一种信息存储单元以及只读存储器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种信息存储单元以及只读存储器，该信息存储单元包括斜切单晶衬底和铁磁性薄膜；所述斜切单晶衬底包括第一晶体轴；所述铁磁性薄膜具有多个磁畴。其中，所述斜切单晶衬底与所述铁磁性薄膜的接触面的法线相对于所述第一晶体轴的偏离方向即为该斜切单晶衬底的斜切偏移方向，该方向为预设方向；该信息存储单元采用所述单晶衬底的斜切偏移方向来控制磁畴壁的排列。基于上述信息存储单元，本实用新型还公开了一种只读存储器的结构。所述信息存储单元以及只读存储器解决了现有阶段存储器受磁场干扰损坏存储信息的问题。
【专利说明】
一种信息存储单元以及只读存储器
技术领域
[0001]本实用新型涉及信息存储技术领域，更具体地说，涉及一种信息存储单元以及只读存储器。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展各种具有存储功能的电子设备被广泛的应用到人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为人们日常生活与工作不可或缺的重要工具。
[0003]—般的，只读存储器为一种常用的实现电子设备存储功能的单元。只读存储器一般是装入整机前事先写好存储数据，整机工作过程中只用于读出存储数据。只读存储器所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变;其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据存储。
[0004]传统的只读存储器容易受磁场干扰，损坏存储信息，不利于长期使用。因此，如何提供一种不易受到磁场干扰损坏存储信息的只读存储器，是信息存储技术领域中一个亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0005]为解决上述问题，本实用新型提供了一种信息存储单元以及只读存储器，解决现有阶段存储器受磁场干扰损坏存储信息的问题。上述信息存储单元和只读存储器，其核心特征在于包括斜切单晶衬底和生长在所述斜切单晶衬底上的铁磁性薄膜。所述信息存储单元不同于现有技术之处在于利用斜切单晶衬底的斜切方向来控制铁磁性薄膜中的磁畴壁的排列，上述磁畴排列能受衬底斜切的影响并能稳定排列，应该与磁交换作用能、磁晶各向异性能及磁偶极子相互作用能之间的协同作用有关。其具体机理是所选的斜切单晶衬底通过应变作用使得所述铁磁性薄膜具有面外磁各向异性，但其易磁化轴方向偏离所述铁磁性薄膜表面的法线方向并且偏离方向与所述斜切单晶衬底斜切的偏移方向相同，同时易磁化轴与所述铁磁性薄膜法线的夹角等于所述斜切单晶衬底的斜切角度。在磁偶极子作用的影响下，沿易磁化轴偏移方向排列的磁矩相互作用能更低，从而使得磁畴壁更容易沿易磁化轴的偏移方向排列。在外磁场较强的情况下，磁畴壁的排列方向虽然可以被打乱。但去除外磁场后，由于自由能极小原理的影响，磁畴壁排列能恢复到原有的状态。本实用新型所述的信息存储单元及只读存储器是利用上述磁畴壁的不同排列状态来表示不同的信息。由于本实用新型是利用所述斜切单晶衬底的斜切方向来实现对所述磁畴壁排列方向的调控，并且在去除外磁场或无外磁场影响下，所述磁畴壁的排列总能恢复到或保持在沿所述斜切单晶衬底斜切的偏移方向上，因此本实用新型所述的信息存储单元及只读存储器具有抗磁场干扰的能力。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]—种信息存储单元，用于只读存储器，该只读存储器从上到下依次包括铁磁性薄膜、斜切单晶衬底；
[0008]其中，所述斜切单晶衬底的晶格常数小于所述铁磁性薄膜的晶格常数;所述铁磁性薄膜能在所述的斜切衬底上外延生长;所述铁磁性薄膜与所述斜切单晶衬底的接触面的法线与所述斜切单晶衬底的第一晶体轴呈预设角度，该预设角度即为所述斜切单晶衬底的斜切角度;所述铁磁性薄膜与所述斜切单晶衬底间接触面的法线相对于所述第一晶体轴的偏移方向为预设方向，该偏移方向即为所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向；所述铁磁性薄膜由多个磁畴组成，其易磁化轴方向因受衬底应变控制而平行于所述斜切单晶衬底的第一晶体轴方向；所述铁磁性薄膜的多个磁畴的畴壁与顶膜面交线的近似平行从而在顶膜面上形成近似平行的磁畴壁图案；在无外磁场的影响下，上述交线或上述磁畴壁的排列方向平行于所述斜切单晶衬底斜切的偏移方向；当所述磁畴壁排列方向不同时，所述信息存储单元用于表示的存储状态不同；所述铁磁性薄膜的磁畴壁排列图案能够随单晶衬底斜切偏移方向调制成任一排列方向的磁畴壁图案。
