fesb性质对面内晶格常数a的依赖性；注意在低于的面内晶格常数下，存在mn2fesb到低矩四方体系的相变。特别地，视图901显示自旋极化和c’，视图903显示矩，视图905显示c’，视图907显示以态/ry计的两个自旋通道的dos，视图909显示以电子伏特计的总能量etot，并且视图911显示以毫电子伏特计的单晶各向异性常数kmc。50.继续参照图4-5，晶格常数a沿着x轴，并且晶格常数c沿着z轴。我们定义无量纲参数c’＝c/(2a)。在立方的情况下，c’＝1/(sqrt(2))＝0.707；当c’》0.707或c’《0.707时，晶体结构不再是立方的。在图5中所示的四方形式中，a在x和y两个方向上相同，但如果它小于立方形式的a(图4)，那么在四方的情况下的参数c大于在立方的情况下。51.如所注意到的，四方的情况可经由在合适的模板层上生长而产生。经由回顾，在模板概念中，生长模板层并且另一层(例如，赫斯勒化合物)生长在其上。模板本质上意味着，在模板层上生长的层生长至下层/种子层的晶格常数a。与泊松(poisson)比类似，改变a也改变c；如果a缩小，则c增加(反之，如果a增长，则c缩小)。由于赫斯勒层的晶格常数a大于模板层的晶格常数(atl)，模板层旋转45°以与赫斯勒层晶格匹配。参照图9，对于下面的讨论，我们将atl’定义为sqrt(2)*atl。由于a从图4的立方形式的下降到图5的四方形式的故而c增加。材料寻求保存其晶胞体积。再次参照图2，coal是层状结构。在赫斯勒化合物403中，全锰层由于其仅包含过渡金属而优先生长在模板层的al上，而mnsb层由于其还具有主族元素而优先生长在co上，且因此在材料403中获得排序。原子台阶405是在模板层401中固有的，但不干扰赫斯勒材料403中的排序。52.图8显示具有对于高的pma最佳的面内晶格常数的半金属性赫斯勒化合物。赫斯勒化合物mn2fesb、co2cral、mn2mnal、mn2cosi、mn2cusi、co2crge、mn2coge、mn2coal、co2tisi、和mn2cosb具有稳固的pma(kv显著》0)且为半金属性的(sp为1)。mn2mnal(即，mn3al)可与非半金属性pma赫斯勒化合物例如mn3ge一起用作具有极化增强层，根据我们的计算，其应提供显著的tmr增强。面内晶格常数a可随着ctl的适当选择而变化。各列显示对于各化合物的面内晶格常数a、c’、总矩、各向异性常数、和自旋极化。53.图9显示候选的ctl材料。注意，对于若干ctl材料的atl面内晶格常数可在大的数值范围内调节。这些“atl”值也可通过由在下的种子层诱导的应变和/或经由从标称1:1值的组成的改变来进一步调节。在一种或多种实施方式中，不同的晶格常数可进行“混合和匹配”。进一步关于“混合和匹配”，注意，例如，coal具有的晶格常数，而rual具有的晶格常数。原则上，如果赫斯勒化合物生长在rual上，赫斯勒化合物将试图符合rual晶格常数，并且因此将与如果生长在coal上的情况不同地被拉伸。也就是说，四方伸长的程度取决于四方赫斯勒材料生长在何种基底上。54.图10显示使用半金属性赫斯勒化合物作为存储层1205的实施方式。种子层1203典型地包括ctl，并且位于基底1201上。基底1201典型地为具有cmos电路的硅，例如晶体管和接入线(存取线路)，允许单独器件的选择。除了本文中描述的新型单元外，还可采用常规的晶体管、接入线、外围电路等，参照下面的图12的讨论。ctl或甚至多层ctl可生长在合适的表面上，例如直接生长在基底上，如果可能的话，或更典型地，生长在沉积在基底上的种子层上。种子层的非限制性实例包括钽、钽-钌、铬、锰、氮化锰等。半金属性赫斯勒层1205位于ctl上，并且可例如通过在ctl上外延生长而形成。极化增强层1207任选地位于层1205的外侧；如果存在的话，层1207可包括例如磁性材料如钴的薄层。隧道势垒1209位于层1207(如果存在的话)的外侧，否则位于层1205的外侧；势垒1209可包括例如mgo、mgal2o4等。磁性层1211包括常规的钴、铁、镍或合金，或者也可包括赫斯勒或半赫斯勒材料。如果存在的话，合成反铁磁体(saf)层1213位于层1211的外侧。典型地，合成反铁磁体(saf)层包括co/pt多层(未显示)，其与在下的磁性层磁耦合以实现所需的性能。典型地，ta或ir或ru的薄层(未显示)(约几)可介于磁性层和saf层之间。帽层1215位于层1213(如果存在的话)的外侧，否则位于层1211的外侧。帽层可包括mo、w、ta、pt、ru或其组合。在图10中，双头箭头1221表示其中磁化可改变的存储层，而单头箭头1223表示具有恒定/固定磁化的参考层。55.图11显示使用半金属性赫斯勒化合物作为参考层的实施方式。种子层1303典型地包括ctl，并且位于基底1301上。半金属性赫斯勒层1305位于ctl上，并且可例如通过在ctl上外延生长而形成。极化增强层1307任选地位于层1305的外侧。隧道势垒1309位于层1307(如果存在的话)的外侧，否则位于层1305的外侧。磁性层1311包括常规的钴、铁、镍或合金，或者也可包括赫斯勒或半赫斯勒材料。帽层1313位于层1311的外侧。在图11中，双头箭头1323表示其中磁化可改变的存储层，而单头箭头1321表示具有恒定/固定磁化的参考层。关于图10中的材料的评述通常也可适用于图11。56.在图10和图11二者中，由于在制造过程中的外延生长，赫斯勒层典型地位于模板层之上。57.因此，我们确认9种半金属性赫斯勒化合物，它们即使在施加几乎～4％的显著的面内晶格应变(应变在acub附近变化多达)时仍保持半金属性。