CN106573770A - 用于静摩擦补偿的磁性纳米机械器件 - Google Patents

用于静摩擦补偿的磁性纳米机械器件 Download PDF

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Abstract

描述了用于操作电压的改进的范围和悬臂的尺寸的改进的控制的具有纳米磁铁的纳米机电(NEMS)器件。例如，在实施例中，纳米机电(NEMS)器件包括衬底层、设置在衬底层上方的第一磁性层、设置在第一磁性层上方的第一电介质层、设置在第一电介质层上方的第二电介质层、以及设置在第二电介质层上方的悬臂。当将电压施加到悬臂时，悬臂从第一位置朝着衬底层弯曲到第二位置。

Description

用于静摩擦补偿的磁性纳米机械器件
技术领域
本发明的实施例涉及磁性器件的领域，并且具体而言涉及用于静摩擦补偿的纳米机电器件。
背景技术
对于过去的几十年，集成电路中特征的缩放已经成为不断增长的半导体产业背后的驱动力。缩放到越来越小的特征实现了功能单元在半导体芯片的有限基板面上的密度增大。例如，缩小的晶体管尺寸允许在芯片上并入的存储器器件数量增大，从而导致产品的制造具有的容量增大。然而，对不断增大的容量的驱动并非没有问题。优化每个器件的性能的必要性变得越来越重要。
纳米机电(NEMS)继电器像开关一样运作。NEMS继电器使用电压来物理地打开和关闭电路。与CMOS晶体管不同，NEMS继电器通过在被断开时不泄漏电流而具有能量效率的优点。然而，纳米继电器在低电压下操作时的物理尺寸是有限的，并且制造公差小。
附图说明
图1示出了根据常规方法的纳米机电(NEMS)器件的截面视图。
图2A和2B示出了根据本发明的实施例的具有纳米磁铁的纳米机电(NEMS)器件的截面视图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的针对不同间隙的悬臂长度与悬臂厚度相比的曲线。
图4示出了根据本发明的一个实施例的针对包括纳米磁铁的器件中的不同间隙的悬臂长度与悬臂厚度相比的曲线。
图5A示出了根据本发明的一个实施例的针对不同悬臂几何形状的硅悬臂的弹簧恢复力作为致动电压的函数的曲线。
图5B示出了根据本发明的一个实施例的针对包括纳米磁铁的器件和针对不包括纳米磁铁的器件的在最小电压下的悬臂厚度与悬臂长度相比的曲线。
图6示出了用于从第一位置(例如，逻辑电平0)切换到第二位置(例如，逻辑电平1)的NEMS器件。
图7示出了用于从第二位置(例如，逻辑电平1)切换到第一位置(例如，逻辑电平0)的NEMS器件。
图8示出了根据本发明的一个实施例的用于从第一位置(例如，逻辑电平0)切换到第二位置(例如，逻辑电平1)的具有纳米磁铁的NEMS器件。
图9示出了根据本发明的一个实施例的用于从第二位置(例如，逻辑电平1)切换到第一位置(例如，逻辑电平0)的具有纳米磁铁的NEMS器件。
图10A-10J示出了根据本发明的一个实施例的具有用于制造具有纳米磁铁的NEMS器件的过程操作的方法。
图11示出了根据本发明的实施例的电子系统的方框图。
图12示出了根据本发明的一个实施方式的计算设备。
具体实施方式
描述了用于静摩擦补偿的具有纳米磁铁的纳米机电(NEMS)器件。在以下描述中，阐述了很多特定的细节，例如特定的磁性层集成和材料机制，以便于提供对本发明的实施例的透彻理解。对本领域中的技术人员将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其它实例中，没有详细描述公知的特征例如集成电路设计布局，以免不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，要理解的是，在附图中所示的各种实施例是说明性表示，并且不一定按比例绘制。
一个或多个实施例涉及具有纳米磁铁的NEMS器件，纳米磁铁用于NEMS器件的操作电压(例如，NEMS器件的较低操作电压)的提高的控制和悬臂尺寸的提高的控制以及在悬臂和NEMS器件的衬底之间的间隙的控制。应用可以包括在CPU、处理器、芯片组、无线设备等中对计算(例如，较低性能计算)的使用。
