DE102014014233A1

DE102014014233A1 - Spannungsgesteuerter nanomagnetischer Zufallszahlengenerator

Info

Publication number: DE102014014233A1
Application number: DE102014014233.7A
Authority: DE
Inventors: Sasikanth Manipatruni; Dmitri E. Nikonov; lan A. Young
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-04-02
Also published as: CN104516712B; CN104516712A; TWI544405B; US20160202954A1; EP3050132A4; WO2015047328A1; KR20160061316A; EP3050132A1; TW201531936A

Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung für einen spannungsgesteuerten nanomagnetischen Zufallszahlengenerator. Die Vorrichtung umfasst: eine freie ferromagnetische Schicht, eine feste ferromagnetische Schicht, die in einer nicht-kollinearen Richtung in Bezug auf die freie ferromagnetische Schicht angeordnet ist, und einen ersten Anschluss, der mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist, wobei der erste Anschluss eine Bias-Spannung an die freie ferromagnetische Schicht bereitstellt. Beschrieben ist auch eine integrierte Schaltung, umfassend: einen Zufallszahlengenerator, der eine MTJ-Vorrichtung (Magnetic Tunnel Junction, Magnetischer Tunnelkontakt) mit nicht-kollinear angeordneter freier und fester ferromagnetischer Schicht aufweist, und eine Schaltung, um eine einstellbare Bias-Spannung an die freie ferromagnetische Schicht bereitzustellen, wobei die Schaltung die Varianz des durch den Zufallszahlengenerator generierten Stroms steuert.

Description

HINTERGRUND
Eingebettete mikroskalige On-Chip-Zufallszahlengeneratoren (Random Number Generators, RNG) können ein breites Spektrum von Sicherheitsfunktionen bei Verbraucher- und Unternehmensanwendungen ermöglichen. Jedoch sind führende Pseudozufallszahlengeneratoren softwarebasiert oder sie werden von einer vernetzten Quelle geliefert (z. B. National Institute of Standards and Technology, NIST). Auf Software basierende Zufallszahlengeneratoren leiden unter einem erhöhten Energieverbrauch und einer größeren Chip-Fläche, um den Zufallszahlengenerator zu betreiben. Standardisierte Algorithmen für RNG sind außerdem für Sicherheitsbedrohungen anfällig. Software-Algorithmen können eine ungefähr zufällige Zahlenfolge erzeugen, jedoch mit einer begrenzten Qualität, wie durch bekannte Zufälligkeitsgütetests gemessen.
Vorhandene Zufallszahlengeneratoren, die auf magnetischen Tunnelkontakten (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) basieren, weisen verschiedene Nachteile auf. Bekannte RNGs, die auf MTJ basieren, sind beispielsweise nicht in der Lage, ein Gauß'sches Rauschen zu generieren, was eines der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Kommunikationsverschlüsselung darstellt. Ein weiterer Nachteil von bekannten RGNs, die auf MTJ basieren, ist ihre Unfähigkeit, den Prozess zur Zufallszahlengenerierung zu steuern, um zu ermöglichen, dass der Mittelwert der Variablen und die Varianz dynamisch geändert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der Offenbarungwerden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den begleitenden Zeichnungen von verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung vollständiger verstanden, die jedoch die Offenbarung nicht auf die konkreten Ausführungsformen beschränken, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen sollen.
1A stellt einen auf MTJ (magnetischer Tunnelkontakt) basierenden RNG (Zufallszahlengenerator) dar.
1B stellt ein Diagramm dar, das einen abgetasteten Zufallsstrom von dem MTJ und eine Normalverteilung des Rauschens zeigt.
2 stellt eine nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
3 stellt eine Draufsicht auf die nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
4A stellt ein Diagramm dar, das eine Abweichung eines Magnetwinkels im Verhältnis zur magnetischen Barriere bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
4B stellt eine Veränderung der magnetischen Barriere im Verhältnis zur angelegten Spannung bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
5A stellt ein Diagramm dar, das eine Rauschstrom-Wahrscheinlichkeitsdichte bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
5B stellt ein Diagramm dar, das eine kumulative Wahrscheinlichkeit gegen erfassten Strom bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
6A–B stellen Diagramme dar, die eine Steuerung des magnetischen Rauschens durch Verändern der magnetischen Barriere mithilfe angelegter Spannung bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigen.
7A–B stellen Diagramme dar, die eine Rücksetzbedingung des nicht-kollinearen MTJ durch Anlegen hoher Spannung an den nicht-kollinearen MTJ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigen.
8 stellt ein Diagramm dar, das eine Leistungsspektraldichte des Stroms zeigt, der durch den nicht-kollinearen MTJ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung generiert wurde.
9 ist eine Schaltung zum Generieren eines analogen/digitalen Zufallssignals und zum Anlegen einer Bias-Spannung an den nicht-kollinearen MTJ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
10 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
11 ist ein intelligentes Gerät oder ein Rechnersystem oder ein SoC (System-on-Chip) mit einem Zufallszahlengenerator, der den nicht-kollinearen MTJ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen beschreiben eine nicht-kollineare (z. B. orthogonale) aufgestapelte magnetische In-Plane-Tunnelkontaktvorrichtung (MTJ-Vorrichtung) mit spannungsabhängigen magnetischen Barrieren als einen steuerbaren Zufallszahlengenerator. In einer Ausführungsform stellt der Zufallszahlengenerator eine glockenförmige Gauß'sche Normalverteilung des Rauschens im Vergleich zu einer nicht glockenförmigen Rauschverteilung durch herkömmliche MTJ-Vorrichtungen bereit. In einer Ausführungsform sind freie und feste ferromagnetische Schichten des MTJ in einer nicht-kollinearen Position im Verhältnis zueinander angeordnet, um eine Normalverteilung des erfassten MTJ-Stroms zu generieren. In einer Ausführungsform ist eine Schaltung bereitgestellt, um eine Bias-Spannung zu erzeugen, um eine magnetische Barriere der freien ferromagnetischen Schicht des MTJ zu steuern, um eine Steuerung der Varianz des generierten MTJ-Stroms zu ermöglichen In einer Ausführungsform ist eine Schaltung bereitgestellt, um eine Bias-Spannung zu erzeugen, um die magnetische Barriere des MTJ zu senken, um ein sauberes Reset des Zufallszahlengenerators zu ermöglichen In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details erörtert, um eine gründlichere Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Strukturen und Geräte in Blockdiagrammform statt im Detail gezeigt, um eine Verschleierung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
Es ist zu beachten, dass in den entsprechenden Zeichnungen der Ausführungsformen Signale durch Linien dargestellt werden. Einige Linien können dicker sein, um maßgeblichere Signalwege darzustellen und/oder sie können Pfeile an einem oder mehreren Enden aufweisen, um die primäre Informationsflussrichtung anzuzeigen. Solche Anzeigen sollen als nicht einschränkend erachtet werden. Stattdessen werden die Linien in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsbeispielen verwendet, um ein besseres Verständnis einer Schaltung oder einer logischen Einheit zu ermöglichen. Jedes dargestellte Signal, abhängig von Aufbauanforderungen oder Präferenzen, kann tatsächlich ein oder mehrere Signale umfassen, die in jede Richtung verlaufen und mit jedem geeigneten Signalschematyp implementiert werden können.
