[发明专利]一种电场可调磁电信息存储器件及其制备方法

说明书

本发明涉及信息存储技术技术领域，尤其涉及一种电场可调磁电信息存储器件及其制备方法，该电场可调磁电信息存储器件是由铁磁金属氧化物LSMO、铁电体BTO、半导体氧化物为n型掺杂NSTO组成的电控磁存储器器件。本发明通过优异的制备方法来制备出铁磁和铁电性质薄膜的层状异质结，通过界面处电荷之间有效的耦合，可以增强其多铁特性，实现存储器件开、关的调控，通过外加电场方向进而改变铁电极极化反转方向决定了电阻在开态(低阻态)和关态(高阻态)之间的切换，本发明工艺具有制备工艺简单、非破坏性、高密度、高速率、低能耗、与半导体产业兼容性好等优点，具有良好的信息存储的功能。

技术领域

本发明涉及信息存储技术技术领域，尤其涉及一种电场可调磁电信息存储器件及其制备方法。

背景技术

近年来，随着信息存储技术的飞速发展，传统的用外磁场控制磁性的方法已经不能满足要求，人们对存储器件提出了高性能、非挥发、小型化、高速度、高密度、低功耗的发展要求，而对这种新型的随机存储器件的研究也一直是一个具有重大科学意义且颇具难度的课题。

多铁性材料具有丰富、奇特的物理效应，正由于这种奇特的物理特性，多铁性材料在自旋电子器件、新型高密度储存器件、新型磁电耦合传感器件等方面都有广泛的应用前景。对于信息存储器件而言，用电场替代磁场以实现信息的高速度、低能耗写入是实现器件低功耗高性能的关键，对信息存储器件本身也是至关重要的。为了达到这一效果，可行并有效的方法就是利用多铁性材料及其磁电耦合效应。而且，基于多铁性材料的存储器件结合综合了电场写入的高速、低能耗特性、磁读取的高速以及非破坏性等优势，为实现高性能的“电写/磁读”式新型存储器件提供了依据。对多铁性材料及其磁电耦合效应的研究不仅涉及到物理上强关联电子体系的新问题，而且在实际应用方面，多铁性材料及其磁电耦合效应为新型的电子器件的设计提供了额外的自由度，大大拓宽多铁性材料的应用范围。阻变随机存储器(ReRAM)被认为是可以替代闪存的主要器件。在典型的ReRAM系统中，已经实现了准ns(纳秒)级的数据交换、高集成密度和三维叠加的快速方法。

从本质上来说，磁电效应的产生源于电子同时具有电荷和自旋的特性。具体说来，外场能够以静电力、静磁力和洛伦兹力的形式改变电子的物理状态，而电子的自旋状态对物质的磁性有决定性作用，电子的运动状态直接或间接地决定了物质的介电性质，这样就有可能通过电子移动和相互作用让外电场(磁场)与物质的磁性能(介电性质)关联，而且由于外场的施加方式、介质的物理特性以及载流子运动状态(束缚抑或巡游)的不同和电子-电子相互作用、电子自旋与轨道之间的相互作用以及电子运动与晶格运动耦合等因素的存在。磁电耦合机制可以实现电荷载流子密度直接调控磁电的磁性，具有重要的应用价值，而且这种调控机制是在类似于场效应(FET)的铁磁/铁电异质结中，由强电场导致的磁性薄膜中自旋相关的载流子的富集或耗散，从而达到电场调控磁性的目的，该结果在近绝缘态的巨磁阻材料中实现。

同时，相似的结果在稀磁半导体(DMS)材料中也同样被发现，由于这种机制跟电场或电极化相关，所以能表现出类似铁电材料电滞回线的回滞行为，有利于非挥发性的信息存储但另一方面，调控要求磁性薄膜具有较低的载流子浓度(半导体或绝缘体)，以利于整个磁性薄膜的耗尽；而铁磁材料本身往往以导体为主，所以可选的材料有限，并且往往需要在低温才能实现调控效应，所以也不利于应用。绝大多数的磁性材料磁性较小，铁电材料的自发极化也较小，导致铁电相和铁磁相间的耦合效应并不显著，且具有较大的矫顽场。要想获得高的磁电转换系数，样品中的铁电材料应该具备高的压电系数，铁磁材料具备高的磁致伸缩特性，同时铁电、铁磁两相的电阻率要高，以防止漏电流过大。因此亟需提供一种室温下能表现出显著磁电耦合效应的新的多铁性复合材料。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种电场可调磁电信息存储器件及其制备方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种电场可调磁电信息存储器件，包括：