图1示出了根据常规方法的纳米机电(NEMS)器件的截面视图。器件100包括充当接地电极的硅衬底110、氧化物层120、SiO2层130、以及多晶硅层140和142。如图1中所示，层140是包括在将电压施加到层140的情况下朝着衬底移动的自由端的悬臂。如果没有电压施加到层140(例如，Vdd电极)，则自由端远离衬底移动。
图2A和2B示出了根据本发明的实施例的具有纳米磁铁的纳米机电(NEMS)器件的截面视图。器件200包括衬底层210(例如，硅衬底层)、设置在衬底层上方的非磁性层220、设置在非磁性层和衬底层上方的第一磁性层230、设置在第一磁性层上方的第一电介质层240、设置在第一电介质层上方的第二电介质层250(例如，牺牲氧化物)、以及悬臂280。悬臂280包括磁性层262和多晶硅层272。磁性层260可以由与磁性层262相比相同或不同的磁性层形成。多晶硅层270可以由与多晶硅层272相比相同或不同的多晶硅层形成。图2A示出了处于第一位置的悬臂280，没有电压施加在多晶硅层272(即，Vdd电极)与衬底210(即，接地电极)之间。图2B示出了处于第二位置的悬臂280，电压(例如，Vdd)在某个时间段(例如，1纳秒)内施加在多晶硅层272(即，Vdd电极)与衬底210(即，接地电极)之间。当将电压施加到悬臂时，悬臂从第一位置弯曲到与第一电介质层接触的第二位置。当从悬臂去除电压时，悬臂从第二位置恢复到不与第一电介质层接触的第一位置。当将电压(Vdd)施加到悬臂时，衬底层210充当接地电极。悬臂具有长度282、厚度284，并且间隙286代表从悬臂的下表面到电介质层240的上表面的距离。
在一个实施例中，非磁性层包括钌(Ru)、钽(Ta)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、和镁(Mg)中的至少一种。非磁性层为磁性层230提供结晶模板(例如，取向)。磁性层230、260、和262可以包括钴(Co)或其它适合的铁磁层(例如，Fe)。电介质层240可以是氧化镁(MgO)或任何其它适合的电介质层。
磁性层230和262(例如，纳米磁铁)由于它们的尺寸(例如，长和薄)和磁性各向异性而保持在同一方向上被磁化。如以下所讨论的，这些纳米磁铁产生抵消悬臂的粘附力并提高操作电压的范围和悬臂的尺寸范围的磁性排斥力。
图3示出了根据本发明的一个实施例的针对不同间隙的悬臂长度与悬臂厚度相比的曲线。曲线300示出了针对在悬臂的下表面和衬底的上表面之间的2、3、4和5nm的间隙的在1伏特(即，1伏特的Vdd)下操作的硅悬臂的悬臂长度(纳米(nm))与悬臂厚度(nm)相比的关系。不包括纳米磁铁的这个特定器件不在5nm或更大的间隙间隔处的感兴趣的尺寸中，因而在曲线中的5nm阴影区缺乏的情况下工作。没有在曲线上示出小于2nm的间隙，因为隧穿电流在这个机制下开始变得相当大。对于在2nm区域下方的非操作区，由于短长度，悬臂是硬的(例如不能充分弯曲)，并且没有来自所施加的电压的足够静电力。对于在4nm区域上方的非操作区，由于较长的长度，悬臂是软的(例如，保持在与电介质层接触的弯曲位置上)，并且不具有来自所施加的电压的足够静电力来克服粘附力。用于曲线的优化的静电力只包括范德瓦耳斯力。还没有在这个曲线中解释环境条件(例如湿度和金属粘合)可以将静摩擦增加多达两个数量级。静摩擦是需要被克服以使接触中的静止物体的相对运变得可能的静止摩擦。这些环境条件是不可取的，并且将修改操作范围，但不是在曲线300中的一般趋势。
如图4中所示，当纳米磁铁被包括在器件的设计中时，则操作范围增加。图4示出了根据本发明的一个实施例的针对包括纳米磁铁的器件中的不同间隙的悬臂长度与悬臂厚度相比的曲线。曲线400示出了针对悬臂的下表面与衬底的上表面之间的2、3、4和5nm的间隙的在1伏特(即，1伏特的Vdd)下操作的硅悬臂的悬臂长度(纳米(nm))与悬臂厚度(nm)相比的关系。包括纳米磁铁的这个特定器件不在5nm或更大的间隙间隔处的感兴趣的尺寸中、因而在曲线中的5nm阴影区缺乏的情况下工作。没有在曲线上示出小于2nm的间隙，因为隧穿电流在这种机制下开始变得相当大。用于曲线的优化的静电力只包括范德瓦耳斯力。
