JP5075863B2 - Spin transistor, reconfigurable logic circuit including the spin transistor, and magnetic memory - Google Patents

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Description

本発明は、スピントランジスタ、このスピントランジスタを備えたリコンフィギャラブル論理回路および磁気メモリに関する。   The present invention relates to a spin transistor, a reconfigurable logic circuit including the spin transistor, and a magnetic memory.

近年、電子の電荷とスピンの性質を同時に利用した新しいデバイスの研究が盛んになってきている。その中の1つであるスピントランジスタは、ソース電極およびドレイン電極に磁性体を用い、ソース電極およびドレイン電極の相対的な磁化方向を変えることにより出力特性を制御する(例えば、非特許文献1参照)。すなわち、ソース電極およびドレイン電極の相対的な磁化方向が略平行なときにドレイン電流I が多くなり、相対的な磁化方向が略反平行(略逆方向)であるときにドレイン電流I APが少なくなることを利用する。 In recent years, research on new devices that simultaneously utilize the charge and spin properties of electrons has become active. One of them, a spin transistor, uses a magnetic material for a source electrode and a drain electrode, and controls output characteristics by changing the relative magnetization directions of the source electrode and the drain electrode (for example, see Non-Patent Document 1). ). That is, the drain current I D when the drain current I D P when the relative magnetization directions of the source electrode and the drain electrode is substantially parallel is increased, the relative magnetization directions are anti-parallel (substantially backward) Take advantage of less AP .

このスピントランジスタをメモリまたはリコンフィギュラブルロジック回路に用いる際には磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差を大きくする必要がある。 When this spin transistor is used in a memory or a reconfigurable logic circuit, it is necessary to increase the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel. There is.

S. Sugahara and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 84(2004)2307S. Sugahara and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 2307

しかしながら、後述するように、従来のスピントランジスタでは、電子と正孔の相互作用により、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値が減少するという問題がある。 However, as will be described later, in the conventional spin transistor, due to the interaction between electrons and holes, the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel, and the current I D AP when the magnetization direction is substantially anti-parallel, There is a problem that the absolute value of the difference between the two decreases.

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することのできるスピントランジスタ、このスピントランジスタを備えたリコンフィギャラブル論理回路および磁気メモリを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and is a current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and a current when the magnetization direction is substantially anti-parallel due to the interaction between electrons and holes. It is an object of the present invention to provide a spin transistor that can suppress a decrease in the absolute value of a difference from I D AP , a reconfigurable logic circuit including the spin transistor, and a magnetic memory.

本発明の第1の態様によるスピントランジスタは、表面にn型の半導体領域が設けられた半導体基板と、前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が前記半導体領域の半導体の価電子帯端よりも低いエネルギーを有する第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とする。   A spin transistor according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having an n-type semiconductor region provided on a surface thereof, and a source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor region so as to be spaced apart from each other, wherein the drain electrode Is provided on the semiconductor region, has a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and has a valence band edge having energy lower than that of the semiconductor in the semiconductor region; and A first ferromagnetic layer provided on the semiconductor layer, and the source electrode has a second ferromagnetic layer provided on the semiconductor region, the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain A gate electrode provided in the semiconductor region between the first electrode and the second electrode, wherein one of the first and second ferromagnetic layers has an invariable magnetization direction, and the other is magnetized. Direction is characterized in that it is a variable.

また、本発明の第2の態様によるスピントランジスタは、表面にp型半導体領域が設けられた半導体基板と、前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が前記半導体領域に形成される反転層の価電子帯端よりも低いエネルギーを有するn型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とする。   The spin transistor according to the second aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having a p-type semiconductor region provided on a surface thereof, and a source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor region so as to be spaced apart from each other. An electrode is provided on the semiconductor region and has an n-type first electrode having a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and having an energy lower than that of the valence band edge of the inversion layer formed in the semiconductor region. A source electrode and a drain electrode having a first semiconductor layer and a first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer, the source electrode having a second ferromagnetic layer provided on the semiconductor region And a gate electrode provided in the semiconductor region between the source electrode and the drain electrode, wherein one of the first and second ferromagnetic layers has a non-magnetization direction. , And the other is characterized in that the magnetization direction is variable.

