[發(fā)明專利]自旋軌道耦合磁性器件、電子裝置及其操作和制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010156177.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN111354850B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江萬軍;董一擎;唐建石
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L43/08
• 分類號(hào): H01L43/08;H01L43/06;H01L43/14;G11C11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 彭久云;吳天

1.一種自旋軌道耦合磁性器件，其包括：

依次堆疊設(shè)置的N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)，其中，所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)每一個(gè)依次包括自旋軌道耦合材料層、磁性層以及隔擋層，并且所述磁性層具有垂直各向異性；以及

多個(gè)電極，分別耦接到所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)，

其中，N為大于或等于2的整數(shù)，

其中，所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)具有第一側(cè)、第二側(cè)、第三側(cè)和第四側(cè)，

其中，所述第一側(cè)和第二側(cè)在水平平面中的第一方向上相對(duì)設(shè)置，并且第三側(cè)和第四側(cè)在所述水平平面中的第二方向上相對(duì)設(shè)置，所述第一方向和所述第二方向在所述水平平面中相互垂直，

所述多個(gè)電極分別耦接到所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)的所述第一側(cè)、所述第二側(cè)、所述第三側(cè)和所述第四側(cè)，

所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)沿第三方向堆疊，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向，

其中，所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)形成為十字形狀，并且所述十字形狀具有第一端部、第二端部、第三端部和第四端部以作為所述第一側(cè)、所述第二側(cè)、所述第三側(cè)和所述第四側(cè)。

2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述自旋軌道耦合材料層的自旋霍爾角與所述隔擋層的自旋霍爾角符號(hào)相反。

3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)所述磁性層被設(shè)置為具有不同的矯頑力。

4.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述自旋軌道耦合材料層的材料選自包括以下材料的集合中的至少一個(gè)或其組合：Ta、Pt、W、Re、Os、Ir、Au、Pd、Bi、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Ni、Fe、Ni_1-xFe_x。

5.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述磁性層的材料選自包括以下材料的集合中的至少一個(gè)或其組合：Co、Fe、Tb、Ni、Ge、Gd、B、Dy。

6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述隔擋層的材料選自包括以下材料的集合中的至少一個(gè)：SiN、SiO2、MgO、Al₂O₃、BN。

7.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述電極的材料選自包括以下材料的集合中的至少一個(gè)或其組合：Ta、Pt、Ti、Au、Cr、Cu、Al。

8.一種電子裝置，包括：

如權(quán)利要求1-7任一所述的自旋軌道耦合磁性器件；以及

至少一個(gè)控制器，被配置根據(jù)的控制信號(hào)來控制施加到所述疊層結(jié)構(gòu)的電流以及磁場(chǎng)的大小和方向。

9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述控制器被配置為將一個(gè)或多個(gè)電流源連接到與所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)的第一端部和第二端部耦接的電極，以向其施加一個(gè)或多個(gè)操作電流。

10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述控制器被配置為將至少一個(gè)電壓表連接到與所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)的第三端部和第四端部耦接的電極，以通過所述電壓表來測(cè)量所述N個(gè)疊層結(jié)構(gòu)的霍爾電壓。

11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制器被配置為通過對(duì)所述自旋軌道耦合磁性器件施加操作電流和操作磁場(chǎng)，以獲得所述操作電流的特征和所述操作磁場(chǎng)的特征與所述自旋軌道耦合磁性器件的反常霍爾電阻之間的映射關(guān)系，

其中，所述操作電流的特征包括所施加的電流的個(gè)數(shù)、大小以及方向，并且所述操作磁場(chǎng)的特征包括磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)方向。

12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述操作電流包括在水平平面內(nèi)的第一方向上施加的第一電流，并且所述操作磁場(chǎng)包括在第三方向上施加的第一磁場(chǎng)，

其中，所述第三方向在豎直方向上垂直于第一方向。