[发明专利]基于自旋滤波器效应的自旋晶体管和利用自旋晶体管的非易失存储器

权利要求书

1.一种晶体管，它包括通过自旋滤波效应注入自旋偏振热载流子的自旋注入器和通过自旋滤波效应选择所述注入的自旋偏振热载流子的自旋分析器。

2.如权利要求1所述的晶体管，其中所述自旋注入器具有：第一铁磁阻挡层，它能够通过在其两端施加电压而使载流子通过隧道；第一非磁性电极层，它与所述第一铁磁阻挡层的一个端面结合；以及第二非磁性电极层，它与所述第一铁磁阻挡层的另一个端面结合。

3.如权利要求1或2所述的晶体管，其中所述自旋分析器具有：第二铁磁阻挡层，所述第二非磁性电极层与所述第二铁磁阻挡层的一个端面结合；以及第三非磁性电极层，它与所述第二铁磁阻挡层的另一个端面结合，并且所述自旋分析器与所述自旋注入器共享所述第二非磁性电极层。

4.如权利要求2或3所述的晶体管，其中所述第一和第二铁磁阻挡层包括铁磁半导体或铁磁绝缘体。

5.如权利要求2到4中任何一个所述的晶体管，其中所述第二非磁性电极层的厚度小于所述第二非磁性电极层的自旋偏振热载流子的平均自由程。

6.如权利要求2到5中任何一个所述的晶体管，其中按照所述自旋注入器的自旋滤波效应，在通过向所述第一非磁性电极层和所述第二非磁性电极层施加电压而产生的载流子的隧道效应中，其自旋方向平行于所述第一非磁性电极层中存在的载流子的所述第一铁磁阻挡层的能带边缘上的自旋能带的载流子，其通过隧道的几率大，而其自旋方向反平行于所述第一非磁性电极层中存在的载流子的所述第一铁磁阻挡层的能带边缘上的自旋能带的载流子，其通过隧道的几率小。

7.如权利要求2到6中任何一个所述的晶体管，其中按照所述自旋分析器的自旋滤波效应，当从所述自旋注入器注入的自旋偏振热载流子的自旋方向平行于所述第二铁磁阻挡层的能带边缘上的自旋能带的自旋方向时，所述自旋偏振热载流子被引导通过所述第二铁磁阻挡层的能带边缘上的自旋能带，抵达所述第三非磁性电极层，而当所述自旋偏振热载流子的自旋方向反平行于所述第二铁磁阻挡层能带边缘上的自旋能带的自旋方向时，所述自旋偏振热载流子不能抵达所述第三非磁性电极层。

8.如权利要求2到7中任何一个所述的晶体管，其中第一电压通过第一电源加到所述第一非磁性电极层和所述第二非磁性电极层之间，第二电压通过第二电源加到所述第二非磁性电极层和所述第三非磁性电极层之间或所述第一非磁性电极层和和所述第三非磁性电极层之间，并且按照所述第一铁磁阻挡层和所述第二铁磁阻挡层的相对磁化方向，从所述第一非磁性电极层注入所述第二非磁性电极层和所述第二电源的自旋偏振热载流子，或者转换到通过所述第二铁磁阻挡层和所述第二电源流动的电流，或者转换到通过所述第二非磁性电极层和所述第一电源流动的电流。

9.如权利要求8所述的晶体管，其中施加所述第一电压，使得所述注入的自旋偏振热载流子的能量大于所述第二铁磁阻挡层的自旋能带边缘的能量，并小于自旋分裂宽度加上自旋能带边缘的能量。

10.如权利要求9所述的晶体管，其中施加一种磁场，使所述第一铁磁阻挡层和所述第二铁磁阻挡层的磁化方向中任何一个倒转。

11.一种存储器电路，其中，如权利要求1到10中任何一个所述的晶体管是存储单元。

12.如权利要求11所述的存储器电路，其中所述晶体管的第二非磁性电极层连接到字线，所述晶体管的第三非磁性电极层连接到位线，所述位线通过负载连接到电源，以及所述晶体管的第一非磁性电极层接地。

13.一种晶体管，它包括通过自旋滤波效应注入自旋偏振热载流子的自旋注入器和通过自旋滤波效应选择所述注入的自旋偏振热载流子的自旋分析器，

其中所述自旋注入器和所述自旋分析器中至少任何一个包括由铁磁物质制成的阻挡层。

14.一种晶体管，它包括通过自旋滤波效应注入自旋偏振载流子的自旋注入器和通过自旋滤波效应选择所述注入的自旋偏振载流子的自旋分析器，

其中所述自旋注入器和所述自旋分析器中至少任何一个包括由铁磁物质制成的阻挡层。