室温下具有垂直磁各向异性的异质结结构及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种室温下具有垂直磁各向异性的异质结结构及其应用。该异质结结构包括范德华拓扑材料层以及二维磁性材料层，其中，范德华拓扑材料层的厚度为5

【技术实现步骤摘要】
室温下具有垂直磁各向异性的异质结结构及其应用


[0001]本专利技术涉及自旋原型器件
，具体涉及室温下具有垂直磁各向异性的异质结结构及其应用。

技术介绍

[0002]随着电子信息产业的持续发展，电子器件很大程度上决定了计算机的运行性能：从电子管到晶体管，从分离元件到现如今的超大规模集成电路，每次技术上的更行迭代都会引起计算机领域的重大革命，存储器件是当前计算机体系结构中重要组成部分之一，是磁性材料的主要应用方向之一，目前基于磁性材料的数据存储器件主要分为两大类：一是硬盘驱动器，二是磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)。与此同时，由于人工智能、物联网、5G通信等数据密集型应用飞速发展，海量数据的高效存储与处理使传统的冯
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诺依曼计算架构面临着严峻挑战。在分立的存储器与处理器之间频繁的数据迁移造成了大量能耗与延时，总线有限的带宽也制约着计算机体系算力与能效的进一步提升。因此，旨在存储器内部进行计算的存算一体这一新型计算架构获得了广泛关注。当前，MRAM作为一种非易失性存储器已本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室温下具有垂直磁各向异性的异质结结构，其包括范德华拓扑材料层，以及生长于该范德华拓扑材料层之上的二维磁性材料层，其中，所述范德华拓扑材料层的厚度为5
‑
20nm，所述二维磁性材料层的厚度为1
‑
10nm；优选地，所述范德华拓扑材料层和所述二维磁性材料层的总厚度不超过20nm。2.根据权利要求1所述的异质结结构，其中，所述范德华拓扑材料选自强自旋轨道耦合材料；优选地，所述范德华拓扑材料选自Bi2Se3，Bi2Te3，Bi
x
Sb1‑
x
，Sb2Te3和(Bi
x
Sb1‑
x
)2Te3中的一种或两种以上的组合；更优选为Bi2Te3；优选地，所述Bi
x
Sb1‑
x
中的x的值为0.9；优选地，所述(Bi
x
Sb1‑
x
)2Te3中的x的取值范围为0
‑
1。3.根据权利要求1或2所述的异质结结构，其中，所述二维磁性材料为在室温下具有磁性的二维范德华材料，优选包含Fe3GeTe2，Fe4GeTe2，Fe5GeTe2，Gr2Ge2Te6，CrTe2中的一种或两种以上的组合；更优选为Fe3GeTe2。4.一种室温全范德华自旋轨道矩磁存储器，其中：该室温全范德华自旋轨道矩磁存储器包括依次设置的底电极层、范德华拓扑材料层、第一二维材料层、势垒层、第二二维材料层、顶电极；其中，所述范德华拓扑材料层与第一二维材料层构成权利要求1
‑
3任一项所述的异质结结构；优选地，所述范德华拓扑材料层的材料为Bi2Te3，厚度为8nm；所述第一二维磁性材料层的材料为Fe3GeTe2，厚度为3
‑
5nm；所述势垒层的材料选自h
‑
BN，石墨，MoS2，WS2，掺杂的石墨烯中的一种或两种以上的组合，厚度为1
‑
7nm；第二二维磁性材料层的材料为Fe5‑
x
GeTe2，厚度为1
‑
8nm；或者，该室温全范德华自旋轨道矩磁存储器包括依次设置的底电极层、范德华拓扑材料层、第一二维材料层、拓扑绝缘体层、第二二维材料层、顶电极；其中，所述范德华拓扑材料层与第一二维材料层构成权利要求1
‑
3任一项所述的异质结结构；优选地，所述范德华拓扑材料层的材料为Bi2Te3，厚度为8nm；所述第一二维磁性材料层的材料为Fe3GeTe2，厚度为3
‑
5nm；所述拓扑绝缘体层的材料为Bi2Te3，厚度为1
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5nm；所述第二二维磁性材料层的材料为Fe3GeTe2，厚度为3
‑
5nm。5.一种实现同或逻辑运算的装置，其包括一对室温全范德华自旋轨道矩磁存储器、字线对和共享位线；所述一对室温全范德华自旋轨道矩磁存储器用于存储二进制权重；每个室温全范德华自旋轨道矩磁存储器分别与字线对中的一者连接、同时均与共享位线相连；其中，所述室温全范德华自旋轨道矩磁存储器为权利要求4所述的室温全范德华自旋轨道矩磁存储器；优选地，该实现同或逻辑运算的装置还包括与所述共享位线连接的电压比较器或者感测放大器；优选地，所述室温全范德华自旋轨道矩磁存储器的顶部电极与对应字线相连接，底部电极与位线相连接。6.一种实现同或逻辑运算的方法，其是利用权利要求5所述的实现同或逻辑运算的装置，以一对室温全范德华自旋轨道矩磁存储器来存储二进制权重，利用字线对上的差分电压作为二进制输入值以实现同或逻辑运算；其中：
一对室温全范德华自旋轨道矩磁存储器中的一者被编程为高阻态，另一者被编程为低阻态；其中，对于编程为高阻态和低阻态的室温全范德华自旋轨道矩磁存储器的相对位置，室温全范德华自旋轨道矩磁存储器中存储的权重将分别对应逻辑值1或逻辑值0；将二进制输入值以差分电压的模式施加在连接到所述室温全范德华自旋轨道矩磁存储器的字线对上，室温全范德华自旋轨道矩磁存储器起到分压的作用，字线对中的一者位于高电平，另一者位于低电平；对于位于高电平和低电平的字线的相对位置，二进制输入值分别对应逻辑值1或逻辑值0；通过在连接到所述室温全范德华自旋轨道矩磁存储器的字线对上施加差分电压，在共享位线得到分压；根据不同的输入值和权重的配对所获得的分压值，共享位线处于高电压电平或低电压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂天晓，赵巍胜，张婕，曹凯华，王海宇，白月，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：