具有自旋轨道转矩效应的异或逻辑装置制造方法及图纸

描述了一种设备，其包含：第一层，由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；第二层，由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；以及磁隧穿结（MTJ），包括第一自由磁层和第二自由磁层，其中第一自由磁层被耦合到第一层并且其中第二自由磁层被耦合到第二层。

A different or logical device with spin orbit torque effect

Describes an apparatus, comprising: a first layer formed by the display of the spin orbit effect torque materials; the second layer, formed by the display of the spin orbit effect torque material; and the magnetic tunneling junction (MTJ), including the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, wherein the first free magnetic layer is coupled to the first layer and the second free magnetic layer is coupled to the second layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自旋轨道转矩效应的异或逻辑装置
技术介绍
异或（XOR）逻辑功能被广泛使用在处理器和存储器中。例如，XOR逻辑功能被使用于比较数字数据，以用于图像处理、安全操作、模式识别、存储器中的错误纠正等。能够使用如由图1的逻辑门100和图2的逻辑门200所分别示出的NAND逻辑门和NOR逻辑门来实现XOR逻辑功能。然而，典型的NAND逻辑门和NOR逻辑门是易失性逻辑门，在关闭对NAND逻辑门和NOR逻辑门的电力时它们丢失其输出值。附图说明从以下所给定的详细描述以及从本公开的各种实施例的附图将会更完整的理解本专利技术的实施例，然而，这不应该被当作是将本公开限制到具体实施例，而仅是用于解释和理解。图1图示使用NAND逻辑门所实现的典型XOR逻辑门。图2图示使用NOR逻辑门所实现的典型XOR逻辑门。图3A图示具有被耦合到自旋轨道效应材料的磁隧穿结（MTJ）的层的堆叠。图3B图示所述堆叠的顶视图。图4A图示根据本公开的一些实施例的采用被耦合到由自旋轨道效应（SOE）材料所形成的电极的互连和耦合在电极之间的MTJ而形成的非易失性1比特XOR逻辑。图4B图示根据本公开的一些实施例的图4A的非易失性1比特XOR逻辑的顶视图。图5A-D图示根据本公开的一些实施例的图4A的非易失性1比特XOR逻辑的操作模式。图6图示根据本公开的一些实施例的示出图4A的非易失性1比特XOR逻辑的动态响应的绘图。图7图示根据本公开的一些实施例的示出图4A的非易失性1比特XOR逻辑的逻辑操作的绘图。图8图示根据本公开的一些实施例的具有串联耦合非易失性1比特XOR逻辑单元的逻辑。图9图示根据本公开的一些实施例的采用图4A的非易失性1比特XOR逻辑所实现的伪随机数字生成器。图10图示根据本公开的一些实施例的采用图4A的非易失性XOR逻辑所实现的用于比较两个字的逐比特比较器。图11图示根据本公开的一些实施例的使用非易失性XOR逻辑的分类器。图12图示根据本公开的一些实施例的用于操作图4A的非易失性XOR逻辑的方法的流程图。图13图示根据一些实施例的具有图4A的非易失性XOR逻辑的智能装置或计算机系统或SoC（芯片上系统）和/或采用非易失性XOR逻辑所实现的应用。具体实施方式在一些实施例中，提供了异或（XOR）逻辑，其包含具有由自旋轨道效应（SOE）材料所形成的输入电极的双自由铁磁层磁隧穿结（MTJ）。在一些实施例中，输入电极被耦合到MTJ的自由铁磁层。在一些实施例中，到XOR逻辑的输入是在被耦合到输入电极的互连中流动的电荷流。在一些实施例中，输入电极中的SOE导致自旋电流注入到MTJ的自由磁层中，从而导致XOR逻辑状态运算。存在各种实施例的许多技术效果。例如，提供了具有非易失性的XOR逻辑，它比传统基于多门的XOR逻辑门在大小方面要更小。这种非易失性XOR逻辑允许固定可编程键与XOR逻辑的输出的比较。非易失性XOR逻辑能够被使用于实现具有被耦合到由SOE材料所形成的电极的自由铁磁层中所储存的比特的比较器。例如，这种比特能够被使用以实现加密和模式匹配。在一些实施例中，非易失性XOR逻辑的占用空间（即布置间距）比分别参考图1-2所图示的基于互补金属氧化物半导体晶体管（CMOS）的XOR逻辑门100和XOR逻辑门200要更小。能够使用移位寄存器而将具有内在随机性质的非易失性XOR逻辑使用在伪随机数字生成中。根据各种实施例，其他非限制技术效果将变得明显。在以下描述中，讨论了多个细节以提供本公开的实施例的更充分的解释。然而对于本领域的技术人员，在没有这些具体细节的情况下可实施本公开的实施例将是显而易见的。在其他示例中，为了避免模糊本公开的实施例，众所周知的结构和装置没有详细地而是以框图的形式被示出。注意到在实施例的对应附图中，采用线来表示信号。一些线可以是更粗的以指示更多成分信号路径，和/或一些线在一端或多端具有箭头以指示主要信息流方向。这种指示不意在限制。相反结合一个或多个示例性实施例来使用线以促进对电路或逻辑的单元的更容易的理解。如由设计需要或偏好所规定的任何所表示信号可实际上包含一个或多个信号，其可在两个方向的任一方向上传播并且可采用任何合适类型的信号方案而被实现。在整个说明书中，以及在权利要求中，术语“所连接”意为在被连接的事物之间的没有任何中间装置的直接物理连接、电连接或无线连接。术语“所耦合”意为在被连接的事物之间的直接电连接或无线连接，或者通过一个或多个被动或主动中间装置的间接电连接或无线连接。