[0009]优选的，在上述信息存储单元中，所述铁磁性薄膜的磁畴壁排列图案能够随所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向调制成任一排列方向的磁畴壁图案。
[0010]优选的，在上述信息存储单元中，所述铁磁性薄膜的矫顽力至少小于一百奥斯特。
[0011]优选的，在上述信息存储单元中，所述斜切单晶衬底是具有立方对称性的单晶衬底;在所述斜切单晶衬底上生长的铁磁性薄膜的晶格结构具有立方晶格结构或赝立方晶格结构，并且所述铁磁性薄膜的晶格常数小于所述斜切单晶衬底的晶格常数。
[0012]优选的，在上述信息存储单元中，所述斜切单晶衬底为斜切〈001>单晶体;其中，〈001〉晶体轴为所述斜切单晶衬底的第一晶体轴;所述斜切单晶衬底的〈001〉晶体轴与所述斜切单晶衬底的表面法线间的夹角为斜切角度，斜切角度为预设角度;所述斜切单晶衬底的〈001 >晶体轴相对于所述斜切单晶衬底表面法线的偏移方向为斜切偏移方向，斜切偏移方向为预设方向；所述铁磁性薄膜的磁畴壁排列图案能够随所述斜切〈001〉单晶衬底的斜切偏移方向调制成任一排列方向的磁畴壁图案。
[0013]优选的，在上述信息存储单元中，所述铁磁性薄膜的畴壁排列图案能够随所述斜切单晶衬底斜切偏移方向改变成两种相互垂直的畴壁图案；当所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向近似平行于所述斜切单晶衬底的〈010〉晶体轴方向时，所述铁磁性薄膜中的磁畴壁的排列方向也近似平行于所述斜切单晶衬底的〈010〉晶体轴方向，所述信息存储单元的存储状态表示为第一存储状态；当所述斜切单晶衬底斜切偏移方向近似平行于所述斜切单晶衬底的〈100>晶体轴方向时，所述磁畴壁的排列方向也近似平行于所述斜切单晶衬底的〈100〉晶体轴方向，所述信息存储单元的存储状态表示为第二存储状态;其中，所述第一存储状态与第二存储状态所对应的磁畴壁排列方向垂直。
[0014]优选的，在上述信息存储单元中，所述斜切〈001〉单晶衬底为斜切<001>LaA103单晶体，其〈001〉晶体轴为LaAlO3单晶体的第一晶体轴;所述斜切<001>LaA103单晶体的斜切角度或所述斜切<001>LaA103晶体的〈001〉晶体轴与该LaAlO3单晶表面的法线方向的夹角为预设角度;所述斜切<001>LaA103单晶体的表面为光学抛光表面。
[0015]优选的，在上述信息存储单元中，所述<001>LaA103晶体的斜切角度或所述斜切〈OODLaAlO3晶体的〈001〉晶体轴与该LaAlO3单晶表面的法线方向的夹角为预设角度，该预设角度为5°?15°。
[0016]优选的，在上述信息存储单元中，所述猛氧化物薄膜成分为R(1-x)MxMn03，其中R为La，Nd，Sm或Pr元素中的至少一种，M为Ba，Sr或Ca元素中的至少一种，其中0.1 < x < 0.6o
[0017]优选的，在上述信息存储单元中，所述猛氧化物薄膜成分为La(i—x)SrxMn03，其中
0.3 < X < 0.6 或 La(i—x)BaxMn03，其中 0.2<χ<0.3。
[0018]本实用新型还提供一种只读存储器，该只读存储器包括:多个信息存储单元、固定底座以及用于读取所述信息存储单元存储状态的信息读取装置;所述信息存储单元为上述实施方式任一项所述的信息存储单元;所述多个信息存储单元固定在同一固定底座表面上。
[0019]优选的，在上述只读存储器中，所述信息读取装置为巨磁电阻效应或隧道磁电阻效应的磁性传感探头或磁力显微镜磁性传感探头。
