，本发明的 双磁性势皇隧道结的应用场景不限于上述示例。例如，在一些实施例中，本发明的双磁性势 皇隧道结还可以用于自旋逻辑器件等，例如在韩秀峰等人编著的《自旋电子学导论》第27章 第6节所述的自旋逻辑器件，以及发明专利申请CN201510574526.5中描述的逻辑器件等。基 本上，本发明的双磁性势皇隧道结可以应用到传统的单势皇或双势皇磁性隧道结所能应用 到的所有场景，包括但不限于上述示例场景。
[0093]单磁性势皇隧道结及其应用
[0094]上面描述了包括两个磁性势皇层的隧道结，应理解的是，还可以将本发明的磁性 势皇层应用到单势皇隧道结结构。
[0095]图9示出根据本发明一示范性实施例的单磁性势皇隧道结600。在图9所示的单磁 性势皇隧道结600中，与图1所示的双磁性势皇隧道结100相同的元素用相同的附图标记表 示，此处省略对其的重复描述。
[0096] 如图9所示，单磁性势皇隧道结600包括依次设置的第一导电层102、第一磁层104、 第二导电层106、第二磁层608和第三导电层110。其中，第一磁层104由磁性绝缘材料形成， 用作势皇层，如前面参照图1描述的那样。与图1所示的双磁性势皇隧道结100不同的是，第 二磁层608是导电磁层，而不是绝缘势皇磁层。
[0097] 优选地，第二磁层608由铁磁材料形成。可用于形成第二磁层608的导电磁性材料 的示例包括但不限于Co、Fe、Ni以及它们的合金。应理解的是，这些材料仅是部分示例，第二 磁层608可以由用于常规磁性隧道结中的导电磁层的那些材料中的任何材料形成。
[0098] 在一些实施例中，第一磁层104和第二磁层608中的一个可以用作具有固定磁化的 参考磁层，而另一个可用作磁化方向可随外磁场改变的自由磁层。例如，当第一磁层104用 作参考磁层时，第一导电层102可由反铁磁材料或硬磁材料形成以钉扎第一磁层104的磁化 方向，而第二磁层608可由矫顽力较小的软磁材料形成。反之，当第二磁层608用作参考磁层 时，第三导电层110可由反铁磁材料或硬磁材料形成以钉扎第二磁层108的磁化方向，而第 一磁层104可由矫顽力较小的软磁绝缘材料形成。
[0099] 在一些特殊应用中，例如当将隧道结600用于温度传感器时，此时要求两个磁层反 平行设置，使得隧道结600的电阻与温度成线性关系。为此，第一导电层102和第三导电层 110两者都可以由反铁磁材料或硬磁材料形成以分别钉扎第一磁层104和第二磁层108的磁 化方向，使两者的磁化方向彼此反平行。
[0100] 第二导电层106可以由非磁导电层形成。如前所述，优选地，第二导电层106由具有 较大的自旋扩散长度的材料形成。
[0101] 容易理解的是，通过第一磁层104和第二磁层108的平行配置和反平行配置，单磁 性势皇隧道结600可以实现低电阻态和高电阻态。其原理和前面描述的类似，此处不再赘 述。
[0102] 与前面描述的双磁性势皇隧道结100和200相比，图9所示的单磁性势皇隧道结600 只有一个势皇层，因此其不能形成势阱结构，也不能产生量子共振隧穿现象。但是，由于单 磁性势皇隧道结600只有一个势皇层，因此其具有较小的电阻，从而可以在较低的电压下操 作，有助于节省能耗。
[0103] 同样，单磁性势皇隧道结600也可以作为自旋电子器件用于各种应用中，包括但不 限于上面作为示例描述的那些应用。
[0104] 此外，虽然上面在平面磁化的上下文中描述了本发明的一些实施例，但是将理解， 本发明的磁隧道结中的磁层亦可具有垂直磁化。例如，两个磁层可以都具有垂直磁化，或者 一个磁层具有面内磁化，而另一个磁层具有垂直磁化。
[0105] 虽然上面参照示范性实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。本领域技术人 员显而易见的是，在不脱离本发明的范围和思想的情况下，可以进行形式和细节上的各种 变化和修改。本发明的范围仅由所附权利要求及其等价物定义。
【主权项】
1. 一种双磁性势皇隧道结，包括： 第一导电层； 设置在所述第一导电层上的第一势皇层； 设置在所述第一势皇层上的第二导电层； 设置在所述第二导电层上的第二势皇层；以及 设置在所述第二势皇层上的第三导电层， 其中，所述第一势皇层和所述第二势皇层中的每个都由磁性绝缘材料形成。2. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第一导电层、所述第二导电层和 所述第三导电层中的至少一个由非磁导电材料形成。3. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述磁性绝缘材料包括： R3Fe5〇i2，其中R是Y、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu; MFe2〇4，其中M是Mn、Zn、Cu、Ni、Mg和Co;以及 Fe3〇4、BaFei2〇i9、和SrFei2〇i9,并且 其中，所述第一势皇层和所述第二势皇层每个的厚度在〇.6nm至8nm的范围。4. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第一势皇层具有固定磁化方向， 所述第二势皇层具有自由磁化方向。5. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第一导电层、所述第二导电层和 所述第三导电层每个都由非磁导电材料形成。6. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第一导电层由反铁磁导电材料或 硬磁导电材料形成以固定所述第一势皇层的磁化方向。7. 如权利要求6所述的双磁性势皇隧道结，其中，当所述第一导电层由硬磁导电材料形 成时，所述双磁性势皇隧道结还包括设置在所述第一导电层和所述第一势皇层之间的耦合 层，其通过将所述第一导电层和所述第一势皇层铁磁或反铁磁耦合来固定所述第一势皇层 的磁化方向。8. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第二导电层由Cu、Ag、Cr、AuSRu 形成。9. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第二导电层由磁性导电材料形 成，所述第二导电层的磁化方向与所述第一势皇层的磁化方向相同，并且所述双磁性势皇 隧道结还包括设置在所述第二导电层与所述第二势皇层之间的磁去耦层以将所述第二导 电层和所述第二势皇层磁去耦。10. 如权利要求9所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第二导电层直接接触所述第一 势皇层或通过中间耦合层铁磁耦合到所述第一势皇层。11. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第二导电层的厚度小于其自旋 扩散长度。12. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第二导电层的厚度小于其弹性 散射自由程。13. 如权利要求12所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第二导电层形成为具有晶体结 构或准晶体结构。14. 如权利要求1所述的双磁性势皇隧道结，其中，所述第三导电层由软磁材料形成，并 且，所述第三导电层直接接触所述第二势皇层或者通过中间耦合层铁磁耦合到所述第二势 皇层，使得所述第三导电层和所述第二势皇层的磁化方向彼此相同。15. -种自旋电子学器件，包括权利要求1至14中的任一项所述的双磁性势皇隧道结。16. 如权利要求15所述的自旋电子学器件，其中，所述自旋电子学器件是自旋二极管、 自旋晶体管、磁敏传感器、磁存储器、自旋振荡器、温度传感器或自旋逻辑器件。17. 如权利要求15所述的自旋电子学器件，其中，所述自旋电子学器件是自旋晶体管， 所述第一导电层用作所述自旋晶体管的发射极，所述第二导电层用作所述自旋晶体管的基 极，并且所述第三导电层用作所述自旋晶体管的集电极。18. 如权利要求15所述的自旋电子学器件，其中，所述自旋电子学器件是温度传感器， 所述第一导电层由反铁磁材料或硬磁材料形成以钉扎所述第一势皇层的磁化方向，所述第 三导电层由反铁磁材料或硬磁材料形成以钉扎所述第二势皇层的磁化方向，从而使得所述 第一势皇层的磁化方向和所述第二势皇层的磁化方向彼此反平行。19. 一种单磁性势皇隧道结，包括： 第一导电层； 设置在所述第一导电层上的第一磁层，所述第一磁层由磁性绝缘材料形成； 设置在所述第一磁层上的第二导电层； 设置在所述第二导电层上的第二磁层，所述第二磁层由磁性导电材料形成；以及 设置在所述第二磁层上的第三导电层。20. 如权利要求19所述的单磁性势皇隧道结，其中，所述第一导电层和所述第三导电层 中的一个由反铁磁材料或硬磁材料形成以固定所述第一磁层和所述第二磁层中的对应一 个的磁化方向，所述第一导电层和所述第三导电层中的另一个以及所述第二导电层由非磁 导电材料形成。
【专利摘要】本发明涉及双磁性势垒隧道结以及包括其的自旋电子学器件。一种双磁性势垒隧道结可包括：第一导电层；设置在所述第一导电层上的第一势垒层；设置在所述第一势垒层上的第二导电层；设置在所述第二导电层上的第二势垒层；以及设置在所述第二势垒层上的第三导电层，其中，所述第一势垒层和所述第二势垒层中的每个都由磁性绝缘材料形成。
【IPC分类】H01L43/02, H01L43/08
【公开号】CN105449097
【申请号】CN201510846946
【发明人】韩秀峰, 孔文洁, 黄黎, 吴昊, 万蔡华
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月27日