本发明专利技术公开了一种基于电场控制多铁异质结中磁畴壁运动的逻辑器件，属于多铁异质结以及相应器件领域。本发明专利技术提供的多铁异质结结构，通过在衬底电极层和其中一个铁磁电极之间施加外电场，在压电衬底层与第一/第二铁磁耦合区之间的耦合作用下，实现磁纳米线中磁畴壁的产生和移动，通过在两个铁磁电极上施加正电压或接地，能够实现两个不同逻辑态的输入。基于两种异质结结构，本发明专利技术提出两种逻辑器件，仅用两个逻辑输入端，实现了多种逻辑功能，具有可重构的逻辑功能，能够实现逻辑功能的切换，提升了逻辑器件的集成度；且在大规模集成的过程中，由于没有涉及到电流驱动，具有功耗低的特点。低的特点。低的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于电场控制多铁异质结中磁畴壁运动的逻辑器件
[0001]本专利技术属于多铁异质结以及相应器件领域，更具体地，涉及一种基于电场控制多铁异质结中磁畴壁运动的逻辑器件。
技术介绍
[0002]逻辑器件常用于电子计算机所需的各种逻辑功能电路中，也可以被集成在逻辑芯片中，满足一般系统的数字需求，可以处理非常复杂的控制和运算问题。并且它可用被用来实现存内计算，提高计算机处理能力和速度。
[0003]现有技术中，常用的逻辑器件包括自旋领域常用的基于自旋转移力矩(STT)或自旋轨道矩(SOT)原理的逻辑器件以及半导体领域常用的基于CMOS的逻辑器件。
[0004]自旋领域常用的基于自旋转移力矩(STT)或自旋轨道矩(SOT)原理的逻辑器件，在内部和逻辑门层面均采用自旋作为状态变量来进行信息的处理和传递，该器件利用纳磁体的磁化方向表征和存储信息，利用自旋电流来传输和处理信息，具有结构简单、集成密度高等优点。半导体领域常用的基于CMOS的逻辑器件，其通过晶体管的组合和设计来实现门电路功能，CMOS允许极高的逻辑集成密度，器件尺寸小，可以制造在极小的面积上，并且硅基工艺成熟。
[0005]但是，自旋领域常用的逻辑器件需要引入大电流来实现磁化翻转，在集成过程中，器件缩小会造成电流密度偏大，功耗高；基于CMOS的逻辑器件，需要多个器件才能实现多种逻辑功能，在集成过程中，同样存在功耗高的问题。另外，部分现有的逻辑器件在实现多种逻辑输出时，输入端较多，结构复杂；同时，不能实现逻辑功能的切换，不利于器件的大规模集成。<br/>[0006]铁电/铁磁异质结构是指铁磁与铁电复合多铁性(FM/FE)异质结薄膜的结构，现有技术中，这种多铁异质结结构可以作为逻辑单元的连接部件，实现大型复杂逻辑网络的构建，但是通过这种常用的多铁异质结结构构建的大型复杂逻辑网络无法实现对中间逻辑单元输入状态的控制，在大型复杂逻辑网络构建过程中多有不便。
技术实现思路
[0007]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于电场控制多铁异质结中磁畴壁运动的低功耗逻辑器件，其目的在于设计一种新的多铁异质结结构，能够实现在大型复杂逻辑网络中，对中间逻辑单元输入状态的控制，以及基于该多铁异质结结构设计一种新的逻辑器件，实现同时降低逻辑器件的功耗及提升逻辑器件集成度的目的。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多铁异质结结构，包括：衬底电极层、压电衬底层、铁磁薄膜层、第一铁磁电极及第二铁磁电极；
[0009]衬底电极层设置在压电衬底层上；
[0010]铁磁薄膜层包括第一铁磁耦合区、第二铁磁耦合区及连接两个铁磁耦合区的铁磁纳米线；第一铁磁耦合区和第二铁磁耦合区设置在压电衬底层的其它面上，所述其它面与
衬底电极层设置在压电衬底层上的面相对应；
