專利名稱：一種復(fù)合半導(dǎo)體層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及針對(duì)微型智能機(jī)器人的平面集成系統(tǒng)中的復(fù)合半導(dǎo)體層。
背景技術(shù)：
眾所周知，微型智能機(jī)器人已被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如信息采集、自動(dòng)控制、醫(yī)療救護(hù)等。一般而言，出去微型機(jī)器人的機(jī)械部分，電子控制系統(tǒng)可分為信息采集模塊(傳感器單元)、信息處理模塊(邏輯運(yùn)算單元)、信息存儲(chǔ)模塊(存儲(chǔ)介質(zhì)單元)、信息通訊模塊(微波傳輸單元)、任務(wù)管理模塊、系統(tǒng)引導(dǎo)模塊。其中任務(wù)管理模塊和系統(tǒng)引導(dǎo)模塊可由邏輯運(yùn)算單元和存儲(chǔ)介質(zhì)單元搭建構(gòu)成。目前，微型智能機(jī)器人主要面臨兩大難題一、復(fù)雜電磁環(huán)境下系統(tǒng)的可靠性；二、可變頻多信道高速通信系統(tǒng)的可行性。前者，復(fù)雜電子環(huán)境主要影響所有完全基于半導(dǎo)體材料的邏輯運(yùn)算和存儲(chǔ)器件，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作。后者，可變頻通信是為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境，多信道高速通訊是為了能在多個(gè)微型機(jī)器人間實(shí)現(xiàn)并行處理(計(jì)算)而提出的要求。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，單純依賴半導(dǎo)體材料制成的器件是無(wú)法滿足現(xiàn)有要求的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于平面集成系統(tǒng)的復(fù)合半導(dǎo)體層，目的是在復(fù)雜電磁環(huán)境下，保證該半導(dǎo)體應(yīng)用的可靠性以及保證可變頻多信道高速通信系統(tǒng)的可行性，從而保證該半導(dǎo)體正常工作。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合半導(dǎo)體層，該復(fù)合半導(dǎo)體層包括SOI襯底，沉積于體硅材料上，且該SOI襯底上沉積有硅薄膜；場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極通過(guò)第一過(guò)孔連接到第二輔助輸入\輸出信號(hào)線上，該第二輔助輸入\輸出信號(hào)線通過(guò)第三過(guò)孔連接到第一輔助輸入\輸出信號(hào)線上，所述漏極通過(guò)第二過(guò)孔連接到第一金屬電極上；其中，所述第一金屬電極通過(guò)第四過(guò)孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過(guò)第一通孔連接到第二輸入\輸出信號(hào)線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢(shì)壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層；所述反鐵磁層通過(guò)第二通孔連接到第三輸入\輸出信號(hào)線上；所述頂部覆蓋層通過(guò)第五過(guò)孔連接到第一輸入\輸出信號(hào)線上。其中，所述下部磁性層、上部磁性層的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。所述隧道絕緣勢(shì)壘層的組成材料為絕緣氧化物。所述輸入/輸出信號(hào)線和通孔或過(guò)孔的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬。所述反鐵磁性層的組成材料由合金材料或反鐵磁性材料。
所述頂部覆蓋層的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。所述鐵電層的組成材料為BF0、ΒΤ0, STO, PMN-PT, ΡΤ0, BiMn03等。所述鐵磁性材料包括3d過(guò)渡族磁性金屬、鐵磁性合金、稀土金屬及其鐵磁合金。所述半金屬磁性材料包括=Heussler合金等。所述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，以及Mn 慘雜的 GaAs、InAs、GaN 和 ZnTe 等。本發(fā)明的有益功效在于， 本發(fā)明在復(fù)雜電磁環(huán)境下的工作具有可靠性和可行性。由于本專利所涉及的多層膜結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)邏輯操作、存儲(chǔ)操作、傳感器、微波發(fā)射(接收)操作等，可以通過(guò)信號(hào)線控制實(shí)現(xiàn)功能的復(fù)用。這些功能全部是利用磁性多層膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，而磁性材料的磁矩很穩(wěn)定，具有非易失性和抗輻射性，因此可以在復(fù)雜的電磁環(huán)境中可靠地工作。本專利所涉及的多層膜結(jié)構(gòu)中具有產(chǎn)生微波的功能，通過(guò)改變控制信息線上的電流大小可以產(chǎn)生不同頻率的微波，從而可以實(shí)現(xiàn)變頻多信道的高速通信。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1是本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層的剖面俯視位置示意圖。圖2B是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層的剖面位置I的俯視示意圖。圖2C是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層的剖面位置2的俯視示意圖。圖3A是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層的電路符號(hào)表示。圖3B是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層在實(shí)現(xiàn)磁性存儲(chǔ)器時(shí)的電路符號(hào)表示。圖3C是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層在實(shí)現(xiàn)磁性傳感器時(shí)的電路符號(hào)表不。圖3D是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層在實(shí)現(xiàn)邏輯器件功能時(shí)的三種電路符號(hào)表
