[發明專利]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

• 申請號: 202010156177.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111354850B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 江萬軍;董一擎;唐建石
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/06;H01L43/14;G11C11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云;吳天

一種自旋軌道耦合磁性器件、電子裝置及其操作和制造方法。該自旋軌道耦合磁性器件包括：依次堆疊設置的N個疊層結構，其中，N個疊層結構每一個依次包括自旋軌道耦合材料層、磁性層以及隔擋層，并且磁性層具有垂直各向異性；以及多個電極，分別耦接到N個疊層結構，其中，N為大于或等于2的整數。該器件可以提升數據存儲密度并且同時實現結構更為簡單的磁性邏輯器件，從而降低了器件制造的工藝復雜度。

技術領域

本發明涉及自旋電子學，具體而言，涉及一種自旋軌道耦合磁性器件、電子裝置及其操作和制造方法。

背景技術

與傳統的固態存儲技術以及普通的半導體邏輯器件相比，基于自旋相關特性的可重配置的磁存儲技術以及磁邏輯器件具有高操作頻率、可無限重配次數、邏輯信息的非易失性、防輻射、以及存儲與邏輯之間相互兼容等優點，因此被認為是下一代數據存儲和處理技術的熱門方向。傳統的磁存儲技術通過利用相反的兩種磁化方向來表示二進制的數字化信息，并且通過磁場或者自旋極化的電流改變磁化方向從而實現信息的存儲和讀寫。此外，通過對輸入的電流和輸出的磁化狀態分別進行編程，可以實現可編程的磁邏輯器件。然而，隨著對于數據存儲以及處理的需求的日益增加，對于磁存儲器件的存儲密度以及磁邏輯器件的性能等提出更高的要求。

發明內容

本發明的實施例提供了一種自旋軌道耦合磁性器件、包含自旋軌道耦合磁性器件的電子裝置及其操作和制造方法，以解決現有技術中的存儲密度、存儲效率和存儲器件與邏輯器件集成以及降低工藝復雜度等難以兼顧的問題。

本發明的至少一個方面提供了一種自旋軌道耦合磁性器件，其包括：依次堆疊設置的N個疊層結構，其中，所述N個疊層結構每一個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；以及多個電極，分別耦接到所述N個疊層結構，其中，N為大于或等于2的整數。

本發明的另一個方面提供了一種電子裝置，包括上述自旋軌道耦合磁性器件和至少一個控制器，該至少一個控制器被配置根據的控制信號來控制施加到所述疊層結構的電流以及磁場的大小和方向。

本發明的又一個方面還提供了一種操作上述自旋軌道耦合磁性器件的方法，所述方法包括：通過對所述自旋軌道耦合磁性器件施加電流和磁場，以獲得所述電流的特征和所述磁場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系。

本發明的又一個方面還提供了一種制造自旋軌道耦合磁性器件的方法，包括：形成N個堆疊結構，并由下至上依次堆疊所述N個疊層結構，其中每個疊層結構依次包括自旋軌道耦合材料層、磁性層以及隔擋層；在所述N個疊層結構的邊緣處形成多個電極，其中，N為大于或等于2的整數。

依據本發明的上述實施例的自旋軌道耦合磁性器件以及電子裝置，其通過實現三維的多個疊層結構實現了數據存儲密度的大幅提升，同時可以在單個器件內實現復雜的邏輯功能的級聯，降低了工藝的復雜度。

附圖說明

參考下面的附圖描述了本公開的非限制性和非窮舉的實施例，除非另有說明，其中貫穿各個附圖相同附圖標記指代相同部件。圖中的組件并非按比例繪制，并且可能在比例外繪制以促進對本公開的實施例的理解的方便。

圖1是示出根據本發明的實施例的示例自旋軌道耦合磁性器件的截面示意圖。

圖2是示出根據本發明的實施例的示例自旋軌道耦合磁性器件的立體示意圖。

圖3是示出根據本發明的實施例的包含自旋軌道耦合磁性器件的電子裝置的示意圖。

圖4是示出根據本發明的實施例的包含自旋軌道耦合磁性器件的電子裝置作為的磁場驅動存儲裝置時的電路配置示意圖。

圖5是示出根據本發明的實施例的包含自旋軌道耦合磁性器件的電子裝置作為的電流驅動存儲裝置時的電路配置示意圖。