一种电场写入信息的磁电随机存储器

本发明涉及半导体，特别是涉及一种电场写入信息的磁电随机存储器。

背景技术：

1、随着信息科学技术的发展，现代商用的电子逻辑存储与计算器件越来越向低能耗，高密度等方向发展。目前有可能作为下一代逻辑存储与计算的存储器类型分别为阻变存储器，相变存储器，自旋赛道存储器以及磁电耦合存储器。其中，由于磁电耦合存储器是由电场调控磁性实现逻辑的写入，其驱动电流密度极小，可极大消除焦耳热，相比较其他大电流写入类型存储器而言，在低能耗和高密度存储与计算方面具有天然的巨大的优势。

2、自从2000年以来世界各国的芯片企业和科研人员投入了对多铁性和磁电耦合异质结薄膜(铁电、铁磁、铁弹等序参量的共存与耦合)这一领域的大量的关注与研究。未来的存储于计算单元趋向于小型化高密度发展，实现对单个百纳米及以下直径的磁畴结构的精确调控在未来的高密度低功耗的信息存储器件化过程中占据着重要的位置。

3、现有磁电耦合异质结中一般都是对连续的磁性薄膜的磁性在宏观上的调控，很少实现对单个磁畴结构的精确调控。导致这个问题的主要原因是由于退磁能的影响，一般的单个磁畴结构在纳米尺度和室温下很难稳定存在。而由于拓扑和对称性保护，磁性斯格明子和磁涡旋结构是在百纳米尺度下能够在室温及以上温度稳定存在的磁畴结构。现有技术的相关研究主要集中在利用比较大的电流去驱动磁性斯格明子移动以及实现对磁涡旋的手性翻转。传统的磁电耦合机制在应对电场调控低维的手性/拓扑磁结构时面临巨大的挑战，由于它们很难打破这类受保护的拓扑/手性磁结构的对称性，使得电场无法进行有效的精确调控。

4、因此，利用电场精准调控单个磁畴结构，特别是手性或者拓扑磁结构，进而实现高密度低能耗的存储器件的薄膜集成是近年来凝聚态物理领域基础研究的热点和难点之一。如何构筑新的磁电耦合机制，利用电场驱动磁性斯格明子移动以及实现对磁涡旋的手性翻转对目前的研究来说是一个全新和极具挑战性的课题。解决和突破这一基础研究难点将有望在未来实现低能耗高密度的信息存储以及逻辑计算应用领域起到先导性和战略性的重要作用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电场写入信息的磁电随机存储器，可通过铁电薄膜层翻转，产生应变，利用应变驱动磁涡旋结构的磁化方向发生反转，改变磁涡旋结构电阻，完成电场对磁信息的非易失性写入，实现了对单个磁涡旋结构的精确调控，降低存储信息写入的能耗，提高信息存储密度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种电场写入信息的磁电随机存储器，所述随机存储器包括：从下到上依次设置的衬底层、铁电薄膜层和器件层，所述器件层包括：磁涡旋结构、电场电极和读取电极；

4、所述电场电极与所述铁电薄膜层连接，所述电场电极用于向铁电薄膜层施加电场，使铁电薄膜层的铁电极化发生翻转，产生应变，利用所述应变驱动所述磁涡旋结构的磁化方向发生反转，使所述磁涡旋结构电阻大小发生改变，完成电场对磁信息的非易失性写入；所述读取电极与所述磁涡旋结构连接，所述读取电极用于读取磁信息。

5、可选的，所述电场电极，具体包括：电场正电极和电场负电极；

6、所述电场正电极和所述电场负电极以所述磁涡旋结构为中心对向设置。

7、可选的，所述读取电极，具体包括：第一读取电极和第二读取电极；

8、所述第一读取电极和所述第二读取电极以所述磁涡旋结构为中心对向设置。

9、可选的，所述衬底层为钛酸锶氧化物基片。

10、可选的，所述铁电薄膜层的为钨酸铋铁电薄膜层。

11、可选的，所述磁涡旋结构为nife磁涡旋结构。

12、一种电场写入信息的磁电随机存储器的制备方法，用于制备如以上所述的存储器，所述制备方法包括：

13、在所述衬底层上通过激光脉冲沉积方法制备所述铁电薄膜层；

14、在所述铁电薄膜层上旋涂光刻胶；

15、在所述铁电薄膜层上通过光刻方法按预设的磁涡旋结构的结构版图曝光出所述磁涡旋结构的结构单元；

16、通过显影和定影方法对所述结构单元定型；

17、将定型后的带有所述结构单元的铁电薄膜层放进磁控溅射系统中进行的磁控溅射，将磁性材料溅射至所述铁电薄膜层上，剥离所述光刻胶后形成所述磁涡旋结构；

18、在铁电薄膜层上通过光刻方法和磁控方法以所述磁性磁涡旋结构为中心刻出电场电极和读取电极。

19、可选的，所述结构单元的直径范围为：10-100nm。

20、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

21、本发明通过从下到上依次设置的衬底层、铁电薄膜层和器件层，将电场电极与铁电薄膜层连接，电场电极用于向铁电薄膜层施加电场，使铁电薄膜层的铁电极化发生翻转，产生应变，利用应变驱动磁涡旋结构的磁化方向发生反转，使磁涡旋结构电阻大小发生改变，完成电场对磁信息的非易失性写入，实现了对单个磁涡旋结构的精确调控，降低了存储信息写入的能耗，提高了信息存储密度。

技术特征：

1.一种电场写入信息的磁电随机存储器，其特征在于，所述随机存储器包括：从下到上依次设置的衬底层、铁电薄膜层和器件层，所述器件层包括：磁涡旋结构、电场电极和读取电极；

2.根据权利要求1所述的电场写入信息的磁电随机存储器，其特征在于，所述电场电极，具体包括：电场正电极和电场负电极；

3.根据权利要求1所述的电场写入信息的磁电随机存储器，其特征在于，所述读取电极，具体包括：第一读取电极和第二读取电极；

4.根据权利要求1所述的电场写入信息的磁电随机存储器，其特征在于，所述衬底层为钛酸锶氧化物基片。

5.根据权利要求1所述的电场写入信息的磁电随机存储器，其特征在于，所述铁电薄膜层的为钨酸铋铁电薄膜层。

6.根据权利要求1所述的电场写入信息的磁电随机存储器，其特征在于，所述磁涡旋结构为nife磁涡旋结构。

7.一种电场写入信息的磁电随机存储器的制备方法，用于制备如权利要求1-6任一项所述的存储器，其特征在于，所述制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的电场写入信息的磁电随机存储器的制备方法，其特征在于，所述结构单元的直径范围为：10-100nm。

技术总结
本发明公开一种电场写入信息的磁电随机存储器，涉及半导体技术领域，包括：从下到上依次设置的衬底层、铁电薄膜层和器件层；器件层包括：磁涡旋结构、电场电极和读取电极；电场电极与铁电薄膜层连接，电场电极用于向铁电薄膜层施加电场，使铁电薄膜层的铁电极化发生翻转，产生应变，利用应变驱动磁涡旋结构的磁化方向发生反转，使磁涡旋结构电阻大小发生改变，完成电场对磁信息的非易失性写入；本发明通过铁电薄膜层翻转，产生应变，利用应变驱动磁涡旋结构的磁化方向发生反转，改变磁涡旋结构电阻，完成电场对磁信息的非易失性写入，实现了对单个磁涡旋结构的精确调控，降低了存储信息写入的能耗，提高了信息存储密度。

技术研发人员：王传寿
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24