【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件制造，具体涉及一种多功能电子器件及其制备方法。
技术介绍
1、随着人工智能应用的迅速发展，人们对于更高效、更智能的计算方式的需求也在不断增加。传统冯·诺依曼计算机在并行性计算和自适应学习方面的效率较低，无法满足当今迅速发展的信息技术对高速计算的紧迫需求。受到生物神经系统中众多神经元和突触之间并行处理的启发，神经形态计算具有高度并行性和超低功耗等优势，被认为是打破传统计算机局限性，实现新一代人工智能的理想途径。神经形态器件是实施神经形态计算的硬件载体，是构建神经形态芯片的关键。神经形态器件顾名思义就是在器件上模拟生物的突触和神经元功能。生物的突触包括轴突和树突，起到接受其他神经元轴突传来的冲动并传给神经元细胞体的作用，而神经元细胞体的主要作用在于联络和整合输入信息并传出信息。通常人们用模拟运算放大器来代表神经元细胞体，用导线来代表树突和轴突，用电阻作为连接权值来代表突触连接，以此充分发挥神经网络并行处理的特点。大量的神经形态器件以类似于大量神经元和突触之间并行工作的方式实现超低功耗运算，从而使神经形态计算能够达到更高的计算效率。
2、自旋轨道转矩是一种通过电流操纵磁性材料磁矩方向的效应。通过在自旋轨道耦合材料中引入自旋极化的电流，自旋轨道转矩可以向相邻磁性层传递角动量，进而控制相邻磁性层中的磁矩方向，这意味着信息存储可以是非易失性的。在神经形态计算中，这种特性可以用来模拟突触的持久性变化，从而实现类似于记忆和学习的功能。因而，利用自旋轨道转矩效应而制成的自旋轨道转矩神经形态电子器件，可以结合自旋
3、目前对于自旋轨道转矩神经形态电子器件的研究绝大多数集中在模拟单一的生物突触特性，如何利用自旋轨道转矩的特性制备出一种能够同时模拟生物突触特性和神经元功能的多功能自旋轨道转矩神经形态电子器件对于神经形态计算领域的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术中的问题，提供了一种多功能电子器件及其制备方法，通过改变写入电流的脉宽、工作温度、磁场的大小和方向，利用磁化翻转过程实现霍尔电阻的不同阻态和非线性变化趋势，进而实现能够同时模拟生物突触特性和非线性激活函数功能的多功能自旋轨道转矩神经形态电子器件。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种多功能电子器件，包括自下而上依次的衬底、磁性层、自旋轨道耦合层、保护层和霍尔电极层；
4、其中，所述衬底的材料为蓝宝石或srtio3；所述磁性层的材料为cr2te3；所述自旋轨道耦合层的材料为拓扑绝缘体(bixsb1-x)2te3，0<x<1；所述磁性层与自旋轨道耦合层之间形成异质结构。
5、进一步地，所述保护层的材料为al2o3。
6、进一步地，所述霍尔电极层的材料为cr/au或ti/au。
7、进一步地，所述磁性层的厚度为10～20个晶胞(unit cell，简称u.c.)。
8、进一步地，所述自旋轨道耦合层的厚度为5～20个五原子层(quintuple laye，简称ql)。
9、进一步地，在80～150k工作温度下对多功能电子器件施加100～30000oe的面内辅助磁场，通过对霍尔电极层施加写入电流，实现磁化翻转过程。
10、进一步地，通过调整写入电流的脉宽，工作温度，以及施加面内辅助磁场的大小和方向，使自旋流产生不同的自旋轨道转矩强度，导致磁畴大小和畴内磁矩方向发生变化，进而改变多功能电子器件的霍尔电阻的阻态大小，以及模拟的非线性sigmoid函数。
11、进一步地，随着写入电流的脉宽的增大，磁化翻转过程中霍尔电阻的高阻态和低阻态之间的差值，以及非线性sigmoid函数的斜率均会变大。
12、进一步地，随着工作温度的升高或施加面内辅助磁场的增大，磁化翻转过程中霍尔电阻的高阻态和低阻态之间的差值均先变大再变小，而非线性sigmoid函数不发生变化。
13、进一步地，面内辅助磁场方向和写入电流方向由平行变为垂直时，磁化翻转过程中霍尔电阻的高阻态和低阻态之间的差值逐渐变小至零，而非线性sigmoid函数不发生变化。
14、上述多功能电子器件的制备方法，包括以下步骤：
15、步骤1：清洗衬底表面；
16、步骤2：采用分子束外延方法，在衬底表面依次生长磁性层和自旋轨道耦合层，分别在生长完成磁性层和自旋轨道耦合层后，在对应生长温度下进行30min的原位退火处理，自然冷却至室温，进而在所得磁性层与自旋轨道耦合层之间形成异质结构；
17、步骤3：在自旋轨道耦合层表面制备保护层；