这些化合物是mn2fesb、mn2coal、mn2coge、mn2cosi、mn2cusi、co2cral、co2crsi、co2mnsb、和co2mnsi。这些化合物具有非常稳定的半金属性，其难以通过晶格常数的变化(在各方向上)来破坏。实验上，这样的应变可通过这些化合物在ctl例如coal上的外延生长来实现。58.我们的计算表明，对于在mram器件中的电极的有前景的候选者是mn2fesb，它具有100％的自旋极化和各向异性常数kv＝1.15mj/m3(在59.时)。mn2fesb具有与mn3ge的矩同等水平的低的矩。另外，连同mgo势垒，我们的计算表明，以上确认的9种化合物中的8种(除外的是mn2coal)在传导自旋通道方面具有增强的传输，这是因为在该自旋通道中存在沿着γ-z线(布里渊区中的k||＝0线)的δ1对称带，其与费米能交叉。60.我们的计算表明，对于mram器件的有前景的候选极化增强层是mn2mnal(mn3al)，它具有100％自旋极化和大的各向异性常数kv＝0.775mj/m3(在时)(即，mn3al呈现出pma)。mn2mnal具有0矩，并且可在mn3ge之上生长以增强自由层的自旋极化，而不增加自由层磁矩—我们的计算表明，可使用该界面层保持低的切换电流。61.一种或多种实施方式因此包括器件，该器件继而包括多层结构(例如，图10和11)。该多层结构包括在室温下为非磁性的第一层，其包括具有目标面内晶格常数的具有cscl结构的二元合金(例如，1203、1303的ctl)。还包括第二层1205、1305，其具有半金属性赫斯勒化合物，所述半金属性赫斯勒化合物的磁化基本上垂直于该层。如将为本领域技术人员理解的，典型地，磁化不是固定的，而是相反，在非零温度下磁化像抽陀螺一样进动。这可取决于温度而改变。鉴于这种进动，如本文中使用的垂直度是指磁化的路径的时间积分/平均的垂直度。磁化的路径的时间积分/平均可为，例如，“完全”垂直，在+/-5％内垂直，或在+/-10％内垂直。62.在一些情况下，半金属性赫斯勒化合物包括mn2fesb；在一些这样的情况下，半金属性赫斯勒层具有例如小于5nm的厚度。在一些这样的情况下，作为二元合金的模板层或化学模板层由a1-xex表示，其中a为过渡金属元素并且e为主族元素。例如，a包括co并且e包括至少铝或镓以及可能的痕量的其它元素(例如，al或ga；或与ga、ge、sn或其任何组合合金化的al，例如alsn、alge、algage、algasn、algesn、和algagesn)，并且x在0.42至0.55的范围内。在一些这样的情况下，隧道势垒1209、1309定位成与半金属性赫斯勒层接触；隧道势垒可包括，例如，mgo(氧化镁铝是mgo的合适替代物，其中氧化镁铝具有形式mg1-zal2+(2/3)zo4，其中-0.5《z《0.5)。63.在一种或多种实施方式中，半金属性赫斯勒化合物选自mn2fesb、mn2coal、mn2coge、mn2cosi、mn2cusi、co2cral、co2crsi、co2mnsb、和co2mnsi；半金属性赫斯勒层具有例如小于5nm的厚度；在一些这样的情况下，作为二元合金的模板层或化学模板层由a1-xex表示，其中a为过渡金属元素并且e为主族元素。例如，a包括co并且e包括至少铝或镓以及可能的痕量的其它元素，并且x在0.42至0.55的范围内，如以上讨论的。在一些这样的情况下，隧道势垒1209、1309定位成与半金属性赫斯勒层接触；隧道势垒可包括，例如，mgo(氧化镁铝是mgo的合适替代物)。64.应注意，半金属性赫斯勒化合物由化学计量式表示，且这并不排除与标称值的最高达几％的小变化。模板层可包括图9中所列材料的任一种，但不限于那些材料。65.现参照图12，显示mram器件1202的阵列。各单元1202(例如，图10或图11的实施方式)连接至控制读取和写入的相应的晶体管1204。字线1206提供数据以写入单元1202，而位线1210和互补位线1208从单元1202读取数据。以该方式，大的存储器器件的阵列可在单个芯片上实施。在制造工艺和设计规格的限度内，可采用任意大数量的单元1202。66.将数据写入单元1202包括使电流通过该单元。该电流导致磁化方向在平行或反平行状态之间切换，这具有在低电阻和高电阻之间切换的效果。因为这种效果可用来表示数字信息的1和0，所以单元1202可用作非易失性存储器。使电流在一个方向上通过单元1202使自由层1205、1311的磁化与参考层1211、1305的磁化平行，而使电流在另一个方向上通过单元1202使自由层1205、1311的磁化与参考层1211、1305的磁化反平行。读取存储在单元1202中的位涉及向单元1202施加电压(低于用于写入信息的电压)以发现该单元对电流提供高电阻(“1”)还是低电阻(“0”)。67.半导体器件制造包括器件图案化过程的多个步骤。例如，半导体芯片的制造可从例如多个cad(计算机辅助设计)生成的器件图案开始，然后随后是努力在基底中复制这些器件图案。复制过程可涉及使用多种曝光技术和多种减材(蚀刻)和/或增材(沉积)材料加工程序。例如，在光刻工艺中，可首先将光致抗蚀剂(光刻胶)材料的层施加在基底之上，然后根据预定的器件图案选择性地曝光。光致抗蚀剂的曝露于光或其它电离辐射(例如，紫外线、电子束、x射线等)的部分可经历在它们对某些溶液的溶解度的一些变化。然后，光致抗蚀剂可在显影剂溶液中显影，由此去除抗蚀剂层的非照射部分(在负性光致抗蚀剂中)或照射部分(在正性光致抗蚀剂中)，以产生光致抗蚀剂图案或光掩模。光致抗蚀剂图案或光掩模随后可被复制或转移到光致抗蚀剂图案下面的基底。68.