用于自旋狀態(tài)元件的裝置、磁解復(fù)用器、磁自旋邏輯單元和計算機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】描述了一種用于自旋狀態(tài)元件的裝置、磁解復(fù)用器、磁自旋邏輯單元和計算機(jī)系統(tǒng)，所述裝置包括：可變電阻磁（VRM）設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述VRM設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及磁邏輯選通（MLG）設(shè)備，耦合到所述VRM設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并且基于所述VRM設(shè)備的電阻驅(qū)動輸出磁信號。描述了一種磁解復(fù)用器，所述磁解復(fù)用器包括：第一VRM設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一VRM的電阻的磁控制信號；第二VRM設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第二VRM設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及MLG設(shè)備，耦合到所述第一和第二VRM設(shè)備，所述MLG設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一和第二VRM設(shè)備的電阻輸出磁信號。
【專利說明】用于自旋狀態(tài)元件的裝置、磁解復(fù)用器、磁自旋邏輯單元和計算機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于自旋狀態(tài)元件的裝置、磁解復(fù)用器、磁自旋邏輯單元和計算機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]可以通過將自旋(spin)而不是電荷用作與自旋-電荷和電荷-自旋轉(zhuǎn)換電路有關(guān)的狀態(tài)變量，來實現(xiàn)計算系統(tǒng)的低功率操作。然而，重復(fù)的自旋-電荷轉(zhuǎn)換電路抵消了計算系統(tǒng)的低功率操作的優(yōu)點。基于自旋的設(shè)備的一個例子是磁存儲器。然而，已知的基于自旋的設(shè)備不能執(zhí)行邏輯計算。
實用新型內(nèi)容
[0003]下面給出本申請的實施例的簡要概述以便提供對這些實施例的一些方面的基本理解。該概述不是本申請實施例的泛泛概括。其并不旨在標(biāo)識這些實施例的關(guān)鍵或重要元素，也不旨在描述這些實施例的范圍。其唯一目的在于作為后續(xù)給出的【具體實施方式】的序言以簡化形式提供本申請實施例的一些構(gòu)思。
[0004]可以通過將自旋而不是電荷用作與自旋-電荷和電荷-自旋轉(zhuǎn)換電路有關(guān)的狀態(tài)變量，來實現(xiàn)計算系統(tǒng)的低功率操作。然而，重復(fù)的自旋-電荷轉(zhuǎn)換電路抵消了計算系統(tǒng)的低功率操作的優(yōu)點?；谧孕脑O(shè)備的一個例子是磁存儲器。然而，已知的基于自旋的設(shè)備不能執(zhí)行邏輯計算。
[0005]本文中描述的是一種磁狀態(tài)元件或自旋狀態(tài)元件(SSE )，用于實現(xiàn)自旋電子邏輯，例如有限狀態(tài)機(jī)、解復(fù)用器、鎖存器、觸發(fā)器等。在一個實施例中，SSE包括:可變電阻磁設(shè)備，其接收用以調(diào)節(jié)所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，其基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號。在這樣的實施例中，參考磁控制信號的磁狀態(tài)來描述SSE的邏輯真值表。
[0006]在一個實施例中，提供了一種用于自旋狀態(tài)元件的裝置。在一個實施例中，所述裝置包括:可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號。
[0007]在一個實施例中，提供了一種磁解復(fù)用器。在一個實施例中，所述磁解復(fù)用器，包括:第一可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；第二可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及磁邏輯選通設(shè)備，耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備，所述磁邏輯選通設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻輸出磁信號。