In der ganzen Beschreibung und in den Ansprüchen bedeutet der Begriff „verbunden” eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Gegenständen, die verbunden sind, ohne jegliche Zwischenelemente. Der Begriff „gekoppelt” bedeutet entweder eine direkte elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Gegenständen oder eine indirekte Verbindung durch ein oder mehrere passive oder aktive Zwischenbauelemente. Der Begriff „Schaltung” bedeutet ein oder mehrere passive und/oder aktive Bauelemente, die angeordnet sind, um miteinander zusammenzuwirken, um eine gewünschte Funktion bereitzustellen. Der Begriff „Signal” bedeutet mindestens ein Stromsignal, Spannungssignal oder Daten-/Taktsignal. Die Bedeutung von „ein/eine” und „der/die/das” schließt Pluralbezüge mit ein. Die Bedeutung von „in” schließt „in” und „an” mit ein.
Der Begriff „Skalierung” bezieht sich im Allgemeinen auf Verwandeln eines Designs (Schaltplan und Entwurf) von einer Verfahrenstechnologie in eine andere Verfahrenstechnologie. Der Begriff „Skalierung” bezieht sich im Allgemeinen außerdem auf die Miniaturisierung von Entwurf und Geräten innerhalb desselben Technologieknoten. Der Begriff „Skalierung” kann sich außerdem auf Einstellen (z. B. Verlangsamen) einer Signalfrequenz im Verhältnis zu einem anderen Parameter, z. B. Leistungsversorgungspegel, beziehen. Die Begriffe „im Wesentlichen”, „in der Nähe”, „ungefähr”, „fast” und „etwa” beziehen sich im Allgemeinen auf Werte innerhalb +/–20% eines Sollwertes.
Die Verwendung der Ordnungsadjektive „erste”, „zweite” und „dritte” usw. zur Beschreibung eines allgemeinen Elements zeigen nur an, dass unterschiedliche Fälle von ähnlichen Elementen bezeichnet werden, und sie sollen nicht andeuten, dass die derart beschriebenen Elemente in einer gegebenen Sequenz, entweder zeitlich, räumlich, in der Rangfolge oder in irgendeiner anderen Weise sein müssen, es sei denn, es ist anders angegeben.
Zum Zweck der Ausführungsformen sind die Transistoren Metalloxidhalbleiter-Transistoren (MOS-Transistoren), die Drain-, Source-, Gate- und Bulk-Anschlüsse aufweisen. Die Transistoren umfassen außerdem Tri-Gate- und FinFET-Transistoren, zylindrische Gate-All-Around-Transistoren oder andere Geräte, die Transistorfunktionalität implementieren, wie z. B. Kohlenstoff-Nanoröhren- oder Spintronik-Geräte. Source- und Drain-Anschlüsse können identische Anschlüsse sein und werden hier austauschbar verwendet. Fachleute werden erkennen, dass andere Transistoren, z. B. PNP/NPN-Bipolartransistoren (Bi-polar junction transistors – BJT), BiCMOS, CMOS, eFET usw., verwendet werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Der Begriff „MN” zeigt einen N-Typ-Transistor (z. B. NMOS, NPN-BJT usw.) und der Begriff „MP” zeigt einen P-Typ-Transistor (z. B. PMOS, PNP-BJT usw.) an.
1A stellt einen auf MTJ (magnetischer Tunnelkontakt) 100 basierenden RNG (Zufallszahlengenerator) dar. MTJ 100 ist eine herkömmliche MTJ-Vorrichtung mit aufgestapelten Schichten, wobei sich alle in derselben linearen Ebene befinden. Von oben betrachtet, ist die erste Schicht eine freie ferromagnetische Schicht. Die zweite Schicht von oben ist eine aus MgO angefertigte Isolatorschicht. Die feste magnetische Schicht ist normalerweise durch eine ferromagnetische Legierung, z. B. CoFeB, ausgebildet. Die feste Schicht, die bei der dritten Schicht von oben beginnt, ist aus einem synthetischen antiferromagnetischen Stapel (SAF-Stapel) gebildet (d. h. von der oberen Schicht die dritte Schicht und unterhalb dieser). Die unterhalb der dritten Schicht von oben befindlichen Schichten umfassen Schichten, die aus Ru, CoFe, AFM ausgebildet sind, und eine Elektrode. Der Stapel aus CoFeB/Ru/CoFe bildet eine antiferromagnetische Austauschschicht (AFM). Der untere synthetische SAF wird durch eine natürliche AFM gehalten und kann aus PtMn oder IrMn oder ähnlichen Legierungen angefertigt sein.
Um MTJ 100 als einen RNG zu betreiben, wird eine Bias-Spannung Vbias an die freie ferromagnetische Schicht angelegt und eine Masse wird an das andere Ende des MTJ 100 gekoppelt. Nach dem Anlegen von Vbias fließt ein Strom durch den MTJ 100 und er kann an dem Masseanschluss abgetastet werden. Dieser Strom weist zufällige Stromeigenschaften auf, was ermöglicht, dass MTJ 100 als ein RNG funktioniert. Jedoch ist die Verteilung des durch den Strom, der durch MTJ 100 fließt, erzeugten Rauschens keine Gauß'sche Verteilung.
Die Dynamik von Nanomagneten wird stark durch das thermische Rauschen beeinflusst. Thermisches Rauschen in Nanomagneten manifestiert sich als Schwankungen des internen Anisotropiefeldes. Das thermische Rauschen kann als eine Folge der mikroskopischen Freiheitsgrade der Leitungselektronen und des Gitters des ferromagnetischen Elements betrachtet werden. Bei Raumtemperatur T ist das thermische Rauschen durch ein Gauß'sches weißes Rauschen (mit einer Delta-Distribution-Autokorrelation im Zeitbereich) beschrieben. Das Rauschfeld wirkt isotrop auf den Magneten. Beim Vorliegen des Rauschens kann die Landau-Lifschitz-Gilbert-Gleichung (LLG-Gleichung) folgendermaßen geschrieben werden
Das Interne Feld ist beschrieben als H _eff(T) = H _eff + (H_ix ^ + H_jŷ + H_kz ^)
Die Eigenschaften des thermomagnetischen Zufallsrauschens sind:
Die Anfangsbedingungen der Magnete werden randomisiert, um mit der Verteilung der Anfangswinkel der magnetischen Momente in einer großen Anordnung von Magneten im Einklang zu sein. Bei Temperatur T richtet sich der Anfangswinkel der Magnete nach:
'k' ist Boltzmann-Konstante, 'T' ist Temperatur, M_s ist Sättigungsmagnetisierung, 'V' ist Volumen, μ₀ ist magnetische Permeabilität und H_ani Anisotropiefeld.