使用平行板继电器来模拟曲线300和400。恢复力起源于悬臂的有效弹簧常数，而静电力起源于平行板之间的分析静电吸引。利用具有力场的密度功能理论来计算粘附力，该理论解释范德瓦耳斯应用。使用模型以将力从原子偶极-偶极交互作用按比例调整到连续机制内来计算磁力。为了验证平行板继电器模型是可靠的，根据本发明的一个实施例，在数值上计算作为致动电压的函数的硅悬臂的弹簧恢复力，从而解释边缘电容和不同的悬臂几何结构，结果在图5A中对悬臂绘制出。悬臂具有5nm的宽度、从3nm到30nm变化的间隙、从3nm到30nm变化的厚度、以及在长度上从100nm到300nm变化的长度。具有较高恢复力的数据点具有较高的悬臂厚度，而具有较低恢复力的数据点具有较小的间隙。
纳米磁铁通过扩大间隙操作范围来提高这个器件的鲁棒性，因为间隙是最小和最难控制的尺寸，并且器件对这个参数非常敏感。如曲线400中所示的，纳米磁铁还允许在不同厚度(例如，2-4nm)的操作区的重叠。例如，区域410是重叠区，其中器件对2、3和4nm的间隙进行操作。对于这个重叠区410，器件具有大约250-300nm的长度和大约25-30nm的厚度。在这个实施例中，磁性材料占据悬臂的大约一半，虽然磁性材料的其它尺寸也将起作用。强纳米磁铁包括类似于铁的磁矩，并且可以通过选择适当的磁性元件或合金来进一步优化操作范围。
图5B示出了根据本发明的一个实施例的针对包括纳米磁铁的器件和针对不包括纳米磁铁的器件的在最小电压(例如，1伏特)下的悬臂厚度与悬臂长度相比的曲线。曲线500示出了针对没有纳米磁铁的器件和针对有纳米磁铁的器件的在1伏特(即，1伏特的Vdd)下的悬臂厚度(纳米(nm))与悬臂长度(nm)相比的关系。当悬臂比大约100nm长时，纳米磁铁减小操作悬臂所需要的厚度。悬臂的厚度和长度确定将悬臂从如图2B中所示的弯曲位置恢复到如图2A中所示的恢复位置所需的恢复力。
NEMS器件(例如，NEMS继电器或开关)可以由目前用于制造CMOS芯片并且最近用于计算应用的技术制成。NEMS器件目前比CMOS器件慢至少100倍，但没有泄漏电流。可以用几种方式实现能够计算的NEMS器件。例如，被建模和绘制的NEMS继电器包括硅悬臂和衬底。当施加电压时，静电力朝着衬底弯曲悬臂。如图中2B所示，运转的悬臂在电压被施加的时间期间产生接触，并在电压由于它的恢复力被去除之后如图2A中所示返回到它的原始位置。第一故障模式是悬臂是如此硬的从而使它不产生接触，而第二故障模式是悬臂是如此软的从而使它由于范德瓦耳斯力或其它粘附力而不能与设置在衬底上的电介质层分隔开。因此，为了使器件工作，如图6-8中所示，静电力必须大于恢复力并且恢复力大于粘附力。
图6示出了用于从第一位置(例如，逻辑电平0)切换到第二位置(例如，逻辑电平1)的NEMS器件。器件600包括源极区610、漏极区620和栅极区630，源极区610包括悬臂612。静电力640的施加使悬臂612朝着漏极区620弯曲，悬臂的自由端接触漏极区620，如果静电力和粘附力642大于弹簧恢复力644。如果静电力和粘附力642大于弹簧恢复力644，器件从第一位置650(例如，逻辑电平0)切换到具有图6中的虚线的第二位置652(例如，逻辑电平1)。
图7示出了用于从第二位置(例如，逻辑电平1)切换到第一位置(例如，逻辑电平0)的NEMS器件。器件700包括源极区710、漏极区720和栅极区730，源极区710包括悬臂712的。静电力的缺乏使悬臂712恢复，悬臂的自由端远离漏极区720，如果弹簧恢复力744大于粘附力742。如果弹簧恢复力744大于粘附力742，器件从具有图7中的虚线的第二位置752(例如，逻辑电平1)切换到第一位置750(例如，逻辑电平0)。
