[發(fā)明專利]真隨機數(shù)發(fā)生器及產(chǎn)生真隨機數(shù)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210550931.3
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114937735A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹易;王超;任睿智;魯軍;譚浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京量子信息科學(xué)研究院
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/08;H01L43/10;H01L43/14;G06F7/58
• 代理公司: 北京律和信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 何春暉;張莎莎

1.一種包括多層膜結(jié)構(gòu)的真隨機數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述多層膜結(jié)構(gòu)包括：

導(dǎo)電層，配置成通入第一電流；

第一磁性層，位于所述導(dǎo)電層之上，易磁化方向垂直于所述導(dǎo)電層與所述第一磁性層的交界面，配置成在所述第一電流的焦耳熱作用下，所述第一磁性層的磁矩克服翻轉(zhuǎn)能量勢壘向垂直于所述交界面向上或向下的方向隨機翻轉(zhuǎn)；

自旋流抵消層，位于所述第一磁性層之上，用于抵消所述導(dǎo)電層與所述第一磁性層的交界面上產(chǎn)生的自旋流對所述第一磁性層的磁矩產(chǎn)生的自旋軌道矩。

2.如權(quán)利要求1所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中所述多層膜結(jié)構(gòu)進一步包括：

襯底，所述導(dǎo)電層位于所述襯底上；

蓋帽層，位于所述自旋流抵消層之上，用于保護其下各層；其中

所述導(dǎo)電層為十字交叉形，所述第一磁性層、所述自旋流抵消層和所述蓋帽層為截面形狀相同的薄膜，所述第一磁性層、所述自旋流抵消層和所述蓋帽層堆疊于所述十字交叉形的中心區(qū)域。

3.如權(quán)利要求2所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中以所述十字交叉形的幾何中心為平面直角坐標(biāo)原點，以所述十字交叉形的一個延伸方向為X軸，另一個延伸方向為Y軸，所述導(dǎo)電層進一步配置成：

在所述導(dǎo)電層沿X軸的兩端分別接入電極，用于通入所述第一電流；

在所述導(dǎo)電層沿Y軸的兩端分別接入電極，用于檢測霍爾電壓。

4.如權(quán)利要求3所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中所述第一電流包括脈沖電流，并且所述霍爾電壓在所述脈沖電流的相鄰脈沖周期之間進行檢測，以得到隨機數(shù)序列。

5.如權(quán)利要求2-4中任一項所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中

所述襯底包括硅基片；

所述導(dǎo)電層采用重金屬材料或拓?fù)浣^緣體材料制成；

所述第一磁性層采用鐵磁材料制成；

所述自旋流抵消層采用與所述導(dǎo)電層相同的材料制成；和/或

所述蓋帽層采用非鐵導(dǎo)電金屬材料制成。

6.如權(quán)利要求1所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中所述多層膜結(jié)構(gòu)進一步包括：

襯底，所述導(dǎo)電層位于所述襯底上；

第二磁性層，位于所述自旋流抵消層之上，易磁化方向垂直于所述自旋流抵消層與所述第二磁性層的交界面；

釘扎層，位于所述第二磁性層之上，用于固定所述第二磁性層的磁矩方向；

蓋帽層，位于所述釘扎層之上，用于保護其下各層；其中

所述導(dǎo)電層為條形，所述第一磁性層、所述自旋流抵消層、所述第二磁性層、所述釘扎層和所述蓋帽層為截面形狀相同的薄膜，所述第一磁性層、所述自旋流抵消層、所述第二磁性層、所述釘扎層和所述蓋帽層堆疊于所述條形的中心區(qū)域。

7.如權(quán)利要求6所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中以所述條形的幾何中心為三維直角坐標(biāo)原點，以所述條形的延伸方向為X軸，以垂直于X軸并沿所述多層膜結(jié)構(gòu)的堆疊方向為Z軸，

在所述導(dǎo)電層沿X軸的兩端分別接入電極，用于通入所述第一電流；

在所述蓋帽層沿Z軸的一端接入電極，用于通入第二電流。

8.如權(quán)利要求7所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中所述第一電流包括具有預(yù)設(shè)間隔的脈沖電流，所述第二電流在所述預(yù)設(shè)間隔通入，以測量所述多層膜結(jié)構(gòu)的磁電阻，并根據(jù)所述磁電阻得到隨機數(shù)序列。

9.如權(quán)利要求6-8中任一項所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中

所述襯底包括硅基片；

所述導(dǎo)電層采用重金屬材料或拓?fù)浣^緣體材料制成；

所述第一磁性層采用軟磁材料制成；

所述自旋流抵消層采用與所述導(dǎo)電層相同的材料制成；

所述第二磁性層采用鐵磁材料制成；

所述釘扎層采用反鐵磁材料制成；和/或

所述蓋帽層采用非鐵導(dǎo)電金屬材料制成。

10.如權(quán)利要求4或8所述的真隨機數(shù)發(fā)生器，其中

所述第一電流的電流強度和/或脈沖寬度根據(jù)所述第一磁性層的翻轉(zhuǎn)能量勢壘確定。