1B stellt ein Diagramm 120 dar, das einen abgetasteten Zufallsstrom von dem MTJ 100 und eine Normalverteilung des Rauschens zeigt. Auf der x-Achse ist abgetasteter Strom in mA aufgetragen und auf der y-Achse ist Stromdichte aufgetragen. Impulsverlauf 121 ist die Normalverteilung des abgetasteten Stroms, während Impulsverlauf 122 ist die Stromdichte bei variierender Spannung Vbias. Wie in Diagramm 120 dargestellt, weist MTJ 100 keine glockenförmige Gaußverteilung auf. Außerdem ist der MTJ 100 nicht in der Lage, den Prozess der Zufallszahlengenerierung dynamisch zu steuern, um es zu ermöglichen, dass der Mittelwert der Variablen und die Varianz dynamisch geändert werden.
2 stellt eine nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 2, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
In einer Ausführungsform umfasst eine nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung 200 aufgestapelte freie und feste ferromagnetische Schichten, die in Bezug aufeinander nicht kollinear sind. Der Begriff „nicht-kollinear” bezieht sich im Allgemeinen auf zwei Schichten, die verschiedene Magnetwinkel aufweisen. Wenn zum Beispiel eine Schicht zu einer anderen Schicht hinsichtlich ihrer Magnetwinkel orthogonal ist, dann sind die zwei Schichten nicht-kollineare Schichten. In einer Ausführungsform erzeugen die nicht-kollinearen aufgestapelten freien und festen ferromagnetischen Schichten des MLJ 200 eine Gauß'sche Normalverteilung des von MTJ 200 abgetasteten Stroms. In einer Ausführungsform ist die freie ferromagnetische Schicht größenmäßig kleiner als die Größe der festen ferromagnetischen Schicht. In einer Ausführungsform ist ein Anschluss mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt, der ein Ende der MTJ-Vorrichtung bildet. In einer derartigen Ausführungsform bildet das andere Ende der MTJ-Vorrichtung den zweiten Anschluss, der mit der festen ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der zweite Anschluss Masse.
Während die Ausführungsform des MTJ 200 ovale oder kreisförmige aufgestapelte Schichten darstellt, können die aufgestapelten Schichten rechteckig sein oder andere Formen aufweisen, solange die freie ferromagnetische Schicht in Bezug auf die feste ferromagnetische Schicht nicht-kollinear ist. In einer Ausführungsform wird die Anisotropie der Nanomagnete durch die Form der freien und der festen ferromagnetischen Schicht gesteuert.
In einer Ausführungsform ist eine Schaltung bereitgestellt, die Vbias für die freie ferromagnetische Schicht generiert. In einer Ausführungsform ist die Schaltung betriebsfähig, um den Pegel von Vbias einzustellen, um die magnetische Barriere der Magnete des MTJ 200 zu steuern. In einer derartigen Ausführungsform ermöglicht der von MTJ 200 aufgrund des Anlegens von Vbias generierte Strom es, die Varianz des generierten Stroms zu steuern. In einer Ausführungsform ist die Schaltung betriebsfähig, um die freie ferromagnetische Schicht durch Einstellen von Vbias zurückzusetzen, was wiederum die magnetische Barriere senkt. In einer Ausführungsform ist eine andere Schaltung bereitgestellt, um den Strom durch den Vbias-Anschluss abzutasten (auch hier als der erste Anschluss bezeichnet), der mit der freien ferromagnetischen Schicht des MTJ 200 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist eine Schaltung bereitgestellt, um den abgetasteten Strom in eine digitale Darstellung umzuwandeln, um einen Startwert (engl. seed) für einen Zufallszahlengenerator bereitzustellen.
3 stellt eine Draufsicht 300 auf die nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 3, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
In dieser Ausführungsform zeigt die Draufsicht 300 zwei oval-/kreisförmige Gegenstände, die die freie ferromagnetische Schicht und die feste ferromagnetische Schicht des MTJ 200 darstellen. In dieser Ausführungsform ist sowohl die freie ferromagnetische Schicht als auch die feste ferromagnetische Schicht orthogonal zueinander, d. h. der Unterschied zwischen dem magnetischen Winkel Φ1 der festen ferromagnetischen Schicht in Bezug auf den magnetischen Winkel Φ2 der freien ferromagnetischen Schicht beträgt 90 Grad. In einer derartigen Ausführungsform wird eine Gauß'sche Normalverteilung des Rauschens in dem abgetasteten Strom des MTJ 200 beobachtet.
In einer Ausführungsform wird Spannungssteuerung eines MTJ durch die Senkung/Einstellung der Barriere in einem In-plane-MTJ in paralleler Anordnung aktiviert. Die Barriere wird mit Spannung eingestellt wie: E ± / b(V) = E 0 / b(1 ± (C₁V + C₂V²))^3/2 wo E_b die Barrierenenergie ist, E 0 / b Barriere bei null Volt ist, C₁ linearer Spannungskoeffizient ist, C₂ quadratischer Spannungskoeffizient ist und V die angelegte Vbias ist.
4A stellt ein Diagramm 400 dar, das eine Abweichung des Magnetwinkels im Verhältnis zur magnetischen Barriere bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 4A, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Auf der x-Achse ist die Magnetstärke als E/kT aufgetragen, wobei ,E' die Barrierenenergie des MTJ-Magnets ist, ,k' Boltzmann-Konstante ist und ,T' Temperatur ist. Auf der y-Achse ist der Quadratwert des Winkelunterschieds aufgetragen, d. h. (Φ2 – Φ1)², der die Winkelabweichung im Verhältnis zur Stärke der magnetischen Barriere anzeigt. Hierbei zeigt 0,01 als der Quadratwert der magnetischen Winkel eine geringere Winkelabweichung an, während 0,06 eine hohe Winkelabweichung anzeigt. Hierbei zeigt 10 bei E/kT eine schwache Barriere an, während 50 bei E/kT eine starke Barriere anzeigt. Diagramm 400 stellt Abtastungen 402 und eine gleichmäßige Kurve 401, die die Abtastungen repräsentiert, dar. Diagramm 400 stellt die Wirkung des thermischen Rauschens auf den Magneten dar. Die Winkelabweichung ist als Funktion der Barriere gezeigt.
4B stellt ein Diagramm 420 dar, das eine Veränderung der magnetischen Barriere im Verhältnis zur angelegten Spannung bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 4B, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Hierbei ist auf der x-Achse Bias-Spannung in Volt aufgetragen. Hierbei ist auf der y-Achse E_b(V)/E_b aufgetragen, was die Stärke der Barriere anzeigt. Diagramm 420 zeigt zwei Impulsverläufe. Impulsverlauf 421 zeigt den Fall einer MTJ-Vorrichtung mit antiparallelen freien und festen ferromagnetischen Schichten und ein entsprechendes Verhältnis zwischen angelegter Vbias an dem ersten Anschluss und variierender Stärke der Barriere des Magneten. Impulsverlauf 422 zeigt den Fall einer MTJ-Vorrichtung mit parallelen freien und festen ferromagnetischen Schichten und ein entsprechendes Verhältnis zwischen angelegter Vbias an dem ersten Anschluss und variierender Stärke der Barriere des Magneten. In beiden Fällen (von Impulsverläufen 421 und 422) sind die freie und die feste ferromagnetische Schicht nicht-kollinear. Impulsverläufe 421 und 422 veranschaulichen, dass bei MTJ 200 die magnetische Barriere mit Vbias einstellbar ist.
