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DE602006000836T2 - Leitungssteuerungsanordnung - Google Patents

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DE602006000836T2
DE602006000836T2 DE602006000836T DE602006000836T DE602006000836T2 DE 602006000836 T2 DE602006000836 T2 DE 602006000836T2 DE 602006000836 T DE602006000836 T DE 602006000836T DE 602006000836 T DE602006000836 T DE 602006000836T DE 602006000836 T2 DE602006000836 T2 DE 602006000836T2
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layer
gate
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungs-Steuervorrichtung.
  • Es tauchen neue Typen von elektronischen Vorrichtungen auf, bei welchen ein Trägertransport wenigstens teilweise durch einen Ladungsträgerspin gesteuert wird. Wohlbekannte Beispiele für diese sogenannten "Spintronic"-Vorrichtungen enthalten Spin-Ventile, die auf dem Effekt eines magnetfeldempfindlichen Widerstands, der aus sehr vielen extremen dünnen Plattenschichten magnetischen Materials besteht, (GMR = giant magnetoresistor) basieren, und Vorrichtungen mit magnetischem Tunnelübergang (MTJ = magnetic tunnel junction). Allgemein weisen diese Vorrichtungen abwechselnde Schichten aus ferromagnetischem und nicht ferromagnetischem Material auf, wobei das nicht ferromagnetische Material metallisch (im Fall eines Spin-Ventils) oder isolierend (im Fall einer MTJ-Vorrichtung) ist. Spintronic-Vorrichtungen haben mehrere Anwendungen, einschließlich von Magnetfeldsensoren und magnetischen Direktzugriffsspeichern (MRAM). Eine Übersicht über eine auf Spin basierende Elektronik und über Anwendungen ist gegeben in "Spintronics: A Spin-based Electronics Vision for the Future" von S. A. Wolf et al., Science, Volume 294, S. 1488 bis 1495 (2001).
  • Bei frühen Spintronic-Vorrichtungen wies das ferromagnetische Material für gewöhnlich ein Metall, wie beispielsweise Eisen (Fe), Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) oder eine Legierung davon auf. Jedoch verwenden einige neuere Spintronic-Vorrichtungen einen ferromagnetischen Halbleiter, wie beispielsweise Galliummanganarsenid (Ga,Mn)As, was in "Making Nonmagnetic Semiconductors Ferromagnetic" von H. Ohno, Science, Volume 281, S. 951 bis 956 (1998) beschrieben ist.
  • Vorrichtungen, die auf ferromagnetischen Halbleitern basieren, haben starke Magnetowiderstandseffekte gezeigt.
  • Beispielsweise beschreibt "Very Large Magnetoresistance in Lateral Ferromagnetic (Ga,Mn)As Wires with Nanoconstrictions" von C. Ruster et al., Physical Review Letters, Volume 91, S. 216602 (2003) eine Struktur, die einen Magnetowiderstand mit Tunnel (TMR) zeigt. Die Struktur ist hergestellt aus einer 19 nm dicken Schicht von Ga0.976Mn0.024As, das auf semiisolierendem GaAs aufgewachsen ist, welches in lateraler Richtung durch Ätzen definiert ist, um eine Insel auszubilden, die mit Drähten auf jeder Seite durch enge Einengungen verbunden ist.
  • "Tunneling Anisotropic Magnetoresistance: A sein-value like tunnel magnetoresistance using a single magnetic layer" von Gould et al., Physical Review Letters, Volume 94, S. 117023 (2004) beschreibt eine Vorrichtung, die Spin-ventilartige Effekte zeigt. Die Vorrichtung weist einen Kontakthöcker auf, der aus einem Titan/Gold-(Ti/Au-)Metallkontakt auf einer Aluminiumoxid-(AlOx)-Tunnelbarriere besteht, die auf einer 70 nm dicken Schicht aus Ga0.94Mn0.06As angeordnet ist, die auf semiisolierendem GaAs aufgewachsen ist. Der starke anisotrope Hystereseeffekt bei dieser experimentellen Vorrichtung kann einem anisotropen Magnetowiderstand mit Tunneleffekt (TAMR) zugeschrieben werden, welcher aus einer starken Spin-Umlaufbahnkopplung in einer einzigen ferromagnetischen Schicht resultiert.
  • Die vorliegende Erfindung sucht danach, eine Leitungs-Steuervorrichtung beispielsweise zur Verwendung in einem Speicher und/oder einer Logik oder zur Verwendung als Magnetsensor zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leitungs-Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt, die einen ersten ferromagnetischen Bereich mit einer relativ hohen Koerzitivkraft aufweist, einen zweiten ferromagnetischen Bereich mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft, einen Übergangsbereich, der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs, und ein Gate zum Anlegen eines elektrischen Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern.
  • Somit kann das Gate zum Abreichern oder Akkumulieren von Ladungsträgern im Übergangsbereich verwendet werden, um eine Tunnel-Barriere oder einen leitenden Kanal auszubilden und somit jeweils Lese- und Schreibzustände zur Verfügung zu stellen.
  • Die Vorrichtung kann einen dritten ferromagnetischen Bereich mit einer höheren Koerzitivkraft als der zweite ferromagnetische Bereich aufweisen, einen weiteren Übergangsbereich, der zwischen dem zweiten und dem dritten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist und ein weiteres Gate zum Anlegen eines Felds an den anderen Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu ändern.
  • Die Vorrichtung kann ein weiteres Gate zum Anlegen eines Felds an den zweiten ferromagnetischen Bereich aufweisen. Das weitere Gate kann zum Erhöhen oder zum Erniedrigen einer Ladungsträgerdichte im zweiten ferromagnetischen Bereich und somit zum Ändern seiner magnetischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Koerzitivkraft, verwendet werden.
  • Der erste und der zweite ferromagnetische Bereich können dasselbe Material aufweisen, welches ein ferromagnetischer Halbleiter, wie beispielsweise (Ga,Mn)As sein kann. Der Übergangsbereich kann auch dasselbe Material aufweisen. Der erste und der zweite ferromagnetische Bereich und der Übergangsbereich können in einer Schicht ausgebildet sein.
  • Der erste ferromagnetische Bereich kann lang und dünn sein und eine Längsachse haben. Die Längsachse kann in einer Richtung entlang einer magnetischen leichten Achse ausgerichtet sein.
  • Die Vorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass sie einen Tunnel-Anisotropie-Magnetowiderstands-(TAMR-)Effekt und/oder einen Tunnel-Magnetowiderstands(TMR-)Effekt zeigt.
  • Der zweite ferromagnetische Bereich kann durch eine Schicht oder einen Teilabschnitt einer Schicht vorgesehen sein, die oder der im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist. Die Schicht oder der Teilabschnitt der Schicht kann eine Dicke haben, die kleiner als oder gleich 10 nm ist. Der zweite ferromagnetische Bereich kann eine magnetische leichte Achse haben, die von der Ebene der Schicht oder des Teilabschnitts der Schicht nach außen gerichtet ist und/oder eine magnetische leichte Achse, die in der Ebene der Schicht oder des Teilabschnitts der Schicht ausgerichtet ist. Der erste ferromagnetische Bereich kann durch eine andere Schicht oder einen anderen Teilabschnitt der Schicht zur Verfügung gestellt sein, die oder der im Wesentlichen in der oder einer anderen Ebene angeordnet ist. Der erste ferromagnetische Bereich kann eine magnetische leichte Achse haben, die in der Ebene der anderen Schicht oder des anderen Teilabschnitts der Schicht ausgerichtet ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die einen leitenden Bereich aufweist, einen ferromagnetischen Bereich, einen Übergangsbereich zum Verbinden des leitenden Bereichs und des ferromagnetischen Bereichs und ein Gate zum Anlegen eines elektrischen Felds an den leitenden Bereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern.
  • Der leitende Bereich kann nicht ferromagnetisches Material oder halbleitendes Material oder nicht ferromagnetisches halbleitendes Material aufweisen. Der Übergangsbereich kann Halbleitermaterial aufweisen. Der leitende Bereich, der Übergangsbereich und/oder der ferromagnetische Bereich können dasselbe Material aufweisen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Speicherfeld von Leitungs-Steuervorrichtungen zur Verfügung gestellt.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Leitungs-Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Vorsehen eines ersten ferromagnetischen Bereichs mit einer relativ hohen Koerzitivkraft, Vorsehen eines zweiten ferromagnetischen Bereichs mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft, Vorsehen eines Übergangsbereichs, der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und Vorsehen eines Gates zum Anlegen eines Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern.
  • Ein Vorsehen des Übergangsbereichs kann ein Definieren einer Einengung zwischen dem ersten und dem zweiten Übergangsbereich aufweisen.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Leitungs-Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Kanal hat, der einen ersten ferromagnetischen Bereich mit einer relativ hohen Koerzitivkraft aufweist, einen zweiten ferromagnetischen Bereich mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft, einen Übergangsbereich, der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und ein Gate zum Anlegen eines elektrischen Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern, wobei das Verfahren ein Anlegen einer ersten Vorspannung an das Gate zum Erhöhen einer Ladungsträgerdichte im Übergangsbereich und zum Treiben eines ersten Strompulses durch den Kanal aufweist, wobei der Strompuls eine erste Stromamplitude hat, die größer als ein kritischer Wert zum Umkehren einer Magnetisierung des zweiten ferromagnetischen Bereichs ist.
  • Dies kann den Vorteil haben, dass die Magnetisierung des zweiten ferromagnetischen Bereichs selektiv umgekehrt werden kann, ohne die Magnetisierung des ersten ferromagnetischen Bereichs umzukehren.
  • Das Verfahren kann ein Anlegen einer zweiten Vorspannung an das Gate zum Erniedrigen einer Ladungsträgerdichte im Übergangsbereich und zum Treiben eines zweiten Strompulses durch den Kanal aufweisen, wobei der zweite Strompuls eine zweite Stromamplitude hat, die niedriger als der kritische Wert ist.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Leitungs-Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Kanal hat, der einen ersten ferromagnetischen Bereich mit einer relativen hohen Koerzitivkraft aufweist, einen zweiten ferromagnetischen Bereich mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft, einen Übergangsbereich, der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und ein Gate zum Anlegen eines Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern, wobei das Verfahren ein Anlegen eines magnetischen Felds an den ersten und den zweiten ferromagnetischen Bereich zum Umkehren einer Magnetisierung des zweiten ferromagnetischen Bereichs aufweist, wobei das magnetische Feld größer als ein kritisches Feld des zweiten ferromagnetischen Bereichs ist, aber kleiner als ein kritisches Feld des ersten ferromagnetischen Bereichs.
