[發明專利]一種對磁多疇態進行調控的方法

有效

• 申請號: 201410089942.1
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103824588B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 畢沖;龍世兵;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G11C11/14
• 分類號: G11C11/14;G11C11/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于信息數據的存儲和處理技術領域，提供了一種對非易失性磁存儲器或自旋邏輯器件中磁性薄膜的磁多疇態進行調控的方法。

背景技術

隨著信息社會的發展，對信息的存儲和處理提出了越來越高的要求。傳統的基于半導體工業的信息存儲和處理在存儲密度和運算速度方面已接近其物理極限，因此發展新型存儲技術和信息處理技術已變得非常急迫。磁存儲技術和自旋邏輯器件由于其低功耗和高的運算速度受到了越來越多的重視。

為了追求更高的存儲密度，具有很強垂直各向異性和較大矯頑力的磁性材料被廣泛應用于包括硬盤在內的磁存儲器。但大的垂直各向異性和矯頑力又導致基于傳統磁頭和自旋轉移矩效應的數據寫入變得非常困難。同時，作為高密度集成的另一種發展方向，多值存儲和多值邏輯計算，也變得非常重要。在磁性存儲和自旋邏輯器件中，由于缺少可靠的磁化強度操作手段，使得基于磁性多疇態的多值存儲或多值邏輯運算很難得到應用。這主要是因為磁性薄膜中磁疇的形成是一個隨機過程，磁疇形成的過程不可控制。即使是在完全相同的磁疇形成條件下，例如缺陷引入，施加一個外磁場或直接通入大電流等，很難得到相同的磁疇數目，相同的磁疇體積和相同的磁疇位置。從應用上來說，利用微加工手段，一般會把磁性薄膜加工成幾十納米到幾十微米的微結構，但是在這種具有幾十納米到幾十微米特征尺寸的樣品中引入缺陷，通入電流或施加一個外磁場時，其多疇態仍然被無法控制，這是因為磁疇的不可控性通常認為是由于磁疇形成本身的基本物理機制導致的。正是因為這種多疇態的不可控性，目前還未有對多疇態進行調控的有效手段。因此，尋找一種可靠的對磁多疇態進行調控的方法，以有效的控制這些磁多疇態，在應用領域變得非常重要。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述磁存儲器或邏輯器件中磁多疇態不易控制以及在高密度存儲中寫入操作較難實現的問題，本發明提供了一種對磁多疇態進行調控的方法，以實現對磁多疇態的精確控制。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種對磁多疇態進行調控的方法，該方法是在磁性薄膜中通入電流的同時，施加一個磁場強度為0至4×10⁵A/m的外磁場來調控磁性薄膜的磁化狀態，其中電流用于推動磁性薄膜中磁疇的移動，外磁場用于調控磁性薄膜中磁疇在產生和移動過程中的狀態，從而使磁性薄膜處于一個穩定的磁多疇態。

上述方案中，所述磁多疇態至少包括兩個磁疇，對磁多疇態進行調控是指同時對兩個或兩個以上的磁疇進行調控。

上述方案中，所述在磁性薄膜中通入的電流是以平行于磁性薄膜表面的方向向磁性薄膜中通入，或者是以垂直于磁性薄膜表面的方向向磁性薄膜中通入。

上述方案中，所述電流以平行于磁性薄膜表面的方向通入時，所述磁性薄膜是依附在由任意材料構成的薄膜層上，且不需要與其依附的薄膜層具有同樣的面積大小。所述電流以垂直于磁性薄膜表面的方向通入時，所述磁性薄膜為磁性隧道結結構的自由翻轉層或自旋閥結構的自由翻轉層，在這兩種結構的自由翻轉層中，釘扎住的磁性薄膜層能夠導致施加到自由翻轉層的電流為自旋極化的電流。

上述方案中，所述外磁場是通過在磁性薄膜附近生長鐵磁層或放置永磁體來實現的，或者是通過與磁性薄膜相鄰材料中的電流產生的奧斯特場或傳統硬盤中的移動磁頭來實現的。

上述方案中，所述外磁場方向與電流方向在空間范圍內呈任意角度。當所述外磁場方向與電流方向不垂直時，多疇態是通過電流的極性和外磁場同時來調控。

上述方案中，當在磁性薄膜中通入的電流密度小于約1×10⁴A/cm²時，外磁場和電流調控具有一定的磁滯效應，當電流密度大于約1×10⁴A/cm²時，磁滯現象消失，將給出確定的多疇態。

上述方案中，所述磁性薄膜是單一鐵磁材料，或是鐵磁合金，或是多層鐵磁薄膜構成的超晶格結構。

上述方案中，當電流控制磁疇的狀態時，磁疇是通入的電流產生的，或者是磁性薄膜本身固有缺陷導致的，或者是通過特殊幾何結構設計產生的，或者是通過另外施加的外磁場引入的。

上述方案中，所述通過特殊幾何結構設計產生磁疇，是將鐵磁層做成含有T字形狀的，則在拐角處形成磁疇；或者是將在需要磁疇的位置的鐵磁層厚度加大，或在需要磁疇的位置鍍上其他鐵磁層，則在需要磁疇的位置形成磁疇。