5A stellt ein Diagramm 500 dar, das eine Rauschstrom-Wahrscheinlichkeitsdichte bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 5A, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Hierbei ist auf der x-Achse der normierte abgetastete Strom aufgetragen, während auf der y-Achse die Stromwahrscheinlichkeitsdichte durch MTJ 200 aufgetragen ist Diagramm 500 stellt Impulsverlauf 501 dar, das vertikale Balken enthält, die den normierten abgetasteten Strom zeigen. Diagramm 500 stellt ebenfalls Impulsverlauf 502 dar, der die Gauß'sche normal verteilte Wahrscheinlichkeitsdichte des generierten Stroms für MTJ 200 ist. Im Vergleich zu MTJ 100, der eine nicht-Gauß'sche Stromwahrscheinlichkeit aufweist, generiert der MTJ 200 eine normal verteilte Gauß'sche Wahrscheinlichkeitsdichte des generierten Stroms, was ermöglicht, dass der MTJ 200 als ein besserer Zufallszahlengenerator funktioniert als MTJ 100.
5B stellt ein Diagramm 520 dar, das eine kumulative Wahrscheinlichkeit gegen abgetasteten Strom bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 5B, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Hierbei ist auf der x-Achse normierter abgetasteter Strom aufgetragen und auf der y-Achse ist kumulative Wahrscheinlichkeit der von MTJ 200 generierten Rauschströme aufgetragen. Diagramm 520 stellt zwei aneinander anliegende Impulsverläufe dar – Impulsverlauf 521 und Impulsverlauf 522. Diagramm 520 bestätigt nochmals die Generierung einer normal verteilten Gauß'schen Stromwahrscheinlichkeit unter Verwendung von MTJ 200. Das unter Verwendung von MTJ 200 generierte Rauschen ist durch einen Prozess eines weißen Rauschens mit einer Delta-Distribution-Autokorrelation oder einer Kontaktleistungsspektraldichte, die für einen Prozess eines weißen Rauschens charakteristisch ist, beschrieben. Diagramm 520 zeigt, dass die kumulative Verteilungsfunktion (Cumulative Distribution Function, CDF) des Stroms einer Gauß'schen CDF folgt.
6A–B stellen jeweils Diagramme 600 und 620 dar, die eine Steuerung des magnetischen Rauschens durch Verändern der magnetischen Barriere mithilfe angelegter Spannung bei der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigen. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 6A–B, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt. 6A veranschaulicht die Abweichung des magnetischen Winkels mit Spannungssteuerung aufgrund der Barriereneinstellung des MTJ 200. 6B zeigt eine Veränderung der magnetischen Barriere mit angelegter Spannung bei MTJ 200.
Bei Diagramm 600 ist auf der x-Achse der normierte abgetastete Strom durch MTJ 200 aufgetragen, während auf der y-Achse die Wahrscheinlichkeitsdichte des abgetasteten Stroms aufgetragen ist. Diagramm 600 zeigt Balken 601 des abgetasteten Stroms für den Fall, wenn die angelegte Vbias null Volt beträgt und die magnetische Barrierenenergie 40 kT beträgt. Balken 602 des abgetasteten Stroms (kürzere Balken im Vergleich zu Balken 601) sind für den Fall, in dem die angelegte Vbias 0,5 V beträgt und die Energie der magnetischen Barriere 10 kT beträgt. In diesen Ausführungsformen wird bei dem MTJ 200 die Größe/Form der Stromwahrscheinlichkeitsdichte durch Einstellen von Vbias durch die Schaltung, die sie generiert, eingestellt, da ein Einstellen von Vbias die Stärke der magnetischen Barriere einstellt. In einer Ausführungsform wird die Stärke der magnetischen Barriere des MTJ 200 schwächer, wenn die Spannung Vbias erhöht wird.
Impulsverlauf 603 ist eine Gauß'sche Normalverteilung des Stromrauschens bei antiparallelen Magneten des MTJ 200, wie durch Impulsverlauf 621 von 6B gezeigt. Impulsverlauf 604 ist eine Gauß'sche Normalverteilung des Stromrauschens bei parallelen Magneten des MTJ 200, wie durch Impulsverlauf 622 von 6B gezeigt. Diagramm 620 veranschaulicht, dass die magnetische thermische Barriere als Funktion der Spannung bei In-plane-Magneten eingestellt werden kann. Die Änderung der Form bei Impulsverläufen 621 und 622 ist durch eine unterschiedliche Magnetausrichtung in MTJ 200 veranlasst (d. h., 621 zeigt den Fall, wenn die Magnete antiparallel sind und 622 zeigt den Fall, wenn die Magnete parallel sind). In den Ausführungsformen ermöglicht eine angelegte Spannung Vbias es, dass die magnetische thermische Barriere gesteuert wird, was wiederum eine Steuerung der Winkelabweichung des Magneten ermöglicht.
7A–B stellen jeweils Diagramme 700 und 720 dar, die eine Rücksetzbedingung der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung durch Anlegen hoher Spannung an den nicht-kollinearen MTJ gemäß einer Ausführungsform zeigen. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 7A–B, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Diagramm 700 von 7A zeigt Schwankungen des Zufallsstroms, der in MTJ 200 durch Veränderung des Spannungspegels von Vbias generiert wird. Hierbei ist auf der x-Achse Zeit aufgetragen und auf der y-Achse ist normierter in MTJ 200 generierter Zufallsstrom aufgetragen. Diagramm 700 ist in drei Abschnitte unterteilt – 701, 702 und 703. Abschnitt 701 ist die Schwankung des normierten Zufallsstroms bei einer niedrigen Vbias-Spannung. Abschnitt 702 ist die Schwankung des normierten Zufallsstroms, wenn Vbias auf 1 V eingestellt ist. Dieser Abschnitt zeigt, dass der Rauschprozess des MTJ 200 zurückgesetzt (reset) werden kann, um eine neue Betriebsbedingung (d. h. einen zufälligen Startwert, seed) zum Generieren einer Rauschvariablen bereitzustellen. Der Begriff „Zurücksetzen (Reset)” bezieht sich hierbei auf das Generieren einer unkorrelierten magnetischen Dynamik. Abschnitt 703 ist die Schwankung des normierten Zufallsstroms, wenn Vbias niedriger als 1 V ist. Diagramm 720 in 7B zeigt das Anlegen einer Rücksetzspannung (Reset-Spannung), um die Position der Zufallsvariablen zu randomisieren, während 7A die resultierende Schwankung zeigt. Hierbei zeigt 721 die Barriere bei antiparalleler Anordnung als eine Funktion der Spannung, während 722 die Barriere bei paralleler Anordnung als eine Funktion der Spannung zeigt.
8 stellt ein Diagramm 800 dar, das die Leistungsspektraldichte des Stroms zeigt, der durch die nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform generiert wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 8, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Hierbei ist auf der x-Achse die Frequenz (THz) aufgetragen und auf der y-Achse ist Leistung/Frequenz (dB/Hz) aufgetragen. Der Impulsverlauf in Diagramm 800 zeigt weißes Rauschen von dem abgetasteten und/oder generierten Rauschstrom vom MTJ 200 durch Anlegen von Vbias. Diagramm 800 zeigt, dass der durch MTJ 200 generierte Strom kleine oder keine Korrelation über einen breiten Frequenzbereich aufweist. Dies bedeutet, dass die MTJ-Vorrichtung 200 als Zufallsrauschgenerator über einen großen Frequenzbereich verwendet werden kann. In einer Ausführungsform kann der Winkel zwischen den MTJ-Magneten mittels Schaffung/Temperung von Bedingungen gesteuert werden, um eine andere Steuervariable zum Generieren des Rauschens zu ermöglichen.
