DE112013003224B4

DE112013003224B4 - Speicherzelle basierend auf dem Spin-Hall-Effekt

Info

Publication number: DE112013003224B4
Application number: DE112013003224.4T
Authority: DE
Inventors: Sasikanth Manipatruni; Dmitri E. Nikonov; Ian A. Young
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: US9281467B2; DE112013003224T5; US20140001524A1; WO2014004751A1; TWI506832B; TW201419599A

Abstract

Speicherzelle (200), umfassend:ein Siliziumsubstrat (280);eine Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) auf dem Siliziumsubstrat (280), wobei die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) eingerichtet ist, über eine Abtastleitung (206, 207, 406, 506, 606, 706) mit einer zweiten Speicherzelle gekoppelt zu werden;eine ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725), welche die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) direkt berührt;einen Auswahltransistor (220, 320, 420, 520, 620, 720) auf dem Siliziumsubstrat (280) angrenzend an die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730), wobei der Auswahltransistor (220, 320, 420, 520, 620, 720) die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) an GND koppelt; undeinen zweiten Transistor (760), der eingerichtet ist, eine Leseleitung (204, 404, 504, 604) der zweiten Speicherzelle mit der ferromagnetischen Schicht (225, 325, 425, 425, 525, 625, 725) zu koppeln, wenn auf der Speicherzelle (200) eine Leseoperation durchgeführt wird.

Description

Hintergrund
Im Hinblick auf Spin-Drehmoment-Umschaltung nutzen manche Magnetspeicher wie ein Spin Transfer Torque Random Access Memory (STTRAMM), einen magnetischen Tunnelkontakt (MTJ) zum Umschalten und Erkennen des Magnetzustands des Speichers. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein MTJ die ferromagnetischen (FM-)Schichten 125, 127 und eine Tunnelbarriere 126 (z. B. MgO). Der MTJ koppelt die Bitleitung (BL) 105 mit dem Wahlschalter 120 (z. B. dem Transistor) der Word-Leitung (WL) 110 und der Abtastleitung (SL) 115. Der Speicher 100 wird durch Bewertung der Änderung des Widerstands (z. B. des magnetischen Tunnelwiderstands (TMR)) für unterschiedliche relative Magnetisierungen der FM-Schichten125, 127 „ausgelesen“.
In US 2012/0012956 A1 ist eine Metallschicht, eine YIG-Schicht sowie eine antiferromagnetische Schicht offenbart. Ferner ist ein Schaltbild offenbart, das zusätzlich einen Auswahltransistor sowie eine Leseleitung offenbart.
US 2009/0161265 A1 offenbart mehrere Speicherzellen, die mit Transistoren an Schreib- und Leseleitungen angeschlossen sind.
JP 2006-059869 A offenbart einen magnetischen Widerstand, der unter anderem eine magnetische feste Schicht sowie erste und zweite Abtastleitungen offenbart. Eine magnetisierungs Richtung einer weiteren Schicht wird gemäß einem magnetischen Feld angepasst, dass durch Anlegen eine Stroms an die Abtastleitungen erzeugt wird.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine herkömmliche magnetische Speicherzelle.
2a, 2b und 2c veranschaulichen Ansichten einer Speicherzelle in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 2d und 2e zeigen Querschnitt-Ansichten von 2c in einem Multizellen-Array.
3a und 3b veranschaulichen einen Schreibvorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4a und 4b veranschaulichen einen Lesevorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
5a, 5b und 5c veranschaulichen Schreibvorgänge in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
6a und 6b veranschaulichen einen Lesevorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
7a, 7b und 7c veranschaulichen Ansichten einer Speicherzelle in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
8a und 8b veranschaulichen einen Schreibvorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
9a und 9b veranschaulichen einen Lesevorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
10 veranschaulicht eine Querschnitt-Ansicht einer Speicherzelle in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
11 beinhaltet ein System mit einer Speicherzelle einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details angeführt, erfindungsgemäße Ausführungen können jedoch auch ohne dieses speziellen Details verwendet werden. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Schaltungen, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht in den Hintergrund rücken zu lassen. Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“, „verschiedene Ausführungsformen“ usw. geben an, dass die derart beschriebene(n) Ausführungsform(en) bestimmte Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften umfassen können, dass jedoch nicht unbedingt jede Ausführungsform die besonderen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften umfasst. Manche Ausführungsformen können einige, alle oder keine der Merkmale aufweisen, die für andere Ausführungsformen beschrieben sind. „Erste“, „zweite“, „dritte“ und dergleichen beschreiben ein gemeinsames Objekt und geben verschiedene Instanzen derselben Objekte an, auf die Bezug genommen wird. Solche Adjektive implizieren nicht, dass die so beschriebenen Objekte in einer bestimmten zeitlichen oder räumlichen Reihenfolge, Rangfolge oder anders gearteten Abfolge vorliegen müssen. „Verbunden“ kann Elemente angeben, die in direktem physischen oder elektrischen Kontakt miteinander stehen, während „gekoppelt“ angeben kann, dass Elemente miteinander kooperieren oder zusammenwirken und sich dabei entweder in direktem physischen oder elektrischen Kontakt oder nicht in direktem physischen oder elektrischen Kontakt befinden können. Auch wenn ähnliche oder gleiche Zahlen zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile in unterschiedlichen Figuren verwendet werden können, bedeutet dies nicht, dass alle Figuren mit ähnlichen oder gleichen Zahlen eine einzige oder die gleiche Ausführungsform darstellen.
Bei MTJ-basierten Speichern gibt es technische Probleme. Bei MgO-Geräten umfassen diese Probleme beispielsweise die Notwendigkeit der Kontrolle der MgO-Dicken und - Einheitlichkeit, um so den gewünschten TMR zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die ordnungsgemäße Gerätefunktion abhängig von präzisen Kristallanordnungen und Kristallachsausrichtungen der MgO. Darüber hinaus bricht die MgO selbst unter den geringsten Bias-Leveln (z. B. 0,6 V) zusammen. Zudem kommt es nach vielen MTJ-Schaltzyklen zu einer TMR-Verschlechterung.
Ein Hintergrundbeispiel beinhaltet eine Speicherzelle mit einer ferromagnetischen Schicht, die an eine Metallschicht und eine Leseleitung gekoppelt ist. Die Metallschicht ist darüber hinaus mit Schreib- und Abtastleitungen gekoppelt. Während eines Schreibvorgangs wird über die Schreibleitung ein Ladestrom an die Metallschicht angelegt und induziert - basierend auf dem Spin-Hall-Effekt (SPE) - Spin-Strom und einen Magnetzustand in die ferromagnetische Schicht. Der SPE generiert aus normalen elektrischen Stromstärken hohe Spin-polarisierte Stromstärken in bestimmten Metallen (z. B. Platin, Tantal, Gold und anderen Metallen mit einer hohen Spin-Orbit-Kupplung). Während eines Lesevorgangs wird ein Lesestrom über die Leseleitung an die ferromagnetischeSchicht angelegt, dann weiter an die Metallschicht geführt, wo er innerhalb der Metallschicht einen weiteren Spin-Strom induziert, welcher ein elektrisches Feld generiert, sowie eine Spannung, basierend auf dem ISHE (Inverse Spin Hall Effect) an einem Abtastknoten, der an die Abtastleitung gekoppelt ist. ISHE ist die Erzeugung einer Spannung in Reaktion auf einen Spin-polarisierten Strom in einem Metall mit einer hohen Spin-Orbital-Kopplung. Die Spannungspolarität basiert auf dem zuvor erwähnten Magnetzustand, der während eines Schreibvorgangs erzeugt wird. Der Speicher benötigt nur eine niedrige Versorgungsspannung, um die Ladungs-, Auslese- und Spin-Ströme zu initiieren. Weitere Ausführungsformen sind hierin beschrieben.
2a und 2b veranschaulichen Ansichten einer Speicherzelle in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Speicherzelle 200 beinhaltet die Speicherschicht 225. Die Schicht 225 kann eine FM-Schicht zur Bewahrung des Status von Speicher 200 sein. Die Schicht 225 kann wenigstens eine Material aus Nickel, Cobalt, Eisen, Heusler-Legierung Gadolinium sowie Kombinationen davon beinhalten, andere Ausführungsformen sind diesbezüglich jedoch nicht so eingeschränkt. In einer Ausführungsform kann irgendein Element der Schicht 225 beispielsweise mit Bor oder ähnlichen Materialien (z. B. zur Unterstützung bei der Nanoherstellung) dotiert sein. Eine weitere Ausführungsform umfasst Materialien, ähnlich Nickel, Kobalt, Eisen, Heusler-Legierung und Gadolinium, welche für die Schicht 225 geeignet sind, da sie beispielsweise bei Raumtemperatur über eine gute Magnetisierung und/oder eine starke magnetische Anisotropie verfügen. In einer Ausführungsform ist die Magnetschicht 225 direkt mit der hohen SHE-Metallschicht 230 gekoppelt. In anderen Ausführungsformen ist die Schicht 225 möglicherweise indirekt (z. B. über eine Zwischenschicht oder eine sehr kurze Durchkontaktierung) an die Schicht 230 gekoppelt.
