[发明专利]一种多态存储器、其制备方法和存储方法及人工突触器

权利要求书

1.一种多态存储器，其特征在于，具有多层薄膜结构，从下至上依次包括：自旋流产生层、第一交换偏置层、绝缘材料层、第二交换偏置层和上电极；

其中，所述自旋流产生层用于产生对磁矩施加自旋轨道力矩的自旋流；所述第一交换偏置层的磁畴状态在所述自旋流的作用下发生改变，用于存储数据；所述绝缘材料层用于提供垂直磁各向异性，使得所述第一交换偏置层和第二交换偏置层的易磁化方向分别垂直于其膜面；所述第二交换偏置层用于读取隧穿磁电阻；

所述第一交换偏置层从下至上依次包括下反铁磁层和下铁磁层，所述下反铁磁层和所述下铁磁层沿所述自旋流产生层长度方向的两端分别设置有成核区域，所述成核区域的磁各向异性场相较于所述成核区域外的区域的磁各向异性场低；

所述自旋流产生层的两端分别设置为第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极间施加写电流，以存储数据；所述第二电极和所述上电极间施加读电流，以读取数据。

2.根据权利要求1所述的一种多态存储器，其特征在于，所述第二交换偏置层从下至上依次包括上铁磁层和上反铁磁层；

其中，所述下铁磁层和所述上铁磁层均具有垂直磁各向异性；所述下反铁磁层和所述下铁磁层间具有垂直交换偏置；所述上铁磁层和所述上反铁磁层间具有垂直交换偏置；

所述下反铁磁层和所述下铁磁层的磁畴由于交换相互作用耦合在一起，所述磁畴状态在所述自旋流的作用下会发生变化，进而导致多态存储器的电阻值发生改变；所述上铁磁层用于读取所述隧穿磁电阻；所述上反铁磁层用于保证所述上铁磁层的磁化方向不发生变化。

3.根据权利要求2所述的多态存储器，其特征在于，所述下反铁磁层、所述下铁磁层、所述绝缘材料层、所述上铁磁层、所述上反铁磁层和所述上电极为大小相同的多边形或椭圆形。

4.根据权利要求2所述的多态存储器，其特征在于，所述绝缘材料层、所述上铁磁层、所述上反铁磁层和所述上电极为大小相同的多边形或椭圆形；

所述下反铁磁层和所述下铁磁层为沿所述自旋流产生层长度方向宽于所述绝缘材料层、所述上铁磁层、所述上反铁磁层和所述上电极的多边形或椭圆形；

所述下反铁磁层和所述下铁磁层宽于所述绝缘材料层、所述上铁磁层、所述上反铁磁层和所述上电极的两端分别设置有成核区域，所述成核区域的磁各向异性场相较于所述成核区域外的区域的磁各向异性场低。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的多态存储器，其特征在于，所述多态存储器为磁性隧道结结构；

所述自旋流产生层为重金属材料或拓扑绝缘材料；

所述下反铁磁层和所述上反铁磁层为反铁磁材料；

所述下铁磁层和所述上铁磁层为铁磁材料；

所述绝缘材料层为氧化物材料；

所述上电极为导电金属材料。

6.一种多态存储器的制备方法，其特征在于，所述多态存储器加工为磁性隧道结结构，所述方法包括：

采用薄膜生长技术依次生长自旋流产生层、下反铁磁层、下铁磁层和绝缘材料层；

采用微纳米加工技术将所述自旋流产生层的膜面加工为长条形，将所述下反铁磁层、所述下铁磁层和所述绝缘材料层加工为大小相同的多边形或椭圆形；

采用辐照技术对所述下反铁磁层、所述下铁磁层和所述绝缘材料层沿所述自旋流产生层的长度方向的两端进行辐照，以将所述两端制备为成核区域；

采用薄膜生长技术依次在所述绝缘材料层上生长上铁磁层、上反铁磁层和上电极；

采用微纳米加工技术将所述上铁磁层、所述上反铁磁层和所述上电极加工为与所述下反铁磁层、所述下铁磁层和所述绝缘材料层大小相同的多边形或椭圆形；

其中，所述自旋流产生层的长度方向的两端分别为第一电极和第二电极。