專利名稱：基于可逆電致電阻效應(yīng)的邏輯器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電及多鐵材料，納米多層膜和邏輯器件領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于鐵電及多鐵材料可逆電致電阻效應(yīng)的納米多層膜邏輯器件。
背景技術(shù)：
鐵電及多鐵材料的極化強(qiáng)度隨著外加電場(chǎng)強(qiáng)度的變化出現(xiàn)電滯現(xiàn)象，其電阻隨著外加電場(chǎng)強(qiáng)度的變化出現(xiàn)高電阻態(tài)和低電阻態(tài)。利用鐵電材料的這一性質(zhì)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)外加電場(chǎng)強(qiáng)度的大小及方向改變鐵電或多鐵材料極化強(qiáng)度的方向，從而實(shí)現(xiàn)高電阻態(tài)和低電阻態(tài)，這兩種電阻態(tài)的變化率可以 達(dá)到400%以上。(參考文獻(xiàn)S. Rizwan andX. F. Han*et al. ,CPL Vol. 28,No. 10(2011) 107504)。高電阻態(tài)和低電阻態(tài)相當(dāng)于信息領(lǐng)域的“O”和“1”，既可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能(可以用于存儲(chǔ)器)，又可以實(shí)現(xiàn)邏輯功能(可以用于邏輯器件)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于基于鐵電及多鐵材料可逆電致電阻效應(yīng)的納米多層膜，制備成邏輯器件，并實(shí)現(xiàn)邏輯功能。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的方案一結(jié)構(gòu)a.底層/襯底/磁性層/覆蓋層其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為具有磁性的材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。b.襯底/底層/功能層/磁性層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為具有磁性的材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。c.底層/襯底/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/覆蓋層其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。d.襯底/底層/功能層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/覆蓋層。其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。結(jié)構(gòu)a, b, c, d的電路連線I.共線法在覆蓋層上制作4個(gè)點(diǎn)接觸的電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(鐵電或多鐵材料極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O”(鐵電或多鐵材料極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加2個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb Ea, Eb均小于鐵電材料的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，EA+EB大于鐵電材料的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea, Eb大于O記為邏輯輸入“1”，Ea, Eb小于O記為邏輯輸入“O”。通過(guò)初始輸出邏輯態(tài)的設(shè)置，基于結(jié)構(gòu)a，b，c，d制備的邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯。
方案二結(jié)構(gòu)e.底層/襯底/磁性層/功能自由層/覆蓋層其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為具有磁性的材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。f.襯底/底層/功能釘扎層/磁性層/功能自由層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為具有磁性的材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。g.底層/襯底/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/功能自由層/覆蓋層其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。h.襯底/底層/功能釘扎層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/功能自由層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。i.底層/襯底/功能自由層/磁性層/覆蓋層其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為具有磁性的材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。
j.襯底/底層/功能釘扎層/功能自由層/磁性層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為具有磁性的材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。k.底層/襯底/功能自由層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/覆蓋層其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止導(dǎo)電層被氧化。
I.襯底/底層/功能釘扎層/功能自由層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止導(dǎo)電層被氧化。結(jié)構(gòu)e，f，g，h的電路連線I.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬的方法在覆蓋層表面得到4個(gè)共線的點(diǎn)電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O” (鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層層極化強(qiáng)度向上；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層層極化強(qiáng)度向下；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加2個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb Ea, Eb均大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，但小于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea，Eb大于O記為邏輯輸入“1”44，^小于O記為邏輯輸入“O”。結(jié)構(gòu)i, j, k, I的電路連線I.共線法在覆蓋層上制作4個(gè)點(diǎn)接觸的電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O”(鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層層極化強(qiáng)度向上；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層層極化強(qiáng)度向下；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加2個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb Ea, Eb均大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，但小于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea，Eb大于O記為邏輯輸入“1”44，^小于O記為邏輯輸入“O”。通過(guò)初始輸出邏輯態(tài)的設(shè)置，基于結(jié)構(gòu)e，f，g，h，i，j, k，I制備的邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯。方案三同方案二相同的結(jié)構(gòu)e，f，g，h，i，j，k，I。結(jié)構(gòu)e, f, g, h的電路連線I.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬的方法在覆蓋層表面得到4個(gè)共線的點(diǎn)電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O” (鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層層極化強(qiáng)度向上；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層層極化強(qiáng)度向下；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上)；
2.底層和覆蓋層之間施加3個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea, Eb和Ec EA,EB均小于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb小于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb+Ec大于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。EA，EB，Ec大于0記為邏輯輸入“?！?，EA，EB，Ec小于0記為邏輯輸入“0”。其中^作為控制輸入。結(jié)構(gòu)i, j, k, I的電路連線I.共線法在覆蓋層上制作4個(gè)點(diǎn)接觸的電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O”(鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層層極化強(qiáng)度向上；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層層極化強(qiáng)度向下；鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加3個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea，Eb和Ec :EA，EB均小于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，ea+eb大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，ea+eb小于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，ea+eb+ec大于鐵電或多鐵襯底或功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。EA，EB，Ec大于0記為邏輯輸入“Γ’，EA，EB，Ec小于0記為邏輯輸入“0”。其中Ec作為控制輸入。通過(guò)初始輸出邏輯態(tài)的設(shè)置，基于結(jié)構(gòu)e，f，g，h，i，j, k，I制備的邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯。方案四基于結(jié)構(gòu)a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, I的邏輯器件，電場(chǎng)也可以施加在面內(nèi)，同樣可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯。


以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖IA為基于方案二中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件不意圖，圖IB為相應(yīng)的真值表；圖2A為基于方案三中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件示意圖，圖2B為相應(yīng)的真值表；圖3A為基于方案一中結(jié)構(gòu)d的邏輯器件不意圖，圖3B為相應(yīng)的真值表；圖4A為基于方案四中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件不意圖，圖4B為相應(yīng)的真值表；圖5A為基于方案四中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件不意圖，圖5B為相應(yīng)的真值表；