9 ist eine Schaltung 900 zum Generieren eines analogen/digitalen Zufallssignals zum Anlegen einer Bias-Spannung an die nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 9, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
In einer Ausführungsform umfasst Schaltung 900 einen rauscharmen Verstärker (Low Noise Amplifier, LNA) 901, einen Analog-Digital-Wandler (analog-to-digital converter, ADC), eine Induktivität L und einen Kondensator C. In einer Ausführungsform wird eine Gleichspannung (DC-Spannung) Vdc an ein Ende der Induktivität L angelegt. In einer Ausführungsform ist das andere Ende der Induktivität mit einem Anschluss des Kondensators C gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der andere Anschluss des Kondensators C mit einem Eingang von LNA 901 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist eine Ausgabe des LNA 901 ein analoges Zufallssignal, das am Eingang des ADC 902 empfangen wird. In einer Ausführungsform weist der LNA einen Geräuschfaktor (Noise Factor, NF) unterhalb 1 dB auf. In einer Ausführungsform liegt eine Verstärkung des LNA 901 in dem Bereich von 20–30 dB. In anderen Ausführungsformen können andere Werte für Verstärkung bei LNA 901 verwendet werden. In einer Ausführungsform ist die Ausgabe des ADC 902 ein digitales Zufallssignal, dass ferner durch eine Logikeinheit zum Generieren einer Zufallszahl verwendet wird. In einer Ausführungsform arbeitet der ADC 902 unter Verwendung eines Taktsignals clk, das eine Frequenz fclk aufweist.
In einer Ausführungsform ist das andere Ende der Induktivität ,L' und ein Ende des Kondensators ,C' mit dem ersten Anschluss des MTJ 200 gekoppelt. In dieser Ausführungsform stellt Vdc den DC-Pegel für Vbias bereit, während die Induktivität die Vbias bereitstellt. Wenn sich Vbias ändert, ändert sich der Strom durch die MTJ-Vorrichtung 200, wodurch ein Irandom-Zufallsstrom generiert wird. In einer Ausführungsform stellt der Irandom-Zufallsstrom eine Gauß'sche Normalverteilung des Stromrauschens bereit. In einer Ausführungsform wird Vdc auf einen hohen Pegel erhöht, um die MTJ-Vorrichtung 200 zurückzusetzen. In einer Ausführungsform ist der zweite Anschluss der MTJ-Vorrichtung 200 mit Masse gekoppelt. In einer Ausführungsform ist die Masse eine Hochfrequenzmasse (HF-Masse). In einer Ausführungsform ist ein analoger Zufallszahlengenerator durch Verwenden der Ausgabe des LNA 901 realisiert. In einer Ausführungsform ist ein digitaler Zufallszahlengenerator durch Verwenden der Ausgabe des ADC 902 realisiert.
In dieser Ausführungsform wird sowohl das Anlegen von Vbias und die entsprechende Abtastung des MTJ-Stroms durch Schaltung 900 erzielt. In anderen Ausführungsformen wird die Stromabtastung an dem Masseanschluss der MTJ-Vorrichtung 200 ausgeführt und eine einstellbare Vbias wird an den ersten Anschluss der MTJ-Vorrichtung 200 angelegt.
10 stellt ein Ablaufdiagramm 1000 eines Verfahrens zum Ausbilden der nicht-kollinearen MTJ-Vorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Obwohl die Blöcke in den Ablaufdiagrammen unter Bezugnahme auf 10 in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt sind, kann die Reihenfolge der Vorgänge geändert werden. Daher können die dargestellten Ausführungsformen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und einige Vorgänge/Blöcke können parallel ausgeführt werden. Manche der Blöcke und/oder Vorgänge, die in 10 aufgelistet sind, sind gemäß bestimmten Ausführungsformen fakultativ. Die gezeigte Nummerierung der Blöcke dient lediglich der Verständlichkeit und soll nicht eine Reihenfolge der Vorgänge vorgeben, in der die verschiedenen Blöcke auftreten müssen. Außerdem können die Operationen von den verschiedenen Abläufen in einer Vielzahl von Kombinationen verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 10, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
Bei Block 1001 wird ein SAF-Stapel ausgebildet, d. h. feste ferromagnetische Schicht wird ausgebildet. Bei Block 1002 wird die freie ferromagnetische Schicht ausgebildet. Bei Block 1003 wird der SAF-Stapel mit der freien ferromagnetischen Schicht derart gekoppelt, dass die freie ferromagnetische Schicht und der SAF-Stapel durch MgO (oder ein beliebiges anderes Isolationsmaterial) getrennt sind. Der SAF-Stapel wird mit der freien ferromagnetischen Schicht derart gekoppelt, dass der SAF-Stapel in Bezug auf den freien ferromagnetischen Stapel nicht-kollinear ist. Bei Block 1004 wird ein erster Anschluss mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt. Der erste Anschluss wird zum Bereitstellen einer Bias-Spannung verwendet. Bei Block 1005 wird ein zweiter Anschluss mit dem SAF-Stapel gekoppelt. Der zweite Anschluss wird mit Masse gekoppelt.
11 ist ein intelligentes Gerät oder ein Rechnersystem 1600 oder ein SoC (System-on-Chip) mit einem Zufallszahlengenerator, der den nicht-kollinearen MTJ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 11, die dieselben Referenznummern (oder Bezeichnungen) aufweisen wie die Elemente einer anderen Figur, auf eine ähnliche Weise arbeiten oder funktionieren können wie die beschriebenen, sind auf nicht darauf beschränkt.
11 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Mobilgerätes, in dem flache Oberflächen-Schnittstellensteckverbinder verwendet werden können. In einer Ausführungsform repräsentiert die Rechenvorrichtung 1600 eine mobile Rechenvorrichtung, wie ein Computing Tablet, ein Mobiltelefon oder Smartphone, einen eReader, der drahtlos betrieben werden kann, oder ein anderes drahtloses Mobilgerät. Es ist offensichtlich, dass bestimmte Komponenten allgemein dargestellt werden und nicht alle Komponenten einer solchen Vorrichtung bei der Vorrichtung 1600 dargestellt sind.
In einer Ausführungsform umfasst die Rechenvorrichtung 1600 einen ersten Prozessor 1610 mit Zufallszahlengenerator, der die nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung (z. B. MTJ 200) gemäß den besprochenen Ausführungsformen aufweist. Andere Blöcke der Rechenvorrichtung 1600 können ebenfalls den Zufallszahlengenerator umfassen, der die nicht-kollineare MTJ-Vorrichtung der Ausführungsformen aufweist. Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können außerdem eine Netzwerkschnittstelle innerhalb 1670, wie z. B. eine drahtlose Schnittstelle, umfassen, so dass eine Systemausführungsform in einer drahtlosen Vorrichtung, zum Beispiel einem Mobiltelefon oder Personal Digital Assistant, aufgenommen sein kann.