In einer Ausführungsform umfasst die Schicht 230 ein Spin-Orbital-Kupplungsmaterial, welches wenigstens ein Material aus Platin, Tantal, Kupfer und Gold (und Kombinationen davon) umfasst, andere Ausführungsformen sind diesbezüglich jedoch nicht so beschränkt. Andere Ausführungsformen können Kupfer in Kombination mit einer Unreinheit beinhalten. Die Unreinheit kann ein oder mehrere 5d-Übergangsmaterialien, wie Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Gold und Quecksilber, beinhalten. Das Tantal kann in einer Ausführungsform Betaphasen-Tantal beinhalten. Andere Ausführungsformen können eine oder mehrere dieser Unreinheiten in Kombination mit Gold, Silber und/oder Platin beinhalten. Noch andere Ausführungsformen können Gold, Silber und/oder Platin in Kombination mit einem oder mehreren 4d-Übergangsmetallunreinheiten, wie Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber und/oder Cadmium, beinhalten. Eine andere Ausführungsform kann Quecksilber und Tellurium beinhalten. Noch andere Ausführungsformen können künstlich erzeugte metallische Strukturen, wie magnetische Überstrukturen oder andere Metamaterialien, beinhalten. Andere Ausführungsformen umfassen irgendwelche der Edelmetalle in Kombination mit irgendeiner 4d- oder 5d-Übergangsmetall-Unreinheit. Solche Edelmetalle beinhalten beispielsweise u. a. Gold, Silber, Platin, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Rhenium und Iridium. Andere Ausführungsformen beinhalten Materialien ähnlich Edelmetallen in Kombination mit irgendeiner 4d- oder 5d-Übergangsmetall-Unreinheit, die für die Schicht 230 geeignet sind, da sie beispielsweise eine Spin-abhängige Streuung und/oder eine Spin-Orbital-Interaktion zeigen.
Metallschicht 230 ist per Umschalten des Knotens 235 mit dem Wahlschalter (z. B. Transistor) 220 gekoppelt. Schalter 220 ist durch WL 210 aktiviert. Schalter 220 ist darüber hinaus mit der Masse (GND-)leitung 211 gekoppelt. Bit-Schreibleitung 205 ist über den Schreibknoten 237 direkt oder indirekt an die Metallschicht 230 gekoppelt. Leseleitung 204 ist über den Leseknoten 236 direkt oder indirekt mit der Magnetschicht 225 gekoppelt. Darüber hinaus sind Abtastleitungen 206, 207 über die Abtastknoten 238, 238' direkt oder indirekt mit der Metallschicht 230 gekoppelt. Wie nachfolgend beschrieben sind andere Ausführungsformen vorhanden, für die keine separaten Leitungen für jede der Lese-, Schreib- und Abtastleitungen erforderlich sind (d. h. andere Ausführungsformen gestatten einer Leitung, mehrere Funktionen auszuführen).
2c veranschaulicht eine Speicherzelle in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Siliziumoxidfilm 281 ist ein isolierender Film, der auf einem Siliziumsubstrat 280 und unter einem isolierenden Film 293 (z. B. Siliziumnitrid) erstellt ist. Bei den Teilen 283 (Source/Drain), 284 (Drain/Source) handelt es sich um dotierte Siliziumschichtbereiche mit der entgegengesetzten Polarität wie der Kanalbereich 283. Die Gate-Elektrode 210 ist über der Siliziumschicht der Transistorbereiche 282, 283, 284 gebildet und dort von diesen durch die Gate-Isolierfolie 285 getrennt. Ferner ist sie von der Source-Leitung 211 und der Leitung 288 durch die dielektrischen Filmteile 286, 287 getrennt. Die Source-Leitung 211 passiert die Schicht 287 und ist innerhalb der dielektrischen Schicht 290 gebildet. Die Leitung 288 koppelt den Transistorbereich 284 mit der hohen SHE-Metallschicht 230. Die SHE-Metallschicht 230 ist an die dielektrischen Schichten 291,290, die Magnetschicht 225, die BL-Schreibleitung 205 und die Abtastleitungen 206, 207 (wie in 2d dargestellt) gekoppelt. In einer Ausführungsform ist Schicht 230 direkt und ohne die Verwendung von Durchkontaktierungen mit der Schicht 225 verbunden. Daher befinden sich in 2c die Schichten 225, 230 zwischen den Metallschichten für die Elemente 205 und 211, sie können sich in anderen Ausführungsformen jedoch auch zwischen anderen Metallschichten befinden (z. B. zwischen den Schichten für die Elemente 288 und 210, zwischen den Schichten für die Elemente 204, 206, 207 und der Schicht für Element 205 usw.). Zudem verkörpern die Transistorteile 282, 283 und 284 einen Schalter, sie sind jedoch nicht dafür vorgesehen, Ausführungsformen auf eine bestimmte Transistorart zu beschränken. Ausführungsformen können beispielsweise Tri-Gate- und/oder Nanodraht-Transistoren u. ä. beinhalten.
2d beinhaltet eine Draufsicht, die in Abschnitt A-A von 2c gemacht wurde, und welche die Magnetschicht 225 und die Abtastleitungen 206, 207 veranschaulicht, die mit den Verlängerungen 240, 241 gekoppelt sind (siehe 2b). Dies umfasst ein Array mit mehreren Zellen, einschließlich der Zellen A und B , wobei die Elemente für Zelle B durch einen Bindestrich dargestellt sind, um deren analoge Beziehung zu den Elementen ohne Bindestrich von Zelle A aufzuzeigen. 2e zeigt eine Draufsicht, die im Abschnitt B-B von 2c erstellt wurde, und die die SHE-Metallschicht 230 und die dielektrische Schicht 299 darstellt. Dies umfasst ein Array mit mehreren Zellen, einschließlich der Zellen A und B , wobei die Elemente für Zelle B durch einen Bindestrich dargestellt sind, um deren analoge Beziehung zu den Elementen ohne Bindestrich von Zelle A aufzuzeigen. Auf andere Beispiele für Arrays mit mehreren Zellen wird nachstehend näher eingegangen (z. B. 5a, b und c).
Hinsichtlich der 2a, 2b, 2d und 2e sowie der Maße der Magnetschicht 225 und der SHE-Magnetschicht 230 ist die Dicke 293 in einer Ausführungsform gemäß der Spin-Flip-Länge des für Schicht 230 gewählten Metalls festgelegt, und die Magnetschicht 225 ist dick genug (294) konzipiert, um eine gute Retention für die Datenspeicherung zu gewährleisten. In einer Ausführungsform kann die Dicke 294 für die Magnetschicht 225 ca. 3 nm sein, und die Dicke 293 für die SHE-Metallschicht 230 kann ca. 10 nm sein. Andere Ausführungsformen umfassen jedoch eine Dicke 294 der Magnetschicht 225 von ca. 1, 2, 4, 5, 6 nm oder mehr und die Dicke 293 für die SHE-Metallschicht 230 beträgt ca. 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 nm oder mehr.
In einer Ausführungsform kann die Länge 296 für die Magnetschicht 225 ungefähr die Hälfte oder ein viertel der Länge 295 der SHE-Metallschicht 230 betragen. Die Länge 296 der Magnetschicht 225 kann ca. 50 nm betragen, die Breite 297 kann ca. 100 nm betragen. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Länge 295 ca. 104 nm, die Länge 296 ca. 26 nm, und die Breite 297 ca. 52 nm. In wiederum einer anderen Ausführungsform kann die Länge 296 ca. 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180 nm oder mehr betragen, die Länge 295 kann 50, 60, 70, 80, 120, 140, 160, 180 nm oder mehr betragen, und die Breite 297 kann ca. 30, 40, 75, 150 nm oder mehr betragen. R_SHE = 2pa / bt Wo zudem R_SHE der Widerstand für die SHE-Metallschicht 230 ist, ist p der elektrische Widerstand, ist a die Hälfte des Maßes 296, b die Hälfte des Maßes 297, und t ist das Maß 293 (Dicke der Schicht 230). In einer Ausführungsform ist b mindestens das Zweifache des Wertes von a. Um in einer Ausführungsform das gewünschte Widerstandsniveau für die Schicht 230 zu erhalten, ist das Maß 295 ca. das Doppelte des Maßes 297. In einer Ausführungsform entspricht das Maß 295 ca. dem Vierfachen des Maßes 296. In einer Ausführungsform entspricht das Maß 297 ca. dem Doppelten des Maßes 296. Andere Ausführungsform sind diesbezüglich nicht so eingeschränkt.