圖6A為基于方案四中結(jié)構(gòu)d的邏輯器件不意圖，圖6B為相應(yīng)的真值表。圖7a為本發(fā)明的納米多層膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖 7b 為結(jié)構(gòu) A B0L 1/SUB/B FL/IS0/NM(or FM, or AFM) /CAP ；圖 7c 為結(jié)構(gòu) B SUB/B0L 2/FCL/IS0/NM(or FM, or AFM) /CAP ；圖 7d 為結(jié)構(gòu) C SUB/B0L 2/FCL/BFL/IS0/NM(or FM, or AFM) /CAP ；圖 7e 為結(jié)構(gòu) D SUB/B0L 2/FCL/FM1/NM/FM2/AFM/CAP ；圖 7f 為結(jié)構(gòu) E SUB/B0L 2/FCL/FM/AFM/CAP ；圖 7g 為結(jié)構(gòu) F SUB/B0L 2/FCL/FM1/NM/FM2/CAP ； 圖7h 為結(jié)構(gòu) G SUB/B0L 2/FCL/FM/CAP ；圖 7i 結(jié)構(gòu) H B0L 1/SUB/FM1/NM/FM2/AFM/CAP ；圖7j 為結(jié)構(gòu) I :B0L 1/SUB/FM/AFM/CAP ；圖 7k 為結(jié)構(gòu) J B0L 1/SUB/FM1/NM/FM2/CAP ；圖71 為結(jié)構(gòu) K B0L1/SUB/FM/CAP ；圖8a為本發(fā)明實(shí)施例I的納米多層膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖Sb為器件電阻R隨外加電場(chǎng)E變化關(guān)系示意圖。圖9a本發(fā)明實(shí)施例2的納米多層膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9b為中間導(dǎo)電層為磁性金屬Co75Fe25的器件電阻R隨外加電場(chǎng)E變化關(guān)系不意圖；圖9c為中間導(dǎo)電層為Co75Fe25，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)量結(jié)果示意圖，并在測(cè)量的同時(shí)施加IkOe的磁場(chǎng)；圖9d為中間導(dǎo)電層為5nm的Al膜，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)
量結(jié)果示意圖；圖9e為中間導(dǎo)電層為5nm的IrMn反鐵磁合金薄膜，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)量結(jié)果示意圖；圖IOa為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3中以圖IA中的納米多層膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的電場(chǎng)調(diào)制型場(chǎng)效應(yīng)管原理圖；圖IOb為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4中以圖IA中的納米多層膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的電場(chǎng)調(diào)制型場(chǎng)效應(yīng)管原理圖。圖IOc為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5中以圖IA中的納米多層膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的電場(chǎng)調(diào)制
型場(chǎng)效應(yīng)管原理圖。圖IOd為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6中以圖IA中的納米多層膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的電場(chǎng)調(diào)制
型場(chǎng)效應(yīng)管原理圖。圖IOe為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例7中以圖IA中的納米多層膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的電場(chǎng)調(diào)制型場(chǎng)效應(yīng)管原理圖。圖IOf為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例8中以圖IA中的納米多層膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的電場(chǎng)調(diào)制型場(chǎng)效應(yīng)管原理圖。圖Ila為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施示例3為設(shè)計(jì)原理以圖IA中的納米器件為存儲(chǔ)單元的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)原理示意圖Ilb為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施示例4為設(shè)計(jì)原理以圖IA中的納米器件為存儲(chǔ)單元的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)原理示意圖；圖Ilc為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施示例5為設(shè)計(jì)原理以圖IA中的納米器件為存儲(chǔ)單元的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)原理示意圖；圖Ild為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施示例6為設(shè)計(jì)原理以圖IA中的納米器件為存儲(chǔ)單元的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)原理示意圖；圖lie為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施示例7為設(shè)計(jì)原理以圖IA中的納米器件為存儲(chǔ)單元的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)原理示意圖； 圖Ilf為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施示例8為設(shè)計(jì)原理以圖IA中的納米器件為存儲(chǔ)單元的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種基于有勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，由下至上依次包括復(fù)合層、緩沖層、勢(shì)壘層、導(dǎo)電層、功能自由層、覆蓋層。其中，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述的復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。本發(fā)明提出一種基于無(wú)勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，由下至上依次包括復(fù)合層、磁性層、功能自由層、覆蓋層。其中，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化?？梢愿淖児δ茏杂蓪雍鸵r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料；磁性層為磁性材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。另外，本發(fā)明提出一種基于有勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，由下至上依次包括復(fù)合層、功能自由層、緩沖層、勢(shì)壘層、導(dǎo)電層、覆蓋層。其中，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和功能釘扎層的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。 其中，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。本發(fā)明再提出一種基于無(wú)勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，由下至上依次包括復(fù)合層、功能自由層、磁性層、覆蓋層。其中，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
其中，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。本發(fā)明又一種基于有勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，由下至上依次包括復(fù)合層、緩沖層、勢(shì)壘層、導(dǎo)電層、覆蓋層。其中，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料；用于在襯底上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
其中，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。本發(fā)明再提出一種基于無(wú)勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，由下至上依次包括復(fù)合層、磁性層、覆蓋層。其中，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化?？梢砸r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。其中，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。可以襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。具體而言，通過(guò)本申請(qǐng)的實(shí)施例說(shuō)明如下[實(shí)施例I]:圖IA為基于方案二中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件不意圖，圖IB為相應(yīng)的真值表。結(jié)構(gòu)襯底/底層/功能釘扎層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/功能自由層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。電路連線I.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬的方法在覆蓋層表面得到4個(gè)共線的點(diǎn)電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I” (功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O”(功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上；功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下；功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加2個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb Ea, Eb均大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，但小于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea，Eb大于O記為邏輯輸入“1”，Ea, Eb小于O記為邏輯輸入“O”。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖1B1)I.輸入邏輯態(tài)A = O,B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C= I ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = I ；3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = I ；4)輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖1B2)I.輸入邏輯態(tài)A = O,B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下；斷開(kāi)輸入B，輸入邏輯態(tài)A= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C = O;2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O ；3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = O ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖1B3)I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上；斷開(kāi)輸入B，輸入邏輯態(tài)A = O,功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C = O ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = O ；
