CN112993149A - 一种存储单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁存储技术，公开了一种存储单元，包括：压电基片，压电基片上镀制有电极；第一磁铁层，其位于压电基片一侧并具有自由翻转的磁矩；第二磁铁层；反铁磁层，形成在第二磁铁层的与所述非磁性层相反的一侧，用于钉扎第二磁铁层的磁矩方向；非磁性层，其位于第一磁铁层和所述第二磁铁层之间，其中，压电基片为受到电压产生应变的绝缘材料，且其中，第一磁铁层以接收应变翻转所述第一磁铁层的磁矩。本发明可实现通过压电基片产生的应力向第一铁磁层传递逆磁电耦合效应，调制其磁矩，最终使使存储单元在施加应力和不施加应力的情况下整体实现对外正及负方向的磁矩，实现磁存储。
Description
技术领域
本发明涉及磁存储技术领域，具体是指一种存储单元。
背景技术
反铁磁材料是一种特殊的磁性材料，其磁结构由A、B两种次晶格构成，在这两种次晶格中磁性原子磁矩大小相等方向相反，因而该种材料对外不显示磁性。目前反磁铁材料常被用于自旋存储单元，如磁隧道结、巨磁电阻中，通过其与相邻的铁磁材料耦合，产生交换偏置场，使铁磁材料磁矩在一定的外磁场作用下不随外磁场改变，作为隧道磁电阻及巨磁电阻效应中的固定层。利用这种性质,磁隧道结和巨磁电阻可用于各种磁器件,例如传感器、存储器、逻辑器件等。
人工反铁磁多层结构则是参考反铁磁材料的结构特征人为构造的一种反铁磁结构，其结构为：铁磁层1/非磁性层/铁磁层2，其中铁磁层1与铁磁层2通常采用相同材料且相同厚度的磁性薄膜，因此我们可以将其看作为对称。当非磁性层在一定厚度时，铁磁层1与铁磁层2由于层间耦合作用会呈反铁磁耦合，类似于反铁磁材料构型。由于铁磁层1与铁磁层2磁矩大小相等方向相反，因此整体结构在零场时类似于反铁磁材料对外不显示磁性，且当其在磁隧道结、巨磁电阻中作为固定层应用时，不会对自由层产生耦合作用，使自由层存在非零偏置，因而是目前隧道结、巨磁电阻中常用。
而目前的磁存储领域，一般是以铁磁材料磁矩的正、负取向来进行信息“0“、“1”的存储，以外磁场、自旋电流矩等方式改变磁性材料磁矩的取向进而进行信息的写入。但是，以外磁场、自旋电流矩等方式进行磁矩取向的改变，均是高能耗的调控方式，也是目前磁存储领域面临的一大难题。
因此，仍需要一种低能耗的方法和结构，其可以通过磁矩取向的改变来实现信息的存储。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种反铁磁多层结构，其具有简单的结构，通过低耗能调控磁矩取向，实现信息的存储。
一种存储单元，包括：压电基片，压电基片上镀制有电极；第一磁铁层，其位于压电基片一侧并具有自由翻转的磁矩；第二磁铁层；反铁磁层，形成在第二磁铁层的与所述非磁性层相反的一侧，用于钉扎第二磁铁层的磁矩方向；非磁性层，其位于第一磁铁层和所述第二磁铁层之间，其中，压电基片为受到电压产生应变的绝缘材料，且其中，第一磁铁层以接收应变翻转所述第一磁铁层的磁矩。
在一些示例中，压电基片为压电单晶基片或压电薄膜。
在一些示例中，第一磁铁层为磁致伸缩系数绝对值大于20ppm并能产生逆磁电耦合响应的磁性材料。
在一些示例中，第二磁铁层为不具有或磁致伸缩系数绝对值小于5ppm的磁性材料。
在一些示例中，反铁磁层包括但不限于FeMn、IrMn、PtMn以及NiO中的一种。
在一些示例中，反铁磁层为FeMn、IrMn、PtMn以及NiO中的一种。
在一些示例中，非磁性层由非磁金属或非磁绝缘材料形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明可实现通过压电基片产生的应力向第一铁磁层传递逆磁电耦合效应，调制其磁矩，最终使使存储单元在施加应力和不施加应力的情况下整体实现对外正及负方向的磁矩，实现磁存储。
(2)本发明可实现通过压电基片为绝缘材料，施加于其上的电压不会产生电流，因而不存在能量的损耗，是一种超低损耗的存储方式。
本申请的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本申请的一部分附加特性对于本领域技术人员是显而易见的。本披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方面的方法、手段和组合的实践或者使用得以实现和达到。
附图说明
本发明的多个实施例的某些特征在所附权利要求中进行具体说明。参考以下详细描述可以获得对本发明的特征和优点的更好理解，其中阐述了利用了本发明的原理的说明性实施例以及附图，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的存储单元的示意图。
图2是根据本说明书一些实施例所示的存储单元未施加电压的示意图。
图3是根据本说明书一些实施例所示的存储单元施加电压的示意图。
