[发明专利]一种自旋场效应晶体管及其磁性存储器

说明书

技术领域

本发明属于自旋磁学领域，尤其涉及一种自旋场效应晶体管，以及基于该自旋场效应晶体管的存储单元及其磁性存储器。

背景技术

众所周知，在纳米磁性多层膜和磁性隧道结(MTJ)中观测到的巨磁电阻效应(Giant Magneto-resistance，GMR)和隧穿磁电阻效应(TunnelingMagneto-resistance，TMR)已被广泛地应用于计算机磁读头和磁敏传感器等领域，而其中MTJ的另外一个极其重要的应用就是可以作为磁随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)的最佳存储单元。

目前，人们提出的MRAM结构基本上是将磁性隧道结(MTJ)和金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管集成在一起形成存储单元，但MOS场效应晶体管不具备存储功能，因此当与诸如静态随机存储器的外部装置配合进行存储时，该存储为易失性的，断电后数据则消失。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种具有存储功能的自旋场效应晶体管以及基于此种晶体管的磁性存储单元。

另外，本发明的还提供一种基于这种存储单元的磁性存储器。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一方面，提供一种自旋场效应晶体管，包括：

栅极、源极和漏极；

被设置用于在所述源极和漏极之间形成导电沟道的半导体层；和位于所述半导体层与所述栅极之间的栅极介质层；

其中，该栅极介质层包括第一、第二和第三部分，其中所述第一、第三部分在横向上被所述第二部分间隔开，并且所述第一部分和第三部分由铁磁性绝缘材料制成，所述第二部分由非磁性绝缘材料制成，所述第一部分和第三部分的矫顽力不同。

在上述自旋场效应晶体管中，所述第一部分和第三部分由不同铁磁性绝缘材料制成。

在上述自旋场效应晶体管中，所述第一部分和第三部分由同一铁磁性绝缘材料制成，但具有不同体积。

在上述自旋场效应晶体管中，所述第一部分和第三部分的宽度相同，厚度比在1∶2～1∶5之间；或厚度相同，宽度比在1∶2～1∶5之间。

在上述自旋场效应晶体管中，所述半导体层为N型半导体、P型半导体或石墨烯，其中当栅极所加电压大于晶体管开启电压时，在栅极介质层和半导体层的界面处形成导电沟道。

在上述自旋场效应晶体管中，当采用N型半导体或石墨烯时，所形成的导电沟道为可自旋极化的二维电子气。

在上述自旋场效应晶体管中，当采用P型半导体时，所形成的导电沟道为可自旋极化的二维空穴气。

根据本发明的另一方面，提供一种磁性存储单元，其中，该磁性存储单元包括以上所述的自旋场效应晶体管。

在上述磁性存储单元中，所述存储单元采用单位线结构或双位线结构。

在上述磁性存储单元中，所述单位线结构包括字线和位线，其中所述字线为所述自旋场效应晶体管的栅极，所述位线与所述字线相互垂直。

在上述磁性存储单元中，所述双位线结构包括字线、读位线和写位线，其中所述字线为所述自旋场效应晶体管的栅极，所述读位线和写位线相互平行且被间隔开，该读、写位线均与所述字线相互垂直。

根据本发明的再一方面，提供一种磁性存储器，其中包括以上所述的磁性存储单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.自旋场效应晶体管具有存储功能；

2.基于该自旋场效应管的磁随机存取存储器具有非易失性；结构更加简单，非常有利于提高存储器的密度。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1a是根据本发明实施例的基于P型半导体的自旋场效应晶体管的结构图；

图1b是根据本发明实施例的基于P型半导体的自旋场效应晶体管处于开启状态(V_g＞Vg_(th))的结构图；

图2a和2b为图1的自旋场效应晶体管分别在写入低阻态“0”和高阻态“1”时的结构原理示意图；

图3是本发明自旋场效应晶体管中的二维电子气自旋极化的物理原理示意图；

图4是根据本发明实施例的基于N型半导体的自旋场效应晶体管处于开启状态(V_g＞Vg_(th))的结构图；