3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = O ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖1B4)I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C = O;2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C = I ； 2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O ；3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O。[實(shí)施例2]:圖2A為基于方案三中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件不意圖，圖2B為相應(yīng)的真值表。結(jié)構(gòu)襯底/底層/功能釘扎層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/功能自由層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。電路連線I.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬的方法在覆蓋層表面得到4個(gè)共線的點(diǎn)電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I” (功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“O”(功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上；功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下；功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加3個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea，Eb和Ec EA, Eb均小于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，ea+eb大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，ea+eb小于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，ea+eb+e。大于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea，Eb，E。大于O記為邏輯輸入“1”，Ea, Eb, Ec小于O記為邏輯輸入“O”。其中Ec作為控制輸入?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖2B1)I.輸入邏輯態(tài)A = O,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下；斷開(kāi)輸入C，輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = O ；
2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D= I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A = 1,B = 0,C = O,使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下,功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O。

或非(NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖2B2)I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上；斷開(kāi)輸入C，輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = O ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D= I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A = I,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = O。或非(NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖2B3)I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = O ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = I;2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A = I,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖2B4)I.輸入邏輯態(tài)A = O,B = O, C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = I ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = I;2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D= I ；3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D= I ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向上，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖2B5)I.輸入邏輯態(tài)A = O,B = O,C = O,使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下,功能自由層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = I ； 2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = I;2)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = I;3)輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = I;4)輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖2B6)I.輸入邏輯態(tài)A = O,B = O,C = O,使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下,功能自由層極化強(qiáng)度向下；斷開(kāi)輸入C，輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = O ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)D = I;2)輸入邏輯態(tài)A = O, B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)D = O。[實(shí)施例3]圖3A為基于方案一中結(jié)構(gòu)d的邏輯器件不意圖，圖3B為相應(yīng)的真值表。結(jié)構(gòu)襯底/底層/功能層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/覆蓋層。其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。
電路連線I.共線法在覆蓋層上制作4個(gè)點(diǎn)接觸的電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(功能層極化強(qiáng)度向下)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“0” (功能層極化強(qiáng)度向上)；2.底層和覆蓋層之間施加2個(gè)大小相同的輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb Ea, Eb均小于功能層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于功能的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea，Eb大于0記為邏輯輸入“1”，Ea，Eb小于0記為邏輯輸入“O”。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖3B1)I.輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C =I ;2.邏輯操作規(guī)則
I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C=I;2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C=I;3)輸入邏輯態(tài)A = LB = 0，使功能層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C=I;4)輸入邏輯態(tài)A = LB = 1，使功能層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖3B2)I.輸入邏輯態(tài)A = LB= 1，使功能層極化強(qiáng)度向上，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C =
0；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向下，輸出邏輯態(tài)C=I;2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = I，使功能層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O;3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能層極化強(qiáng)度向上，輸出邏輯態(tài)C = O。[實(shí)施例4]圖4A為基于方案四中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件示意圖，圖4B為相應(yīng)的真值表。結(jié)構(gòu)襯底/底層/功能釘扎層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/功能自由層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。電路連線3.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬的方法在覆蓋層表面得到4個(gè)共線的點(diǎn)電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I” (功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“0”(功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右；功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左；功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右)；4.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬和絕緣材料的方法在功能釘扎層和功能自由層左右兩側(cè)各制備2個(gè)電極，給功能釘扎層和功能自由層施加2個(gè)大小相同的面內(nèi)輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb :Ea，Eb均大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，但小于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea,Eb大于O記為邏輯輸入“I”,Ea,Eb小于O記為邏輯輸入“O”。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖4B1)I.輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C= I ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = I ； 3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = I ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O。或非(NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖4B2)I.輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左；斷開(kāi)輸入B，輸入邏輯態(tài)A= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C = O;2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = 0 ；3)輸入邏輯態(tài)A = 1,B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = 0 ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O。或非(NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖4B3)I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右；斷開(kāi)輸入B，輸入邏輯態(tài)A = 0，功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C = 0 ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = 0 ；3)輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = 0 ；