In einer Ausführungsform kann Prozessor 1610 (und/oder Prozessor 1690) ein oder mehrere physische Geräte, wie Mikroprozessoren, Anwendungsprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare Logikgeräte oder andere Verarbeitungsmittel, umfassen.
In einer Ausführungsform ist der Prozessor 1690 fakultativ. Die Verarbeitungsoperationen, die durch den Prozessor 1610 ausgeführt werden, umfassen die Ausführung einer Betriebsplattform oder eines Betriebssystems, auf denen Anwendungen und/oder Gerätefunktionen ausgeführt werden. Die Verarbeitungsoperationen umfassen Operationen, die mit I/O (Ein-/Ausgabe) mit einem menschlichen Benutzer oder mit anderen Geräten, Operationen, die mit dem Energiemanagement und/oder Operationen die mit dem Verbinden der Rechenvorrichtung 1600 mit einem anderen Gerät in Zusammenhang stehen. Die Verarbeitungsoperationen können ebenfalls Operationen umfassen, die in Zusammenhang mit Audio-I/O und/oder Anzeige-I/O stehen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Rechenvorrichtung 1600 ein Audiosubsystem 1620, welches Hardware (z. B. Audiohardware und Audioschaltungen) und Software-Komponenten (z. B. Treiber und Codecs), die mit dem Bereitstellen von Audiofunktionen an die Rechenvorrichtung im Zusammenhang stehen, repräsentiert. Audiofunktionen können einen Lautsprecher- und/oder Kopfhörerausgang sowie einen Mikrofoneingang umfassen. Geräte für solche Funktionen können in die Rechenvorrichtung 1600 integriert oder mit der Rechenvorrichtung 1600 verbunden werden. In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit der Rechenvorrichtung 1600 durch Bereitstellen von Audiobefehlen, die vom Prozessor 1610 empfangen und verarbeitet werden.
Das Anzeigesubsystem 1630 repräsentiert Hardware-(z. B. Anzeigegeräte) und Software-Komponenten (z. B. Treiber), die ein visuelles und/oder fühlbares Display für einen Benutzer bereitstellen, um mit der Rechenvorrichtung 1600 zu interagieren. Das Anzeigesubsystem 1630 weist Anzeigeschnittstelle 1632 auf, die den konkreten Bildschirm oder das konkrete Hardwaregerät umfasst, den/das zur Bereitstellung einer Anzeige für einen Benutzer verwendet wird. In einer Ausführungsform umfasst Anzeigeschnittstelle 1632 eine von Prozessor 1610 separate Logik, um mindestens einige in Zusammenhang mit der Anzeige stehende Verarbeitungsaufgaben auszuführen. In einer Ausführungsform umfasst das Anzeige-Subsystem 1630 einen Berührungsbildschirm-(oder Touchpad)-Gerät, das sowohl Ausgabe an als auch Eingabe an den Benutzer bereitstellt.
I/O-Controller 1640 repräsentiert Hardwaregeräte und Softwarekomponenten, die mit der Interaktion mit einem Benutzer im Zusammenhang stehen. Der I/O-Controller 1640 ist betriebsfähig, um die Hardware zu verwalten, die Teil des Audiosubsystems 1620 und/oder des Anzeigesubsystems 1630 ist. Außerdem veranschaulicht I/O-Controller 1640 eine Verbindungsstelle für zusätzliche Geräte, die mit der Rechenvorrichtung 1600 verbunden sind, über die ein Benutzer mit dem System interagieren kann. Beispielsweise können Geräte, die an die Rechenvorrichtung 1600 angeschlossen werden können, Mikrofongeräte, Lautsprecher oder Stereoanlagen, Videosysteme oder ein andere Anzeigegeräte, eine Tastatur oder Tastaturgeräte oder andere I/O-Geräte zur Verwendung mit konkreten Anwendungen, wie Kartenleser oder andere Geräte, umfassen.
Wie vorstehend erwähnt, kann der I/O-Controller 1640 mit Audiosubsystem 1620 und/oder Anzeigesubsystem 1630 interagieren. Zum Beispiel kann ein Eingang über ein Mikrofon oder ein anderes Audiogerät Eingabe oder Befehle für eine oder mehrere Anwendungen oder Funktionen der Rechenvorrichtung 1600 bereitstellen. Außerdem kann eine Audioausgabe anstatt oder zusätzlich zur Displayausgabe bereitgestellt werden. Bei einem anderen Beispiel agiert das Anzeigegerät auch als ein Eingabegerät, das mindestens teilweise durch I/O-Controller 1640 verwaltet werden kann, wenn das Anzeigesubsystem 1630 einen Berührungsbildschirm umfasst. An der Rechenvorrichtung 1600 können zusätzliche Schaltflächen oder Schalter vorhanden sein, um vom I/O-Controller 1640 verwaltete I/O-Funktionen bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform verwaltet I/O-Controller 1640 Geräte, wie beispielsweise Beschleunigungsmesser, Kameras, Lichtsensoren oder andere Umgebungssensoren oder andere Hardware, die in der Rechenvorrichtung 1600 enthalten sein kein. Die Eingabe kann Teil der direkten Benutzerinteraktion sowie das Bereitstellen umgebungsbedingter Eingabe in das System sein, um dessen Operationen zu beeinflussen (wie beispielsweise das Filtern von Rauschen, das Anpassen von Displays bezüglich der Helligkeitserkennung, einen Blitz einer Kamera anzuwenden oder andere Merkmale).
Bei einer Ausführungsform umfasst Rechenvorrichtung 1600 Energiemanagement 1650, das die Batteriestromverwendung, das Laden der Batterie und die Merkmale verwaltet, die mit dem Energiesparbetrieb verbunden sind. Speichersubsystem 1660 umfasst Speichergeräte zum Speichern von Informationen in der Rechenvorrichtung 1600. Der Speicher kann nichtflüchtige (Zustand ändert sich nicht, wenn der Strom zum Speichergerät unterbrochen wird) und/oder flüchtige (Zustand ist unbestimmt, wenn der Strom zum Speichergerät unterbrochen wird) Speichergeräte einschließen. Speichersubsystem 1660 kann Anwendungsdaten, Benutzerdaten, Musik, Fotos, Dokumente oder andere Daten, sowie Systemdaten (ob langfristig oder temporär), die mit der Ausführung der Anwendungen und den Funktionen der Rechenvorrichtung 1600 im Zusammenhang stehen, speichern.
Elemente der Ausführungsformen werden ebenfalls als maschinenlesbares Medium (z. B. Speicher 1660) zum Speichern der computerausführbaren Befehle (z. B. Befehle zur Implementierung von beliebigen anderen hier besprochenen Prozessen) bereitgestellt. Das maschinenlesbare Speichermedium (z. B. Speicher 1660) kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf: einen Flash-Speicher, optische Platten, CD-ROMs, DVD ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, einen Phasenwechsel-Speicher (phase change memory, PCM) oder andere Arten von maschinenlesbaren Speichermedien, die geeignet sind, um elektronische oder computerausführbare Befehle zu speichern. Beispielsweise können Ausführungsformen der Offenbarung als ein Computerprogramm (z. B. BIOS) heruntergeladen werden, das von einem Remote-Computer (z. B. einem Server) an einen anfragenden Computer (z. B. einem Client) mittels Datensignalen über einen Kommunikationslink (z. B. ein Modem oder eine Netzwerkverbindung) übertragen werden kann.