  • Dies kann den Vorteil haben dass die Magnetisierung des zweiten ferromagnetischen Bereiches selektiv umgekehrt werden kann, ohne die Magnetisierung des ersten ferromagnetischen Bereichs umzukehren.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Leitungs-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Vorrichtung ist;
  • 3 ein Querschnitt der in 2 gezeigten Vorrichtung entlang einer Linie A-A' ist;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Magnetisierung ferromagnetischer Bereiche in der in 1 gezeigten Vorrichtung ist;
  • 5 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zum Betreiben der in 1 gezeigten Vorrichtung ist;
  • 6 Gate-Vorspannungen, Strompulse und ein Magnetfeld darstellt, die während eines Schreibzyklus an die Vorrichtung der 1 angelegt werden können;
  • 7 Gate-Vorspannungen und einen Strompuls darstellt, die während eines Lesezyklus an die Vorrichtung der 1 angelegt werden können;
  • 8A bis 8D ein Verfahren zum Herstellen der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigen;
  • 9 eine Draufsicht auf eine weitere Leitungs-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 10 ein Querschnitt der in 9 gezeigten Vorrichtung entlang der Linie B-B' ist;
  • 11 die in 1 gezeigte Vorrichtung darstellt, die als Logikgatter verwendet wird;
  • 12 Gate-Vorspannungen, Strompulse und ein Magnetfeld darstellt, die während eines Schreibzyklus an die Vorrichtung der 1 angelegt werden können;
  • 13 Gate-Vorspannungen und einen Strompuls darstellt, die während eines Lesezyklus an die Vorrichtung der 1 angelegt werden können;
  • 14 eine Wahrheitstabelle für die in 11 gezeigte Vorrichtung ist;
  • 15 eine schematische Ansicht einer Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 16 einen Teil eines Speicherfelds mit der in 15 gezeigten Speicherzelle darstellt;
  • 17A und 17B Querschnitte einer in 15 gezeigten Speicherzelle jeweils entlang den Linien C-C' und D-D' sind;
  • 18 ein schematisches Diagramm eines Speicherfelds mit einer Treiberschaltung ist;
  • 19 ein Schreiben zu einer Speicherzelle in dem in 18 gezeigten Speicherfeld darstellt; und
  • 20 ein Lesen einer Speicherzelle in dem in 18 gezeigten Speicherfeld darstellt.
  • Vorrichtungsstruktur
  • Nimmt man Bezug auf die 1, 2 und 3, weist eine Leitungs-Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen langen und dünnen Leitungskanal 2 und ein erstes, ein zweites und ein drittes Gate 3, 4, 5 auf.
  • Der Kanal 2 weist einen ersten und einen zweiten ferromagnetischen Bereich 6, 7 mit einer relativ hohen Koerzitivkraft und einen dritten ferromagnetischen Bereich 8 mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft auf. Der dritte ferromagnetische Bereich 8 ist allgemein zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich 6, 7 angeordnet, so dass eine Leitung zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich 6, 7 durch den dritten ferromagnetischen Bereich 8 erfolgt. Somit dienen der erste und der zweite feste Bereich 6, 7 auch als ein Source- und ein Drainbereich.
  • Der erste, der zweite und der dritte ferromagnetische Bereich 6, 7, 8 sind aus demselben ferromagnetischen Material ausgebildet. Jedoch können der erste, der zweite und der dritte ferromagnetische Bereich 6, 7, 8 aus unterschiedlichen ferromagnetischen Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise ferromagnetischen Metallen und ferromagnetischen Halbleitern. Der ferromagnetische Halbleiter kann einen Halbleiter aufweisen, der mit einem magnetischen Dotierungsmittel dotiert ist, um ferromagnetisch zu werden, und die Konzentration des magnetischen Dotierungsmittels kann variiert werden. Weiterhin kann der ferromagnetische Halbleiter mit zusätzlichem nicht magnetischem Dotierungsmittel dotiert werden. Alternativ dazu kann der ferromagnetische Halbleiter einen Halbleiter aufweisen, der einen Ferromagnetismus ohne ein Dotieren zeigt, und kann mit einem magnetischen oder einem nicht magnetischen Dotierungsmittel dotiert sein.
  • Der Kanal 2 enthält einen ersten und einen zweiten Übergangsbereich 9, 10. Der erste Übergangsbereich 9 entkoppelt den ersten ferromagnetischen Bereich 6 und den dritten ferromagnetischen Bereich 8 in dem Sinn magnetisch, dass die Magnetisierungsumkehr in dem ersten und dem dritten Bereich 6, 8 bei unterschiedlichen Magnetfeldern auftreten kann. Gleichermaßen entkoppelt der zweite Übergangsbereich 10 den zweiten ferromagnetischen Bereich 7 und den dritten ferromagnetischen Bereich 8 magnetisch. Der erste und der zweite Übergangsbereich 9, 10 weisen Halbleitermaterial auf. Der erste und der zweite Übergangsbereich 9, 10 können aus demselben Material ausgebildet sein und können aus demselben Material wie einer oder mehrere der ferromagnetischen Bereiche 6, 7, 8 ausgebildet sein.
  • Die ferromagnetischen und die Übergangsbereiche 6, 7, 8, 9, 10 sind in einer gemusterten ferromagnetischen Schicht 11 vorgesehen, die einen ferromagnetischen Halbleiter aufweist, der bei diesem Beispiel eine Galliummanganarsenidlegierung (Ga1-xMnxAs) mit einer Mangankonzentration x von 0,02, anders ausgedrückt Ga0 , 98Mn0 , 02As, ist. Jedoch können Galliummanganarsenidlegierungen mit anderen Mangankonzentrationen, wie beispielsweise x = 0.06, verwendet werden. Weiterhin können andere ferromagnetische Halbleiter, wie beispielsweise (In,Mn)As, (Ga,Mn)P, (GaMn)N oder Ge1-yMny, verwendet werden. Bei diesem Beispiel hat die gemusterte ferromagnetische Schicht 11 eine Dicke von 10 nm. Jedoch kann die ferromagnetische Schicht 11 dünner sein, wie beispielsweise 3 nm oder 5 nm, oder dicker.
  • Ein Verwenden eines ferromagnetischen Halbleiters anstelle eines ferromagnetischen Metalls oder einer Legierung kann den Vorteil haben, dass ein Gate zum Anlegen eines elektrischen Felds an das ferromagnetische Material und zum Ändern der Dichte und/oder der Verteilung von Ladungsträgern verwendet werden kann, die in der Mitte einer magnetischen Ordnung sind, und somit zum Ändern der magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Materials. Es kann auch den Vorteil haben, dass ein Energieverbrauch reduziert wird, weil die kritische Stromdichte für eine Spinmoment-Magnetisierungsumkehr in einem ferromagnetischen Halbleiter für gewöhnlich zwei bis drei Größenordnungen niedriger als in einem ferromagnetischen Material ist.
  • Die gemusterte ferromagnetische Schicht 11 liegt über einer zusammen mit ihr ausgedehnten Isolierschicht 12, die einen Isolator aufweist, welcher bei diesem Beispiel Aluminiumarsenid (AlAs) ist. Andere Isolatoren können verwendet werden. Der Isolator kann kristallin sein. Der Isolator kann eine Gitteranpassung an den ferromagnetischen Halbleiter aufweisen oder kann eine Fehlanpassung an den ferromagnetischen Halbleiter aufweisen, um eine Spannung zu erreichen, die dabei hilft, eine magnetische Anisotropie zu verursachen. Die ferromagnetische Schicht 11 und die Isolierschicht 12 müssen nicht gemeinsam ausgedehnt sein. Beispielsweise kann die Isolierschicht 12 größer sein. Die Isolierschicht 12 liegt über einem teilweise geätzten Substrat 13, das bei diesem Beispiel halbleitendes Galliumarsenid (GaAs) aufweist. Andere Substrate, wie beispielsweise Silizium, können verwendet werden. Eine Abdeckschicht 14 (in 1 der Klarheit halber teilweise entfernt gezeigt) liegt zusammen ausgedehnt mit der gemusterten ferromagnetischen Schicht 11 über dieser. Bei diesem Beispiel weist die Abdeckschicht 14 AlAs auf. Die Abdeckschicht 14 und die ferromagnetische Schicht 11 müssen nicht gemeinsam ausgedehnt sein.
  • Nimmt man insbesondere Bezug auf die 2 und 3, sind der dritte ferromagnetische Bereich 8 und der erste und der zweite Sperrschicht 9, 10 durch Einengungen 15, 16 definiert. Die Einengungen 15, 16 sind zwischen einer ersten Seitenwand 17 und einem ersten und einem zweiten Teilabschnitt 181 , 182 einer zweiten gegenüberliegenden Seitenwand 18 definiert. In einer Draufsicht stellt jeder Teilabschnitt 181 , 182 der Seitenwand eine nach innen gerichtete Kerbe in Richtung zu der ersten Seitenwand 17 zur Verfügung. Die Einengungen 15, 16 können unter Verwendung von einer anderen Seitenwandanordnung definiert sein, wie beispielsweise unter Verwendung von anderen geformten Biegungen und/oder unter Verwendung eines Paars von gegenüberliegenden Biegungen. Die Einengungen 15, 16 können lan und dünn sein, wie beispielsweise durch einen engen Leitungskanalteilabschnitt vorgesehen.
  • Die Übergangsbereiche 9, 10 können auf andere Arten definiert sein und müssen keine Einengung verwenden. Beispielsweise können die Übergangsbereiche 9, 10 ein anderes Material oder ein Material mit einer anderen Dotierungskonzentration aufweisen.
  • Der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 sind allgemein lang und dünn und haben eine Breite W und eine Länge L, so dass W < L gilt. Die Breite W kann kleiner als oder gleich 100 nm sein und kann kleiner als oder gleich 50 nm sein. Bei diesem Beispiel ist W 50 nm und ist L 200 nm.
  • Der dritte ferromagnetische Bereich 8 kann lang und dünn sein und hat eine Breite w und eine Länge l. Die Breite w kann kleiner als W sein. Bei diesem Beispiel ist w 40 nm und ist 160 nm.
  • Eine magnetische Formanisotropie kann zum Erniedrigen der Koerzitivkraft des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 relativ zu der Koerzitivkraft des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs 6, 7 verwendet werden, und zwar insbesondere dann, wenn die ferromagnetischen Bereiche 6, 7, 8 dasselbe Material aufweisen. Somit kann der dritte ferromagnetische Bereich 8 derart konfiguriert sein, dass er eine niedrigere Koerzitivkraft hat, indem er derart angeordnet ist, dass er im Vergleich mit den anderen ferromagnetischen Bereichen 6, 7 ein anderes Seitenverhältnis hat. Das Seitenverhältnis kann als das Verhältnis der Breite zur Länge, d. h. w/l und W/L, definiert sein. Somit kann der dritte ferromagnetische Bereich 8 ein größeres Seitenverhältnis als der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 haben.
  • Die Einengungen 15, 16 haben jeweils eine Breite c, die kleiner als w ist. Die Einengungsbreite c kann kleiner als 20 nm sein. Bei diesem Beispiel ist die Einengungsbreite c 10 nm.
