[发明专利]半导体器件和半导体逻辑器件

说明书

本发明涉及半导体器件，本发明实施例的基于自旋轨道矩(SOT:Spin Orbit Torque)效应的半导体器件(1000)的特征在于，包括第一电极以及连接于所述第一电极的第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元分别配置在所述第一电极上，并且包括隔着绝缘层配置有自由磁层和固定磁层的磁隧道结(MTJ:magnetic Tunnel Junction)，当施加到所述第一电极的面内的电流超过各个单元的阈值电流值时，所述第一单元和第二单元中的每一个的所述自由磁层的磁化方向改变，并且所述第一单元和第二单元的所述阈值电流值彼此不同。

技术领域

本发明涉及半导体器件和半导体逻辑器件。

背景技术

最近研究的半导体器件包括磁存储器件、相变器件等，作为其中一种，磁存储器件不仅速度快、工作电压低、而且还具有非易失性的性质，因此具备了作为存储器件的理想条件。通常，磁存储器件可以由一个磁阻传感器和一个晶体管构成单元(Unit cell)，如美国专利第5,699,293号中所公开。

磁存储器件的基本结构包括两个铁磁材料由绝缘层隔开的磁隧道结结构(第一磁性电极/绝缘体/第二磁性电极)。通过该器件的电阻根据两个磁体的相对磁化方向而改变的磁阻来存储信息。两个磁层的磁化方向能够通过自旋极化电流来控制，这被称为自旋转移矩(Spin transfer torque)，电子具有的角动量传递到磁矩使得产生转矩。

为了利用自旋转移矩来控制磁化方向，需要使自旋极化电流通过磁性物质内部，但是，最近提出了使产生自旋电流的重金属与磁体相邻，从而通过施加水平电流来实现磁体的磁化反转的技术，即，自旋轨道矩(Spin orbit torque)技术【US 8416618，Writablemagnetic memory element，US2014-0169088，Spin Hall magnetic apparatus，methodand application，KR1266791，使用面内电流和电场的磁存储器件】。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种信息的存储、识别和传输速度快且功耗低的半导体器件。

另外，能够实现高度集成化，从而能够提高半导体器件的性能并且降低制造成本。

另外，在制造后改变各个单元(cell)的磁化特性，从而能够应用于各种领域。

另外，能够实现AND、OR、NAND、NOR等逻辑门。

解决问题的技术方案

本发明实施例的基于自旋轨道矩(SOT:Spin Orbit Torque)效应的半导体器件1000的特征在于，包括第一电极以及连接于所述第一电极的第一单元(cell)和第二单元(cell)，所述第一单元和第二单元分别配置在所述第一电极上，并且包括隔着绝缘层配置有自由磁层和固定磁层的磁隧道结(MTJ：magnetic Tunnel Junction)，当施加到所述第一电极的面内的电流超过各个单元的阈值电流值时，所述第一单元和第二单元中的每一个的所述自由磁层的磁化方向改变，并且所述第一单元和第二单元的所述阈值电流值彼此不同。

另外，还包括：输入电路，在所述第一电极中隔着所述第一单元和第二单元配置的第一位置和第二位置之间施加电流；第一输出电路，电流从所述第一电极的第一位置流过第一单元；以及第二输出电路，电流从所述第一电极的第一位置流过第二单元，通过沿所述输入电路施加的电流将信息存储到所述第一单元或第二单元中，通过测量所述第一输出电路和第二输出电路的电特性能够读取信息。