[0008]在一個實施例中，提供了 一種磁自旋邏輯單元。在一個實施例中，所述磁自旋邏輯單元包括:磁狀態(tài)元件設(shè)備，其包括:可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號；以及直接或間接地耦合到所述磁狀態(tài)元件設(shè)備的磁解復(fù)用器，所述磁解復(fù)用器包括:第一可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；第二可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及磁邏輯選通設(shè)備，耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備，所述磁邏輯選通設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻輸出磁信號。
[0009]在一個實施例中，提供了一種計算機(jī)系統(tǒng)。在一個實施例中，計算機(jī)系統(tǒng)，包括:無線天線；以及處理器，能夠經(jīng)由所述無線天線進(jìn)行通信，所述處理器具有以下中的至少一個:磁狀態(tài)元件或者直接或間接地耦合到所述磁狀態(tài)元件的磁解復(fù)用器，其中，所述磁狀態(tài)元件包括:可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號，并且所述磁解復(fù)用器包括:第一可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；第二可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及磁邏輯選通設(shè)備，耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備，所述磁邏輯選通設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻輸出磁信號。
[0010]在一個實施例中，SSE用于實現(xiàn)具有能夠在計算之間存儲磁邏輯單元的邏輯狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)。本文中討論的SSE的實施例能夠?qū)崿F(xiàn)用于低功率計算機(jī)系統(tǒng)的自旋邏輯。通過本文中討論的實施例可以預(yù)料到其它的技術(shù)效果。
[0011]以下描述和附圖詳細(xì)地給出了本申請實施例的某些示例性方面。但是，這些方面只是表示可以采用本申請實施例的原理的各種方式中的幾種方式。本申請實施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的替換、修改和變型形式的所有等同形式。根據(jù)本申請實施例的結(jié)合附圖考慮的以下【具體實施方式】，本申請的其它優(yōu)點和新穎性特征將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]根據(jù)下文給出的【具體實施方式】并且根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的附圖，將更全面地理解本公開內(nèi)容的實施例，但是，不應(yīng)當(dāng)將附圖視為將本公開內(nèi)容限于特定實施例，而是僅僅用于解釋和理解的目的。
[0013]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的自旋狀態(tài)元件的橫截面。
[0014]圖2A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)元件的電路模型。
[0015]圖2B是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)元件的電路模型的符號視圖。
[0016]圖3A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號并以負(fù)電源進(jìn)行操作的自旋狀態(tài)元件。[0017]圖3B是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號并且以負(fù)電源進(jìn)行操作的自旋狀態(tài)元件的電路模型。
[0018]圖4A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號并以正電源進(jìn)行操作的自旋狀態(tài)元件。
[0019]圖4B是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號并以正電源進(jìn)行操作的自旋狀態(tài)元件的電路模型。
[0020]圖5A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)元件，該自旋狀態(tài)元件以負(fù)電源進(jìn)行操作，并且所具有的固定磁體具有與圖3A-B和圖4A-B的自旋狀態(tài)元件的固定磁體的磁方向不同的磁方向。
[0021]圖5B是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)元件的電路模型，該自旋狀態(tài)元件以負(fù)電源進(jìn)行操作，并且所具有的固定磁體具有與圖3A-B和圖4A-B的自旋狀態(tài)元件的固定磁體的磁方向不同的磁方向。
[0022]圖6A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)元件，該自旋狀態(tài)元件以正電源進(jìn)行操作，并且所具有的固定磁體具有與圖3A-B和圖4A-B的自旋狀態(tài)元件的固定磁體的磁方向不同的磁方向。
