[发明专利]一种基于相变磁性材料的非易失性逻辑器件及逻辑操作方法

摘要

本发明公开了一种基于相变磁性材料的非易失性逻辑器件及逻辑操作方法，非易失性逻辑器件包括磁头以及依次附着于衬底上的底电极、绝缘层，相变磁性薄膜和顶电极；其中相变磁性材料由一种相变材料基质中掺杂铁磁性元素构成，材料的磁性能够通过非晶态‑晶态相变来可逆调控。本发明基于材料的相变控磁特性实现“实质蕴涵”逻辑运算以及“与”、“或”、“与非”和“或非”四种布尔逻辑运算，其运算结果以材料的剩余磁化存储在器件中，从而实现在单个逻辑器件中同时进行信息的存储和处理的效果。本发明公开的逻辑器件能够作为基本单元应用于新型固态存储器、逻辑运算器、可编程门阵列和片上系统等领域。

主权项

一种基于相变磁性材料的非易失性逻辑器件的操作方法，所述非易失性逻辑器件包括磁头(106)以及依次附着于衬底(101)上的底电极(102)、绝缘层(103)，相变磁性薄膜(104)和顶电极(105)；所述衬底(101)包括硅衬底(101A)以及附着于所述硅衬底(101A)上的有源区(101B)；所述底电极(102)包括N型硅层(102A)、P型硅层(102B)和加热层(102C)；所述N型硅层(102A)和所述P型硅层(102B)形成PN二极管结构；加热层(102C)的横截面积小于P型硅层(102B)的横截面积；所述相变磁性材料薄膜(104)沉积在所述绝缘层(103)上并与所述加热层(102C)形成电接触；所述顶电极(105)和所述底电极(102)均连接至外部的电脉冲信号；所述非易失性逻辑器件外部还存在一个磁场输入；所述磁场为与所述相变磁性薄膜(104)的二维平面平行的均匀可变磁场，所述磁场的强度为0～12000Oe；所述磁头(106)用于检测相变磁性材料的磁状态，所述磁头(106)包括基底(106A)、依次附着于所述基底上的第一磁屏蔽层(106B)、磁阻传感器(106C)以及第二磁屏蔽层(106D)；当磁头(106)检测某个器件的磁状态时，第一磁屏蔽层(106B)和第二磁屏蔽层(106D)用于屏蔽周围其他器件单元磁状态对磁头传感器的干扰，磁阻传感器(106C)用于检测器件中相变磁性材料的剩余磁化强度并将其转换为读电流输出；其特征在于，包括以下步骤：通过给非易失性逻辑器件中的顶电极(105)和有源区(101B)施加电脉冲信号，且给所述非易失性逻辑器件施加磁场；以电脉冲信号为一个逻辑输入Input A，以磁场为另一个逻辑输入Input B，以所述非易失性逻辑器件中的相变磁性材料的剩余磁感应强度Br为逻辑输出Output，实现逻辑运算。