Konnektivität 1670 umfasst Hardwaregeräte (z. B. drahtlose und/oder kabelgebundene Verbinder und Kommunikationshardware) und Software-Komponenten (z. B. Treiber, Protokollstapel), um die Rechenvorrichtung 1600 in die Lage zu versetzen, mit externen Geräten zu kommunizieren. Die Rechenvorrichtung 1600 könnte separate Geräte, wie z. B. andere Rechengeräte, drahtlose Zugangspunkte (access points) oder Basisstationen sowie Peripheriegeräte, wie z. B. Headsets, Drucker oder andere Geräte, sein.
Konnektivität 1670 kann mehrere verschiedene Arten von Konnektivität umfassen. Zur Verallgemeinerung ist die Rechenvorrichtung 1600 mit Mobilfunkkonnektivität 1672 und der drahtlosen Konnektivität 1674 veranschaulicht. Die Mobilfunkkonnektivität 1672 verweist generell auf Mobilfunknetz-Konnektivität, die durch Mobilfunkanbieter, wie beispielsweise GSM (Global System for Mobile Communications) oder Varianten oder Ableitungen, CDMA (Codemultiplexverfahren) oder Varianten oder Ableitungen, TDM (Zeitmultiplexbetrieb) oder Varianten oder Ableitungen oder andere Mobilfunkdienststandards bereitgestellt wird. Die drahtlose Konnektivität (oder drahtlose Schnittstelle) 1674 bezieht sich auf drahtlose Konnektivität, die nicht Mobilfunk ist, und kann Personal Area Networks (wie Bluetooth, Near Field usw.), Local Area Networks (wie WiFi) und/oder Wide Area Networks (wie WiMax) oder andere drahtlose Kommunikationen beinhalten.
Die peripheren Verbindungen 1680 umfassen Hardware-Schnittstellen und Verbinder sowie Softwarekomponenten (z. B. Treiber, Protokollstapel), um periphere Verbindungen herzustellen. Es versteht sich, dass die Rechenvorrichtung 1600 sowohl ein Peripheriegerät („zu” 1682) zu anderen Rechenvorrichtung sein könnte als auch mit Peripheriegeräten („von” 1684) verbunden sein könnte. Die Rechenvorrichtung 1600 weist normalerweise einen „Docking”-Anschluss auf, um mit anderen Rechenvorrichtungen für Zwecke wie das Verwalten (z. B. das Herunterladen und/oder Hochladen, Ändern, Synchronisieren) von Inhalt auf der Rechenvorrichtung 1600 verbunden zu werden. Außerdem kann ein Dockinganschluss die Verbindung der Rechenvorrichtung 1600 mit bestimmten Peripheriegeräten ermöglichen, die es ermöglichen, dass die Rechenvorrichtung 1600 die Content-Ausgabe beispielsweise an audiovisuelle oder andere Systeme steuert.
Zusätzlich zu einem proprietären Dockinganschluss oder anderer proprietärer Verbindungshardware kann die Rechenvorrichtung 1600 periphere Verbindungen 1680 über gewöhnliche oder standardbasierte Anschlüsse herstellen. Gewöhnliche Arten können einen USB-Anschluss (der irgendeine von einer Anzahl von unterschiedlichen Hardware-Schnittstellen umfassen kann), DisplayPort, einschließlich von MiniDisplayPort (MOP), HDMI-Schnittstelle (High Definition Multimedia Interface, HDMI), FireWire oder andere Arten umfassen.
Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform”, „einige Ausführungsformen” oder „andere Ausführungsformen” bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Charakteristik, die/das im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben ist, in mindestens einigen Ausführungsformen, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen aufgenommen ist. Die verschiedenen Aufführungen von „eine Ausführungsform” oder „einige Ausführungsformen” beziehen sich nicht notwendigerweise auf dieselben Ausführungsformen. Wenn die Beschreibung aussagt, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik enthalten sein „kann” oder „könnte”, dann ist es für diese bestimmte Komponente, dieses bestimmte Merkmal, diese bestimmte Struktur oder Charakteristik nicht erforderlich, enthalten zu sein. Wenn die Beschreibung oder der Anspruch Bezug auf „ein” Element nimmt, bedeutet das nicht, dass es nur eines dieser Elemente gibt. Wenn die Beschreibung oder die Ansprüche Bezug auf „ein zusätzliches” Element nehmen, schließt das nicht aus, dass es dort mehr als ein zusätzliches Element gibt.
Des Weiteren können die bestimmten Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Charakteristika auf jegliche geeignete Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert sein. Zum Beispiel kann eine erste Ausführungsform mit einer zweiten Ausführungsform überall dort kombiniert werden, wo die konkreten Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Charakteristika, die mit den zwei Ausführungsformen im Zusammenhang stehen, sich nicht gegenseitig ausschließen.
Während die Offenbarung in Verbindung mit konkreten Ausführungsformen davon beschrieben wurde, sind für einen Durchschnittsfachmann viele Alternativen, Modifizierungen und Variationen derartiger Ausführungsformen angesichts der vorstehenden Beschreibung offensichtlich. Zum Beispiel können andere Speicherarchitekturen, z. B. ein dynamisches RAM (DRAM) die besprochenen Ausführungsformen verwenden. Die Ausführungsformen der Offenbarung sollen alle solche Alternativen, Modifizierungen und Variationen abdecken, sodass sie in den breiten Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Außerdem können allgemein bekannte Strom-/Masseanschlüsse mit IC-Chips (integrierte Schaltung) und anderen Komponenten in den dargestellten Figuren gezeigt bzw. nicht gezeigt sein, was aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung und Besprechung geschieht und um die Offenbarung nicht zu verschleiern. Des Weiteren können Anordnungen in Blockdiagrammform gezeigt sein, um die Offenbarung nicht zu verschleiern und auch angesichts der Tatsache, dass bestimmte Details in Bezug auf die Implementierung solcher Blockdiagrammanordnungen in hohem Maß von der Plattform abhängen, in die die vorliegende Erfindung implementiert werden soll (d. h., solche Details sollen im Wissensbereich eines Fachmanns liegen). Wo spezifische Details (z. B. Schaltungen) dargelegt sind, um Ausführungsbeispiele der Offenbarung zu beschreiben, sollte es für einen Fachmann offensichtlich sein, dass die Erfindung ohne diese spezifischen Details oder mit Abwandlung dieser konkreten Details realisiert werden kann. Die Beschreibung soll somit als veranschaulichend anstatt einschränkend angesehen werden.
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsformen. Genaue Angaben in den Beispielen können überall in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden. Alle fakultativen Merkmale der hier beschriebenen Vorrichtung können ebenfalls in Bezug auf ein Verfahren oder einen Prozess implementiert werden.