/Jn ο圖3E是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層在實(shí)現(xiàn)納米振蕩器功能時(shí)的電路符號(hào)表
/Jn ο圖4A是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層陣列在實(shí)現(xiàn)平面集成系統(tǒng)時(shí)的可編程功能劃分示意圖。圖4B是本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合半導(dǎo)體層陣列在實(shí)現(xiàn)平面集成系統(tǒng)時(shí)的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I1、12、13 :輸入/輸出信號(hào)線；IL1、IL2 :輔助輸入/輸出信號(hào)線；AFM:反鐵磁性層；FM2 :下部磁性層；B1:隧道絕緣勢(shì)壘層；FMl :上部磁性層；CAP :頂部覆蓋層；P1、P2:金屬電極；
FE :鐵電層；K1、K2、K3、K4、K5 :第一過(guò)孔、第二過(guò)孔、第三過(guò)孔、第四過(guò)孔、第五過(guò)孔；L1、L2 :第一通孔、第二通孔。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層包括SOI襯底，沉積于體硅材料(Bulk Si)上，且該SOI襯底上沉積有硅(Si)薄膜；場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極(Source)通過(guò)第一過(guò)孔連接到第二輔助輸入\輸出信號(hào)線上，該第二輔助輸入\輸出信號(hào)線通過(guò)第三過(guò)孔連接到第一輔助輸入\輸出信號(hào)線上，所述漏極(Drain)通過(guò)第二過(guò)孔連接到第一金屬電極上； 其中，所述第一金屬電極通過(guò)第四過(guò)孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過(guò)第一通孔連接到第二輸入\輸出信號(hào)線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢(shì)壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層；所述反鐵磁層通過(guò)第二通孔連接到第三輸入\輸出信號(hào)線上；所述頂部覆蓋層通過(guò)第五過(guò)孔連接到第一輸入\輸出信號(hào)線上。其中，所述下部磁性層、上部磁性層的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。所述隧道絕緣勢(shì)壘層的組成材料為絕緣氧化物。所述輸入/輸出信號(hào)線和通孔或過(guò)孔的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬。所述反鐵磁性層的組成材料由合金材料或反鐵磁性材料。所述頂部覆蓋層的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。所述鐵電層的組成材料為BF0、ΒΤ0, STO, PMN-PT, ΡΤ0, BiMn03等。所述鐵磁性材料包括3d過(guò)渡族磁性金屬、鐵磁性合金、稀土金屬及其鐵磁合金。所述半金屬磁性材料包括Heussler合金等。所述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，以及Mn 慘雜的 GaAs、InAs、GaN 和 ZnTe 等。圖1是本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在SOI襯底(O層)上首先采用通用的半導(dǎo)體技術(shù)制作N型或P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中源極Source、漏極Drain位于第I層，溝道(channel)通過(guò)高K的材料(High K)與柵極Gate分隔開(kāi),其中溝道位于第I層，柵極位于第2層，它的控制線走向?yàn)榇怪奔埫娣较颍鐖A叉所示。該場(chǎng)效應(yīng)管的源極通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)孔(K1、K3)連接到兩條輔助輸入/輸出信號(hào)線I和2上，其中輔助輸入/輸出信號(hào)線2 (IL2)位于第3層，輔助輸入/輸出信號(hào)線I (ILl)位于第4層,信號(hào)線的走向?yàn)閳D中箭頭方向。它的漏極通過(guò)過(guò)孔(Κ2)連接到金屬電極Ρ1，它位于第3層，之后通過(guò)過(guò)孔(Κ4)連接到金屬電極Ρ2，它位于第4層。在該金屬電極上依次沉積鐵電層FE (或多鐵層)、反鐵磁層AFM、下部鐵磁層FM2、隧道絕緣勢(shì)壘層B1、上部鐵磁層FMl、覆蓋層CAP。通過(guò)一定的微加工手段將其中的覆蓋層通過(guò)過(guò)孔(K5)連到輸入/輸出信號(hào)線I (Il)上，它位于第6層，走向方向平行于紙面，沿箭頭方向；將底部的金屬電極P2直接通過(guò)通孔(LI)連到連到輸入/輸出信號(hào)線2 (12)上，它位于第5層，走向?yàn)榇怪奔埫娣较?，如圖中圓叉所示；將其中反鐵磁層AFM通過(guò)通孔(L2)連到輸入/輸出信號(hào)線3(13)上，它位于第5層，走向?yàn)榇怪奔埫娣较颍鐖D中圓叉所示。為了保證以上所有結(jié)構(gòu)、信號(hào)線之間的絕緣性，在生長(zhǎng)和微加工的過(guò)程中利用絕緣材料(Insulator)做為填充材料。圖2A是本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層的剖面俯視位置示意圖，圖2B、2C分別對(duì)應(yīng)圖2A中所標(biāo)識(shí)的俯視圖1和俯視圖2。