一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟：采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)納米厚度的Pt薄膜，采用紫外線(xiàn)光刻和氬離子刻蝕方法將Pt薄膜加工成“艸”字形霍爾結(jié)；在“艸”字形霍爾結(jié)的縱向外加正弦電流；在“艸”字形霍爾結(jié)橫向即平行于霍爾結(jié)表面且垂直于所加正弦電流的方向外加偏置磁場(chǎng)；利用外加的正弦電流和偏置磁場(chǎng)共同調(diào)節(jié)YIG基片的磁化強(qiáng)度，并利用自旋霍爾磁電阻效應(yīng)調(diào)節(jié)Pt薄膜的電阻，生成憶阻器。本發(fā)明直接將電荷量與磁通量用憶阻系數(shù)相聯(lián)系，避免了阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器不涉及磁效應(yīng)的問(wèn)題。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于憶阻器的設(shè)計(jì)中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，特別是關(guān)于一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種基于電信號(hào)與磁信號(hào)轉(zhuǎn)化并能夠形成具有高低阻態(tài)電流-電壓回線(xiàn)的記憶電阻的二端器件，憶阻器在信息存儲(chǔ)、人工智能方面具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，憶阻器將電荷量和磁通量聯(lián)系在一起，能夠保證電路理論的對(duì)稱(chēng)性。因此，憶阻器與電容、電阻以及電感并列為電子電路中的四大基本元件。憶阻器需要滿(mǎn)足以下條件:(I)電流-電壓曲線(xiàn)是滯回的環(huán)形；(2)使電流與電壓具有滯回性的過(guò)程中必須有磁信號(hào)參與。長(zhǎng)期以來(lái)，尋找憶阻器的物理模型成為一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。近年，阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器被認(rèn)為是憶阻器，但其不涉及磁效應(yīng)，并不是嚴(yán)格意義上的憶阻器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種直接將電荷量與磁通量用憶阻系數(shù)相聯(lián)系的基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟:1)采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)納米厚度的Pt薄膜，采用紫外線(xiàn)光刻和氬離子刻蝕方法將Pt薄膜加工成字形霍爾結(jié)；2)在字形霍爾結(jié)的縱向外加正弦電流；3)在字形霍爾結(jié)橫向即平行于霍爾結(jié)表面且垂直于所加正弦電流的方向外加偏置磁場(chǎng)；4)利用步驟2)外加的正弦電流和步驟3)外加的偏置磁場(chǎng)共同調(diào)節(jié)YIG基片的磁化強(qiáng)度，并利用自旋霍爾磁電阻效應(yīng)調(diào)節(jié)Pt薄膜的電阻，生成憶阻器。
[0005]所述步驟I)中，字形霍爾結(jié)由一個(gè)縱向Pt薄膜和兩個(gè)橫向Pt薄膜構(gòu)成，兩個(gè)橫向Pt薄膜間隔設(shè)置在縱向Pt薄膜上，并與縱向Pt薄膜一體成型。
[0006]所述步驟I)中，采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)的Pt薄膜厚度為3nm。
[0007]所述步驟2)中，在“#”字形霍爾結(jié)縱向外加的正弦電流為I = 800sin(t/146.4)
mAo
[0008]所述步驟3)中，外加的偏置磁場(chǎng)為:從t = O時(shí)刻起，當(dāng)電流增大時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為零；當(dāng)電流減小時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為2000e。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)納米厚度的Pt薄膜，采用紫外線(xiàn)光刻和氬離子刻蝕方法將Pt薄膜加工成字形霍爾結(jié)；在“*”字形霍爾結(jié)的縱向外加正弦電，在字形霍爾結(jié)橫向即平行于霍爾結(jié)表面且垂直于所加正弦電流的方向外加偏置磁場(chǎng)；利用外加的正弦電流和偏置磁場(chǎng)共同調(diào)節(jié)YIG基片的磁化強(qiáng)度，并利用自旋霍爾磁電阻效應(yīng)調(diào)節(jié)Pt薄膜的電阻，生成憶阻器，因此本發(fā)明直接將電荷量與磁通量用憶阻系數(shù)相聯(lián)系，避免了阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器不涉及磁效應(yīng)的問(wèn)題。2、本發(fā)明通過(guò)電流調(diào)控磁場(chǎng)，磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響電阻的設(shè)計(jì)方法能夠?yàn)榛诟鞣N磁電阻效應(yīng)的憶阻器設(shè)計(jì)、為具有記憶電感或記憶電容功能的器件的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。基于以上優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于憶阻器的設(shè)計(jì)中。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖
[0011]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中電流-電壓滯回曲線(xiàn)圖
[0012]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中磁化強(qiáng)度-電荷量曲線(xiàn)圖
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0014]本發(fā)明基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟:
[0015]I)如圖1所示,采用磁控派射方法在YIG(Yttrium Iron Garnet乾鐵石槽石)基片上生長(zhǎng)納米厚度的Pt薄膜，采用紫外線(xiàn)光刻和氬離子刻蝕方法將Pt薄膜加工成字形霍爾結(jié)；其中，字形霍爾結(jié)由一個(gè)縱向Pt薄膜和兩個(gè)與縱向Pt薄膜垂直的橫向Pt薄膜構(gòu)成，兩個(gè)橫向Pt薄膜間隔設(shè)置在縱向Pt薄膜上，并與縱向Pt薄膜一體成型。
