[发明专利]基于可逆电致电阻效应的逻辑器件

说明书

技术领域

本发明涉及铁电及多铁材料，纳米多层膜和逻辑器件领域，具体地说，涉及一种基于铁电及多铁材料可逆电致电阻效应的纳米多层膜逻辑器件。 

背景技术

铁电及多铁材料的极化强度随着外加电场强度的变化出现电滞现象，其电阻随着外加电场强度的变化出现高电阻态和低电阻态。利用铁电材料的这一性质，可以通过调节外加电场强度的大小及方向改变铁电或多铁材料极化强度的方向，从而实现高电阻态和低电阻态，这两种电阻态的变化率可以达到400％以上。(参考文献：S.Rizwan and X.F.Han*et al.，CPL Vol.28，No.10(2011)107504)。高电阻态和低电阻态相当于信息领域的“0”和“1”，既可以实现存储功能(可以用于存储器)，又可以实现逻辑功能(可以用于逻辑器件)。 

发明内容

本发明的目的在于基于铁电及多铁材料可逆电致电阻效应的纳米多层膜，制备成逻辑器件，并实现逻辑功能。 

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的： 

方案一 

结构： 

a.底层/衬底/磁性层/覆盖层 

其中底层为导电材料，用于在衬底上施加电场；衬底为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；磁性层为具有磁性的材料；覆盖层为保护层，防止磁性层被氧化。 

b.衬底/底层/功能层/磁性层/覆盖层 

其中衬底为绝缘材料；底层为导电材料，用于在功能层上施加电场；功能层为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；磁性层为具有磁性的材料；覆盖层为保护层，防止磁性层被氧化。 

c.底层/衬底/缓冲层/势垒层/导电层/覆盖层 

其中底层为导电材料，用于在衬底上施加电场；衬底为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；缓冲层为导电材料，用于减少势垒层的粗糙度；势垒层为氧化物；导电层为能导电的无机或有机材料；覆盖层为保护层，防止磁性层被氧化。 

d.衬底/底层/功能层/缓冲层/势垒层/导电层/覆盖层。 

其中衬底为绝缘材料；底层为导电材料，用于在功能层上施加电场；功能层为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；缓冲层为导电材料，用于减少势垒层的粗糙度；势垒层为氧化物；导电层为能导电的无机或有机材料；覆盖层为保护层，防止磁性层被氧化。 

结构a，b，c，d的电路连线： 

1.共线法在覆盖层上制作4个点接触的电极：高阻态电阻记为逻辑输出 

“1”(铁电或多铁材料极化强度向下)，低阻态电阻记为逻辑输出“0”(铁电或多铁材料极化强度向上)； 

2.底层和覆盖层之间施加2个大小相同的输入电场强度E_A和E_B：E_A，E_B均小于铁电材料的矫顽电场强度，E_A+E_B大于铁电材料的矫顽电场强度。E_A，E_B大于0记为逻辑输入“1”，E_A，E_B小于0记为逻辑输入“0”。 

通过初始输出逻辑态的设置，基于结构a，b，c，d制备的逻辑器件可以实现与非逻辑和或非逻辑。 

方案二 

结构： 

e.底层/衬底/磁性层/功能自由层/覆盖层 

其中底层为导电材料，用于在衬底和功能自由层上施加电场；衬底为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；磁性层为具有磁性的材料；功能自由层为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；覆盖层为保护层，防止结构被氧化。 

f.衬底/底层/功能钉扎层/磁性层/功能自由层/覆盖层 

其中衬底为绝缘材料；底层为导电材料，用于在功能钉扎层和功能自由层上施加电场；功能钉扎层为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；磁性层为具有磁性的材料；功能自由层为铁电或多铁材料，可在电场的作用下改变极化强度的大小及其方向；覆盖层为保护层，防止结构被氧化。 

g.底层/衬底/缓冲层/势垒层/导电层/功能自由层/覆盖层