垂直磁电自旋轨道逻辑制造技术

提供一种装置，其包括：具有垂直磁各向异性（PMA）的第一磁体；层堆叠，其一部分与第一磁体相邻，其中该层堆叠用以提供反Rashba‑Bychkov效应；具有PMA的第二磁体；与第二磁体相邻的磁电层；以及耦合到层堆叠的至少一部分和磁电层的导体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】垂直磁电自旋轨道逻辑
技术介绍
自旋电子学是对固态器件中电子的固有自旋及其相关联的磁矩的研究。自旋电子逻辑是将磁化或自旋的物理变量用作计算变量的集成电路器件。这样的变量可以是非易失性的（即，当关闭集成电路的电源时保留计算状态）。非易失性逻辑可以通过允许架构师更频繁地将处理器置于无功睡眠状态并因此降低能量消耗来改善功率和计算效率。现有的自旋电子逻辑通常受到高能量和相对长的切换时间的影响。例如，需要大写入电流（例如，大于100微安培每比特（μA/比特））和大电压（例如，大于0.7伏特（V））来切换磁隧道结（MTJ）中的磁体（即，将数据写入到磁体）。基于MTJ的现有磁随机存取存储器（MRAM）也受到高写入错误率（WER）或低速切换的影响。例如，为了实现更低的WER，切换时间被降慢，这降低了MRAM的性能。基于MTJ的MRAM还受到由于MTJ的自旋滤波隧道效应电介质（例如，氧化镁（MgO））中的隧道效应电流所引起的可靠性问题的影响。附图说明本公开的实施例将根据下文给出的详细描述并且根据本公开的各种实施例的附图而被更全面地理解，然而，该详细描述和附图不应当被理解成将本公开限于具体实施例，而是仅用于解释和理解。图1A图示了对为铁磁体施加的磁场的磁化响应。图1B图示了对为顺磁体施加的磁场的磁化响应。图1C图示了对为连接到磁电层的顺磁体施加的电压场的磁化响应。图2A图示了根据本公开的一些实施例的垂直磁电自旋轨道逻辑（SOL）。图2B图示了根据本公开的一些实施例的互连的自旋轨道材料堆叠。图2C图示了根据本公开的一些实施例的在互连的输出处的材料堆叠。图3图示了根据本公开的一些实施例的垂直磁电SOL。图4图示了根据本公开的一些实施例的具有弛豫纵横比的垂直磁电SOL。图5图示了根据本公开的一些实施例的用于垂直磁交换耦合的具有倾斜铁酸铋（BFO）（例如，RBFO-100伪立方体）的垂直磁电SOL的一部分。图6A-B图示了根据本公开的一些实施例的用于两种不同电场应用的RBFO-100伪立方体。图7A图示了根据一些实施例的可操作为中继器的垂直磁电SOL。图7B图示了根据一些实施例的可操作为反相器的垂直磁电SOL。图8图示了根据一些实施例的垂直磁电SOL的布局的顶视图。图9图示了根据一些实施例的使用垂直磁电SOL的多数门（majoritygate）。图10图示了根据一些实施例的多数门的布局的顶视图。图11图示了根据一些实施例的具有垂直磁电SOL的智能设备或计算机系统或SoC（片上系统）。具体实施方式磁电（ME）效应具有通过施加的电场来操纵磁化（以及材料中相关联的电子自旋）的能力。由于通过ME效应每磁体切换事件每单位面积的估计能量耗散比在自旋转移矩（STT）效应的情况下小一个数量级，因此ME材料具有用于下一代存储器和逻辑应用的能力。与面内磁体相比，垂直磁体通常允许在对于形状的降低的纵横比要求的情况下的对磁点的更容易的光刻约束。垂直磁体（例如，具有面外磁化）表现出更高的保持力（retention），因为磁能势垒与各向异性是成比例的。垂直磁体的另一个益处在于它们提供了垂直各向异性和超晶格的更大选择。各种实施例描述了垂直磁电自旋轨道（MESO）逻辑，其是针对自旋到电荷转换和电荷到自旋转换的四种最佳物理现象的组合。在一些实施例中，经由具有反Rashba-Bychkov效应（或自旋霍尔效应）的层来实现自旋到电荷转换，其中从输入磁体注入的自旋电流产生电荷电流。电荷电流的符号由注入自旋的方向确定，并因此由磁化方向确定。在一些实施例中，经由磁电效应来实现电荷到自旋转换，其中电荷电流在电容器上产生电压，该电容器包括具有磁电效应的层，从而导致输出磁体的切换磁化。在一些实施例中，垂直磁体的磁响应是经由来自磁电效应的所施加的交换偏置而产生的。在一些实施例中，由于部分补偿的反铁磁性，磁电氧化物向垂直磁体提供了垂直交换偏置。存在各种实施例的许多技术效果。例如，经由使用在垂直纳米磁体上操作的磁电交换来实现逻辑的高速操作（例如，100皮秒（ps））。在一些示例中，交换能量被减小（例如，1-10阿焦（aJ）），这是因为电流需要“接通”更短的时间（例如，大约3ps）以便对电容器充电。在一些示例中，与自旋电流相对比，此处的电荷电流在互连中并不衰减。其他技术效果将根据各种实施例和附图而是明显的。在下面的描述中，讨论了众多细节来提供对本公开的实施例的更透彻解释。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，以框图形式而非详细地示出公知的结构和设备，以避免使本公开的实施例晦涩难懂。注意的是，在实施例的对应附图中，用线来表示信号。一些线可以更粗，以指示更多的构成信号路径，和/或在一个或多个端部具有箭头，以指示主信息流方向。这样的指示并不意图是限制性的。而是，结合一个或多个示例性实施例使用所述线来便于更容易地理解电路或逻辑单元。如设计需要或偏好所指定的，任何所表示的信号实际上可以包括可以在任一方向上行进的一个或多个信号，并且可以利用任何合适类型的信号方案来实现。遍及本说明书以及在权利要求中，术语“连接的”意指直接连接，诸如在被连接的事物之间的电学连接、机械连接或磁性连接，而没有任何中间设备。术语“耦合的”意指直接或间接连接，诸如在被连接的事物之间的直接电学连接、机械连接或磁性连接或通过一个或多个无源或有源中间设备的间接连接。术语“电路”或“模块”可以指代被布置成彼此协作以提供期望功能的一个或多个无源和/或有源组件。术语“信号”可以指代至少一个电流信号、电压信号、磁信号或数据/时钟信号。