[发明专利]自旋金属氧化物半导体场效应晶体管

权利要求书

1.一种自旋MOSFET，包括：

半导体衬底；

第一磁性膜，该第一磁性膜形成在该半导体衬底上且包括第一铁磁层，该第一铁磁层的磁化方向固定；

第二磁性膜，该第二磁性膜形成在该半导体衬底上并与该第一磁性膜间隔开，并且包括磁化自由层、第一非磁性层以及磁化固定层，其中该第一非磁性层是隧道绝缘体且设置在该磁化自由层上，该磁化固定层设置在该第一非磁性层上，该磁化自由层的磁化方向可变，而该磁化固定层的磁化方向固定；

栅极绝缘膜，该栅极绝缘膜至少设置在该第一磁性膜和该第二磁性膜之间的半导体衬底上；以及

形成在该栅极绝缘膜上的栅电极。

2.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中该磁化自由层包括包含第二铁磁层、第二非磁性层以及第三铁磁层的堆叠结构，并且第二和第三铁磁层相互反铁磁性耦合。

3.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中第一反铁磁层设置在第一磁性膜上，并且第二反铁磁层设置在该磁化固定层上。

4.根据权利要求3所述的自旋MOSFET，其中第一和第二反铁磁层由彼此不同的材料制成。

5.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中第一磁性膜包括包含第一铁磁层、第二非磁性层和第二铁磁层的堆叠结构，并且第一和第二铁磁层相互反铁磁性耦合。

6.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中该磁化固定层包括包含第二铁磁层、第二非磁性层以及第三铁磁层的堆叠结构，并且第二和第三铁磁层相互反铁磁性耦合。

7.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中隧道绝缘膜设置在该导体衬底与该第一和第二磁性膜之间。

8.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中该磁化自由层的磁化方向相对于第一铁磁层的磁化方向倾斜大于0度但等于或小于45度的角度。

9.根据权利要求8所述的自旋MOSFET，其中第二磁性膜的膜平面形状为平行四边形。

10.根据权利要求8所述的自旋MOSFET，其中第二磁性膜的膜平面形状为六边形。

11.根据权利要求1所述的自旋MOSFET，其中该半导体衬底具有由IV族半导体或者III-V或II-VI族化合物半导体形成的表面。

12.一种自旋MOSFET，包括：

半导体衬底；

第一磁性膜，该第一磁性膜形成在该半导体衬底上且包括第一铁磁层，该第一铁磁层的磁化方向固定；

第二磁性膜，该第二磁性膜形成在该半导体衬底上并与该第一磁性膜间隔开，并且包括磁化自由层、第一非磁性层以及磁化固定层，其中该第一非磁性层设置在该磁化自由层上，该磁化固定层设置在该第一非磁性层上，该磁化自由层的磁化方向可变，而该磁化固定层的磁化方向固定且反平行于该第一铁磁层的磁化方向；

栅极绝缘膜，该栅极绝缘膜至少设置在该第一磁性膜和该第二磁性膜之间的半导体衬底上；以及

形成在该栅极绝缘膜上的栅电极，

当执行写入操作时施加导致负磁阻效应的栅极电压，当执行读取操作时施加导致正磁阻效应的栅极电压。

13.根据权利要求12所述的自旋MOSFET，其中第一反铁磁层设置在第一磁性膜上，并且第二反铁磁层设置在该磁化固定层上。

14.根据权利要求13所述的自旋MOSFET，其中第一和第二反铁磁层由彼此不同的材料制成。

15.根据权利要求12所述的自旋MOSFET，其中第一磁性膜包括包含第一铁磁层、第二非磁性层和第二铁磁层的堆叠结构，并且第一和第二铁磁层相互反铁磁性耦合。

16.根据权利要求12所述的自旋MOSFET，其中该磁化固定层包括包含第二铁磁层、第二非磁性层以及第三铁磁层的堆叠结构，并且第二和第三铁磁层相互反铁磁性耦合。

17.根据权利要求12所述的自旋MOSFET，其中隧道绝缘膜设置在该半导体衬底与该第一和第二磁性膜之间。

18.根据权利要求12所述的自旋MOSFET，其中该磁化自由层的磁化方向相对于第一铁磁层的磁化方向倾斜大于0度但等于或小于45度的角度。