[0020]提供一种上述只读存储器中存储状态的设置方法，该方法的步骤为:首先选择上述只读存储器中需要改写的信息存储单元;然后，改变该信息存储单元中斜切单晶衬底的斜切偏移方向或选择不同斜切偏移方向的单晶作衬底;再然后，在该衬底上生长铁磁性薄膜，所得的铁磁性薄膜中的磁畴壁排列方向受所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向控制；最后，利用这种不同方向排列的磁畴壁表示不同的存储状态。优选的，分别采用两种相互垂直的磁畴壁排列图案代表逻辑状态“O”和“I”。其中，所述斜切单晶衬底和铁磁性薄膜为上述实施方式任一项所述的斜切单晶衬底和铁磁性薄膜。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1为本申请实施例提供的一种信息存储单元的结构示意图；
[0023]图2为图1中铁磁性薄膜的结构俯视图；
[0024]图3为本申请实施例提供的另一种信息存储单元的结构示意图；
[0025]图4为图3中铁磁性薄膜的结构俯视图；
[0026]图5为本申请提供的一种读取信息存储单元磁畴排列的示意图；
[0027]图6为本申请实施例提供的一种只读存储器的结构示意图；
[0028]图7为本申请实施例提供的一种斜切〈OO I > LaA I O3单晶衬底上生长的La0.67Sr0.33Mn03薄膜的磁畴图，其中，(a)为LSM0/LA0 —5X表面La0.67Sr0.33Mn03薄膜的磁畴图，(b)为经过IT磁场处理后测得LSM0/LA0—5X表面的磁畴图，(c)为LSM0/LA0 — 5X信息存储单元在无磁场环境下放置15天后的LSM0/LA0 — 5X表面的磁畴图；
[0029]图8为本申请实施例提供的另一种斜切〈001>LaAl O3单晶衬底上生长的La0.67SrQ.33MnO3薄膜的磁畴图，其中，(a)为LSM0/LA0-5Y表面的磁畴图，(b)为经过IT磁场处理后的LSM0/LA0- 5Y表面的磁畴图，(c)为经过约15天的放置后的LSM0/LA0 — 5Y表面的磁畴图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0031]正如【背景技术】中所述，传统的只读存储器容易受磁场干扰，损坏存储信息，不利于长期使用。因此，如何提供一种不易受到磁场干扰损坏存储信息的只读存储器，是信息存储技术领域中一个亟待解决的问题。为了解决该问题，本申请实施例提供了一种信息存储单元以及只读存储器，可以更加有效的解决现有阶段存储器受磁场干扰损坏存储信息的问题。
[0032]参考图1，图1为本申请实施例提供的一种信息存储单元结构示意图。该信息存储单元，用于只读存储器，从上到下依次包括铁磁性薄膜11和单晶衬底12;其中，所述斜切单晶衬底12的晶格常数小于所述铁磁性薄膜11的晶格常数;所述铁磁性薄膜11能在所述的斜切单晶衬底12上外延生长。在图1所示的信息存储单元中，所述斜切单晶衬底12优选为斜切立方单晶体，可选为斜切立方<001>LaA103单晶体，其中〈001〉晶体轴为该LaAlO3该单晶体的第一晶体轴;所述斜切〈001 >LaA103单晶衬底12能作为多种铁磁性氧化物薄膜的衬底;所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的表面为光学抛光表面，其表面平均粗糙度小于4埃，以保证铁磁性氧化物薄膜能在该单晶衬底上高质量的外延生长。在所述单晶衬底12为LaAlO3晶体的前提下，所述铁磁性薄膜11的成分R(1-x)MxMn03(0.1 < χ < 0.6)，其中，RSLa，Nd，Sm或Pr元素中的至少一种，M为Ba，Sr或Ca元素中的至少一种，这些所述的锰氧化物薄膜能在斜切LaAlO3单晶衬底12上外延生长，并且所述锰氧化物的立方或赝立方晶格常数小于LaAlO3单晶的晶格常数；优选为 La (1—x) SrxMnO3，其中 0.3<χ<0.6，或 La(1—x)BaxMn03，其中 0.2 < χ <
0.3，这些优选成分在室温下具有铁磁性。
