[发明专利]自旋轨道耦合磁性器件、电子装置及其操作和制造方法

说明书

一种自旋轨道耦合磁性器件、电子装置及其操作和制造方法。该自旋轨道耦合磁性器件包括：依次堆叠设置的N个叠层结构，其中，N个叠层结构每一个依次包括自旋轨道耦合材料层、磁性层以及隔挡层，并且磁性层具有垂直各向异性；以及多个电极，分别耦接到N个叠层结构，其中，N为大于或等于2的整数。该器件可以提升数据存储密度并且同时实现结构更为简单的磁性逻辑器件，从而降低了器件制造的工艺复杂度。

技术领域

本发明涉及自旋电子学，具体而言，涉及一种自旋轨道耦合磁性器件、电子装置及其操作和制造方法。

背景技术

与传统的固态存储技术以及普通的半导体逻辑器件相比，基于自旋相关特性的可重配置的磁存储技术以及磁逻辑器件具有高操作频率、可无限重配次数、逻辑信息的非易失性、防辐射、以及存储与逻辑之间相互兼容等优点，因此被认为是下一代数据存储和处理技术的热门方向。传统的磁存储技术通过利用相反的两种磁化方向来表示二进制的数字化信息，并且通过磁场或者自旋极化的电流改变磁化方向从而实现信息的存储和读写。此外，通过对输入的电流和输出的磁化状态分别进行编程，可以实现可编程的磁逻辑器件。然而，随着对于数据存储以及处理的需求的日益增加，对于磁存储器件的存储密度以及磁逻辑器件的性能等提出更高的要求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种自旋轨道耦合磁性器件、包含自旋轨道耦合磁性器件的电子装置及其操作和制造方法，以解决现有技术中的存储密度、存储效率和存储器件与逻辑器件集成以及降低工艺复杂度等难以兼顾的问题。

本发明的至少一个方面提供了一种自旋轨道耦合磁性器件，其包括：依次堆叠设置的N个叠层结构，其中，所述N个叠层结构每一个依次包括自旋轨道耦合材料层、磁性层以及隔挡层，并且所述磁性层具有垂直各向异性；以及多个电极，分别耦接到所述N个叠层结构，其中，N为大于或等于2的整数。

本发明的另一个方面提供了一种电子装置，包括上述自旋轨道耦合磁性器件和至少一个控制器，该至少一个控制器被配置根据的控制信号来控制施加到所述叠层结构的电流以及磁场的大小和方向。

本发明的又一个方面还提供了一种操作上述自旋轨道耦合磁性器件的方法，所述方法包括：通过对所述自旋轨道耦合磁性器件施加电流和磁场，以获得所述电流的特征和所述磁场的特征与所述自旋轨道耦合磁性器件的反常霍尔电阻之间的映射关系。

本发明的又一个方面还提供了一种制造自旋轨道耦合磁性器件的方法，包括：形成N个堆叠结构，并由下至上依次堆叠所述N个叠层结构，其中每个叠层结构依次包括自旋轨道耦合材料层、磁性层以及隔挡层；在所述N个叠层结构的边缘处形成多个电极，其中，N为大于或等于2的整数。

依据本发明的上述实施例的自旋轨道耦合磁性器件以及电子装置，其通过实现三维的多个叠层结构实现了数据存储密度的大幅提升，同时可以在单个器件内实现复杂的逻辑功能的级联，降低了工艺的复杂度。

附图说明

参考下面的附图描述了本公开的非限制性和非穷举的实施例，除非另有说明，其中贯穿各个附图相同附图标记指代相同部件。图中的组件并非按比例绘制，并且可能在比例外绘制以促进对本公开的实施例的理解的方便。

图1是示出根据本发明的实施例的示例自旋轨道耦合磁性器件的截面示意图。

图2是示出根据本发明的实施例的示例自旋轨道耦合磁性器件的立体示意图。

图3是示出根据本发明的实施例的包含自旋轨道耦合磁性器件的电子装置的示意图。

图4是示出根据本发明的实施例的包含自旋轨道耦合磁性器件的电子装置作为的磁场驱动存储装置时的电路配置示意图。

图5是示出根据本发明的实施例的包含自旋轨道耦合磁性器件的电子装置作为的电流驱动存储装置时的电路配置示意图。