4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖4B4)I.輸入邏輯態(tài)A = 1,B = I，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C = O;2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = 0 ；3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = 0 ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O。[實(shí)施例5]圖5A為基于方案四中結(jié)構(gòu)h的邏輯器件不意圖，圖5B為相應(yīng)的真值表。結(jié)構(gòu)襯底/底層/功能釘扎層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/功能自由層/覆蓋層其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化。電路連線I.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬的方法在覆蓋層表面得到4個(gè)共線的點(diǎn)電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I” (功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“0” (功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右；功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左；功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右)；2.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬和絕緣材料的方法在功能釘扎層和功能自由層左右兩側(cè)各制備2個(gè)電極，給功能釘扎層和功能自由層施加3個(gè)大小相同的面內(nèi)輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea, Eb和Ec Ea, Eb均小于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于功能自由層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb小于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb+E。大于功能釘扎層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。￡4，匕，匕大于0記為邏輯輸入“1”土，匕，^小于0記為邏輯輸入“0”。其中^作為控制輸入?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖5B1)I.輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左；斷開(kāi)輸入C，輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = 0 ；
2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O。或非(NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖5B2) I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右；斷開(kāi)輸入C，輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = 0 ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖5B3)I.輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = 0 ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O;3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O;4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖5B4)I.輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向下，功能自由層極化強(qiáng)度向下，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = I ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；3)輸入邏輯態(tài)A= 1，B = 0，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；4)輸入邏輯態(tài)A= 1，B= 1，C= 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向右，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖5B5)
I.輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = I ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；3)輸入邏輯態(tài)A = LB = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；4)輸入邏輯態(tài)A = LB = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖5B6)I.輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，C = 0，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左；斷開(kāi)輸入C，輸入邏輯態(tài)A = 1，B = 1，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)D = 0 ；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)D = I ；2)輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = 0 ；3)輸入邏輯態(tài)A = LB = 0，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = 0 ；4)輸入邏輯態(tài)A = 1,B = 1，C斷開(kāi)，使功能釘扎層極化強(qiáng)度向左，功能自由層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)D = O。[實(shí)施例6]圖6A為基于方案四中結(jié)構(gòu)d的邏輯器件不意圖，圖6B為相應(yīng)的真值表。結(jié)構(gòu)襯底/底層/功能層/緩沖層/勢(shì)壘層/導(dǎo)電層/覆蓋層。其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化。
電路連線I.共線法在覆蓋層上制作4個(gè)點(diǎn)接觸的電極高阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“I”(功能層極化強(qiáng)度向左)，低阻態(tài)電阻記為邏輯輸出“0” (功能層極化強(qiáng)度向右)；2.通過(guò)紫外曝光，氬離子刻蝕和后沉積金屬和絕緣材料的方法在功能層左右兩側(cè)制備2個(gè)電極,給功能層施加2個(gè)大小相同的面內(nèi)輸入電場(chǎng)強(qiáng)度Ea和Eb Ea,Eb均小于功能層的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度，Ea+Eb大于功能的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。Ea, Eb大于0記為邏輯輸入“I”, Ea, Eb小于0記為邏輯輸入“O”。與非(NAND)邏輯(真值表見(jiàn)圖6B1)I.輸入邏輯態(tài)A = 0,B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向左，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C =I ; 2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C=I;2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = I，使功能層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C=I;3)輸入邏輯態(tài)A = LB = 0，使功能層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C=I;4)輸入邏輯態(tài)A = LB = I，使功能層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O?；蚍?NOR)邏輯(真值表見(jiàn)圖6B2)I.輸入邏輯態(tài)A = LB= 1，使功能層極化強(qiáng)度向右，設(shè)置初始輸出邏輯態(tài)C =
0；2.邏輯操作規(guī)則I)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = 0，使功能層極化強(qiáng)度向左，輸出邏輯態(tài)C=I;2)輸入邏輯態(tài)A = 0，B = I，使功能層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O;3)輸入邏輯態(tài)A = LB = 0，使功能層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O;4)輸入邏輯態(tài)A = LB = I，使功能層極化強(qiáng)度向右，輸出邏輯態(tài)C = O。本發(fā)明上述納米多層膜可應(yīng)用下述的納米多層膜結(jié)構(gòu)。該納米多層膜由下至上依次包括底層、基片、底層、功能層、緩沖層、絕緣勢(shì)壘層、中間導(dǎo)電層、覆蓋層，其中所述中間導(dǎo)電層為磁性金屬、磁性合金或者磁性金屬?gòu)?fù)合層時(shí)，緩沖層和絕緣層可以根據(jù)實(shí)際需要選擇性的添加。所述的中間導(dǎo)電層包括金屬層、導(dǎo)電分子材料、拓?fù)浣^緣體材料、或摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體材料等。所述金屬層包括非磁金屬層、磁性金屬層、反鐵磁性層等。當(dāng)所述的中間導(dǎo)電層非磁金屬層或反鐵磁性層時(shí)，緩沖層和絕緣勢(shì)壘層必須添加，以便獲得較高的信噪比。其中，一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜，由下至上依次包括底層；基片襯底；緩沖層絕緣勢(shì)壘層導(dǎo)電層；頂部覆蓋層；其中所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在基片襯底上施加電場(chǎng)；基片襯底為鐵電或多鐵性材料，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為作為上電極用于在鐵電或多鐵性材料上施加電場(chǎng)；中間絕緣層為氧化物；頂部覆蓋層為保護(hù)層，防止中間導(dǎo)電層被氧化。通過(guò)在所述的底層和緩沖層(上下電極)之間施加電場(chǎng)，由于基片襯底(鐵電或多鐵性材料)的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。在上述納米多層膜中，所述的底層包括導(dǎo)電金屬材料；在上述納米多層膜中，所述的基片包括鐵電或多鐵性材料襯底；在上述納米多層膜中，所述的緩沖層能夠改善基片襯底與多層膜的界面，可作為上電極用于在鐵電或多鐵性薄膜材料上施加電場(chǎng)；在上述納米多層膜中，所述導(dǎo)電層能夠完美地生長(zhǎng)在絕緣勢(shì)壘層上面，其電導(dǎo)能夠通過(guò)電極化相互作用或者磁電耦合作用受到底部鐵電或多鐵性薄膜的電極化強(qiáng)度大小及方向的調(diào)控。