[0023]圖6B是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)元件的電路模型，該自旋狀態(tài)元件以正電源進(jìn)行操作，并且所具有的固定磁體具有與圖3A-B和圖4A-B的自旋狀態(tài)元件的固定磁體的磁方向不同的磁方向。
[0024]圖7是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的自旋解復(fù)用器的橫截面。
[0025]圖8A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋解復(fù)用器的電路模型。
[0026]圖SB是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號的自旋狀態(tài)解復(fù)用器的電路模型的符號視圖。
[0027]圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的通用自旋有限狀態(tài)機(jī)。
[0028]圖10是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的智能設(shè)備的系統(tǒng)級圖，所述智能設(shè)備包括具有自旋狀態(tài)元件和/或自旋解復(fù)用器的處理器。
【具體實施方式】
[0029]磁存儲器是基于自旋的設(shè)備的一個例子，基于自旋的設(shè)備使用具有穩(wěn)固或固定層以及自由層的磁穿接面(MTJ)設(shè)備，如IEEE Transactions on Magnetics,Vol.47，N0.1，2011 年 I 月(開始于第 156 頁)由 Zhu 等所著的 “Current Switching inMgO-Based Magnetic Tunneling Junctions”中所描述的。使用自旋極化電流通過自旋轉(zhuǎn)移力矩將自由磁體(FM)層中的磁化方向從一個方向切換到另一個方向。這一方向確定MTJ設(shè)備是存儲邏輯I還是邏輯O。當(dāng)MTJ設(shè)備的自由層和穩(wěn)固/固定層(PM)的磁化是對齊的(彼此平行)時，MTJ設(shè)備的磁電阻(RP)比力矩(moment)相反或者反平行時的磁電阻(RAP)低。較低的電阻可以被表示為‘I’，并且較高的電阻被標(biāo)識成‘O’。
[0030]在Nature Nanotechnology, Vol.5, 2010 年 4 月中由 Behtash Behin-Aein 等所著的 “Proposal for an all-spin logic device with built-1n memory” 以及 IEEETransactions on Magnetics, Vol.47, N0.10，2011 年 10 月中由 Srikant Srinivasan 所著的“Spin Logic Device With Inbuilt Nonreciprocity”中描述了具有內(nèi)置存儲器的全自旋邏輯設(shè)備(ASLD)。然而，ASLD設(shè)備不能提供狀態(tài)元件操作，所述狀態(tài)元件操作具有受控制的輸出，受控制的輸出可以被置于禁止?fàn)顟B(tài)以從較早的時鐘周期開始保持來自輸入的邏輯狀態(tài)。
[0031 ] 本文中描述的是一種磁狀態(tài)元件或自旋狀態(tài)元件(SSE )，用于實現(xiàn)自旋電子邏輯，例如有限狀態(tài)機(jī)、解復(fù)用器、鎖存器、觸發(fā)器等。在一個實施例中，SSE包括:可變電阻磁設(shè)備，其接收用以調(diào)節(jié)所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，其基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號。
[0032]在這樣的實施例中，可以參考磁控制信號的磁狀態(tài)來描述SSE的邏輯真值表。例如，當(dāng)磁控制信號的磁狀態(tài)表示邏輯I時，磁邏輯選通設(shè)備的輸入磁體處的輸入信號穿過磁邏輯選通設(shè)備的通道而到達(dá)其輸出磁體。當(dāng)磁控制信號的磁狀態(tài)表示邏輯O時，輸出磁體保持其邏輯值，即其 磁狀態(tài)。由于磁滯留時間，本文中描述的SSE允許零(或基本上是零)滯留功率。例如，由所述SSE形成的計算機(jī)處理器的邏輯狀態(tài)可以保持若干年，而只有很少的或者不具有功耗。本文中描述的SSE還可以用于開發(fā)解復(fù)用器和狀態(tài)機(jī)，如在一些實施例中描述的。
[0033]在一個實施例中，SSE用于實現(xiàn)具有能夠在計算之間存儲磁邏輯單元的邏輯狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)。本文中討論的SSE的實施例能夠?qū)崿F(xiàn)用于低功率計算機(jī)系統(tǒng)的自旋邏輯。通過本文中討論的實施例可以預(yù)料到其它的技術(shù)效果。
[0034]在以下描述中，討論了大量細(xì)節(jié)以便提供對本公開內(nèi)容的實施例的更全面的解釋。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，可以在不具有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實施本公開內(nèi)容的實施例。在其它例子中，為了避免使本公開內(nèi)容的實施例變得模糊，以方框圖的形式而不是詳細(xì)地示出了公知結(jié)構(gòu)和設(shè)備。