[0011]第一铁磁电极覆盖在第一铁磁耦合区上，第二铁磁电极覆盖在第二铁磁耦合区上；
[0012]所述铁磁纳米线作为活性区域，在衬底电极层与铁磁电极之间施加电压，以使压电衬底层两端产生电场，在压电衬底层与铁磁耦合区之间的耦合作用下，控制铁磁纳米线中磁畴的产生和移动；其中，所述铁磁电极为第一铁磁电极或第二铁磁电极，所述铁磁耦合区为第一铁磁耦合区或第二铁磁耦合区。
[0013]进一步地，所述衬底电极层设置在所述压电衬底层的一个面上，所述第一铁磁耦合区和所述第二铁磁耦合区设置在与所述衬底电极层相对应的压电衬底层另外一个面上。
[0014]进一步地，所述衬底电极层包括第一衬底电极层和第二衬底电极层，所述第一衬底电极层和所述第二衬底电极层分别设置在所述压电衬底层两个相邻的面上；所述铁磁薄膜层设置在与第一衬底电极层和第二衬底电极层相对应的压电衬底层另外两个面上，记所述另外两个面分别为第一侧面和第二侧面；
[0015]所述第一铁磁耦合区位于与所述压电衬底层的第一侧面上，所述第二铁磁耦合区位于所述压电衬底层的第二侧面上。
[0016]进一步地，位于所述压电衬底层第一侧面和第二侧面上的铁磁纳米线的长度相等。
[0017]进一步地，所述铁磁薄膜层通过光刻工艺制备成哑铃状，位于哑铃状的两端区域为第一铁磁耦合区和第二铁磁耦合区，位于哑铃状的中间区域为铁磁纳米线。
[0018]进一步地，所述压电衬底层的材料为铌镁酸铅—钛酸铅，所述铁磁薄膜层的材料为Ni。
[0019]按照本专利技术的第二方面，提供了一种控制多铁异质结中磁畴壁运动的逻辑器件，包括：多铁异质结结构、隧穿层和设置在所述隧穿层上的固定层；其中，所述多铁异质结结构为第一方面所述的多铁异质结结构；
[0020]所述隧穿层设置在所述铁磁纳米线的上方，铁磁纳米线、隧穿层及固定层自下而上形成磁性隧道结结构，作为所述逻辑器件的输出端，所述第一铁磁电极和所述第二铁磁电极作为所述逻辑器件的两个输入端。
[0021]进一步地，控制所述固定层的磁化方向为沿+x轴方向，使所述逻辑器件实现异或逻辑运算；
[0022]控制所述固定层的磁化方向为沿
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x轴方向，使所述逻辑器件实现同或逻辑运算；
[0023]其中，设定与所述铁磁纳米线平行或反平行的方向为+x轴方向，且设定对第一铁磁电极或第二铁磁电极施加正电压记为逻辑输入“1”，对第一铁磁电极或第二铁磁电极接地记为逻辑输入“0”。
[0024]按照本专利技术的第三方面，提供了一种控制多铁异质结中磁畴壁运动的逻辑器件，包括多铁异质结结构、第一隧穿层、第二隧穿层、第一固定层及第二固定层；其中，所述多铁异质结结为第一方面所述的多铁异质结结构；
[0025]所述第一隧穿层设置在位于所述压电衬底层第一侧面上的铁磁纳米线的上方，所述第一固定层设置在所述第一隧穿层上，位于压电衬底层第一侧面上的铁磁纳米线、第一隧穿层及第一固定层自下而上形成第一磁性隧道结结构；
[0026]所述第二隧穿层设置在位于所述压电衬底层第二侧面上的铁磁纳米线的上方，所述第二固定层设置在所述第二隧穿层上，位于压电衬底层第二侧面上的铁磁纳米线、第二隧穿层及第二固定层自下而上形成第二磁性隧道结结构；
[0027]所述第一铁磁电极和所述第二铁磁电极作为所述逻辑器件的两个逻辑输入端，所述第一磁性隧道结结构和所述第二磁性隧道结结构并联后作为所述逻辑器件的输出端。
[0028]进一步地，控制所述第一固定层的磁化方向为沿+z轴方向及所述第二固定层的磁化方向为沿
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y轴方向，使所述逻辑器件实现或逻辑运算；
[0029]控制所述第一固定层的磁化方向为沿