Während die Magnetschicht 225 in 2b rechteckig dargestellt ist, kann es in anderen Ausführungsformen oval sein oder andere Formen mit abgerundeten Teilen u. ä. annehmen. Darüber hinaus wird die Magnetschicht 225 in 2b als entlang der Länge 295 der SHE-Metallschicht 230 dargestellt, in anderen Ausführungsformen kann die Magnetschicht 225 hingegen lateral (links oder rechts) vom Mittelpunkt der Länge 295 sein. Darüber hinaus ist zwar in einer Ausführungsform die Breite 297 in jeder der Schichten 225, 230 gleich, in anderen Ausführungsformen kann die Schicht 225 jedoch breiter oder weniger breit als Schicht 230 sein.
3a und 3b veranschaulichen einen Schreibvorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ein Schreibvorgang beinhaltet die Injektion eines elektrischen Ladestroms 345 von der BL-Schreibleitung 305 in den Knoten 337 und dann in die Metallschicht 330, wobei über den WL 310-fähigen Transistor 320 eine Strombahn bereitgestellt ist. Infolge dessen wird über SHE ein Spin-Strom 346 in der Metallschicht 330 generiert und von der Magnetschicht 325 absorbiert. Spin-Drehmoment wird in der Magnetschicht 325 generiert, um den Magneten umzuschalten. Der Mechanismus des Umschaltens der Magnetschicht 325 mithilfe des Spin-Drehmoments ist in 3b beschrieben. Wenn der Ladestrom 345, welcher Elektronen mit Up-Spins und andere Elektronen mit Down-Spins umfasst, die Metallschicht 330 passiert, werden laterale Spin-Ströme, wie der spätere Spin-Strom 346, auf Grund von Spin-abhängigen Streuprozessen im Metall 330 erzeugt. Daher wird während eines Schreibvorgangs ein Ladestrom 345 an die Metallschicht 330 angelegt und dieser induziert den Spin-Strom 346 und einen magnetischen Zustand (wie beispielsweise a0, 1 oder einen weiteren Speicherzustand, der in Speichern mit mehr als zwei Speicherzuständen vorhanden ist) in der Magnetschicht 325.
In einer Ausführungsform beinhaltet der Spin-Strom Elektronen mit einem ersten Spin (siehe z. B. Elektronen, mit einem Up-Spin, wie durch den Pfeil 371 dargestellt) neben einer ersten Seite der Metallschicht und Elektronen mit einem zweiten Spin (siehe z. B. Elektronen mit einem Down-Spin, wie durch den Pfeil 372 dargestellt), welcher dem ersten Spin entgegengesetzt ist, entlang der zweiten Seite der Metallschicht, welche der ersten Seite entgegengesetzt ist. Der Spin-Strom 346 kann auf Grund der Elektronen, die den Pfeilen 371 entsprechen, generiert werden. Der Spin-Strom 346 ist orthogonal zum Ladestrom 345.
Die Spin-Stromdichte für den Strom 346 bezieht sich auf die Ladestromdichte für den Strom 345 über den Spin-Hall-Winkel: $α_{S H E} = \frac{σ_{s z y}}{σ_{s x x}} = \frac{J_{s z}}{J_{s y}} \approx 0.1$
Wobei α_SHE der Spin-Hall-Winkel ist, σ_szy die Spin-Hall-Leitfähigkeit, σ_sxx die Leitfähigkeit für das Metall 330, J_sz die Dichte des Spin-Stroms 346, und J_sy die Dichte des Ladestroms 345. Der in die Magnetschicht injizierte Spin-Strom ist wie folgt: $\frac{I_{s}}{I_{e}} = \frac{J_{s s} A}{J_{e y} a} = a \frac{L}{d} ≫ 1$
wobei I_s der Spin-Strom 346 ist, I_e der Ladestrom 345, A die Oberfläche der Position, in der die Magnetschicht 325 in die Metallschicht 330 schneidet, α die Querschnittfläche der Metallschicht 330 ist, die orthogonal zum Strom 345 aufgebracht ist, L die Länge der Magnetschicht ist, und d die Dicke der Metallschicht ist. Daher existiert ein größerer Spin-Strom für einen größeren Ladestrom, welcher das Metall passiert. Mit anderen Worten: Die Magnetschicht 325 schneidet die Metallschicht 330 in einer Position mit einer ersten Oberfläche. Basierend auf 2b kann diese Position reine rechteckige Form haben, andere Ausführungsformen sind hingegen diesbezüglich nicht beschränkt. Andere Formen umfassen beispielsweise kreisförmige, ovale und quadratische Schnittstellen. In einer Ausführungsform schneidet die Magnetschicht 325 die Metallschicht 330 direkt. Die Metallschicht 330 umfasst darüber hinaus eine Querschnittfläche senkrecht zur Richtung des Stroms 345. Die Stromstärke des Spin-Stroms ist proportional zur Oberfläche der Magnet-/Metallschnittstelle und umgekehrt proportional zur Querschnittfläche der Metallschicht.
4a und 4b veranschaulichen einen Lesevorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Lesevorgang einer Ausführungsform funktioniert folgendermaßen: Spin-polarisierter Strom 450 (Auslesestrom) wird Über die Magnetschicht 425 vom Knoten 436 und der BL-Ausleseleitung 404 in die Metallschicht 430 injiziert. Der Strom 450 ist insofern Spin-polarisiert, dass er einen Spin-polarisierten Strom, umfassend einen ersten Teil eines Spin-Stroms mit einer ersten Spin-Ausrichtung (z. B. nach oben) und einen zweiten Teil eines Spin-Stroms mit einer zweiten Spin-Ausrichtung (z. B. nach unten) aufweist, welcher der ersten Spin-Ausrichtung entgegengesetzt ist. Der erste Teil ist ungleich dem zweiten Teil, sodass es beispielsweise mehr nach Elektronen mit einem Up-Spin gibt als Elektronen mit einem Down-Spin. Diese Spin-Polarisierung des Stroms 450 wird durch die Magnetisierungsrichtung der Magnetschicht 425 festgelegt. Reiner Spin-Strom 451 fließt von unterhalb des Magneten in Richtung Abtastknoten 438, 438' (nicht dargestellt) des Metalls 430. Reiner Spin-Strom ist Strom, der ohne Ladestrom existieren kann (d. h. reiner Spin-Strom kann eigenständig existieren). Spannung 452 (siehe die Spannung 252 der wird auf Grund von ISHE übergreifend über die Abtastknoten 438, 438' (siehe die Knoten 238, 238' aus 2b) induziert. Die Polarität der Spannung 452 wird durch die Richtung der Magnetisierung (Magnetzustand) der Magnetschicht 425 bestimmt.
4b zeigt mehrere Pfeile 453, welche eine Vielzahl von sich drehenden Elektronen (Elektronen mit einem Spin) aufzeigen. Der einzelne Pfeil 454 zeigt eine verhältnismäßig kleinere Anzahl von Elektronen mit einem Down-Spin an. Dieses Differenzial in der Ladung führt zu einer Spannung 452, wobei deren Höhe und Polarität auf dem Differenzial basiert. Mit anderen Worten, Polarität und Höhe der Spannung 452 basieren beide darauf, dass der erste Teil (z. B. die Elektronen 453) ungleich dem zweiten Teil (z. B. den Elektronen 454) sind.
