[發(fā)明專利]基于磁疇壁驅(qū)動(dòng)型磁隧道結(jié)的激活函數(shù)發(fā)生器及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110299800.8
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN113193110B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢國忠;劉龍;王迪;林淮;王艷;許曉欣;劉明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H10N50/10
• 分類號(hào): H10N50/10;H10N50/01
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種基于磁疇壁驅(qū)動(dòng)型磁隧道結(jié)的激活函數(shù)發(fā)生器，其特征在于，包括：

自旋軌道耦合層，用于產(chǎn)生自旋軌道矩；

鐵磁自由層，形成在所述自旋軌道耦合層上，用于提供磁疇壁運(yùn)動(dòng)軌道；

非磁性勢壘層，形成在所述鐵磁自由層上；

鐵磁參考層，形成在所述非磁性勢壘層上；

頂電極，形成在所述鐵磁參考層上；

反鐵磁釘扎層，形成在所述鐵磁自由層兩端上；

左電極和右電極，分別形成在所述反鐵磁釘扎層上的兩個(gè)位置處；

其中，所述鐵磁自由層包含多個(gè)磁疇壁釘扎區(qū)，控制所述多個(gè)磁疇壁釘扎區(qū)之間的間距非均勻設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)不同的激活函數(shù)功能，其中，通過氧氣在所述鐵磁自由層的界面的局域吸附處理調(diào)控所述鐵磁自由層與所述自旋軌道耦合層的界面處反對稱交換相互作用強(qiáng)度，進(jìn)而形成磁疇壁釘扎區(qū)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激活函數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述自旋軌道耦合層材料為W、Pt、Pd、Ta中的一種、多種或相關(guān)合金；所述鐵磁自由層和鐵磁參考層為具有垂直各向異性的CoFeB、CoFe、Co/Pt、Ni/Co材料的一種或多種；所述鐵磁參考層選擇合成反鐵磁層或亞鐵磁層，以消除參考層雜散場對磁疇壁運(yùn)動(dòng)的影響；所述非磁性勢壘層為MgO、HfOx、AlOx中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激活函數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述鐵磁自由層兩端通過反鐵磁耦合將磁矩方向分別被釘扎在+z和-z方向，作為磁疇壁成核區(qū)；脈沖電流作用下磁疇壁在釘扎區(qū)域成核，并在自由層中運(yùn)動(dòng)；磁隧道結(jié)器件的磁電阻變化與磁疇壁在自由層中運(yùn)動(dòng)距離線性相關(guān)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激活函數(shù)發(fā)生器，其特征在于，在制造過程中通過氧氣在自由層界面的化學(xué)吸附定量調(diào)控對應(yīng)區(qū)域自由層與自旋軌道耦合層界面的DMI強(qiáng)度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激活函數(shù)發(fā)生器，其特征在于，通過重金屬自旋軌道耦合層表面或界面對氣體的吸附，增強(qiáng)自旋軌道耦合層有效自旋混合電導(dǎo)和自旋透明度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激活函數(shù)發(fā)生器，其特征在于，將非均勻分布的釘扎區(qū)組合替換為均勻分布的釘扎區(qū)組合，以實(shí)現(xiàn)突觸器件功能。

7.一種如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的激活函數(shù)發(fā)生器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

分別在鐵磁自由層兩端通過反鐵磁耦合形成局部釘扎區(qū)，兩個(gè)局部釘扎區(qū)磁矩方向分別被釘扎在+z/-z方向，作為磁疇壁的成核區(qū)；施加脈沖電流，在釘扎區(qū)形成磁疇壁，磁疇壁在脈沖電流產(chǎn)生的自旋軌道矩作用下在自由層中運(yùn)動(dòng)；

在所述鐵磁自由層上設(shè)置多個(gè)磁疇壁釘扎區(qū)，控制所述多個(gè)磁疇壁釘扎區(qū)之間的間距非均勻設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)不同的激活函數(shù)功能，其中，通過氧氣在所述鐵磁自由層的界面的局域吸附處理調(diào)控所述鐵磁自由層與所述自旋軌道耦合層的界面處反對稱交換相互作用強(qiáng)度，進(jìn)而形成磁疇壁釘扎區(qū)；

通過重金屬自旋軌道耦合層表面或界面對氣體的吸附，大幅增強(qiáng)自旋軌道耦合層有效自旋混合電導(dǎo)和自旋透明度；

通過脈沖數(shù)的累計(jì)將磁疇驅(qū)動(dòng)到不同的位置，實(shí)現(xiàn)磁隧道結(jié)的不同阻態(tài)切換。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，改變所述脈沖電流的極性，以實(shí)現(xiàn)磁疇壁的成核與驅(qū)動(dòng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，磁疇壁驅(qū)動(dòng)型磁隧道結(jié)的磁阻表示為：

其中x₀是磁疇壁最終運(yùn)動(dòng)距離，L則是磁隧道結(jié)的總長度，R_p是鐵磁自由層和參考層磁化方向平行時(shí)對應(yīng)的磁電阻，即最小磁電阻；R_AP是鐵磁自由層和參考層磁化方向反平行時(shí)的磁電阻，即最大磁電阻；

在所述鐵磁自由層和非磁性勢壘層之間插入DMI增強(qiáng)層。