圖3A是整個(gè)多功能器件自定義的電路符號(hào)。本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層可根據(jù)任務(wù)需要改變其功能。通過(guò)在復(fù)合半導(dǎo)體層的不同管腳進(jìn)行輸入，復(fù)合半導(dǎo)體層可實(shí)現(xiàn)邏輯操作、存儲(chǔ)操作、傳感器、微波發(fā)射(接收)操作等。利用本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層可以制成一種新型平面集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)的信息采集模塊、信息處理模塊、信息存儲(chǔ)模塊、信息通訊模塊、任務(wù)管理模塊、系統(tǒng)引導(dǎo)模塊全部由結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)合半導(dǎo)體層組成；且各模塊內(nèi)復(fù)合半導(dǎo)體層的個(gè)數(shù)，可根據(jù)任務(wù)需要來(lái)動(dòng)態(tài)劃分。具體內(nèi)容如下
[實(shí)施例1]基于本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層能提供的一種基于電流驅(qū)動(dòng)的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)單元，電路符號(hào)如圖3B所示，其核心結(jié)構(gòu)為AFM/FM2/B1/FM1，具體包括輸入/輸出信號(hào)線I1、13 ;通孔L2 ；反鐵磁性層AFM ；下部磁性層FM2;隧道絕緣勢(shì)壘層BI ；上部磁性層FMl ；頂部覆蓋層CAP ；所述輸入/輸出信號(hào)線和通孔的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬，如Cu。所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個(gè)磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過(guò)渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢(shì)壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。底部的磁性層通過(guò)與反鐵磁性層之間的耦合產(chǎn)生釘扎作用，可以稱為釘扎層，而頂部的磁性層則稱為自由層，當(dāng)在Il和13之間通入正向或反向電流時(shí)，由于自旋轉(zhuǎn)移力矩(STT)效應(yīng)，會(huì)使自由層的磁矩發(fā)生定向的翻轉(zhuǎn)，從而使它與釘扎層的磁矩呈現(xiàn)平行或反平行態(tài)排列，對(duì)外表現(xiàn)為低阻和高阻狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位的存儲(chǔ)與讀取。[實(shí)施例2]基于本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層能一種高靈敏度的磁性傳感器單元，電路符號(hào)如圖3C所示。其核心結(jié)構(gòu)為FE/AFM/FM2/B1/FM1，具體包括輸入/輸出信號(hào)線I1、13 ;控制信號(hào)線12 ； 通孔L1、L2;金屬平臺(tái)P2 ；鐵電層FE;反鐵磁性層AFM;下部磁性層FM2;隧道絕緣勢(shì)壘層BI ；上部磁性層FMl ；頂部覆蓋層CAP ；所述輸入/輸出信號(hào)線、控制信號(hào)線、通孔以及金屬平臺(tái)的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬，如Cu。所述的鐵電層(FE)的組成材料包括BiFe03 (BFO)、BaTi03 (BTO)、SrTi03 (STO)、Pb (Mgl/3Nb2/3) 03_PbTi03 (PMN-PT)、PbTi03 (PTO)、BiMn03 等；所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個(gè)磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過(guò)渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢(shì)壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。由于鐵電材料一般是絕緣材料，當(dāng)在12和13之間施加電壓時(shí)，會(huì)在鐵電層兩端產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電場(chǎng)，它與所施加的電壓成正比。當(dāng)電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，鐵電層會(huì)誘導(dǎo)反鐵磁層改變鐵磁層的磁矩方向，由圖1中的垂直方向變?yōu)樗椒较颉＜僭O(shè)外界磁場(chǎng)的方向沿水平方向，那么上部磁性層的磁矩會(huì)隨外磁場(chǎng)的強(qiáng)度增加而逐漸趨于水平，從而使該結(jié)構(gòu)的整體電阻發(fā)生變化，該變化與外磁場(chǎng)的大小和方向相關(guān)。[實(shí)施例3]基于本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層能提供一種邏輯判斷單元，電路符號(hào)如圖3D所示。其核心結(jié)構(gòu)為AFM/FM2/B1/FM1，具體包括控制/輸出信號(hào)線I1、13 ;輸入信號(hào)線IL1、IL2 ;通孔L2;過(guò)孔1(1、1(3、1(5;場(chǎng)效應(yīng)管FET;反鐵磁性層AFM;下部磁性層FM2;·隧道絕緣勢(shì)壘層BI;上部磁性層FMl;頂部覆蓋層CAP;所述控制/輸出信號(hào)線、輸入信號(hào)線、通孔或過(guò)孔的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬，如Cu。