Rückbezugnehmend auf 2b beinhaltet in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (jedoch nicht in allen Ausführungsformen) die Metallschicht 230 eine oder mehrere orthogonale Metallverlängerungen 240, 241 an einem Ende von Schicht 230, das sich am weitesten vom Auswahltransistor 220 entfernt befindet. Die Knoten 238, 238' befinden sich entsprechend auf den Verlängerungen 240, 241, zur Erfassung der ISHE-Spannung 452. Daher umfasst in einer Ausführungsform die Metallschicht 230 eine Verlängerung, welche (a) einen Abtastknoten (z. B. 238 oder 238') umfasst, (b) von der Metallschicht nach außen steht, und (c) orthogonal zur Metallschicht ist. „Orthogonal“ muss im realen Sinn als im Allgemeinen in einem Winkel oder fast in einem Winkel von 90 Grad (jedoch nicht absolut 90 Grad) nach außen hervorstehend interpretiert werden. Durch die orthogonale Natur wird der Abtastknoten mit der Spannung 452 (und ihrem entsprechenden Feld) ausgerichtet, die auf Grund des Differenzials zwischen entgegengesetzten Elektroden mit einem Spin 453, 454 erzeugt wird. In anderen Ausführungsformen befinden sich die Knoten 238, 238' möglicherweise auf der Schicht 230, wenn keine Verlängerungen 240, 241 vorhanden sind. In verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich die Verlängerungen 240, 241 5, 10, 15, 20 oder 25 nm (oder sehr viel weiter, einschließlich 50, 100, 200 nm oder mehr) vom Hauptteil der Schicht 230 weit weg (siehe die Maße 298, 299 von 2b). Eine Verlängerung kann sich weiter als die andere Verlängerung vom Hauptteil der Schicht 230 weg erstrecken. In einer anderen Ausführungsform erstrecken sie sich hingegen gleich weit vom Hauptteil der Schicht 230 weg. In verschiedenen Ausführungsformen können sie 600 nm breit (das Maß orthogonal zu den Maßen 298, 299) und 300 nm dick sein. In anderen Ausführungsformen können die Verlängerungen 100, 200, 300, 400, 500, 700, 800 nm oder mehr breit und 100, 200, 400 nm oder mehr lang sein. Die Dicke entspricht nicht unbedingt der Dicke von Schicht 230, es kann sich jedoch in der Tat ungefähr um dieselbe Dicke handeln. Die Verlängerungen müssen nicht rechteckig sein, sie können stattdessen quadratisch sein oder abgerundete Kanten usw. aufweisen.
Daher beinhaltet der Auslesestrom 450 einen Spin-polarisierten Strom mit einer Spin-Ausrichtung, basierend auf dem magnetischen Status innerhalb der Magnetschicht 425; und der Ladestrom 345 verfügt nicht über eine vorherrschende Spin-Ausrichtung. Für einen Lesevorgang erzeugt der Spin-Strom 451 innerhalb der Metallschicht 430 ein elektrisches Feld und eine entsprechende Spannung 452, basierend auf ISPE, an den Abtastknoten 238, 238', gekoppelt an die Metallschicht 430. Die Polarität der Spannung 452 wird anhand des magnetischen Zustandes innerhalb der Magnetschicht 425 ermittelt.
Das elektrische Feld E_ISHE, erzeugt durch den Spin-Strom 451 auf Grund von ISHE, lässt sich folgendermaßen dokumentieren: $E_{I S H E} = α_{S H E} ρ_{N} (j_{s} \times \hat{σ})$
Wobei α_SHE der Spin-Hall-Winkel ist (z. B. ~0,1 für Metallschichten, welche aus Platin bestehen, 0,15 für Metallschichten, welche aus Tantal bestehen), ρ_N der elektrische Widerstand ist, j_s die Spin-Stromdichte ist und σ̂ die Richtung der Spin-Polarisierung ist. Die Nettospannung zwischen den Knoten 238, 238' lässt sich erhalten durch: $V_{I S H E} = W_{s} α_{S H E} ρ_{N} (j_{s} \times \hat{σ})$
wobei W_s die Breite zwischen den Knoten 238, 238' ist. Daher können zwar möglicherweise einige Ausführungsformen keine Vorstände 240, 241 beinhalten, andere können die Vorstände hingegen beinhalten, um W_s zu steigern und um die Spannungs-/Zustandserfassung basierend auf der Erzeugung eines größeren V_ISHE einfacher zu gestalten.
5a und 5b veranschaulichen Schreibvorgänge in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Array beinhaltet eine WL entlang jeder der Reihen (zur Aktivierung/Deaktivierung des Auswahltransistors) sowie zwei Bit-Leitungen (z. B. Leitungen 504, 505) entlang den Kolonnen (zur Durchführung des Auslese- und Schreibvorgangs). Eine dritte vertikale Leitung (z. B. Leitung 506) liefert die hochohmigen Messwerte der Spin-Hall-Spannung aus den Speicherzellen.
5a veranschaulicht das Schreiben einer 1 in die Speicherzelle „A“ und 5b veranschaulicht das Schreiben einer 0 in die Speicherzelle A. Ein Schreibvorgang kann durch die Aktivierung von BL_schreiben 505 und der WL 510 für die entsprechende Zelle durchgeführt werden. Die Ladestromrichtung lässt sich durch Anlegen von +V (Ladestrom 545, resultierend im Spin-Strom 546 in 5a) oder -V (Ladestrom 547, resultierend im Spin-Strom 548 in 5b) an die Kolonne BL_schreiben umkehren. 5c beinhaltet Element-Bias-Zustände für den Schreibvorgang für jede der Zellen A, B, C, D aus den 5a und 5b. Daher ändert sich bei einer Änderung der Strompolarität auch die Spin-Strompolarität, wodurch sich ein Schalter in magnetische Zustände (z. B. von 0 zu 1 und umgekehrt) für die Speicherzelle induzieren lässt.
6a und 6b veranschaulichen einen Lesevorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Erneut wird Auslesestrom 650 über die Leitung 604 an die Magnetschicht 625 und dann die Metallschicht 630 angelegt. Dadurch wird ein Spin-Strom 651 erzeugt, der über die Leitung 606 erfasst wird. 6b beinhaltet Element-Bias-Zustände für den Lesevorgang für jede der Zellen A, B, C, D aus 6a.
7a , 7b und 7c eranschaulichen Ansichten einer Speicherzelle in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Eine solche Ausführungsform hilft vor „störenden“ Problemen zu schützen, die für Zelle C möglicherweise auftreten. Beispiel: Wenn die Impedanz durch die Abtastleitung 706 (wodurch die Zellen C und A gekoppelt sind) niedrig ist, kann Leitung 706 eine Bahn zum WL-Transistor 720 von Zelle A bilden. Insbesondere während eines Lesevorgangs von Zelle A ist Leitung 706 aktiviert, sodass der Spin-Strom im Metall 730 über die aktive Leitung 706 eine Schleife von Zelle A zu Zelle C schlagen kann. Da Leitung 704 ebenfalls aktiv ist, kann der Strom seine Schleife durch das Metall und die Metallschichten von Zelle C über die Leitung 704 zu Zelle A fortsetzen. Um diese Schleife zu verhindern, kann ein Schalter (Switch, z. B. Transistor) 760 in die Zelle aufgenommen werden. Schalter 760 ist dann in Zelle C inaktiv (basierend auf der WL-Zelle C, die inaktiv ist), wenn Zelle A ausgelesen wird, wodurch die Schleife beendet wird.
Daher kann eine Störung des Auslesens, wie die oben beschriebene, auftreten, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: (1) Der Auslesestrom durch die gestörte Zelle (C) verursacht auf Grund von sekundären Spin-Drehmomenteffekten von SHE (die auf dem injizierten Strom basieren, welcher aus von aus der Ebene zu in der Ebene wechselt) ein Spin-Drehmoment; und (2) die Impedanz der Abtastleitung 706, welche die Zellen A und C entlang der Kolonne verbindet, ist schwach genug, um eine Strombahn von Zelle C zu Zelle A zu generieren. Diese Möglichkeit eines Störung des Lesevorgangs wird durch den Transistor 760 vermieden/verringert, welcher BLauslesen 704 mit dem Magneten 725 verbindet, um selektiv die BLauslesen-Bahn zu aktivieren. Zwei Transistoren pro Zelle zu haben, kann für den Bereich der Speicherzellen ein kleines Problem darstellen, wenn berücksichtigt wird, dass die Größe jener Zellen durch die Größe der Magnetelemente und deren zugewiesenen Kontakten (eher als durch die Kontakte zu den Transistoren) beschränkt sein kann.