其中，1反铁磁层，2第二磁铁层，3非磁性层，4第一磁铁层，5电极，6压电基片。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1示出根据本发明一示例性实施例的存储单元的示意图。如图1所示，存储单元包括压电基片6、第一磁铁层4、第二磁铁层2、反铁磁层1、以及位于第一磁铁层4和第二磁铁层2之间的非磁性层3。
压电基片6，为受到电压产生应变的绝缘材料，可以是PMN-PT、PZN-PT等压电单晶基片或是压电薄膜，施加其上的电压不会产生电流。压电基片6上的电极5用于给压电基片6施加电压，使其能够产生应变，传递逆磁电耦合效应。
第一磁铁层4，第一磁铁层4为磁致伸缩系数绝对值大于20ppm并能产生逆磁电耦合响应的磁性材料，可以是NiCo、CoFe、Co和CoFeB的一种或多种形成。
第二磁铁层2，可以由第二磁铁层2为不具有或磁致伸缩系数绝对值小于5ppm的磁性材料，使其不会对压电基片6或压电薄膜产生响应，可以是NiFe或NiFeCu的一种或多种。
由于第一磁铁层4与第二磁铁层2所具有的磁矩大小要不同，其采用选用不同的铁磁层材料或改变铁磁层厚度来实现。
非磁性层3可以由非磁金属或非磁绝缘材料形成，可以是Ru、Ir、Cu、Ag和Cr中的一种或多种，且其厚度需为第一磁铁层4与第二磁铁层2呈反铁磁耦合的厚度值，即该厚度选择使制备态时第一磁铁层4与第二磁铁层2的磁矩呈反平行取向，该值一般在20A以内。
反铁磁层1，形成在所述第二磁铁层2的与所述非磁性层3相反的一侧，用于钉扎所述第二磁铁层2的磁矩方向，其作用是使第二磁铁层2的磁矩通过反铁磁层1耦合作用固定于一方向，可以是FeMn、IrMn、PtMn和NiO中的一种或多种。
本发明人发现，利用上述结构，选用PMN-PT压电单晶材料作为基片材料，采用真空镀膜工艺在在基片的上下表面适当位置沉积Cr(15nm)/Au(300nm)作为对压电基片6施加电压的电极5。而后采用薄膜沉积工艺在基片的上表面依次沉积CoFe(10nm)/Ru(0.8nm)/NiFe(5nm)/IrMn(15nm)的人工反铁磁多层薄膜，作为存储单元。其中非磁性金属Ru层厚度应选择来使CoFe层与NiFe层磁矩呈现反铁磁耦合，且CoFe材料选择具有大磁滞伸缩系数的成分组成，而NiFe材料选择磁滞伸缩系数小的成分。在沉积磁性层过程中，沿人工反铁磁多层薄膜表面方向施加一沉积磁场(大小100-1000Oe)，用于诱导交换偏置场，且将沉积磁场方向定义为沿膜面正方向。
人工反铁磁多层薄膜制完成后，此时由于CoFe层与NiFe层磁矩呈反铁磁耦合，CoFe层磁矩大于NiFe层磁矩，因而该结构在零磁场转态下整体对外呈现沿膜面负方向的磁矩，此时的状态用于记录信息“1”，如图3所示。当要存储信息“0”时，此时对PMN-PT压电基片6施加电压，施加的电压应大于压电基片6的电矫顽场，由于CoFe层具有较大的磁滞伸缩系数，因而由电压产生的应变将诱导逆磁电耦合场使CoFe层沿垂直(90度)方向旋转，而上层的NiFe层由于磁滞伸缩系数较小，且被顶层的反铁磁层1所钉扎，其磁矩方向保持不变。此时，该结构在零磁场状态下整体对外呈现沿膜面正方向的磁矩，此时的状态用于记录信息“0”，如图2所示。而当需要将信息由“0”写为“1”时，仅需去掉压电基片6上的电压，此时CoFe层磁矩的取向将回复到初始状态，记录信息“1”。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (6)
1.一种存储单元，其特征在于，包括：
压电基片，所述压电基片上镀制有电极；
第一磁铁层，其位于所述压电基片一侧并具有自由翻转的磁矩；
第二磁铁层；
反铁磁层，形成在所述第二磁铁层的与所述非磁性层相反的一侧，用于钉扎所述第二磁铁层的磁矩方向；
非磁性层，其位于所述第一磁铁层和所述第二磁铁层之间，
其中，所述压电基片为受到电压产生应变的绝缘材料，且
其中，所述第一磁铁层以接收应变翻转所述第一磁铁层的磁矩。
2.根据权利要求1所述的一种存储单元，其特征在于，所述压电基片为压电单晶基片或压电薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种存储单元，其特征在于，所述第一磁铁层为磁致伸缩系数绝对值大于20ppm并能产生逆磁电耦合响应的磁性材料。
4.根据权利要求1所述的一种反铁磁多层结构，其特征在于，所述第二磁铁层为不具有或磁致伸缩系数绝对值小于5ppm的磁性材料。
5.根据权利要求1所述的一种存储单元，其特征在于，所述反铁磁层包括但不限于FeMn、IrMn、PtMn以及NiO中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种存储单元，其特征在于，所述非磁性层由非磁金属或非磁绝缘材料形成。
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