[發(fā)明專利]一種基于多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁疇壁寫入單元及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010766277.0
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112002361B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱陽;施勝賓;周浩淼;楊浛;朱明敏;郁國良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明公開了一種基于多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁疇壁寫入單元及方法，包括：底電極層，連接脈沖電壓源；壓電層，由鐵電材料制成，設(shè)置于底電極層上；頂電極層，設(shè)置于壓電層上，包含若干連接脈沖電壓源的頂電極；磁性層，與頂電極處在同一層，由鐵磁性材料制成，連接賽道存儲器；其中磁性層的鐵磁性材料具有磁各向異性，且具有磁致伸縮特性。在頂電極和底電極層施加脈沖電壓使壓電層產(chǎn)生應變，應變傳遞至磁性層并誘導產(chǎn)生磁疇壁，磁疇壁被驅(qū)動至賽道存儲器；調(diào)整脈沖電壓，以改變壓電層的應變程度，進而寫入不同的數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用逆壓電效應和磁致伸縮的逆效應，實現(xiàn)高存儲密度，低功耗的磁疇壁寫入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自旋電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁疇壁寫入單元及方法。

背景技術(shù)

賽道存儲器作為一種新型的非易失性自旋信息存儲器件，對于構(gòu)筑未來立體存儲框架具有很高的應用潛力。賽道存儲器通過磁疇的形式在磁性納米條帶上存儲多位信息，多位信息之間通過磁疇壁進行區(qū)分，從而達到高密度存儲的目的，同時也可實現(xiàn)快速的信息讀寫。賽道存儲器的納米條帶下面有一個與之垂直的電極作為數(shù)據(jù)的寫線。當給電極注入脈沖電流，電流產(chǎn)生的奧斯特場可以改變與之相鄰的納米條帶的磁化方向，這樣可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入或修改。之后通過電流產(chǎn)生的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應驅(qū)動所有疇壁同步進行移動。

如授權(quán)公告號CN102124526B的發(fā)明公開了一種磁賽道存儲器裝置。現(xiàn)有技術(shù)中磁疇壁在寫入賽道存儲器時，需要外加導電納米線產(chǎn)生奧斯特場改變賽道磁化方向，由于磁場具有彌散性，此方法存在存儲器單元體積較大，存儲密度較低等問題。與此同時，使用導電納米線產(chǎn)生奧斯特場或產(chǎn)生自旋電流驅(qū)動疇壁運動會導致嚴重的熱效應和能耗問題乃至引起器件的物理損壞。因此，迫切需要一種高存儲密度，低功耗的磁疇壁寫入單元及方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中磁疇壁寫入賽道存儲器時所存在的存儲器單元體積大，存儲密度低以及高焦耳熱的問題，本發(fā)明提供了一種基于多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁疇壁寫入單元及方法，利用逆壓電效應和磁致伸縮的逆效應，通過在頂電極和底電極層上對壓電層施加電壓，在壓電層中產(chǎn)生電場致使壓電層發(fā)生應變并傳遞至磁性層，進而影響磁性材料的磁各向異性能，使得電極層區(qū)域內(nèi)磁性材料的磁化方向發(fā)生變化，從而誘導產(chǎn)生磁疇壁，具有體積小，存儲密度高且發(fā)熱少的特點。

以下是本發(fā)明的技術(shù)方案。

一種基于多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁疇壁寫入單元，包括：底電極層，連接脈沖電壓源；壓電層，由鐵電材料制成，設(shè)置于底電極層上；頂電極層，設(shè)置于壓電層上，包含若干連接脈沖電壓源的頂電極；磁性層，與頂電極處在同一層，由鐵磁性材料制成，連接賽道存儲器；其中磁性層的鐵磁性材料具有磁各向異性，且具有磁致伸縮特性。傳統(tǒng)方式中利用納米導線注入電流產(chǎn)生疇壁，利用自旋轉(zhuǎn)移力矩推動磁疇壁，因此在整個器件工作過程中，電流持續(xù)的流過導線產(chǎn)生大量的焦耳熱。而本發(fā)明采用應力誘導的方式，通過壓電層的逆壓電效應和磁性層的磁致伸縮的逆效應，實現(xiàn)磁疇壁的產(chǎn)生，直接避免了電流的熱效應。應變的傳遞具有局域性，有利于減小體積，提高存儲密度。

另外，底電極層下還可以設(shè)置襯底層，整個寫入單元外周還可以加設(shè)保護層。

作為優(yōu)選，所述磁性層包括磁疇壁生成區(qū)和磁疇壁緩沖區(qū)，所述磁疇壁生成區(qū)位于若干頂電極之間，磁疇壁緩沖區(qū)連接賽道存儲器。疇壁寫入過程，是通過在頂電極和底電極層上對壓電層施加電壓，在壓電層中產(chǎn)生電場致使壓電層發(fā)生應變并傳遞至磁性層，進而影響磁性材料的磁各向異性能，使磁疇壁生成區(qū)的磁化方向發(fā)生變化，從而誘導產(chǎn)生磁疇壁，再將磁疇壁移動至磁疇壁緩沖區(qū)，達到磁疇壁寫入的目的，通過寫入時的初始能量將疇壁從緩沖區(qū)移動至賽道存儲器上，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。

作為優(yōu)選，所述磁疇壁緩沖區(qū)為條形，磁疇壁生成區(qū)為寬度大于磁疇壁緩沖區(qū)的對稱圖形。磁疇壁緩沖區(qū)一般為納米條帶，磁疇壁生成區(qū)一般可以制成橢圓形或菱形等。

作為優(yōu)選，所述頂電極為兩個。

作為優(yōu)選，所述磁疇壁生成區(qū)為橢圓形，磁疇壁生成區(qū)位于兩個頂電極之間。