(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211130074.8 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 西交利物 浦大学 地址 215123 江苏省苏州市工业园区独墅 湖高等教育区仁爱 路111号 (72)发明人 杨铮　惠圆　于昊　 (74)专利代理 机构 北京品源专利代理有限公司 11332 专利代理师 王瑞云 (51)Int.Cl. H01L 43/02(2006.01) H01L 43/08(2006.01) G11C 11/16(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种纳米柱磁隧道结器件、 存储器件及信号 发生器 (57)摘要 本发明公开了一种纳米柱磁隧道结器件、 存 储器件及信号发生器。 该纳米柱磁隧道结器件包 括： 水平磁化钉扎层、 第一隔离隧穿层、 自由磁化 层、 第二隔离隧穿层和垂直磁化钉扎层的叠层； 水平磁化钉扎层与电源的第一端连接， 垂直磁化 钉扎层与电源的第二端 连接； 水平磁化钉扎层和 垂直磁化钉扎层的厚度比例为平垂比， 通过调整 平垂比和/或通过纳米柱磁隧道结器件的电流强 度密度， 自由磁化层的磁化强度的翻转振荡频率 或者进动振 荡频率可实现调节。 本发 明实施例提 供的技术方案实现了一种自由磁化层的磁化强 度的翻转振荡频率或者进动振荡频率可调节的 纳米柱磁隧道结器件。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 115528167 A 2022.12.27 CN 115528167 A 1.一种纳米柱磁隧道结器件， 其特 征在于， 包括： 水平磁化钉扎层、 第一隔离隧穿层、 自由磁化层、 第 二隔离隧穿层和垂直磁化钉扎层的 叠层； 水平磁化钉扎层与电源的第一端连接， 垂直磁化钉扎层与电源的第二端连接； 水平磁化钉扎层和垂直磁化钉扎层的厚度比例为平垂比， 通过调整平垂比和/或通过 纳米柱磁隧道结器件的电流 强度密度， 自由磁化层的磁化强度的翻转振荡频率或者进动振 荡频率可实现调节。 2.根据权利要求1的纳米柱磁隧道结器件， 其特征在于， 电流从水平磁化钉扎层流向垂 直磁化钉扎层的方向为电流 正向。 3.根据权利要求1的纳米柱磁隧道结器件， 其特 征在于， 电源 包括直流电源。 4.根据权利要求1的纳米柱磁隧道结器件， 其特 征在于， 电源 包括交流电源。 5.根据权利要求1 ‑4任一的纳米柱磁 隧道结器件， 其特征在于， 随着平垂比的降低， 自 由磁化层的磁化强度的翻转振荡 频率或者进动振荡 频率呈上升趋势。 6.根据权利要求1 ‑4任一的纳米柱磁隧道结器件， 其特征在于， 随着通过纳米柱磁隧道 结器件的电流强度密度的增加， 自由磁化层的磁化强度的翻转振荡频率或者进动振荡频率 呈上升趋势。 7.一种存 储器件， 其特 征在于， 包括权利要求1 ‑6任一的纳米柱磁隧道结器件； 纳米柱磁隧道结器件的平垂比大于或等于1： 1， 通过纳米柱磁 隧道结器件的电流强度 密度为n×1011A/m2， n包括大于 0且小于10的数值； 自由磁化层的磁化强度在正反两个方向按照第一预设频率和第一预设周期翻转。 8.根据权利要求7的存储器件， 其特征在于， 在第二预设周期内， 自由磁化层的磁化强 度的绝对值在单一方向按照第二预设频率周期性变化， 第二预设周期在第一预设周期之 内， 第二预设频率大于第一预设频率； 第二预设频率和通过纳米柱磁隧道结器件的电流强度密度呈正比。 9.