  • Die Einengungen 15, 16 können andere Breiten haben. Beispielsweise kann die erste Einengung 15 eng genug dafür sein, dass eine Tunnel-Barriere für die Vorrichtung 1 zur Verfügung gestellt wird, um einen Tunnel-Anisotropie-Magnetowiderstand (TAMR) zu zeigen, wohingegen die zweite Einengung 16 breiter sein kann, und zwar breit genug dafür, dass keine Tunnel-Barriere zur Verfügung gestellt wird, oder umgekehrt. Somit kann ein dritter magnetischer Bereich 8 definiert werden, aber nur eine Einengung 15, 16 stellt eine Tunnel-Barriere zur Verfügung.
  • Das erste und das zweite Gate 3, 4 steuern eine Ladungsträgerdichte jeweils in dem ersten und dem zweiten Übergangsbereich 9, 10 zum Schalten der Übergangsbereiche 9, 10 zwischen jeweils leitenden und isolierenden Zuständen, vorzugsweise ohmschen und Tunnelzuständen.
  • Bei diesem Beispiel sind das erste und das zweite Gate 3, 4 allgemein in einer Ebene mit und lateral beabstandet von den Übergangsbereichen 9, 10 und benachbart zur ersten Seitenwand 17 angeordnet, um eine Seitengateanordnung zur Verfügung zu stellen. Somit legen das erste und das zweite Gate 3, 4 jeweilige elektrische Felder 19, 20 über die erste Seitenwand 17 in den ersten und den zweiten Übergangsbereich 9, 10 an. Jedoch können andere Gateanordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann jedes seitliche Gate 3, 4 ein Paar von gegenüberliegenden seitlichen Gates aufweisen, was manchmal "geteiltes Gate" genannt wird. Jedes Gate 3, 4 kann zusätzlich oder alternativ ein oberstes Gate aufweisen, das über dem Übergangsbereich 9, 10 liegt, und/oder ein Rückseitengate, das unter dem Übergangsbereich 9, 10 liegt. Die Gates 3, 4 können von den Übergangsbereichen 9, 10 durch eine dielektrische Schicht (nicht gezeigt) getrennt sein.
  • Bei der Seitengateanordnung sind das erste und das zweite Gate 3, 4 jeweils von dem ersten und dem zweiten Übergangsbereich 9, 10 durch eine Trennlinie s beabstandet. Die Trennlinie s kann kleiner als 20 nm, kleiner als 10 nm oder kleiner als 5 nm sein. Bei diesem Beispiel ist die Trennlinie s 10 nm.
  • Bei einer Anordnung mit oberstem Gate und/oder mit Seitengate kann die Trennlinie zwischen dem Gate 3, 4 und der Sperrschicht 9, 10 durch die Dicke eines dazwischen liegenden Isolators (nicht gezeigt) definiert sein, der beispielsweise ein amorphes Isoliermaterial, wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4), oder ein isolierendes kristallines Material, wie beispielsweise AlAs für (Ga,Mn)As, aufweist. Der dazwischen liegende Isolator sollte vorzugsweise dick genug sein, um einen Tunneleffekt oder einen Durchbruch wenigstens bei typischen Gatespannungen zu verhindern. Die Dicke des Isolators kann geringer als 20 nm sein und kann geringer als 10 nm sein. Die Dicke des Isolators kann geringer als 6 oder 5 nm sein, aber größer als 2 oder 3 nm.
  • Eine Trennlinie kann basierend auf der Größe eines angelegten elektrischen Felds 19, 20 und des Durchbruchfelds des Spalts zwischen dem Gate 3, 4 und der Sperrschicht 9, 10 oder dem Trennisolator (nicht gezeigt) ausgewählt werden.
  • Das dritte Gate 5 ist als Seitengate zum dritten ferromagnetischen Bereich 8 angeordnet, um eine Ladungsträgerdichte im dritten ferromagnetischen Bereich 8 zu steuern und somit die Koerzitivkraft zu ändern. Dies kann den Vorteil haben, dass es den Strom und/oder das magnetische Feld erniedrigen kann, der oder das für eine Magnetisierungsumkehr nötig ist, und somit einen Energieverbrauch reduzieren kann. Es kann auch den Vorteil haben, dass es zum Erhöhen oder zum Erniedrigen einer Empfindlichkeit der Vorrichtung verwendet werden kann, wenn die Vorrichtung als Magnetfeldsensor verwendet wird.
  • Das dritte Gate 5 ist allgemein in einer Ebene mit und lateral beabstandet von dem dritten ferromagnetischen Bereich 8 und benachbart zur zweiten Seitenwand 18 angeordnet, um eine Seitengateanordnung zur Verfügung zu stellen. Somit legt das dritte Gate 5 ein elektrisches Feld 21 über die zweite Seitenwand 18 in den dritten ferromagnetischen Bereich 8 an. Jedoch können andere Gateanordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann das dritte Gate 5 ein Paar von gegenüberliegenden Seitengates aufweisen. Das dritte Gate 5 kann zusätzlich oder alternativ ein oberstes Gate aufweisen, das über dem freien Bereich 8 liegt, und/oder ein Rückseitengate, das unter dem dritten ferromagnetischen Bereich 8 liegt. Eine Anordnung mit einem obersten oder einem untersten Gate kann einen derartigen Vorteil haben, dass es möglich sein kann, einen größeren Bereich oder ein größeres Ausmaß des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 einem elektrischen Feld auszusetzen, und somit eine stärkere Steuerung über die magnetischen Eigen schaften des ferromagnetischen Bereichs 8, wie beispielsweise die Koerzitivkraft, zur Verfügung zu stellen. Eine Anordnung mit oberstem Gate wird später detaillierter beschrieben.
  • Bei der Seitengateanordnung ist das dritte Gate 5 vom dritten ferromagnetischen Bereich 8 durch eine Trennlinie s' beabstandet. Die Trennlinie s' kann kleiner als 20 nm sein, kleiner als 10 nm oder kleiner als 5 nm. Bei diesem Beispiel ist die Trennlinie s' 10 nm.
  • Bei einer Anordnung mit oberstem Gate und/oder mit Seitengate kann die Trennlinie zwischen dem Gate 5 und dem dritten ferromagnetischen Bereich 8 durch die Dicke eines dazwischen liegenden Isolators (nicht gezeigt) definiert sein, der beispielsweise amorphes oder kristallines Isoliermaterial aufweist, wie es früher angegeben ist. Die Dicke des Isolators kann geringer als 20 nm sein und kann geringer als 10 nm sein. Die Dicke des Isolators kann geringer als 6 oder 5 nm sein, aber größer als 2 oder 3 nm.
  • Die Trennlinie kann basierend auf der Größe eines angelegten elektrischen Felds 21 und des Durchbruchfelds des Spalts zwischen dem Gate 5 und dem dritten ferromagnetischen Bereich 8 oder dem Trennisolator (nicht gezeigt) ausgewählt werden.
  • Die Gates 3, 4, 5 sind in der gemusterten ferromagnetischen Schicht 8 vorgesehen und liegen über der Isolierschicht 12 und dem Substrat 13 und liegen unter der Abdeckschicht 14.
  • Anstelle des ersten ferromagnetischen Bereichs 6 kann ein nicht ferromagnetischer Bereich verwendet werden, wie beispielsweise ein nicht ferromagnetischer, halbleitender Bereich. Der zweite ferromagnetische Bereich 7 kann weggelassen werden, oder ein nicht ferromagnetischer Bereich kann an seiner Stelle verwendet werden. Vorrichtungen mit einem leitenden Bereich, einem ferromagnetischen Bereich, einem Übergangsbereich zum elektrischen Koppeln des leitenden Bereichs und des ferromagnetischen Bereichs und einem Gate zum Steuern einer Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs kann als Magnetsensor verwendet werden.
  • Magnetisierung
  • Bei diesem Beispiel sind der erste, der zweite und der dritte ferromagnetische Bereich 6, 7, 8 aus (Ga,Mn)As ausgebildet. Ein Ferromagnetismus in (Ga,Mn)As entsteht als Ergebnis einer Austauschinteraktion zwischen umherziehenden Löchern und lokalisierten Mn-Ionen. Somit kann ein Ändern der Dichte von Ladungsträgern die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung 1 ändern und kann sogar eine magnetische Ordnung unterdrücken.
  • Die ferromagnetischen Bereiche 6, 7, 8 können jeweils eine jeweilige einzige magnetische Domäne aufweisen. Ein Bereich 6, 7, 8 kann derart angeordnet sein, dass er eine einzige magnetische Domäne hat, indem der Bereich 6, 7, 8 derart konfiguriert ist, dass er eine Dimension hat, die kleiner als eine gegebene Größe ist, wie typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 10 μm.
  • Nimmt man Bezug auf 4, ist ein schematisches Diagramm des ersten, des zweiten und des dritten ferromagnetischen Bereichs 6, 7, 8 und ihrer jeweiligen Magnetisierungen 22, 23, 24 gezeigt.
  • Der erste, der zweite und der dritte ferromagnetische Bereich 6, 7, 8 sind in der Ebene der Schicht 11 magnetisiert und haben jeweilige Magnetisierungen 22, 23, 24. Jedoch kann oder können einer oder mehrere der ferromagnetischen Bereiche 6, 7, 8 außerhalb der Ebene der Schicht 11 magnetisiert sein, wie beispielsweise senkrecht zur Ebene der Schicht 11. Beispielsweise können der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 in der Ebene der Schicht 11 magnetisiert sein, während der dritte ferromagnetische Bereich 8 aus der Ebene der Schicht 11 heraus magnetisiert sein kann, oder umgekehrt.
  • Ein dünner Film von (Ga,Mn)As, der auf GaAs aufgewachsen ist, erfährt eine Kompressionsspannung aufgrund einer Gitterfehlanpassung und zeigt bei niedrigen Temperaturen (in diesem Fall unterhalb von etwa 4,2°K) eine biaxiale Anisotropie mit leichten Achsen entlang den [100]- und [010]-Kristallographierichtungen. Somit haben Magnetisierungen, die entlang den [100]-, [010]-, [-100]- oder [-010]-Kristallographierichtungen ausgerichtet sind, dieselbe Anisotropieenergie.
  • Jedoch können weitere Anisotropien eingeführt werden, wie beispielsweise durch die Form oder die Spannung, was veranlassen kann, dass sich die leichten Achsen bewegen und/oder die 4-fache Degeneration zerstören, und so veranlassen, dass eine Ausrichtung entlang einer leichten Achse energetisch bevorzugt gegenüber einer anderen leichten Achse ist.
  • Der dritte ferromagnetische Bereich 8 ist entlang einer Längsachse 25 lang und dünn bzw. ausgedehnt, um eine Formanisotropie einzuführen. Der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 können auch entlang einer Achse 25 ausgedehnt sein. Bei diesem Beispiel ist die Längsachse 25 entlang einer [100]-Kristallographierichtung 26 ausgerichtet. Jedoch kann die Längsachse 25 entlang einer [010]-Kristallographierichtung 27 ausgerichtet sein.
  • Bei höheren Temperaturen, nämlich nahe der Curietemperatur, zeigt auf GaAs aufgewachsenes (Ga,As)Mn auch eine einachsige Anisotropie mit einer leichten Achse entlang der [110]-Kristallographierichtung. Somit kann die Längsachse 25 entlang einer [110]-Kristallographierichtung 28 ausgerichtet sein.
