[发明专利]自旋场效应逻辑装置

说明书

技术领域

一个或多个示例实施例涉及电子自旋场效应逻辑装置。

背景技术

当半导体器件以纳米级(nano-scale)制造时，载流子迁移率的增加速度 不能跟上器件集成程度(如，器件的数量)，因此，尽管器件的尺寸减小，但 是功率需求量没有减少。为了解决上述问题，已提出使用电子自旋的技术。

自旋晶体管是通过基于自旋极化移动电子来操作的器件。用于移动电子 的功耗可较小，并且导通速度可较高。例如，自旋晶体管可包括在沟道上的 通过栅极隔开的源极和漏极。自旋晶体管可被构造为基于在沟道中是否存在 场效应来在源极和漏极之间传输自旋极化的电子。场效应可调节在漏极检测 到的自旋极化电流的量。

使用晶体管的传统逻辑电路需要大量的晶体管并具有复杂的结构。当制 造使用自旋场效应的逻辑装置时，与传统逻辑电路相比，逻辑装置可具有不 同的、更简单的结构，并且逻辑电路中的元件的数量会减少。

发明内容

一个或多个示例实施例包括自旋场效应逻辑装置。

一个或多个示例实施例可包括利用自旋场效应的逻辑装置，所述逻辑电 路装置包括：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。

第一栅电极可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 辑装置还可包括：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。

逻辑装置还可包括形成在第一沟道上的第一隧道阻挡件和形成在第一沟 道上的第二隧道阻挡件，其中，源极、第一漏极和输出电极中的两个可形成 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可形成在 第二隧道阻挡件上。第一沟道可以是半金属，第一沟道的能带间隙可以是第 一方向。第一漏极和输出电极中的每个可包括在隧道阻挡件上的铁磁层和在 铁磁层上的金属层。第一漏极和输出电极中的每个还可包括在铁磁层和金属 层之间的反铁磁层。

输入端可连接到第一栅电极，输出端可连接到输出电极，当输入端的电 势大致大于或等于阈值电压时，第一沟道可处于第二磁化状态以选择性地传 输沿第二方向自旋极化的电子，且输出端的输出电压可以为低，当在输入端 为地电压时，可从输出端检测输出电极的高电压，逻辑电路装置可以是逆变 电路装置。

第二沟道可在第一沟道上，源极可在第一沟道上且第一漏极可在第二沟 道上。第二栅电极可在第二沟道上，输出电极可连接在第一漏极和第一电压 源之间，源极和第一漏极可沿第一方向磁化，第一栅电极可被构造为控制第 一沟道的磁化状态，第二栅电极可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可传输沿 第二方向磁化的自旋极化的电子。第一隧道阻挡件可在第一沟道和源极之间 并可在第一沟道和第二沟道之间，第二隧道阻挡件可在第二沟道和第一漏极 之间并可在第二沟道和输出电极之间。

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。

第一栅电极可电连接到第一输入端，第二栅电极可电连接到第二输入端， 输出电极可连接到输出端，所述逻辑装置可被构造为使得当将大致大于或等 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致大于或等于 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，可 输出与来自第一电压源的第二电流相关的第二电压，第二电压可以大于第一 电压，逻辑装置可以是NAND电路装置。