8a und 8b veranschaulichen einen Schreibvorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 8a veranschaulicht einen Schreibvorgang über einen Spin-Strom 846 und einen Ladestrom 845. 8b beinhaltet Element-Bias-Zustände für den Schreibvorgang für jede der Zellen A, B, C, D aus 8a. 9a und 9b veranschaulichen einen Lesevorgang in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 9a veranschaulicht einen Lesevorgang über den Lesestrom 950 und den Spin-Strom 951. 9b beinhaltet Element-Bias-Zustände für den Schreibvorgang für jede der Zellen A, B, C, D aus 9a.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Zelle ähnlich der aus 7a verwendet, nur dass in dieser Ausführungsform die Schaltervorrichtung 720 (welche die Metallschicht 730 an GND koppelt) weggelassen und durch eine Leitung ersetzt wird, welche die Metallschicht 730 mit einer Auswahlleitung (SL) koppelt. Eine solche Leitung würde WL nicht schneiden. Die restliche Ausführungsform ist ähnlich der Ausführungsform von 7a, allerdings wird das Umschalten durch das Element 720 nun von einer anderen Schaltlogik, die mit SL gekoppelt ist, erledigt. 10 beinhaltet einen Querschnitt einer solchen Ausführungsform. BL auslesen 1004 ist (über eine Durchkontaktierung) an eine Source/einen Drain 1084 gekoppelt, welche Teil einer Schaltvorrichtung, einschließlich Kanal 1083 und Drain/Source 1082, ist. Drain/Source 1082 ist (über eine Durchkontaktierung) an die Magnetschicht 1025 gekoppelt, welche direkt mit der Metallschicht 1030 verbunden ist. Gate 1010 ist an eine Schreibleitung (WL) gekoppelt. Schicht 1030 ist (über eine Durchkontaktierung) an die Leitung gekoppelt, welche mit einer Auswahlleitung (SL) gekoppelt ist. Die SHE-Metallschicht 1030 wird (unter Verwendung einer Durchkontaktierung) an die Schreib- 1005 und an die Abtastlinie (1011) gekoppelt. Die Abtastleitungen, die mit den Verlängerungen der Metallschicht 1030 gekoppelt sind, sind in dieser Ansicht nicht sichtbar. Der Siliziumoxidfilm 1081 ist ein isolierender Film, der auf einem Siliziumsubstrat 1080 gebildet ist. Dielektrikum-/Isolierschichten 1093, 1086, 1087, 1096, 1090, 1094, 1093, 1095, 1091 (Gate-Isolierfilm) und 1092 sind ebenfalls enthalten.
Wie in 2a dargestellt, ist beispielsweise die Magnetschicht 225 mit der Magnetschicht 230 in einer Position zwischen dem Umschaltknoten 235 und den Abtastknoten 238, 238' gekoppelt. Die Verteilung der Knoten 238, 238' weg vom Knoten 235 hilft bei der Erkennung von Strom 451, der ansonsten durch den Strom 450 maskiert ist (d. h. sie hilft, den Signal-Rauschabstand (SNR) zu erhöhen). Die Ausführungsform beinhaltet außer der Magnetschicht keinen magnetischen Tunnelübergang und keine andere magnetische Schicht. Auf Grund der Anwendung des SHE und ISPE-Ladestrom kann ein Auslesestrom von einer Versorgungsspannung von weniger als 0,3 Volt erzeugt werden, wodurch eine energieeffiziente Speicherzelle bereitgestellt wird.
Wie oben dargestellt beinhalten verschiedene Ausführungsformen eine Speicherzelle, welche SHE zum Schreiben in den Speicher und ISHE zum Erfassen des Speicherzustandes verwendet. Der SHE generiert aus normalen elektrischen Strömen Spin-polarisierte Stromstärken in bestimmten Metallen mit einer hohen Spin-Orbital-Kupplung. ISHE erzeugt eine aus einem Spin-polarisierten Strom eine Spannung, die wiederum durch die Magnetisierung des Speicherelements festgelegt wird. Bei hohen Spin-Orbital-Kupplungsmetallen (z. B. Platin, Tantal, Gold und Kupfer mit bestimmten Unreinheiten) erzeugt ein normaler Ladestrom auf Grund von Spin-abhängigen Streuprozessen einen Spin-Strom. Dieser Effekt wird durch die Erzeugung eines Spin-Stroms über den gesamten Querschnitt des Magneten hinweg (siehe die Ausführungen in Bezug auf A und a für 3) verstärkt. Zwar umfassen Ausführungsformen, wie in 2, separate Leitungen für Schreib- und Abtastoperationen, in anderen Ausführungsformen können diese Leitungen jedoch kombiniert und gemeinsam genutzt, multiplexed u. ä. sein. Darüber hinaus gibt es in einer Ausführungsform eine Schnittstellenschicht zwischen Magnet und Magnetschichten.
Ausführungsformen können in vielen verschiedenen Arten von Systemen implementiert sein. Nun bezugnehmend auf 11 veranschaulicht diese ein Blockdiagramm eines Systems (z. B. Mobiltelefon, Smartphone, Tablet, Ultrabook™, Notebook, Laptop, Desktop, Server, PDA (Personal Digital Assistant), mobiles Rechengerät u. ä.) in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Mehrprozessorsystem 1100ist ein System mit einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung und umfasst einen ersten Prozessor1170 und einen zweiten Prozessor 1180, die über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung 1150 gekoppelt sind. Jeder der Prozessoren 1170 und 1180 kann ein Multikern-Prozessor sein. Der Begriff „Prozessor“ kann auf eine beliebige Vorrichtung oder einen Abschnitt einer Vorrichtung verweisen, die/der elektronische Daten von Registern und/oder Speichern verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu verwandeln, die in Registern und/oder Speichern gespeichert werden können. Der Prozessor 1170 kann einen Memory Controller Hub (MCH) und Punkt-zu-Punkt-(P-P)-Schnittstellen beinhalten. Ebenso kann der zweite Prozessor 1180 einen MCH und P-P-Schnittstellen umfassen. Die MCHs können die Prozessoren mit den entsprechenden Speichern, nämlich Speicher 1332 und Speicher 1334, koppeln, welche Teile des Hauptspeichers (z. B. ein DRAM (Dynamic Random Access Memory)) sein können, welches lokal an die jeweiligen Prozessoren angeschlossen ist. Der erste Prozessor 1170 und der zweite Prozessor 1180 können über P-P-Verbindungen mit einem Chipsatz gekoppelt sein. Der Chipsatz 1190 kann P-P-Schnittstellen beinhalten. Darüber hinaus kann der Chipsatz 1190 über eine Schnittstelle an einen ersten Bus 1116 gekoppelt sein. Verschiedene Eingangs-/Ausgangsgeräte (E/A-Geräte) 1114 können neben einer Busbrücke 1118, welche den ersten Bus 1116 mit an einen zweiten Bus 1120 gekoppelt, mit dem ersten Bus 1116 gekoppelt sein. Verschiedene Geräte können an den zweiten Bus 1120 gekoppelt werden, darunter zum Beispiel eine Tastatur/Maus 1122, Kommunikationsgeräte 1126 und eine Datenspeichereinheit 1128, wie beispielsweise ein Festplattenlaufwerk oder ein anderes Massenspeichergerät, welches in einer Ausführungsform den Code 1030 enthalten kann. Der Code kann in einer oder mehreren Speichern enthalten sein, wie u. a. in Speicher 1128, 1132, 1134, einem Speicher, der mit dem System 1100 gekoppelt ist, u. ä. Ferner kann ein Audioeingang/-ausgang (Audio-E/A) 1124 an den zweiten Bus 1120 gekoppelt sein. Ausführungsformen des hierin beschriebenen Speichers finden sich in den Speichern 1132, 1134 und 1128, im Prozessor 1170, 1180, im Chipsatz 1190 u. ä. Ausführungsformen können als Code implementiert und auf einem Speichermedium gespeichert werden, das Befehle enthält, die zum Programmieren eines Systems für die Ausführung der Befehle verwendet werden können. Das Speichermedium kann einschließen, ist aber nicht beschränkt auf, jede Art Disks, u. a. Floppy Disks, optische Disks, Solid State-Laufwerke (SSDs), Compact Disk Read-Only Memories (CD-ROMs), Compact Disk Rewritables (CD-RWs) und magnetooptische Disks (MO), Halbleiter-Geräte, wie Read-Only Memories (ROMs), Random Access Memories (RAMs), wie Dynamic Random Access Memories (DRAMs), Static Random Access Memories (SRAMs), Erasable Programmable Read-Only Memories (EPROMs), Flash Memories, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memories (EEPROMs), magnetische oder optische Karten oder jede andere Art Speichermedium, das sich für das Speichern von elektronischen Befehlen eignet.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen können hierin unter Bezugnahme auf Daten beschrieben sein, wie z. B. Befehle, Funktionen, Verfahrensweisen, Datenstrukturen, Anwendungsprogramme, Konfigurationseinstellungen u. ä. Wenn ein System auf die Daten zugreift, kann das System reagieren, indem es Aufgaben ausführt, abstrakte Datentypen definiert, niederrangige Hardware-Kontexte generiert und/oder andere Abläufe, wie hierin ausführlicher beschrieben, durchführt. Die Daten sind möglicherweise in einem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher gespeichert. Die Begriffe „Code“ oder „Programm“ decken eine Vielzahl von Komponenten und Konstrukten ab, einschließlich Anwendungen, Treibern, Prozessen, Routinen, Verfahren, Modulen und Unterprogrammen, und sie können sich auf eine beliebige Sammlung von Befehlen beziehen, welche, wenn sie von einem Verarbeitungssystem ausgeführt werden, eine gewünschte Operation bzw. gewünschte Operationen ausführen. Darüber hinaus können alternative Ausführungsformen Prozesse umfassen, die weniger als alle der offenbarten Operationen nutzen, Prozesse, die zusätzliche Operationen nutzen, und Prozesse bei denen die einzelnen, hierin offenbarten Operationen kombiniert, aufgeteilt, neu angeordnet oder sonst geändert sind. In einer Ausführungsform beinhaltet eine Verwendung des Begriffes Steuerlogik Hardware, wie z. B. Transistoren, Register oder andere Hardware, wie z. B. programmierbare Logikgeräte (1135). In einer anderen Ausführungsform umfasst die Logik hingegen auch Software oder Code (1131). Diese Logik kann in die Hardware integriert sein, wie beispielsweise als Firmware oder Microcode (1136). Ein Prozessor oder Controller kann eine Steuerlogik beinhalten, welche dafür vorgesehen ist, eine Vielzahl von auf dem Fachgebiet bekannten Steuerlogiken zu repräsentieren, und die somit als ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein FPGA (Field-Programmable Gate Array), ein ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), ein PLD (Programmable Logic Device) u. ä. implementiert sein kann.
