高速进动切换磁性逻辑 |
|||||||
| 申请号 | CN201380054209.X | 申请日 | 2013-10-22 | 公开(公告)号 | CN104737318B | 公开(公告)日 | 2017-08-22 |
| 申请人 | 英特尔公司; | 发明人 | S·马尼帕特鲁尼; D·E·尼科诺夫; I·A·扬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 描述了高速进动 开关 磁性 逻辑器件和架构。在第一示例中，磁性逻辑器件包括具有第一纳米磁体的输入 电极 和具有第二纳米磁体的输出电极。所述第二纳米磁体的自旋与所述第一纳米磁体的自旋非共线。 沟道 区和相对应的 接地电极 设置在所述输入电极与所述输出电极之间。在第二示例中，磁性逻辑器件包括具有平面内纳米磁体的输入电极和具有垂直磁 各向异性 (PMA)磁体的输出电极。沟道区和相对应的接地电极设置在所述输入电极与所述输出电极之间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁性逻辑器件，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 高速进动切换磁性逻辑技术领域背景技术[0002] 在过去的几十年里，集成电路中的特征的缩放已经是不断成长的半导体工业背后的驱动力。缩放到越来越小的特征使得能够增大半导体芯片的有效不动产上的功能单元的密度。例如，缩小晶体管尺寸允许芯片上包含的存储器或逻辑设备的数量增加，实现具有更大的容量的产品的制造。然而，对于越来越大容量的驱动并不是没有问题。对每个器件的性能进行最优化的必要性变得越发显著。 [0003] 自旋转矩器件的操作以自旋转移矩现象为基础。如果电流通过被称为固定磁层的磁化层，则其将出现自旋极化。随着每个电子的通过，其自旋(电子的角动量)将被添加到被称为自由磁层的下一磁层中的磁化，并且将使其产生小的变化。即，实际上，转矩引起的磁化进动。由于电子的反射，转矩还将被施加在相关联的固定磁层的磁化上。最终，如果电流超过某一临界值(由磁性材料及其环境所产生的阻尼来给定)，则自由磁层的磁化将通常在大约1纳秒内被电流脉冲切换。固定磁层的磁化可以保持不变，因为相关联的电流由于几何形状或由于相邻的反铁磁层而低于其阈值。 [0005] 图1A示出了在自旋逻辑元件的输入和输出处具有共线磁体的自旋逻辑元件的顶视图。 [0006] 图1B示出了根据本发明的实施例的在自旋逻辑元件的输入和输出处具有非共线磁体的自旋逻辑元件的顶视图。 [0007] 图2A示出了具有诸如结合图1A所描述的共线磁体之类的共线磁体的自旋逻辑器件的截面图。 [0008] 图2B示出了根据本发明的实施例的具有诸如结合图1B所描述的非共线磁体之类的非共线磁体的自旋逻辑器件的顶视图和截面图。 [0009] 图3示出了根据本发明的实施例的具有图2B的非共线磁体的自旋逻辑器件的截面图以及包含非反相门情况的操作。 [0011] 图5示出了根据本发明的实施例的进动自旋逻辑器件的堆叠体500。 [0012] 图6是根据本发明的实施例的自旋逻辑器件的等效自旋电路图。 [0014] 图8包括根据本发明的实施例的示出纳米磁体的磁矩轨迹的三维曲线图。 [0015] 图9示出了根据本发明的实施例的用于自旋逻辑器件的材料堆叠体的截面图。 [0016] 图10示出了根据本发明的一种实施方式的计算设备。 具体实施方式[0017] 描述了高速进动切换磁性逻辑器件和架构。在以下描述中，阐述了大量的具体细节，例如具体集成和材料方案(regime)，以提供对本发明的实施例的深入理解。对本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其它实例中，为了不非必要地使本发明的实施例难以理解，没有详细描述诸如集成电路设计布局之类的公知的特征。此外，应该理解的是，附图中所示的各种实施例是说明性的表示，并且未必是按比例绘制的。 [0018] 本文中描述的一个或多个实施例涉及高速进动切换器件，例如磁性逻辑器件。实施例可以包括增强互补金属氧化物半导体(CMOS)架构、瞬时接通-常断逻辑架构、磁嵌入存储器、基于磁隧道结(MTJ)的器件、非易失性逻辑或自旋逻辑中的一个或多个，或者与它们相关。在以下更详细描述的具体实施例中，高速自旋逻辑器件采用非共线磁体来实现10GHz操作。 [0019] 本文中描述的实施例可以实现快速且非易失性逻辑器件以及门或地的制造。通过比较，制造这种器件并实现非易失性的先前的方案已经包括由纳米级铁磁体(纳米磁体)形成节点。可以通过在纳米磁体的输入与输出之间流动并且因此施加自旋转矩的自旋极化电流来切换铁磁体。在过去的方案中，由铁磁体的形状确定的磁化在所有纳米磁体中都是共线的。因此，初始自旋转矩为零，并且包括这种元件的电路依赖磁化的热波动来开始切换事件。然而，初始自旋转矩为零可能影响切换速度并且导致性能变化。例如，对这种器件进行切换的速度可能较慢。另外或替代地，用于切换启动的定时可能发生变化并且对器件变化敏感。 [0020] 为解决上文所述的先前方案的问题，本文中描述的一个或多个实施例涉及在切换元件的输入和输出处具有非共线磁体的自旋逻辑器件。在一个实施例中，这种布置容许在切换开始或启动时存在非零转矩。具体的这种实施例包括速度方面的性能改进，从而实现了逻辑的例如低于100ps或大约10GHz时钟操作的时钟操作。其它具体的这种实施例使得能够克服启动切换对热噪声的依赖。 [0021] 通过说明，图1示出了在自旋逻辑元件的输入和输出处具有共线磁体的自旋逻辑元件的顶视图。参考图1A，自旋逻辑元件100A包括输入102A、接地电极区104A和输出106A。输入102A和输出106A均包括具有宽度(Wm)的铁磁层(纳米磁体)。如输入102A和输出106A的矩形几何形状所表示的，输入102A和输出106A的铁磁层的自旋是共线的。注意，接地端子始终被描绘为相较于右磁体(106A)更靠近左磁体(102A)，因为这可能是输入与输出的隔离所需要的。 [0022] 与图1A的常规布置相反，图1B示出了根据本发明的实施例的在自旋逻辑元件的输入和输出处具有非共线磁体的自旋逻辑元件的顶视图。参考图1B，自旋逻辑元件100B包括输入102B、接地电极区104B和输出106B。输入102B和输出106B均包括具有宽度(Wm)的铁磁层(纳米磁体)。然而，如非平行的输入102B和输出106B的椭圆几何形状所表示的，输入102B和输出106B的铁磁层的自旋是非共线的。在一个这种实施例中，非共线磁体的这种布置能够实现高速自旋逻辑。 [0023] 通过进一步说明，图2A示出了具有诸如结合图1A所描述的共线磁体之类的共线磁体的自旋逻辑器件的截面图。参考图2A，自旋逻辑器件200A包括与输入202A和输出206A耦合的电源电压平面201A。输入202A和输出206A均包括铁磁层(纳米磁体)，例如分别包括层203A和207A。接地电极204A设置在输入202A与输出206A之间。如图2A所示，金属接地线208A可以与接地电极204A耦合。还可以包括诸如氧化层210A之类的额外的材料来例如用作自旋过滤器。 [0024] 再次参考图2A，针对具有净自旋方向216A的多个输入自旋态214A示出了包含非反相门情况212A的操作。主导磁体将自旋注入到输出中，以迫使输出进行排列(align)，如箭头218A和219A所表示的。因此，获得了具有净自旋方向222A的多个输出自旋态220A。如多个输入自旋态214A和多个输出自旋态220A的水平描绘所表示的，多个自旋态214A和220A的自旋是共线的。 [0025] 与图2A的常规布置相反，图2B示出了根据本发明的实施例的具有诸如结合图1B所描述的非共线磁体之类的非共线磁体的自旋逻辑器件的顶视图和截面图。参考图2B，自旋逻辑器件200B包括与输入202B和输出206B耦合的电源电压平面201B。输入202B和输出206B均包括具有厚度Tm、宽度Wm和长度Lm的铁磁层(纳米磁体)，例如分别包括层203B和207B。