[0033]图1的笛卡儿坐标系中的Z轴代表所述斜切<001>LaA103单晶衬底12表面的法线方向。在图1所示的信息存储单元中，铁磁性锰氧化物薄膜11与斜切〈001>LaAlO3单晶衬底12的接触面的法线即为斜切<001>LaA103单晶衬底表面抛光面的法线(即上述Z轴方向)，所述法线与所述斜切〈001 >LaAl O3单晶衬底12的第一晶体轴即〈001 >晶体轴间的夹角即为所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的斜切角度，该斜切角度为预设角度;所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的〈001〉晶体轴相对于所述斜切<001>LaA103单晶衬底12表面法线的偏移方向即为所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的斜切偏移方向(或偏移指向)，该偏移方向为预设方向。参考图1中所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的〈001〉晶体轴偏离Z轴，偏移指向笛卡儿坐标系的X轴方向，或者说所述斜切<001>LaA103单晶衬底的斜切偏移方向为该笛卡儿坐标系的X轴方向(近似平行于该LaAlO3单晶的〈100〉晶体轴方向)。因此，所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的〈001〉晶体轴和〈100〉晶体轴与所述笛卡儿坐标系的X、Z轴在一个平面，笛卡儿坐标系的Y轴则与所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的〈010〉晶体轴重合。所述铁磁性锰氧化物薄膜11由多个磁畴组成，其易磁化轴方向因受斜切<001>LaA103单晶衬底12的双轴压应变控制而平行于所述单晶衬底12的〈001〉晶体轴方向；所述铁磁性锰氧化物薄膜11的多个磁畴的畴壁与顶膜面交线的近似平行从而在顶膜面上形成近似平行的磁畴壁图案;在无外磁场的影响下，上述铁磁性锰氧化物薄膜中的磁矩排列主要受磁交换作用能、磁晶各向异性能及磁偶极子相互作用能的影响，其中磁畴壁的排列方向平行于所述斜切〈001〉LaAlO3单晶衬底的斜切偏移方向，即图1所示的X轴方向。
[0034]图2为上图1中铁磁性薄膜的俯视图，图2显示磁畴壁排列沿纸面上的横向方向(对应X轴方向)。图1、图2中的黑色和白色区域代表不同的磁畴，磁畴的交界处即为磁畴壁。
[0035]需要说明的是，图1、图2所示信息存储单元处于所述的第一存储状态。
[0036]参考图3为本申请实施例提供的另一种信息存储单元的结构示意图。其与上述第一种信息存储单元的区别在于所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的斜切偏移方向指向该笛卡儿坐标系的Y轴方向(近似平行于该<001>LaA103单晶衬底的〈010〉晶体轴方向)，因此所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的〈100〉晶体与笛卡儿坐标系的X轴重合，所述斜切〈001〉LaAlO3单晶衬底12的〈001〉晶体轴和〈010〉晶体轴则与笛卡儿坐标系的Y、Z轴在一个平面，笛卡儿坐标系的Z轴仍为斜切<001>LaA103单晶衬底12的表面法线方向。由于磁矩排列受磁交换作用能、磁晶各向异性能及磁偶极子相互作用能的影响，图3所示的磁畴壁排列方向平行于上述斜切<001>LaA103单晶衬底的斜切偏移方向即所述笛卡儿坐标系中的Y轴方向。
[0037]图4为图3中铁磁性薄膜的俯视图，图4显示磁畴壁排列沿纸面上的纵向方向(对应Y轴方向)。图3、图4所示信息存储单元处于所述的第二存储状态。图3、图4中的黑色和白色区域代表不同的磁畴，磁畴的交界处即为磁畴壁。
[0038]本申请实施例利用这种斜切〈001>LaA103单晶衬底12的斜切偏移方向控制的磁畴壁排列状态来记录逻辑信息，例如利用上述第一存储状态(相应的磁畴壁横向排列)来代表逻辑状态“O”，利用上述第二存储状态(相应的磁畴壁纵向排列)来代表逻辑状态为“Γ，可以实现信息存储单元的信息存储功能。当然上述磁畴壁图案并不限于上述两种互相垂直的状态，例如采用与初始磁畴壁排列成30度、60度、90度等的磁畴壁排列可以实现多状态的信息存储，所述磁畴壁的排列方向通过选择特定斜切偏移方向的单晶衬底来实现。
