一種室溫下壓電調(diào)控的磁性反常霍爾晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種室溫下壓電調(diào)控的磁性反?；魻柧w管及其構(gòu)成的邏輯器件。晶體管具有復(fù)合多層膜結(jié)構(gòu)：壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，或者導(dǎo)電層/壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層。本發(fā)明通過對壓電薄膜兩端施加電壓產(chǎn)生形變，該形變轉(zhuǎn)移到上層的磁性薄膜中。本發(fā)明利用壓電實現(xiàn)室溫零磁場下磁化的翻轉(zhuǎn)。本發(fā)明具有低功耗、響應(yīng)時間短、集成度高和在室溫下工作的優(yōu)點。
【專利說明】
一種室溫下壓電調(diào)控的磁性反?；魻柧w管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于信息技術(shù)及微電子領(lǐng)域，涉及信息技術(shù)領(lǐng)域中的新型邏輯功能器件， 尤其涉及到利用壓電效應(yīng)來調(diào)控鐵磁材料磁化翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的反?；魻栃?yīng)值變化，并基于此 原理發(fā)明的室溫壓電調(diào)控的反?；魻柧w管，以及基于室溫壓電調(diào)控的反常霍爾晶體管可 實現(xiàn)邏輯功能。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體技術(shù)是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的基石，對人類社會的進(jìn)步起到至關(guān)重要的作 用。隨著微加工工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體芯片尺寸不斷縮小，信息的儲存密度和處理速度按 照摩爾定律向前發(fā)展，大約18個月翻一番，14納米尺寸的半導(dǎo)體芯片工藝已于2015年初投 入到工業(yè)生產(chǎn)中。但隨著集成度的進(jìn)一步提高，器件尺寸變得更小，將越來越逼近經(jīng)典物理 的極限，量子效應(yīng)變得越來越重要，同時量子隧穿會導(dǎo)致漏電流的增加，器件的損耗也會大 幅度增加，這些都會制約著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
[0003] 利用電子的自旋來實現(xiàn)信息的處理、存儲及傳輸有可能突破當(dāng)前信息技術(shù)的障 礙，自旋電子學(xué)器件具有速度快、非揮發(fā)性、能耗低的優(yōu)點。當(dāng)前CMOS集成電路的基本單元 是場效應(yīng)晶體管，主要是利用柵極電場控制半導(dǎo)體溝道中的載流子濃度來實現(xiàn)"開"和"關(guān)" 的狀態(tài)，以此作為信息處理中的1和0態(tài)。由于磁性材料具有磁各向異性，不同的磁化方向也 可以作為信息處理或者存儲中的不同信息，而反?；魻栃?yīng)是探測磁性材料磁特性的探 針。根據(jù)選擇磁性材料的不同，伴隨壓電控制鐵磁材料的磁化翻轉(zhuǎn)的反?；魻栕兓饕?括三種類型：1)對于垂直磁各向異性材料，當(dāng)磁矩從上到下發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，反?；魻栃?yīng)的值 會從正（負(fù)）變化為負(fù)（正）；2)壓電調(diào)控使得磁化從垂直方向變成面內(nèi)某一個晶向磁化翻 轉(zhuǎn)，從而使反常霍爾電壓發(fā)生相應(yīng)的變化;3)利用壓電效應(yīng)使得面內(nèi)磁各向異性的材料的 磁矩發(fā)生90度的翻轉(zhuǎn)，設(shè)計磁化方向相對于器件的電流方向為Θ，而面內(nèi)反?；魻栃?yīng)隨著 磁化方向相對于電流方向成sin20變化，其最大變化為從1變成-1，也即是使得磁化方向相 對于電流方向的變化為45 (-135)到-45 (135)度。根據(jù)磁化方向變化對應(yīng)于器件電流方向的 變化，對應(yīng)測量得到的反?；魻栯妷嚎梢詮恼?yōu)樨?fù)或者從負(fù)變?yōu)檎?，這里一種可以類比 于P型場效應(yīng)晶體管，另一種類比于η型場效應(yīng)晶體管?；谶@兩種壓電反?；魻栃?yīng)晶體 管，設(shè)計出所需要的邏輯功能電路，應(yīng)用到信息技術(shù)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一)要解決的技術(shù)問題