Eine Ausführungsform umfasst eine Speicherzelle, umfassend: eine Magnetschicht, gekoppelt an eine Metallschicht; eine Word-Leitung, gekoppelt an die Metallschicht über ein Schaltelement und einen Schaltknoten; eine Schreibleitung, verbunden mit der Metallschicht über einen Schreibknoten; und eine Ausleseleitung, verbunden über mit der Magnetschicht über einen Ausleseknoten; worin der Ladestrom während eines Schreibvorgangs über die Schreibleitung an die Metallschicht angelegt wird und einen Spin-Strom und einen magnetischen zustand innerhalb der Magnetschicht induziert. In einer Ausführungsform wird während eines weiteren Schreibvorgangs ein weiterer Ladestrom über die Schreibleitung an die Metallschicht angelegt, der einen weiteren Spin-Strom innerhalb der Magnetschicht induziert sowie ein Umschalten in einen weiteren magnetischen Status innerhalb der Magnetschicht, wobei der Lade- und der Spin-Strom jeweils entgegengesetzte Polaritäten zu denen des weiteren Ladungs- und Spin-Stroms haben; und worin der Magnetzustand ungleich dem weiteren Magnetzustand ist. In einer Ausführungsform während des Schreibvorgangs induziert der Ladestrom während des Schreibvorgangs den Spin-Strom, und der Magnetzustand basiert auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE). In einer Ausführungsform beinhaltet der Spin-Strom Elektronen mit einem ersten Spin entlang einer ersten Seite der Metallschicht und Elektronen mit einem zweiten Spin, dem ersten Spin entgegengesetzt, entlang einer zweiten Seite der Metallschicht, der ersten Seite entgegengesetzt; wobei der Spin-Strom orthogonal zum Ladestrom ist; und der Magnetzustand auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE) basiert. In einer Ausführungsform wird während eines Lesevorgangs ein Lesestrom über die Leseleitung an die Magnetschicht angelegt, dann weiter an die Metallschicht geführt, wo er innerhalb der Metallschicht einen weiteren Spin-Strom induziert, welcher ein elektrisches Feld generiert, sowie eine Spannung, basierend auf dem ISHE (Inverse Spin Hall Effect) an einem Abtastknoten, der an die Abtastleitung gekoppelt ist. In einer Ausführungsform wird die Polarität der Spannung anhand des magnetischen Zustandes innerhalb der Magnetschicht ermittelt. In einer Ausführungsform während des Lesevorgangs wird der Auslesestrom über die Ausleseleitung an die Magnetschicht und dann an die Metallschicht angelegt und induziert den weiteren Spin-Strom. In einer Ausführungsform beinhaltet der Auslesestrom einen Spin-polarisierten Strom mit einer Spin-Ausrichtung, basierend auf dem magnetischen Status innerhalb der Magnetschicht; und der Ladestrom verfügt nicht über eine vorherrschende Spin-Ausrichtung. In einer Ausführungsform beinhaltet der Auslesestrom einen Spin-polarisierten Strom, umfassend einen ersten Teil des Spin-Stroms mit einer ersten Spin-Ausrichtung und einem zweiten Teil des Spin-Stroms mit einer zweiten Spin-Ausrichtung, die der ersten Spin-Ausrichtung entgegengesetzt ist; wobei der erste Teil ungleich dem zweiten Teil ist; und wobei die Polarität und Höhe der Spannung beide darauf basieren, dass der erste Teil ungleich dem zweiten Teil ist. In einer Ausführungsform ist der Abtastknoten elektrisch mit einer Leitung - der Schreibleitung oder der Abtastleitung, die in der Speicherzelle enthalten sind - gekoppelt. in einer Ausführungsform ist die Magnetschicht mit der Metallschicht in einer Position zwischen Umschalt- und Abtastknoten gekoppelt. In einer Ausführungsform umfasst die Metallschicht eine Verlängerung, welche (a) einen Abtastknoten umfasst, (b) von der Metallschicht nach außen steht, und (c) orthogonal zur Metallschicht ist. In einer Ausführungsform umfasst die Zelle keinen magnetischen Tunnelübergang und keine andere Magnetschicht über die Magnetschicht hinaus. In einer Ausführungsform wird der Ladestrom von einer Versorgungsspannung von weniger als 0,3 Volt generiert. In einer Ausführungsform schneidet die Magnetschicht die Metallschicht in eine Position, welche über eine erste Oberfläche verfügt; während des Schreibvorgangs fließt der Ladestrom in einer ersten Richtung durch die Metallschicht; wobei die Metallschicht über eine erste Querschnittfläche verfügt, die senkrecht zur ersten Richtung ist; und wobei die Stromstärke des Spin-Stroms proportional zur ersten Oberfläche und umgekehrt proportional zur ersten Querschnittfläche ist. Eine Ausführungsform umfasst ein weiteres Schaltelement, welches zwischen der Magnetschicht und dem Ausleseknoten gekoppelt ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Magnetschicht einen Magneten, umfassend wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Eisen und Heusler-Legierung und die Metallschicht umfasst ein Spin-Orbital-Kupplungsmaterial, umfassend wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Platin, Tantal, Kupfer und Gold. Eine Ausführungsform umfasst eine mobile Rechenvorrichtung, umfassend wenigstens einen Prozessor, der, wie oben beschrieben, an die Speicherzelle gekoppelt ist.
Eine Ausführungsform beinhaltet einen Speicher, umfassend eine Magnetschicht, gekoppelt an eine Metallschicht; eine Word-Leitung, gekoppelt an die Metallschicht über ein Schaltelement und einen Schaltknoten; eine Schreibleitung, verbunden mit der Metallschicht über einen Schreibknoten; und eine Ausleseleitung, verbunden über mit der Magnetschicht über einen Ausleseknoten; und wenigstens einen Prozessor, an den Speicher gekoppelt, um Operationen durchzuführen, umfassend einen Schreibvorgang, worin der Ladestrom über die Schreibleitung an die Metallschicht angelegt ist und einen Spin-Strom und einen magnetischen Zustand innerhalb der Magnetschicht induziert. In einer Ausführungsform beinhaltet der Spin-Strom Elektronen mit einem ersten Spin entlang einer ersten Seite der Metallschicht und Elektronen mit einem zweiten Spin, dem ersten Spin entgegengesetzt, entlang einer zweiten Seite der Metallschicht, der ersten Seite entgegengesetzt; wobei der Spin-Strom orthogonal zum Ladestrom ist. In einer Ausführungsform wird während eines Lesevorgangs ein Lesestrom über die Leseleitung an die Magnetschicht angelegt, dann weiter an die Metallschicht geführt, wo er innerhalb der Metallschicht einen weiteren Spin-Strom induziert, welcher ein elektrisches Feld generiert, sowie eine Spannung, basierend auf dem ISHE an einem Abtastknoten, der an die Abtastleitung gekoppelt ist. In einer Ausführungsform wird die Polarität der Spannung anhand des magnetischen Zustandes innerhalb der Magnetschicht ermittelt. In einer Ausführungsform beinhaltet der Auslesestrom einen Spin-polarisierten Strom mit einer Spin-Ausrichtung, basierend auf dem magnetischen Status innerhalb der Magnetschicht; und der Ladestrom verfügt nicht über eine vorherrschende Spin-Ausrichtung. In einer Ausführungsform schneidet die Magnetschicht die Metallschicht in eine Position, welche über eine erste Oberfläche verfügt; während des Schreibvorgangs fließt der Ladestrom in einer ersten Richtung durch die Metallschicht; wobei die Metallschicht über eine erste Querschnittfläche verfügt, die senkrecht zur ersten Richtung ist; und wobei die Stromstärke des Spin-Stroms proportional zur ersten Oberfläche und umgekehrt proportional zur ersten Querschnittfläche ist.