存在本领域技术人员用于在产生半导体结构的多个阶段去除材料的许多技术。如本文中使用的，这些工艺被统称为“蚀刻”。例如，蚀刻包括湿法蚀刻、干法蚀刻、化学氧化物去除(cor)蚀刻、离子研磨、和反应性离子蚀刻(rie)的技术，它们都是在形成半导体结构时去除选定材料的已知技术。标准清洁1(sc1)包含强碱、典型地氢氧化铵、和过氧化氢。sc2包含强酸例如盐酸和过氧化氢。蚀刻的技术和应用是本领域的技术人员良好理解的，并且因此，在此不呈现对这样的工艺的更详细的描述。69.尽管包括半金属性赫斯勒材料在模板层上的外延生长的总体制造方法、以及由此形成的结构是新颖的，但实施该方法所需的某些单独的处理步骤可利用常规的半导体制造技术和常规的半导体制造工具。鉴于本文中的教导，这些技术和工具对于相关领域的普通技术人员来说已经熟悉。而且，用于制造半导体器件的处理步骤和工具的一种或多种还描述于许多可容易获取的出版物中，包括，例如：jamesd.plummer等,siliconvlsitechnology:fundamentals,practice,andmodeling1stedition,prenticehall,2001和p.h.holloway等,handbookofcompoundsemiconductors:growth,processing,characterization,anddevices,cambridgeuniversitypress,2008，在此将它们二者通过引用引入本文中。强调的是，尽管本文中阐述了一些单独的处理步骤，但是那些步骤仅为说明性的，并且本领域技术人员可熟悉能应用的若干同样合适的替代物。70.将理解，附图中所示的多个层和/或区域可不是按照比例绘制的。此外，为了便于说明，通常用在这样的集成电路器件中的类型的一种或多种半导体层可未明确显示于给定的图中。这不意味着，未明确显示的半导体层在实际的集成电路器件中被省略。71.鉴于到目前为止的讨论，将理解，一般而言，示例性的磁阻式随机存取存储器单元包括模板层(例如，1203或1303的部分)，其包括具有交替层晶格结构的二元合金(例如，401)。还包括半金属性赫斯勒层1205、1305，其包括具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒材料(例如，403)。半金属性赫斯勒层位于模板层的外侧，并且具有与半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数。参照图4和5的讨论。所述单元进一步包括在半金属性赫斯勒层的外侧的隧道势垒1209、1309和在隧道势垒的外侧的磁性层1211、1311。例如，磁性层可为常规材料或者赫斯勒或半赫斯勒材料。72.具体参照图10，在一些情况下，半金属性赫斯勒层1205构成(包括)存储层，并且磁性层1211构成(包括)参考层。另一方面，具体参照图11，在一些情况下，半金属性赫斯勒层1305构成(包括)参考层，并且磁性层1311构成(包括)存储层。73.半金属性赫斯勒化合物可选自mn2fesb、mn2coal、mn2coge、mn2cosi、mn2cusi、co2cral、co2crsi、co2mnsb、和co2mnsi。在一些情况下，半金属性赫斯勒层具有小于5nm的厚度。图10的示例性材料堆叠体可为si基底/ta/co20fe60b20/mn3n(mn3ni)/coal/mn2fesb/mgo/co20fe60b20/ta/[co/pt]2/co/ru/co/pt/[co/pt]4/pt/ru。图11的示例性材料堆叠体可为si基底/ta/co20fe60b20/mn3n(mn3ni)/coal/mn2fesb/mgo/co20fe60b20/ru。[0074]在一些情况下，半金属性赫斯勒化合物包括mn2fesb；在此再次地，在一些情况下，半金属性赫斯勒层具有小于5nm的厚度。[0075]在一种或多种实施方式中，隧道势垒1209、1309选自氧化镁和氧化镁铝。[0076]在一种或多种实施方式中，模板层的二元合金由式a1-xex表示，其中a为过渡金属元素并且e为包括铝和镓的至少一种的主族元素，并且x在0.42至0.55的范围内。[0077]在一些情况下，模板层的交替层晶格结构包括氯化铯结构。[0078]在一些情况下，模板层在室温(即，20摄氏度)下为非磁性的。[0079]在一种或多种实施方式中，模板层具有模板层面内晶格常数，并且赫斯勒面内晶格常数基本上匹配模板层面内晶格常数。如本文中使用的，当赫斯勒面内晶格常数匹配模板层面内晶格常数时或当四方赫斯勒材料的面内晶格常数已经从立方赫斯勒材料的面内晶格常数向模板材料的面内晶格常数移动时，赫斯勒面内晶格常数“基本上匹配”模板层面内晶格常数。在一些情况下，赫斯勒面内晶格常数在+/-10％以内匹配模板层面内晶格常数。在一些情况下，赫斯勒面内晶格常数在+/-5％以内匹配模板层面内晶格常数。半金属性赫斯勒材料具有例如基本上垂直于半金属性赫斯勒层的磁化。[0080]在另一方面，参照图12，磁阻式随机存取存储器阵列包括形成多个位线-互补位线对的多条位线1210和多条互补位线1208。多条字线1206在多个单元位置处与所述多个位线-互补位线对相交。多个磁阻式随机存取存储器单元1202位于所述多个单元位置的每一个处。磁阻式随机存取存储器单元1202的每一个电连接至相应的位线1210并且在字线1206的相应的一条的控制下选择性地互连至互补位线1208的相应的一条(例如，相应的晶体管1204是通过从字线1206施加至其栅极的信号关闭或开启的场效应晶体管，其控制读取和写入以及该单元是否耦合至互补位线)。