[发明专利]基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器，包括：自旋轨道耦合层，用于产生自旋轨道矩；铁磁自由层，形成在所述自旋轨道耦合层上，用于提供磁畴壁运动轨道；非磁性势垒层，形成在所述铁磁自由层上；铁磁参考层，形成在所述非磁性势垒层上；顶电极，形成在所述铁磁参考层上；反铁磁钉扎层，形成在所述铁磁自由层两端上；左电极和右电极，分别形成在所述反铁磁钉扎层上的两个位置处。本发明还提供了一种如上所述的激活函数发生器的制备方法。

技术领域

本发明涉及人工智能领域中的人工神经网络技术领域，尤其涉及一种基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器及制备方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，人工智能、类脑计算等相关领域受到研究者们广泛关注。虽然人类对于自身大脑的认知仍十分有限，但目前研究者们已经明确人脑的核心要素是神经元和突触：神经元受到输入刺激释放相应的输出信号，而突触则根据神经元信号调节神经元间互联强度。人工神经网络(ANN)的核心就是模仿人脑的突触和神经元的激活函数功能，其在模式识别领域有着突出优势。

2014年，IBM制造了CMOS神经突触和CMOS神经元。然而普通硅晶体管一般只能实现挥发性的二值切换，并不是仿生神经元和突触的优选。基于CMOS电路，冯诺依曼架构的硬件神经网络处理复杂问题时甚至需要数百层，每层又包括大量的互连，因此在功耗、电路复杂度等方面都难以有效推广应用。现有技术主要利用磁畴运动产生的磁隧道结(MTJ)磁阻线性变化来仿真突触功能，鲜少有用于实现神经元非线性激活函数功能的报导。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器及制备方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器，包括：

自旋轨道耦合层，用于产生自旋轨道矩；

铁磁自由层，形成在所述自旋轨道耦合层上，用于提供磁畴壁运动轨道；

非磁性势垒层，形成在所述铁磁自由层上；

铁磁参考层，形成在所述非磁性势垒层上；

顶电极，形成在所述铁磁参考层上；

反铁磁钉扎层，形成在所述铁磁自由层两端上；

左电极和右电极，分别形成在所述反铁磁钉扎层上的两个位置处。

其中，所述自旋轨道耦合层材料为W、Pt、Pd、Ta中的一种、多种或相关合金；所述铁磁自由层和铁磁参考层为具有垂直各向异性的CoFeB、CoFe、Co/Pt、Ni/Co材料的一种或多种；所述铁磁参考层选择合成反铁磁层或亚铁磁层，以消除参考层杂散场对磁畴壁运动的影响；所述非磁性势垒层为MgO、HfOx、AlOx中的一种或多种。

其中，所述铁磁自由层两端通过反铁磁耦合将磁矩方向分别被钉扎在+z和-z方向，作为磁畴壁成核区；脉冲电流作用下磁畴壁在钉扎区域成核，并在自由层中运动；磁隧道结器件的磁电阻变化与磁畴壁在自由层中运动距离线性相关。

其中，在制造过程中通过氧气在自由层界面的化学吸附定量调控对应区域自由层与自旋轨道耦合层界面的DMI强度。

其中，所述激活函数发生器通过改变钉扎区的间距来实现不同的激活函数功能。

其中，通过重金属自旋轨道耦合层表面或界面对气体的吸附，增强自旋轨道耦合层有效自旋混合电导和自旋透明度。

其中，将非均匀分布的钉扎区组合替换为均匀分布的钉扎区组合，以实现突触器件功能。

作为本发明的另一方面，提供了一种如上所述的激活函数发生器的制备方法，包括以下步骤：