Eine Ausführungsform umfasst eine Speicherzelle, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine Metallschicht auf dem Substrat; und eine ferromagnetische Schicht, welche die Metallschicht direkt berührt; worin keine zweite ferromagnetische Schicht die Metallschicht direkt berührt. In einer Ausführungsform hat die Metallschicht eine Metallschichtdicke, eine Metallschichtlänge und eine Metallschichtbreite und die ferromagnetische Schicht hat eine ferromagnetische Schichtdicke, eine ferromagnetische Schichtlänge und eine ferromagnetische Schichtbreite, welche länger ist als die ferromagnetische Schichtlänge, und die ferromagnetische Schichtebene ist kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform ist die Metallschichtbreite kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform ist die ferromagnetische Schichtbreite im Allgemeinen gleich der Metallschichtbreite. In einer Ausführungsform ist die ferromagnetische Schichtbreite kleiner als die Metallschichtbreite. In einer Ausführungsform hat die Metallschichtbreite eine erste laterale Grenze und eine zweite laterale Grenze und die ferromagnetische Schicht erstreckt sich über die erste laterale Grenze hinaus, nicht jedoch sich jedoch nicht über die zweite laterale Grenze hinaus. In einer Ausführungsform ist die ferromagnetische Schichtdicke nicht größer als 5 nm und die Metallschichtdicke nicht kleiner als 5 nm, und die ferromagnetische Schichtbreite nicht kleiner als 25 nm. In einer Ausführungsform umfasst die Metallschicht wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein 5d-Übergangsmetall. In einer Ausführungsform ist das Edelmetall wenigstens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Platin, Kupfer, Silber und Gold und das 5d-Übergangsmetall ist wenigstens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium und Quecksilber ist. In einer Ausführungsform umfasst die ferromagnetische Schicht wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Eisen und Heusler-Legierung. In einer Ausführungsform umfasst die Metallschicht wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein 4d-Übergangsmetall, wobei das Edelmetall wenigstens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Platin, Tantal, Kupfer, Silber und Gold ist, und worin das 4d-Übergangsmetall wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber und Cadminum ist. Eine Ausführungsform umfasst einen Auswahltransistor auf dem Substrat angrenzend an die Metallschicht, wobei der Auswahltransistor für eine elektrische Kopplung mit der Metallschicht über eine Source und einen Drain verfügt. Eine Ausführungsform umfasst einen ersten Kontakt, welcher direkt mit einem ersten Ende der Metallschicht verbunden ist, einen zweiten Kontakt, welcher direkt mit einem zweiten Ende der Metallschicht verbunden ist, einen dritten Kontakt, welcher direkt mit dem zweiten Ende der Metallschicht verbunden ist, und einen vierten Kontakt, welcher direkt mit der ferromagnetischen Schicht verbunden ist. In einer Ausführungsform befindet sich die ferromagnetische Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt. Eine Ausführungsform umfasst einen ersten Kontakt, welcher mit einem ersten Ende der Metallschicht verbunden ist; eine erste Verlängerung, umfassend einen zweiten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; und eine zweite Verlängerung, umfassend einen dritten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; worin sich die ferromagnetische Schicht zwischen dem ersten und zweiten Kontakt befindet. In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Verlängerung orthogonal zur Metallschicht, und die zweite Verlängerung steht von der Metallschicht in eine Richtung heraus, die der ersten Verlängerung entgegengesetzt ist, und die Metallschicht und die erste und die zweite Verlängerung sind coplanar zueinander. In einer Ausführungsform wird während eines Schreibvorgangs Ladestrom an die Metallschicht angelegt und induziert einen Spin-Strom und einen Magnetzustand innerhalb der Magnetschicht. In einer Ausführungsform während des Schreibvorgangs induziert der Ladestrom während des Schreibvorgangs den Spin-Strom, und der Magnetzustand basiert auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE). In einer Ausführungsform ist der Spin-Strom orthogonal zum Ladestrom.
Eine Ausführungsform umfasst eine Speicherzelle, die Folgendes umfasst: Ein Substrat, eine Metallschicht auf dem Substrat; und eine ferromagnetische Schicht auf der Metallschicht; worin sich keine Tunnelbarriere zwischen dem Metall und den ferromagnetischen Schichten befindet, und worin die Metallschicht wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein Übergangsmetall umfasst. In einer Ausführungsform hat die Metallschicht eine Metallschichtdicke, eine Metallschichtlänge und eine Metallschichtbreite und die ferromagnetische Schicht hat eine ferromagnetische Schichtdicke, eine ferromagnetische Schichtlänge und eine ferromagnetische Schichtbreite, welche länger ist als die ferromagnetische Schichtlänge, und die ferromagnetische Schichtebene ist kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform ist die Metallschichtbreite kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform berührt die ferromagnetische Schicht die Metallschicht direkt und ohne Verwendung einer Durchkontaktierung, und die Speicherzelle umfasst einen Wahltransistor auf dem Substrat, welcher eine Option - Source oder Drain - umfasst, um so eine elektrische Kopplung zur Metallschicht herzustellen. Eine Ausführungsform beinhaltet einen ersten Kontakt, der mit einem ersten Ende der Metallschicht verbunden ist; eine erste Verlängerung, umfassend einen zweiten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; und eine zweite Verlängerung, umfassend einen dritten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; worin sich die ferromagnetische Schicht zwischen dem ersten und zweiten Kontakt befindet. In einer Ausführungsform wird der Ladestrom während eines Schreibvorgangs an die Metallschicht angelegt und induziert einen Spin-Strom und einen Magnetzustand innerhalb der Magnetschicht, wobei der Ladestrom den Spin-Strom induziert und wobei der Magnetzustand auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE) basiert. In einer Ausführungsform ist der Spin-Strom orthogonal zum Ladestrom.
Eine Ausführungsform umfasst ein Substrat; eine Metallschicht auf dem Substrat; und eine ferromagnetische Schicht, welche die Metallschicht direkt berührt; worin keine zweite ferromagnetische Schicht die Metallschicht direkt berührt. In einer Ausführungsform hat die Metallschicht eine Metallschichtdicke, eine Metallschichtlänge und eine Metallschichtbreite und die ferromagnetische Schicht hat eine ferromagnetische Schichtdicke, eine ferromagnetische Schichtlänge und eine ferromagnetische Schichtbreite, welche länger ist als die ferromagnetische Schichtlänge, und die ferromagnetische Schichtebene ist kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform ist die Metallschichtbreite kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform ist die ferromagnetische Schichtbreite im Allgemeinen gleich der Metallschichtbreite. In einer Ausführungsform ist die ferromagnetische Schichtbreite kleiner als die Metallschichtbreite. In einer Ausführungsform hat die Metallschichtbreite eine erste laterale Grenze und eine zweite laterale Grenze und die ferromagnetische Schicht erstreckt sich über die erste laterale Grenze hinaus, nicht jedoch sich jedoch nicht über die zweite laterale Grenze hinaus. In einer Ausführungsform ist die ferromagnetische Schichtdicke nicht größer als 5 nm und die Metallschichtdicke nicht kleiner als 5 nm, und die ferromagnetische Schichtbreite nicht kleiner als 25 nm. In einer Ausführungsform umfasst die Metallschicht wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein 5d-Übergangsmetall. In einer Ausführungsform ist das Edelmetall wenigstens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Platin, Kupfer, Silber und Gold und das 5d-Übergangsmetall ist wenigstens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium und Quecksilber ist. In einer Ausführungsform umfasst die ferromagnetische Schicht wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Eisen und Heusler-Legierung. In einer Ausführungsform umfasst die Metallschicht wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein 4d-Übergangsmetall, wobei das Edelmetall wenigstens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Platin, Tantal, Kupfer, Silber und Gold ist, und worin das 4d-Übergangsmetall wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber und Cadminum ist. Ausführungsform umfasst einen Auswahltransistor auf dem Substrat angrenzend an die Metallschicht, wobei der Auswahltransistor für eine elektrische Kopplung mit der Metallschicht über eine Source und einen Drain verfügt. Eine Ausführungsform umfasst einen ersten Kontakt, welcher direkt mit einem ersten Ende der Metallschicht verbunden ist, einen zweiten Kontakt, welcher direkt mit einem zweiten Ende der Metallschicht verbunden ist, einen dritten Kontakt, welcher direkt mit dem zweiten Ende der Metallschicht verbunden ist, und einen vierten Kontakt, welcher direkt mit der ferromagnetischen Schicht verbunden ist. In einer Ausführungsform befindet sich die ferromagnetische Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt. Eine Ausführungsform beinhaltet einen ersten Kontakt, der direkt mit einem ersten Ende der Metallschicht verbunden ist; eine erste Verlängerung, umfassend einen zweiten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; und eine zweite Verlängerung, umfassend einen dritten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; worin sich die ferromagnetische Schicht zwischen dem ersten und zweiten Kontakt befindet. In einer Ausführungsform erstrecken sich die erste und die zweite Verlängerung jeweils in einem Winkel von wenigstens 45 Grad von der Metallschicht weg, die zweite Verlängerung erstreckt sich von der Metallschicht nach außen in eine Richtung im Allgemeinen entgegengesetzt der ersten Verlängerung, und die Metallschicht und die erste und die zweite Verlängerung sind generell coplanar zueinander. In einer Ausführungsform wird während eines Schreibvorgangs Ladestrom an die Metallschicht angelegt und induziert einen Spin-Strom und einen Magnetzustand innerhalb der Magnetschicht. In einer Ausführungsform während des Schreibvorgangs induziert der Ladestrom während des Schreibvorgangs den Spin-Strom, und der Magnetzustand basiert auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE). In einer Ausführungsform ist der Spin-Strom orthogonal zum Ladestrom.