また、本発明の第3の態様によるスピントランジスタは、表面にp型の半導体領域が設けられた半導体基板と、前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端が前記半導体領域の半導体の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とする。   A spin transistor according to a third aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having a p-type semiconductor region provided on a surface thereof, and a source electrode and a drain electrode provided separately on the semiconductor region, A drain electrode provided on the semiconductor region, having a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and having a conduction band edge higher than a conduction band edge of the semiconductor in the semiconductor region; a p-type first semiconductor layer; A first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer, the source electrode having a second ferromagnetic layer provided on the semiconductor region, and a source electrode and a drain electrode, and the source electrode A gate electrode provided in the semiconductor region between the first electrode and the drain electrode, wherein one of the first and second ferromagnetic layers has a magnetization direction unchanged, and the other It is characterized in that the magnetization direction is variable.

また、本発明の第4の態様によるスピントランジスタは、表面にn型の半導体領域が設けられた半導体基板と、前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端が前記半導体領域に形成される反転層の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とする。   A spin transistor according to a fourth aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having an n-type semiconductor region provided on a surface thereof, and a source electrode and a drain electrode provided separately on the semiconductor region, The drain electrode is provided on the semiconductor region, has a band gap larger than that of the semiconductor of the semiconductor region, and has a p-type first having a conduction band edge higher than the conduction band edge of the inversion layer formed in the semiconductor region. A source layer and a drain electrode having a semiconductor layer and a first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer, the source electrode having a second ferromagnetic layer provided on the semiconductor region; A gate electrode provided in the semiconductor region between the source electrode and the drain electrode, wherein one of the first and second ferromagnetic layers has an invariable magnetization direction. There, the other is characterized in that the magnetization direction is variable.

また、本発明の第5の態様によるリコンフィギャラブル論理回路は、2つの電界効果トランジスタを備え、前記2つの電界効果トランジスタのうち少なくとも一方が第1乃至第4の態様のいずれかのスピントランジスタであり、前記2つの電界効果トランジスタには共通のフローティングゲートが設けられていることを特徴とする。   The reconfigurable logic circuit according to the fifth aspect of the present invention includes two field effect transistors, and at least one of the two field effect transistors is the spin transistor according to any one of the first to fourth aspects. In addition, the two field effect transistors are provided with a common floating gate.

また、本発明の第6の態様による磁気メモリは、第1および第2の態様のいずれかのスピントランジスタと、前記第1強磁性層に電気的に接続された第1ビット線と、前記第2強磁性層に電気的に接続された第2ビット線と、前記ゲート電極に電気的に接続されたワード線とを備えていることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a magnetic memory comprising: the spin transistor according to any one of the first and second aspects; a first bit line electrically connected to the first ferromagnetic layer; And a second bit line electrically connected to the two ferromagnetic layers and a word line electrically connected to the gate electrode.

本発明によれば、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 According to the present invention, the absolute value of the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes is reduced. Can be suppressed.

スピントランジスタの断面図。Sectional drawing of a spin transistor. スピントランジスタの問題点を説明する図。The figure explaining the problem of a spin transistor. 本発明の一実施形態によるnチャネルスピントランジスタのエネルギーバンド図。FIG. 3 is an energy band diagram of an n-channel spin transistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるpチャネルスピントランジスタのエネルギーバンド図。FIG. 3 is an energy band diagram of a p-channel spin transistor according to an embodiment of the present invention. 第1実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by the modification of 1st Embodiment. 変形例のスピントランジスタのエネルギーバンド図。The energy band figure of the spin transistor of a modification. 第2実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 2nd Embodiment. 第2実施形態のスピントランジスタのエネルギーバンド図。The energy band figure of the spin transistor of 2nd Embodiment. 第3実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 3rd Embodiment. 第4実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 4th Embodiment. 第5実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 5th Embodiment. 第6実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 6th Embodiment. 第7実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 7th Embodiment. 第8実施形態によるスピントランジスタの断面図。Sectional drawing of the spin transistor by 8th Embodiment. 第9実施形態による論理回路を示す回路図。A circuit diagram showing a logic circuit by a 9th embodiment. 第9実施形態の論理回路の出力のフローティングゲート電圧依存性を示す図。The figure which shows the floating gate voltage dependence of the output of the logic circuit of 9th Embodiment. 第9実施形態の論理回路がAND回路として機能する場合の論理表を示す図。The figure which shows a logic table in case the logic circuit of 9th Embodiment functions as an AND circuit. 第9実施形態の論理回路がOR回路として機能する場合の論理表を示す図。The figure which shows a logic table in case the logic circuit of 9th Embodiment functions as an OR circuit. 第9実施形態の第1変形例による論理回路を示す図。The figure which shows the logic circuit by the 1st modification of 9th Embodiment. 第9実施形態の第2変形例による論理回路を示す図。The figure which shows the logic circuit by the 2nd modification of 9th Embodiment. 第10実施形態のMRAMの主要部の回路図。The circuit diagram of the principal part of MRAM of 10th Embodiment. 本発明の一実施形態によるnチャネルスピントランジスタのエネルギーバンド図。FIG. 3 is an energy band diagram of an n-channel spin transistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるpチャネルスピントランジスタのエネルギーバンド図。FIG. 3 is an energy band diagram of a p-channel spin transistor according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施形態を説明する前に本発明に至った経緯について説明する。   Before explaining the embodiments of the present invention, the background to the present invention will be described.