[0081]多个磁阻式随机存取存储器单元的每一个如图10或图11中那样包括：模板层，其包括具有交替层晶格结构的二元合金；半金属性赫斯勒层，其包括具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒材料，所述半金属性赫斯勒层位于所述模板层的外侧，并且具有与所述半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数；在所述半金属性赫斯勒层的外侧的隧道势垒；和在所述隧道势垒的外侧的磁性层，全部如本文中其它地方所描述的。典型地，图10和图11中表示的器件的帽层1215或1313连接至位线1210，而层1203或1303通过接入fet连接至互补位线互补1208。[0082]在又一方面，示例性的操作方法包括：提供例如刚才描述的阵列，将信号施加至字线1206以使单元1202的第一子集存储逻辑1并且使单元1202的第二子集存储逻辑0；以及经由位线1210和互补位线1208读取所存储的逻辑1和0。[0083]在再一方面，参照图13，示例性的形成磁阻式随机存取存储器单元(例如在图10或11中)的方法包括：根据步骤1302，提供模板层(例如，1203或1303的部分，参见图2中的层401)。模板层包括具有交替层晶格结构的二元合金，并且具有模板层面内晶格常数。另外的步骤1304包括在模板层上外延生长半金属性赫斯勒层(例如，1205或1305，参见图2中的层403)。半金属性赫斯勒层包括半金属性赫斯勒材料。半金属性赫斯勒层生长在模板层上，使得赫斯勒材料具有四方晶格结构以及与半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数。赫斯勒面内晶格常数基本上匹配模板层面内晶格常数。另外的步骤1306和1308包括：在半金属性赫斯勒层的外侧形成隧道势垒(例如，1209或1309，参见图2中的层407)；和在隧道势垒的外侧形成磁性层1211、1311。鉴于本文中的教导，该方法还可包括使用本领域技术人员明晰的技术提供和/或形成在图10和11中看到的其它元件。鉴于本文中的教导，可通过如下将所述单元集成到阵列中：同时形成多个单元并且以本领域技术人员明晰的方式将它们与导线、晶体管和外围电路互连。[0084]本领域技术人员将理解，以上讨论的示例性结构可以原始形式(即，具有多个未包装芯片的单个晶片)、作为裸芯片、以包装形式分配，或作为受益于mram等中的四方半金属性赫斯勒化合物的中间产品或终端产品的部分引入。[0085]根据本发明的方面的集成电路可用于其中mram等中的四方半金属性赫斯勒化合物将是有益的基本上任何应用和/或电子系统中。鉴于本文中提供的本公开内容的教导，本领域普通技术人员将能够考虑本文中公开的实施方式的其它实施和应用。[0086]本发明的一些方面、或其要素可以装置的形式实施，该装置包括存储器和至少一个处理器，所述至少一个处理器与存储器连接并可操作以执行示例性方法步骤。图14描绘可在实施本发明的一个或多个方面和/或要素中为可用的计算机系统；它在此被称为云计算节点，但也代表服务器、通用计算机等，其可在云中或在本地提供。注意，例如，这样的计算机可控制半导体设计和/或制造，和/或可使用如本文中描述的存储单元/阵列。[0087]在云计算节点10中，存在计算机系统/服务器12，其为与(以)许多其它通用或专用计算系统环境或配置运行的。可适合于与计算机系统/服务器12一起使用的公知计算系统、环境和/或配置的实例包括，但不限于，个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户端、胖客户端、手持式或膝上型电脑器件、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费者电子产品、网络pc、微型计算机系统、大型计算机系统、以及包括以上系统或器件的任一种的分布式云计算环境等。[0088]计算机系统/服务器12可在被计算机系统执行的计算机系统可执行指令例如程序模块的一般背景下描述。通常，程序模块可包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、逻辑、数据结构等。计算机系统/服务器12可在其中任务由通过通信网络连接的远程处理器件执行的分布式云计算环境中实施。在分布式云计算环境中，程序模块可位于包括存储器器件的本地和远程计算机系统存储介质二者中。[0089]如图14中所示，在云计算节点10中的计算机系统/服务器12以通用计算设备的形式显示。计算机系统/服务器12的组件可包括，但不限于，一个或多个处理器或处理单元16、系统存储器28、和将包括系统存储器28的多个系统组件连接到处理器16的总线18。[0090]总线18代表若干类型的总线结构中的任意的一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图形端口、和使用多种总线架构的任意的处理器或本地(局部)总线。通过举例而不限制的方式，这样的架构包括工业标准架构(isa)总线、微通道架构(mca)总线、增强型isa(eisa)总线、视频电子标准协会(vesa)本地总线和外围组件互连(pci)总线。[0091]计算机系统/服务器12典型地包括多种计算机系统可读介质。这样的介质可为可被计算机系统/服务器12访问的任何可用介质，并且其包括易失性和非易失性介质，可移除(可移动)和非可移除介质。[0092]系统存储器28可包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或缓存存储器(高速缓冲存储器)32。