在上述納米多層膜中，所述的導(dǎo)電層包括非磁金屬層、磁性金屬層、反鐵磁性層、導(dǎo)電分子材料、拓?fù)浣^緣體材料、或摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體材料等；在上述納米多層膜中，所述的非磁金屬層由非磁金屬或其合金組成，厚度為2-100nm ；在上述納米多層膜中，所述的中間導(dǎo)電層是為導(dǎo)電分子材料、拓?fù)浣^緣體材料、或摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體材料組成。在上述納米多層膜中，所述的磁性金屬層由磁性金屬或其合金制成，厚度為
2-100nm ;或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成,厚度為2_100nm。在上述納米多層膜中，所述的磁性金屬層包括直接或間接釘扎結(jié)構(gòu)，直接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/鐵磁性層(FM);間接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/第一鐵磁性層(FMl)/非磁性金屬層(NM)/第二鐵磁性層(FM2)。在上述納米多層膜中，所述反鐵磁性材料包括具有反鐵磁性的合金或氧化物。在上述納米多層膜中，所述鐵磁性層(FM)、第一鐵磁性層(FMl)和第二鐵磁性層(FM2)由鐵磁性金屬或其合金制成，厚度為2 IOOnm ;或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成，厚度為2 lOOnm。在上述納米多層膜中，所述覆蓋層包括由非易氧化金屬材料制成的單層或多層薄膜，厚度為2 200nm。其中，另一種電場(chǎng)調(diào)制型納米多層膜，由下至上依次包括基片襯底；底層；功能層緩沖層絕緣勢(shì)壘層導(dǎo)電層；頂部覆蓋層；其中所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵性薄膜，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層作為上電極用于在鐵電或多鐵性薄膜材料上施加電場(chǎng)；中間絕緣層為氧化物；頂部覆蓋層為保護(hù)層，防止中間導(dǎo)電層被氧化。通過(guò)在所述的底層和緩沖層(上下電極)之間施加電場(chǎng)。由于功能層(鐵電或多鐵性材料)的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。在上述納米多層膜中，所述的基片包括Si襯底、SiC、玻璃襯底或Si-SiO2襯底，MgO單晶襯底、Al2O3單晶襯底或者有機(jī)柔性襯底等。在上述納米多層膜中，所述的底層包括導(dǎo)電金屬材料。在上述納米多層膜中，所述的功能層包括鐵電或多鐵性納米薄膜，可根據(jù)實(shí)際需要預(yù)先沉積種子層，用于優(yōu)化與基片襯底的界面，改善鐵電或多鐵性納米薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。在上述納米多層膜中，所述的緩沖層能夠改善絕緣勢(shì)壘層和功能層的界面，可作為上電極用于在鐵電或多鐵性薄膜材料上施加電場(chǎng)。 在上述納米多層膜中，所述導(dǎo)電層能夠完美地生長(zhǎng)在絕緣勢(shì)壘層上面，其電導(dǎo)(電阻)夠通過(guò)電極化相互作用或者磁電耦合作用受到底部鐵電或多鐵性薄膜的電極化強(qiáng)度大小及方向的調(diào)控。在上述納米多層膜中，所述的導(dǎo)電層包括非磁金屬層、磁性金屬層、反鐵磁性層、導(dǎo)電分子材料、拓?fù)浣^緣體材料、或摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體材料等。在上述納米多層膜中，所述的非磁金屬層由非磁金屬或其合金組成，厚度為2_100nmo在上述納米多層膜中，所述的中間導(dǎo)電層是為導(dǎo)電分子材料、拓?fù)浣^緣體材料、或摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體材料組成。在上述納米多層膜中，所述的磁性金屬層由磁性金屬或其合金制成，厚度為
2-100nm ;或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成,厚度為2_100nm。在上述納米多層膜中，所述的磁性金屬層包括直接或間接釘扎結(jié)構(gòu)，直接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/鐵磁性層(FM);間接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/第一鐵磁性層(FMl)/非磁性金屬層(NM)/第二鐵磁性層(FM2)。在上述納米多層膜中，所述反鐵磁性材料包括具有反鐵磁性的合金或氧化物。在上述納米多層膜中，所述鐵磁性層(FM)、第一鐵磁性層(FMl)和第二鐵磁性層(FM2)由鐵磁性金屬或其合金制成，厚度為2 IOOnm ;或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成，厚度為2 lOOnm。在上述納米多層膜中，所述覆蓋層包括由非易氧化金屬材料制成的單層或多層薄膜，厚度為2 200nm。其中，再一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜，由下至上依次包括底層；基片襯底；磁性層；頂部覆蓋層；其中所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在鐵電或多鐵性材料上施加電場(chǎng)；基片襯底為鐵電或多鐵性材料，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；頂部覆蓋層作為上電極和保護(hù)層，防止中間磁性層被氧化。通過(guò)在所述的底層和頂部覆蓋層(上下電極)之間施加電場(chǎng)，由于基片襯底(鐵電或多鐵性材料)的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻的產(chǎn)生。在上述納米多層膜中，所述的基片包括鐵電或多鐵性材料襯底。在上述納米多層膜中，所述磁性層能夠完美地生長(zhǎng)在基片襯底材料上面，其電導(dǎo)能夠通過(guò)電極化相互作用或者磁電耦合作用受到底部鐵電或多鐵性薄膜的電極化強(qiáng)度大小及方向的調(diào)控。在上述納米多層膜中，所述的磁性層由鐵磁金屬或其合金制成，厚度為2-100nm ；或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成，厚度為2-100nm。在上述納米多層膜中，所述的磁性層包括直接或間接釘扎結(jié)構(gòu)，直接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/鐵磁性層(FM);間接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/第一鐵磁性層(FMl)/非磁性金屬層(NM)/第二鐵磁性層(FM2)。
在上述納米多層膜中，所述反鐵磁性層由反鐵磁性材料制成，所述反鐵磁性材料包括具有反鐵磁性的合金或氧化物。在上述納米多層膜中，所述鐵磁性層(FM)、第一鐵磁性層(FMl)和第二鐵磁性層(FM2)由鐵磁性金屬或其合金制成，厚度為2 IOOnm ;或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成，厚度為2 lOOnm。在上述納米多層膜中，所述覆蓋層包括由非易氧化金屬材料制成的單層或多層薄膜，厚度為2 200nm。其中，又提供一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜，由下至上依次包括基片襯底；底層；功能層磁性層；頂部覆蓋層；其中所述的基片襯底為非鐵電或多鐵性材料；所述底層為導(dǎo)電材料；作為下電極用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵性薄膜，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；頂部覆蓋層作為上電極和保護(hù)層，防止中間磁性層被氧化。通過(guò)在所述的底層和頂部覆蓋層(上下電極)之間施加電場(chǎng)，由于功能層(鐵電或多鐵性薄膜材料)的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰金屬和磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。在上述納米多層膜中，所述的底層包括導(dǎo)電金屬材料。在上述納米多層膜中，所述的基片包括Si襯底、SiC、玻璃襯底或Si-SiO2襯底，MgO單晶襯底、Al2O3單晶襯底或者有機(jī)柔性襯底等。在上述納米多層膜中，所述的功能層包括鐵電或多鐵性納米薄膜。在上述納米多層膜中，所述磁性層能夠完美地生長(zhǎng)在功能層的材料上面，其電導(dǎo)能夠通過(guò)電極化相互作用或者磁電耦合作用受到底部鐵電或多鐵性薄膜的電極化強(qiáng)度大小及方向的調(diào)控。在上述納米多層膜中，所述的磁性層由鐵磁金屬或其合金制成，厚度為2-100nm ；或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成，厚度為2-100nm。
在上述納米多層膜中，所述的磁性層包括直接或間接釘扎結(jié)構(gòu)，直接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/鐵磁性層(FM);間接釘扎結(jié)構(gòu)包括反鐵磁性層(AFM)/第一鐵磁性層(FMl)/非磁性金屬層(NM)/第二鐵磁性層(FM2)。在上述納米多層膜中，所述反鐵磁性材料包括具有反鐵磁性的合金或氧化物。在上述納米多層膜中，所述鐵磁性層(FM)、第一鐵磁性層(FMl)和第二鐵磁性層(FM2)由鐵磁性金屬或其合金制成，厚度為2 IOOnm ;或由稀磁半導(dǎo)體材料或半金屬材料制成，厚度為2 lOOnm。在上述納米多層膜中，所述覆蓋層包括由非易氧化金屬材料制成的單層或多層薄膜，厚度為2 200nm。另外，本發(fā)明提供一種基于電致電阻效應(yīng)的電場(chǎng)調(diào)制型場(chǎng)效應(yīng)管。根據(jù)本發(fā)明上述的電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜，通過(guò)在柵極施加不同的電壓，在頂部覆蓋層和底層之間形成 一定的電場(chǎng)。另在源極和漏極之間施加一定的電壓，由于電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生，在不同的電場(chǎng)下，多層膜的電阻不同，造成從源極到漏極的電導(dǎo)不同。因此，可以通過(guò)柵極電壓來(lái)調(diào)控從源極到漏極的電導(dǎo)或電阻值的大小。本發(fā)明提供一種基于電致電阻效應(yīng)的開(kāi)關(guān)型電場(chǎng)傳感器。根據(jù)本發(fā)明的上述電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜，使得當(dāng)在外電場(chǎng)作用下，納米多層膜的電致電阻會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)應(yīng)的獲得高低電阻輸出特性。并且，本發(fā)明提供一種基于電致電阻效應(yīng)的、即以電場(chǎng)調(diào)控的納米器件為存儲(chǔ)單兀的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型隨機(jī)存儲(chǔ)器(Electric-field-switching Random Access Memory, ERAM)(簡(jiǎn)稱電隨機(jī)存儲(chǔ)器)。本發(fā)明提出一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜的制備方法，采用磁控濺射并結(jié)合激光輔助沉積、分子束外延、原子層沉積或氣相化學(xué)反應(yīng)沉積生長(zhǎng)方法依次沉積底層、緩沖層、絕緣勢(shì)壘層、導(dǎo)電層及頂部覆蓋層；其中所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在鐵電或多鐵性材料上施加電場(chǎng)；基片襯底為鐵電或多鐵性材料，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層作為上電極用于在鐵電或多鐵性材料上施加電場(chǎng)；中間的絕緣勢(shì)壘層為氧化物；頂部覆蓋層為保護(hù)層，防止中間導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和緩沖層之間施加電場(chǎng)，由于基片襯底的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。本發(fā)明提出另一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜的制備方法，采用磁控濺射并結(jié)合激光輔助沉積、分子束外延、原子層沉積或氣相化學(xué)反應(yīng)沉積生長(zhǎng)方法在基片襯底上依次沉積底層、功能層、緩沖層、絕緣勢(shì)壘層、導(dǎo)電層及頂部覆蓋層；其中所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在功能層上施加電場(chǎng)；所述功能層為鐵電或多鐵性薄膜，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；所述緩沖層作為上電極用于在鐵電或多鐵性薄膜材料上施加電場(chǎng)；所述中間的絕緣勢(shì)壘層為氧化物；所述頂部覆蓋層為保護(hù)層，防止中間導(dǎo)電層被氧化，通過(guò)在所述的底層和緩沖層之間施加電場(chǎng)，由于功能層的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。