[0039]在该信息存储单元中，为降低缺陷钉扎对磁矩排列的影响，所述铁磁性锰薄膜11的矫顽力应足够小，以保证所述铁磁性薄膜11的易磁化方向主要受应变控制而平行于所述斜切单晶衬底的第一晶体轴方向。优选的，上述铁磁性薄膜11的矫顽力至少小于一百奥斯特，例如在斜切<001>LaA103单晶衬底上外延生长的La(1—x)SrxMn03薄膜，其矫顽力大约在25?100e之间(此处0.3 < χ < 0.6)，此时所述La(i—x)SrxMn03薄膜的易磁化方向平行于斜切〈001 >LaA103单晶衬底的〈001 >晶体轴方向。在无外磁场影响的情况下，上述铁磁性锰氧化物薄膜中磁矩的排列主要由磁交换作用能、磁晶各向异性能以及磁偶极子相互作用能决定，其磁畴壁的排列方向平行于斜切<001>LaA103单晶衬底的斜切偏移方向。
[0040]在该信息存储单元中，所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的表面法线与该单晶衬底的第一晶体轴即〈001〉晶体轴的预设夹角不能过大，以保证利用现有技术能在所述铁磁性锰氧化物薄膜11表面上观察到清晰的磁畴，若所述预设角度过大并接近90°时，薄膜中的磁矩将躺在所述铁磁性薄膜11表面内，这样将导致磁畴在磁力显微镜的显示下对比不明显，不利于观察；另外，所述预设角度也不能过小，以保证所述磁畴壁排列沿单晶衬底12的斜切偏移方向排列时，系统总的磁性相互作用能最低，若所述预设角度接近0°时，在同一磁畴内部相邻磁矩间的磁偶极子相互作用能及总的磁性相互作用将具有旋转对称性，从而使得磁畴及磁畴壁在所述铁磁性薄膜11表面内的排列无特定的优选方向。在上述信息存储单元中，所述斜切<001>LaA103单晶衬底12的表面法线与该单晶衬底的〈001〉晶体轴间的预设夹角优选为5°-15°。
[0041]需要特别说明的是，本实用新型提供的信息存储单元具有的一个重要的特性就是记录的信息能抗磁场干扰、信息能复原。以图1一图4所示的实施例为例，当外磁场大于铁磁性锰氧化物薄膜11的矫顽力时，所述铁磁性薄膜11的磁畴壁的排列将被打乱。当去除外磁场后，由于自由能极小值原理影响(主要由磁交换作用能、磁晶各向异性能以及磁偶极子相互作用能决定)，铁磁性薄膜11中的磁矩排列将自发弛豫回到初始的稳定状态，其中磁畴壁排列将自发恢复到原来沿斜切单晶衬底12的斜切偏移的方向上。本申请技术方案的信息存储单元利用这种受斜切单晶衬底12的斜切偏移方向控制的磁畴壁排列状态来记录逻辑信息，因此其具有抗磁场干扰、信息状态(对应的磁畴壁排列状态)能复原的能力，并且可以解决传统只读存储器中存储单元的数据容易受外界磁场损坏的问题。
[0042]在上述的信息存储单元中，磁畴壁的排列状态可采用巨磁电阻效应或隧道磁电阻效应的磁性传感探头或磁力显微镜的磁性传感探头读取，例如当在磁畴壁具有两种互相垂直的状态时，所述磁性传感探头沿不同扫描方向扫描所测出的信号会不相同，由此来判断磁畴壁的排列方向是沿平行与纸面的方向还是垂直与纸面的方向并且依此确定其对应的逻辑状态。
[0043]图5为本申请实施例提供的一种信息储存单元存储状态的读取方式示意图。图5中的信息读取装置52包括磁性传感探头51及终端53。所述磁性传感探头51可优选采用巨磁电阻效应或隧道磁电阻效应的磁性传感探头或磁力显微镜的磁性传感探头;所述终端53用于分析所述磁力显微镜磁性传感探头51所测出的不同信号并进而确定逻辑状态，显示存储信息。
[0044]基于上述实施例，本申请实施例还提供了一种只读存储器，所述只读存储器的结构如图6所示。所述只读存储器包括多个信息存储单元61、一个固定底座60，以及用于读取信息存储单元存储状态的信息读取装置52;所述多个信息存储单元61固定在同一固定底座60的表面;所述的固定底座60材料可选用表面光滑的金属片或绝缘材料，通过粘结等方法固定。所述的只读存储器的存储状态可通过信息读取装置52读取;所述的信息读取装置52包括磁性传感探头51和终端53。
[0045]所述只读存储器采用上述信息存储单元进行信息存储，具有抗干扰能力强的特点，存储数据不会被外界磁场损坏。
