[發明專利]一種自旋波邏輯器件及相關電路

在審

• 申請號: 202110579887.4
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN114975767A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王譯;李文波;劉娜;閆鑫;趙俊峰;羅時江
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司;大連理工大學
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/04;H01L43/10;H01L43/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種自旋波邏輯器件及相關電路。該自旋波邏輯器件包括溝道以及位于所述溝道之上的漏極和源極。所述源極用于產生自旋波信號。所述溝道用于將所述自旋波信號傳輸到所述漏極。所述漏極包括磁性隧道結或自旋閥結構，所述漏極用于根據所述自旋波信號呈現出不同阻態，其中，所述不同阻態用于指示不同的邏輯值。所述自旋波邏輯器件能夠通過隧穿磁電阻或者巨磁電阻來探測磁子信號，防止斷電后信息丟失，實現磁子信息的有效存儲。

技術領域

本申請涉及自旋電子技術領域，尤其涉及一種自旋波邏輯器件及相關電路。

背景技術

自旋波是磁性材料順序中的傳播干擾。這些低洼的集體激發發生在具有連續對稱性的磁晶格中。從等效準粒子的角度來看，自旋波被稱為磁振子(簡稱為磁子)，它是自旋晶格的玻色子模式，大致對應于核晶格的聲子激發。自旋波也可以被認為是磁性材料體系中自旋進動的集體激發態，磁子是自旋波量子化的準粒子。每一個磁子攜帶一個普朗克常量的自旋角動量，因此磁子也可以類似電子那樣承載和傳遞自旋信息。但是與電子等帶電粒子不同，磁子本身呈電中性，具有在絕緣磁性材料中無熱耗散、低阻尼、長距離傳輸自旋的優勢，因此，避免了因電荷流動而產生焦耳熱，可以克服日益顯著的器件發熱問題，且能夠避免量子隧穿帶來的靜態功耗增加的不利影響。而且由于自旋波或磁子的本征頻率通常在GHz至THz的頻段范圍內，傳播和處理信息量大，因此磁子器件在低功耗信息存儲與計算領域具有潛在應用前景。磁子晶體管是最典型的一種自旋波邏輯器件，通過控制磁子通道的導通與關閉，可以實現“0”和“1”兩種邏輯狀態，從而實現類似半導體場效應管的邏輯計算功能。

然而，現有技術中磁子晶體管器件中信息探測方式都是采用重金屬材料的逆自旋霍爾效應，將自旋信號轉換為電壓信號進行探測，然而，斷電后磁子晶體管的信息會丟失，后續無法再次讀取磁子晶體管器件中的信息，因此這種磁子晶體管器件具有易失性。并且，這種探測方式能夠探測到的電壓信號較弱，存在探測盲區。

發明內容

本申請提供的一種自旋波邏輯器件及相關電路，具有非易失性。

第一方面，本發明實施例提供了一種自旋波邏輯器件，包括溝道以及位于所述溝道之上的漏極和源極。所述源極用于產生自旋波信號。所述溝道用于將所述自旋波信號傳輸到所述漏極。所述漏極包括磁性隧道結或自旋閥結構，所述漏極用于根據所述自旋波信號呈現出不同阻態，其中，所述不同阻態用于指示不同的邏輯值。

本本發明上述實施例提供的自旋波邏輯器件，漏極采用了磁性隧道結或自旋閥結構。所述自旋波邏輯器件能夠通過隧穿磁電阻或者巨磁電阻來探測磁子信號，由于磁性隧道結或自旋閥具有斷電后信息不丟失的功能，實現磁子信息的有效存儲。因此，本發明實施例提供的自旋波邏輯器件具有非易失性，滿足邏輯運算過程中隨時調用存儲信息的需求，有利于存算一體器件及采用存算一體器件的裝置架構的設計。并且，由于磁性隧道結或自旋閥可以微縮到納米尺度，與半導體工藝兼容，因此本發明實施例有利于器件小型化。

此外，在源極采用磁性材料的情況下，由于磁性材料的磁矩排布方向可以與磁性金屬薄膜平行或者垂直，也可以為與磁性金屬薄膜平行或垂直兩者之間的任意角度，因此，可激發出不同極化方向的磁子，從而，本發明實施例提供的自旋波邏輯器件可調控性強，且探測信號較強。

在又一種可能的實現方式中，所述自旋波邏輯器件漏極為磁性隧道結，所述磁性隧道結包括層疊設置的第一磁性層、非磁絕緣層以及第二磁性層。

在又一種可能的實現方式中，所述自旋波邏輯器件的漏極為自旋閥結構，所述自旋閥結構包括層疊設置的第一磁性層、非磁金屬層以及第二磁性層。

在又一種可能的實現方式中，所述漏極還包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層位于所述溝道與所述第一磁性層之間，所述第二金屬層位于所述第二磁性層之上，所述第一金屬層和所述第二金屬層用于供電。具體的，所述第一金屬層可以為底電極，所述第二金屬層可以為頂電極。在所述第一金屬層和第二金屬層供電的情況下，可以檢測所述自旋波邏輯器件中的信息。