本發(fā)明提出又一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜的制備方法，采用磁控濺射并結(jié)合激光輔助沉積、分子束外延、原子層沉積或氣相化學(xué)反應(yīng)沉積生長(zhǎng)方法在基片襯底上依次沉積底層、磁性層及頂部覆蓋層；其中所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在鐵電或多鐵性材料上施加電場(chǎng)；基片襯底為鐵電或多鐵性材料，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；頂部覆蓋層作為上電極和保護(hù)層，防止中間磁性層被氧化，通過(guò)在所述的底層和頂部覆蓋層之間施加電場(chǎng)，由于基片襯底的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰金屬層(磁性層)的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。本發(fā)明的提出再一種電場(chǎng)調(diào)控型納米多層膜的制備方法，采用磁控濺射并結(jié)合激光輔助沉積、分子束外延、原子層沉積或氣相化學(xué)反應(yīng)沉積生長(zhǎng)方法在基片襯底上依次沉積底層、功能層、磁性層及頂部覆蓋層；其中所述的基片襯底為非鐵電或多鐵性材料；所述底層為導(dǎo)電材料，作為下電極用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵性薄膜，可在電場(chǎng)的作用下改變和調(diào)控其電極化強(qiáng)度的大小及其方向；頂部覆蓋層作為上電極和保護(hù)層，防止中間磁性層被氧化；通過(guò)在所述的底層和頂部覆蓋層之間施加電場(chǎng)，由于功能層的電極化強(qiáng)度大小及其方向的改變，影響和改變相鄰金屬層(磁性層)的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)，導(dǎo)致可逆電致電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。圖7a示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的納米多層膜，其由下至上依次包括底層102(簡(jiǎn) 稱為BOL I)、基片101 (簡(jiǎn)稱為SUB)、底層103 (簡(jiǎn)稱為BOL 2)、功能層104 (簡(jiǎn)稱為FCL)、緩沖層105 (簡(jiǎn)稱為BFL)、絕緣層106 (簡(jiǎn)稱為ISO)、中間導(dǎo)電層107 (簡(jiǎn)稱為ML)、覆蓋層108(簡(jiǎn)稱為CAP)。以下對(duì)各個(gè)層進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明?；?01為鐵電或多鐵性襯底，或一般性襯底包括Si襯底、SiC、玻璃襯底或Si-SiO2襯底，MgO單晶襯底、Al2O3單晶襯底或者有機(jī)柔性襯底等。在上述的基片襯底中，基片101為鐵電或多鐵性襯底，包括Pb (Mgl73Nb273)
O3-PbTiO3 (PMN-PT)、BiFeO3 (BFO)、BaTi03、Pb (Zn1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 (PZN-PT)、PbTiO3 (PTO)、SrTiO3(STO)、BiMnO3等鐵電或多鐵性襯底，厚度為0. I 1mm。在上述納米多層膜中，所述的基片為一般性襯底，包括Si襯底、SiC、玻璃襯底或Si-SiO2襯底，MgO單晶襯底、Al2O3單晶襯底或者有機(jī)柔性襯底等，厚度為0. I 1mm。在上述納米多層膜中，底層102為導(dǎo)電金屬層。該導(dǎo)電金屬層一般米用Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag、Au 或其合金制作，厚度為 2. 0 IOOnm0在納米多層膜中，底層103為導(dǎo)電金屬層。該導(dǎo)電金屬層一般米用Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag、Au 或其合金制作，厚度為 2. 0 IOOnm功能層為104為鐵電或多鐵性薄膜。該鐵電或多鐵性薄膜一般包括Pb (Mgl73Nb273)
O3-PbTiO3 (PMN-PT)、BiFeO3 (BFO)、BaTiO3 (BTO)、PbTiO3 (PTO)、SrTiO3 (STO)、BiMnO3 等，厚度為5-500nm ;為了保證功能層比較好且和基片襯底結(jié)合較緊密，可以預(yù)先沉積SrRu03、TiO2等種子層。緩沖層105—般采用導(dǎo)電性比較好且和襯底結(jié)合較緊密的非磁性金屬層(包括單層或者多層)，其材料優(yōu)選Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Pd、Cu、CuN等,也可以是金屬合金或金屬?gòu)?fù)合層，厚度可為2. 0 lOOnm。絕緣層106 —般為 AlOpMgCKMghZnxCKAlNJaAJgAlOpZnCKMgSiOpSiOyHf^、Ti02、Alq3、LB 有機(jī)復(fù)合薄膜、GaAs> AlGaAs> InAs 等材料制作，優(yōu)選 MgO、AlOx> MgZnO> AlN和Alq3、LB有機(jī)復(fù)合薄膜，厚度一般在為0. 5 10nm。
中間導(dǎo)電層107是為鐵磁性金屬，或直接釘扎結(jié)構(gòu)或間接釘扎結(jié)構(gòu)。“直接釘扎”是指反鐵磁材料層AFM直接和鐵磁性層FM接觸(簡(jiǎn)寫(xiě)為AFM/FM)，“間接釘扎”是指在二者之間插入復(fù)合層NM/FM(簡(jiǎn)寫(xiě)為FM1/NM/FM2/AFM)。在上述磁性層107中，鐵磁金屬包括自旋極化率比較高的鐵磁性金屬，優(yōu)選Co、Fe、Ni ;或者這些鐵磁性金屬的合金薄膜，優(yōu)選Co-Fe、Co-Fe-B, NiFeCr或Ni-Fe (如Ni8IFe19, Co75Fe25)等鐵磁性合金，厚度為2. 0 IOOnm ;或者是諸如GaMnAs、Ga-Mn-N等稀磁半導(dǎo)體材料,或諸如 Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-GaJo-Mn-Ge-Ga^ahSrxMnOy LahCaxMnO3(其中 0 < X < I)等半金屬材料，厚度為2. 0 IOOnm0 在上述磁性層107中，反鐵磁性層AFM包括具有反鐵磁性的合金材料,優(yōu)選Pt-Mn、Ir-Mn, Fe-Mn和Ni_Mn，厚度為5 50nm ;或具有反鐵磁性的氧化物，優(yōu)選CoO、NiO,厚度為5 50nm。鐵磁性層FM采用自旋極化率比較高的鐵磁性金屬，優(yōu)選Co、Fe、Ni ;或者這些鐵磁性金屬的合金薄膜，優(yōu)選 Co-Fe、Co-Fe-B> NiFeCr 或 Ni-Fe (如Ni81Fe19、Co75Fe25)等鐵磁性合金，厚度為2. 0 IOOnm ;或者是諸如GaMnAs、Ga-Mn-N等稀磁半導(dǎo)體材料，或諸如 Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si, Co-Mn-Ge, Co-Mn-Ga,Co-Mn-Ge-Ga、La1^xSrxMnO3> LahCaxMnO3(其中 0 < X < I)等半金屬材料，厚度為 2. 0 lOOnm。插在鐵磁性層FM和反鐵磁性層AFM之間的超薄非磁性金屬層匪一般采用Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag、Au 或其合金制作，厚度為 0. I 5nm。在上述中間導(dǎo)電層是為導(dǎo)電性比較好的非磁性金屬層(包括單層或者多層復(fù)合金屬薄膜)。其材料優(yōu)選 Ta、Cu、Ti、Ru、Au、Ag、Pt、Al、Cr、V、W、Nb 等，厚度為 2. 0 IOOnm0在上述中間導(dǎo)電層是為反鐵磁性金屬層。其材料優(yōu)選IrMn、FeMn、PtMn、NiMn,厚度為5 50nm?；蚓哂蟹磋F磁性的氧化物，優(yōu)選CoO、NiO等，厚度為5 50nm。在上述中間導(dǎo)電層是為導(dǎo)電分子材料、拓?fù)浣^緣體材料、或摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體材料等。其材料優(yōu)選Graphene、摻雜聚乙炔、Sb、Bi_Te、Bi_Se、Sb-Te等導(dǎo)電材料。覆蓋層108為不易被氧化且導(dǎo)電性比較好的的金屬層(包括單層或者多層復(fù)合金屬薄膜)，其材料優(yōu)選Ta、Cu、Ti、Ru、Au、Ag、Pt等，厚度為2. 0 200nm,用于保護(hù)核心結(jié)構(gòu)不被氧化和腐蝕。因此，本發(fā)明的磁性納米多層膜結(jié)構(gòu)包括但不限于結(jié)構(gòu)A B0L 1/SUB/B FL/IS0/NM(or FM, or AFM) /CAP (圖 7b)；結(jié)構(gòu)B SUB/B0L 2/FCL/IS0/NM(or FM, or AFM) /CAP (圖 7c)；結(jié)構(gòu)C SUB/B0L 2/FCL/BFL/IS0/NM(or FM, or AFM) /CAP (圖 7d)；結(jié)構(gòu)D SUB/B0L 2/FCL/FM1/NM/FM2/AFM/CAP (圖 7e)；結(jié)構(gòu)E SUB/B0L 2/FCL/FM/AFM/CAP 圖 7f)；結(jié)構(gòu)F SUB/B0L 2/FCL/FM1/NM/FM2/CAP (圖 7g)；結(jié)構(gòu)G SUB/B0L 2/FCL/FM/CAP (圖 7h)；結(jié)構(gòu)H B0L 1/SUB/FM1/NM/FM2/AFM/CAP (圖 7i)；結(jié)構(gòu)I :B0L 1/SUB/FM/AFM/CAP (圖 7j)；結(jié)構(gòu)J B0L 1/SUB/FM1/NM/FM2/CAP (圖 7k)；結(jié)構(gòu)K B0L1/SUB/FM/CAP(圖 71)；
示例 I :在磁控濺射設(shè)備上以真空優(yōu)于2 X 10_6Pa，沉積速率為0. 06nm/s，氬氣壓為0. 07Pa的條件，直接在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底上生長(zhǎng)5nm Co75Fe25作為磁性層。接著在5nm Co75Fe25磁性層上直接沉積6nm Ta作為頂部覆蓋層，防止Co75Fe25磁性層的氧化。然后將得到的納米多層膜放入磁控濺射設(shè)備，真空優(yōu)于2X10_5Pa，沉積速率為10nm/min，氬氣壓為0. IPa,在6nm Ta覆蓋層的頂部沉積IOOnm的Au膜，以備制備頂部電極。最后在
(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背部直接沉積IOnm CrUOOnm Au膜作為背部底層電極，以便施加電場(chǎng)。在接觸電極和(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片下表面的Au膜之間施加(_8kV/cm)至8kV/cm的電場(chǎng)，如圖8a所示；圖8b為在接觸電極和(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片下表面的Au膜之間施加外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜的電阻的測(cè)量結(jié)果示意圖。
示例 2 在磁控濺射設(shè)備上以真空優(yōu)于I X 10_6Pa，沉積速率為0. lnm/s,沉積時(shí)氬氣壓為
0.07Pa的條件，在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上沉積Ta(5nm)緩沖層(BFL)。然后在磁控濺射設(shè)備上以真空優(yōu)于2X 10_6Pa，沉積速率為0. 07nm/s，氬氣壓為0. 07Pa的條件，直接在緩沖層Ta上沉積厚度為I. Onm的AlOjt為絕緣勢(shì)壘層。接著在真空優(yōu)于I X 10_6Pa，沉積速率為0. lnm/s，沉積氬氣壓為0. 07Pa的條件下，在I. Onm AlOx的絕緣勢(shì)壘層上直接沉積5nm的磁性金屬Co75Fe25 (或直接沉積5nm的非磁性金屬Al,或沉積5nm的反鐵磁性層IrMn)作為中間導(dǎo)電層。在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底下表面濺射lOnmCr、IOOnm左右的Au，便于施加電場(chǎng)。在接觸電極和(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片下表面的Au膜之間施加(_8kV/cm)至8kV/cm的電場(chǎng)。如圖9a所示；圖9b為中間導(dǎo)電層為Co75Fe25，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)量結(jié)果示意圖；圖9c為中間導(dǎo)電層為Co75Fe25，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)量結(jié)果示意圖，并在測(cè)量的同時(shí)施加IkOe的磁場(chǎng)，以便測(cè)量分析納米多層膜的電阻與外加變化的電場(chǎng)，以及外加固定磁場(chǎng)之間的關(guān)系。從圖中可以看出仍然存在 260%的電阻變化關(guān)系。另外從測(cè)量結(jié)果可以分析出，所加的外磁場(chǎng)并沒(méi)有對(duì)納米多層膜的R-E曲線造成影響。說(shuō)明該效應(yīng)并非起源于磁相互作用。圖9d為中間導(dǎo)電層為5nm的Al膜，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)量結(jié)果示意圖。從圖中可以看出仍然存在 100%的電阻變化。