典型地，NEMS继电器被构建有几微米到下至几百纳米的悬臂长度。在微米标度下，继电器可以接近1伏特来运转，但在纳米标度下，粘附和恢复力增加，以使得操作电压大约更高一个数量级。内在粘附力是在与当前MOS晶体管可比较的尺寸下对纳米继电器的低电压操作的主要限制。
当前设计的实施例包括器件中的磁性材料的至少两个长且薄的平板以使粘附力部分地偏移以具有在器件的尺寸的范围上的更多灵活性和对间隙中的变化的更好容限。
图8示出了根据本发明的一个实施例的用于从第一位置(例如，逻辑电平0)切换到第二位置(例如，逻辑电平1)的具有纳米磁铁的NEMS器件。器件800包括源极区810、漏极区820和栅极区830，源极区810包括悬臂812。悬臂包括具有图8中的虚线的磁性材料862，而栅极也包括具有图8中的虚线的磁性材料860。静电力840的施加使悬臂812朝着漏极区820弯曲，悬臂的自由端接触漏极区820，如果静电力和粘附力842大于弹簧恢复力844和磁力846。如果静电力和粘附力842大于弹簧恢复力844和磁力846，器件从第一位置850(例如，逻辑电平0)切换到具有图8中的虚线的第二位置852(例如，逻辑电平1)。
图9示出了根据本发明的一个实施例的用于从第二位置(例如，逻辑电平1)切换到第一位置(例如，逻辑电平0)的具有纳米磁铁的NEMS器件。器件900包括源极区910、漏极区920和栅极区930，源极区910包括悬臂912。悬臂包括具有图9中的虚线的磁性材料962，而栅极也包括具有图9中的虚线的磁性材料960。静电力的缺乏使悬臂912恢复，悬臂的自由端远离漏极区920，如果弹簧恢复力944和磁力946大于粘附力942。如果弹簧恢复力944和磁力大于粘附力942，器件从具有图9中的虚线的第二位置952(例如，逻辑电平1)切换到第一位置950(例如，逻辑电平0)。
与图8和9的示例相比较，磁性材料的位置、长度、厚度和类型可以改变以使粘附力部分地偏移以具有在器件的尺寸的范围上的更多灵活性和对间隙中的变化的更好容限。可以沿着纳米磁铁的长方向利用外部磁场将它们极化，并且以后纳米磁铁将由于它们的尺寸和形状而保持在同一方向上被磁化。尺寸确保纳米磁铁将是单个域，这在纳米磁铁小于域壁的典型尺寸(例如，大约100nm)时通常是真的，而不考虑它们的形状。细长形状引入单轴形状各向异性，并且磁铁通过使它们的磁化与各向异性容易的方向对准来最小化它们的能量。事实上，由于各向异性有利于单个磁域，细长纳米结构是高达大约500nm的长度的单个域。大约500nm或更小的长度的范围与感兴趣的操作纳米继电器长度相对应。当纳米磁铁彼此接近并且可以通过改变纳米磁铁的厚度和硬度来进行控制时，纳米磁铁的矫顽场(coercive field)大到足以确保纳米磁铁不切换磁化。纳米磁铁比大约1nm更不接近彼此是可取的，因为在金属表面之间的粘附比范德瓦耳斯力强30倍或更多。
图10A-10J示出了根据本发明的一个实施例的具有用于制造具有纳米磁铁的NEMS器件的过程操作的方法。图10A示出了具有在硅衬底1002上的至少一个非磁性金属层1004(例如Ta、Ru)的至少一个非纳米磁性金属层1004的过程操作。至少一个纳米磁性金属层可以为随后生长或溅射的磁性层提供结晶模板(或取向)。这个纳米磁性层还可以防止来自随后生长或溅射的磁性层和硅衬底的扩散。图10B示出了铁磁金属层1006(例如，Co)在至少一个非磁性金属层1004上被形成(例如，溅射)的过程操作。
图10C示出了电介质层1008(例如，Ta、Ru)在铁磁层1006上被形成(例如，溅射)的过程操作。图10D示出了电介质层1010(例如，牺牲氧化物)被沉积在电介质层1008上的过程操作。图10E示出了铁磁金属层1012(例如，Ta、Ru)在介质层1010上被形成(例如，溅射)的过程操作。
图10F示出了多晶硅层1014(或半导体或金属层)被沉积在铁磁金属层1012上的过程操作。图10G示出了光致抗蚀剂层1016被形成在多晶硅层1014上并随后显影和去除光致抗蚀剂的暴露区的过程操作。图10H示出了未被光致抗蚀剂掩蔽的区域被蚀刻(包括多晶硅层1014和铁磁金属层1012)的反应离子蚀刻(RIE)过程操作。图10I示出了电介质层1010的暴露区被蚀刻的湿法蚀刻过程操作。基于RIE和湿法蚀刻操作来形成悬臂1020。图10J示出了光致抗蚀剂被去除以形成包括纳米磁铁1006和1012的NEM器件1030的过程操作。
