【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型磁随机存储器领域，具体涉及一种基于反常霍尔效应(ahe)的量子自旋存储器件mram结构。
技术介绍
1、存储器是计算机的重要组成部分之一。随着时代发展，传统半导体存储技术和新型存储技术都在不断的发展。对于传统存储器而言，它们大多数是依赖电荷的积累来实现存储的功能，通过电荷的“有”、“无”来表示二级制逻辑“1”和“0”，例如静态随机存储器(sram)和动态随机存储器(dram)。但随着半导体工艺尺寸的不断缩小，是的传统半导体存储器的制作工艺难度增大，并且随着cmos的尺寸变小，传统半导体存储器的静态功耗也会成倍的增加。随着电子器件尺寸的不断减小，电子的自旋量子效应逐渐增大。在这种背景下，人们迫切的寻求一种新型存储技术，因此磁随机存储器(mram)应运而生。
2、mram是以电子自旋为基础的一种新型存储器。mram存储器的基本存储单元是磁隧道结(mtj)。mtj可以抽象为三层结构：自由层、氧化层、固定层。磁隧道结(mtj)是通过磁矩的变化来存储数据，当自由层和固定层磁矩平行时呈现低阻态，当自由层和固定层磁矩反平行时呈现高阻态，高阻状态对应二进制逻辑“1”，低阻状态对应二进制逻辑“0”。通过电流来诱导磁矩发生反转，实现数据写入。mram既有sram的速度又有dram的高集成度，可以用于缓存、存算一体等芯片。
3、然而现实中要制备磁隧道结(mtj)工艺流程极其复杂，需要进行多次的光刻和离子束刻蚀等操作。mtj磁矩翻转的临界电流密度也比较大，功耗较大。
4、因此，提出一种新型的mram
技术实现思路
1、由于
技术介绍
中mram结构还存在种种弊端，本专利技术提出了一种高性能量子存储器件结构。该结构是一种自旋异质结，仅由三层薄膜材料构成，制备工艺非常简单。第一层衬底为单晶衬底钆镓石榴石(gd3ga5o12，ggg)基片。进一步的，第二层薄膜为bi掺杂的稀土铁石榴石bi:hoig(bixho3-x fe5o12)薄膜，厚度为30-150nm。进一步的，第三层薄膜为au掺杂的ptbi合金au:ptbi重金属薄膜，厚度为10-15nm。进一步的，第三层重金属层au:ptbi采用十字型结构。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术首先选择钆镓石榴石(gd3ga5o12，ggg)基片为衬底。进一步的，在钆镓石榴石(gd3ga5o12，ggg)衬底上通过液相外延的方法生长厚度为30-150nm的bi掺杂的稀土铁石榴石bi:hoig(bixho3-x fe5o12)薄膜。进一步的，在bi:hoig(bixho3-x fe5o12)薄膜上通过直流磁控溅射的方法制备厚度为10-15nm的au掺杂的ptbi合金au:ptbi重金属薄膜。进一步的，用光刻的方法将au:ptbi重金属薄膜刻蚀成十字型结构用于检测霍尔电压。
4、进一步的，当在器件周围通入一个面内电流，当电流密度大于材料磁矩临界翻转电流密度时，通过sot(自旋轨道矩)效应诱导材料磁矩翻转，磁矩垂直向上时写入“1”，垂直向下时写入“0”。
5、进一步的，当在au:ptbi重金属薄膜的十字型结构两端通入一个非常小的检测电流，可以在十字型结构的另外两端检测到霍尔电压的正负。当霍尔电压为正时对应存储数据“1”，当霍尔电压为负时对应数据“0”。
6、进一步的，通过上述的方式实现了二进制数据“1”和“0”的写入，同时通过十字型的薄膜结构实现了数据的读取。
7、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
8、1、本专利技术提出的一种高性能的量子存储器件结构仅由三层材料构成，通过构建自旋异质结，利用反常霍尔效应实现二进制数据“0”和“1”的存储。与现有技术相比，本专利技术的器件制备方法更加简单、成本更低，制作周期短。
9、2、本专利技术提出的结构选用钆镓石榴石(gd3ga5o12，ggg)衬底与磁性薄膜层稀土铁石榴石材料bi:hoig(bixho3-x fe5o12)具有良好的晶格匹配，晶格常数和热膨胀系数相差极小，在衬底上生长磁性薄膜材料的质量优异、性能良好。
10、3、bi元素掺杂的hoig薄膜具有更好的各向异性，在ptbi中掺杂au提高了自旋电流转换效率，降低了功耗。
11、4、本专利技术提出的结构的磁矩临界反转电流较小，读取电流极小，很大程度降低了功耗和单元写入电流密度，提高了存储速度。读取电流和写入电流相差非常大，读取电流不影响材料磁矩的变化即不影响霍尔电压的变化，从而不影响数据的存储，因此本专利技术提出的存储器件结构存储精度较高。
12、5、本专利技术提出的一种高性能的量子存储器件结构在掉电时的霍尔电压不会发生变化，存储的数据不变，具有非易失性。
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1.一种高性能量子存储器件结构，其特征在于构建自旋异质结，自下而上包括三层材料：
2.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，单晶衬底采用<111>晶向的钆镓石榴石(Gd3Ga5O12，GGG)。
3.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，磁性薄膜层采用Bi掺杂的稀土铁石榴石Bi:HoIG(BixHo3-x Fe5O12)薄膜，通过液相外延的方法在<111>晶向的钆镓石榴石(Gd3Ga5O12，GGG)上生长Bi:HoIG(BixHo3-x Fe5O12)薄膜，磁性薄膜层厚度为30-150nm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，重金属薄膜层采用Au掺杂的PtBi合金Au:PtBi，通过直流磁控溅射法在Bi:HoIG(BixHo3-x Fe5O12)薄膜上制备Au:PtBi薄膜，将其光刻成十字型结构，重金属层厚度为10-15nm。
5.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，当霍尔电压为正时，该存储器件置逻辑“1”，当
6.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，在重金属层十字型结构的两端通入非常小的检测电流可以在另两端检测到霍尔电压，实现数据“0”和“1”的读取。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能量子存储器件结构，其特征在于构建自旋异质结，自下而上包括三层材料：
2.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，单晶衬底采用<111>晶向的钆镓石榴石(gd3ga5o12，ggg)。
3.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其特征在于，磁性薄膜层采用bi掺杂的稀土铁石榴石bi:hoig(bixho3-x fe5o12)薄膜，通过液相外延的方法在<111>晶向的钆镓石榴石(gd3ga5o12，ggg)上生长bi:hoig(bixho3-x fe5o12)薄膜，磁性薄膜层厚度为30-150nm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能量子存储器件结构，其...
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