  • Die leichten Achsen können derart konfiguriert sein, dass sie in einer Richtung außerhalb der Ebene sind. Eine Anisotropie außerhalb der Ebene bei GaMnAs kann durch Einführen einer Zugspannung in einen Film von GaMnAs beispielsweise durch Aufwachsen des GaMnAs-Films auf InGaAs oder durch Erniedrigen der Dichte von Löchern im auf GaAs aufgewachsenen GaMnAs-Film erreicht werden. Somit kann durch Anlegen eines elektrischen Felds an den dritten ferromagnetischen Bereich 8 unter Verwendung des dritten Gates 5 der dritte ferromagnetische Bereich 8 selektiv eine magnetische Anisotropie außerhalb der Ebene zeigen, während der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 noch eine magnetische Anisotropie innerhalb der Ebene zeigen. Dies kann in größeren TAMR-Effekten resultieren.
  • Wenn ein anderes ferromagnetisches Material verwendet wird, dann können die magnetischen leichten Achsen anders sein.
  • Bei diesem Beispiel sind die leichten Achsen in der Ebene der Schicht 11. Wenn kein externes magnetisches Feld oder kein externer Strom angelegt wird, sind die Magnetisierungen 22, 23, 24 entlang einer der magnetischen leichten Achsen 26, 27 ausgerichtet. Wenn jedoch ein externes magnetisches Feld in einer Richtung angelegt ist, die unterschiedlich von der Richtung der Magnetisierung ist, dann kann die Richtung der Magnetisierung 22, 23, 24 von einer leichten Achse 26, 27 zu einer anderen 26, 27 umschalten. Weiterhin kann dann, wenn ein Strom angelegt wird, der stark genug ist, um ein Spinmoment auszuüben, die Richtung der Magnetisierung 24 von einer leichten Achse 26, 27 zu einer anderen 26, 27 umschalten.
  • Wie es in 4 gezeigt ist, tritt ein Zustand eines höheren Widerstands auf, wenn die Magnetisierung 24 mit einer der magnetischen leichten Achsen 26, 27 ausgerichtet ist. Bei diesem Beispiel tritt ein Zustand eines relativ niedrigen Widerstands auf, wenn die Magnetisierung 24 entlang der ersten leichten Achse 26 liegt, d. h. entlang der [100]-Kristallographierichtung, und entsteht ein Zustand eines relativ hohen Widerstands, wenn die Magnetisierung 24 entlang der zweiten leichten Achse 27 liegt, d. h. entlang der [010]-Kristallographierichtung.
  • Bei diesem Beispiel ist die Längsachse 25 der Vorrichtung in der [100]-Kristallographieachse 26 ausgerichtet. Wenn die Magnetisierung 24 des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 entlang der [100]-Richtung parallel zum Stromfluss ausgerichtet ist, ist die Vorrichtung in einem Zustand eines niedrigen Widerstands. Wenn die Magnetisierung entlang der [010]-Richtung, senkrecht zum Stromfluss, ausgerichtet ist, ist die Vorrichtung 1 in einem Zustand eines hohen Widerstands.
  • Obwohl die Vorrichtung 1 einen Vorteil aus dem TAMR-Effekt ziehen kann, muss sie dies nicht tun. Stattdessen kann die Vorrichtung 1 andere Effekte verwenden, wie beispielsweise den Tunnel-Magnetowiderstandseffet (TMR), bei welchem ein Vorrichtungswiderstand von der Richtung der Magnetisierung 24 des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 relativ zu der Richtung der Magnetisierung 22, 23 des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs 6, 7 abhängt.
  • Selbst wenn die ferromagnetischen Bereiche 6, 7, 8 aus demselben Material ausgebildet sind, kann der dritte ferromagnetische Bereich 8 derart konfiguriert sein, dass er eine niedrigere Koerzitivkraft hat, wie beispielsweise durch selektives Formen des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 derart, dass er eine gegebene Geometrie hat, und zwar in diesem Fall dadurch, dass er weniger ausgedehnt ist. Zusätzlich oder alternativ können andere Techniken zum Erniedrigen der Koerzitivkraft verwendet werden, wie beispielsweise ein Verdünnen des Bereichs 8 durch Ätzen oder durch Einfügen einer Beschädigung im freien Bereich 8 durch eine Ionenimplantation oder eine Kombination davon.
  • Weil der dritte ferromagnetische Bereich 8 eine niedrigere Koerzitivkraft als der erste und der zweite Bereich 6, 7 hat, tritt eine Umkehr seiner Magnetisierung 24 bei einem niedrigeren kritischen magnetischen Feld auf als eine Umkehr der Magnetisierungen 22, 23 der anderen zwei ferromagnetischen Bereiche 6, 7. Somit kann ein magnetisches Feld angelegt werden, das über dem kritischen Feld des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 ist, das aber unter das kritische Feld des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs 6, 7 abfällt. Wenn ein solches Feld angelegt wird, kann die Magnetisierung 24 des dritten ferromagnetischen Bereichs 8 umgeschaltet werden, während die Magnetisierungen 22, 23 des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs 6, 7 in denselben jeweiligen Richtungen ausgerichtet bleiben. Dieses Verhalten kann so ausgenutzt werden, dass während eines normalen Betriebs der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 Bereiche mit einer Magnetisierung fester Richtung 22, 23 zur Verfügung stellen, während der dritte ferromagnetische Bereich 8 einen Bereich mit einer Magnetisierung 24 einer umkehrbaren Richtung zur Verfügung stellt. Somit können der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 jeweils "fester" oder "befestigter" Bereich genannt werden und kann der dritte ferromagnetische Bereich 8 als "freier" Bereich bekannt sein. Der Bequemlichkeit halber werden der erste und der zweite ferromagnetische Bereich 6, 7 hierin nachfolgend der erste und der zweite feste Bereich 6, 7 genannt und wird der dritte Bereich 8 hierin nachfolgend freier Bereich 8 genannt.
  • Wie es früher angegeben ist, kann dann, wenn ein Strom angelegt wird, der stark genug ist, die Richtung der Magnetisierung 24 von einer leichten Achse 26, 27 zu einer anderen 26, 27 umschalten. Dies kann aufgrund einer Spinmomentaktion an einer magnetischen Domänenwand erfolgen, was veranlasst, dass sich die Wand durch den freien Bereich 8 bewegt.
  • Die Magnetisierungen 22, 23 des ersten und des zweiten festen Bereichs 6, 7 sind in derselben Richtung ausgerichtet. Dies kann durch Anregen eines magnetischen Felds oberhalb des kritischen Felds des ersten und des zweiten festen Bereichs 6, 7 erreicht werden.
  • Die Vorrichtung 1 kann einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Spintronic-Vorrichtungen haben.
  • Beispielsweise nehmen herkömmliche Spintronic-Vorrichtungen normalerweise die Form von vertikalen Stapeln an, die komplexe mehrschichtige Anordnungen aufweisen, bei welchen Schichten feste Funktionen haben. Jedoch kann die Vorrichtung 1 derart angesehen werden, dass sie eine einfachere Anordnung ist, bei welcher unterschiedliche Teile der Vorrichtung 1 unterschiedliche Funktionen haben und abgestimmt werden können. Beispielsweise können die Übergangsbereiche 9, 10 als Tunnel-Barrieren funktionieren, ein Befestigen einer Domänenwand zur Verfügung stellen und/oder als Kernbildungsbereiche für Domänenwände dienen. Die magnetischen Eigenschaften des dritten ferromagnetischen Bereichs 8, wie beispielsweise eine magnetische Anisotropie und eine Koerzitivkraft, können variiert werden.
  • Vorrichtungsbetrieb
  • Nimmt man Bezug auf 5, enthält eine Vorrichtung 29 zum Betreiben der Leitungs-Steuervorrichtung 1 eine Stromquelle 30 zum Treiben eines Strompulses I durch den Kanal 2 und einen optionalen seriellen Widerstand 31, eine erste, eine zweite und eine dritte Spannungsquelle 32, 33, 34 zum Anlegen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Gatespannung VG1, VG2, VG3 an jeweils das erste, das zweite und das dritte Seitengate 3, 4, 5 und ein Voltmeter 35 zum Messen des Spannungsabfalls VSD zwischen dem ersten und dem zweiten festen Bereich 6, 7, und somit zum Bestimmen, ob die Vorrichtung 1 in einem Zustand eines hohen oder eines niedrigen Widerstands ist.
  • Eine Quelle 36 zum Erzeugen eines magnetischen Felds Bext kann auch vorgesehen sein. Die Quelle 36 kann einen Induktor (nicht gezeigt) aufweisen, wie beispielsweise einen Draht, eine Schleife oder eine Spule, und eine Quelle (nicht gezeigt) zum Treiben eines Stroms durch den Induktor. Der Induktor (nicht gezeigt) kann auf dem Substrat 13 (1) nahe zu der Vorrichtung 1 (1) angeordnet sein.
  • Die Vorrichtung 1 kann zum Speichern von Daten und/oder zum Erfassen eines Magnetfelds verwendet werden.
  • Nun wird ein Prozess zum Schreiben und Lesen von Daten zu und von der Vorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben werden.
  • Die Vorrichtung 1 wird auf unter die Curietemperatur Tc des ferromagnetischen Materials gekühlt. Bei diesem Beispiel ist die Curietemperatur von Ga0.98Mn0.02As etwa 48°K und wird die Vorrichtung auf 4,2°K gekühlt. Andere ferromagnetische Materialien können eine höhere Curietemperatur haben, und somit können Vorrichtungen, die auf diesen Materialien basieren, bei einer höheren Temperatur betrieben werden.
  • Nimmt man insbesondere Bezug auf 6, können bei einem Schreibprozess die erste und die zweite Spannungsquelle 32, 33 jeweils eine Vorspannung 37, 38 an das erste und das zweite Gate 3, 4 anlegen, d. h. VG1 = VG2 = –V1, um eine Ladungsträgerdichte in den Übergangsbereichen 9, 10 zu erhöhen, um dadurch den Widerstand der Übergangsbereiche 9, 10 zu reduzieren, so dass sie leiten, und zwar vorzugsweise als ohmsche Leiter. Die Sperrschichten 9, 10 sind ausreichend leitend, um eine strominduzierte Magnetisierungsumkehr zu zeigen.
  • Bei diesem Beispiel sind |VG1| und |VG2| in der Größenordnung von 1 V. Jedoch können diese durch routinemäßiges Experimentieren gefunden werden.
  • Bei (Ga,Mn)As ist ein Ladungsträgertransport durch Löcher dominiert. Somit wird eine negative Vorspannung an das erste und das zweite Gate 3, 4 angelegt, um eine Ladungsträgerdichte in den Übergangsbereichen 9, 10 zu erhöhen. Wenn jedoch ein ferromagnetischer Halbleiter verwendet wird, bei welchem ein Ladungsträgertransport durch Elektronen dominiert ist, dann wird eine positive Vorspannung an die Gates 3, 4 angelegt.