[0035]注意，在實施例的相應(yīng)附圖中，信號是用線來表示的。一些線可以較粗，用以表示更多的組合信號路徑，和/或可以在一端或多端具有箭頭，以表示原始信息流方向。這樣的表示并不旨在是限制性的。相反，結(jié)合一個或多個示例性實施例來使用這些線以有助于更容易地理解電路或邏輯單元。任何表示的信號(由設(shè)計需求或偏好指示)實際上可以包括可以在任何方向上傳播的一個或多個信號，并且可以用任何適當(dāng)類型的信號方案來實現(xiàn)。
[0036]貫穿說明書并且在權(quán)利要求書中，術(shù)語“連接的”是指被連接的事物之間的直接電連接，不具有任何中間設(shè)備。術(shù)語“耦合的”是指被連接的事物之間的直接電或磁連接或者通過一個或多個無源或有源中間設(shè)備的間接連接。
[0037]術(shù)語“電路”在本文中通常是指一個或多個無源和/或有源組件，其被布置成與彼此進(jìn)行合作以提供期望的功能。
[0038]術(shù)語“信號”在本文中通常是指至少一個自旋、磁、電場、電流信號，電壓信號或數(shù)據(jù)/時鐘信號?！耙弧薄ⅰ耙粋€”和“所述”的意思包括復(fù)數(shù)的引用。“在……中”的意思包括“在……中”和“在……上”。
[0039]如本文中使用的，除非另外指定，否則使用序數(shù)形容詞“第一”、“第二”和“第三”等來描述共同的對象僅僅表示正在提及類似對象的不同實例，并且并不旨在暗示這樣描述的對象必須在時間上、空間上、在排序上或以任何其它方式處于給定的順序。術(shù)語“基本上”在本文中是指位于目標(biāo)的10%的范圍內(nèi)。[0040]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的自旋狀態(tài)元件100的橫截面。在一個實施例中，自旋狀態(tài)元件100包括耦合到磁邏輯選通設(shè)備102的可變電阻磁設(shè)備101。
[0041]在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備101包括在至少兩個端子103和104之間耦合在一起的多個層。在一個實施例中，端子103 (在本文中也被稱為第一端子)耦合到電源。在一個實施例中，端子104 (在本文中也稱為第二端子)耦合到磁邏輯選通設(shè)備102。在一個實施例中，第一端子103處的電源是正電源(例如10mV)、負(fù)電源(例如-10mV)、直流(DC)電源、鐘控電源(例如在IOmV和O之間或者在IOmV和-1OmV之間等切換(toggle)的具有各種占空比組合的電源)、無動力電源等中的一個。在一個實施例中，第二端子104根據(jù)可變電阻磁設(shè)備101的電阻率來向磁邏輯選通設(shè)備102提供電源(或電源的某一版本)。
[0042]在一個實施例中，多個層包括具有預(yù)定磁化方向的固定或穩(wěn)固磁體(PM)層106。在一個實施例中，鐵磁層是通過在其上沉淀相鄰的反鐵磁層(例如PtMn)并通過在外部磁場中的后續(xù)退火而固定的。圖1的PM層106具有指向左側(cè)的磁化方向。在其它實施例中，PM層106可以具有指向右側(cè)的磁化方向。在一個實施例中,PM層106提供與可變電阻磁設(shè)備101相關(guān)聯(lián)的參考電阻值。在一個實施例中，PM層106是由CoFeB (硼鐵化鈷)形成的。在一個實施例中，PM層106是由Co (鈷)形成的。
[0043]在一個實施例中，多個層包括耦合到PM層106的自由磁體(FM)層108。在一個實施例中，F(xiàn)M層108經(jīng)由中間層107耦合到PM層106。在一個實施例中，中間層107是金屬層。在一個實施例中，中間層是由MgO (氧化鎂)形成的。在一個實施例中，中間層是由Cu(銅)形成的。
[0044]在一個實施例中，F(xiàn)M層108經(jīng)由自旋擾亂層(SSL) 109 (例如釕或鉈)耦合到磁邏輯選通設(shè)備102。在一個實施例中，SSL109使得來自FM層108的電子流(其可以從PM層106進(jìn)行遂穿)非自旋極化。在一個實施例中，SSL109具有較短的自旋翻轉(zhuǎn)長度(spin fliplenth)。在一個實施例中，SSL109用于將依賴于自旋的電化學(xué)電勢轉(zhuǎn)換成可變電阻磁設(shè)備101的第二端子104處的標(biāo)量電壓。在一個實施例中，SSL109具有短自旋翻轉(zhuǎn)長度，以對可變電阻磁設(shè)備102中的電子自旋進(jìn)行解定相(de-phase)。
[0045]在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備102的電阻率由在耦合到FM層108的節(jié)點110上提供的磁控制信號來控制。在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備102具有耦合到節(jié)點110的第三端子，用于接收磁控制信號。在一個實施例中，第三端子耦合到FM層108。