所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個(gè)磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過(guò)渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢(shì)壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。如圖2B所示，定義通過(guò)ILl和IL2信號(hào)線時(shí)，無(wú)電壓為“O”態(tài)，有電壓為“I”態(tài)，通過(guò)的電壓分別定義為Vl和V2。由于理論證明可以利用電壓來(lái)調(diào)控反鐵磁層AFM和鐵磁層FM2之間的耦合方式，從而改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，實(shí)現(xiàn)信號(hào)邏輯判斷。下面介紹“與”邏輯判斷的具體實(shí)施方法，但不是僅限于這種方法。與邏輯判斷1.輸入端ILl和IL2信號(hào)線上的電壓為零，表示輸入邏輯A和B為0，此時(shí)反鐵磁層上的所施加的電壓為零，不改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，此時(shí)兩個(gè)鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相同，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為O。2.輸入端ILl信號(hào)線上的電壓為零，IL2信號(hào)線上的電壓為V2，表示輸入邏輯A為0，B為1，此時(shí)反鐵磁層上的所施加的電壓為V2，由于V2不足以改變反鐵磁層與鐵磁層之間的耦合方式，因此不改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，此時(shí)兩個(gè)鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相同，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為零。3.輸入端ILl信號(hào)線上電壓為VI，IL2信號(hào)線上的電壓為零，表示輸入邏輯A為1，B為O，此時(shí)反鐵磁層上的所施加的電壓為VI，由于Vl不足以改變反鐵磁層與鐵磁層之間的耦合方式，因此不改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，此時(shí)兩個(gè)鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相同，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為零。4.輸入端ILl信號(hào)線上電壓為VI，IL2信號(hào)線上的電壓為V2，表示輸入邏輯A為1，B為1，此時(shí)反鐵磁層上的所施加的電壓為V1+V2，該電壓可以改變反鐵磁層與鐵磁層之間的耦合方式，從而使底部鐵磁層FM2的磁矩方向發(fā)生改變，此時(shí)兩個(gè)鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相反，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為I。[實(shí)施例4]基于本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體層能提供一種微波發(fā)生單元，等效電路如圖3E所示。其核心結(jié)構(gòu)為FE/AFM/FM2/B1/FM1，具體包括
輸入/輸出信號(hào)線I1、13 ;控制信號(hào)線12;通孔L1、L2;金屬平臺(tái)P2;鐵電層FE;反鐵磁性層AFM;下部磁性層FM2;隧道絕緣勢(shì)魚層BI;上部磁性層FMl;頂部覆蓋層CAP;所述輸入/輸出信號(hào)線、控制信號(hào)線、通孔或過(guò)孔以及金屬平臺(tái)的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬，如Cu。所述的鐵電層(FE)的組成材料包括BiFe03 (BFO)、BaTi03 (BTO)、SrTi03 (STO)、Pb (Mgl/3Nb2/3) 03_PbTi03 (PMN-PT)、PbTi03 (PTO)、BiMn03 等；所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個(gè)磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過(guò)渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢(shì)壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。由于鐵電材料一般是絕緣材料，當(dāng)在12和13之間施加電壓時(shí)，會(huì)在鐵電層兩端產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電場(chǎng)，它與所施加的電壓成正比。當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到某特定值時(shí)，鐵電層會(huì)誘導(dǎo)反鐵磁層改變鐵磁層的磁矩方向，由圖1中的垂直方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。這時(shí)當(dāng)在Il和13之間通過(guò)電流時(shí)，由于自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)，會(huì)使自由層中的磁矩產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)，從而激發(fā)出微波振湯。[實(shí)施例5]如圖4A所示，通過(guò)對(duì)該復(fù)合半導(dǎo)體層進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)晶片級(jí)的陣列排布，從而形成集微波產(chǎn)生、探測(cè)、調(diào)制、磁性傳感、磁性存儲(chǔ)、邏輯處理為一體的多功能芯片，它可以廣泛用在嵌入式系統(tǒng)中，圖4B給出了一個(gè)具體的實(shí)施方法，但是其它方案也應(yīng)屬于此專利保護(hù)的范圍。