自旋电子器件制造技术

本公开提供了一种自旋电子器件

【技术实现步骤摘要】
自旋电子器件、存储池器件及存储池神经网络架构


[0001]本公开涉及磁畴壁
，更具体地，涉及一种自旋电子器件
、
存储池器件及存储池神经网络架构
。

技术介绍

[0002]人工智能的发展促进了神经网络和其硬件设备的协同发展，应用与模式识别，自动驾驶等领域
。
如何实现硬件友好而且高速
、
低功耗的神经网络及其对应硬件设备成为了科研探索的重要方向
。
存储池神经网络中的存储池层，由于其自有的连接以及不需要额外的训练，大大提升了其在模式识别任务的速度与能效
。
[0003]在实现本公开构思的过程中，专利技术人发现相关技术中至少存在如下问题：现有的自旋电子器件整体连接的复杂度不足，难以胜任复杂的识别任务，存储池计算效率较低
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开实施例提供了一种自旋电子器件
、
存储池器件及存储池神经网络架构
。
[0005]本公开实施例的一个方面提供了一种自旋电子器件，包括：
[0006]磁畴器件，上述磁畴器件包括：
[0007]衬底；
[0008]自旋轨道耦合层，设置在上述衬底的顶面；
[0009]磁性层，设置在上述自旋轨道耦合层的顶面；
[0010]势垒层，设置在上述磁性层的顶面；
[0011]至少两个电极，上述电极设置从上述磁畴器件的顶面插入至上述衬底中，上述电极被构造成上述自旋电子器件的观测端口；
[0012]其中，在上述自旋轨道耦合层以及上述磁性层的反对称相互作用以及偶极相互作用的共同作用下，形成复杂
、
稳定
、
周期性交替的磁畴结构
。
[0013]根据本公开的实施例，上述磁畴器件还包括：
[0014]保护层，设置在上述势垒层的顶面
。
[0015]根据本公开的实施例，上述磁性层的材料包括
CoFeB、CoFe、NiFe、IrMn、GdFeCo、Co、Fe、
二维
CrI3和
Fe3GeTe2中的至少一种；
[0016]上述自旋轨道耦合层的材料包括
Pt、W、Ta、Ru、Au、Ir
和
Pd
中的至少一种
。
[0017]本公开实施例的另一个方面提供了一种存储池器件，包括：
[0018]磁畴器件，其中，上述磁畴器件上阵列地设置有一个或多个自旋电子器件，以构成存储池器件；
[0019]其中，在上述存储池器件上施加外磁场激励的情况下，上述磁畴器件形成不同的磁织构，在不同磁织构具有的自旋霍尔磁阻以及各向异性磁阻存在变化的情况下，上述存储池器件输出非线性的电压响应
。
[0020]根据本公开的实施例，利用空间复用技术对上述自旋电子器件形成的磁畴结构进行划分处理，得到多个第一磁畴区域；
[0021]对多个上述第一磁畴区域中的至少一个磁畴区域中增加物理节点，以扩大上述存储池器件的网络规模，其中，上述存储池器件的网络规模与上述存储池器件的短期记忆容量相关
。
[0022]根据本公开的实施例，在上述自旋电子器件施加外磁场的情况下，上述自旋电子器件的磁化方向平行于输入电流的方向，上述自旋电子器件的阻值达到阻值范围上限；
[0023]在上述自旋电子器件未施加外磁场的情况下，上述自旋电子器件驰豫到复杂磁畴状态，产生的磁畴壁使得上述自旋电子器件的电阻降低
。
[0024]本公开实施例的另一个方面提供了一种存储池神经网络架构，包括：
[0025]输入层，用于输入脉冲激励信号；
[0026]中间存储层，包括自旋电子器件或者存储池器件，上述中间存储层用于对上述脉冲激励信号进行处理，生成响应信号；
[0027]输出与识别层，用于对上述响应信号进行采集
、
训练或推理
。
[0028]根据本公开的实施例，在相同磁场但脉冲不同的脉冲激励信号输入上述输入层的情况下，上述中间存储层根据不同脉冲的脉冲激励信号生成与脉冲对应的响应信号，其中，上述脉冲激励信号包括由图像像素或语音信号转换得到的激励信号以及磁信号
。
[0029]根据本公开的实施例，利用空间复用技术对上述中间存储层形成的磁畴结构进行划分处理，得到多个第二磁畴区域，其中，每个上述第二磁畴区域包括一个脉冲输入端；
[0030]在多个上述脉冲输入端输入上述脉冲激励信号的情况下，上述输出与识别层输出时间复用的非线性的响应信号
