[發(fā)明專利]一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的器件和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010766282.1
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112002798B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊浛;施勝賓;周浩淼;邱陽;朱明敏;郁國良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學(xué)
• 主分類號: H01L41/08
• 分類號: H01L41/08;H01L41/09;G11C11/14;G11C11/16;B82Y40/00
• 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)明公開了一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的器件和方法，包括：壓電層，由鐵電材料制成，厚度為納米級或微米級；底電極層，設(shè)置在壓電層下，連接外部電源；磁性層，包括磁性納米薄膜，緊貼在壓電層上；頂電極，以柵極排列方式設(shè)置在磁性納米薄膜兩側(cè)，連接外部電源，其中頂電極與磁性納米薄膜之間保留一定間距。本發(fā)明的實質(zhì)性效果包括：通過底電極層和頂電極對壓電層施加電壓，壓電層產(chǎn)生的形變傳遞至磁性層，影響電極區(qū)域內(nèi)磁性層的磁各向異性，進而控制其中磁疇壁的移動和釘扎，有利于提高賽道存儲移動和釘扎磁疇壁的精準(zhǔn)性，提高賽道存儲的可靠性和穩(wěn)定性的同時降低能量損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自旋電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的器件和方法。

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(yīng)用潛力。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。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(dá)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(dāng)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(yīng)驅(qū)動所有疇壁同步進行移動。

但現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)動賽道存儲器中磁疇壁移動需要布置金屬帶線產(chǎn)生奧斯特磁場，導(dǎo)致存儲單元體積增加，存儲器件功耗增加；注入自旋極化電流導(dǎo)致磁疇壁無法準(zhǔn)確釘扎在數(shù)據(jù)訪問端口，導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)存在不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中磁疇壁無法準(zhǔn)確釘扎在數(shù)據(jù)訪問端口，導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)存在不確定性的問題，本發(fā)明提供了一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的器件和方法，通過底電極層和頂電極對壓電層施加電壓，壓電層產(chǎn)生的形變傳遞至磁性層，影響電極區(qū)域內(nèi)磁性層的磁各向異性，進而控制其中磁疇壁的移動和釘扎，解決上述問題。

以下是本發(fā)明的技術(shù)方案。

一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的器件，包括：壓電層，由鐵電材料制成，厚度為納米級或微米級；底電極層，設(shè)置在壓電層下，連接外部電源；磁性層，包括磁性納米薄膜，緊貼在壓電層上；頂電極，以柵極排列方式設(shè)置在磁性納米薄膜兩側(cè)，連接外部電源，其中頂電極與磁性納米薄膜之間保留一定間距。本發(fā)明可以通過輪流在各個電極上施加的脈沖電壓，并根據(jù)實際疇壁運動的速度來進行調(diào)整脈沖的幅度，寬度和起始點，最終控制磁性層磁疇壁的移動。由于磁性層與壓電層是緊密連接的，具有界面效應(yīng)。所以壓電層上傳遞過來的應(yīng)力對磁性層的磁晶各向異性具有影響，而磁性納米薄膜本身具有形狀各向異性，這兩者是決定磁性納米薄膜上的磁化的方向的重要因素。

作為優(yōu)選，所述頂電極與磁性納米薄膜之間的距離為磁性納米薄膜寬度的1/4~1/5。

作為優(yōu)選，磁性納米薄膜同一側(cè)的頂電極間的距離為20nm~60nm。距離設(shè)置的越大，由于應(yīng)力具有局域性，電極對疇壁調(diào)控的效果則越差。距離設(shè)置的越小，則不同電極之間的相互干擾越強，因此該范圍是一個合理的范圍。

一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的方法，用于上述的一種連續(xù)可控磁疇壁移動和釘扎的器件，包括以下步驟：根據(jù)需求在頂電極上施加電壓使壓電層產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，界面效應(yīng)使應(yīng)力應(yīng)變傳遞到磁性納米薄膜，引起磁性納米薄膜的磁各向異性的改變，使得磁性納米薄膜內(nèi)磁疇壁向靠近該頂電極的方向移動，根據(jù)需要為該方向上的頂電極輪流施加電壓，使磁疇壁繼續(xù)移動。