本发明专利技术涉及一种非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，属于信息存储技术领域。存储器件由第一金层、钽层、铁磁层、铁电层和第二金层组成。第一金层、钽层、铁磁层、铁电层和第二金层由上而下依次重叠。第一金层的厚度为200-300纳米，钽层的厚度为5-10纳米，铁磁层的厚度为10-20纳米，为非晶层，铁电层的厚度为0.2-0.5毫米，晶体具有三方对称性，第二金层的厚度为300-500纳米。此外，本发明专利技术的信息存储器件，在实际应用中可以直接实现电场E对磁化强度M的调控，同时撤掉电场后，被调制的磁化强度M能够较好地保持，从而方便电场对磁记录操控，并能节省能耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，属于信息存储
技术介绍
近年来，利用电场来调控磁性的研究一直是一个意义重大并颇具难度的课题。在室温下，实现电场对磁性的调控，可以解决当前信息存储领域利用磁场或电流写入时的高功耗问题，从而在应用方面有很大的前景。与此相关的材料和结构的研究也被广泛地开展。 然而目前室温下具有较好的磁电性能的材料(如BiFeO3)很少，磁电耦合系数也较小；而在以应力为媒介的复合体系中，通过间接的磁电耦合方法，实现电场调控磁性具有较大可行性。各种铁磁\铁电的复合材料也在广泛的被尝试。本申请人曾经提出过专利技术名称为“电场辅助磁存储器件”、申请号为201010033877. 2的专利申请，专利技术中提出了通过利用电场改变磁性材料的矫顽场(He)的方式，从而可以减小写入磁头的磁场。考虑进一步的实际应用， 更需要电场能够直接对磁化强度(M)进行调控，而目前所有的室温下磁化强度随电场变化的行为(以下简称ME曲线)中都是接近铁电材料应变回线的蝶形曲线，当电场撤掉之后， 被调制磁状态不能很好地保持，这对于实际应用是很不利的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，针对现有的室温下电场调控磁性中，电场撤掉之后，被调制磁状态不能很好地保持的易失性行为，改变已有存储器件的结构，以实现电场调控磁性的ME曲线具有电滞回线或磁滞回线的回滞 (以下简称Loop)行为。本专利技术提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，由第一金层、钽层、铁磁层、铁电层和第二金层组成；所述的第一金层、钽层、铁磁层、铁电层和第二金层由上而下依次重叠，其中所述的第一金层的厚度为200-300纳米，所述的钽层的厚度为5-10纳米，所述的铁磁层的厚度为10-20纳米，所述的铁电层的厚度为O. 2-0. 5毫米，所述的第二金层的厚度为300-500纳米。上述信息存储器件中，所述的铁电层具有三方对称性，在正负电场的作用下发生 109度电畴翻转。上述信息存储器件中，所述的铁磁层为无磁晶各向异性的非晶或多晶结构，并对 109电畴翻转有响应。本专利技术提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，其优点是根据本专利技术设计的多铁复合结构，当在此结构的方向上施加并改变电压， 并在方向测磁时，能够看到磁化强度随电场变化一周(从O千伏/厘米逐渐变到+8 千伏/厘米，再逐渐减小到O千伏/厘米，然后反向增大到-8千伏/厘米，然后再逐渐减小至O千伏/厘米)体现出类似电滞、磁滞回线的Loop特征，表现为电对磁调控的非易失性，在实际应用中可以直接实现电场E对磁化强度M的调控，同时撤掉电场后，被调制的磁化强度M能够较好地保持，从而方便电场对磁记录操控，并能节省能耗。附图说明图I是本专利技术提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件的结构示意图。图2是对本专利技术的信息存储器件进行性能测试的电路示意图。图3是为本专利技术的信息存储器件在室温、5奥斯特磁场下，沿单晶样品的方向测磁时，磁化强度以及极化电流随外加电场的变化关系。图4是本专利技术的信息存储器件在室温，5奥斯特磁场下，沿单晶样品的方向测磁时，使用脉冲电场控制磁化强度的实验结果示意图。图5是本专利技术的信息存储器件的工作原理示意图。