  • Die dritte Spannungsquelle 34 kann eine Vorspannung 39 an das dritte Gate 5 anlegen, d. h. VG3 = V2, um eine Ladungsträgerdichte auf der ferromagnetischen Insel 8 zu erniedrigen und somit eine Koerzitivkraft zu reduzieren.
  • Bei diesem Beispiel ist |VG3| in der Größenordnung von 1 V. Jedoch kann dies durch routinemäßige Experimente gefunden werden.
  • Die Stromquelle 30 treibt einen Strompuls 40 mit einer Größe Ic, d. h. ISD = Ic, was höher als der kritische Strom der ferromagnetischen Insel 8 ist. Der Strompuls verstärkt entweder die existierende Magnetisierung 24 (4) oder kehrt die Magnetisierung 24 um (4), wie beispielsweise durch Umschalten der Magnetisierung um 90°. Eine gegebene Richtung der Magnetisierung 24 kann durch Auswählen der Polarität des Strompulses erreicht werden. Der Strompuls 40 hat eine Dauer Δt1. Die Dauer Δt1 kann kleiner als oder gleich 100 ns, 10 ns oder 1 ns sein. Bei diesem Beispiel ist die Dauer Δt1 100 ps.
  • Für ferromagnetisches Material ist eine typische kritische Stromdichte in der Größenordnung von 107 Acm–2 und für einen ferromagnetischen Halbleiter ist eine typische kritische Stromdichte in der Größenordnung von 104 oder 105 Acm–2. Jedoch kann die Größe und die minimale Dauer des Strompulses 40, die zum Umkehren einer Magnetisierung nötig sind, durch routinemäßige Experimente gefunden werden, wie beispielsweise durch Treiben von Strompulsen mit größer werdenden höheren Stromdichten und/oder kürzeren Dauern und durch Messen des Widerstands.
  • Die Magnetfeldquelle 36 kann einen Magnetfeldpuls 41 anlegen, um den Strompuls 40 zu unterstützen. Jedoch kann die Magnetfeldquelle 36 ein konstantes Magnetfeld anlegen, um den freien Bereich 8 vorzuspannen. Somit kann ein Strompuls 40 mit einer geringeren Größe verwendet werden, um die Magnetisierung umzukehren. Die Magnetfeldquelle 36 kann eine induktive Quelle sein oder kann ein Permanentmagnet sein.
  • Nimmt man insbesondere Bezug auf 7, können in einem Leseprozess die erste und die zweite Spannungsquelle 32, 33 jeweils eine Vorspannung 42, 43 an das erste und das zweite Gate 3, 4 anlegen, d. h. VG1 = VG2 = V3, um Ladungsträger von den Übergangsbereichen 9, 10 abzureichern, um vorzugsweise Tunnel-Barrieren auszubilden. Ein Ausbilden von wenigstens einer Tunnel-Barriere hat einen derartigen Vorteil, dass die Vorrichtung 1 den TAMR-Effekt verwenden kann, der einen hohen Magnetowiderstand hat. Bei diesem Beispiel wird aufgrund dessen, dass der Transport durch Löcher dominiert wird, eine positive Vorspannung angelegt, um eine Ladungsträgerdichte in den Übergangsbereichen 9, 10 zu erniedrigen.
  • Bei diesem Beispiel ist V3 in der Größenordnung von 1 V. Jedoch kann die Vorspannung, die zum Abreichern von Ladungsträgern aus den Übergangsbereichen 9, 10 nötig ist, durch routinemäßige Experimente gefunden werden, wie beispiels weise durch Erhöhen der Gate-Vorspannungen und durch Messen von Source-Drain-Kennlinien.
  • Die dritte Spannungsquelle 34 legt entweder eine Vorspannung 44 von Null an das dritte Gate 5 an, d. h. VG3 = 0, oder lässt das dritte Gate 5 schwebend.
  • Die Stromquelle 30 treibt einen Mess- oder Sonden-Strompuls 45 mit einer Größe Ip, d. h. ISD = Ip < Ic, welche niedriger als der kritische Strom der ferromagnetischen Insel 8 ist. Der Strompuls 40 hat eine Dauer von Δt2. Der Sondenpuls kann länger als der Schreibpuls sein, anders ausgedrückt Δt2 > Δt1, kann etwa dieselbe Dauer haben, d. h. Δt2 ≈ Δt1, oder kann kürzer als der Schreibpuls sein, d. h. Δt2 < Δt1. Die Dauer kann von dem RC-Wert der Vorrichtung 1 und/oder der Empfindlichkeit des Voltmeters 36 abhängen. Die Dauer Δt2 kann kürzer als oder gleich 100 ns, 10 ns oder 1 ns sein. Bei diesem Beispiel ist die Dauer Δt2 1 ns.
  • Die Größe von Ip kann so niedrig wie möglich gemacht werden, während noch eine Spannungsmessung möglich gemacht wird. Ein Wert von Ip kann durch ein routinemäßiges Experiment bestimmt werden.
  • Da der Sondenstrompuls 45 durch die Vorrichtung 1 getrieben wird, entwickelt sich ein Spannungsabfall über der Vorrichtung 1, welcher durch das Voltmeter 35 gemessen wird.
  • Wenn die Vorrichtung 1 in einem Zustand hohen Widerstands ist, dann wird ein relativ großer Puls 46H entsprechend einem relativ hohen Spannungsabfall gemessen werden. Wenn die Vorrichtung in einem Zustand niedrigen Widerstands ist, dann wird ein relativ kleiner Puls 46L entsprechend einem relativ niedrigen Spannungsabfall gemessen werden.
  • Vorrichtungsherstellung
  • Unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D wird nun ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung 1 beschrieben werden.
  • Nimmt man Bezug auf 8A, wird ein Wafer aus halbisolierendem (001)-orientiertem GaAs als Substrat 13' verwendet und wird in ein Molekularstrahlepitaxie-(MBE-)System (nicht gezeigt) geladen.
  • Eine Schicht 12' von nicht dotiertem AlAs wird auf dem Substrat 13' durch MBE auf herkömmliche Weise aufgewachsen. Die AlAs-Schicht 12' hat eine Dicke von 10 nm. Jedoch kann die AlAs-Schicht 12' dünner sein, wie beispielsweise 5 nm, oder sie kann dicker sein, wie beispielsweise zwischen 20 und 50 nm.
  • Eine Schicht 11' aus Ga0.98Mn0.02As wird auf der AlAs-Schicht 12' durch eine MBE niedriger Temperatur aufgewachsen, und zwar beispielsweise so, wie es von R. Campion, Journal of Crystal Growth, Volume 247, S. 42 (1303) beschrieben ist. Die Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' hat eine Dicke von 10 nm. Jedoch kann die Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' dünner sein, wie beispielsweise 5 nm, oder kann dicker sein. Die Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' kann dotiert sein, wie beispielsweise mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ, wie beispielsweise Beryllium (Be).
  • Wie es früher erklärt ist, können andere ferromagnetische Materialien verwendet werden. Insbesondere können andere ferromagnetische Halbleiter verwendet werden.
  • Die AlAs-Schicht 12' hilft, die Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' von dem Substrat 13' elektrisch zu isolieren und eine scharfe untere Schnittstelle 47 zur Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' zur Verfügung zu stellen.
  • Eine Schicht 14' aus AlAs wird auf der Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' durch MBE aufgewachsen. Die Dicke der Abdeckschicht beträgt 5 nm. Die Abdeckschicht 14' hilft, eine Oxidation der Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' zu begrenzen und auch eine scharfe obere Schnittstelle 48 zu der Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' zur Verfügung zu stellen.
  • Eine Trägerkonzentration innerhalb der Ga0.98Mn0.02As-Schicht 11' kann unter Verwendung einer Modulationsdotierung erhöht werden. Beispielsweise kann die isolierende AlAs-Schicht 12' oder die Abdeckschicht 14' dotiert werden, und zwar beispielsweise mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ, wie beispielsweise Be. Zusätzlich oder alternativ kann eine zusätzliche Schicht (nicht gezeigt), die beispielsweise GaAs, AlGaAs oder AlAs aufweist, direkt unter oder über dem ferromagnetischen Halbleiter vorgesehen sein, der zum Erhöhen einer Ladungsträgerdichte dotiert ist.
  • Der Wafer, der das Substrat 13' aufweist und darüber liegende abgelagerte Schichten 11', 12', 14' hat, wird von dem Reaktor (nicht gezeigt) entfernt und verarbeitet. Dies kann ein Aufteilen des Wafers in kleinere Chips enthalten.
  • Messstrukturen (nicht gezeigt) zum elektrischen Isolieren unterschiedlicher Bereiche des Wafers (oder des Chips) und von Leitungen (nicht gezeigt) zum elektrischen Kontaktieren der Vorrichtung 1 an Bondierungsanschlussfleckenbereichen (nicht gezeigt) können unter Verwendung einer optischen Lithographie und durch Nassätzen auf eine wohlbekannte Weise definiert werden. Eine Vorrichtung kann in einem isolierten Bereich hergestellt werden, wie es nun beschrieben werden wird.
  • Nimmt man nun Bezug auf 8B, wird eine Schicht (nicht gezeigt) aus einer Elektronenstrahl-Schutzschicht in der Form von Polymethylmetacrylat (PMMA) auf eine obere Oberfläche 49 der Abdeckschicht 14' aufgetragen. Der Wafer (oder der Chip) wird in ein Elektronenstrahllithographiesystem (nicht gezeigt) zur Belichtung eingelegt. Das Muster weist ein negatives Bild des in 2 gezeigten Musters auf.
  • Der Wafer (oder Chip) wird aus dem Elektronenstrahllithographiesystem (nicht gezeigt) entfernt und unter Verwendung eines auf Wasser und auf Isopropanol (IPA) basierenden Entwicklers entwickelt, um belichtete Bereiche der Schutzschicht (nicht gezeigt) zu entfernen und eine gemusterte Schutzschicht 50 als Ätzmaske zurückzulassen.
  • Nimmt man Bezug auf 8C, wird der Wafer (oder Chip) in einem System für ein reaktiven Ionenätzen (RIE) (nicht gezeigt) platziert. Nicht maskierte Teilabschnitte 51, 52 der Schichten 11', 13', 14' werden unter Verwendung eines anisotropen Siliziumtetrachlorid-(SiCo4-)Ätzens 51 einem Trockenätzen unterzogen. Bei diesem Beispiel erstreckt sich das Ätzen 51 in das Substrat 13'. Ein anderes RIE-Ätzen, wie beispielsweise mit Cl2, kann verwendet werden. Andere Trockenätzverfahren, wie beispielsweise ein Ionenstrahlfräsen, können verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können Nassätzmittel verwendet werden.
  • Der Wafer (oder Chip) wird aus dem RIE-System (nicht gezeigt) entfernt und die gemusterte Schutzschichtschicht 50 kann unter Verwendung von Aceton entfernt werden. Die entsprechende Struktur ist in 8D gezeigt.