术语“电路”意为被布置成与彼此合作以提供期望功能的一个或多个被动和/或主动构件。术语“信号”意为至少一个电流信号、电压信号、磁信号、电磁信号或数据/时钟信号。“一个（a）”、“一个（an）”和“所述（the）”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”、“接近（close）”、“近似”、“靠近（near)”和“大约”一般指的是处于目标值的+/-20%之内。除非以另外方式来指定，以描述普通对象的序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等的使用仅指示相同对象的不同示例正在被引用并且不意在暗示如此所述的对象一定是在所给定的序列中（临时地、空间地、以排名顺序或以任何其他方式）。出于本公开的目的，短语“A和/或B”和“A或B”意为（A）、（B）或（A和B）。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”意为（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，此处所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，所述晶体管包括漏极、源极、栅极和体端子。晶体管还包括三栅极和鳍FET晶体管、全环栅柱式晶体管、隧穿FET（TFET）、方线或矩形带晶体管，或者实现例如碳纳米管或电子自旋装置的晶体管功能性的其他装置。MOSFET对称源极端子和漏极端子，即是同样的端子并且此处可交换地被使用。另一方面，TFET装置具有非对称源极端子和漏极端子。本领域的技术人员将会理解在没有背离本公开的范围的情况下，例如双极结晶体管--BJTPNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等的其他晶体管可被使用。术语“MN”指示n型晶体管（例如NMOS、NPNBJT等）并且术语“MP”指示p型晶体管（例如PMOS、PNPBJT等）。图3A图示具有被耦合到由SOE材料所形成的电极的MTJ的层的堆叠300。堆叠300形成具有SOE致写机制和基于MTJ读出的三端子存储器单元。图3A描述SOE切换（例如巨型自旋霍尔效应自旋转矩切换）的操作机制，按照一些实施例，所述操作机制被使用在形成如参考图4-12所述的非易失性XOR逻辑中。参考回图3A，堆叠300包含MTJ301、SOE互连或电极302和（一个或多个）非磁性金属303a/b。在一个示例中，MTJ301包含自旋阀，其通过将隧穿电介质和另一个铁磁层与铁磁层进行堆叠而来形成。沿SOE互连302的水平方向的一端或两端是由非磁性金属303a/b所形成。材料的广泛组合能够被使用于MTJ301的材料堆叠。在一些实施例中，材料的堆叠包括：CoxFeyBz、MgO、CoxFeyBz、Ru、CoxFeyBz、IrMn、Ru、Ta和Ru，其中‘x’、‘y’和‘z’是合金中元素的分数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包含：第一层，由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；第二层，由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；以及磁隧穿结（MTJ），包括第一自由磁层和第二自由磁层，其中所述第一自由磁层被耦合到所述第一层并且其中所述第二自由磁层被耦合到所述第二层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包含：第一层，由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；第二层，由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；以及磁隧穿结（MTJ），包括第一自由磁层和第二自由磁层，其中所述第一自由磁层被耦合到所述第一层并且其中所述第二自由磁层被耦合到所述第二层。2.如权利要求1所述的设备，包含由非磁性材料所形成的、被耦合到所述第一层的第一互连，其中所述第一互连用来提供第一输入。3.如权利要求2所述的设备，包含由非磁性材料所形成的、被耦合到所述第二层的第二互连，其中所述第二互连用来提供第二输入。4.如权利要求3所述的设备，包含被耦合到所述第一层的第一电极。5.如权利要求4所述的设备，其中所述第一电极是被耦合到感测设备的输出电极。6.如权利要求4所述的设备，包含被耦合到所述第二层的第二电极。7.如权利要求6所述的设备，其中所述第一输入和所述第二输入用来提供流向所述第一层和所述第二层的正电流，以使所述第一自由磁层中的自旋电流的方向与所述第二自由磁层中的自旋电流的方向相反。8.如权利要求6所述的设备，其中所述第一输入和所述第二输入用来提供从所述第一层和所述第二层流走的负电流，以使所述第一自由磁层中的自旋电流的方向与所述第二自由磁层中的自旋电流的方向相反。9.如权利要求6所述的设备，其中所述第一输入和所述第二输入用来提供相对于彼此在不同方向上流动的电流，以使所述第一自由磁层中的自旋电流的方向与所述第二自由磁层中的自旋电流的方向相同。10.如权利要求1所述的设备，其中所述MTJ包括被耦合到至少两个自由磁层的绝缘体层。11.如权利要求1所述的设备，其中所述第一层和所述第二层以及所述MTJ一起提供异或逻辑功能。12.如权利要求1所述的设备，其中展示自旋轨道转矩效应的所述材料是自旋霍尔效应（SHE）材料。13.如权利要求12所述的设备，其中从下列中的一个或多个形成所述SHE材料：W、Ta、Pt、CuIr、具有高自旋轨道耦合的4d或5d金属。14.一种方法，包含：施加第一电荷流到被耦合到第一层的第一互连，所述第一层由展示自旋轨道转矩效应的材料所形成；施...

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