[0016]2)在字形霍爾結(jié)的縱向外加正弦電流，當(dāng)正弦電流有足夠大的峰值時(shí)，它產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)使YIG飽和磁化。
[0017]3)在字形霍爾結(jié)橫向即平行于霍爾結(jié)表面且垂直于所加正弦電流的方向外加偏置磁場(chǎng)。
[0018]4)利用步驟2)外加的正弦電流和步驟3)外加的偏置磁場(chǎng)共同調(diào)節(jié)HG基片的磁化強(qiáng)度，并利用自旋霍爾磁電阻效應(yīng)調(diào)節(jié)Pt薄膜的電阻，生成憶阻器。
[0019]實(shí)施例:采用本發(fā)明基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)以下憶阻器，其具體包括以下步驟:
[0020]I)采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)3nm厚的Pt薄膜，采用紫外線(xiàn)光刻和氬離子刻蝕方法將Pt薄膜加工成字形霍爾結(jié)。
[0021]2)在字形霍爾結(jié)的縱向外加正弦電流I = 800sin(t/146.4)mA，將Pt薄膜視為無(wú)限大的電流平面，利用磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流之間的關(guān)系式:
[0022]B = μ 0I2d (I)
[0023]計(jì)算正弦電流產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)。
[0024]式中，d表示Pt薄膜的寬度，μ ^為真空磁導(dǎo)率。
[0025]將真空磁導(dǎo)率μ 0 = 4 31 X 10'外加正弦電流I = 800sin (t/146.4)mA和Pt薄膜的寬度d = 50 μ m均代入式(I)，計(jì)算得到外加正弦電流I產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)B的峰值為1000e。
[0026]3)在霍爾結(jié)橫向即平行于霍爾結(jié)表面且垂直于正弦電流的方向外加偏置磁場(chǎng),外加的偏置磁場(chǎng)為:從t = O時(shí)刻起，當(dāng)電流增大時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為零；當(dāng)電流減小時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為2000e。
[0027]由于高低電阻之差很小，為容易分辨，采用實(shí)際電壓與低阻態(tài)電壓的差值U作為待測(cè)電壓，用歐姆定律:
[0028]U=IAR=I (R-Rlow) (2)[0029]計(jì)算待測(cè)電壓U。
[0030]式中，R為電流I時(shí)Pt薄膜的電阻，Rlow為低阻態(tài)阻值，Rlow = 1313.9 Ω。
[0031 ] 根據(jù)式(2)，畫(huà)出電流-電壓關(guān)系圖，如圖2所示，得到電流-電壓滯回曲線(xiàn)。
[0032]4)如圖3所示，根據(jù)O時(shí)刻到1/4周期內(nèi)的電流值，計(jì)算得到霍爾結(jié)的磁化強(qiáng)度-電荷量曲線(xiàn)。該曲線(xiàn)上每一點(diǎn)斜率的倒數(shù)為該電荷量q對(duì)應(yīng)的憶阻系數(shù)M。采用磁化強(qiáng)度-電荷量曲線(xiàn)的最高點(diǎn)和原點(diǎn)連線(xiàn)斜率的倒數(shù)值作為憶阻系數(shù)的標(biāo)定值Mtl, M0 =0.48emu/C。給定外加電流，憶阻系數(shù)的標(biāo)定值Mtl與憶阻器的電流-電壓曲線(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。
[0033]上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和方法步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟: 1)采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)納米厚度的Pt薄膜，采用紫外線(xiàn)光刻和氬離子刻蝕方法將Pt薄膜加工成字形霍爾結(jié)； 2)在字形霍爾結(jié)的縱向外加正弦電流； 3)在字形霍爾結(jié)橫向即平行于霍爾結(jié)表面且垂直于所加正弦電流的方向外加偏置磁場(chǎng)； 4)利用步驟2)外加的正弦電流和步驟3)外加的偏置磁場(chǎng)共同調(diào)節(jié)HG基片的磁化強(qiáng)度，并利用自旋霍爾磁電阻效應(yīng)調(diào)節(jié)Pt薄膜的電阻，生成憶阻器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟I)中，字形霍爾結(jié)由一個(gè)縱向Pt薄膜和兩個(gè)橫向Pt薄膜構(gòu)成，兩個(gè)橫向Pt薄膜間隔設(shè)置在縱向Pt薄膜上，并與縱向Pt薄膜一體成型。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟I)中，采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)的Pt薄膜厚度為3nm。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟I)中，采用磁控濺射方法在YIG基片上生長(zhǎng)的Pt薄膜厚度為3nm。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟2)中，在字形霍爾結(jié)縱向外加的正弦電流為I =800sin(t/146.4)mA。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟3)中，外加的偏置磁場(chǎng)為:從t = O時(shí)刻起，當(dāng)電流增大時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為零；當(dāng)電流減小時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為2000e。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于自旋霍爾磁電阻效應(yīng)的憶阻器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述步驟3)中，外加的偏置磁場(chǎng)為:從t = O時(shí)刻起，當(dāng)電流增大時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為零；當(dāng)電流減小時(shí)，該偏置磁場(chǎng)為2000e。
【文檔編號(hào)】H01L43/14GK104009155SQ201410264504
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】宋成, 憨家豪, 潘峰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)