[发明专利]自旋场效应逻辑装置

权利要求书

1.一种自旋场效应逻辑装置，包括：

第一沟道，包括磁材料，第一沟道被构造为选择性地传输自旋极化的电 子；

源极，在第一沟道上；

第一栅电极，在第一沟道上；

第一漏极，被构造为输出从源极传输的电子；

输出电极，被构造为输出从源极传输的电子；

输入端，连接到第一栅电极；

输出端，连接到输出电极，

其中，第一栅电极被构造为控制第一沟道的磁化状态以选择性地传输从 源极注入到第一沟道中的电子，

当第一沟道是第一磁化状态时，第一沟道被构造为选择性地传输沿第一 方向自旋极化的自旋极化电子，

第一漏极和输出电极包括磁材料，第一漏极沿第二方向磁化，输出电极 沿第一方向磁化，

所述逻辑装置被构造成为使得当输入端的电势大于或等于阈值电压时， 第一沟道处于第二磁化状态并选择性地传输沿第二方向自旋极化的电子，且 输出端的输出电压为低，以及

当输入端处于地电压时，输出端的输出电压为高。

2.如权利要求1所述的逻辑装置，所述逻辑装置还包括：

隧道阻挡件，在第一沟道上，

其中，源极、第一漏极和输出电极在隧道阻挡件上。

3.如权利要求1所述的逻辑装置，所述逻辑装置还包括：

第一隧道阻挡件和第二隧道阻挡件，在第一沟道上，

其中，源极、第一漏极和输出电极中的两个形成在第一隧道阻挡件上， 源极、第一漏极和输出电极中的剩余的一个形成在第二隧道阻挡件上。

4.如权利要求1所述的逻辑装置，其中，第一沟道是半金属，第一沟道 的能带间隙是第一方向。

5.如权利要求2所述的逻辑装置，其中，第一漏极和输出电极中的每个 包括在隧道阻挡件上的铁磁层和在铁磁层上的金属层。

6.如权利要求5所述的逻辑装置，其中，第一漏极和输出电极中的每个 还包括在铁磁层和金属层之间的反铁磁层。

7.一种自旋场效应逻辑装置，包括：

第一沟道，包括磁材料，第一沟道被构造为选择性地传输自旋极化的电 子；

源极，在第一沟道上；

第一栅电极，在第一沟道上；

第一漏极，被构造为输出从源极传输的电子；

输出电极，被构造为输出从源极传输的电子；

第一电压源，连接到第一漏极；

第二沟道，在第一沟道上，第一漏极在第二沟道上；

第二栅电极，在第二沟道上，

其中，源极在第一沟道上，

输出电极连接在第一漏极和第一电压源之间，

源极和第一漏极沿第一方向磁化，

第一栅电极被构造为控制第一沟道的磁化状态，第二栅电极被构造为控 制第二沟道的磁化状态，以选择性地传输从源极注入到第一沟道中的电子，

第一沟道和第二沟道传输沿第二方向磁化的自旋极化的电子。

8.如权利要求7所述的逻辑装置，所述逻辑装置还包括：

第一隧道阻挡件，在第一沟道和源极之间，并在第一沟道和第二沟道之 间；

第二隧道阻挡件，在第二沟道和第一漏极之间，并在第二沟道和输出电 极之间。

9.如权利要求8所述的逻辑装置，其中，第一沟道和第二沟道是半金属。

10.如权利要求9所述的逻辑装置，其中，源极包括在第一隧道阻挡件 上的铁磁层和形成在铁磁层上的金属层，第一漏极包括在第二隧道阻挡件上 的铁磁层和形成在铁磁层上的金属层。

11.如权利要求8所述的逻辑装置，其中，所述逻辑装置被构成为使得 当第一沟道和第二沟道中的至少一个沿第二方向磁化时，源极和输出电极之 间的电阻是第一电阻，当第一沟道和第二沟道都沿第一方向磁化时，所述电 阻为第二电阻，第一电压源和输出电极之间的电阻是具有在第一电阻的大小 和第二电阻的大小之间的大小的第三电阻。

12.如权利要求11所述的逻辑装置，所述逻辑装置还包括：

第一输入端，连接到第一栅电极；

第二输入端，连接到第二栅电极；

输出端，连接到输出电极，

其中，所述逻辑装置被构造为使得当将大于或等于对应的第一沟道的阈 值电压的电压施加到第一输入端且将大于或等于对应的第二沟道的阈值电压 的电压施加到第二输入端时，第一沟道和第二沟道传输沿第一方向自旋极化 的电子，且在输出端输出与来自源极的第一电流相关的第一电压，

当将小于对应的第一沟道的阈值电压的电压施加到第一输入端和／或将 小于对应的第二沟道的阈值电压的电压施加到第二输入端时，输出与来自第 一电压源的第二电流相关的第二电压，

第二电压大于第一电压。