[0005] 本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有的場效應(yīng)晶體管無法滿足更高的集成度的要求的問題。
[0006] (二)技術(shù)方案
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于解決更高集成度而設(shè)計的自旋電子學(xué)器件。 主要是通過電壓控制器件中的自旋磁矩方向來改變霍爾電壓，并且霍爾電壓傳遞到下一級 中的器件中繼續(xù)起到調(diào)控作用，依次類推，以實現(xiàn)信號的響應(yīng)和處理功能，實現(xiàn)能耗更低， 集成度更高的邏輯功能電路。
[0008] 本發(fā)明的室溫下壓力調(diào)控的磁性反?；魻柧w管，具有復(fù)合多層膜結(jié)構(gòu)，該復(fù)合 多層膜結(jié)構(gòu)為:壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，或者導(dǎo)電層/壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，所述壓 電層能夠被電壓調(diào)控，從而調(diào)節(jié)所述磁性薄膜的特性。
[0009] (三)有益效果
[0010] 本磁性邏輯器件基于電場控制，具有低功耗、響應(yīng)時間短、集成度高和在室溫下工 作的優(yōu)點;它能夠完成單輸入的"非"邏輯功能，雙輸入或者多輸入的"或非"邏輯運算功能。
【附圖說明】
[0011] 圖1為基于壓電調(diào)控的磁性平面霍爾晶體管的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在垂直磁各向異性磁性薄膜中磁矩翻轉(zhuǎn)的 示意圖；
[0013] 圖3為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在垂直磁各向異性磁性薄膜中磁矩翻轉(zhuǎn)到 面內(nèi)晶向的不意圖；
[0014] 圖4為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在面內(nèi)磁各向異性磁性薄膜中磁矩翻轉(zhuǎn)的 示意圖；
[0015] 圖5為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"非"門邏輯時的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖6為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"非"門邏輯時的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖7為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖8為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖9為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時時的電路結(jié)構(gòu)圖； [0020]圖10為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0021] 本發(fā)明提出利用壓電效應(yīng)來實現(xiàn)室溫零磁場下磁性材料的磁化翻轉(zhuǎn)，從而伴隨著 磁性材料的反?；魻栯妷旱淖兓?，利用伴隨磁化翻轉(zhuǎn)的反?；魻栃?yīng)的變化可以制備出室 溫壓電反?；魻柧w管。
[0022] 本發(fā)明首先提出生長壓電鐵磁復(fù)合多層膜結(jié)構(gòu)，壓電鐵磁復(fù)合多層膜的基本結(jié)構(gòu) 為在襯底上生長一定厚度的壓電材料薄膜(例如ΒΤ0、ΡΖΤ、或者PMNPT)等，然后在上面生長 一層鐵磁性薄膜，最后生長一層保護(hù)層保護(hù)鐵磁性薄膜。也可以考慮在生長過程中直接生 長壓電材料薄膜的導(dǎo)電層電極，然后生長一個絕緣層導(dǎo)電層和磁性薄膜材料。即該復(fù)合多 層膜結(jié)構(gòu)為:壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，或者導(dǎo)電層/壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，所述壓電 層能夠被電壓調(diào)控，從而進(jìn)而調(diào)節(jié)所述磁性薄膜的特性。