也從側(cè)立面說(shuō)明了該效應(yīng)的并非來(lái)源于磁電相互作用。圖9e為中間導(dǎo)電層為5nm的IrMn薄膜，外加變化的電場(chǎng)E與納米多層膜電阻R的測(cè)量結(jié)果示意圖。從圖中可以看出仍然存在 44%的電阻變化。示例3 :按照示例I和2的方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(OOl) -PMN-PT鐵電基片襯底上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx Inm,中間導(dǎo)電層Co75Fe25 5nm和頂部覆蓋層Ta5nm。最后在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背面沉積底層Au lOOnm。制作電極首先在制備的納米多層膜的上面旋涂I U m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次重復(fù)以上光刻步驟，在制備的納米多層膜的上面旋涂I y m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在導(dǎo)電層Co75Fe25 ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2,絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次重復(fù)以上光刻步驟，在制備的納米多層膜的上面旋涂I U m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ；然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積Cr 5nm、Au 10nm，二者的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次利用磁控濺射設(shè)備，在剝離SiO2后的器件上面沉積Cr IOnm, Au IOOnm ;再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂
Iy m厚的S1813紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外 曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，最后將器件放入丙酮去除光刻膠，得到源極S、柵極g和漏極d。如圖IOa所示，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加Vds，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例4 :按照示例I和2的方法，利用脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延或磁控濺射設(shè)備，在Si/Si02襯底上沉積底層金屬Cu 50nm,然后利用脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延或磁控濺射設(shè)備沉積功能層(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物(可根據(jù)技術(shù)要求預(yù)先生長(zhǎng)種子層)，接著在PMN-PT鐵電氧化物薄膜上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Co75Fe25 5nm和頂部覆蓋層Ta 5nm。制作電極首先在制備的納米多層膜的上面旋涂I U m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次重復(fù)以上光刻步驟，在制備的納米多層膜的上面旋涂Ium厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在導(dǎo)電層Co75Fe25 ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次重復(fù)以上光刻步驟，在制備的納米多層膜的上面旋涂Iu m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積Cr 5nm、Au 10nm，二者的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次利用磁控濺射設(shè)備，在剝離SiO2后的器件上面沉積Cr IOnm, Au IOOnm ;再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂I U m厚的S1813紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，最后將器件放入丙酮去除光刻膠，得到源極S、柵極g和漏極d。如圖IOb所示，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加Vds，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例5 :按照示例I和2的方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(001) -PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Co75Fe25 5nm和頂部覆蓋層Ta 5nm。最后在(001)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背面沉積底層Au lOOnm。制作電極首先在制備的納米多層膜的上面旋涂I U m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次利用磁控濺射設(shè)備，在剝離SiO2后的器件上面沉積Au IOOnm ;再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂I U m厚的S1813紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，最后將器件放入丙酮去 除光刻膠，得到源極S、柵極g和漏極d。如圖IOc所示，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓在源極和漏極之間施加VDS，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例6 :按照示例3方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(001) -PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Co75Fe25 5nm和頂部覆蓋層Ta5nm。最后在(001)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背面沉積底層Au lOOnm。制作電極首先在制備的納米多層膜的上面旋涂 I U m厚的ma-N440紫外光刻負(fù)膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂 Ium厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用使用等離子刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，即在絕緣層SiO2進(jìn)行打孔，刻蝕深度至緩沖層Ta。然后將器件放入丙酮中去除光刻膠；再一次利用磁控濺射設(shè)備，在器件上面沉積Au IOOnm;再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂I U m厚的S1813紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，最后將器件放入丙酮去除光刻膠，得到源極S、柵極g和漏極d。如圖IOd所示，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加Vds，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例7 :按照示例I和2的方法，利用脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延或磁控濺射設(shè)備，在Si/Si02襯底上沉積底層金屬Cu 50nm,然后利用脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延或磁控濺射設(shè)備沉積功能層(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物(可根據(jù)技術(shù)要求預(yù)先生長(zhǎng)種子層)，接著在PMN-PT鐵電氧化物薄膜上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Co75Fe25 5nm和頂部覆蓋層Ta 5nm。制作電極首先在制備的納米多層膜的上面旋涂I U m厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次利用磁控濺射設(shè)備，在剝離SiO2后的器件上面沉積Au IOOnm ;再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂I U m厚的S1813紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，最后將器件放入丙酮去除光刻膠，得到源極S、柵極g和漏極d。如圖IOe所示，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓在源極和漏極之間施加VDS，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。
示例8 :按照示例I和2的方法，利用脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延或磁控濺射設(shè)備，在Si/Si02襯底上沉積底層金屬Cu 50nm,然后利用脈沖激光沉積(PLD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延或磁控濺射設(shè)備沉積功能層(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物(可根據(jù)技術(shù)要求預(yù)先生長(zhǎng)種子層)，接著在PMN-PT鐵電氧化物薄膜上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Co75Fe25 5nm和頂部覆蓋層Ta 5nm。制作電極首先在制備的納米多層膜的上面旋涂 I U m厚的ma-N440紫外光刻負(fù)膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子干法刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕深度截止在緩沖層Ta ;然后再次利用磁控濺射設(shè)備沉積絕緣層SiO2，絕緣層SiO2的厚度基本能夠?qū)⒖涛g區(qū)域填平；然后將制備的器件放入丙酮進(jìn)行光刻膠的剝離；再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂 Ium厚的ma-N440紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用使用等離子刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，即在絕緣層SiO2進(jìn)行打孔，刻蝕深度至緩沖層Ta。然后將器件放入丙酮中去除光刻膠；再一次利用磁控濺射設(shè)備，在器件上面沉積Au IOOnm ;再一次重復(fù)以上光刻步驟，在整個(gè)器件表面均勻旋涂I U m厚的S1813紫外光刻膠，利用預(yù)先制備的光刻板和紫外曝光機(jī)進(jìn)行曝光處理；對(duì)紫外曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影、定影；使用等離子刻蝕法進(jìn)行刻蝕沒(méi)有光刻膠覆蓋的區(qū)域，最后將器件放入丙酮去除光刻膠，得到源極S、柵極g和漏極d。如圖IOf所示，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加Vds，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例9 :按照示例3方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(001) -PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Al 5nm和頂部覆蓋層Ta 5nm。最后在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背面沉積底層IOnm Cr,Au lOOnm。利用示例3中的微加工方法，制備場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極g和漏極d。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加VDS，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例10 :按照示例3方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層Al 5nm和頂部覆蓋層Ta5nm。最后在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背面沉積底層IOnm Cr、Au lOOnm。