[0046]在一個實施例中，磁控制信號是用于耦合到FM層108的磁狀態(tài)。在一個實施例中，磁控制信號是電場和/或自旋電流中的至少一個。在一個實施例中，當(dāng)(節(jié)點110上的)磁控制信號具有表示邏輯I的磁狀態(tài)時，可變電阻磁設(shè)備101允許自旋極化的電子從第一端子103遂穿到第二端104。在這樣的實施例中，可變電阻磁設(shè)備101的電阻率比參考電阻率低。在一個實施例中，當(dāng)(節(jié)點110上的)磁控制信號具有表示邏輯O狀態(tài)的磁狀態(tài)時，可變電阻磁設(shè)備101基本上停止自旋極化的電子從第一端子103到第二端104的遂穿。在這樣的實施例中，可變電阻磁設(shè)備101的電阻率比參考電阻率高。
[0047]在其它實施例中，根據(jù)PM層106的磁化方向，(節(jié)點110上的)磁控制信號的作用反轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)PM層106的磁化方向是朝向右側(cè)的，那么在(節(jié)點110上的)磁控制信號具有表示邏輯I的磁狀態(tài)時，可變電阻磁設(shè)備101基本上停止自旋極化的電子從第一端子103到第二端104的遂穿。在這樣的實施例中，可變電阻磁設(shè)備101的電阻率比參考電阻率高。在這樣的實施例中，當(dāng)(節(jié)點110上的)磁控制信號具有表示邏輯O的磁狀態(tài)時，可變電阻磁設(shè)備101允許自旋極化的電子從第一端子103遂穿到第二端104。在這樣的實施例中，可變電阻磁設(shè)備101的電阻率比參考電阻率低。
[0048]術(shù)語“高電阻率”相對于術(shù)語“低電阻率”被定義成比率1:5。然而，可以使用其它比率，例如比率1:10、1:20等。在一個實施例中，在可變電阻磁設(shè)備101包括MTJ時，電阻與面積的乘積在1-1OOOhms-μ 2的范圍內(nèi)。在其它實施例中，在可變電阻磁設(shè)備101包括自旋閥時，電阻與面積的乘積在1-100毫Ohms-μ 2的范圍內(nèi)。在其它實施例中，可以使用具有不同電阻乘積范圍的其它材料，所述其它材料具有彼此可區(qū)分的低電阻和高電阻。
[0049]雖然本文中的實施例描述了可變電阻磁設(shè)備101的多個層是四個，但是其它實施例可以使用各種材料的少于四個層的或者多于四個層來形成可變電阻磁設(shè)備101。
[0050]在一個實施例中，磁邏輯選通設(shè)備102包括經(jīng)由通道/互連113耦合到輸出磁體的輸入磁體111。在一個實施例中，磁邏輯選通設(shè)備102還包括耦合到地的接觸層114。在一個實施例中，接觸層114耦合到通道113。在一個實施例中，輸入磁體111和輸出磁體112耦合到可變電阻磁設(shè)備101的第二端子104。在一個實施例中，與FM層108—樣，輸入磁體111和輸出磁體112是自由磁體。
[0051]為了不使磁邏輯選通設(shè)備102的實施例變得模糊，沒有示出其它的層。例如，輸入磁體111和輸出磁體112可以具有耦合到它們的相應(yīng)接觸層，用于與第二端子104接觸。在一個實施例中，在接觸層114與輸入磁體11之間以及在接觸層114與輸出磁體112之間形成垂直的隔離溝槽。在一個實施例中，形成將輸入磁體111與通道113耦合的遂穿層。在一個實施例中，形成將輸出磁體112與通道113耦合的遂穿層。在一個實施例中，形成將地接觸114與通道113耦合的遂穿層。
[0052]在一個實施例中，輸入磁體111耦合到用于向輸入磁體111提供輸入磁信號的互連(未示出)。在一個實施例中，輸出磁體112耦合到用于提供來自輸出磁體112的輸出磁信號的互連(未不出)。
[0053]在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備101可用于在可變電阻磁設(shè)備102具有比其參考電阻率小的電阻率時使得磁邏輯選通設(shè)備102能夠?qū)⑤斎氪朋w111上的輸入磁信號驅(qū)動到輸出磁體112。
[0054]在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備101可用于在自旋極化的電子從可變電阻磁設(shè)備101的一端103遂穿到另一端104時使得磁邏輯選通設(shè)備102能夠?qū)⑤斎氪朋w111上的輸入磁信號驅(qū)動到輸出磁體112，其中，所述另一端104耦合到磁邏輯選通設(shè)備102。
[0055]在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備101可用于在可變電阻磁設(shè)備101具有比其參考電阻率高的電阻率時禁止磁邏輯選通設(shè)備102將輸入磁體111上的輸入磁信號驅(qū)動到輸出磁體112。
[0056]在一個實施例中，可變電阻磁設(shè)備101可用于在可變電阻磁設(shè)備101基本上停止電子自旋(由電源105提供)從可變電阻磁設(shè)備101的第一端103向第二端104的傳輸時禁止磁邏輯選通設(shè)備102將在輸入磁體111上接收的輸入磁信號驅(qū)動到輸出磁體112。在一個實施例中，電子自旋的傳輸是自旋擴(kuò)散或自旋遂穿中的一個。
[0057]在一個實施例中，被禁止的磁邏輯選通設(shè)備102的輸出磁體112可用于保留輸出磁體112上的之前的磁值/狀態(tài)。雖然本文的實施例參考三個層(層I具有輸入磁體111和輸出磁體112，層2是通道113，并且層3是地接觸層)描述了被禁止的磁邏輯選通設(shè)備102，但是可以使用更少或更多的層來形成磁邏輯選通設(shè)備102。