图11示出了根据本发明的实施例的电子系统1100的方框图。电子系统1100可以对应于例如便携式系统、计算机系统、过程控制系统、或利用处理器和相关联的存储器的任何其它系统。电子系统1100可以包括微处理器1102(具有处理器1104和控制单元1106)、存储器设备1108、以及输入/输出设备1110(要理解的是，在各种实施例中，电子系统1100可以具有多个处理器、控制单元、存储器设备单元和/或输入/输出设备)。在一个实施例中，电子系统1100具有定义由处理器1104对数据执行操作以及在处理器1104、存储器设备1108、和输入/输出设备910之间的交易的一组指令。控制单元1106通过在使指令从存储器设备1108被取回并执行的一组操作的循环来协调处理器1104、存储器设备1108和输入/输出设备1110的操作。存储器设备1108可以包括如本描述中所述的NEMS器件(例如，NEMS继电器)。在实施例中，如图11中所描绘的，存储器设备1108嵌入在微处理器102中。
图12示出了根据本发明的一个实施方式的计算设备1200。计算设备1200容纳板1202。板1202可以包括多个部件，包括但不限于处理器1204和至少一个通信芯片1206。处理器1204物理地和电气地耦合到板1202。在一些实施方式中，至少一个通信芯片1206也物理地和电气地耦合到板1202。在另外的实施方式中，通信芯片1206是处理器1204的部分。
根据其应用，计算设备1200可以包括可以或可以不物理地和电气地耦合到板1202的其它部件。这些其它部件可以包括但不限于易失性存储器(例如，DRAM)、非易失性存储器(例如，ROM)、闪速存储器、图形处理器、数字信号处理器、密码处理器、芯片组、天线、显示器、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编码解码器、视频编码解码器、功率放大器、全球定位系统(GPS)设备、罗盘、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机、以及大容量存储设备(例如，硬盘驱动器、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)等)。
通信芯片1206实现用于数据往返计算设备1200的传输的无线通信。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过使用经调制电磁辐射来经由非固体介质传递数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示相关联的设备不包含任何导线，虽然在一些实施例中它们可以不包含导线。通信芯片1206可以实施多种无线标准或协议中的任何无线标准或协议，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、其派生物以及被指定为3G、4G、5G和更高代的任何其它无线协议。计算设备1200可以包括多个通信芯片1206。例如，第一通信芯片1206可以专用于较短距离的无线通信，例如Wi-Fi和蓝牙；并且第二通信芯片1206可以专用于较长距离的无线通信例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
计算设备1200的处理器1204包括封装在处理器1204内的集成电路1210。在本发明的一些实施方式中，处理器的集成电路管芯包括一个或多个器件1212，例如根据本发明的实施方式构建的自旋转移扭矩。术语“处理器”可以指处理例如来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据转换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何设备或设备的部分。