[0046]提供一种上述只读存储器中存储状态的设置方法，该方法的步骤为:首先选择上述只读存储器中需要改写的信息存储单元，例如选择如图6中所示的信息存储单元61;然后，改变该信息存储单元61中斜切单晶衬底的斜切偏移方向或选择不同斜切偏移方向的单晶作衬底，例如选择如图1所示的斜切单晶衬底或选择如图3所示的斜切单晶衬底;再然后，在该衬底上生长铁磁性薄膜，所得的铁磁性薄膜中的磁畴壁排列方向受所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向控制，例如:在如图1所示的斜切<001>LaA103单晶衬底上生长的铁磁性锰氧化物薄膜，其薄膜磁畴结构为如图2所显示的横向排列，相应的信息存储单元61处在第一存储状态;在如图3所示的斜切<001>LaA103单晶衬底上生长铁磁性锰氧化物薄膜，其薄膜磁畴结构为如图4所显示的竖向排列，相应的信息存储单元61处在第二存储状态;最后，利用上述信息存储单元中不同方向排列的磁畴壁结构来表示不同的逻辑状态，例如选用信息存储单元61的第一存储状态表示逻辑状态“O”或选用信息存储单元61的第二存储状态来表示逻辑状态“I”。通过上述步骤，逐个完成所述只读存储器中信息存储单元存储状态的设置。
[0047]本实用新型所述的铁磁性锰氧化物薄膜11的形成是通过采用脉冲激光沉积方式在斜切<001>LaA103单晶衬底12上外延生长完成的，采用外延生长的目的是为了制备具有良好晶体质量和表面平整度的锰氧化物薄膜。锰氧化物薄膜的生长是一个非常复杂的过程，外延生长中衬底与靶材(靶材与薄膜的化学成分一致)的距离，激光斑点的形状及大小，羽辉的形状及大小，衬底相对于羽辉的位置，衬底的温度，氧压，生长速率等参数都会对薄膜的晶体质量以及表面平整度造成很大的影响。为制备质量较高的外延薄膜，所述斜切〈OODLaAlO3单晶衬底12衬底温度采用780?790°C，优选为780°C、790°C;激光能量采用160?180mJ，优选为16011^、17011^、18011^;所述斜切〈001>1^4103单晶衬底12衬底与靶材的距离为4.1?4.5cm，优选为4.lcm、4.5cm;频率为2?5Hz，优选为2Hz、3Hz、4Hz、5Hz ;所述斜切〈001>LaA103单晶衬底12相对羽辉的位置可以处于羽辉中心或偏离羽辉中心，优选处于羽辉中心。所述铁磁性锰氧化物薄膜11制备过程的氧气压为40?60Pa，优选为40Pa、50Pa、60Pa。所述铁磁性锰氧化物薄膜11外延生长完后，把温度设置在650?70(TC，对该薄膜原位退火10?20分钟，退火时氧气压为3 X 104?5 X 104Pa。退火温度优选为650°C、700°C ；退火时间优选为10分钟、15分钟、20分钟;退火氧气压优选为3 X 14Pa,4 X 14Pa,5 X 104Pa。
[0048]通过实施例1以及实施例2具体介绍本申请实施例所述信息存储单元的制作方法。
[0049]实施例1:
[0050]利用脉冲激光沉积技术，在光学抛光的斜切<001>LaA103单晶衬底上制备外延生长的LaQ.67Sr0.33Mn03薄膜;所选的斜切<001>LaA103单晶衬底的斜切角度为5度，斜切偏移方向指向如图1或图2所显示的X轴方向(或近似平行于该斜切<001>LaA103单晶衬底的〈100〉晶体轴方向)，即如图1或图2所显示的X轴方向。薄膜制备过程中该LaAlO3单晶衬底的温度为780 0C，氧气压为50Pa，激光能量为170mJ，频率为3Hz，衬底与靶材之间的距离为4.1 cm。镀膜时间15分钟。制备完后，在700°C对薄膜进行原位退火，退火时氧气压为4 X 14Pa，退火时间10分钟，然后自然降温。所得LaQ.67SrQ.33Mn03厚度约为lOOnm。把该样品标记为LSM0/LA0 —5X，该LSM0/LA0 — 5X即构成一个信息存储单元。
[0051 ] 在上述信息存储单元LSMO/LAO —5X的表面，S卩LatL67SrtL33MnO3薄膜表面，任意选择一个面积大小为1.5um X 1.5um的区域，利用磁力显微镜(MFM)，扫描其磁畴图，磁力显微镜所用针尖为商用化的镀有磁性Co-Cr镀层的针尖，针尖磁化方向垂直所述锰氧化物薄膜表面。
[0052]扫描得到的磁畴图呈现出如图7中(a)所示的磁畴结构。其中黑、白色表示不同的磁畴，磁畴中磁矩取向不同，黑色代表磁矩指向纸外，白色代表磁矩垂直膜面指向纸内，黑白交界处即为磁畴壁，并且，图7中(a)所示的磁畴壁近似平行，其排列方向沿纸面横向方向(即如图1、2中所示的父轴方向)，该方向与上述1^0/1^0 — 5乂所用的斜切〈001>1^103衬底的斜切偏移方向相同。