[0058]圖2A是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的使用磁控制信號201的自旋狀態(tài)元件100的電路模型200。參考圖1來描述圖2A。為了不使本公開內(nèi)容的實施例變得模糊，沒有再次描述相同的參考標(biāo)記。
[0059]在一個實施例中，電路模型200包括耦合到磁邏輯選通設(shè)備102的可變電阻磁設(shè)備101 (傾斜的箭頭表示設(shè)備101的可變電阻)。在一個實施例中，向耦合到FM層108的節(jié)點110施加磁控制信號201。在一個實施例中，磁控制信號201相對于參考電阻率(其基于PM層106)來控制可變電阻磁設(shè)備101的電阻率。
[0060]在一個實施例中，向輸入磁體111施加輸入磁信號202,其中，在可變電阻磁設(shè)備101具有低電阻時，即，節(jié)點104 (可變電阻磁設(shè)備101的第二端子)向輸入磁體111和輸出磁體112提供電源時，輸入磁信號202遂穿通過通道113而到達(dá)輸出磁體112。在這樣的實施例中，輸出磁體112提供與輸入磁信號202相對應(yīng)的磁輸出信號203。在磁控制信號201具有使得可變電阻磁設(shè)備101展現(xiàn)高電阻的這樣的值時，那么去往輸入磁體111和輸出磁體112的電源被切斷。在這樣的實施例中，磁輸入信號202并不遂穿通過通道113。在這個實施例中，輸出磁體112保留其之前的磁狀態(tài)。
[0061]圖2B是根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的自旋狀態(tài)元件設(shè)備100的電路模型200的符號視圖210。參考圖1和圖2A來討論圖2B。
[0062]表1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容一個實施例的電路模型200的真值表。
[0063]表1:磁狀態(tài)元件100/200/210的電路模型200的邏輯表
[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種用于自旋狀態(tài)元件的裝置，所述裝置包括: 可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及 耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述磁控制信號是用于耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的自由磁體層的磁狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備用于接收所述磁控制信號，所述磁控制信號是電場或自旋電流中的一個。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述磁邏輯選通設(shè)備包括: 輸入磁體，用于接收所述磁邏輯輸入；以及 輸出磁體，用于驅(qū)動所述輸出磁信號。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備用于在所述可變電阻磁設(shè)備具有比參考電阻率小的電阻率時使得所述磁邏輯選通設(shè)備能夠?qū)⑺龃胚壿嬢斎腧?qū)動到所述輸出磁體。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備用于在自旋極化的電子從所述可變電阻磁設(shè)備的一端遂穿到另一端時使得所述磁邏輯選通設(shè)備能夠?qū)⑺龃胚壿嬢斎腧?qū)動到所述輸出磁體，所述另一端耦合到所述磁邏輯選通設(shè)備。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置 ，其中，所述可變電阻磁設(shè)備用于在所述可變電阻磁設(shè)備具有比參考電阻率高的電阻率時禁止所述磁邏輯選通設(shè)備將所述磁邏輯輸入驅(qū)動到所述輸出磁體。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備用于在所述可變電阻磁設(shè)備基本上停止電子自旋從所述可變電阻磁設(shè)備的一端向另一端的傳輸時禁止所述磁邏輯選通設(shè)備將所述磁邏輯輸入驅(qū)動到所述輸出磁體，所述另一端耦合到所述磁邏輯選通設(shè)備。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述另一端耦合到所述磁邏輯選通設(shè)備的所述輸入磁體和所述輸出磁體。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，被禁止的磁邏輯選通設(shè)備的所述輸出磁體保持所述輸出磁體上的之前的磁值。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備基本上停止電子自旋的傳輸，所述電子自旋的傳輸是自旋擴(kuò)散或自旋遂穿中的一個。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備基于磁穿接面(MTJ)或自旋閥中的至少一個。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備包括: 第一端子，耦合到電源； 第二端子，耦合到所述磁邏輯選通設(shè)備；以及 第三端子，用于接收所述磁控制信號。