[发明专利]一种基于自旋霍尔效应磁隧道结的非易失性逻辑门电路

摘要

一种基于自旋霍尔效应磁隧道结的非易失性逻辑门电路，该逻辑门电路由输入端、输出端，上拉电阻网络，下拉互补电阻网络，供电电压源以及地端组成；供电电压源接上拉电阻网络，上拉电阻网络与下拉互补电阻网络相连，下拉互补电阻网络与地端相连；同时输入端与输出端分别与上拉电阻网络以及下拉互补电阻网络相连；执行逻辑运算操作时，首先通过输入端对上拉电阻网络以及下拉互补电阻网络进行数据写入；然后通过评估输出端的电压来判决逻辑运算结果，并进行数据输出。本发明解决了非易失性逻辑门电路统一标准的电路实现结构问题，同时能够提供很好的性能。同时，它可以扩展到其它类似的电阻式非易失性元器件。

主权项

一种基于自旋霍尔效应磁隧道结的非易失性逻辑门电路，其特征在于：该逻辑门电路由输入端Input，输出端Output，上拉电阻网络Pull‑up resistive network，下拉互补电阻网络Pull‑down complementary resistive network，供电电压源Vdd以及地端Gnd组成；供电电压源接上拉电阻网络，上拉电阻网络与下拉互补电阻网络相连，下拉互补电阻网络与地端相连；同时输入端与输出端分别与上拉电阻网络以及下拉互补电阻网络相连；执行逻辑运算操作时，首先通过输入端对上拉电阻网络以及下拉互补电阻网络进行数据写入；然后通过评估输出端的电压来判决逻辑运算结果，并进行数据输出；所述的输入端的输入数据信号为电流方向；所述的输出端的输出数据信号为电压幅度；所述的上拉电阻网络由自旋霍尔效应磁隧道结组成；该自旋霍尔效应磁隧道结从上到下由铁磁层一，氧化物隔离层，铁磁层二以及重金属层，共四层构成；该铁磁层一与铁磁层二，是指混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe中的一种；其中铁磁层一的磁场极化方向为固定的，称为固定层，而铁磁层二的磁场极化方向为自由的，称为自由层；该铁磁层一与铁磁层二为磁各向异性易轴垂直膜面材料，称为垂直磁场各向异性即Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA，也能为磁各向异性易轴平行膜面材料，称为面内磁场各向异性即In‑plane Magnetic Anisotropy；该氧化物隔离层，是指氧化镁MgO，氧化铝Al2O3或其他等价氧化物中的一种；该重金属层，指钽Tantalum、钨Tungsten、铪Hafnium或铂Pt中的一种；所述的下拉互补电阻网络由互补自旋霍尔效应磁隧道结组成；该自旋霍尔效应磁隧道结与互补自旋霍尔效应磁隧道结，是指在相同写入电流的作用下，具有互补的电阻状态；其中，上拉电阻网络中的自旋霍尔效应磁隧道结的电阻状态与下拉互补电阻网络中的互补自旋霍尔效应磁隧道结的电阻状态始终处于互补状态。