Zum Beispiel umfasst eine Vorrichtung in einer Ausführungsform: eine freie ferromagnetische Schicht, eine feste ferromagnetische Schicht, die in einer nicht-kollinearen Richtung in Bezug auf die freie ferromagnetische Schicht angeordnet ist, und einen ersten Anschluss, der mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist, wobei der erste Anschluss eine Bias-Spannung an die freie ferromagnetische Schicht bereitstellt. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner einen zweiten Anschluss, der mit der festen ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der zweite Anschluss mit Masse gekoppelt.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Schaltung, um die Bias-Spannung mit einem einstellbaren Spannungspegel zu generieren. In einer Ausführungsform ist die Schaltung betriebsfähig, um die freie ferromagnetische Schicht durch Einstellen der Bias-Spannung zurückzusetzen. In einer Ausführungsform ist die Schaltung betriebsfähig, um den Strom durch den ersten Anschluss durch Einstellen der Bias-Spannung zu randomisieren. In einer Ausführungsform bilden die freie ferromagnetische Schicht und die feste ferromagnetische Schicht eine aufgestapelte In-plane-MTJ-Vorrichtung (Magnetic Tunnel Junction, Magnetischer Tunnelkontakt).
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner einen Stromsensor, um den Strom durch den ersten Anschluss abzutasten, wobei der Strom aufgrund der Bias-Spannung generiert wird. In einer Ausführungsform ist die freie ferromagnetische Schicht 90 Grad in Bezug auf die feste ferromagnetische Schicht angeordnet.
In einem anderen Beispiel ist in einer Ausführungsform ein System bereitgestellt, das umfasst: einen Speicher, einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor die vorstehende Vorrichtung aufweist, und eine drahtlose Schnittstelle, um es dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
In einem anderen Beispiel ist eine integrierte Schaltung bereitgestellt, die einen Zufallszahlengenerator aufweist, die umfasst: eine MTJ-Vorrichtung (Magnetic Tunnel Junction, Magnetischer Tunnelkontakt) mit einer nicht-kollinear angeordneten freien und festen ferromagnetischen Schicht, und eine Schaltung, um eine einstellbare Bias-Spannung an die freie ferromagnetische Schicht bereitzustellen, wobei die Schaltung die Varianz des von der MTJ-Vorrichtung abgetasteten Stroms steuert. In einer Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung ferner einen ersten Anschluss, der mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist, um die einstellbare Bias-Spannung zu empfangen.
In einer Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung ferner einen Stromsensor, um den Strom durch den ersten Anschluss abzutasten, wobei der Strom aufgrund der Bias-Spannung generiert wird. In einer Ausführungsform ist die Schaltung betriebsfähig, um die freie ferromagnetische Schicht durch Einstellen der Bias-Spannung zurückzusetzen. In einer Ausführungsform ist die Schaltung betriebsfähig, um den Strom durch den ersten Anschluss durch Einstellen der Bias-Spannung zu randomisieren. In einer Ausführungsform ist die freie ferromagnetische Schicht 90 Grad in Bezug auf die feste ferromagnetische Schicht angeordnet.
In einem anderen Beispiel ist in einer Ausführungsform ein System bereitgestellt, das umfasst: einen Speicher, eine integrierte Schaltung, die mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei die integrierte Schaltung einen Zufallszahlengenerator gemäß der vorstehend besprochenen integrierten Schaltung aufweist, und eine drahtlose Schnittstelle, um es dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
Eine Zusammenfassung ist bereitgestellt, die es dem Leser ermöglicht, die Natur und die Grundidee der technischen Offenbarung zu ermitteln. Die Zusammenfassung wird mit dem Verständnis eingereicht, dass sie nicht dazu verwendet wird, den Umfang oder die Bedeutung der Ansprüche einzuschränken. Die folgenden Ansprüche sind somit in der detaillierten Beschreibung enthalten, und jeder Anspruch gilt als einzelne Ausführungsform.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine freie ferromagnetische Schicht, eine feste ferromagnetische Schicht, die in einer nicht-kollinearen Richtung in Bezug auf die freie ferromagnetische Schicht angeordnet ist, und einen ersten Anschluss, der mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist, wobei der erste Anschluss eine Bias-Spannung an die freie ferromagnetische Schicht bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen zweiten Anschluss umfasst, der mit der festen ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der zweite Anschluss mit Masse gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Schaltung umfasst, um die Bias-Spannung mit einem einstellbaren Spannungspegel zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Schaltung betriebsfähig ist, um die freie ferromagnetische Schicht durch Einstellen der Bias-Spannung zurückzusetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Schaltung betriebsfähig ist, um den Strom durch den ersten Anschluss durch Einstellen der Bias-Spannung zu randomisieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die freie ferromagnetische Schicht und die feste ferromagnetische Schicht eine aufgestapelte In-plane-MTJ-Vorrichtung (Magnetic Tunnel Junction, Magnetischer Tunnelkontakt) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Stromsensor umfasst, um den Strom durch den ersten Anschluss abzutasten, wobei der Strom aufgrund der Bias-Spannung generiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die freie ferromagnetische Schicht 90 Grad in Bezug auf die feste ferromagnetische Schicht angeordnet ist.
Integrierte Schaltung, die einen Zufallszahlengenerator aufweist, wobei die integrierte Schaltung umfasst: eine MTJ-Vorrichtung (Magnetic Tunnel Junction, Magnetischer Tunnelkontakt) mit nicht-kollinear angeordneten freien und festen ferromagnetischen Schichten, und eine Schaltung, um eine einstellbare Bias-Spannung an die freie ferromagnetische Schicht bereitzustellen, wobei die Schaltung die Varianz des durch die MTJ-Vorrichtung abgetasteten Stroms steuert.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 10, die ferner einen ersten Anschluss umfasst, der mit der freien ferromagnetischen Schicht gekoppelt ist, um die einstellbare Bias-Spannung zu empfangen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 11 umfasst ferner einen Stromsensor, um den Strom durch den ersten Anschluss abzutasten, wobei der Strom aufgrund der Bias-Spannung generiert wird.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Schaltung betriebsfähig ist, um die freie ferromagnetische Schicht durch Einstellen der Bias-Spannung zurückzusetzen.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Schaltung betriebsfähig ist, um den Strom durch den ersten Anschluss durch Einstellen der Bias-Spannung zu randomisieren.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die freie ferromagnetische Schicht 90 Grad in Bezug auf die feste ferromagnetische Schicht angeordnet ist.
System umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor eine Vorrichtung gemäß einem der Vorrichtungsansprüche 1 bis 9 aufweist, und eine drahtlose Schnittstelle, um es zu ermöglichen, dass der Prozessor mit einer anderen Vorrichtung kommuniziert.
System nach Anspruch 16, das ferner eine Display-Einheit umfasst.
System nach Anspruch 17, wobei die Display-Einheit ein Berührungsbildschirm ist.
System umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen Zufallszahlengenerator gemäß einem der IC-Ansprüche 10 bis 15 (integrated circuit, integrierte Schaltung) aufweist, und eine drahtlose Schnittstelle, um es zu ermöglichen, dass der Prozessor mit einer anderen Vorrichtung kommuniziert.