[发明专利]基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件和磁逻辑元件阵列

权利要求书

1、一种基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，该逻辑元件包括四条输入信号线、一条输出信号线和隧道结单元；每条输入信号线中流过的电流强度均相同，分别将“0”和“1”分配给它们，利用输入信号A、B、C、D的组合，决定隧道结中磁性层的磁化方向，将通过双势垒磁性隧道结的磁电阻效应的大小作为输出信号，其特征在于：所述的隧道结单元是双势垒磁性隧道结单元，其包括：

一个下部磁性层；

一个形成于所述下部磁性层之上的第一隧道势垒层；

一个形成于所述第一隧道势垒层之上的中间磁性层；

一个形成于所述中间磁性层之上的第二隧道势垒层；

一个形成于第二隧道势垒层之上的上部磁性层；

所述的三个磁性层的组成材料为铁磁性材料、半金属磁性材料或磁性半导体材料，各磁性层的厚度均为2～10nm；

所述的隧道势垒层的组成材料为选自MgO、Al₂O₃、AlN、Ta₂O₅或HfO₂，其厚度为0.8～3.0nm。

2、如权利要求1所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：

所述的铁磁性材料为3d过渡族磁性金属、铁磁性合金或稀土金属；

所述的半金属磁性材料为Fe₃O₄、CrO₂、La_0.7Sr_0.3MnO₃或Co₂MnSi；

所述的磁性半导体材料为Fe、Co、Ni或V；

所述的磁性半导体材料或者为Mn掺杂的ZnO、TiO₂、HfO₂或SnO₂；

所述的磁性半导体材料或者为Mn掺杂的GaAs、InAs、GaN或ZnT。

3、如权利要求2所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：所述的铁磁性合金为稀土金属铁磁合金。

4、如权利要求2所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：

所述的铁磁性材料为Fe、Co、Ni、Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe、Co-Fe-Ni、Gd-Y、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、或Er。

5、如权利要求1、2或4所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：所述的隧道结单元，还包括，

在所述的下部磁性层下的第一反铁磁性层；

在所述的上部磁性层上的第二反铁磁性层；

所述的第一反铁磁性层和第二反铁磁性层的厚度均为7～20nm。

6、如权利要求5所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：所述的第一反铁磁性层和第二反铁磁性层的组成材料均为Ir、Fe、Rh、Pt或Pd与Mn的合金材料、CoO、NiO、或PtCr。

7、如权利要求1、2或4所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：所述的隧道结单元，还包括，

在所述的下部磁性层下还依次包括Ru层、第三磁性层和第一反铁磁性层；

在所述的上部磁性层上还依次包括Ru层、第四磁性层和第二反铁磁性层；

所述的第一反铁磁性层和第二反铁磁性层的厚度均为7～20nm；

所述的第三磁性层和第四磁性层的组成材料为铁磁性材料、半金属磁性材料或磁性半导体材料，各磁性层的厚度均为2～10nm；

所述的Ru层的厚度为0.7～0.9nm。

8、如权利要求7所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件，其特征在于：所述的第一反铁磁性层和第二反铁磁性层的组成材料均为Ir、Fe、Rh、Pt或Pd与Mn的合金材料、CoO、NiO、或PtCr。

9、一种基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件阵列化了的磁逻辑元件阵列，是将任意多个权利要求1至8之一所述的基于双势垒磁性隧道结的逻辑元件按照阵列排列，并使逻辑输入信号或读出电流流过磁逻辑元件。