基于光敏中间层的光控磁阻器件制造技术

本发明专利技术涉及一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，本发明专利技术共提出2种实施方案。方案一：使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，即该磁阻器件的核心结构为“铁磁层/光敏中间层/铁磁层”，其中上下两个铁磁层作为自由层及参考层。方案二：在方案一的基础上，在铁磁层和光敏中间层之间，进一步设置缓冲层。本发明专利技术提出的基于光敏中间层的磁阻器件由于其中间层电学性质的光可调控性，增加了通过光学方法调控器件磁阻的新维度，使得单个磁阻器件可以实现4种以上电阻状态，从而可以存储多比特数据。因此能够实现更高的数据存储密度，同时降低单比特数据储存成本。

【技术实现步骤摘要】
基于光敏中间层的光控磁阻器件
本专利技术涉及一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，能够实现用光学方法调控磁阻效应，属于数据存储器

技术介绍
以自旋阀(Spin-valve)和磁隧道结(MagneticTunnelJunction，简称MTJ)为代表的磁阻器件在磁存储器(MagneticRandomAccessMemory，简称MRAM)、硬盘读头、磁传感器等方面都有重要应用。其核心部分主要由三层薄膜组成，其中两个铁磁层被中间非磁层分隔开，即“铁磁层/非磁中间层/铁磁层”三明治结构。其中一个铁磁层的磁化方向是固定不变的，称为参考层或固定层；另一个铁磁层的磁化方向可以被改变成与参考层层平行(Parallel，简称P)或者反平行(Anti-Parallel，简称AP)，称为自由层。由于巨磁阻效应(GiantMagnetoresistance)或隧穿磁阻效应(TunnelingMagnetoresistance)的存在，当两个铁磁层的磁化方向平行时，器件呈现低阻(RP)状态；而当两个铁磁层的磁化方向反平行时，器件会呈现高阻(RAP)状态，这两种状态可以在存储时分别用来表示二进制中的“0”和“1”。传统上，磁阻器件的非磁中间层起到分隔两层铁磁层，并且传导自旋极化电子的作用，在器件工作时不具有对磁阻进行调控的作用。目前常用的中间层材料主要有非磁金属材料如Cu、Cr(对应于自旋阀)、金属氧化物如MgO、Al2O3(对应于MTJ)等。中间层材料的选择对于磁阻率的大小有一定影响，但是一旦材料确定，对于电阻值的调控只是通过控制上下铁磁层的相对磁化方向来进行，而不能通过对中间层材料的调控来影响电阻。光敏材料的电学性质可以通过光照来有效调节，使用合适的光敏有机材料作为磁阻器件中间层材料，能够引入新的磁阻调控维度，在单个器件中利用磁阻效应和光阻效应的结合，实现4个及以上不同阻值状态，从而可以存储多个比特的数据，提高存储密度。
技术实现思路
一、专利技术目的：针对上述背景中提到的传统“铁磁层/非磁中间层/铁磁层”磁阻器件单个器件只能实现两种存储状态的问题，本专利技术提供了一种基于光敏中间层的光控磁阻器件结构。光敏材料的引入使得能够额外通过光学的方法调控电阻，从而在单个器件中实现四种(或更多)的存储状态，相比传统的磁阻器件来说存储密度更高，每比特数据存储成本更低。二、技术方案：本专利技术的技术方案是：一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，从而实现额外的以光学方式对阻值的调控。本专利技术共提出2种实施方案。方案一：一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于：使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，从而实现额外的以光学方式对阻值的调控，即该磁阻器件的核心结构为“铁磁层/光敏中间层/铁磁层”，其中上下两个铁磁层作为自由层及参考层，被光敏中间层分隔开。如附图1所示。其中所述两个铁磁层，两者材料可以相同也可以不同，可以使用铁磁金属材料如铁Fe、钴Co、镍Ni等，也可以是其合金如钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe等其中的一种，也可以是其他高自旋极化率的半金属或半金属合金材料如LaSrMnO3、Fe3O4、Co2FeAlSi等，还可以是磁性半导体材料如(GaMn)As、MnAs等。这些合金材料中各个元素的组成可以不一样，也可以掺杂。所述光敏中间层材料包括但不局限于酞菁铜(Copperphthalocyanine，CuPc)、氟化酞菁铜(fluorinatedcopperphthalocyanine，F16CuPc)等酞菁类有机物，也可以是其它化学性质较稳定、其电学属性具有显著的光可调控性的光敏材料，例如Ge、锑化铟等光敏半导体等。方案二：一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，即该磁阻器件的核心结构为“铁磁层/光敏中间层/铁磁层”，其中上下两个铁磁层作为自由层及参考层，被光敏中间层分隔开；同时在铁磁层和光敏中间层之间，进一步设置有缓冲层，即上下两个铁磁层作为自由层及参考层，光敏层作为中间层，光敏中间层与铁磁层被缓冲层分隔开，即从上到下依次是“铁磁层/缓冲层/光敏中间层/缓冲层/铁磁层”。这里缓冲层的作用之一是减小或避免所述的铁磁层和光敏中间层材料之间在制备过程中互相渗透，导致界面质量不好的问题；另一个作用是保护作为自由层的铁磁层，使其在制备过程中不与外界空气或中间层材料发生化学反应而破坏材料特性。如图2(a)所示。其中所述两个铁磁层，两者材料可以相同也可以不同，可以使用铁磁金属材料如铁Fe、钴Co、镍Ni等，也可以是其合金如钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe等其中的一种，也可以是其他高自旋极化率的半金属或半金属合金材料如LaSrMnO3、Fe3O4、Co2FeAlSi等，还可以是磁性半导体材料如(GaMn)As、MnAs等。这些合金材料中各个元素的组成可以不一样，也可以掺杂。所述光敏中间层材料包括但不局限于酞菁铜(Copperphthalocyanine，CuPc)、氟化酞菁铜(fluorinatedcopperphthalocyanine，F16CuPc)等酞菁类有机物，也可以是其它化学性质较稳定、其电学属性具有显著的光可调控性的光敏材料，例如Ge、锑化铟等光敏半导体等。所述的缓冲层可以仅存在与作为参考层的铁磁层和光敏中间层之间，作为自由层的铁磁层和中间层之间无缓冲层。如图2(b)所示。其中，所述的缓冲层可以仅存在与作为自由层的铁磁层和光敏中间层之间，作为参考层的铁磁层和光敏中间层之间无缓冲层。如图2(c)所示。所述的缓冲层是一层薄的导电材料，可以是化学性质稳定的金属如Ru、Cu、W等，也可以是金属的不完全氧化物如AlOx、MgOx等。三、优点及功效：本专利技术提供一种使用光敏材料作为中间层的磁阻器件。现有的基于非光敏中间层的磁阻器件只能通过调控上下铁磁层相对磁化方向实现2种电阻状态，因而单个器件只能存储1比特数据。与之相比，本专利技术提出的基于光敏中间层的磁阻器件由于其中间层电学性质的光可调控性，增加了通过光学方法调控器件磁阻的新维度，使得单个磁阻器件可以实现4种以上电阻状态，从而可以存储多比特数据。因此能够实现更高的数据存储密度，同时降低单比特数据储存成本。附图说明图1为基于光敏中间层的光控磁阻器件的一种核心结构(方案一)示意图。图2(a)、(b)、(c)为基于光敏中间层的光控磁阻器件的另一种核心结构(方案二)示意图。图3为基于光敏中间层的光控磁阻器件的一种核心结构(方案一)的一种特定实例的示意图。图4为基于光敏中间层的光控磁阻器件的一种核心结构(方案二)的一种特定实例的示意图。图5为基于光敏中间层的光控磁阻器件的一种核心结构(方案二)的一种特定实例的示意图。图6为基于光敏中间层的光控磁阻器件的一种特定实例下的四种工作状态。具体实施方式参照附图，进一步说明本专利技术的实质性特点。附图均为示意图。其中涉及的各功能层或区域的厚度非实际尺寸，其描绘的形状也非严格按照实际形状。在此公开了详细的示例性的实施例，其特定的结构细节和功能细节仅是表示描述示例实施例的目的，因此，可以以许多可选择的形式来实施本专利技术，且本专利技术不应该被理解为仅仅局本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于：使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，从而实现额外的以光学方式对阻值的调控，即该磁阻器件的核心结构为“铁磁层/光敏中间层/铁磁层”，其中上下两个铁磁层作为自由层及参考层，被光敏中间层分隔开。

