[发明专利]一种基于自旋霍尔磁电阻效应的忆阻器的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种忆阻器的实现方法，特别是关于一种基于自旋霍尔磁电阻效应的忆阻器的实现方法。

背景技术

作为一种基于电信号与磁信号转化并能够形成具有高低阻态电流-电压回线的记忆电阻的二端器件，忆阻器在信息存储、人工智能方面具有广泛的应用前景。同时，忆阻器将电荷量和磁通量联系在一起，能够保证电路理论的对称性。因此，忆阻器与电容、电阻以及电感并列为电子电路中的四大基本元件。忆阻器需要满足以下条件：(1)电流-电压曲线是滞回的环形；(2)使电流与电压具有滞回性的过程中必须有磁信号参与。长期以来，寻找忆阻器的物理模型成为一项研究热点。近年，阻变随机存储器被认为是忆阻器，但其不涉及磁效应，并不是严格意义上的忆阻器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种直接将电荷量与磁通量用忆阻系数相联系的基于自旋霍尔磁电阻效应的忆阻器的实现方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于自旋霍尔磁电阻效应的忆阻器的实现方法，其包括以下步骤：1)采用磁控溅射方法在YIG基片上生长纳米厚度的Pt薄膜，采用紫外线光刻和氩离子刻蚀方法将Pt薄膜加工成“艹”字形霍尔结；2)在“艹”字形霍尔结的纵向外加正弦电流；3)在“艹”字形霍尔结横向即平行于霍尔结表面且垂直于所加正弦电流的方向外加偏置磁场；4)利用步骤2)外加的正弦电流和步骤3)外加的偏置磁场共同调节YIG基片的磁化强度，并利用自旋霍尔磁电阻效应调节Pt薄膜的电阻，生成忆阻器。

所述步骤1)中，“艹”字形霍尔结由一个纵向Pt薄膜和两个横向Pt薄膜构成，两个横向Pt薄膜间隔设置在纵向Pt薄膜上，并与纵向Pt薄膜一体成型。

所述步骤1)中，采用磁控溅射方法在YIG基片上生长的Pt薄膜厚度为3nm。

所述步骤2)中，在“艹”字形霍尔结纵向外加的正弦电流为I＝800sin(t/146.4)mA。

所述步骤3)中，外加的偏置磁场为：从t＝0时刻起，当电流增大时，该偏置磁场为零；当电流减小时，该偏置磁场为200Oe。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用磁控溅射方法在YIG基片上生长纳米厚度的Pt薄膜，采用紫外线光刻和氩离子刻蚀方法将Pt薄膜加工成“艹”字形霍尔结；在“艹”字形霍尔结的纵向外加正弦电，在“艹”字形霍尔结横向即平行于霍尔结表面且垂直于所加正弦电流的方向外加偏置磁场；利用外加的正弦电流和偏置磁场共同调节YIG基片的磁化强度，并利用自旋霍尔磁电阻效应调节Pt薄膜的电阻，生成忆阻器，因此本发明直接将电荷量与磁通量用忆阻系数相联系，避免了阻变随机存储器不涉及磁效应的问题。2、本发明通过电流调控磁场，磁场反过来影响电阻的设计方法能够为基于各种磁电阻效应的忆阻器设计、为具有记忆电感或记忆电容功能的器件的设计提供指导。基于以上优点，本发明可以广泛应用于忆阻器的设计中。

附图说明

图1是忆阻器的结构示意图

图2是本发明实施例中电流-电压滞回曲线图

图3是本发明实施例中磁化强度-电荷量曲线图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明基于自旋霍尔磁电阻效应的忆阻器的实现方法，其包括以下步骤：

1)如图1所示，采用磁控溅射方法在YIG(Yttrium Iron Garnet钇铁石榴石)基片上生长纳米厚度的Pt薄膜，采用紫外线光刻和氩离子刻蚀方法将Pt薄膜加工成“艹”字形霍尔结；其中，“艹”字形霍尔结由一个纵向Pt薄膜和两个与纵向Pt薄膜垂直的横向Pt薄膜构成，两个横向Pt薄膜间隔设置在纵向Pt薄膜上，并与纵向Pt薄膜一体成型。

2)在“艹”字形霍尔结的纵向外加正弦电流，当正弦电流有足够大的峰值时，它产生的静磁场使YIG饱和磁化。

3)在“艹”字形霍尔结横向即平行于霍尔结表面且垂直于所加正弦电流的方向外加偏置磁场。

4)利用步骤2)外加的正弦电流和步骤3)外加的偏置磁场共同调节YIG基片的磁化强度，并利用自旋霍尔磁电阻效应调节Pt薄膜的电阻，生成忆阻器。

实施例：采用本发明基于自旋霍尔磁电阻效应的忆阻器的实现方法，设计以下忆阻器，其具体包括以下步骤：

1)采用磁控溅射方法在YIG基片上生长3nm厚的Pt薄膜，采用紫外线光刻和氩离子刻蚀方法将Pt薄膜加工成“艹”字形霍尔结。