计算机系统/服务器12可进一步包括其它可移除/非可移除、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅举例而言，可提供存储系统34用于对非可移除非易失性磁性介质(未显示并且典型地称为“硬盘驱动器”)读取和写入。虽然未显示，但可提供用于对可移除非易失性磁盘(例如，“软盘”)读取和写入的磁盘驱动器，以及用于对可移除非易失性光盘例如cd-rom、dvd-rom或其它光学介质读取或写入的光盘驱动器。在这样的情况下，各自可通过一个或多个数据介质接口连接到总线18。如下文将进一步描绘和描述的，存储器28可包括至少一个程序产品，该程序产品具有程序模块的组(例如，至少一个)，该程序模块被配置为执行本发明的实施方式的功能。[0093]通过举例而不限制的方式，除了操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块和程序数据之外，具有程序模块42的组(至少一个)的程序/应用程序(utility)40可被存储在存储器28中。操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块和程序数据的每一个或其一些组合可包括实施网络化环境。程序模块42通常执行如本文中描述的本发明的实施方式的功能和/或方法学。[0094]计算机系统/服务器12还可与如下进行通信：一个或多个外部设备14例如键盘、指向(定点)设备、显示器24等；使得用户能够与计算机系统/服务器12互动的一个或多个设备；和/或使得计算机系统/服务器12能够与一个或多个其它计算设备通信的任何设备(例如，网卡、调制解调器等)。这样的通信可经由输入/输出(i/o)接口22发生。再者，计算机系统/服务器12可经由网络适配器20与一个或多个网络例如局域网(lan)、一般广域网(wan)和/或公共网络(例如互联网)进行通信。如所描绘的，网络适配器20经由总线18与计算机系统/服务器12的其它组件进行通信。应理解，尽管没有显示，但其它硬件和/或软件组件可与计算机系统/服务器12结合使用。实例包括，但不限于：微码、设备驱动器、冗余处理单元、和外部盘驱动器阵列、raid系统、(磁)带驱动器、和数据档案存储系统等。[0095]因此，一种或多种实施方式可利用在通用计算机或工作站上运行的软件(例如，用于半导体设计和/或制造)。参照图14，这样的实施可采用例如处理器16，存储器28，以及对于显示器24和外部设备14如键盘、指向设备等的输入/输出接口22。如本文中使用的术语“处理器”意图包括任何处理器件，例如，包括cpu(中央处理单元)和/或其它形式的处理电路的处理器件。此外，术语“处理器”可指超过一个的个体处理器。术语“存储器”意图包括与处理器或cpu相关的存储器，例如，ram(随机存取存储器)30、rom(只读存储器)、固定存储器设备(例如，硬盘驱动器34)、可移除存储器设备(例如，磁盘)、闪存等。另外，如本文中使用的短语“输入/输出接口”意图考虑对于例如用于向处理单元输入数据的一种或多种机构(例如，鼠标)、和用于提供与处理单元相关的结果的一种或多种结构(例如，打印机)的接口。处理器16、存储器28、和输入/输出接口22可互连，例如，经由总线18作为数据处理单元12的一部分。合适的互连(例如经由总线18)也可提供至网络接口20例如网卡(其可设置用于与计算机网络相互联系)、以及提供至介质接口例如磁盘或cd-rom驱动器(其可设置用于与合适介质相互联系)。[0096]因此，如本文中描述的，包括用于执行本发明的方法学的指令或代码的计算机软件可被存储在相关的存储器器件(例如，rom、固定或可移除存储器)的一个或多个中，并且在准备使用时，部分或全部载入(例如，载入到ram中)并由cpu实施。这样的软件可包括，但不限于，固件、常驻软件、微码等。[0097]适合用于存储和/或执行程序代码的数据处理系统将包括通过系统总线18直接或间接地连接至存储器元件28的至少一个处理器16。存储器元件可包括在实际执行程序代码期间使用的本地存储器、海量(大容量)存储、和缓存存储器32，缓存存储器32提供至少一些程序代码的临时存储以减少在执行期间必须从海量存储中获取代码的次数。[0098]输入/输出或i/o设备(包括，但不限于，键盘、显示器、指向设备等)可直接或通过居间i/o控制器连接至系统。[0099]网络适配器20也可连接至系统，以使数据处理系统能够变成通过居间的私人或公共网络连接至其它数据处理系统或远程打印机或存储器件。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡仅为目前可用的网络适配器类型中的一些。[0100]如本文(包括权利要求)中使用的，“服务器”包括运行服务器程序的物理数据处理系统(例如，如图14中所示的系统12)。将理解，这样的物理服务器可包括或可不包括显示器和键盘。[0101]应注意，本文中描述的方法的任一种可包括如下的额外步骤：提供包括体现在计算机可读存储介质上的不同软件模块的系统；该模块可包括，例如，图15中描绘的适当元件的任一种或全部。于是，可使用系统的不同的软件模块和/或子模块来执行方法步骤，如本文中描述的，在一个或多个硬件处理器如16上执行。此外，计算机程序产品可包括计算机可读存储介质，其具有适于实施以执行本文中描述的一个或多个方法步骤的代码，包括提供具有不同的软件模块的系统。在一种或多种实施方式中，体现代码和/或设计结构的计算机可读存储介质是非临时性的。