18、步骤4：利用光刻与刻蚀技术，在保护层表面制备霍尔电极图案，通过沉积金属制备霍尔电极层，最终得到多功能电子器件。
19、进一步地，步骤2中生长磁性层和自旋轨道耦合层的环境为10-10～10-9torr的超真空环境。
20、进一步地，当采用srtio3为衬底时，步骤1在清洗衬底表面后，还需在930℃的氧气氛围下退火3h。
21、本专利技术的有益效果为：
22、本专利技术以拓扑绝缘体(bixsb1-x)2te3为自旋轨道耦合层材料，cr2te3为磁性层材料，制备了一种多功能电子器件，在80～150k工作温度下对其施加100～30000oe的面内辅助磁场，在施加写入电流后实现磁化翻转过程；并通过改变写入电流的脉宽、工作温度、面内辅助磁场的大小和方向，调整霍尔电阻的不同阻态和非线性变化趋势，进而实现能够同时模拟生物突触特性和非线性激活函数功能的多功能自旋轨道转矩神经形态电子器件；本专利技术的器件结构简单，调控生物突触特性和非线性激活函数功能的手段多样，作为高质量、多功能的电子器件在神经形态计算等领域具有广泛应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种多功能电子器件，其特征在于，包括自下而上依次的衬底、磁性层、自旋轨道耦合层、保护层和霍尔电极层；
2.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，保护层的材料为Al2O3；霍尔电极层的材料为Cr/Au或Ti/Au。
3.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，磁性层的厚度为10～20个晶胞。
4.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，自旋轨道耦合层的厚度为5～20个五原子层。
5.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，在80～150K工作温度下对多功能电子器件施加100～30000Oe的面内辅助磁场，通过对霍尔电极层施加写入电流，实现磁化翻转过程。
6.根据权利要求5所述多功能电子器件，其特征在于，通过调整写入电流的脉宽，工作温度，以及施加面内辅助磁场的大小和方向，改变多功能电子器件的霍尔电阻的阻态大小，以及模拟的非线性Sigmoid函数。
7.根据权利要求6所述多功能电子器件，其特征在于，随着写入电流的脉宽的增大，磁化翻转过程中霍尔电阻的高阻态和低阻态之间的差值，以及非线性S
8.根据权利要求6所述多功能电子器件，其特征在于，随着工作温度的升高或施加面内辅助磁场的增大，磁化翻转过程中霍尔电阻的高阻态和低阻态之间的差值均先变大再变小，而非线性Sigmoid函数不发生变化。
9.根据权利要求6所述多功能电子器件，其特征在于，面内辅助磁场方向和写入电流方向由平行变为垂直时，磁化翻转过程中霍尔电阻的高阻态和低阻态之间的差值逐渐变小至零，而非线性Sigmoid函数不发生变化。
10.权利要求1～9任一项所述多功能电子器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多功能电子器件，其特征在于，包括自下而上依次的衬底、磁性层、自旋轨道耦合层、保护层和霍尔电极层；
2.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，保护层的材料为al2o3；霍尔电极层的材料为cr/au或ti/au。
3.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，磁性层的厚度为10～20个晶胞。
4.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，自旋轨道耦合层的厚度为5～20个五原子层。
5.根据权利要求1所述多功能电子器件，其特征在于，在80～150k工作温度下对多功能电子器件施加100～30000oe的面内辅助磁场，通过对霍尔电极层施加写入电流，实现磁化翻转过程。
6.根据权利要求5所述多功能电子器件，其特征在于，通过调整写入电流的脉宽，工作温度，以及施加面内辅助磁场的大小和方向，改变多...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，吴宇航，张志强，杨超，黄建文，汪洋，熊杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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