[0053]利用图7中(a)所示的横向排列的磁畴壁代表一种存储状态，例如作为本申请所述的第一储存状态。然后，对上述LSM0/LA0 — 5X信息存储单元加一个IT磁场(该磁场远大于La0.B7Sr0.33Mn03薄膜的矫顽力，磁场方向平行与纸面的横向方向)，数秒后撤去磁场再测量LSM0/LA0 - 5X薄膜表面的磁畴结构，扫描区域与上述图7中(a)的测量区域相同，测得MFM图如图7中(b)所显示。
[0054]从图7中(b)可看到，LSM0/LA0— 5X中原有横向排列的磁畴壁被打乱，说明原有的第一存储状态被破化。再去除外磁场，把上述LSM0/LA0 — 5X信息存储单元在无磁场环境下放置15天，之后再重新测量LSM0/LA0 — 5X表面的磁畴图，测量结果如图7中(c)显示。从图7中(c)可见，上述LSM0/LA0—5X的薄膜表面的磁畴壁排列重新回到原有的横向排列状态(扫描区间与图7中(a)相同)。
[0055]需要说明的是，在图7所示实施方式中，薄膜所用的斜切〈001>LaA103单晶衬底的斜切角度为5度，斜切偏移方向近似平行于斜切<001>LaA103单晶衬底的〈100〉晶体轴方向，即如图1或图2所显示的X轴方向。
[0056]实施例2:
[0057]我们还选择了斜切偏移方向指向如图3或图4所示的Y轴方向(或近似平行于斜切〈OODLaAlO3单晶衬底的〈010〉晶体轴方向)的斜切<001>LaA103单晶作为La0.67Sr0.33Mn03薄膜的衬底，该斜切<001>LaA103单晶的斜切角度仍为5度，在该衬底上制备LaQ.67Sr0.33Mn03薄膜的方法与LSM0/LA0- 5X相同，所得的样品记为LSM0/LA0—5Y。对LSM0/LA0—Y表面的磁畴及其在磁场中变化行为进行测量，测量步骤与LSM0/LA0 — 5X的相同。
[0058]图8中(a)显示LSM0/LA0-5Y的磁畴为竖向排列，与该<001>LaA103单晶衬底的斜切偏移方向一致。经过IT磁场的处理后，LSM0/LA0—5Y原有的磁畴结构被破坏(图8中(b))，但经过约15天的放置后，LSM0/LA0 — 5Y的磁畴结构又恢复到如图8中(a)所显示的竖向排列状态，结果如图8中(c)所示。上述实验表明，我们设计的信息存储单元LSM0/LA0—5X与LSMO/LAO - 5Y具有抗磁场干扰、信息能复原的性能。
[0059]需要说明的是，在图8所示实施方式中，该薄膜所用的斜切<001>LaA103单晶衬底的斜切角度为5度，斜切偏移方向近似平行于斜切<001>LaA103单晶衬底的〈010〉晶体轴方向，即如图3或图4所显示的Y轴方向。
[0060]还需要说明的是，本申请实施例中所述近似平行指两个方向平行或是夹角小于设定阈值。该阈值可以为不大于5°的角度。
[0061 ]我们还选择了另两种斜切角度为I O度的斜切〈O O I > L a A I O 3单晶作为La0.67Sr0.33Mn03薄膜的衬底，斜切偏移方向分别指向如图1所示的X轴方向和如图3所示的Y轴方向，分别记作LSM0/LA0—1X与LSM0/LA0—1Y，测量其磁畴结构，得到了与图7，8相似的结果。
[0062]上述实施例表明，按着本实用新型提供的技术方案，可以得到一种抗磁场干扰、信息能复原的信息存储单元或只读存储器件。另外，本实用新型提供的信息存储单元及只读存储器可以完全利用氧化物作为其中的组成成分，例如本申请实施例中的锰氧化物薄膜与LaAlO3衬底，而氧化物本身具有防空气氧化的特性，因此本实用新型为研制抗磁场干扰的只读存储器件开辟了一条新途径。