通信芯片1206还可以包括封装在通信芯片1206内的集成电路管芯1220。根据本发明的另一个实施方式，通信芯片的集成电路管芯包括一个或多个器件1221，例如根据本发明的实施方式构建的NEMS器件。
在另外的实施方式中，容纳在计算设备1200内的另一部件可以包含集成电路，所述集成电路包括根据本发明的实施方式构建的一个或多个器件，例如NEMS器件。
在各种实施方式中，计算设备1200可以是膝上型电脑、上网本电脑、笔记本电脑、超级本电脑、智能电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)、超级移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数字照相机、便携式音乐播放器、或数字视频记录器。在另外的实施方式中，计算设备1200可以是处理数据的任何其它电子设备。
相应地，本发明的一个或多个实施例通常涉及具有增加的操作电压和悬臂的尺寸和在悬臂和衬底之间的间隙的提高的控制的具有纳米磁铁的NEMS器件。
在实施例中，纳米机电(NEMS)器件包括衬底层，设置在衬底层之上的第一磁性层、设置在第一磁性层之上的第一电介质层、设置在第一电介质层之上的第二电介质层和设置在第二电介质层之上的悬臂。当电压施加到悬臂时，悬臂从第一位置朝着衬底层弯曲到第二位置。
在一个实施例中，悬臂包括第二磁性层和设置在第二磁性层之上的多晶硅层。第一磁性层和第二磁性层可包括钴(Co)。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低NEMS器件的操作电压。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以增加悬臂的长度和厚度的尺寸范围并增加在悬臂和第一电介质层之间的可接受的间隙的范围。
在一个实施例中，悬臂在第二位置上时接触第一电介质层，粘附场施加用于保持悬臂与第一电介质层接触的力。当电压从悬臂移除时，悬臂从第二位置恢复到不与第一电介质层接触的第一位置。
在一个实施例中，NEMS器件还包括设置在衬底之上的非磁性层。
在一个实施例中，纳米机电(NEMS)器件包括衬底、在衬底之上设置或在衬底中形成的源极区、在衬底之上设置或在衬底中形成的漏极区和在衬底之上设置或在衬底中形成的栅极区。栅极区包括第一磁性层。源极区包括具有第二磁性层的悬臂，当电压施加到栅极区时，悬臂从第一位置弯曲到与漏极区接触的第二位置。
在一个实施例中，NEMS器件是用于在第一位置和第二位置之间切换的继电器。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低NEMS器件的操作电压。第一磁性层和第二磁性层包括钴(Co)。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以增加悬臂的长度和厚度的尺寸范围以及在悬臂和漏极区之间的可接受的间隙的范围。
在一个实施例中，悬臂包括当在第二位置上时接触漏极区的自由端，粘附场施加用于保持悬臂与漏极区接触的力。当电压从栅极区移除时，悬臂从第二位置恢复到不与漏极区接触的第一位置。
在一个实施例中，计算设备包括用于执行一个或多个软件程序的指令的至少一个处理器和通信地耦合到至少一个处理器的至少一个通信芯片。至少一个处理器或至少一个通信芯片还包括至少一个纳米机电(NEMS)器件，其包括：
源极区、漏极区和具有第一磁性层的栅极区。源极区包括具有第二磁性层的悬臂，当电压施加到栅极区时，悬臂从第一位置弯曲到与漏极区接触的第二位置。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低NEMS器件的操作电压。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以增加悬臂的长度和厚度的尺寸范围以及在悬臂和漏极区之间的可接受的间隙的范围。