[0102]在一些情况下可采用的用户界面的一个实例是由服务器等分配给用户的计算设备的浏览器的超文本标记语言(html)代码。html被用户的计算设备上的浏览器解析以创建图形用户界面(gui)。[0103]在半导体设计、制造和/或测试中使用的示例性设计过程[0104]一种或多种实施方式利用计算机辅助的半导体集成电路设计模拟、测试、布局和/或制造。在这方面，图15显示例如在半导体ic逻辑设计、模拟、测试、布局、和制造中使用的示例性设计流程700的框图。设计流程700包括用于处理设计结构或器件的方法、机器和/或机构以生成设计结构和/或器件的逻辑上或其它功能上等效的表示，例如可使用本文中公开的技术等进行分析的那些。由设计流程700处理和/或生成的设计结构可被编码在机器可读存储介质上以包括数据和/或指令，当在数据处理系统上执行或以其它方式处理时，该数据和/或指令生成硬件组件、电路、器件或系统的逻辑上、结构上、机械上或其它功能上等效的表示。机器包括，但不限于，在ic设计过程(例如设计、制造或模拟电路、组件、器件或系统)中使用的任何机器。例如，机器可包括：光刻机、用于生成掩模的机器和/或设备(例如电子束写入器)、用于模拟设计结构的计算机或设备、在制造或测试过程中使用的任何装置、或用于将设计结构的功能上等效的表示编程到任何介质中的任何机器(例如，用于对可编程门阵列编程的机器)。[0105]设计流程700可取决于被设计的表示的类型而变化。例如，用于构建特定应用ic(asic)的设计流程700可不同于用于设计标准组件的设计流程700或不同于用于将设计实例化为可编程阵列(例如由inc.或inc.提供的可编程门阵列(pga)或现场可编程门阵列(fpga))的设计流程700。[0106]图15说明多个这样的设计结构，其包括输入设计结构720，输入设计结构720优选通过设计过程710处理。设计结构720可为逻辑模拟设计结构，其由设计过程710生成和处理，以产生硬件设备的逻辑上等效的功能表示。设计结构720还可包括或替代地包括数据和/或程序指令，当由设计过程710处理时，该数据和/或程序指令生成硬件设备的物理结构的功能表示。无论是表示功能和/或结构设计特征，设计结构720可使用电子计算机辅助设计(ecad)生成，例如由核心开发者/设计者实施。当在门阵列或存储介质等上编码时，设计结构720可由设计过程710内的一个或多个硬件和/或软件模块访问和处理，以模拟或以其它方式在功能上表示电子组件、电路、电子或逻辑模块、装置、器件或系统。这样，设计结构720可包括文件或其它数据结构，包括人和/或机器可读的源代码、编译结构、和计算机可执行代码结构，当由设计或模拟数据处理系统处理时，其在功能上模拟或以其它方式表示电路或其它层次的硬件逻辑设计。这样的数据结构可包括硬件描述语言(hdl)设计实体或符合以下和/或与以下兼容的其它数据结构：低级hdl设计语言如verilog和vhdl、和/或高级设计语言如c或c++。[0107]设计过程710优选地采用和引入用于如下的硬件和/或软件模块：合成、翻译、或以其它方式处理组件、电路、器件、或逻辑结构的设计/模拟功能等效物，以生成可包含设计结构例如设计结构720的网表(netlist)780。网表780可包括，例如，编译或以其它方式处理的数据结构，其表示导线、分立组件、逻辑门、控制电路、i/o设备、模型等的列表，其描述在集成电路设计中与其它元件和电路的连接。网表780可使用迭代过程进行合成，其中网表780取决于器件的设计规格和参数被重新合成一次或多次。与本文中描述的其它设计结构类型一样，网表780可被记录在机器可读的数据存储介质上，或被编程到可编程门阵列中。该介质可为非易失性存储介质例如磁盘或光盘驱动器、可编程门阵列、紧凑型闪存、或其它闪存。另外，或作为替代方案，该介质可为系统或缓存存储器、缓冲空间或其它合适的存储器。[0108]设计过程710可包括用于处理多种输入数据结构类型(包括网表780)的硬件和软件模块。对于给定的制造技术(例如，不同的技术节点，32nm，45nm，90nm等)，这样的数据结构类型可例如驻留在库元素(要素)730内并且包括一组常用的元素(元件，要素)、电路、和器件，包括模型、布局、和符号表示。数据结构类型可进一步包括设计规格740、特性化数据750、验证数据760、设计规则770、和测试数据文件785，测试数据文件785可包括输入测试模式、输出测试结果、和其它测试信息。设计过程710可进一步包括，例如，标准机械设计过程例如应力分析、热分析、机械事件模拟、对于操作(例如铸造、模塑和冲压成型)的过程模拟等。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，机械设计领域的普通技术人员可理解设计过程710中使用的可能的机械设计工具和应用的范围。设计过程710还可包括用于执行标准电路设计过程例如时序分析、验证、设计规则检查、放置和路由操作等的模块。[0109]设计过程710采用并引入逻辑和物理设计工具例如hdl编译器和模拟模型构建工具，以处理设计结构720与所描绘的支持数据结构的一些或全部以及任何另外的机械设计或数据(如果适用的话)，以生成第二设计结构790。设计结构790以用于机械器件和结构的数据的交换的数据格式驻留在存储介质或可编程门阵列上(例如以iges、dxf、parasolidxt、jt、drg或用于存储或表现(渲染)这样的机械设计结构的任何其它合适格式存储的信息)。类似于设计结构720，设计结构790优选地包括一个或多个文件、数据结构或其它计算机编码的数据或指令，其驻留在数据存储介质上，并且当由ecad系统处理时生成一个或多个ic设计等的逻辑上或以其它方式功能上等效的形式。