[0023] 磁性薄膜選自坡莫合金、半金屬、鐵磁半導(dǎo)體和磁性金屬材料。
[0024] 基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出，基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管，該晶體管的器件結(jié) 構(gòu)設(shè)計為將壓電材料劃分為各個不同的小塊，或稱為多個單元塊，每個單元塊對應(yīng)獨立的 磁性薄膜結(jié)構(gòu)，且每個單元塊能夠被獨立施加電壓。并且優(yōu)選地，所述壓電層的每個單元塊 對應(yīng)的獨立的磁性薄膜結(jié)構(gòu)為十字結(jié)構(gòu)，即每個小塊上有一個獨立的十字結(jié)構(gòu)微納鐵磁薄 膜器件，利用電壓來控制單個壓電小塊產(chǎn)生形變，從而實現(xiàn)分別單獨控制每一個鐵磁微納 器件，利用反?；魻栃?yīng)作為輸出，此時每一個微納單元為一個壓電反?；魻柧w管，通過 設(shè)計多個反?；魻柧w管可以實現(xiàn)各種邏輯功能。
[0025] 本發(fā)明中獨立的十字結(jié)構(gòu)微納鐵磁薄膜器件主要根據(jù)霍爾電壓的測試所設(shè)計。十 字結(jié)構(gòu)的器件通過已經(jīng)成熟的工藝就可以制備而得。首先我們在生長好的壓電性襯底上， 通過分子束外延或者磁控濺射等生長方法生長一層厚度為幾納米到十幾納米厚度的磁性 薄膜材料，為了防止磁性薄膜材料的氧化，在生長好的磁性薄膜上，再通過分子束外延或者 磁控濺射等生長方法生長幾納米厚度的保護(hù)層。在生長好的薄膜上，可以利用光刻或者電 子束刻蝕的工藝，制備出需求的器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，光刻或者電子束刻蝕的方法主要包括 前處理，涂膠，烘烤，對準(zhǔn)曝光，曝光后烘烤，顯影，離子束刻蝕和去膠等工藝制備而得。通過 重復(fù)多種這樣的制備工藝，制備出設(shè)計的所需要的器件，最后通過檢驗和封裝就可以制備 出所需要的功能邏輯器件。
[0026] 本發(fā)明中的壓電反?；魻柧w管，可以在制備完成時利用外加磁場來初始化使得 所以器件的磁化方向指向同一個易磁化軸，或者用電流產(chǎn)生奧斯特場來使得器件的磁化指 向同一個方向。
[0027] 本發(fā)明優(yōu)選為使基于壓電調(diào)控的反常霍爾晶體管具有一個底柵，在需要的基底上 生長一層金屬材料的底柵層，然后在底柵層上面沉積壓電材料層。底柵可以具有多個功能： 1)初始化晶體管的所有單元，通過在底柵中通入電流，從而產(chǎn)生一個穩(wěn)定的磁場，該磁場能 夠使鐵磁層磁化方向指向同一個方向。從而使鐵磁層中的各個器件有了初始狀態(tài)，即半導(dǎo) 體器件中的P型場效應(yīng)晶體管和η型場效應(yīng)晶體管，在這種初始狀態(tài)下，鐵磁材料制成的器 件就會通過不同的電路設(shè)計和反?；魻栃?yīng)的實現(xiàn)，形成邏輯電路;2)通過底柵調(diào)控壓電 材料的形變，壓電材料在底柵的電壓作用下，產(chǎn)生形變，并將形變有效地傳遞到鐵磁材料 中，從而可以實現(xiàn)壓電調(diào)控上層的磁性薄膜的磁化特性。
[0028] 本發(fā)明中主要利用壓電材料產(chǎn)生的應(yīng)變特性調(diào)控磁性薄膜，而壓電材料的特性， 在該設(shè)計中起到了至關(guān)重要的作用。通過在壓電材料的兩端施加電壓，壓電材料會表現(xiàn)出 壓縮或者伸張的狀態(tài)，以材料的形變形式表現(xiàn)出來。該形變有效地傳送到生長在壓電材料 層之上的鐵磁材料中，導(dǎo)致鐵磁材料產(chǎn)生形變，從而導(dǎo)致器件的磁化方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使得器 件的反?；魻栯妷喊l(fā)生改變。這兩種狀態(tài)會實現(xiàn)〇和1的邏輯功能，該設(shè)計主要通過測量器 件兩端的霍爾電阻來實現(xiàn)邏輯單元的功能。
