[发明专利]基于离子门调控的可重构神经元器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，包括：

由下至上依次层叠的合成反铁磁层、金属氧化物层(103)、离子液体层(102)和顶电极层(101)，所述合成反铁磁层的底端相对的两个边缘上设置有磁化方向相反的左边界反铁磁层和右边界反铁磁层，所述合成反铁磁层的底端中部还设置用于输出尖峰信号的磁性隧道结(109)；

其中，所述金属氧化物层(103)、离子液体层(102)和顶电极层(101)构成离子门，所述离子液体层(102)包括正离子和负离子，当所述顶电极层(101)施加输入电压(Vg)时，所述金属氧化物层(103)中的氧离子随着所述离子液体层(102)中的正离子和负离子的分布而移动，以调整所述合成反铁磁层顶部界面的电荷积累，从而通过RKKY作用调控所述合成反铁磁层底部的磁畴壁的泄露运动速度。

2.根据权利要求1所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，

所述顶电极层(101)为透明导电材料，所述透明导电材料包括掺锡氧化铟；

所述离子液体层(102)中的正离子和负离子分别为EMI+离子和TFSI-离子；

所述金属氧化物层(103)的材料包括HfZrO。

3.根据权利要求1所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述合成反铁磁层包括由上至下依次层叠的第一铁磁层(104)、耦合层(105)和铁磁自由层(106)；

其中，所述第一铁磁层(104)连接所述金属氧化物层(103)，所述第一铁磁层(104)和铁磁自由层(106)通过所述耦合层(105)的RKKY作用构成反铁磁耦合。

4.根据权利要求3所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述第一铁磁层(104)和铁磁自由层(106)具有垂直磁各向异性，其材料各自包括Co/Pt或者CeFeB；

所述耦合层(105)的材料包括Ru或Ta中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述磁性隧道结(109)包括由上至下依次层叠的势垒层(BL)、铁磁参考层(RL)和底电极层(BE)，其中，所述势垒层(BL)与铁磁自由层(106)连接。

6.根据权利要求5所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述势垒层(BL)的材料包括Al₂O₃或MgO；

所述铁磁参考层(RL)具有垂直磁各向异性，其材料包括Co/Pt或CeFeB；

所述底电极层(BE)的材料包括Cu或Au。

7.根据权利要求5所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述左边界反铁磁层包括依次层叠的左钉扎层(110)和左电极层(111)，所述右边界反铁磁层包括依次层叠的右钉扎层(107)和右电极层(108)，其中：

所述左钉扎层(110)和右钉扎层(107)各自具有反铁磁性且连接所述铁磁自由层(106)，所述左钉扎层(110)与右钉扎层(107)的磁化方向相反。

8.根据权利要求7所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述左钉扎层(110)和右钉扎层(107)的材料各自包括IrMn，所述左电极层(111)和右电极层(108)的材料各自包括Cu或Au。

9.根据权利要求7所述的基于离子门调控的可重构神经元器件，其特征在于，所述铁磁参考层(RL)与第一铁磁层(104)的磁化方向均为Z轴负向；

所述左钉扎层(110)和右钉扎层(107)的磁化方向分别为Z轴正向和Z轴负向。

10.一种基于离子门调控的可重构神经元器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在铁磁自由层的底端相对的两个边缘生长磁化方向相反的左边界反铁磁层和右边界反铁磁层，在所述左边界反铁磁层和右边界反铁磁层的底部生长电极层；

在铁磁自由层的底端中部生长磁性隧道结(109)；

在铁磁自由层上依次生长耦合层和第一铁磁层，使第一铁磁层、耦合层和铁磁自由层构成合成反铁磁层；

在所述合成反铁磁层上依次生长金属氧化物层、离子液体层和顶电极层，其中，所述金属氧化物层、离子液体层和顶电极层构成离子门，所述磁性隧道结(109)用于输出尖峰信号。