[发明专利]基于声体波激励的电控磁子阀结构

说明书

本发明属于存储器领域，公开了一种基于声体波激励的电控磁子阀结构，包括自上而下位于衬底(1)上的薄膜声体波谐振器子结构、磁子阀子结构及铁电交换偏置异质结子结构；薄膜声体波谐振器子结构用于向磁子阀子结构提供声体波激励；利用薄膜声体波谐振器子结构调控所产生的声体波的谐振频率与振幅，实现铁磁共振以激发磁子阀子结构中磁子流的大小，从而实现该磁子阀子结构的导通与截止，实现对该磁子阀子结构其磁子阀效应的激励。本发明通过对磁子阀关键的激励方式，对应配合设置的其他子结构等进行改进，使得该结构能够通过FBAR调整谐振频率与振幅实现铁磁共振以激发磁子阀中磁子流大小，实现器件的开断，达到存储的功能。

技术领域

本发明属于存储器领域，更具体地，涉及一种基于声体波激励的电控磁子阀结构，该器件整体是以声体波作为自旋波激励方式的电控磁子阀原型器件结构，利用声体波在垂直于器件薄膜方向传播具有传输路径短、损耗低、工作频率高以及更易与自旋波谐振的优势，是一种新型的存储器件结构，尤其适用于室温条件下应用。

背景技术

半个世纪以来，电场调控半导体电导率的晶体管技术得到了飞速发展，验证着1965年提出的摩尔定律。目前，CMOS集成工艺已经发展到5nm以下，不改变晶体管技术基本模式，仅从物理尺度发展，摩尔定律将难以为继。为满足后摩尔时代高速和低功耗计算与存储技术发展要求，人们作出了大量的努力来寻求新的技术，包括基于电子自旋、电子隧道、铁电、应变和相变的微电子技术，以开发下一代具有更小单元尺寸、非易失性、低功耗和高速度的微电子器件[Dmitri E.Nikonov,Ian A.Young.Benchmarking of Beyond-CMOSExploratory Devices for Logic Integrated Circuits.IEEE Journal on ExploratorySolid-State Computational Devices and Circuits.16July2015]。

为进一步解决自旋电子器件因尺寸减小而日益突出的高器件功耗和发热问题，人们把目光转向了自旋波器件[Zhang Steven S.-L,Zhang Shufeng.Magnon MediatedElectric Current Drag Across a Ferromagnetic Insulator Layer.10.1103/PhysRevLett.109.096603.2012]，于2018年提出了磁性绝缘体/非磁金属/磁性绝缘体(MI/NM/MI)的磁子阀结构。其特点在于采用了类似于利用巨磁阻效应(GMR)和隧穿磁阻效应(TMR)的自旋阀结构，但是避开了电子传输，通过改变两层磁性绝缘层的相对磁化方向的取向来调控磁子流的大小。基于GMR和TMR效应的自旋阀通过电阻值反映开关状态，而基于自旋波的磁子阀主要通过逆自旋霍尔效应来探测。上述基于自旋波的类自旋阀被命名为磁子阀，研究者通过采用磁性非金属作为磁极材料和绝缘阻挡层以避免电子行为的干扰，从而观察到自旋波效应。磁子阀可以避免电子传输产生的焦耳热，具有降低功耗的潜力。莫斯科物理与技术研究所Sergei Nikitov等人指出，当今存储系统所消耗的能量中有99％都浪费在“散热”上[A.Klimov,N.Tiercelin,Y.Dusch,S.Giordano,T.Mathurin,P.Pernod,V.Preobrazhensky,A.Churbanov,S.Nikitov.Magnetoelectric write and readoperations in a stress-mediated multiferroic memory cell.Applied PhysicsLetters 110(22):222401.May 2017]。同时，自旋波具备振幅和相位两个特性，有望突破传统冯·诺依曼体系的逻辑和计算架构，成为后摩尔时代信息传输和处理的重要方式之一。

中国发明专利CN 107293641A提出了一种通过制备Co纳米点和BiFeO3薄膜的异质结，加强了铁电与铁磁界面的耦合效应，以应变作为电写磁读的调控机制，提高电写磁读的可控性。但其仅仅做到了电场对部分磁矩的控制，没有实现通过宏观磁滞回线观察到的整体磁性可逆控制。