在一种实施方式中，设计结构790可包括编译的、可执行的hdl模拟模型，该模型在功能上模拟要分析的器件。[0110]设计结构790还可采用用于集成电路的布局数据的交换的数据格式和/或符号数据格式(例如以gdsii(gds2)、gl1、oasis、映射文件或用于存储这样的设计数据结构的任何其它合适的格式存储的信息)。设计结构790可包括信息例如符号数据、映射文件、测试数据文件、设计内容文件、制造数据、布局参数、导线、金属水平、通孔、形状、用于通过制造线布线的数据、以及制造商或其它设计者/开发者为生产如本文中描述的器件或结构所需的任何其它数据(例如，.lib文件)。然后，设计结构790可进入阶段795，其中，例如，设计结构790：进入设计定案(流片，tape-out)，被释放到制造，被释放到掩模厂，被送到另外的设计院，被送回给客户，等等。[0111]本文中描述的实施方式的说明意图提供对多种实施方式的一般理解，并且它们不意图充当对可利用本文中描述的电路和技术的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。鉴于本文中的教导，许多其它实施方式对于本领域技术人员将变得明晰；由此利用并衍生其它实施方式，使得在不背离本公开内容的范围的情况下，可进行结构和逻辑上的替换和改变。还应注意，在一些替代实施中，示例性方法的步骤的一些可不按图中指出的顺序进行。例如，接连显示的两个步骤实际上可为基本上同时执行的，或者一些步骤有时可以相反的顺序执行，取决于所涉及的功能。附图也仅为表示性的，并且没有按比例绘制。因此，说明书和附图将在说明性而非限制性的意义上来看待。[0112]本文中单独和/或共同地以术语“实施方式”来提及实施方式，仅仅是为了方便，并且不意图将本技术的范围限于任何单个实施方式或发明构思(如果事实上显示超过一个的话)。因此，尽管本文中已经说明和描述了具体实施方式，但应理解，实现相同目的的布置可替代所示的具体实施方式；也就是说，本公开内容意图涵盖各种实施方式的任何和所有调整或变化。鉴于本文中的教导，以上实施方式和本文中未具体描述的其它实施方式的组合对于本领域技术人员将变得明晰。[0113]本文中使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的并且不意图为限制性的。如本文中使用的，单数形式“一种(个)(不定冠词，a，an)”和“所述(该)”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。将进一步理解，术语“包含”和/或“包括”当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一种或多种另外的特征、步骤、操作、元件、组件、和/或其集合。术语例如“底部”、“顶部”、“在……上方”、“在……之上”、“在……下面”和“在……之下”被用来表示元件或结构彼此的相对位置，与相对标高不同。如果结构的一个层在本文中被描述为“在”另一个层“之上”，则将理解，在这两个指定的层之间可存在或可不存在中间元件或层。如果一个层被描述为“直接在”另一个层“上”，则表示两个层的直接接触。当在本文中和在所附权利要求中使用术语时，“约”意味着在正或负百分之十以内。[0114]所附权利要求中的任何手段或步骤加功能要素的相应结构、材料、行为、和等价物意图包括用于与具体要求的其它要求的要素组合执行功能的任何结构、材料或行为。已经出于说明和描述的目的展示了对各种实施方式的描述，但其不意图为穷尽式的或限于所公开的形式。在不背离其范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是明晰的。选择和描述实施方式以最好地解释原理和实际应用，并且使本领域普通技术人员能够理解各种实施方式以及适应于所考虑的特定用途的多种修改。[0115]摘要容许读者快速确定技术公开内容的性质。基于如下的理解提交摘要：它不被用来解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的详细说明中，可看出，出于简化公开内容的目的，将多个特征在单个实施方式中组合在一起。本公开内容的方法不被解释为反映如下的意图：所要求保护的实施方式需要比各权利要求中明确叙述的更多的特征。相反，如所附权利要求所反映的，所要求保护的主题可在于少于单个实施方式的所有特征。因此，所附权利要求在此并入详细说明中，其中各权利要求作为单独要求保护的主题而独立存在。[0116]鉴于本文中提供的教导，本领域普通技术人员将能够考虑技术和公开的实施方式的其它实施和应用。尽管已经在本文中参照附图描述了示例性实施方式，但是将理解，示例性实施方式不限于那些确切的实施方式，并且在不背离所附权利要求的范围的情况下本领域技术人员可在其中进行多种其它变化和修改。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.磁阻式随机存取存储器单元，包括：模板层，其包括具有交替层晶格结构的二元合金；半金属性赫斯勒层，其包括具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒材料，所述半金属性赫斯勒层位于所述模板层的外侧，并且具有与所述半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数；在所述半金属性赫斯勒层的外侧的隧道势垒；和在所述隧道势垒的外侧的磁性层。2.