[0029] 本發(fā)明中壓電反?；魻柧w管功能器件需要采用具有反?；魻栃?yīng)的鐵磁性薄 膜，在壓電材料上生長鐵磁性材料，然后通過電路設(shè)計和制備工藝，在鐵磁材料中制備出所 需要的各種器件以及連接線路，來實現(xiàn)所需要的各種邏輯功能。鐵磁材料制備的器件具有 反常霍爾效應(yīng)，在器件的工作過程中，利用鐵磁材料中不同的磁化方向來分別實現(xiàn)器件類 比于Ρ型場效應(yīng)晶體管和η型場效應(yīng)晶體管的功能。通過壓電效應(yīng)來調(diào)控鐵磁材料的磁化方 向的翻轉(zhuǎn)，從而可以實現(xiàn)器件的不同態(tài)的轉(zhuǎn)變，達(dá)到電壓調(diào)控邏輯功能器件的目的。磁性層 材料的選擇也非常重要，需要選擇該類材料的磁各向異性對于形變比較敏感，該設(shè)計中所 采用的是具有垂直各向異性或者面內(nèi)各向異性的磁性材料，該類材料具有在形變作用下， 磁化方向翻轉(zhuǎn)90。的現(xiàn)象。將該類磁性材料生長在具有形變特性的壓電材料上，通過壓電材 料的形變，間接的改變磁性材料的形變，從而控制磁性材料中的磁化方向翻轉(zhuǎn)。當(dāng)磁性材料 的磁化方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)后，磁化方向和電流的夾角發(fā)生了變化，由于反?；魻栃?yīng)具有η周期 的性質(zhì)，從而能夠測量到通過夾角變化所導(dǎo)致的反?；魻栃?yīng)的變化情況。將不同的器件 通過設(shè)計和連接，就可以實現(xiàn)各種不同的邏輯功能。
[0030] 本發(fā)明中的磁性薄膜上層需要防止氧化，所以保護(hù)層生長在鐵磁材料的上面，具 有保護(hù)鐵磁材料的作用。在制備器件過程中，為了保護(hù)鐵磁材料盡可能小的受到影響并增 加其壽命，所以在鐵磁材料上層生長一層保護(hù)層非常重要。
[0031] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要?？梢酝ㄟ^壓電分別單獨調(diào)控每個鐵磁維納器件的磁 性，也即是其反常霍爾電壓，將單個反?；魻柧w管進(jìn)行大規(guī)模集成，制備成更加優(yōu)化的集 成電路。通過該結(jié)構(gòu)制作邏輯功能電路，和制備半導(dǎo)體集成電路步驟相似，一般需要五個階 段：電路系統(tǒng)設(shè)計，版圖設(shè)計和優(yōu)化，集成電路芯片制備，集成電路封裝和電路成品測試分 析。經(jīng)過五個階段制備好的集成電路，具有體積小，質(zhì)量輕，可靠性高，壽命長，響應(yīng)速度快 等特點。
[0032] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管為基礎(chǔ)，實現(xiàn)部分邏輯功能，主要以"非"、"或非"邏 輯運算時的具體步驟為例，詳細(xì)說明本發(fā)明的工作方式，進(jìn)而來實現(xiàn)不同的邏輯功能。 [0033] 在下面的內(nèi)容中約定，當(dāng)電極Bn、B12、B13、……B1N和Bn、B 21、B31、……輸入點 電平信號為U時，系統(tǒng)邏輯的輸入信號為"Γ;當(dāng)電極斷開輸入信號或者輸入電平為低電平 時，系統(tǒng)邏輯輸入信號為"〇"；對壓電材料電壓控制的成對電極中，其中一個電極作為接地 端;邏輯運算時，在鐵磁微納器件中通入恒定或者脈沖電流10;當(dāng)霍爾電壓處于高電壓狀態(tài) 時，系統(tǒng)邏輯輸出為"Γ;當(dāng)霍爾電壓處于低壓狀態(tài)時，系統(tǒng)的邏輯輸出為"〇"；該邏輯功能 器件在工作的時候，通過壓電分別對單個鐵磁微納器件進(jìn)行操作，可以使得鐵磁微納器件 的磁矩發(fā)生翻轉(zhuǎn)，根據(jù)選擇磁性材料的不同，壓電調(diào)控有三種翻轉(zhuǎn)的機制;本發(fā)明中用磁矩 翻轉(zhuǎn)來代表磁矩的三種翻轉(zhuǎn)機制；該專利中主要講解設(shè)計中某一個單元為例，實現(xiàn)"非"和 "或非"邏輯功能。
[0034]圖1為基于壓電調(diào)控的磁性平面霍爾晶體管的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖1所示的是每一 個單元的器件結(jié)構(gòu)。如圖所示，先在襯底上生長壓電材料薄膜(可以直接生長其導(dǎo)電電極 層），該壓電材料包括且不限于ΒΤ0、ΡΖΤ、或者PMN-PT等材料，然后再在其上方生長一層鐵磁 材料薄膜，該鐵磁層包括且不限于坡莫合金、半金屬、鐵磁半導(dǎo)體和磁性金屬材料。在壓電 薄膜兩側(cè)為電極，其輸入電壓作為邏輯信號的輸入端，它可以調(diào)控鐵磁材料的磁化翻轉(zhuǎn)，磁 性材料中測量的反?；魻栯妷鹤鳛檫壿嬓盘柕妮敵龆?。
