[发明专利]磁性纳米线器件、其制作方法与磁性纳米线的构筑方法

说明书

本申请提供了一种磁性纳米线器件、其制作方法与磁性纳米线的构筑方法。该磁性纳米线器件包括依次叠置设置的衬底、第一电极层、绝缘层、原子阻挡层和第二电极层，其中，第一电极层与第二电极层中的一个电极层为铁磁电极层，另一个电极层为非磁性电极层，磁性纳米线器件还包括设置在铁磁电极层与绝缘层之间的原子阻挡层，原子阻挡层包括纳米通孔。本申请的磁性纳米线器件可以有效精确地控制磁性纳米线的宽度以及位置，实现了纳米线的限域与稳定。该磁性纳米线器件实现了磁电耦合效应，为研究新型多级存储器件提供了载体。

技术领域

本申请涉及存储器领域，具体而言，涉及一种磁性纳米线器件、其制作方法与磁性纳米线的构筑方法。

背景技术

近年来人们发展了很多新型信息材料和器件。如闪存、阻变存储器(RRAM)、磁记录、磁存储器(MRAM)等，在这些技术中，有些利用了电子的电荷属性，有些利用了电子的自旋属性。

MRAM利用了电子的自旋属性，其基本结构为自旋阀或磁隧道结(两个铁磁层用一个非磁金属层或绝缘层隔离)，基于磁电阻效应工作，其中，一个铁磁层的磁化方向固定而另一个铁磁层的磁化方向会随外磁场而变化，因而器件的电阻会发生变化从而实现数据存储。闪存和RRAM都只是利用了电子的电荷性质。

高存储密度和多功能的需求驱使人们研究磁化的无外场(H)操控可能性，以获得新的策略从而使自旋和电荷可以相互作用，最终获得高速、超低功耗信息存储和处理功能。

如果能在金属-绝缘体-金属(M/I/M)结构中实现限域并且稳定的操控磁性纳米线的这样一种行为，那么它所表现出来的各种丰富的新奇的物理现象，例如输运行为可以具有量子化的特征。磁性纳米线引入又为磁化的无外场(H)操控提供了研究的载体。尤其在信息领域中，磁电耦合效应是最受关注的研究热点之一，可以看出迫切需要一种限域且稳定的磁性纳米线。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种磁性纳米线器件、其制作方法与磁性纳米线的构筑方法，以解决现有技术中无法提供一种限域且稳定存在的磁性纳米线的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种磁性纳米线器件，该磁性纳米线器件包括依次叠置设置的衬底、第一电极层、绝缘层和第二电极层，其中，上述第一电极层与上述第二电极层中的一个电极层为铁磁电极层，另一个电极层为非磁性电极层，上述磁性纳米线器件还包括设置在上述铁磁电极层与上述绝缘层之间的原子阻挡层，上述原子阻挡层包括纳米通孔。

进一步地，上述铁磁电极层的材料选自Fe、Co与Ni中的一种或多种，优选上述铁磁电极层的厚度为30～50nm。

进一步地，上述非磁性电极层的材料选自Pt与Ti中的一种或多种，优选上述非磁性电极层的厚度为30～50nm。

进一步地，上述绝缘层的材料选自TiO₂、TaO₅、HfO₂、NiO与ZrO₂中的一种或多种，优选上述绝缘层的厚度为10～30nm。

进一步地，上述原子阻挡层的材料选自石墨烯、二硫化钼与五碲化锆中的一种或多种，上述原子阻挡层包括N个单原子层，其中，N为整数，且1≤N≤3，进一步优选上述纳米通孔的直径在20～50nm之间。

进一步地，上述磁性纳米线器件还包括：种子层，设置在上述衬底与上述第一电极层之间，优选上述种子层的材料选自Ti和/或Cr，进一步优选上述种子层的厚度在5～10nm之间。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁性纳米线器件的制作方法，上述制作方法包括：在衬底上依次叠置设置第一电极层、绝缘层、原子阻挡层和第二电极层，且上述第一电极层为非磁性电极层，上述第二电极层为铁磁电极层，或者在衬底上依次叠置设置第一电极层、原子阻挡层、绝缘层和第二电极层，且上述第一电极层为铁磁电极层，上述第二电极层为非磁性电极层，其中，上述原子阻挡层包括纳米通孔。