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述第一端子用于接收正電源、負(fù)電源、直流(DC)電源、鐘控電源或無動力電源中的至少一個。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述第二端子用于向所述磁邏輯選通設(shè)備提供所述電源。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備包括: 具有固定磁體的第一層，用于提供參考；以及 多個磁層，所述多個磁層中的一個耦合到所述第一層，其中，所述多個磁層中的至少一個易受電子自旋電流的影響。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備的所述多個磁層包括自由磁體層，并且其中，所述磁控制信號是耦合到所述自由磁體層的磁狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備的所述多個磁層包括自旋擾亂層(SSL)，所述自旋擾亂層(SSL)使得來自所述可變電阻磁設(shè)備的電子電流非自旋極化。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述自旋擾亂層(SSL)用于將依賴于自旋的電化電勢轉(zhuǎn)換成所述可變電阻磁設(shè)備的一個端子處的標(biāo)量電壓。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述自旋擾亂層(SSL)具有短自旋翻轉(zhuǎn)長度，用于對所述可變電阻磁設(shè)備中的電子自旋進(jìn)行解定相。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20中的任何一個所述的裝置，其中，所述可變電阻磁設(shè)備和所述磁邏輯選通設(shè)備形成電子自旋狀態(tài)元件。
22.—種磁解復(fù)用器,包括: 第一可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號; 第二可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及 磁邏輯選通設(shè)備，耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備，所述磁邏輯選通設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻輸出磁信號。
23.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述磁控制信號是用于耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的自由磁體層的磁狀態(tài)。
24.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備包括固定磁體，所述固定磁體與所述第二可變電阻磁設(shè)備的固定磁體互補(bǔ)。
25.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻與所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻不同。
26.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述磁邏輯選通設(shè)備包括輸入磁體，所述輸入磁體用于接收輸入磁信號。
27.如權(quán)利要求26所述的磁解復(fù)用器，其中，所述至少兩個輸出磁體包括第一輸出磁體，所述第一輸出磁體用于在所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻與所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻不同時驅(qū)動所述輸入磁信號。
28.如權(quán)利要求22或26所述的磁解復(fù)用器，其中，所述至少兩個輸出磁體包括第二輸出磁體，所述第二輸出磁體用于保留所述第二輸出磁體上的之前的磁值。
29.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備基于磁穿接面(MTJ) 或自旋閥中的至少一個。
30.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備包括: 第一端子，耦合到電源； 第二端子，耦合到所述磁邏輯選通設(shè)備；以及 第三端子，用于接收所述磁控制信號。
31.如權(quán)利要求30所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一端子用于接收正電源、負(fù)電源、直流(DC)電源、鐘控電源或無動力電源中的至少一個。
32.如權(quán)利要求30所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第二端子用于向所述磁邏輯選通設(shè)備提供所述電源。
33.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備包括: 具有固定磁體的第一層，用于提供參考；以及 多個磁層，所述多個磁層中的一個耦合到所述第一層，其中，所述多個磁層中的至少一個易受電子自旋電流的影響。