任務(wù)管理器通過(guò)BIOS讀取系統(tǒng)的配置信息，然后利用行控制器和列控制器對(duì)該多功能芯片進(jìn)行功能設(shè)置，比如選取一個(gè)單元作為微波發(fā)射源，將它連接到接收和發(fā)射天線上，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線的通信與傳輸。選取另外部分單元做為磁性傳感器用于外部的位置、角度、速度等物理量的檢測(cè)，它們可以為任務(wù)管理器控制電機(jī)等執(zhí)行器提供參考信息。另外系統(tǒng)中可以連接CCD進(jìn)行圖像的采集同時(shí)利用該復(fù)合半導(dǎo)體層數(shù)字信號(hào)的處理與存儲(chǔ)等。該 復(fù)合半導(dǎo)體層陣列還可以做為固態(tài)存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)和程序區(qū)的存儲(chǔ)。同時(shí)由于該復(fù)合半導(dǎo)體層具有非易失性、處理速度快、抗輻射能力強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以作為外太空中機(jī)器人的主控芯片，用于科研考察等。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，包括 SOI襯底，沉積于體硅材料上，且該SOI襯底上沉積有硅薄膜； 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極通過(guò)第一過(guò)孔連接到第二輔助輸入\輸出信號(hào)線上，該第二輔助輸入\輸出信號(hào)線通過(guò)第三過(guò)孔連接到第一輔助輸入\輸出信號(hào)線上，所述漏極通過(guò)第二過(guò)孔連接到第一金屬電極上； 其中，所述第一金屬電極通過(guò)第四過(guò)孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過(guò)第一通孔連接到第二輸入\輸出信號(hào)線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢(shì)壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層； 所述反鐵磁層通過(guò)第二通孔連接到第三輸入\輸出信號(hào)線上； 所述頂部覆蓋層通過(guò)第五過(guò)孔連接到第一輸入\輸出信號(hào)線上。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述下部磁性層、上部磁性層的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導(dǎo)體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述隧道絕緣勢(shì)壘層的組成材料為絕緣氧化物。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述輸入/輸出信號(hào)線和通孔或過(guò)孔的組成材料為半導(dǎo)體工藝上通用的導(dǎo)電良好的金屬。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述反鐵磁性層的組成材料由合金材料或反鐵磁性材料。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述頂部覆蓋層的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述鐵電層的組成材料為BF0、BTO、STO、PMN-PT、PTO、BiMn03。
8.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述鐵磁性材料包括3d過(guò)渡族磁性金屬、鐵磁性合金、稀土金屬及其鐵磁合金。
9.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述半金屬磁性材料包括Heussler 合金。
10.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合半導(dǎo)體層，其特征在于，所述磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn 摻雜的 Zn。、Ti02、Hf02 和 Sn02,以及 Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe0
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合半導(dǎo)體層，其包括SOI襯底，沉積于體硅材料上，且該SOI襯底上沉積有硅薄膜；場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極通過(guò)第一過(guò)孔連接到第二輔助輸入\輸出信號(hào)線上，該第二輔助輸入\輸出信號(hào)線通過(guò)第三過(guò)孔連接到第一輔助輸入\輸出信號(hào)線上，所述漏極通過(guò)第二過(guò)孔連接到第一金屬電極上；所述第一金屬電極通過(guò)第四過(guò)孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過(guò)第一通孔連接到第二輸入\輸出信號(hào)線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢(shì)壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層；所述反鐵磁層通過(guò)第二通孔連接到第三輸入\輸出信號(hào)線上；所述頂部覆蓋層通過(guò)第五過(guò)孔連接到第一輸入\輸出信號(hào)線上。
文檔編號(hào)H01L23/522GK103000613SQ201210535419
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者郭鵬, 劉東屏, 韓秀峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所