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z轴方向及所述第二固定层的磁化方向为沿+y轴方向，使所述逻辑器件实现与非逻辑运算；
[0030]其中，设定与位于所述压电衬底层第一侧面上的铁磁纳米线平行或反平行的方向为+z轴方向，与位于所述压电衬底层第二侧面的铁磁纳米线平行或反平行的方向为+y轴方向；设定对第一铁磁电极或第二铁磁电极施加正电压记为逻辑输入“1”，对第一铁磁电极或第二铁磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多铁异质结结构，其特征在于，包括：衬底电极层、压电衬底层(2)、铁磁薄膜层、第一铁磁电极(401)及第二铁磁电极(402)；衬底电极层设置在压电衬底层(2)上；铁磁薄膜层包括第一铁磁耦合区(301)、第二铁磁耦合区(304)及连接两个铁磁耦合区的铁磁纳米线(302)；第一铁磁耦合区(301)和第二铁磁耦合区(304)设置在压电衬底层(2)的其它面上，所述其它面与衬底电极层设置在压电衬底层(2)上的面相对应；第一铁磁电极(401)覆盖在第一铁磁耦合区(301)上，第二铁磁电极(402)覆盖在第二铁磁耦合区(304)上；所述铁磁纳米线(302)作为活性区域，在衬底电极层与铁磁电极之间施加电压，以使压电衬底层两端产生电场，在压电衬底层与铁磁耦合区之间的耦合作用下，控制铁磁纳米线(302)中磁畴的产生和移动；其中，所述铁磁电极为第一铁磁电极(401)或第二铁磁电极(402)，所述铁磁耦合区为第一铁磁耦合区(301)或第二铁磁耦合区(304)。2.根据权利要求1所述的多铁异质结结构，其特征在于，所述衬底电极层设置在所述压电衬底层(2)的一个面上，所述第一铁磁耦合区(301)和所述第二铁磁耦合区(304)设置在与所述衬底电极层相对应的压电衬底层(2)另外一个面上。3.根据权利要求1所述的多铁异质结结构，其特征在于，所述衬底电极层包括第一衬底电极层(101)和第二衬底电极层(102)，所述第一衬底电极层(101)和所述第二衬底电极层(102)分别设置在所述压电衬底层(2)两个相邻的面上；所述铁磁薄膜层设置在与第一衬底电极层(101)和第二衬底电极层(102)相对应的压电衬底层(2)另外两个面上，记所述另外两个面分别为第一侧面和第二侧面；所述第一铁磁耦合区(301)位于与所述压电衬底层(2)的第一侧面上，所述第二铁磁耦合区(304)位于所述压电衬底层(2)的第二侧面上。4.根据权利要求3所述的多铁异质结结构，其特征在于，位于所述压电衬底层(2)第一侧面和第二侧面上的铁磁纳米线(302)的长度相等。5.根据权利要求2所述的多铁异质结结构，其特征在于，所述铁磁薄膜层通过光刻工艺制备成哑铃状，位于哑铃状的两端区域为第一铁磁耦合区(301)和第二铁磁耦合区(304)，位于哑铃状的中间区域为铁磁纳米线(302)。6.根据权利要求1
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5任意一项所述的多铁异质结结构，其特征在于，所述压电衬底层的材料为铌镁酸铅—钛酸铅，所述铁磁薄膜层的材料为Ni。7.一种控制多铁异质结中磁畴壁运动的逻辑器件，其特征在于，包括：多铁异质结结构、隧穿层(5)和设置在所述隧穿层(5)上的固定层(6)；其中，所述多铁异质结结构为权...
【专利技术属性】
技术研发人员：游龙，李欣，洪正敏，哈努曼，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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