  • Zusätzliche Prozessschritte können ein Einführen einer Beschädigung in dem freien Bereich 8 enthalten (2). Dies kann ein öffnen eines Fensters (nicht gezeigt) über dem freien Bereich 8 (2) in einer Elektronenstrahlschutzschicht-Schicht (nicht gezeigt) oder ein globales Abtasten eines Ionenstrahls über der Vorrichtung 1 (1) aufweisen. Alternativ kann der Prozess ein selektives Scannen bzw. Abtasten eines Ionenstrahls (nicht gezeigt) über dem freien Bereich 8 (2) aufweisen.
  • Die Curietemperatur des ferromagnetischen Materials kann durch Aushärten erhöht werden, und zwar beispielsweise so, wie es von Edmonds et al., Physical Review Letters, 92, S. 037201 (2004) beschrieben ist.
  • Wie es früher angegeben ist, kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein nicht ferromagnetischer Bereich anstelle des ersten ferromagnetischen Bereichs 6 verwendet werden.
  • Eine Vorrichtung, die einen leitenden Bereich und einen ferromagnetischen Bereich aufweist, kann durch Ablagern einer ersten Schicht von Material, wie beispielsweise einem ferromagnetischen halbleitenden Material, durch Mustern der ersten Schicht, wie beispielsweise zum Ausbilden des dritten ferromagnetischen Bereichs, durch darauf Folgendes Ablagern einer zweiten Schicht von Material, wie beispielsweise eines nicht ferromagnetischen halbleitenden Materials, welches die gemusterte erste Schicht überlagern kann, und durch Mustern der zweiten Schicht, wie beispielsweise zum Ausbilden des nicht ferromagnetischen Bereichs, hergestellt werden. Der Übergangsbereich wird durch wenigstens einen Schnittstellenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Material zur Verfügung gestellt.
  • Eine Vorrichtung, die einen leitenden Bereich und einen ferromagnetischen Bereich aufweist, kann durch Ablagern einer Schicht von Material und durch selektives Implantieren von Störstellen zum Ausbilden von Bereichen eines gegebenen Typs hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Verfahren einer Herstellung ein Ablagern einer Schicht aus nicht ferromagnetischen Material, wie beispielsweise GaAs, und durch selektives Implantieren eines magnetischen Dotierungsmittels, wie beispielsweise Mn, zum Ausbilden des dritten ferromagnetischen Bereichs aufweisen. Alternativ kann ein Verfahren zur Herstellung ein Ablagern einer Schicht aus ferromagnetischen Material wie beispielsweise (Ga,Mn)As, und durch selektives Implantieren eines Dotierungsmittels, wie beispielsweise Si, zum Beschädigen des ferromagnetischen Bereichs und/oder zum Bereitstellen eines kompensierten Halbleiters und somit zum Ausbilden eines nicht ferromagnetischen Bereichs an der Stelle des ersten ferromagnetischen Bereichs aufweisen. Der Übergangsbereich wird durch wenigstens einen Schnittstellenbereich zwischen dem implantierten und dem nicht implantierten Bereich zur Verfügung gestellt.
  • Alternative Gatebildungs- bzw. Gatestrukturen
  • Nimmt man Bezug auf die 9 und 10, ist eine modifizierte Vorrichtung 1' gleich der Vorrichtung 1 (1), die früher beschrieben ist, außer dass das Seitengate 5 (1) durch ein oberstes Gate 5' ersetzt ist, das über der Abdeckschicht 14 in einem Bereich über dem freien Bereich 8 liegt. Das oberste Gate 5' weist einen nicht ferromagnetischen Leiter, wie beispielsweise ein Metall oder einen Halbleiter, auf.
  • Bei diesem Beispiel läuft das oberste Gate 5' von dem geätzten Substrat 13 weiter bis zu der Abdeckschicht 14. Eine zusätzliche Isolierschicht 54 ist abgelagert, bevor der nicht ferromagnetische Leiter 5' abgelagert ist, um den ferromagnetischen Bereich 8 von dem Leiter 5' zu isolieren, wenn er nach oben zu einem Seitenwandteilabschnitt 183 läuft. Jedoch kann eine separate Seitenisolierschicht (nicht gezeigt) nach oben zu dem Seitenwandteilabschnitt 183 vorgesehen sein. Somit kann die zusätzliche Isolierschicht 54 weggelassen werden.
  • Andere Gateanordnungen können verwendet werden. Beispielsweise kann ein darunter liegendes unterstes Gate verwendet werden.
  • Logikgatter
  • Bei herkömmlichen Mikroprozessoren speichern Logikgatter normalerweise keine Daten, die sie ausgegeben haben. Somit wird dann, wenn ein Logikgatter oder eine Gruppe von Logikgattern einmal eine logische Operation durchgeführt und eine Ausgabe geliefert hat, die Ausgabe normalerweise in einem separaten Speicher gespeichert. Der zusätzliche Schritt zum Speichern der Ausgabe behindert eine Rechenleistung.
  • Gegensätzlich dazu kann die Vorrichtung 1 nicht nur als Logikgatter arbeiten, sondern kann auch die Ausgabe der Operation speichern, ohne die Notwendigkeit zum Speichern der Ausgabe in einem separaten Speicher.
  • Nimmt man Bezug auf 11, ist die in 4 gezeigte Vorrichtung 1 in Bezug auf ein Logikgatter mit Eingängen A, B und T und einem Ausgang VR präsentiert.
  • Der Eingang A ist betriebsmäßig mit dem dritten Gate 5 verbunden und steuert eine Magnetisierungsumkehr. Der Eingang B ist betriebsmäßig mit dem Widerstand 31 zum Antreiben von Schreib- oder Lese-Strompulsen durch den Widerstand 31 und die Vorrichtung 1 verbunden. Der Eingang P ist betriebsmäßig mit dem ersten und dem zweiten Gate 3, 4 zum Einstellen der Vorrichtung 1 für ein Schreiben oder ein Lesen verbunden. Ein Ausgang VR ist zwischen der Vorrichtung 1 und dem Widerstand 31 angenommen.
  • Bei diesem Beispiel sind die Eingänge A, B, T durch Sourceanschlüsse 30, 32, 33, 34 (5) vorgesehen. Jedoch können die Eingänge durch andere Logikgatter (nicht gezeigt) oder Steuerelemente (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
  • Nimmt man Bezug auf 12, wird zum Umschalten der Vorrichtung 1 in einen "Schreib"-Zustand eine Eingabe T = 0 angelegt. Dies wird durch Zuführen von VG1 = VG2 = –V1 zu dem ersten und dem zweiten Gate 3, 4 erreicht, wie es früher beschrieben ist.
  • Eine Eingabe A = 0 oder A = 1 wird durch Zuführen von jeweils VG3 = V2 oder VG2 = –V2 zu dem dritten Gate 5 angelegt.
  • Eine Eingabe B = 0 oder B = 1 wird durch Anlegen keines Strompulses oder durch Anlegen eines Doppelpulses mit einer Größe Ic durch die Vorrichtung 1 auf gleiche Weise zu derjenigen, die früher beschrieben ist, angelegt.
  • Nimmt man Bezug auf 13 wird zum Umschalten der Vorrichtung 1 in einen "Lese"-Zustand eine Eingabe T = 1 angelegt. Dies wird durch Zuführen von VG1 = VG2 = V1 zu dem ersten und dem zweiten Gate 2, 3 erreicht, wie es früher beschrieben ist.
  • Eine Ausgabe VR wird durch Anlegen eines Strompulses mit einer Größe Ip durch die Vorrichtung 1u und durch Messen der Vorspannung VR über der Vorrichtung ausgelesen, wie es früher beschrieben ist.
  • Nimmt man Bezug auf 14, ist eine Wahrheitstabelle für die Vorrichtung 1 gezeigt.
  • Eine logische "UND"-Verknüpfung kann durch Rücksetzen von VR auf "0" vor einem Schreiben von A und B und durch Messen von VR realisiert werden. Eine logische "NAND"-Verknüpfung kann durch Rücksetzen von VR auf "1" vor einem Schreiben von A und B und durch Messen von VR erreicht werden. Eine logische "CNOT"-Verknüpfung kann durch Schreiben von A = 1 und B = 1 realisiert werden.
  • Magnetisches Direktzugriffsspeicherfeld
  • Nimmt man Bezug auf 15, weist eine magnetische Direktzugriffsspeicher(MRAM-)Zelle 55 gemäß der vorliegenden Erfindung einen ausgedehnten Leitungskanal 56 und ein Gate 57 auf. Die Speicherzelle 55 ist gleich der Leitungs-Steuervorrichtung 1, die früher beschrieben ist, außer dass die Speicherzelle 55 als ein Aufbaublock keinen zweiten festen Bereich 7, keinen zweiten Übergangsbereich 10, kein entsprechendes Sperrschicht-Gate 4 und kein "Koerzitivkraftabstimm"-Gate 5 haben muss. Jedoch können, wie es detaillierter später beschrieben werden wird, die Speicherzellen 55 in einer Zeile in einer abwechselnden Reihe von festen und freien Bereichen mit benachbarten ferromagnetischen Bereichen angeordnet sein, die durch einen dazwischen liegenden Übergangsbereich entkoppelt sind.
  • Der Kanal 56 weist ferromagnetische Bereiche 58, 59 mit relativ hoher und relativ niedriger Koerzitivkraft auf. Die ferromagnetischen Bereiche 58, 59 sind aus demselben ferromagnetischen Material in einer gemusterten Schicht 67 (17A) ausgebildet. Jedoch können die ferromagnetischen Bereiche 58, 59 aus anderen ferromagnetischen Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise ferromagnetischen Metallen und ferromagnetischen Halbleitern.
  • Der Kanal 56 enthält einen Übergangsbereich 60, der die ferromagnetischen Bereiche 58, 59 magnetisch entkoppelt.
  • Der Übergangsbereich 60 ist durch eine Einengung 61 zwischen einer ersten Seitenwand 62 und einem Teilabschnitt 631 einer zweiten, gegenüberliegenden Seitenwand 63 definiert. In einer Draufsicht stellt der zweite Seitenwandteilabschnitt 631 eine nach innen gerichtete Kerbe in Richtung zu der ersten Seitenwand 24 zur Verfügung.
  • Nimmt man Bezug auf 16, ist ein Teilabschnitt 64' eines Speicherfelds 64 (17) gezeigt.
  • Das Speicherfeld 64' enthält ein Feld von Speicherzellen 55. Jede Speicherzelle 55 hat eine Einheitszellengröße von 6F2, wobei F eine Eigenschaftsgröße ist. Jede Zelle 55 kann durch Gateleitungen 65 und Stromleitungen 66 adressiert werden.
  • Nimmt man Bezug auf 17A, sind die ferromagnetischen und Übergangsbereiche 58, 59, 60 in einer gemusterten ferromagnetischen Schicht 67 vorgesehen, die einen ferromagnetischen Halbleiter aufweist, der bei diesem Beispiel eine Galliummanganarsenidlegierung (Ga1-x,MnxAs) mit einer Mangankonzentration x von 0.02, in anderen Worten Ga0.98Mn0.02As, ist.