在一个实施例中，悬臂包括当在第二位置上时接触漏极区的自由端，粘附场施加用于保持悬臂与漏极区接触的力。
在一个实施例中，当电压从栅极区移除时，悬臂从第二位置恢复到不与漏极区接触的第一位置。
在一个实施例中，用于制造具有纳米磁铁的纳米机电(NEMS)器件的方法包括在衬底上形成至少一个非磁性金属层，在至少一个非磁性金属层上形成第一铁磁金属层，在铁磁层上形成第一电介质层，在第一电介质层上沉积第二电介质层，在第二电介质层上形成第二铁磁金属层，在第二铁磁层上沉积多晶硅层，以及蚀刻未被光致抗蚀剂掩蔽的多晶硅层、第二铁磁层和第二电介质层的区以形成悬臂，当电压施加到悬臂时，悬臂朝着衬底从第一位置弯曲到第二位置。
在一个实施例中，第一和第二铁磁层产生抵消粘附场的磁场以降低NEMS器件的操作电压。
在一个实施例中，第一和第二铁磁层产生抵消粘附场的磁场以增加悬臂的长度和厚度的尺寸范围以及在悬臂和第一电介质层之间的可接受的间隙的范围。
在一个实施例中，装置包括用于支撑第一磁性层和电介质层的模块。装置还包括用于在第一位置和第二位置之间切换的模块。当电压施加到用于切换的模块时，用于切换的模块朝着电介质层从第一位置移动到第二位置。
在一个实施例中，用于切换的模块包括第二磁性层和多晶硅层。第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低装置的操作电压。
在一个实施例中，第一和第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以增加用于切换的模块的长度和厚度的尺寸范围以及在用于切换的模块和电介质层之间的可接受的间隙的范围。

Claims (25)

1.一种纳米机电(NEMS)器件，包括：
衬底层；
第一磁性层，其设置在所述衬底层上方；
第一电介质层，其设置在所述第一磁性层上方；
第二电介质层，其设置在所述第一电介质层上方；以及
悬臂，其设置在所述第二电介质层上方，当将电压施加到所述悬臂时，所述悬臂从第一位置朝着所述衬底层弯曲到第二位置。
2.根据权利要求1所述的NEMS器件，其中，所述悬臂包括第二磁性层和设置在所述第二磁性层上方的多晶硅层。
3.根据权利要求1所述的NEMS器件，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低所述NEMS器件的操作电压。
4.根据权利要求1所述的NEMS器件，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场，以增加所述悬臂的长度和厚度的尺寸范围并增加所述悬臂与所述第一电介质层之间的可接受间隙的范围。
5.根据权利要求3所述的NEMS器件，其中，所述悬臂在处于所述第二位置时接触所述第一电介质层，所述粘附场施加用于保持所述悬臂与所述第一电介质层接触的力。
6.根据权利要求5所述的NEMS器件，其中，当从所述悬臂去除电压时，所述悬臂从所述第二位置恢复到不与所述第一电介质层接触的所述第一位置。
7.根据权利要求1所述的NEMS器件，还包括：
设置在所述衬底上方的非磁性层。
8.根据权利要求2所述的NEMS器件，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层包括钴(Co)。
9.一种纳米机电(NEMS)器件，包括：
衬底；
在所述衬底上方设置或在所述衬底中形成的源极区；
在所述衬底上方设置或在所述衬底中形成的漏极区；以及
在所述衬底上方设置或在所述衬底中形成的栅极区，所述栅极区具有第一磁性层，其中，所述源极区包括具有第二磁性层的悬臂，当将电压施加到所述栅极区时，所述悬臂从第一位置弯曲到与所述漏极区接触的第二位置。
10.根据权利要求9所述的NEMS器件，其中，所述NEMS器件是用于在所述第一位置与所述第二位置之间切换的继电器。
11.根据权利要求9所述的NEMS器件，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低所述NEMS器件的操作电压。