根据权利要求7的存储器件， 其特征在于， 平垂比大于或等于1： 1， 通过纳米柱磁隧道 结器件的电流强度密度为 n1×1011A/m2， 自由磁化层的最大磁化强度为第一磁化强度； 平垂比大于或等于1： 1， 通过纳米柱磁隧道结器件的电流强度密度为n2 ×1011A/m2， n2 的取值大于n1的取值， 自由磁化层的最大磁化强度为第二磁化强度， 第二磁化强度小于第 一磁化强度。 10.一种信号发生器， 其特 征在于， 包括权利要求1 ‑6任一的纳米柱磁隧道结器件； 纳米柱磁隧道结器件的平垂比大于或等于1:1， 且小于或等于10:1， 通过纳米柱磁隧道 结器件的电流强度密度为m ×1012A/m2， m包括大于 0且小于10的数值； 信号发生器中自由磁化层的磁化强度的进动振荡 频率包括 微波频段或者太赫兹频 段。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115528167 A 2一种纳米柱磁隧道结 器件、 存储器件及信号发生器 技术领域 [0001]本发明涉及自旋电子器件技术领域， 尤其涉及一种纳米柱磁隧道结器件、 存储器 件及信号发生器。 背景技术 [0002]自旋转移力矩(STT)(由Slonczewski和Berger发现 的)是一种携带角动量的导电 电子重新定 向局部磁矩的效应， 这使得能够通过流过多层结 的自旋极化电流操纵磁化。 电 流STT效应扩展了数据存储的写入技术， 如磁随机存 取存储器(MRAM)， 它可以实现通过电流 直接写入， 而不是像传统的MRAM一样通过电流引起的磁场写入。 由于磁自由层的超快过程 切换， 它也有望用于微波振荡器。 [0003]现有技术中的具有自旋转移力矩的纳米柱磁隧道结器件包括磁化钉扎层(也可以 叫参考层)、 隔离隧穿层(也可以叫势垒层)以及自由磁化层(也可以叫 自由层)的三层为一 个单元的叠层结构， 且该结构的纳米柱磁隧道结器件的自由磁化层的磁化强度的翻转振荡 频率无法调节或者进动振荡 频率无法调节。 其中， 大于10GHZ的频率属于进动振荡 频率。 发明内容 [0004]本发明提供了一种纳米柱磁隧道结器件、 存储器件及信号发生器， 以实现一种自 由磁化层的磁化强度的翻转振荡 频率或者进动振荡 频率可调节的纳米柱磁隧道结器件。 [0005]根据本发明的一方面， 提供了一种纳米柱磁隧道结器件， 包括： [0006]水平磁化钉扎层、 第一隔离隧穿层、 自由磁化层、 第二隔离隧穿层和垂直磁化钉扎 层的叠层； [0007]水平磁化钉扎层与电源的第一端连接， 垂直磁化钉扎层与电源的第二端连接； [0008]水平磁化钉扎层和垂直磁化钉扎层的厚度比例为平垂比， 通过调整平垂比和/或 通过纳米柱磁隧道结器件的电流 强度密度， 自由磁化层的磁化强度的翻转振荡频率或者进 动振荡频率可实现调节。 [0009]可选地， 电流从水平磁化钉扎层流向垂直磁化钉扎层的方向为电流 正向。 [0010]可选地， 电源 包括直流电源。 [0011]可选地， 电源 包括交流电源。 [0012]可选地， 随着平垂比的降低， 自由磁化层的磁化强度的翻转振荡频率或者进动振 荡频率呈上升趋势。 [0013]可选地， 随着通过纳米柱磁隧道结器件的电流强度密度的增加， 自由磁化层的磁 化强度的翻转振荡 频率或者进动振荡 频率呈上升趋势。 [0014]根据本发明的另一方面， 提供了一种存储器件， 包括上述技术方案任意的纳米柱 磁隧道结器件； [0015]纳米柱磁隧道结器件的平垂比大于或等于1： 1， 通过纳米柱磁隧道结器件的电流 强度密度为 n×1011A/m2， n包括大于 0且小于10的数值；说　明　书 1/6 页 3 CN 115528167 A 3