[0063]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种信息存储单元，用于只读存储器，其特征在于，其核心单元从上到下依次包括铁磁性薄膜、斜切单晶衬底； 其中，所述斜切单晶衬底的晶格常数小于所述铁磁性薄膜的晶格常数;所述铁磁性薄膜能在所述斜切单晶衬底上外延生长;所述铁磁性薄膜与所述斜切单晶衬底的接触面的法线与所述斜切单晶衬底的第一晶体轴呈预设角度，该预设角度即为所述斜切单晶衬底的斜切角度;所述斜切单晶衬底的第一晶体轴相对于上述铁磁性薄膜与单晶衬底间接触面的法线的偏移方向为预设方向，该偏移方向即为所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向；所述铁磁性薄膜由多个磁畴组成，其易磁化轴方向因受衬底应变控制而平行于所述单晶衬底的第一晶体轴方向，并且与所述铁磁性薄膜法线方向的夹角等于所述斜切单晶衬底的斜切角度，同时该易磁化轴相对于所述铁磁性薄膜法线的偏移方向与所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向相同；所述铁磁性薄膜的多个磁畴的畴壁与顶膜面交线的近似平行从而在顶膜面上形成近似平行的磁畴壁图案;在无外磁场的影响下，上述交线或上述磁畴壁的排列方向平行于所述斜切单晶衬底斜切的偏移方向；当所述磁畴壁排列方向不同时，所述信息存储单元用于表示的存储状态不同。2.根据权利要求1所述的信息存储单元，其特征在于，所述铁磁性薄膜的磁畴壁排列图案能够随所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向调制成任一排列方向的磁畴壁图案。3.根据权利要求1所述的信息存储单元，其特征在于，所述铁磁性薄膜的矫顽力至少小于一百奥斯特。4.根据权利要求1所述的信息存储单元，其特征在于，所述斜切单晶衬底是具有立方对称性的单晶衬底;在所述斜切单晶衬底上生长的铁磁性薄膜的晶格结构具有立方晶格结构或赝立方晶格结构，并且所述铁磁性薄膜的晶格常数小于所述斜切单晶衬底的晶格常数。5.根据权利要求4所述的信息存储单元，其特征在于，所述斜切单晶衬底为斜切〈001〉立方晶体，其中〈001〉晶体轴为所述斜切单晶衬底的第一晶体轴;所述斜切单晶衬底的〈001>晶体轴与所述斜切单晶衬底的表面法线间的夹角为斜切角度，斜切角度为预设角度;所述斜切单晶衬底的〈001 >晶体轴相对于所述斜切单晶衬底表面法线的偏移方向为斜切偏移方向，斜切偏移方向为预设方向；所述铁磁性薄膜的磁畴壁排列图案能够随所述斜切〈001〉单晶衬底的斜切偏移方向调制成任一排列方向的磁畴壁图案。6.根据权利要求5所述的信息存储单元，其特征在于，所述铁磁性薄膜的畴壁排列图案能够随所述斜切〈001〉单晶衬底斜切偏移方向改变成两种相互垂直的畴壁图案；当所述斜切〈001〉单晶衬底的斜切偏移方向近似平行于所述斜切单晶衬底的〈010〉晶体轴方向时，所述磁畴壁的排列方向也近似平行于所述斜切单晶衬底的晶体轴方向，所述信息存储单元存储的状态表示为第一存储状态；当所述斜切单晶衬底的斜切偏移方向近似平行于所述斜切单晶衬底的〈100>晶体轴方向时，所述磁畴壁的排列方向也近似平行于所述斜切单晶衬底的〈100〉晶体轴方向，所述信息存储单元存储的状态表示为第二存储状态;所述第一存储状态与第二存储状态所对应的磁畴壁排列方向垂直。7.根据权利要求6所述的信息存储单元，其特征在于，所述斜切〈001>单晶衬底为斜切〈OODLaAlO3单晶体，其〈001〉晶体轴为LaAlO3单晶体的第一晶体轴;所述斜切<001>LaA103单晶体的斜切角度或所述斜切<001>LaA103晶体的〈001〉晶体轴与该LaAlO3单晶表面的法线方向的夹角为预设角度;所述斜切<001>LaA103单晶体的表面为光学抛光表面。8.根据权利要求7所述的信息存储单元，其特征在于，所述<001>LaA103晶体的斜切角度或所述斜切<001>LaA103晶体的〈001〉晶体轴与该LaAlO3单晶表面的法线方向的夹角为预设角度，该预设角度为5°?15°。9.一种只读存储器，其特征在于，包括:多个信息存储单元、固定底座以及用于读取所述信息存储单元存储状态的信息读取装置； 所述信息存储单元为权利要求1-8任一项所述的信息存储单元;所述信息存储单元都固定在同一底座表面上。10.根据权利要求9所述的只读存储器，其特征在于，所述信息读取装置包括巨磁电阻效应或隧道磁电阻效应的磁性传感探头或磁力显微镜磁性传感探头。
【文档编号】H01L43/10GK205508885SQ201521077598
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月22日
【发明人】熊昌民, 王宁, 牟蓉, 马天星, 聂家财
【申请人】北京师范大学, 北京师大科技园科技发展有限责任公司