[發明專利]一種電場可調磁電信息存儲器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202110553600.0
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113299823A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 陳立明;周健;丁健翔;張曉;丁寬寬;張凱歌;徐凱;孫正明
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;H01L43/14;G11C11/16
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 徐文恭

本發明涉及信息存儲技術技術領域，尤其涉及一種電場可調磁電信息存儲器件及其制備方法，該電場可調磁電信息存儲器件是由鐵磁金屬氧化物LSMO、鐵電體BTO、半導體氧化物為n型摻雜NSTO組成的電控磁存儲器器件。本發明通過優異的制備方法來制備出鐵磁和鐵電性質薄膜的層狀異質結，通過界面處電荷之間有效的耦合，可以增強其多鐵特性，實現存儲器件開、關的調控，通過外加電場方向進而改變鐵電極極化反轉方向決定了電阻在開態(低阻態)和關態(高阻態)之間的切換，本發明工藝具有制備工藝簡單、非破壞性、高密度、高速率、低能耗、與半導體產業兼容性好等優點，具有良好的信息存儲的功能。

技術領域

本發明涉及信息存儲技術技術領域，尤其涉及一種電場可調磁電信息存儲器件及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著信息存儲技術的飛速發展，傳統的用外磁場控制磁性的方法已經不能滿足要求，人們對存儲器件提出了高性能、非揮發、小型化、高速度、高密度、低功耗的發展要求，而對這種新型的隨機存儲器件的研究也一直是一個具有重大科學意義且頗具難度的課題。

多鐵性材料具有豐富、奇特的物理效應，正由于這種奇特的物理特性，多鐵性材料在自旋電子器件、新型高密度儲存器件、新型磁電耦合傳感器件等方面都有廣泛的應用前景。對于信息存儲器件而言，用電場替代磁場以實現信息的高速度、低能耗寫入是實現器件低功耗高性能的關鍵，對信息存儲器件本身也是至關重要的。為了達到這一效果，可行并有效的方法就是利用多鐵性材料及其磁電耦合效應。而且，基于多鐵性材料的存儲器件結合綜合了電場寫入的高速、低能耗特性、磁讀取的高速以及非破壞性等優勢，為實現高性能的“電寫/磁讀”式新型存儲器件提供了依據。對多鐵性材料及其磁電耦合效應的研究不僅涉及到物理上強關聯電子體系的新問題，而且在實際應用方面，多鐵性材料及其磁電耦合效應為新型的電子器件的設計提供了額外的自由度，大大拓寬多鐵性材料的應用范圍。阻變隨機存儲器(ReRAM)被認為是可以替代閃存的主要器件。在典型的ReRAM系統中，已經實現了準ns(納秒)級的數據交換、高集成密度和三維疊加的快速方法。

從本質上來說，磁電效應的產生源于電子同時具有電荷和自旋的特性。具體說來，外場能夠以靜電力、靜磁力和洛倫茲力的形式改變電子的物理狀態，而電子的自旋狀態對物質的磁性有決定性作用，電子的運動狀態直接或間接地決定了物質的介電性質，這樣就有可能通過電子移動和相互作用讓外電場(磁場)與物質的磁性能(介電性質)關聯，而且由于外場的施加方式、介質的物理特性以及載流子運動狀態(束縛抑或巡游)的不同和電子-電子相互作用、電子自旋與軌道之間的相互作用以及電子運動與晶格運動耦合等因素的存在。磁電耦合機制可以實現電荷載流子密度直接調控磁電的磁性，具有重要的應用價值，而且這種調控機制是在類似于場效應(FET)的鐵磁/鐵電異質結中，由強電場導致的磁性薄膜中自旋相關的載流子的富集或耗散，從而達到電場調控磁性的目的，該結果在近絕緣態的巨磁阻材料中實現。

同時，相似的結果在稀磁半導體(DMS)材料中也同樣被發現，由于這種機制跟電場或電極化相關，所以能表現出類似鐵電材料電滯回線的回滯行為，有利于非揮發性的信息存儲但另一方面，調控要求磁性薄膜具有較低的載流子濃度(半導體或絕緣體)，以利于整個磁性薄膜的耗盡；而鐵磁材料本身往往以導體為主，所以可選的材料有限，并且往往需要在低溫才能實現調控效應，所以也不利于應用。絕大多數的磁性材料磁性較小，鐵電材料的自發極化也較小，導致鐵電相和鐵磁相間的耦合效應并不顯著，且具有較大的矯頑場。要想獲得高的磁電轉換系數，樣品中的鐵電材料應該具備高的壓電系數，鐵磁材料具備高的磁致伸縮特性，同時鐵電、鐵磁兩相的電阻率要高，以防止漏電流過大。因此亟需提供一種室溫下能表現出顯著磁電耦合效應的新的多鐵性復合材料。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統技術中存在的上述問題，提供一種電場可調磁電信息存儲器件及其制備方法。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明是通過以下技術方案實現：

一種電場可調磁電信息存儲器件，包括：