【技术特征摘要】
1.一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于：使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，从而实现额外的以光学方式对阻值的调控，即该磁阻器件的核心结构为“铁磁层/光敏中间层/铁磁层”，其中上下两个铁磁层作为自由层及参考层，被光敏中间层分隔开。2.根据权利要求1所述的一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于：所述两个铁磁层，两者材料可以相同也可以不同，包括但不限于铁磁金属材料铁Fe、钴Co、镍Ni；或是其合金钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe其中的一种；或是其他高自旋极化率的半金属/半金属合金材料LaSrMnO3、Fe3O4、Co2FeAlSi；或是磁性半导体材料(GaMn)As、MnAs；这些合金材料中各个元素的组成可以不一样，也可以掺杂。3.根据权利要求1所述的一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于：所述光敏中间层材料包括但不局限于酞菁类有机物：酞菁铜、氟化酞菁铜；或是其它化学性质较稳定、其电学属性具有显著的光可调控性的光敏半导体材料：Ge、锑化铟。4.一种基于光敏中间层的光控磁阻器件，其特征在于：使用光敏材料取代现有磁阻器件中的非光敏中间层材料，即该磁阻器件的核心结构为“铁磁层/光敏中间层/铁磁层”，其中上下两个铁磁层作为自由层及参考层，被光敏中间层分隔开；同时在铁磁层和光敏中间层之间，进一步设置有缓冲层，即上下两个铁磁层作为自由层及参考层，光敏层作为中间层，光敏中间层与铁磁层被缓冲层分隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍胜，刘攀，林晓阳，斯志仲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11