[发明专利]基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器及制备方法

权利要求书

1.一种基于磁畴壁驱动型磁隧道结的激活函数发生器，其特征在于，包括：

自旋轨道耦合层，用于产生自旋轨道矩；

铁磁自由层，形成在所述自旋轨道耦合层上，用于提供磁畴壁运动轨道；

非磁性势垒层，形成在所述铁磁自由层上；

铁磁参考层，形成在所述非磁性势垒层上；

顶电极，形成在所述铁磁参考层上；

反铁磁钉扎层，形成在所述铁磁自由层两端上；

左电极和右电极，分别形成在所述反铁磁钉扎层上的两个位置处；

其中，所述铁磁自由层包含多个磁畴壁钉扎区，控制所述多个磁畴壁钉扎区之间的间距非均匀设置，以实现不同的激活函数功能，其中，通过氧气在所述铁磁自由层的界面的局域吸附处理调控所述铁磁自由层与所述自旋轨道耦合层的界面处反对称交换相互作用强度，进而形成磁畴壁钉扎区。

2.根据权利要求1所述的激活函数发生器，其特征在于，所述自旋轨道耦合层材料为W、Pt、Pd、Ta中的一种、多种或相关合金；所述铁磁自由层和铁磁参考层为具有垂直各向异性的CoFeB、CoFe、Co/Pt、Ni/Co材料的一种或多种；所述铁磁参考层选择合成反铁磁层或亚铁磁层，以消除参考层杂散场对磁畴壁运动的影响；所述非磁性势垒层为MgO、HfOx、AlOx中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的激活函数发生器，其特征在于，所述铁磁自由层两端通过反铁磁耦合将磁矩方向分别被钉扎在+z和-z方向，作为磁畴壁成核区；脉冲电流作用下磁畴壁在钉扎区域成核，并在自由层中运动；磁隧道结器件的磁电阻变化与磁畴壁在自由层中运动距离线性相关。

4.根据权利要求1所述的激活函数发生器，其特征在于，在制造过程中通过氧气在自由层界面的化学吸附定量调控对应区域自由层与自旋轨道耦合层界面的DMI强度。

5.根据权利要求1所述的激活函数发生器，其特征在于，通过重金属自旋轨道耦合层表面或界面对气体的吸附，增强自旋轨道耦合层有效自旋混合电导和自旋透明度。

6.根据权利要求1所述的激活函数发生器，其特征在于，将非均匀分布的钉扎区组合替换为均匀分布的钉扎区组合，以实现突触器件功能。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的激活函数发生器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别在铁磁自由层两端通过反铁磁耦合形成局部钉扎区，两个局部钉扎区磁矩方向分别被钉扎在+z/-z方向，作为磁畴壁的成核区；施加脉冲电流，在钉扎区形成磁畴壁，磁畴壁在脉冲电流产生的自旋轨道矩作用下在自由层中运动；

在所述铁磁自由层上设置多个磁畴壁钉扎区，控制所述多个磁畴壁钉扎区之间的间距非均匀设置，以实现不同的激活函数功能，其中，通过氧气在所述铁磁自由层的界面的局域吸附处理调控所述铁磁自由层与所述自旋轨道耦合层的界面处反对称交换相互作用强度，进而形成磁畴壁钉扎区；

通过重金属自旋轨道耦合层表面或界面对气体的吸附，大幅增强自旋轨道耦合层有效自旋混合电导和自旋透明度；

通过脉冲数的累计将磁畴驱动到不同的位置，实现磁隧道结的不同阻态切换。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，改变所述脉冲电流的极性，以实现磁畴壁的成核与驱动。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，磁畴壁驱动型磁隧道结的磁阻表示为：

其中x₀是磁畴壁最终运动距离，L则是磁隧道结的总长度，R_p是铁磁自由层和参考层磁化方向平行时对应的磁电阻，即最小磁电阻；R_AP是铁磁自由层和参考层磁化方向反平行时的磁电阻，即最大磁电阻；

在所述铁磁自由层和非磁性势垒层之间插入DMI增强层。