其中图5(a)为实现非易失电控磁效应的铁电极化翻转的原理不意图，图5(b)为铁磁性对电极化翻转响应的原理不意图。图I和图2中，I是第一金(Au)层，2是钽(Ta)层，3是铁磁层(CoFeB)，4是成分为 30%的铌镁酸铅钛酸铅(以下简称PMN-30% PT或PMN-PT)铁电层，5是第二金层，6是样品 (具体结构如图I所示)，7是电流计(Keithley 2400型电表)，8是电压源(Keithley6517A 型电表)，9是保护电阻，阻值为16兆欧姆。具体实施例方式本专利技术提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，其结构如图I所示， 由第一金层I、钽层2、铁磁层3、铁电层4和第二金层5组成。第一金层I、钽层2、铁磁层 3、铁电层4和第二金层5由上而下依次重叠，其中所述的第一金层的厚度为200-300纳米， 所述的钽层的厚度为5-10纳米，所述的铁磁层的厚度为10-20纳米，所述的铁电层的厚度为O. 2-0. 5毫米，所述的第二金层的厚度为300-500纳米。本专利技术提出的非易失性电场调控磁化强度的信息存储器件，其制备过程可以采用常规的磁控溅射法，包括以下各步骤(I)购买成分为30%的铌镁酸铅钛酸铅(以下简称PMN-30% PT或PMN-PT)的晶体，并加工成一个铁电层4，使铁电层的尺寸为长(沿方向)X宽(沿方向)X 厚(沿方向)等于5X5X0.5毫米3。然后进行单面(001)面抛光，要求粗糙度小于 0.5纳米。根据本专利技术的要求，铁电层必须具有三方(菱方)对称性，并且在正负电场的作用下可发生109度电畴翻转。(2)采用磁控溅射方法，在铁电基底的抛光表面上生长铁磁层CoFeB，磁控溅射的工艺参数为在室温下使用超高真空系统，将背底真空抽至10_6Pa，使用Co4ciFe4ciB2ci的祀材， 进行磁控溅射生长10分钟。制备得到的铁磁层为无磁晶各向异性的非晶或多晶结构，并能对109电畴翻转有较好的响应。(3)采用磁控溅射方法，在上述CoFeB铁磁层上面原位生长作为保护层的钽层2， 磁控溅射的工艺参数为在室温下使用超高真空系统，将背底真空抽至10_6Pa，使用Ta的靶材，进行磁控溅射生长5分钟。(4)米用磁控派射方法,在上述钽层2的表面和铁电层4的另一表面(非抛光表面)分别生长厚度为300纳米的第一金层I和第二金层5，磁控溅射的工艺参数为在室温下将背底真空抽至10_4Pa，使用Au的靶材，进行磁控溅射生长3分钟。为实现电写磁读的应用目的，本专利技术选择在磁隧道结方面具有广泛应用的非晶 CoFeB做为磁性层。由于组分处于准同型相界(MPB)附近的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-30% PT)具有较高的压电系数和丰富的电畴结构，并考虑到(001)切向的单晶能更好地发挥其压电特性和体现电畴结构，特选择其做为铁电衬底。根据本专利技术，铁电层的尺寸长(沿方向)X宽(沿方向)X厚(沿方向)以5X5X0. 5毫米3为宜，并可以根据实用需要合理改变。根据本专利技术，CoFeB铁磁层的厚度可在5纳米 100纳米之间，以20纳米为宜，并通过超高真空利用磁控溅射方法生长在PMN-PT铁电单晶基底上。根据本专利技术，厚度可在5 10纳米范围的金属钽(Ta)长在CoFeB之上，以10纳米为宜，作为保护层，防止其中磁性元素Co、Fe被氧化。根据本专利技术，制备的PMN_PT\CoFeB\Ta的多铁复合结构的上下两面通过磁控溅射方法生长厚度范围在200 300纳米之间的金(Au)层作为电极，以在上面引线施加电压。本专利技术具有非易失性电场调控磁化强度的多铁复合结构，采用磁控溅射方法在市面上可以购买到的、(001)切向单面抛光的PMN-PT晶体基底上生长CoFeB、Ta以及Au等功能层，然后利用自行研制的多铁测量技术在超导量子干涉仪(SQUID)中进行原位磁场和电场下的磁化强度测量，整个测量电路使用一个Keithley 6517A型电表作为恒压源，使用一个Keithley 2400型电表作为电流计，使用一个16兆欧本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵永刚，张森，杨军杰，李培森，曲天良，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。