[0035]圖2~4為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管器件的調(diào)控原理。
[0036] 圖2為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在垂直磁各向異性磁性薄膜中磁矩翻轉(zhuǎn)的 示意圖。圖2中的箭頭表示鐵磁薄膜的磁矩方向，磁矩在應(yīng)力調(diào)控作用下翻轉(zhuǎn)180°。
[0037] 圖3為基于壓電調(diào)控的反常霍爾晶體管在垂直磁各向異性磁性薄膜中磁矩翻轉(zhuǎn)到 面內(nèi)晶向的示意圖。圖中的箭頭表示鐵磁薄膜的磁矩方向，磁矩在電壓調(diào)控作用下翻轉(zhuǎn) 90°，磁矩方向由面外轉(zhuǎn)向面內(nèi)的某一個晶向。
[0038] 圖4為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在面內(nèi)磁各向異性磁性薄膜中磁矩翻轉(zhuǎn)的 示意圖。圖中的箭頭表示鐵磁薄膜的磁矩方向，磁矩在電壓調(diào)控作用下翻轉(zhuǎn)90°。
[0039] 圖5~10為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管器件實現(xiàn)的邏輯功能。
[0040] 圖5為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"非"門邏輯時，輸入端為初始0狀 態(tài)，測量的輸出霍爾信號為邏輯信號1。圖6為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"非" 門邏輯時，輸入端為電壓調(diào)控下的1狀態(tài)，測量的輸出霍爾電壓信號為邏輯信號0。
[0041] 實現(xiàn)"非"門邏輯運算：
[0042] 步驟S1，基于已經(jīng)初始化的邏輯器件，如圖5所示，斷開輸入端的電信號的開關(guān) ΚΙ 1，電極Bl 1處的電壓為0，與接地的電極之間的電壓差值為0，壓電材料沒有發(fā)生形變，從 而上層磁性材料中的磁矩方向處于初始狀態(tài)，和探測電流的夾角保持不變，輸出端的霍爾 電壓信號保持不變，輸入端為邏輯信號0,輸出端為邏輯信號1。
[0043] 步驟S2,邏輯狀態(tài)實現(xiàn)調(diào)控作用下實現(xiàn)1邏輯信號。如圖6所示，閉合輸入端電信號 的開關(guān)ΚΙ 1，電極Bl 1處的電壓為U，與接地的電極之間的電壓差值為U，壓電材料在電壓作用 下發(fā)生形變，從而導(dǎo)致上層的磁性材料的磁矩發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，探測電流方向保持不變，所以磁 矩和電流方向的夾角發(fā)生了變化，輸出端的霍爾電壓信號也發(fā)生了變化，作為邏輯信號的 輸出信號0。
[0044] 其輸入輸出邏輯關(guān)系如下表。
[0045]
[0046] 可以看出γ = Ζ
[0047] 圖7為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時，輸入端為Κη和K21 處于斷開的狀態(tài)，電極Bn和B21都處于0電壓狀態(tài)，邏輯輸入信號為[0,0]，測量的輸出霍爾 電壓信號為邏輯信號1。
[0048] 圖8為基于壓電調(diào)控的反常霍爾晶體管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時，輸入端Κη處于閉 合狀態(tài)，K21處于斷開的狀態(tài)，電極Bn處電壓為U，而B 21處于0電壓狀態(tài)，邏輯輸入信號為[1， 0]，測量的輸出霍爾電壓信號為邏輯信號〇。
[0049] 圖9為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時，輸入端Κη處于斷 開狀態(tài)，K21處于閉合的狀態(tài)，電極Bn處電壓為0,而B 21處于U電壓狀態(tài)，邏輯輸入信號為[0， 1]，測量的輸出霍爾電壓信號為邏輯信號〇。
[0050] 圖10為基于壓電調(diào)控的反?；魻柧w管在實現(xiàn)"或非"門邏輯時，輸入端為Κη和 K21處于閉合的狀態(tài)，電極Bn和B21都處于U電壓狀態(tài)，邏輯輸入信號為[1，1]，測量的輸出霍 爾電壓信號為邏輯信號〇。