“一”、“一个”以及“该”的含义包括复数引用。“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。术语“基本上”、“靠近”、“近似”、“接近”和“大约”一般指代处于目标值的+/-10%内（除非具体指定）。除非另外指定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等等来描述普通对象仅仅指示正指代的相同对象的不同实例，并且不意图暗示如此描述的对象必须处于在时间上、在空间上、按照排名或者以任何其他方式的给定顺序。出于本公开的目的，短语“A和/或B”和“A或B”意指（A）、（B）或（A和B）。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”意指（A）、（B）、（C）、（A和B）、（A和C）、（B和C）或（A、B和C）。出于实施例的目的，此处描述的各种电路和逻辑块中的晶体管是金属氧化物半导体（MOS）晶体管或其衍生物，其中MOS晶体管包括漏极端子、源极端子、栅极端子和体端子。晶体管和/或MOS晶体管衍生物还包括三栅极和FinFET晶体管、栅极全包围圆柱晶体管、隧道效应FET（TFET）、方形线状或矩形带状晶体管、铁电FET（FeFET）或实现晶体管功能的其他器件，比如碳纳米管或自旋电子器件。MOSFET对称的源极端子和漏极端子即，是相同的端子并且在此处可互换使用。另一方面，TFET器件具有非对称的源极端子和漏极端子。本领域技术人员将领会的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下使用其他晶体管，例如，双极结晶体管——BJTPNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等。术语“MN”指示n型晶体管（例如，NMOS、NPNBJT等），并且术语“MP”指示p型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，其包括：具有垂直磁各向异性（PMA）的第一磁体；层堆叠，其一部分与所述第一磁体相邻，其中所述层堆叠用以提供反Rashba‑Bychkov效应；具有PMA的第二磁体；与所述第二磁体相邻的磁电层；以及耦合到所述层堆叠的至少一部分和所述磁电层的导体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，其包括：具有垂直磁各向异性（PMA）的第一磁体；层堆叠，其一部分与所述第一磁体相邻，其中所述层堆叠用以提供反Rashba-Bychkov效应；具有PMA的第二磁体；与所述第二磁体相邻的磁电层；以及耦合到所述层堆叠的至少一部分和所述磁电层的导体。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁电层包括具有输出面外残余磁化的磁电钙钛矿。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述磁电钙钛矿包括一种材料，所述材料包括以下各项之一：BFO、La-BFO或Ce-BFO。4.根据权利要求2所述的装置，其中所述磁电层包括具有面外磁性而没有铁电性的磁电氧化物。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述磁电层包括一种材料，所述材料包括以下各项之一：Cr2O3或B-Cr2O3。6.根据权利要求1所述的装置，其中材料堆叠包括具有自旋轨道相互作用的二维材料（2D）。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述2D材料包括以下各项中的一种或多种：Mo、S、W、Se、石墨烯、MoS2、WSe2、WS2或MoSe2。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述2D材料包括吸收剂，所述吸收剂包括以下各项中的一种或多种：Cu、Ag、Pt、Bi、Fr或H吸收剂。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一磁体和第二磁体是包括掺杂剂的磁体，所述掺杂剂包括以下各项中的一种或多种：W、O、Ce、Al、Li、Mg、Na、Cr2O3、CoO、Dy、Dy2O、Er、Er2O3、Eu、Eu2O3、Gd、Gd2O3、FeO、Fe2O3、Nd、Nd2O3、K、KO2、Pr、Sm、Sm2O3、Tb、Tb2O3、Tm、Tm2O3、V或V2O3。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一磁体和第二磁体包括一种材料或材料的组合，所述材料包括以下各项中的一种或多种：Heusler合金、Co、Fe、Ni、Gd、B、Ge、Ga、坡莫合金或钇铁石榴石（YIG）。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述Heusler合金包括以下各项中的一种或多种：Cu、Mn、Al、In、Sn、Ni、Sb、Ga、Co、Ge、Pd、Fe、Ru、Cu2MnAl、Cu2MnIn、Cu2MnSn、Ni2MnAl、Ni2MnIn、Ni2MnSn、Ni2MnSb、Ni2MnGa、Co2MnAl、Co2MnSi、Co2MnGa、Co2MnGe、Pd2MnAl、Pd2MnIn、Pd2MnSn、Pd2MnSb、Co2FeSi、Co2FeAl、Fe2VAl、Mn2VGa、Co2FeGe、MnGa、MnGaRu或Mn3X，其中‘X’...

【专利技术属性】
技术研发人员：S马尼帕特鲁尼，DE尼科诺夫，IA杨，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US