[发明专利]一种磁多层结构、磁性结器件和磁性随机存储装置及其辅助写入和直接读取方法

权利要求书

1.一种磁多层结构，其特征在于，用于电场辅助磁性自由层翻转，包括：一电致磁性层(31)和一绝缘辅助层(32)；所述电致磁性层(31)和所述绝缘辅助层(32)组成层叠结构；

所述绝缘辅助层(32)中设置有若干微导电通道(38)，所述微导电通道(38)用于写入和读取电流的通过；

所述绝缘辅助层(32)的磁化方向垂直于层平面或平行于层平面；

其中，在无电场时，所述电致磁性层(31)处于顺磁状态；所述磁多层结构置于电场中，所述电致磁性层(31)能够实现顺磁态和铁磁态的转变；

所述电致磁性层(31)的材料为单质金属或合金；

所述单质金属为Mg、Al、Ti、V、Cr、Cu、Y、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Ta、W、Os、Pt或Au；

所述合金的组成元素为Mg、Al、Ti、V、Cr、Cu、Y、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Ta、W、Os、Pt和Au中的多种；

所述电致磁性层(31)的厚度为0.1nm～10nm；

所述绝缘辅助层(32)的材料为绝缘铁磁材料、绝缘亚铁磁材料或绝缘反铁磁材料。

2.根据权利要求1所述的一种磁多层结构，其特征在于，所述微导电通道(38)的材料为导电金属及其合金、导电化合物、掺杂半导体材料或导电碳系材料。

3.根据权利要求1所述的一种磁多层结构，其特征在于，所述微导电通道(38)的形成方式包括：

将所述微导电通道(38)的材料与所述绝缘辅助层(32)的材料在液态无限互溶，在室温下呈固态且两者有限互溶或不互溶，冷却后结晶析出导电相，导电相相连形成微导电通道(38)；

或者，通过刻蚀手段在所述绝缘辅助层(32)中形成通道；在所述通道内沉积所述微导电通道(38)的材料，形成所述绝缘辅助层(32)中的所述微导电通道(38)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种磁多层结构，其特征在于，用于控制所述电致磁性层(31)的磁性变化的电场的压降在0.1V～20V之间。

5.一种磁性结器件，其特征在于，包括：磁性结和权利要求1至4中任一项所述的磁多层结构；

所述磁性结包括：一磁性固定层(33)、一磁性自由层(35)和一非磁性间隔层(34)；所述磁性固定层(33)、所述非磁性间隔层(34)和所述磁性自由层(35)组成层叠结构，所述非磁性间隔层(34)位于所述磁性固定层(33)和所述磁性自由层(35)之间；

所述磁性自由层(35)的磁化方向可变，所述磁性固定层(33)的磁化方向不变；所述磁性自由层(35)和磁性固定层(33)的磁化方向均垂直于层平面或平行于层平面；

所述电致磁性层(31)位于所述绝缘辅助层(32)和所述磁性自由层(35)之间；

所述磁性结和所述磁多层结构组成磁性固定层(33)-非磁性间隔层(34)-磁性自由层(35)-电致磁性层(31)-绝缘辅助层(32)的层叠结构。

6.一种磁性随机存储装置，其特征在于，包括：第一电流电极(36)、第二电流电极(37)、上电极板、上绝缘层和权利要求5所述的磁性结器件，组成上电极板-上绝缘层-第一电流电极(36)-磁性结器件-第二电流电极(37)的层叠结构；其中，所述第一电流电极(36)与所述磁性固定层(33)接触，所述第二电流电极(37)与所述绝缘辅助层(32)接触；

所述上电极板用于与控制线相连接供给电源产生电场，电致磁性层(31)在所述电场作用下能够实现顺磁态到铁磁态的转变；

所述第一电流电极(36)用于与位线相连接；所述第二电流电极(37)用于通过晶体管(39)与字线和源线相连接；所述第一电流电极(36)和所述第二电流电极(37)用于通入写入和读取电流。

7.根据权利要求6所述的一种磁性随机存储装置，其特征在于，还包括：下电极板和下绝缘层；

组成上电极板-上绝缘层-第一电流电极(36)-磁性结器件-第二电流电极(37)-下绝缘层-下电极板的层叠结构；

所述下电极板和所述第二电流电极(37)均用于通过晶体管(39)与字线和源线相连接。

8.一种辅助写入和直接读取方法，其特征在于，用于权利要求6所述的磁性随机存储装置的辅助写入，上电极板与控制线相连接；第一电流电极(36)与位线相连接；第二电流电极(37)通过晶体管(39)与字线和源线相连接；

包括以下步骤：

在写入时，字线用于控制晶体管(39)的开关，定位写入单元位置；位线和源线用于提供写入电流并控制其方向；在电流通过第一电流电极(36)和第二电流电极(37)穿过磁性结的同时，控制线为上电极板提供电压，在上电极板和第二电流电极(37)间产生电场，使得电场和电流同时控制磁性自由层(35)的翻转，实现数据的写入；

在读取时，字线导通，使位线和源线接通，控制线无信号；通过GMR或者TMR效应获取磁性结的电阻态，实现磁性自由层(35)磁化状态的读取。