  • Die gemusterte ferromagnetische Schicht 67 liegt über einer zusammen mit dieser ausgedehnten Isolierschicht 68 mit einem Isolator, der bei diesem Beispiel Aluminiumarsenid (AlAs) ist, obwohl andere Isolatoren verwendet werden können. Der Isolator kann eine Gitteranpassung oder eine Gitter-Fehlanpassung mit dem ferromagnetischen Halbleiter aufweisen. Die Isolierschicht 68 liegt über einem teilweise geätzten Substrat 69 mit semiisolierendem Galliumarsenid (GaAs). Eine Abdeckschicht 70 mit AlAs liegt über der gemusterten ferromagnetischen Schicht 67.
  • Die Stromleitung 66 weist einen Leiter auf, wie beispielsweise Metall oder einen stark dotiertem Halbleiter. Die Stromleitung 66 kann nicht ferromagnetisch sein. Die Stromleitung 66 kann, wenn sie Metall aufweist, und wenn das ferromagnetische Material ein Halbleiter ist, auch als ohmscher Kontakt dienen. Eine Verarbeitung kann ein Aushärten zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts enthalten. Bei diesem Beispiel weist die Stromleitung 66 eine Gold/Zink-(Au/Zn-)Legierung auf, die als ohmscher Kontakt zu Ga0.98Mn0.02As dient, und eine darüber liegende Goldschicht (Au). Die Gold/Zink-Schicht hat eine Dicke von 50 nm und das Gold hat eine Dicke von 200 nm. Jedoch können andere Schichtdicken verwendet werden.
  • Nimmt man Bezug auf 17B, sind die Gate- und Stromleitungen 65, 66 mittels einer dazwischen liegenden Isolierschicht 71 elektrisch isoliert. Die dazwischen liegende Isolierschicht 71 kann kristallin oder amorph sein. Bei diesem Beispiel weist die Isolierschicht 71 Siliziumdioxid (SiO2) auf. Jedoch können andere Isoliermaterialien verwendet werden, wie beispielsweise Siliziumnitrid (Si3N4). Die Isolierschicht 71 wird vor der Gate-Leitung 65 abgelagert.
  • Die Gate-Leitung 65 weist einen Leiter auf, wie beispielsweise Metall oder einen stark dotierten Halbleiter. Die Gate-Leitung 65 kann nicht ferromagnetisch sein. Bei diesem Beispiel weist das Gate 65 eine Schicht mit anhaftendem Titan (Ti) und eine darüber liegende Goldschicht (Au) auf. Das Titan hat eine Dicke von 20 nm und das Gold hat eine Dicke von 200 nm. Jedoch können andere Schichtdicken verwendet werden.
  • Das Speicherfeld 64 kann anders als dasjenige konfiguriert sein, das in den 16, 17A und 17B gezeigt ist. Beispielsweise kann die Gate-Leitung 65 in einer Ebene mit der gemusterten ferromagnetischen Schicht 67 ausgebildet sein, und beispielsweise aus demselben ferromagnetischen Material wie die gemusterte ferromagnetische Schicht 67 ausgebildet sein, und zwar auf dieselbe Weise wie bei der Vorrichtung 1 (1), die früher beschrieben ist. Die Stromleitung 66 kann über der Gate-Leitung 65 ausgebildet sein, und zwar insbesondere dann, wenn die Gate-Leitung 65 in einer Ebene mit der gemusterten ferromagnetischen Schicht 67 ausgebildet ist. Wie es früher beschrieben ist, kann eine Konfiguration eines Oberflächen-Gates oder eines darunter liegenden Gates anstelle einer Seitengatekonfiguration verwendet werden.
  • Alternativ kann die Stromleitung 66 unter der ferromagnetischen Schicht 67 ausgebildet sein, und zwar beispielsweise durch Ablagern einer leitenden Schicht (nicht gezeigt) auf der Isolierschicht 68, durch Mustern der Schicht (nicht gezeigt) in Streifen (nicht gezeigt) und durch Ablagern einer ferromagnetischen Schicht über den Streifen (nicht gezeigt) auf leitendem und isolierendem Material. Die ferromagnetische Schicht wird dann gemustert, um eine gemusterte Schicht 67 auszubilden, und die Gate-Leitungen 66 werden definiert. Ein Mustern der ferromagnetischen Schicht und ein Definieren der Gate-Leitungen kann bei denselben oder bei anderen Verarbeitungsschritten erfolgen.
  • Nimmt man Bezug auf 18 wird das Speicherfeld 64 durch einen Zeilendecodierer 72 und einen Spaltendecodierer 73 gesteuert.
  • Der Zeilendecodierer 72 kann eine Gate-Leitung aus Gate-Leitungen 651 , 65i-1, 65i , 65i+1 , 65n auswählen, um eine Zeile von Sp1n aus Speicherzellen 551,1 , 551,j-2 , 551,j-1 , 551,j+1 , 551,j+2 , 551,m , 55i-1,1 , 55i-1,1 55i-1,j-2 , 55i-1,j-1 , 55i-1,j , 55i-1,j+1' 55i-1,j+2' 55i-1,m , 55i,1 , 55i,j-2 , 55i,j-1 , 55i,j , 55i,j+1 , 55i,j+2 , 55i,m , 55i+j,1' 55i,j+2 , 55i,m , 55i+1,1 , 55i+1,j-2 , 55i+1,j-1 , 55i+1,j , 55i+1,j+1 , 55i+1,j+2 , 55i+1,m , 55n,1 , 55n,j-2 , 55n,j-1 , 55n,j , 55n,j+1 , 55n,j+2 , 55,n,m zu adressieren und ein Auswahlsignal mit einer Vorspannung VL, VM oder VH zum Auswählen von drei unterschiedlichen Kanalleitungsregimes anzulegen.
  • Ein Auswahlsignal mit einer Vorspannung VL erhöht eine Ladungsträgerdichte in den Übergangsbereichen 60, um dadurch den Widerstand der Übergangsbereiche 60 so zu reduzieren, dass sie leiten, und zwar vorzugsweise als ohmsche Leiter. Ein Auswahlsignal mit einer Vorspannung VM erniedrigt eine Ladungsträgerdichte in den Übergangsbereichen 60 so, dass die Übergangsbereiche 60 abgereichert werden. Ein Auswahlsignal mit einer Vorspannung VH erniedrigt eine Ladungsträgerdichte in den Übergangsbereichen 60 so, dass die Übergangsbereiche 60 stark abgereichert werden, d. h. dass der Abreicherungsbereich ist dann, wenn die Vorspannung VH angelegt wird, größer als der Abreicherungsbereich dann, wenn VM angelegt wird. VM und VH sind von entgegengesetzter Polarität zu VL. Wie es früher erklärt ist, können Werte durch routinemäßiges Experimentieren gefunden werden.
  • Der Spaltendecodierer 73 kann ein Paar von benachbarten Stromleitungen aus Stromleitungen 661 , 662 , 66j-2 , 66j-1 , 66j , 66j+1 , 66j+2 , 66j+3 , 66m , 66m+1 zum Treiben eines Schreib-Strompulses mit einer Größe |IH| auswählen, welcher höher als der kritische Strom für den ferromagnetischen Bereich 59 niedrigerer Koerzitivkraft ist, aber unter dem kritischen Strom für den ferromagnetischen Bereich 58 höherer Koerzitivkraft, oder eines Lese-Strompulses mit einer Größe |IM|, welche unter dem kritischen Strom für den ferromagnetischen Bereich 59 niedrigerer Koerzitivkraft ist. "0" oder "1" wird gemäß der Polarität des Schreib-Strompulses geschrieben.
  • Nimmt man Bezug auf 19 ist der Teilabschnitt 64' des Speicherfelds 64 während eines Schreibprozesses dargestellt.
  • Ein Schreibauswahlsignal 74 mit einer Vorspannung VL wird an eine Zeile i, nämlich eine Gate-Leitung 65i angelegt, während Haltesignale 75 mit einer Vorspannung VH an andere Zeilen angelegt wird, einschließlich der Gate-Leitungen 65i-1 , 65i+1 . Somit haben Sperrschichten 60 von Speicherzellen 55i,j-1 , 55i,j , 551,j+1 in der Zeile i einen niedrigeren Widerstand, während Sperrschichten 60 von Speicherzellen 55i-1,j-1 , 55i-1,j , 55i-1,j+1 , 55i+1,j-1 , 55i+1,j , 55i+1,j+1 , in anderen Zeilen i-1, i+1 einen höheren Widerstand haben.
  • Ein Schreib-Strompuls 76 wird durch die Spalten j und j+1, nämlich die Stromleitungen 66j , 66j+1 , getrieben. Ein Strompuls 76 verläuft durch die Speicherzelle 55i,j mit einer ausreichend hohen Stromdichte zum Einstellen einer Magnetisierung. Andere Speicherzellen 55i-1,j , 55i+1,j in derselben Spalte j werden nicht eingestellt, da die Sperrschichten 60 in diesen Vorrichtungen in einem Zustand hohen Widerstands sind. Wie es früher erklärt ist, kann der Schreib-Strompuls 76 eine Dauer von kürzer als 100 ns, 10 ns oder 1 ns haben. Bei diesem Beispiel ist die Dauer etwa 1 ns.
  • Nimmt man Bezug auf 20, ist der Teilabschnitt 64' des Speicherfelds 64 während eines Leseprozesses dargestellt.
  • Ein Leseauswahlsignal 77 mit einer Vorspannung VM wird an eine Zeile i, nämlich die Gate-Leitung 65, angelegt, während Haltesignale 75 mit einer Vorspannung VH noch an andere Zeilen angelegt sind, die die Gate-Leitungen 65i-1 , 65i+1 enthalten. Somit haben Sperrschichten 60 von Speicherzellen 55i,j-1 , 55i,j , 55i,j+1 in der Zeile i einen niedrigeren Widerstand, während Sperrschichten 60 von Speicherzellen 55i-1,j-1 , 55i-j,j , 55i-j,j+1 , 55i+1,j-1 , 55i+1,j , 55i+1,j+1 in anderen Zeilen i-1, i+1 einen höheren Widerstand haben.
  • Ein Lese-Strompuls 78 wird durch die Spalten j und j+1, nämlich die Stromleitungen 66j , 66j+1 , getrieben. Der Strompuls 74 verläuft durch die Speicherzelle 55 mit mit einer ausreichend hohen Stromdichte zum Einstellen einer Magnetisierung. Andere Speicherzellen 55i-1,j , 55i+1,j in derselben Spalte j werden nicht eingestellt, da die Sperrschichten 60 in diesen Vorrichtungen in einem Zustand hohen Widerstands sind.
  • Die Spannung Vs, die über den Stromleitungen 66j , 66j+1 entwickelt ist, wird durch den Spaltendecodierer 73 (18) gemessen, um zu bestimmen, ob die Zelle in einem Zustand hohen Widerstands ist, beispielsweise entsprechend "0", oder einem Zustand niedrigen Widerstands, entsprechend "1".