12.根据权利要求9所述的NEMS器件，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以增加所述悬臂的长度和厚度的尺寸范围并增加所述悬臂与所述漏极区之间的可接受间隙的范围。
13.根据权利要求11所述的NEMS器件，其中，所述悬臂包括在处于所述第二位置时接触所述漏极区的自由端，所述粘附场施加用于保持所述悬臂与所述漏极区接触的力。
14.根据权利要求13所述的NEMS器件，其中，当从所述栅极区去除电压时，所述悬臂从所述第二位置恢复到不与所述漏极区接触的所述第一位置。
15.根据权利要求9所述的NEMS器件，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层包括钴(Co)。
16.一种计算设备，包括：
至少一个处理器，其用于执行一个或多个软件程序的指令；以及
至少一个通信芯片，其通信地耦合到所述至少一个处理器，其中，所述至少一个处理器或所述至少一个通信芯片还包括至少一个纳米机电(NEMS)器件，所述NEMS器件包括源极区、漏极区、以及具有第一磁性层的栅极区，其中，所述源极区包括具有第二磁性层的悬臂，当将电压施加到所述栅极区时，所述悬臂从第一位置弯曲到与所述漏极区接触的第二位置。
17.根据权利要求16所述的计算设备，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低所述NEMS器件的操作电压。
18.根据权利要求16所述的计算设备，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场，以增加所述悬臂的长度和厚度的尺寸范围以及所述悬臂与所述漏极区之间的可接受间隙的范围。
19.根据权利要求17所述的计算设备，其中，所述悬臂包括在处于所述第二位置时接触所述漏极区的自由端，所述粘附场施加用于保持所述悬臂与所述漏极区接触的力。
20.根据权利要求16所述的计算设备，其中，当从所述栅极区去除电压时，所述悬臂从所述第二位置恢复到不与所述漏极区接触的所述第一位置。
21.一种用于制造具有纳米磁铁的纳米机电(NEMS)器件的方法，包括：
在衬底上形成至少一个非磁性金属层；
在所述至少一个非磁性金属层上形成第一铁磁金属层；
在所述铁磁层上形成第一电介质层；
在所述第一电介质层上沉积第二电介质层；
在所述第二电介质层上形成第二铁磁金属层；
在所述第二铁磁层上沉积多晶硅层；
蚀刻未被光致抗蚀剂掩蔽的所述多晶硅层、所述第二铁磁层、以及所述第二电介质层的区域以形成悬臂，当将电压施加到所述悬臂时，所述悬臂从第一位置朝着所述衬底弯曲到第二位置。
22.根据权利要求21所述的计算设备，其中，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层产生抵消粘附场的磁场以降低所述NEMS器件的操作电压。
23.根据权利要求21所述的计算设备，其中，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层产生抵消粘附场的磁场，以增加所述悬臂的长度和厚度的尺寸范围以及所述悬臂与所述第一电介质层之间的间隙。
24.一种装置，包括：
用于支撑第一磁性层和电介质层的模块；以及
用于在第一位置与第二位置之间切换的模块，当将电压施加到所述用于切换的模块时，所述用于切换的模块从第一位置朝着所述电介质层移动到第二位置。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述用于切换的模块包括第二磁性层和多晶硅层，其中，所述第一磁性层和所述第二磁性层产生抵消粘附场的磁场以降低所述装置的操作电压，以增加所述用于切换的模块的长度和厚度的尺寸范围并且增加所述用于切换的模块与所述电介质层之间的可接受间隙的范围。
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