逻辑器件及逻辑组件制造技术

本实用新型专利技术提供一种逻辑器件，该逻辑器件包括：衬底、重金属层、铁磁层、多铁层和氧化物层；其中，重金属层包括外侧端设置有对应的电极的十字结构，通过改变施加在氧化物层与重金属层之间电场的方向，改变重金属层的电阻。具体地，衬底为柔性衬底，具有抗挤压、可弯曲等优点，该器件通过多铁材料在室温下实现电场对自旋轨道耦合临界电流的调控，从而有效调控自旋轨道耦合信号进行。利用不同氧化态界面(氧化物层)改变逻辑器件的效应，使输入电压对自旋轨道耦合临界电流的调控程度产生差异，从而可达到n型或p型逻辑运算功能，获得轻便、便携、低功耗的逻辑器件，也可对逻辑器件进行组合，获得集n型、p型逻辑功能于一体的逻辑组件。

Logic devices and components

【技术实现步骤摘要】
逻辑器件及逻辑组件
本技术涉及微电子
，具体地涉及一种基于多铁磁电耦合及自旋轨道耦合效应的逻辑器件及其制造方法。
技术介绍
传统电子学以电子的电荷属性为基础，人们通过对电子电荷的控制来实现信息存储及逻辑处理。然而，随着电子器件逐渐微型化，所面临的量子效应、能量损耗等的影响越来越明显，传统电子器件已经无法满足发展的需求。自旋电子器件具有非挥发性、低能耗和高集成度等优点使其飞速发展起来，自旋电子器件在信息处理中的高计算能力、低能耗等特性是传统的半导体电子器件无法比拟的。自旋轨道耦合可利用其产生的力矩实现对磁矩的操控，可实现小尺寸下的自旋翻转控制而不需要借助特定的磁性材料来产生自旋极化电流。基于自旋轨道转矩(自旋轨道耦合)的自旋逻辑器件在逻辑配置方面具有特别的优点，它可重新配置逻辑运算。易于结合电压控制的磁各向异性(VCMA)效应来调控自旋轨道耦合。传统自旋轨道耦合调控依赖电流产生的磁场、自旋力矩等，这需要较高的电流密度，从而产生大量的能耗。而多铁性材料可以使用电场调控自旋轨道耦合，能够有效降低能耗，在信息存储、自旋电子学等方面具有巨大的潜在应用前景。有鉴于此，设计一种轻便、便携、低功耗、稳定性好的逻辑器件及该器件的制作方法是本技术所要解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种基于多铁磁电耦合及自旋轨道耦合效应的逻辑器件，以解决现有技术中逻辑器件柔韧性不足及能耗高等问题。一方面，本技术提供一种逻辑器件，其特征在于，包括：衬底，用于承载所述逻辑器件，所述衬底为柔性衬底；重金属层，位于所述衬底上，厚度为3-10纳米；铁磁层，位于所述重金属层上，厚度为1-30纳米；多铁层，位于所述铁磁层上，厚度为2-200纳米；氧化物层，位于所述多铁层上，厚度为1-10纳米；其中，所述重金属层包括至少一个十字结构，并在所述十字结构的外侧端设置有对应的电极，通过改变施加在所述氧化物层与所述重金属层之间电压的方向，改变所述重金属层的电阻。优选地，所述氧化物层为过氧化态或欠氧化态中的一种。优选地，所述十字结构的外侧端包括一个输入电极，与输入端相对的另一端电极接地，所述十字结构与输入电极相垂直的方向上的另两端的电极为输出端，通过从该输出端检测反常霍尔电压作为输出信号。优选地，所述铁磁层的初始磁矩方向垂直于所述铁磁层平面向上或向下。优选地，所述氧化物层为过氧化态，所述氧化物层与所述重金属层之间为正向电压时，所述过氧化层的自旋轨道耦合临界电流为I11，所述氧化物层与所述重金属层之间为负向电压时，所述过氧化层的自旋轨道耦合临界电流为I21，其中I11大于I21。优选地，向输入电极通入输入电流I，当I21＜I＜I11时，在正向电压下，所述输出信号不随输入电流I方向的改变而改变，在负向电压下，所述输出信号随输入电流I方向的改变而反向。优选地，所述过氧化物层为欠氧化态，所述氧化物层与所述重金属层之间为正向电压时，所述过氧化层的自旋轨道耦合临界电流为I12，所述氧化物层与所述重金属层之间为负向电压时，所述过氧化层的自旋轨道耦合临界电流为I22，其中I12小于I22。优选地，向输入电极通入输入电流I，当I12＜I＜I22时，在正向电压下，所述输出信号随输入电流I方向的改变而反向，在负向电压下，所述输出信号不随输入电流I方向的改变而改变。根据本技术的另一方面，还提供一种逻辑组件，其特征在于，包括：至少2个上述的逻辑器件；其中，所述逻辑器件包括氧化物层为过氧化态以及氧化层为欠氧化态的两种，两种所述逻辑器件相串联，两种所述逻辑器件的重金属层以及氧化物层分别串联连接，通过改变所述氧化物层和所述重金属层之间的电压方向选择性的控制其中至少一种所述逻辑器件。优选地，两种所述逻辑器件的铁磁层的初始磁矩方向相同或相反。