磁性纳米线器件、其制作方法与磁性纳米线的构筑方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
磁性纳米线器件、其制作方法与磁性纳米线的构筑方法
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。进一步地，采用磁控溅射法、离子束溅射法或电子束蒸发法设置上述第一电极层和/或上述第二电极层，优选采用原子层沉积法、磁控溅射法或离子束溅射法设置上述绝缘层。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，优选上述纳米通孔的直径在20～50nm之间。进一步地，在设置上述第一电极层之前，上述制作方法还包括：在上述衬底上设置种子层，上述第一电极层设置在上述种子层的远离上述衬底的表面上，优选采用磁控溅射法、离子束溅射法或电子束蒸发法设置上述种子层，进一步优选上述种子层的材料选自Ti和/或Cr，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的构筑方法，上述构筑方法包括：步骤S1，向任一种上述的磁性纳米线器件的铁磁电极层和/或上述磁性纳米线器件的非磁性电极层上施加电压，使上述铁磁电极层与上述非磁性电极层之间具有正电势差，进而在上述磁性纳米线器件中形成磁性纳米线。进一步地，在上述步骤S1中，向上述铁磁电极层施加正扫描电压，使上述非磁性电极层接地。进一步地，上述铁磁电极层的材料的原子为铁磁原子，上述构筑方法还包括：步骤S2，逐渐减小上述铁磁电极层与上述非磁性电极层之间的正电势差，使得上述磁性纳米线的宽度逐渐减小，直到上述磁性纳米线的最小宽度等于一个上述铁磁原子的直径。进一步地，在上述步骤S2中，向上述铁磁电极层施加负扫描电压，使上述非磁性电极层接地，且上述步骤S2中的负扫描电压的扫描方式为逼近式负电压扫描。应用本申请的技术方案，当上述铁磁电极层与上述非磁性电极层之间具有正电势差时，铁磁电极层中的铁磁原子被氧化为离子，这些离子通过纳米通孔扩散到非磁性电极层，被还原为原子，然后原子沉积在非磁性电极层上，通过不断地堆积，直到铁磁电极层，形成了磁性纳米线，并且由于原子阻挡层设置在绝缘层与铁磁电极层之间，当原子堆积到原子阻挡层时，只能通过纳米通孔，不能在除了纳米通孔之外的其他位置堆积，并且，通过调整纳米孔的位置可以控制磁性纳米线的位置，所以，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。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的磁性纳米线器件的结构示意图；图2示出了本申请的一种实施例提供的磁性纳米线器件的结构示意图；图3示出了本申请的另一种实施例提供的磁性纳米线器件的结构示意图；图4示出了图2中的器件在施加V1时的工作状态示意图；图5示出了图2中的器件在施加V2时的工作状态示意图；以及图6示出了图2中的器件在施加V3时的工作状态示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：1、衬底；2、种子层；3、第一电极层；4、绝缘层；5、原子阻挡层；6、第二电极层；01、原子；50、纳米通孔。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中无法提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性纳米线器件，其特征在于，所述磁性纳米线器件包括依次叠置设置的衬底(1)、第一电极层(3)、绝缘层(4)和第二电极层(6)，其中，所述第一电极层(3)与所述第二电极层(6)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，所述磁性纳米线器件还包括设置在所述铁磁电极层与所述绝缘层(4)之间的原子阻挡层(5)，所述原子阻挡层(5)包括纳米通孔(50)。

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米线器件，其特征在于，所述磁性纳米线器件包括依次叠置设置的衬底(1)、第一电极层(3)、绝缘层(4)和第二电极层(6)，其中，所述第一电极层(3)与所述第二电极层(6)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，所述磁性纳米线器件还包括设置在所述铁磁电极层与所述绝缘层(4)之间的原子阻挡层(5)，所述原子阻挡层(5)包括纳米通孔(50)。2.根据权利要求1所述的磁性纳米线器件，其特征在于，所述铁磁电极层的材料选自Fe、Co与Ni中的一种或多种，优选所述铁磁电极层的厚度为30～50nm。3.根据权利要求1所述的磁性纳米线器件，其特征在于，所述非磁性电极层的材料选自Pt与Ti中的一种或多种，优选所述非磁性电极层的厚度为30～50nm。4.根据权利要求1所述的磁性纳米线器件，其特征在于，所述绝缘层(4)的材料选自TiO2、TaO5、HfO2、NiO与ZrO2中的一种或多种，优选所述绝缘层(4)的厚度为10～30nm。5.根据权利要求1所述的磁性纳米线器件，其特征在于，所述原子阻挡层(5)的材料选自石墨烯、二硫化钼与五碲化锆中的一种或多种，所述原子阻挡层包括N个单原子层，其中，N为整数，且1≤N≤3，进一步优选所述纳米通孔(50)的直径在20～50nm之间。6.根据权利要求1所述的磁性纳米线器件，其特征在于，所述磁性纳米线器件还包括：种子层(2)，设置在所述衬底(1)与所述第一电极层(3)之间，优选所述种子层(2)的材料选自Ti和/或Cr，进一步优选所述种子层(2)的厚度在5～10nm之间。7.一种磁性纳米线器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：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，且所述第一电极层为非磁性电极层，所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，且所述第一电极层为铁磁电极层，所述第二电极层为非磁性电极层，其中，所述原子阻挡层包括纳米通孔。8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，采用磁控溅射法、离子束溅射法或电子束蒸发法设置所述第一电极层和/或所述第二电极层，优选采用原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙世兵，李磊磊，滕蛟，刘琦，吕杭炳，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11