Eine Ausführungsform umfasst eine Speicherzelle, die Folgendes umfasst: Ein Substrat, eine Metallschicht auf dem Substrat; und eine ferromagnetische Schicht auf der Metallschicht; worin sich keine Tunnelbarriere zwischen dem Metall und den ferromagnetischen Schichten befindet, und worin die Metallschicht wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein Übergangsmetall umfasst. In einer Ausführungsform hat die Metallschicht eine Metallschichtdicke, eine Metallschichtlänge und eine Metallschichtbreite und die ferromagnetische Schicht hat eine ferromagnetische Schichtdicke, eine ferromagnetische Schichtlänge und eine ferromagnetische Schichtbreite, welche länger ist als die ferromagnetische Schichtlänge, und die ferromagnetische Schichtebene ist kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform ist die Metallschichtbreite kürzer als die Metallschichtlänge. In einer Ausführungsform berührt die ferromagnetische Schicht die Metallschicht direkt und ohne Verwendung einer Durchkontaktierung, und die Speicherzelle umfasst einen Wahltransistor auf dem Substrat, welcher eine Option - Source oder Drain - umfasst, um so eine elektrische Kopplung zur Metallschicht herzustellen. Eine Ausführungsform umfasst einen ersten Kontakt, welcher direkt mit einem ersten Ende der Metallschicht verbunden ist; eine erste Verlängerung, umfassend einen zweiten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; und eine zweite Verlängerung, umfassend einen dritten Kontakt, welcher aus der Metallschicht heraussteht; worin sich die ferromagnetische Schicht zwischen dem ersten und zweiten Kontakt befindet. In einer Ausführungsform wird der Ladestrom während eines Schreibvorgangs an die Metallschicht angelegt und induziert einen Spin-Strom und einen Magnetzustand innerhalb der Magnetschicht, wobei der Ladestrom den Spin-Strom induziert und wobei der Magnetzustand auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE) basiert. In einer Ausführungsform ist der Spin-Strom im Allgemeinen orthogonal zum Ladestrom.

Claims

Speicherzelle (200), umfassend: ein Siliziumsubstrat (280); eine Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) auf dem Siliziumsubstrat (280), wobei die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) eingerichtet ist, über eine Abtastleitung (206, 207, 406, 506, 606, 706) mit einer zweiten Speicherzelle gekoppelt zu werden; eine ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725), welche die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) direkt berührt; einen Auswahltransistor (220, 320, 420, 520, 620, 720) auf dem Siliziumsubstrat (280) angrenzend an die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730), wobei der Auswahltransistor (220, 320, 420, 520, 620, 720) die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) an GND koppelt; und einen zweiten Transistor (760), der eingerichtet ist, eine Leseleitung (204, 404, 504, 604) der zweiten Speicherzelle mit der ferromagnetischen Schicht (225, 325, 425, 425, 525, 625, 725) zu koppeln, wenn auf der Speicherzelle (200) eine Leseoperation durchgeführt wird.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, worin die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) eine Metallschichtdicke, eine Metallschichtlänge und eine Metallschichtbreite hat, wobei die ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) eine ferromagnetische Schichtdicke, eine ferromagnetische Schichtlänge und eine ferromagnetische Schichtbreite hat, welche länger ist als die ferromagnetische Schichtlänge und wobei die ferromagnetische Schichtlänge kürzer ist als die Metall schi chtlänge.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 2, worin die Metallschichtbreite kürzer ist als die Metallschichtlänge.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 2, worin die ferromagnetische Schichtbreite gleich der Metallschichtbreite ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 2, worin die ferromagnetische Schichtbreite kleiner als die Metallschichtbreite ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 2, wobei die Metallschichtbreite eine erste laterale Grenze und eine zweite laterale Grenze hat, und worin sich die ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) über die erste laterale Grenze hinaus erstreckt, sich jedoch nicht über die zweite laterale Grenze hinaus erstreckt.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 2, worin die Schichtdicke der ferromagnetischen Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) nicht größer als 5 nm ist, worin die Schichtdicke der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) nicht kleiner als 5 nm ist, und worin die Schichtbreite der ferromagnetischen Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) nicht kleiner als 25 nm ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, worin die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein 5d-Übergangsmetall umfasst.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 8, worin das Edelmetall wenigstens ein Metall aus Platin, Kupfer, Silber und Gold ist, und worin das 5d-Übergangsmetall wenigstens eines der Gruppe aus Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium und Quecksilber ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 9, worin die ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) wenigstens ein Material aus Nickel, Kobalt, Eisen, Gadolinium und Heusler-Legierung umfasst.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, worin die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) wenigstens ein Edelmetall und wenigstens ein 4d-Übergangsmetall umfasst, wobei das Edelmetall wenigstens ein Metall aus Platin, Tantal, Kupfer, Silber und Gold beinhaltet, und worin das 4d-Übergangsmetall wenigstens ein Material aus Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber und Cadminum ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, umfassend einen ersten Kontakt, welcher direkt mit einem ersten Ende der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) verbunden ist, einen zweiten Kontakt, welcher direkt mit einem zweiten Ende der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) verbunden ist, einen dritten Kontakt, welcher direkt mit dem zweiten Ende der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) verbunden ist, und einen vierten Kontakt, welcher direkt mit der ferromagnetischen Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) verbunden ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 12, worin sich die ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt befindet.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, umfassend: einen ersten Kontakt, welcher direkt mit einem ersten Ende der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) verbunden ist, eine erste Verlängerung, umfassend einen zweiten Kontakt, die aus der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) hervorsteht; und eine zweite Verlängerung, umfassend einen dritten Kontakt, die aus der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) hervorsteht; worin sich die ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt befindet.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 14, worin sich die erste und die zweite Verlängerung jeweils in einem Winkel von wenigstens 45 Grad von der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) weg erstrecken, wobei sich die zweite Verlängerung von der Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) nach außen in eine Richtung entgegengesetzt der ersten Verlängerung erstreckt, und worin die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) und die erste und die zweite Verlängerung coplanar zueinander sind.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, worin der Ladestrom während eines Schreibvorgangs an die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) angelegt ist und einen Spin-Strom und einen Magnetzustand innerhalb der ferromagnetischen Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) induziert.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 16, worin der Ladestrom während des Schreibvorgangs den Spin-Strom induziert, und worin der Magnetzustand auf dem Spin-Hall-Effekt (SHE) basiert.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 17, worin der Spin-Strom orthogonal zum Ladestrom ist.
Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, worin die ferromagnetische Schicht (225, 325, 425, 525, 625, 725) die Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) direkt und ohne Verwendung einer Durchkontaktierung berührt, und worin der Auswahltransistor (220, 320, 420, 520, 620, 720) ein Source oder Drain umfasst, um so eine elektrische Kopplung zur Metallschicht (230, 330, 430, 530, 630, 730) herzustellen.