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中：所述半金属性赫斯勒层构成存储层；和所述磁性层构成参考层。3.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中：所述半金属性赫斯勒层构成参考层；和所述磁性层构成存储层。4.如权利要求2或3所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述半金属性赫斯勒化合物选自mn2fesb、mn2coal、mn2coge、mn2cosi、mn2cusi、co2cral、co2crsi、co2mnsb、和co2mnsi。5.如权利要求4所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述半金属性赫斯勒层具有小于5nm的厚度。6.如权利要求4所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述半金属性赫斯勒化合物包括mn2fesb。7.如权利要求6所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述半金属性赫斯勒层具有小于5nm的厚度。8.如权利要求2或3所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述隧道势垒选自氧化镁和氧化镁铝。9.如权利要求2或3所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述二元合金由a
1-x
e
x
表示，其中a为过渡金属元素，并且e为包括铝和镓的至少一种的主族元素，并且x在0.42-0.55的范围内。10.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述模板层的交替层晶格结构包括氯化铯结构。11.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述模板层在室温下为非磁性的。12.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中：所述模板层具有模板层面内晶格常数；和所述赫斯勒面内晶格常数基本上匹配所述模板层面内晶格常数。13.如权利要求12所述的磁阻式随机存取存储器单元，其中所述半金属性赫斯勒材料具有基本上垂直于所述半金属性赫斯勒层的磁化。14.磁阻式随机存取存储器阵列，包括：形成多个位线-互补位线对的多条位线和多条互补位线；在多个单元位置处与所述多个位线-互补位线对相交的多条字线；位于所述多个单元位置的每一个处的多个磁阻式随机存取存储器单元，所述磁阻式随
机存取存储器单元的每一个电连接至相应的位线并且在所述字线的相应的一条的控制下选择性地互连至所述互补位线的相应的一条，所述多个磁阻式随机存取存储器单元的每一个为如权利要求1-13任一项所述的磁阻式随机存取存储器单元。15.操作磁阻式随机存取存储器阵列的方法，包括：提供磁阻式随机存取存储器阵列，所述阵列包括：形成多个位线-互补位线对的多条位线和多条互补位线；在多个单元位置处与所述多个位线-互补位线对相交的多条字线；位于所述多个单元位置的每一个处的多个磁阻式随机存取存储器单元，所述磁阻式随机存取存储器单元的每一个电连接至相应的位线并且在所述字线的相应的一条的控制下选择性地互连至所述互补位线的相应的一条，所述多个磁阻式随机存取存储器单元的每一个包括：模板层，其包括具有交替层晶格结构的二元合金；半金属性赫斯勒层，其包括具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒材料，所述半金属性赫斯勒层位于所述模板层的外侧，并且具有与所述半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数；在所述半金属性赫斯勒层的外侧的隧道势垒；和在所述隧道势垒的外侧的磁性层；将信号施加至所述字线以使所述单元的第一子集存储逻辑1并且使所述单元的第二子集存储逻辑0；以及经由所述位线和所述互补位线读取所存储的逻辑1和0。16.形成磁阻式随机存取存储器单元的方法，包括：提供模板层，所述模板层包括具有交替层晶格结构的二元合金并具有模板层面内晶格常数；在所述模板层上外延生长半金属性赫斯勒层，所述半金属性赫斯勒层包括半金属性赫斯勒材料，所述半金属性赫斯勒层在所述模板层上生长，使得所述赫斯勒材料具有四方晶格结构以及与半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同并且基本上匹配模板层面内晶格常数的赫斯勒面内晶格常数；在所述半金属性赫斯勒层的外侧形成隧道势垒；和在所述隧道势垒的外侧形成磁性层。

技术总结
本发明涉及磁阻式随机存取存储器单元和形成其的方法、磁阻式随机存取存储器阵列和操作其的方法。磁阻式随机存取存储器单元包括模板层。所述模板层包括具有交替层晶格结构的二元合金。所述单元进一步包括半金属性赫斯勒层，所述半金属性赫斯勒层包括具有四方晶格结构的半金属性赫斯勒材料。所述半金属性赫斯勒层位于所述模板层的外侧，并且具有与所述半金属性赫斯勒材料的立方形式的面内晶格常数不同的赫斯勒面内晶格常数。隧道势垒位于所述半金属性赫斯勒层的外侧，并且磁性层位于所述隧道势垒的外侧。道势垒的外侧。道势垒的外侧。


技术研发人员：郑在佑 M
受保护的技术使用者：国际商业机器公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/10/19