接地电极(或区，如顶视图中的虚线所示)204B设置在输入202B与输出206B之间并且具有接地长度LG和接地厚度TG。相对应的沟道区250B具有沟道长度Lc和厚度Tc。如图2B所示，金属接地线208B可以与接地电极204B耦合。还可以包括诸如氧化层210B的额外的材料来例如用作自旋过滤器。如结合图1B所述的，输入202B和输出206B，即磁层203B和207B的铁磁层的自旋是非共线的，如图2B的顶视图中所示。 [0026] 图3示出了根据本发明的实施例的具有图2B的非共线磁体的自旋逻辑器件的截面图以及包含非反相门情况的操作。参考图3，针对具有对应于净自旋方向317的角度净自旋方向316的多个输入自旋态314示出了包含非反相门情况312的操作。主导磁体将自旋注入到输出中，以迫使输出进行排列，如箭头318和319所表示的。因此，获得了具有对应于净自旋方向323的角度净自旋方向322的多个输出自旋态320。如图3中的多个输入自旋态314和多个输出自旋态320的角度描绘所表示的，多个自旋态314的自旋与多个自旋态320的自旋是非共线的。像这样，图3的进动切换磁性逻辑器件的操作包含由于自旋群中的非对称性而导致的自旋流动，如图所示。来自输入磁体的净垂直转矩控制输出磁体动态。 [0027] 再次参考图1B、2B和3，一个或多个实施例包括经由纳米磁体的进动切换来进行操作的自旋逻辑器件。进动切换动态是通过非共线磁体构造实现的。在一个这种实施例中，输入和输出磁体相对于沟道方向在相反方向上倾斜大约45°。非共线性在纳米磁体动态的开始产生强自旋转矩，从而产生较快的响应。诸如结合图1A和2A所描述的那些逻辑器件之类的传统自旋逻辑器件采用共线磁体，其在施加电压的初始时刻不产生转矩。在这种传统自旋逻辑器件中，磁体最终响应于热噪声而开始切换。 [0028] 在实施例中，使用平面磁体并且利用进动切换来进行操作，例如，如针对图3的进动切换自旋逻辑器件所描述的。椭圆形磁体(图2B的顶视图中可见)允许通过使用形状各向异性来控制磁化方向。在具体的这种实施例中，通过将平面磁体旋转大于0度并且小于45度的角度以提供具有圆角的矩形形状来实现形状各向异性。在沿着由磁性材料的图案化所限定的椭圆形的主(最长)轴进行磁化时发生稳定平衡。输入和输出磁体的主轴指向相对于彼此大约成90度角的方向。在实施例中，与共线器件相反，这种布置使初始时刻施加的自旋转矩最大化。通过施加将磁化切换到接近相反方向所需的电压脉冲来确保最终状态的稳定性。随后，磁体放松进入稳定平衡。 [0029] 在实施例中，结合图2B和3所描述的结构是使用多个堆叠的金属层制造的。磁体是由图案化的铁磁金属形成的。由在铜层中蚀刻的导线形成的金属沟道(例如，用于长自旋扩散长度)可以用于耦合输入和输出磁体，以将自旋电流从输入磁体传导到输出磁体。金属通孔可以用于将沟道区耦合到接地平面。可以选择接地平面的尺寸以优化器件的能量延迟。 [0030] 总之，在实施例中，自旋逻辑的方向性由器件中的几何不对称性来设定。输入磁体与沟道的重叠面积大于输出磁体与沟道的重叠面积。该重叠差导致非对称自旋传导，其中输入磁体建立沟道中的自旋电流的方向。在具体实施例中，沟道中的氧化缝隙容许磁体的输入侧与输出侧的隔离。 [0031] 在另一方面中，垂直磁各向异性(PMA)可以用于增强磁性逻辑器件的切换速度。例如，在实施例中，将平面内磁体与PMA磁体组合来产生进动切换，从而根据结合图3所描述的内容提供了替代的器件方案。具体地，用于进动切换自旋逻辑的结构可以采用垂直磁体和平面内磁体二者，例如，通过将平面内磁体用于输入并且将PMA磁体用于输出。磁化方向由磁性材料的PMA以及磁层厚度之间的相互作用来设置。在一个实施例中，与例如使用两种材料和磁化退火步骤相比，这种方案容许更容易的制造加工和磁化退火方法。然而，要理解，用于PMA/平面内进动磁体布置的操作原理与针对图1B、2B和3所示的非共线布置所描述的操作原理相似。 [0032] 作为示例，图4示出了根据本发明的另一个实施例的具有垂直磁各向异性(PMA)磁体和平面内磁体的组合的自旋逻辑器件的顶视图和截面图。参考图4，自旋逻辑器件400包括与输入402和输出406耦合的电源电压平面401。输入402和输出406均包括铁磁层(纳米磁体)，例如，分别包括层403和407。然而，铁磁层403提供具有长度Lm的平面内磁体。同时，铁磁层403提供具有厚度Tm和宽度Wm的PMA磁体。如箭头460和462以及特征470所指示的，磁体的方向彼此正交。要理解，在另一个实施例中，输入可以包括PMA磁体，而输出可以包括平面内磁体。接地电极(或区，如顶视图中的虚线所示)404设置在输入402与输出406之间并且具有接地长度LG和接地厚度TG。相对应的沟道区450具有沟道长度Lc和厚度Tc。金属接地线408可以与接地电极404耦合，如图4所示，从而在器件400的中央处提供接地。还可以包括诸如氧化层410之类的额外的材料来例如用作自旋过滤器。 [0033] 在另一方面中，进动自旋逻辑器件可以被堆叠，以提高逻辑密度。作为示例，图5示出了根据本发明的实施例的进动自旋逻辑器件的堆叠体。参考图5，结构500中包括自旋逻辑器件的第一堆叠体502、第二堆叠体504和第三堆叠体506。金属接地平面508和510与电压源平面512和514按照交替的方式布置。还包括磁层516、518、520、522和524以及诸如氧化层526和528的其它层。在布置500中，平面外自旋电流530与互连中继器532耦合，从而提供在相同取向上磁化的交替的磁层，以允许信号流动。 [0034] 结构500可以被描述为具有堆叠的交替自旋逻辑(ASL)逻辑层的三维逻辑。通过使用如图所示进行排列的交替的磁体层来确保这种布置中的信息流动。磁体的方向可以由图案化的层的形状来设定并且能够被控制以获得适当的对齐。 [0035] 在另一方面中，提供具有自洽微磁动态和自旋输运的全自旋互连的数值模拟来示出本文中所描述的一个或多个实施例的操作方面。例如，对重复的全自旋互连的理论处理和数值模拟使用多个物理模拟来显示其操作，该模拟将纳米磁体处理为单个磁矩并且使用自旋电路理论来计算标量电压和向量自旋电压。图6示出了根据本发明的实施例的自旋互连的一部分的等效电路600。参考图6，节点1和节点2表示磁体与沟道的接触点。节点4、5、7是沟道的内部节点，用以调节自旋翻转电流。节点6是接地连接与自旋沟道接触的点。 [0036] 可以由Landau-Lifshitz-Gilbert方程(1)和(2)描述纳米磁体的动态。 [0037] [0038] [0040] 可以由图7所示的输运模型获得自旋电流，图7是根据本发明的实施例的磁矩(X)或电压(mV)作为时间(ns)的函数的曲线图700，其示出在5GHz的操作条件下的进动切换自旋逻辑器件的模拟响应。自旋等效电路包括由磁化的瞬时方向确定的张量自旋传导矩阵。自洽随机解算器(solver)用于说明磁体中的热噪声。图8包括根据本发明的一个或多个实施例的示出纳米磁体的磁矩轨迹的三维曲线图802和804。 [0041] 总之，我们已经描述并且实验展示了进动切换磁性逻辑器件的主要物理现象。在实施例中，用于制造这种器件的制作流程和材料与用于制造自旋转矩转移(STT)-RAM的过程相同或高度兼容。像这样，一个或多个实施例提供了用于在对STT-RAM制备所使用的制备能力施加影响的同时制造低功率自旋逻辑技术的方案。还展示了自旋极化电流的较长的传播长度以及其对纳米磁体进行切换的能力。 [0042] 尽管本文中没有详细描述制造进动切换磁性逻辑器件或架构的层的堆叠体的方法，但是要理解，用于制造的操作可以包括标准微电子制造工艺，例如光刻、蚀刻、薄膜沉积、平面化(例如化学机械抛光(CMP))、扩散、计量学、牺牲层的使用、蚀刻停止层的使用、平面化停止层的使用、和/或与微电子部件制造相关联的任何其它动作。 [0043] 为了提供适合于制备本文中所描述的器件的材料的示例性堆叠体，图9示出了根据本发明的实施例的用于自旋逻辑器件的材料堆叠体的截面图。 [0044] 参考图9，磁体902和904可以是单质、基于合金或基于半金属材料。例如，在一个实施例中，磁体902和904由例如但不限于铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或钆(Gd，<290K)的单质材料组成。在一个实施例中，磁体902和904由例如但不限于钴铁(CoxFey)、镍钴(NixCoy)、镍铁(NixFey)、钴铁硼(CoxFeyBz)、钐钴(SmxCoy)或钕铁硼(NdxFeyBz)的合金材料组成。在一个实施例中，磁体902和904由例如但不限于铜锰铝(Cu2MnAl)、铜锰铟(Cu2MnIn)、铜锰锡(Cu2MnSn)、铜铁硅(Co2FeSi)、钴铁铝(Co2FeAl)或镓锰(GaMn)的哈斯勒合金(半金属)材料组成。哈斯勒合金是基于哈斯勒相的铁磁金属合金。哈斯勒相可以是具有特定成分和面心立方晶体结构的金属间化合物。由于相邻磁离子之间的双交换机制，尽管组成元素不是铁磁的，所述材料也是铁磁材料。所述材料通常包括锰离子，其位于立方结构的体心并且承载合金的大部分磁矩。 [0045] 再次参考图9，自旋过滤器层906可以由氧化层组成。在一个这种实施例中，自旋过滤器层906由例如但不限于氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)或氧化铕(EuO)的材料组成。在实施例中，自旋过滤器层906由适合于允许多数自旋的电流通过该层而至少在一定程度上阻止少数自旋的电流通过该层的材料组成。 [0046] 再次参考图9，沟道区908可以由单质材料或合金组成。在一个这种实施例中，沟道区908由例如但不限于铜(Cu)或铝(Al)的单质材料组成在另一个这种实施例中，沟道区908由例如但不限于铜硅(CuSi)或铜锗(CuGe)的合金材料组成。还可以包括引脚层，并且在一个实施例中引脚层由例如但不限于铱锰(IrMn)、基于铬(Cr)的材料、或铂锰(PtMn)的合金组成。引脚层可以提供永久磁化。 [0047] 包括的其它层可以包括单质自旋霍尔层，例如单质层。在一个实施例中，一个或多个自旋霍尔层由铂(Pt)、钽(Ta)、掺杂的铜(Cu)或金(Au)组成。还可以包括单质扰频器层。在一个实施例中，一个或多个扰频器层由单质钌(Ru)组成。金属接地910和电源电压平面 1012可以由例如但不限于铜(Cu)的导电材料组成。 [0048] 可以使用自旋极化电流来切换磁体902和904中的磁化的方向。电流通常为非极化(例如，由大约50％的自旋向上电子和大约50％的自旋向下电子构成)。自旋极化电流是具有较高数量的自旋向上电子或自旋向下电子的电流。操作中，在一个实施例中，如果施加的电压为负，则输出的自旋是输入的自旋的副本(例如，图3的输入302和输出306)。然而，如果施加的电压为正，则输出的自旋是输入的自旋的镜像。总之，要理解，初始或最终逻辑状态是铁磁体的磁畴并且磁畴由自旋电流来操纵和/或控制。 [0049] 图10示出了根据本发明的一种实施方式的计算设备1000。计算设备1000容纳板1002。板1002可以包括若干部件，其包括但不限于处理器1004以及至少一个通信芯片1006。 处理器1004物理和电耦合到板1002。在一些实施方式中，至少一个通信芯片1006也物理和电耦合到板1002。在其它实施方式中，通信芯片1006是处理器1004的部分。 [0050] 取决于其应用，计算设备1000可以包括其它部件，所述其它部件可以或可以不与板1002物理和电耦合。这些其它部件包括但不限于易失性存储器(例如，DRAM)、非易失性存储器(例如，ROM)、闪速存储器、图形处理器、数字信号处理器、密码处理器、芯片集、天线、显示器、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编解码器、视频编解码器、功率放大器、全球定位系统(GPS)设备、罗盘、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机、以及大容量存储设备(例如硬盘驱动器、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)，等等)。 [0051] 通信芯片1006可以实现用于来往于计算设备1000的数据传输的无线通信。术语“无线”及其衍生词可以用于描述电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等等，其可以通过使用调制的电磁辐射而经由非固态介质传送数据。术语并不暗示相关联的设备不包含任何线路，尽管在一些实施例中相关联的设备可能不包含任何线路。通信芯片1006可以实施多种无线标准或协议中的任何一种，所述多种无线标准或协议包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11族)、WiMAX(IEEE 802.16族)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、它们的衍生物以及被称为3G、4G、5G和更高代的任何其它无线协议。计算设备1000可以包括多个通信芯片1006。例如，第一通信芯片 1006可以专用于诸如Wi-Fi和蓝牙之类的较短范围的无线通信，并且第二通信芯片1006可以专用于诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等的较长范围的无线通信。 [0052] 计算设备1000的处理器1004包括封装在处理器1004内的集成电路管芯。在本发明的一些实施方式中，处理器的集成电路管芯包括一个或多个器件，例如根据本发明的实施方式构建的高速进动切换磁性逻辑器件。术语“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将这些电子数据转换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何设备或设备的一部分。 [0053] 通信芯片1006还包括封装在通信芯片1006内的集成电路管芯。根据本发明的另一个实施方式，通信芯片的集成电路管芯包括一个或多个器件，例如，根据本发明的实施方式构建的高速进动开关磁性逻辑器件。 [0054] 在其它实施方式中，计算设备1000内容纳的另一个部件可以包含集成电路管芯，所述集成电路管芯包括一个或多个器件，例如根据本发明的实施方式构建的高速进动切换磁性逻辑器件。 [0055] 在各种实施方式中，计算设备1000可以是膝上型电脑、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)、超级移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数字照相机、便携式音乐播放器或数字视频记录仪。在其它实施方式中，计算设备1000可以是处理数据的任何其它电子设备。 [0056] 因此，本发明的实施例提供了高速进动切换磁性逻辑器件和架构。 [0057] 在实施例中，磁性逻辑器件包括具有第一纳米磁体的输入电极和具有第二纳米磁体的输出电极。第二纳米磁体的自旋与第一纳米磁体的自旋非共线。沟道区和相对应的接地电极设置在输入电极与输出电极之间。 [0058] 在一个实施例中，磁性逻辑器件还包括耦合到接地电极的金属接地线。 [0059] 在一个实施例中，磁性逻辑器件还包括与第一电极和第二电极中的一个或两个耦合的电源电压平面。 [0060] 在一个实施例中，纳米磁体中的一个或两个由例如但不限于铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或钆(Gd)的单质材料组成。 [0061] 在一个实施例中，纳米磁体中的一个或两个由例如但不限于钴铁(CoxFey)、镍钴(NixCoy)、镍铁(NixFey)、钴铁硼(CoxFeyBz)、钐钴(SmxCoy)或钕铁硼(NdxFeyBz)的合金材料组成。 [0062] 在一个实施例中，纳米磁体中的一个或两个由例如但不限于铜锰铝(Cu2MnAl)、铜锰铟(Cu2MnIn)、铜锰锡(Cu2MnSn)、铜铁硅(Co2FeSi)、钴铁铝(Co2FeAl)或镓锰(GaMn)的哈斯勒合金材料组成。 [0065] 在一个实施例中，自旋过滤器电介质层由例如但不限于氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)、单层或多层石墨烯(C)或氧化铕(EuO)的材料组成。 [0066] 在实施例中，操作磁性逻辑器件的方法包括：从具有第一纳米磁体的输入电极向器件的接地沟道区提供具有净自旋方向的电流。在具有第二纳米磁体的输出电极处接收电流，以对第二纳米磁体的自旋进行排列。第二纳米磁体的自旋与第一纳米磁体的自旋非共线。 [0067] 在一个实施例中，从输入电极提供电流并且在输出电极处接收电流是为了对器件进行进动切换。 [0068] 在一个实施例中，器件的进动切换的启动包含使用非零自旋转矩。 [0069] 在一个实施例中，从输入电极提供电流并且在输出电极处接收电流包含沟道区的非反相门控。 [0070] 在一个实施例中，非反相门控包括使用负电源电压。 [0071] 在一个实施例中，从输入电极提供电流并且在输出电极处接收电流包括沟道区的反相门控 [0072] 在一个实施例中，反相门控包括使用正电源电压。 [0073] 在实施例中，磁性逻辑器件包括具有平面内纳米磁体的输入电极和具有垂直磁各向异性(PMA)磁体的输出电极。沟道区和相对应的接地电极设置在输入电极与输出电极之间。 [0074] 在一个实施例中，磁性逻辑器件还包括耦合到接地电极的金属接地线。 [0075] 在一个实施例中，磁性逻辑器件还包括与第一电极和第二电极中的一个或两个耦合的电源电压平面。 [0076] 在一个实施例中，平面内纳米磁体和PMA磁体中的一个或两个由例如但不限于铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钆(Gd)或它们的原子多层的单质材料组成。 [0077] 在一个实施例中，使用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或钆(Gd)原子多层并且它们夹杂有由钯(Pd)或铂(Pt)组成的非磁中间层。 [0078] 在一个实施例中，平面内纳米磁体和PMA磁体中的一个或两个由例如但不限于钴铁(CoxFey)、镍钴(NixCoy)、镍铁(NixFey)、钴铁硼(CoxFeyBz)、钐钴(SmxCoy)或钕铁硼(NdxFeyBz)的合金材料组成。 [0079] 在一个实施例中，平面内纳米磁体和PMA磁体中的一个或两个由例如但不限于铜锰铝(Cu2MnAl)、铜锰铟(Cu2MnIn)、铜锰锡(Cu2MnSn)、铜铁硅(Co2FeSi)、钴铁铝(Co2FeAl)或镓锰(GaMn)的哈斯勒合金材料组成。 [0080] 在一个实施例中，磁性逻辑器件还包括设置在与沟道区的至少一部分相邻的位置处的自旋过滤器电介质层。 [0081] 在一个实施例中，自旋过滤器电介质层由例如但不限于氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)或氧化铕(EuO)的材料组成。 [0082] 在一个实施例中，操作磁性逻辑器件的方法包括：从具有平面内纳米磁体的输入电极向器件的接地沟道区提供具有净自旋方向的电流。在具有垂直磁各向异性(PMA)磁体的输出电极处接收电流，以对PMA磁体的自旋进行排列。 [0083] 在一个实施例中，从输入电极提供电流并且在输出电极处接收电流对器件进行进动切换。 [0084] 在一个实施例中，从输入电极提供电流并且在输出电极处接收电流包含沟道区的非反相门控。 [0085] 在一个实施例中，方法还包括使电源电压脉冲化，以获得器件的最佳能量操作。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