[0051]實現(xiàn)"或非"門邏輯運算：
[0052]步驟T1，基于已經(jīng)初始化的邏輯器件。如圖7所示，斷開輸入端的電信號的開關(guān)Κη 和Κ21，電極Bll和Β21處的電壓為0，與接地的電極之間的電壓差值為0，壓電材料沒有發(fā)生形 變，從而兩個器件上層磁性材料中的磁矩方向處于初始狀態(tài)，和探測電流的夾角保持不變， 輸出端的霍爾電壓信號保持不變，輸入端為邏輯信號[0,0]，輸出端為邏輯信號"1"。
[0053]步驟T2,如圖8所示，閉合輸入端的電信號的開關(guān)Kn，斷開輸入端開關(guān)K21，電極Bn 處的電壓為U，而B21處的電壓為Ο，兩個與接地的電極之間的電壓差值分別為U和Ο，Βιι處的 壓電材料發(fā)生形變，從而器件上層磁性材料中的磁矩方向被調(diào)控翻轉(zhuǎn)，和探測電流的夾角 發(fā)生改變，導(dǎo)致霍爾兩端的輸出電壓改變，而B 21處的壓電材料沒有形變，磁矩方向和探測電 流的夾角保持不變，輸出端的霍爾電壓信號保持不變，輸入端為邏輯信號[1，0]，此時，輸出 端為邏輯信號"0"。
[0054]步驟T3,如圖9所示，斷開輸入端的電信號的開關(guān)Kn，閉合輸入端開關(guān)K21，電極Bn 處的電壓為〇,而B21處的電壓為U，兩個與接地的電極之間的電壓差值分別為0和U，Bn處的 壓電材料不會發(fā)生形變，磁矩方向和探測電流的夾角保持不變，輸出端的霍爾電壓信號保 持不變，而B 21處的壓電材料發(fā)生形變，從而此器件上層磁性材料中的磁矩方向被調(diào)控翻轉(zhuǎn)， 和探測電流的夾角發(fā)生改變，導(dǎo)致霍爾兩端的輸出電壓改變，此時，輸入端為邏輯信號[0， 1]，輸出端為邏輯信號"0"。
[0055] 步驟T4,如圖10所不，閉合輸入端的電信號的開關(guān)Κιι和K21，電極Bn和B21處的電壓 為U，與接地的電極之間的電壓差值為U，壓電材料在電壓作用下發(fā)生形變，從而兩個微納器 件上層磁性材料中的磁矩方向都被調(diào)控翻轉(zhuǎn)，和探測電流的夾角都發(fā)生了改變，導(dǎo)致霍爾 兩端的輸出電壓改變，輸出端的霍爾電壓信號被調(diào)控，此時，輸入端為邏輯信號[1，1]，輸出 端為邏輯信號"〇"。
[0056] 邏輯判斷時，可以重復(fù)步驟T1~T4來實現(xiàn)邏輯功能。
[0057]其輸入輸出的邏輯關(guān)系如下表：
[0058]
[0059] π」以宥出Y=A+B。
[0060] 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種室溫下壓力調(diào)控的磁性反常霍爾晶體管，具有復(fù)合多層膜結(jié)構(gòu)，該復(fù)合多層膜 結(jié)構(gòu)為:壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，或者導(dǎo)電層/壓電層/磁性薄膜/保護(hù)層，所述壓電層能 夠被電壓調(diào)控，從而調(diào)節(jié)所述磁性薄膜的特性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性反?；魻柧w管，其特征在于，所述壓電層的材料的選自 BTO、PZT、PMN-PT。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性反常霍爾晶體管，其特征在于，所述磁性薄膜選自坡莫合 金、半金屬、鐵磁半導(dǎo)體和磁性金屬材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性反?；魻柧w管，其特征在于，所述壓電層劃分為多個單 元塊，每個單元塊對應(yīng)獨立的磁性薄膜結(jié)構(gòu)，且每個單元塊能夠被獨立施加電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性反?；魻柧w管，其特征在于，所述壓電層的每個單元塊 對應(yīng)的獨立的磁性薄膜結(jié)構(gòu)為十字結(jié)構(gòu)。6. -種邏輯器件，其特征在于，包括如權(quán)利要求1~6中任一項所述的室溫下壓力調(diào)控 的磁性反?；魻柧w管。
【文檔編號】H01L43/06GK105932153SQ201610412360
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】王開友, 張保, 楊美音
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所