根据本技术的另一方面，还提供一种逻辑器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：对衬底进行清洁；在清洁后的衬底上制备重金属层；对所述重金属层进行光刻和蚀刻，使其形成十字结构；在所述十字结构的外侧端设置相应的电极；在所述重金属层上制备铁磁层；在所述铁磁层上制备多铁层；在所述多铁层上制备氧化物层；其中，在多铁层上制备氧化物层时，可通过控制氧化物层的氧化状态，使氧化物层呈过氧化态或欠氧化态，以分别形成p型逻辑器件或n型逻辑器件。优选地，所述衬底由聚醚砜PES、聚对苯二甲酸乙二醇酯PI、聚乙烯对苯二酸脂PET、聚二甲基硅氧PDMS、聚丙烯己二酯PPA、云母Mica中的至少一种材料制成；所述重金属层由Pt，W，Ta中的至少一种材料制成；所述电极由Pt，W，Ta中的至少一种材料制成；所述铁磁层的材料例如为CoFeB，CoFe，NiFe，FeCrCo，FeCoV中的至少一种；所述多铁层包括BiFeO3、GaFeO3、BiCrO3、TbMnO3、Bi2FeCrO6、BiMnO3、HoMn2O5、HoMn2O5、YbMn2O5、ScMn2O5、YMn2O5、GaMn2O5、DyMn2O5、ErMn2O5、HoMnO3、YbMnO3、ScMnO3、YMnO3、GaMnO3、DyMnO3、ErMnO3中的至少一种；所述氧化物层的材料为Al的氧化物、Si的氧化物、Mg的氧化物中的至少一种。本技术提供的逻辑器件，具有以下优点或有益效果：通过采用柔性材料制作衬底，使对应的逻辑器件与传统器件相比具有更轻便、抗挤压、可弯曲等优点；该逻辑器件可根据需要调整其氧化物层的氧化状态，从而形成所需的n型或p型逻辑器件，以执行n型或p型逻辑功能，从而获得轻便、便携、低功耗的逻辑器件，相应地，该逻辑器件所对应的制作方法也具有很强的实用性。进一步地，本技术还提供一种由上述两种逻辑器件组合而成的逻辑组件，其可直接执行n型、p型逻辑功能，集n型、p型逻辑功能于一体，并具有两种器件信息的同时初始化和擦除功能，且操作方便快捷，逻辑组件的逻辑互补性也进一步增强了其可靠性。基于本技术提供的逻辑组件，其不仅有互补逻辑运算功能，还有信息初始化或擦除功能，在多功能或可编程自旋逻辑器件领域具有广阔的应用前景。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1为本技术实施例的逻辑器件的结构示意图；图2为本技术实施例的逻辑器件的重金属层俯视图；图3为本技术实施例的逻辑器件的测量示意图；图4a为本技术逻辑器件第一实施例的实验特性图；图4b为本技术逻辑器件第一实施例的真值表；图5a为本技术逻辑器件第二实施例的实验特性图；图5b为本技术逻辑器件第二实施例的真值表；图6为本技术实施例的逻辑器件的制作流程图；图7a为本技术逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种逻辑器件，其特征在于，包括：/n衬底，用于承载所述逻辑器件；/n重金属层，位于所述衬底上；/n铁磁层，位于所述重金属层上；/n多铁层，位于所述铁磁层上；/n氧化物层，位于所述多铁层上；/n其中，所述重金属层包括至少一个十字结构，并在所述十字结构的外侧端设置有对应的电极，通过改变施加在所述氧化物层与所述重金属层之间电压的方向，改变所述重金属层的电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种逻辑器件，其特征在于，包括：
衬底，用于承载所述逻辑器件；
重金属层，位于所述衬底上；
铁磁层，位于所述重金属层上；
多铁层，位于所述铁磁层上；
氧化物层，位于所述多铁层上；
其中，所述重金属层包括至少一个十字结构，并在所述十字结构的外侧端设置有对应的电极，通过改变施加在所述氧化物层与所述重金属层之间电压的方向，改变所述重金属层的电阻。


2.根据权利要求1所述的逻辑器件，其特征在于，所述氧化物层为过氧化态或欠氧化态中的一种。


3.根据权利要求2所述的逻辑器件，其特征在于，所述十字结构的外侧端包括一个输入电极，与输入端相对的另一端电极接地，所述十字结构与输入电极相垂直的方向上的另两端的电极为输出端，通过从该输出端检测反常霍尔电压作为输出信号。


4.根据权利要求1所述的逻辑器件，其特征在于，所述铁磁层的初始磁矩方向垂直于所述铁磁层平面向上或向下。


5.根据权利要求1所述的逻辑器件，其特征在于，所述衬底为柔性衬底，所述重金属层、所述铁磁层、所述多铁层和所述氧化物层均为薄膜状。


6.根据权利要求1所述的逻辑器件，其特征在于，
所述重金属层的厚度为3-10纳米；
所述铁磁层的厚度为1-30纳米；
所述多铁层的厚度为2-200纳米；
所述氧化物层的厚度为1-10纳米。


7.根据权利要求1所述的逻辑器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶建国，
申请(专利权)人：叶建国，
类型：新型
国别省市：河北;13