[发明专利]一种压控三态磁存储单元的实现方法

说明书

一种压控三态磁存储单元的实现方法，属于磁存储技术领域。以压电基片作为基底，在压电基片的上下表面生长导电层，作为对压电基片施加电压的上电极和下电极，然后在上电极上依次形成磁性存储层和保护层，其中，所述磁性存储层的磁矩初始态为45度角方向，此时可获得一中间值大小的电阻态，在压电基片上施加不同大小的电压，可获得高电阻态和低电阻，这样就可实现高、中、低三种电阻态。本发明通过在压电基片上不施加、施加大于或小于压电基片矫顽电场的电压，来获得高、中、低三种稳定的存储态实现三态存储。由于该三种存储状态只需通过电压大小调制，因此具有结构简单、容易设计且功耗低等优点。

技术领域

本发明属于磁存储技术领域，具体涉及一种基于逆磁电耦合效应、利用磁电阻效应，采用电压调控磁矩方向实现存储单元三种稳定存储状态的方法。

背景技术

磁性材料的电阻值随外加磁场的改变，使磁性材料呈现电阻值高低的变化，这一现象称为磁电阻效应。而利用电阻的稳定高低电阻态，可实现信息的存储。目前常见的磁电阻效应有各向异性磁电阻、巨磁电阻、隧道磁电阻等，利用他们已实现了多种磁性存储方式。各向异性磁电阻是最简单的一种磁电阻效应，其大小由下式决定：R＝R_⊥+ΔRcos²θ，其中：ΔR＝R_//-R_⊥(R_//为磁性薄膜材料磁矩与电流平行时电阻值；R_⊥为磁性材料磁矩与电流垂直时电阻值)，θ为磁性材料磁矩与电流方向的夹角。因此，当流经磁性薄膜的电流方向与磁性薄膜的磁矩平行时，将获得一大电阻R_∥(代表存储信息“1”)；而当流经磁性薄膜的电流方向与磁性薄膜的磁矩垂直时，将获得一小电阻R_⊥(代表存储信息“0”)。因此，利用外磁场调制磁性薄膜磁矩取向，使其与测试电流平行或垂直，即可实现信息“0”、“1”的存储。在利用磁电阻来实现存储的过程中，一般固定电流的方向，通过外磁场来改变磁性层磁矩的取向，获得高低电阻态。目前常见的磁存储都为两态存储。而为了进一步的提升存储的密度，实现三态以上的多态存储是解决该问题的一个可行途径，也是未来存储器的一个发展方向。对应于磁存储来说，如果一个存储单元上能获得稳定的多于两种的电阻态，由其来构建存储器，则可以实现多态存储，大大提高存储器件的密度。另一方面，目前的磁存储均采用电流产生的磁场或电流产生的自旋流实现磁矩方向的改变，获取高低存储态。而随着存储密度的提高，所需的电流不断提升，使得该种以电流产生的磁场或自旋流来实现存储的方式能耗特别巨大，阻碍了本领域的快速发展。因此本发明正是着手解决该种需求。

发明内容

本发明提供了一种压控三态磁存储单元的实现方法，基于逆磁电耦合效应，将压电基片产生的应力，通过磁性薄膜磁致伸缩效应耦合，最终实现电压调控下磁电阻值改变来实现磁存储的方法。

本发明提供的一种压控三态磁存储单元的实现方法，首先构建压电/磁性存储层铁电异质结，并将磁性存储层的磁矩初始态设定在与测试电流呈45度角的方向，这时根据各向异性磁电阻的表达式可知，此时可获得一中间值大小的电阻态。如果在压电基片上施加不同大小的电压，利用逆磁电耦合效应，则在压电基片上会产生正或负应力而改变磁矩取向，使磁矩取向平行或垂直于电流方向，而获得高电阻及低电阻态。这样利用高、中、低三种电阻态就可以构建压控的三态磁存储单元。且由于这种磁矩的调制方式只需要电压，不产生电流，因此是一种低能耗的实现方法。

本发明的技术方案如下：

一种压控三态磁存储单元的实现方法，其特征在于，以压电基片作为基片，在压电基片的上下表面生长导电层，作为对压电基片施加电压的上电极和下电极，然后在上电极上依次形成磁性存储层和保护层；其中，所述磁性存储层的磁矩初始态为45度角方向，此时可获得一中间值大小的电阻态，在压电基片上施加不同大小的电压，可获得高电阻态和低电阻，这样就可实现高、中、低三种电阻态。

进一步地，所述压电基片为在电压作用下能产生正和负应变的压电材料，具体为PMN-PT或PZN-PT等压电材料。