利用示例4中的微加工方法，制備場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極g和漏極d。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加VDS，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例11 :按照示例3方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(001) -PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層IrMn5nm和頂部覆蓋層Ta5nm。最后在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片 的背面沉積底層IOnm Cr、Au lOOnm。利用示例3中的微加工方法，制備場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極g和漏極d。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加VDS，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例12 :按照示例3方法，利用磁控濺射設(shè)備，在(001) -PMN-PT鐵電氧化物襯底基片上依次沉積緩沖層Ta 5nm、絕緣層AlOx lnm、中間導(dǎo)電層IrMn5nm和頂部覆蓋層Ta5nm。最后在(OOl)-PMN-PT鐵電氧化物襯底基片的背面沉積底層IOnm Cr,Au lOOnm。利用示例4中的微加工方法，制備場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極g和漏極d。按照示例I和2中的測(cè)試方法，在柵極g上施加變化的電壓\，在源極和漏極之間施加VDS，通過(guò)不同的電壓對(duì)源極和漏極之間的電阻進(jìn)行調(diào)制，從而獲得不同的漏極電流，即獲得輸出特性曲線。示例13 圖Ila是本發(fā)明實(shí)施例13基于可逆電致電阻效應(yīng)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器單元的原理示意圖。從圖中可以看出，該存儲(chǔ)單元包括電致電阻納米器件、字線(word line)、讀位線(bit line)、寫(xiě)位線(digit line)、地線(ground line)和 I 個(gè)晶體管。在ERAM的尋址讀出操作中，首先由被選擇的字線word line給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的讀位線bit line相應(yīng)地導(dǎo)出一個(gè)讀出電流，該讀出電流 ImA,經(jīng)由納米存儲(chǔ)單元的漏極、源極、晶體管到達(dá)地線ground line,從而獲得當(dāng)前納米存儲(chǔ)單元電阻大小，同預(yù)先標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得到ERAM單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息。在ERAM的尋址寫(xiě)入操作中，首先由被選擇的字線word line給出一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖绞咕w管工作于導(dǎo)通狀態(tài)，然后由被選擇的寫(xiě)位線digit line施加一個(gè)較大的電壓(該電壓大于電阻的臨界翻轉(zhuǎn)電壓Vtl),這樣就在柵極和底層之間形成電場(chǎng)，由于電致電阻效應(yīng)，就可以實(shí)現(xiàn)納米存儲(chǔ)單元的高低阻態(tài)的變化，這樣就完成了對(duì)ERAM存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。以上ERAM存儲(chǔ)單元是根據(jù)示例3設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么同樣可以根據(jù)示例4、5、6、7、8的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)ERAM存儲(chǔ)單元，如圖lib、11c、lid、lie、Ilf。根據(jù)示例4、5、6、7、8的設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的ERAM存儲(chǔ)單元，工作原理同圖Ila中存儲(chǔ)單元類似。其中圖llb、lle、llf中的最底層空白區(qū)域?qū)?yīng)為基片襯底，是非鐵電或多鐵性材料。字線、與位線、讀位線、地線等外圍電路都應(yīng)基于基片襯底為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)制備。以上ERAM存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖僅標(biāo)示出核心結(jié)構(gòu)層，其它附屬結(jié)構(gòu)層可根據(jù)實(shí)際情況添加，但仍處于本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán) 利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于有勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，由下至上依次包括 復(fù)合層、緩沖層、勢(shì)壘層、導(dǎo)電層、功能自由層、覆蓋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所屬的復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于有勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。
5.一種基于無(wú)勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，由下至上依次包括 復(fù)合層、磁性層、功能自由層、覆蓋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無(wú)勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化?？梢愿淖児δ茏杂蓪雍鸵r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無(wú)勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料；磁性層為磁性材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；覆蓋層為保護(hù)層，防止結(jié)構(gòu)被氧化，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無(wú)勢(shì)壘對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。
9.一種基于有勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，由下至上依次包括 復(fù)合層、功能自由層、緩沖層、勢(shì)壘層、導(dǎo)電層、覆蓋層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于有勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于有勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以改變功能自由層和功能釘扎層的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于有勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。
13.一種基于無(wú)勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，由下至上依次包括 復(fù)合層、功能自由層、磁性層、覆蓋層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于無(wú)勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底和功能自由層上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化?？梢愿淖児δ茏杂蓪雍鸵r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于無(wú)勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能釘扎層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能釘扎層和功能自由層上施加電場(chǎng)；功能釘扎層為鐵電或多鐵材料；功能自由層為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化?？梢愿淖児δ茏杂蓪雍鸵r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于無(wú)勢(shì)壘非對(duì)稱雙功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。
17.一種基于有勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，由下至上依次包括復(fù)合層、緩沖層、勢(shì)壘層、導(dǎo)電層、覆蓋層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于有勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料；用于在襯底上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于有勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電 材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料；緩沖層為導(dǎo)電材料，用于減少勢(shì)壘層的粗糙度；勢(shì)壘層為氧化物；導(dǎo)電層為能導(dǎo)電的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止中間的導(dǎo)電層被氧化；通過(guò)在所述的底層和覆蓋層之間施加電場(chǎng)，可以襯底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變導(dǎo)電層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于有勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述邏輯器件可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。
21.一種基于無(wú)勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，由下至上依次包括 復(fù)合層、磁性層、覆蓋層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基于無(wú)勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上可以包括底層、襯底，其中底層為導(dǎo)電材料，用于在襯底上施加電場(chǎng)；襯底為鐵電或多鐵材料，可在電場(chǎng)的作用下改變極化強(qiáng)度的大小及其方向；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化?？梢砸r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基于無(wú)勢(shì)壘單功能層納米多層膜的邏輯器件，其特征在于，所述復(fù)合層由下至上也可以包括襯底、底層、功能層，其中襯底為絕緣材料；底層為導(dǎo)電材料，用于在功能層上施加電場(chǎng)；功能層為鐵電或多鐵材料；磁性層為磁性材料；覆蓋層為保護(hù)層，防止磁性層被氧化?？梢砸r底的極化強(qiáng)度方向，從而影響和改變磁性層的面內(nèi)電導(dǎo)，可獲得不同電場(chǎng)下不同的電阻態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于鐵電及多鐵材料可逆電致電阻效應(yīng)的納米多層膜邏輯器件。由單功能層制備的邏輯器件，通過(guò)對(duì)初始邏輯輸出態(tài)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能；由雙功能層制備的邏輯器件，在雙輸入的情況下，通過(guò)對(duì)初始邏輯輸出態(tài)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能；由雙功能層制備的邏輯器件，在三輸入(其中一個(gè)輸入作為控制輸入)的情況下，通過(guò)對(duì)初始邏輯輸出態(tài)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)與非邏輯和或非邏輯功能。
文檔編號(hào)H01L43/08GK102856488SQ20111030525
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者韓秀峰, 李大來(lái), 劉東屏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所