34.如權(quán)利要求33所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的所述多個磁層包括自由磁體層，并且其中，所述磁控制信號是耦合到所述自由磁體層的磁狀態(tài)。
35.如權(quán)利要求33所 述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的所述多個磁層包括自旋擾亂層(SSL)，所述自旋擾亂層(SSL)使得來自所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電子電流非自旋極化。
36.如權(quán)利要求35所述的磁解復(fù)用器，其中，所述自旋擾亂層(SLL)用于將依賴于自旋的電化電勢轉(zhuǎn)換成所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的一個端子處的標(biāo)量電壓。
37.如權(quán)利要求35所述的磁解復(fù)用器，其中，所述自旋擾亂層(SSL)具有短自旋翻轉(zhuǎn)長度，用于對所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備中的電子自旋進(jìn)行解定相。
38.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備的參考與所述第二可變電阻磁設(shè)備的參考不同。
39.如權(quán)利要求22所述的磁解復(fù)用器，其中，所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備用于接收所述磁控制信號，所述磁控制信號是電場或自旋電流中的一個。
40.一種磁自旋邏輯單元，包括: 磁狀態(tài)元件設(shè)備，其包括: 可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號；以及直接或間接地耦合到所述磁狀態(tài)元件設(shè)備的磁解復(fù)用器，所述磁解復(fù)用器包括:第一可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號; 第二可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及磁邏輯選通設(shè)備，耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備，所述磁邏輯選通設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻輸出磁信號。
41.如權(quán)利要求40所述的磁自旋邏輯單元，其中，所述磁狀態(tài)元件設(shè)備包括以下中的至少一個:磁D型觸發(fā)器；或者一組磁觸發(fā)器。
42.如權(quán)利要求40所述的磁自旋邏輯單元，還包括:磁組合邏輯單元，所述磁組合邏輯單元包括磁邏輯選通設(shè)備在內(nèi)。
43.一種計算機(jī)系統(tǒng)，包括: 無線天線；以及 處理器，能夠經(jīng)由所述無線天線進(jìn)行通信，所述處理器具有以下中的至少一個:磁狀態(tài)元件或者直接或間接地耦合到所述磁狀態(tài)元件的磁解復(fù)用器，其中， 所述磁狀態(tài)元件包括: 可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號；以及耦合到所述可變電阻磁設(shè)備的磁邏輯選通設(shè)備，用于接收磁邏輯輸入，并對所述磁邏輯輸入執(zhí)行邏輯操作，并基于所述可變電阻磁設(shè)備的電阻來驅(qū)動輸出磁信號，并且所述磁解復(fù)用器包括: 第一可變電阻磁設(shè)備，用于接收用于調(diào)整所述第一可變電阻磁設(shè)備的電阻的磁控制信號; 第二可變電阻磁設(shè)備， 用于接收用于調(diào)整所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻的所述磁控制信號；以及 磁邏輯選通設(shè)備，耦合到所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備，所述磁邏輯選通設(shè)備具有至少兩個輸出磁體，所述至少兩個輸出磁體基于所述第一可變電阻磁設(shè)備和所述第二可變電阻磁設(shè)備的電阻輸出磁信號。
44.如權(quán)利要求43所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述磁狀態(tài)元件設(shè)備包括以下中的至少一個:磁D型觸發(fā)器；或者一組磁觸發(fā)器。
45.如權(quán)利要求43所述的計算機(jī)系統(tǒng)，還包括:磁組合邏輯單元，所述磁組合邏輯單元包括磁邏輯選通設(shè)備在內(nèi)。
46.如權(quán)利要求43所述的計算機(jī)系統(tǒng)，還包括:顯示單元。
【文檔編號】G11C11/16GK203673830SQ201320115376
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】S·馬尼帕特魯尼, D·E·尼科諾夫, I·A·揚 申請人:英特爾公司