[发明专利]基于磁性隧道结的忆阻器

说明书

技术领域

本发明属于磁性元件技术领域，具体地讲，涉及一种基于磁性隧道结的忆阻器。

背景技术

随着时代的发展，人们对计算机计算性能的需求越来越高，而现代计算系统因其所采用的冯诺伊曼结构所限制，数据的运算与存储分隔开来，分别由运算器与存储器管理，在两者间来回传输，使其运算速度受到极大的限制，其运算能耗也极大的增加。因此为提高计算系统的运算性能，降低能耗，必须突破冯诺伊曼结构，寻找新的计算系统结构。而如今最受众望的就是人工神经网络。人类和动物的大脑中的核心单元神经元通过突触相连接，构成神经网络。生物学理论指出，在大脑的认知过程中，存在一种竞争学习机制，为突触的放电时间依赖可塑性。即神经元的兴奋或抑制信号可以令突触的连接强度增强或被削弱，从而实现学习功能。忆阻器，作为继电阻、电容、电感外的第四种无源电子元件。忆阻器最大的特点为：它的电阻值非恒定，而是随着外加电压或电流的大小、极性而发生变化，并且这些变化具有非易失性，可以在很长一段时间内被保留下来。

目前忆阻器的研究主要由所采用的材料体系划分，最为成熟的是基于氧化物材料的体系，其工作机理主要依赖离子、氧空位在电场作用下迁移和聚集。显然，基于离子、氧空位迁移的过程比基于电子迁移的速度慢，且受到热效应的影响而使得稳定性较差，随机性很大，难以控制，且很容易受到外界环境的影响，限制了忆阻器的发展。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电阻变化率大、电阻率高、功耗低、温度稳定性好的基于磁性隧道结的忆阻器。

本发明提供了一种基于磁性隧道结的忆阻器，所述忆阻器包括：相对平行设置的顶电极层和底电极层；以及设置在所述顶电极层和所述底电极层之间的隧道结，所述隧道结包括从所述顶电极层到所述底电极层依序设置的磁性自由层、势垒层、钉扎层以及反铁磁层；其中，所述磁性自由层沿与所述顶电极层的法线方向垂直的方向具有按预定规律变化的形状，以使所述磁性自由层中与所述顶电极层的法线方向垂直的方向形成至少一个磁畴壁钉扎中心。

进一步地，所述磁性自由层包括本体部以及由所述本体部的一侧延伸的第一凸出部，所述本体部与所述凸出部的交汇处为第一磁畴壁钉扎中心。

进一步地，所述第一凸出部在所述本体部所在平面上的投影完全位于所述本体部之内。

进一步地，所述磁性自由层还包括由所述第一凸出部的背向所述本体部的一侧延伸的第二凸出部，所述第一凸出部和所述第二凸出部的交汇处形成第二磁畴壁钉扎中心。

进一步地，所述第二凸出部在所述第一凸出部所在平面上的投影完全位于所述第一凸出部之内。

进一步地，所述磁性自由层为由多个半圆环衔接形成的波浪状。

进一步地，所述多个半圆环的曲率沿着与所述顶电极层的法线方向垂直的方向依序增大或减小。

进一步地，所述势垒层、所述钉扎层以及所述反铁磁层与所述磁性自由层具有相同的形状。

进一步地，所述磁性自由层厚度为0.1nm～10nm，所述钉扎层的厚度为0.1nm～10nm，所述势垒层的厚度为0.1nm～10nm。

进一步地，所述隧道结呈锯齿形状或哑铃形状。

本发明的有益效果：本发明通过设置具有至少一个磁畴壁钉扎中心的忆阻器，使移动的磁畴壁能够被钉扎在磁畴壁钉扎中心上，通过电流实现忆阻器电阻值在低阻和高阻之间的连续调制。此外，本发明的忆阻器具有电阻变化率大、电阻率高、功耗低、温度稳定性好等优点。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是本发明较佳实施例的基于磁性隧道结的忆阻器的俯视图；

图2是图1沿A-A线的剖视图；

图3是本发明较佳实施例的磁性自由层的俯视图；

图4是本发明另一实施例的基于磁性隧道结的忆阻器的俯视图；

图5是本发明又一实施例的基于磁性隧道结的忆阻器的俯视图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。相同的标号在整个说明书和附图中可用来表示相同的元件。

图1是本发明较佳实施例的基于磁性隧道结的忆阻器的俯视图。图2是图1沿A-A线的剖视图。