  • Es wird erkannt werden, dass viele Modifikationen an den hierin zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden können. Die Vorrichtung muss keine laterale Vorrichtung sein, wie es früher beschrieben ist, sondern kann eine vertikale Vorrichtung sein, wie beispielsweise eine Säule.

Claims (32)

  1. Leitungs-Steuervorrichtung (1; 1'; 55), die Folgendes aufweist: einen ersten ferromagnetischen Bereich (6; 58) mit einer relativ hohen Koerzitivkraft; einen zweiten ferromagnetischen Bereich (8; 59) mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft; einen Übergangsbereich (9; 60), der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und ein Gate (3; 57) zum Anlegen eines elektrischen Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die Folgendes aufweist: einen dritten ferromagnetischen Bereich (7) mit einer höheren Koerzitivkraft als der zweite ferromagnetische Bereich (8); einen weiteren Übergangsbereich (10), der zwischen dem zweiten und dem dritten ferromagnetischen Bereich (7, 8) angeordnet ist; und ein weiteres Gate (4) zum Anlegen eines elektrischen Felds an den weiteren Übergangsbereich (10), um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu ändern.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin Folgendes aufweist: ein weiteres Gate (5) zum Anlegen eines Felds an den zweiten ferromagnetischen Bereich.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite ferromagnetische Bereich (6, 8; 58, 59) dasselbe Material aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite ferromagnetische Bereich (6, 8; 58, 59) und der Übergangsbereich (9; 60) dasselbe Material aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite ferromagnetische Bereich (6, 8; 58, 59) und der Übergangsbereich (9; 60) in einer Schicht (11; 67) ausgebildet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite ferromagnetische Bereich (6, 8; 58, 59) einen ferromagnetischen Halbleiter aufweisen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der ferromagnetische Halbleiter (Ga,Mn)As aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Übergangsbereich ein Halbleitermaterial aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste ferromagnetische Bereich (6; 58) länglich ist und eine Längsachse (25) hat.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Längsachse (25) in einer Richtung entlang einer leichten magnetischen Achse (26, 27) ausgerichtet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um einen Tunnel-Anisotropie-Magnetowiderstands-(TAMR-)Effekt zu zeigen.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um einen Tunnel-Magnetowiderstands-(TMR-)Effekt zu zeigen.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite ferromagnetische Bereich (8; 58) durch eine Schicht oder einen Teilabschnitt einer Schicht (11; 67) vorgesehen ist, die oder der im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht oder der Teilabschnitt der Schicht (11; 67) eine Dicke hat, die kleiner als oder gleich 10 nm ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der zweite ferromagnetische Bereich (8; 59) eine magnetische leichte Achse hat, die aus der Ebene der Schicht oder des Teilabschnitts der Schicht (11; 67) heraus ausgerichtet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei der zweite ferromagnetische Bereich (8; 59) eine magnetische leichte Achse hat, die in der Ebene der Schicht oder des Teilabschnitts der Schicht (11; 67) ausgerichtet ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der erste ferromagnetische Bereich (6; 58) durch eine weitere Schicht oder einen weiteren Teilabschnitt der Schicht (11; 67) vorgesehen ist, die oder der im Wesentlichen in der oder einer anderen Ebene angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste ferromagnetische Bereich (6; 58) eine magnetische leichte Achse hat, die in der Ebene der anderen Schicht oder des anderen Teilabschnitts der Schicht (11; 67) ausgerichtet ist.
  20. Vorrichtung, die Folgendes aufweist: einen leitenden Bereich; einen ferromagnetischen Bereich; einen Übergangsbereich, der die leitenden Bereiche und den ferromagnetischen Bereich verbindet; und ein Gate zum Anlegen eines elektrischen Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der leitende Bereich ein nicht ferromagnetisches Material aufweist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei der leitende Bereich ein Halbleitermaterial aufweist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 22, wobei der leitende Bereich ein Halbleitermaterial aufweist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Übergangsbereich ein Halbleitermaterial aufweist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei der leitende Bereich und der Übergangsbereich dasselbe Material aufweisen.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei der ferromagnetische Bereich und der Übergangsbereich dasselbe Material aufweisen.
  27. Speicherfeld (64) aus Vorrichtungen (55), nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  28. Verfahren zum Herstellen einer Leitungs-Steuervorrichtung (1; 1'; 55), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Vorsehen eines ersten ferromagnetischen Bereichs (6; 58) mit einer relativ hohen Koerzitivkraft; Vorsehen eines zweiten ferromagnetischen Bereichs (8; 59) mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft; Vorsehen eines Übergangsbereichs (9; 60), der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und Vorsehen eines Gates (3; 57) zum Anlegen eines elektrischen Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei ein Vorsehen des Übergangsbereichs (9; 60) ein Definieren einer Einengung zwischen dem ersten und dem zweiten Übergangsbereich aufweist.
  30. Verfahren zum Betreiben einer Leitungs-Steuervorrichtung (1; 1'; 55) mit einem Kanal (2), der einen ersten ferromagnetischen Bereich (6; 58) mit einer relativ hohen Koerzitivkraft aufweist, einen zweiten ferromagnetischen Bereich (8; 59) mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft, einen Übergangsbereich (9; 60), der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und ein Gate (3; 57) zum Anlegen ei nes Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Anlegen einer ersten Vorspannung (37; 74) an das Gate (3; 57) zum Erhöhen einer Ladungsträgerdichte im Übergangsbereich; und Treiben eines ersten Strompulses (40; 76) durch den Kanal (2), wobei der Strompuls eine erste Stromamplitude hat, die größer als ein kritischer Wert zum Umkehren einer Magnetisierung des zweiten ferromagnetischen Bereichs ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, das Folgendes aufweist: Anlegen einer zweiten Vorspannung (42; 76) an das Gate (3; 57) zum Erniedrigen einer Ladungsträgerdichte im Übergangsbereich; und Treiben eines zweiten Strompulses (45; 78) durch den Kanal (2), wobei der zweite Strompuls eine zweite Stromamplitude hat, die niedriger als der kritische Wert ist.
  32. Verfahren zum Betreiben einer Leitungs-Steuervorrichtung (1; 1', 55) mit einem Kanal (2), der einen ersten ferromagnetischen Bereich (6; 58) mit einer relativ hohen Koerzitivkraft aufweist, einen zweiten ferromagnetischen Bereich (8; 59) mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft, einen Übergangsbereich (9; 60), der zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Bereich angeordnet ist, zum magnetischen Entkoppeln des ersten und des zweiten ferromagnetischen Bereichs; und ein Gate (3; 57) zum Anlegen eines Felds an den Übergangsbereich, um eine Ladungsträgerdichte innerhalb des Übergangsbereichs zu steuern, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Anlegen eines magnetischen Felds an den ersten und den zweiten ferromagnetischen Bereich zum Umkehren einer Magnetisierung des zweiten, nicht aber des ersten, ferromagnetischen Bereichs, wobei das magnetisch Feld größer als ein kritisches Feld des zweiten ferromagnetischen Bereichs ist, aber kleiner als ein kritisches Feld des ersten ferromagnetischen Bereichs.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010000904B4 (de) * 2009-01-23 2017-04-20 Infineon Technologies Ag Spin-Bauelement

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602006000836T2 (de) * 2005-03-24 2009-05-14 Hitachi, Ltd. Leitungssteuerungsanordnung
EP2089888B1 (de) * 2006-11-03 2013-12-25 New York University Elektronische geräte auf basis von strominduzierten magnetisierungsdynamiken in einzelnen magnetschichten
EP2015307B8 (de) 2007-07-13 2013-05-15 Hitachi Ltd. Magnetoresistive Vorrichtung
US8803263B2 (en) 2008-09-03 2014-08-12 Fuji Electric Co., Ltd. Magnetic memory element and storage device using the same
EP2190022B1 (de) * 2008-11-20 2013-01-02 Hitachi Ltd. Spinpolarisierte Ladungsträgervorrichtung
US9093163B2 (en) 2010-01-14 2015-07-28 Hitachi, Ltd. Magnetoresistive device
US20110186946A1 (en) * 2010-02-04 2011-08-04 Qualcomm Incorporated Magnetic Tunnel Junction with Domain Wall Pinning
FR2964253B1 (fr) * 2010-08-24 2012-09-14 Commissariat Energie Atomique Méthode de préparation d'un substrat de gaas pour semi-conducteur ferromagnétique, procédé de fabrication d'un tel semi-conducteur, substrat et semi-conducteur obtenus et utilisations de ce dernier
WO2012110909A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 International Business Machines Corporation Ferromagnetic device providing high domain wall velocities
US8704320B2 (en) 2011-09-12 2014-04-22 Qualcomm Incorporated Strain induced reduction of switching current in spin-transfer torque switching devices
US20140026658A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Biao Zhang Mems device and a method of using the same
US8901687B2 (en) 2012-11-27 2014-12-02 Industrial Technology Research Institute Magnetic device with a substrate, a sensing block and a repair layer
JP6679095B2 (ja) * 2015-08-14 2020-04-15 国立研究開発法人理化学研究所 電子デバイス、トポロジカル絶縁体、トポロジカル絶縁体の製造方法およびメモリ装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3834700B2 (ja) * 1996-05-28 2006-10-18 株式会社島津製作所 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子およびその作製法
WO1997047982A2 (en) * 1996-06-12 1997-12-18 Philips Electronics N.V. A magneto-resistive magnetic field sensor
JP2002043653A (ja) * 2000-07-24 2002-02-08 Taiji Takemura 強磁性トンネル接合メモリ素子
JP3621367B2 (ja) * 2001-09-17 2005-02-16 株式会社東芝 スピントランジスタ
US6576969B2 (en) * 2001-09-25 2003-06-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magneto-resistive device having soft reference layer
JP4494688B2 (ja) * 2001-12-04 2010-06-30 独立行政法人科学技術振興機構 磁性半導体をメモリに用いる方法
US6750491B2 (en) * 2001-12-20 2004-06-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetic memory device having soft reference layer
KR20030060327A (ko) * 2002-01-08 2003-07-16 삼성전자주식회사 고집적 자성체 메모리 소자 및 그 구동 방법
JP3932356B2 (ja) * 2002-07-22 2007-06-20 国立大学法人東北大学 不揮発性固体磁気メモリの記録方法
JP4477305B2 (ja) * 2002-07-25 2010-06-09 独立行政法人科学技術振興機構 スピントランジスタ及びそれを用いた不揮発性メモリ
JP2004281548A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Japan Science & Technology Agency 強磁性単電子素子とこれを用いた記憶素子
US7020009B2 (en) * 2003-05-14 2006-03-28 Macronix International Co., Ltd. Bistable magnetic device using soft magnetic intermediary material
JP4413603B2 (ja) * 2003-12-24 2010-02-10 株式会社東芝 磁気記憶装置及び磁気情報の書込み方法
DE602006000836T2 (de) * 2005-03-24 2009-05-14 Hitachi, Ltd. Leitungssteuerungsanordnung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010000904B4 (de) * 2009-01-23 2017-04-20 Infineon Technologies Ag Spin-Bauelement

Also Published As

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