。
[0031]根据本公开的实施例，上述时间复用的非线性的响应信号构成多个虚拟节点；
[0032]其中，在上述输出与识别层用于训练的情况下，上述中间存储层输出对应于不同上述虚拟节点的线性可分的响应电压信号；
[0033]利用上述输出与识别层对上述响应电压信号线性回归训练，得到与上述响应电压信号对应的识别信息；
[0034]其中，上述存储池神经网络架构用于图像或语音的识别
。
[0035]根据本公开的实施例，本公开的自旋电子器件
、
存储池器件及存储池神经网络架构具有如下效果：
[0036](1)
磁化的翻转可以达到纳秒级，实现高速的存储池计算；
[0037](2)
存储池神经网络架构的输入可以由磁信号作为激励，意味着其可以扩展应用于感存算一体系统；
[0038](3)
在大面内磁场复位下，可以重置全新的磁畴结构，形成新的复杂连接情况，进而实现可重构的存储池器件
。
[0039](4)
利用空间复用技术增加物理节点数，在保持存储池器件的记忆容量不变的情况下，减少了虚拟节点的数量，可以提高虚拟节点响应信号的精确度
。
附图说明
[0040]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的
、
特征和
优点将更为清楚，在附图中：
[0041]图1示意性示出了根据本公开实施例的自旋电子器件的结构示意图；
[0042]图2示意性示出了根据本公开实施例的面内磁场扫场下自旋电子器件的非线性电阻响应示意图
A
；
[0043]图3示意性示出了根据本公开实施例的面内磁场扫场下自旋电子器件的非线性电阻响应示意图
B
；
[0044]图4示意性示出了根据本公开实施例的存储池器件的结构示意图；
[0045]图5示意性示出了根据本公开实施例的外磁场脉冲下存储池器件的电阻响应示意图；
[0046]图6示意性示出了根据本公开实施例的存储池器件的可重构特性示意图；以及
[0047]图7示意性示出了根据本公开实施例的存储池器件的可重构特性示意图
。
具体实施方式
[0048]以下，将参照附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自旋电子器件，包括：磁畴器件，所述磁畴器件包括：衬底；自旋轨道耦合层，设置在所述衬底的顶面；磁性层，设置在所述自旋轨道耦合层的顶面；势垒层，设置在所述磁性层的顶面；至少两个电极，所述电极设置从所述磁畴器件的顶面插入至所述衬底中，所述电极被构造成所述自旋电子器件的观测端口；其中，在所述自旋轨道耦合层以及所述磁性层的反对称相互作用以及偶极相互作用的共同作用下，形成复杂
、
稳定
、
周期性交替的磁畴结构
。2.
根据权利要求1所述的自旋电子器件，其中，所述磁畴器件还包括：保护层，设置在所述势垒层的顶面
。3.
根据权利要求1所述的自旋电子器件，其中，所述磁性层的材料包括
CoFeB、CoFe、NiFe、IrMn、GdFeCo、Co、Fe、
二维
CrI3和
Fe3GeTe2中的至少一种；所述自旋轨道耦合层的材料包括
Pt、W、Ta、Ru、Au、Ir
和
Pd
中的至少一种
。4.
一种存储池器件，包括：磁畴器件，其中，所述磁畴器件上阵列地设置有一个或多个如权利要求1～3中任一项所述的自旋电子器件，以构成存储池器件；其中，在所述存储池器件上施加外磁场激励的情况下，所述磁畴器件形成不同的磁织构，在不同磁织构具有的自旋霍尔磁阻以及各向异性磁阻存在变化的情况下，所述存储池器件输出非线性的电压响应
。5.
根据权利要求4所述的存储池器件，其中，利用空间复用技术对所述自旋电子器件形成的磁畴结构进行划分处理，得到多个第一磁畴区域；对多个所述第一磁畴区域中的至少一个磁畴区域中增加物理节点，以扩大所述存储池器件的网络规模，其中，所述存储池器件的网络规模与所述存储池器件的短期记忆容量相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢国忠，林淮，王紫崴，赵雪峰，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：