[发明专利]一种自旋波逻辑器件及相关电路

说明书

一种自旋波逻辑器件及相关电路。该自旋波逻辑器件包括沟道以及位于所述沟道之上的漏极和源极。所述源极用于产生自旋波信号。所述沟道用于将所述自旋波信号传输到所述漏极。所述漏极包括磁性隧道结或自旋阀结构，所述漏极用于根据所述自旋波信号呈现出不同阻态，其中，所述不同阻态用于指示不同的逻辑值。所述自旋波逻辑器件能够通过隧穿磁电阻或者巨磁电阻来探测磁子信号，防止断电后信息丢失，实现磁子信息的有效存储。

技术领域

本申请涉及自旋电子技术领域，尤其涉及一种自旋波逻辑器件及相关电路。

背景技术

自旋波是磁性材料顺序中的传播干扰。这些低洼的集体激发发生在具有连续对称性的磁晶格中。从等效准粒子的角度来看，自旋波被称为磁振子(简称为磁子)，它是自旋晶格的玻色子模式，大致对应于核晶格的声子激发。自旋波也可以被认为是磁性材料体系中自旋进动的集体激发态，磁子是自旋波量子化的准粒子。每一个磁子携带一个普朗克常量的自旋角动量，因此磁子也可以类似电子那样承载和传递自旋信息。但是与电子等带电粒子不同，磁子本身呈电中性，具有在绝缘磁性材料中无热耗散、低阻尼、长距离传输自旋的优势，因此，避免了因电荷流动而产生焦耳热，可以克服日益显著的器件发热问题，且能够避免量子隧穿带来的静态功耗增加的不利影响。而且由于自旋波或磁子的本征频率通常在GHz至THz的频段范围内，传播和处理信息量大，因此磁子器件在低功耗信息存储与计算领域具有潜在应用前景。磁子晶体管是最典型的一种自旋波逻辑器件，通过控制磁子通道的导通与关闭，可以实现“0”和“1”两种逻辑状态，从而实现类似半导体场效应管的逻辑计算功能。

然而，现有技术中磁子晶体管器件中信息探测方式都是采用重金属材料的逆自旋霍尔效应，将自旋信号转换为电压信号进行探测，然而，断电后磁子晶体管的信息会丢失，后续无法再次读取磁子晶体管器件中的信息，因此这种磁子晶体管器件具有易失性。并且，这种探测方式能够探测到的电压信号较弱，存在探测盲区。

发明内容

本申请提供的一种自旋波逻辑器件及相关电路，具有非易失性。

第一方面，本发明实施例提供了一种自旋波逻辑器件，包括沟道以及位于所述沟道之上的漏极和源极。所述源极用于产生自旋波信号。所述沟道用于将所述自旋波信号传输到所述漏极。所述漏极包括磁性隧道结或自旋阀结构，所述漏极用于根据所述自旋波信号呈现出不同阻态，其中，所述不同阻态用于指示不同的逻辑值。

本本发明上述实施例提供的自旋波逻辑器件，漏极采用了磁性隧道结或自旋阀结构。所述自旋波逻辑器件能够通过隧穿磁电阻或者巨磁电阻来探测磁子信号，由于磁性隧道结或自旋阀具有断电后信息不丢失的功能，实现磁子信息的有效存储。因此，本发明实施例提供的自旋波逻辑器件具有非易失性，满足逻辑运算过程中随时调用存储信息的需求，有利于存算一体器件及采用存算一体器件的装置架构的设计。并且，由于磁性隧道结或自旋阀可以微缩到纳米尺度，与半导体工艺兼容，因此本发明实施例有利于器件小型化。

此外，在源极采用磁性材料的情况下，由于磁性材料的磁矩排布方向可以与磁性金属薄膜平行或者垂直，也可以为与磁性金属薄膜平行或垂直两者之间的任意角度，因此，可激发出不同极化方向的磁子，从而，本发明实施例提供的自旋波逻辑器件可调控性强，且探测信号较强。

在又一种可能的实现方式中，所述自旋波逻辑器件漏极为磁性隧道结，所述磁性隧道结包括层叠设置的第一磁性层、非磁绝缘层以及第二磁性层。

在又一种可能的实现方式中，所述自旋波逻辑器件的漏极为自旋阀结构，所述自旋阀结构包括层叠设置的第一磁性层、非磁金属层以及第二磁性层。

在又一种可能的实现方式中，所述漏极还包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层位于所述沟道与所述第一磁性层之间，所述第二金属层位于所述第二磁性层之上，所述第一金属层和所述第二金属层用于供电。具体的，所述第一金属层可以为底电极，所述第二金属层可以为顶电极。在所述第一金属层和第二金属层供电的情况下，可以检测所述自旋波逻辑器件中的信息。