まず、図1に示すスピントランジスタにおいて、電子と正孔の相互作用によって、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値が減少する理由を説明する。このスピントランジスタは、図1に示すように、半導体基板10の表面部分に設けられるチャネル領域12となる半導体領域に形成される。このチャネル領域12となる半導体領域上にはゲート絶縁膜210を挟むようにゲート電極212が設けられている。このゲート電極212を挟む半導体領域の一方の領域(ソース側の領域)上にはトンネルバリア層202aを挟むように強磁性からなるソース電極204aが設けられている。また、他方の領域(ドレイン側の領域)上にはトンネルバリア層202bを挟むように強磁性体からなるドレイン電極204bが設けられている。なお、図1に示すスピントランジスタにおいては、強磁性体からなるソース電極204aの磁化方向は固定され、強磁性体からなるドレイン電極204bの磁化方向は可変となっている。 First, in the spin transistor shown in FIG. 1, due to the interaction between electrons and holes, the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel. The reason why the absolute value decreases will be explained. As shown in FIG. 1, the spin transistor is formed in a semiconductor region that becomes a channel region 12 provided on the surface portion of the semiconductor substrate 10. A gate electrode 212 is provided on the semiconductor region to be the channel region 12 so as to sandwich the gate insulating film 210. On one region (source side region) of the semiconductor region sandwiching the gate electrode 212, a ferromagnetic source electrode 204a is provided so as to sandwich the tunnel barrier layer 202a. A drain electrode 204b made of a ferromagnetic material is provided on the other region (region on the drain side) so as to sandwich the tunnel barrier layer 202b. In the spin transistor shown in FIG. 1, the magnetization direction of the source electrode 204a made of a ferromagnetic material is fixed, and the magnetization direction of the drain electrode 204b made of a ferromagnetic material is variable.

このスピントランジスタのソース電極204aとドレイン電極204b間にバイアス電圧を印加した際のエネルギーバンド図を図2に示す。この図2からわかるように、ソース電極204aおよびドレイン電極204bの近傍では、強磁性体/トンネルバリア層/半導体(チャネル領域)からなる、いわゆるMISダイオードが形成されている。このMISダイオードが形成されているために、ソース電極204aとドレイン電極204bとの間にバイアスを印加すると、ソース電極204aからチャネル領域12へ電子が注入されるだけでなく、ドレイン電極204bからチャネル領域12へ正孔が注入される。すなわち、チャネル領域12中を電子と正孔の2種類のキャリアが走行することになる。一般に、チャネル領域12中に電子と正孔が同時に存在すると、これらの電子と正孔は相互作用してスピン緩和を引き起こし、磁気抵抗比が低減すること、すなわち磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少することがBAP(Bir,Aronov,Pikus)機構として知られている。 FIG. 2 shows an energy band diagram when a bias voltage is applied between the source electrode 204a and the drain electrode 204b of the spin transistor. As can be seen from FIG. 2, in the vicinity of the source electrode 204a and the drain electrode 204b, a so-called MIS diode made of ferromagnetic material / tunnel barrier layer / semiconductor (channel region) is formed. Since this MIS diode is formed, when a bias is applied between the source electrode 204a and the drain electrode 204b, electrons are not only injected from the source electrode 204a into the channel region 12, but also from the drain electrode 204b to the channel region. Holes are injected into 12. That is, two types of carriers of electrons and holes travel in the channel region 12. In general, when electrons and holes are present in the channel region 12 at the same time, these electrons and holes interact to cause spin relaxation, reducing the magnetoresistance ratio, that is, the current when the magnetization directions are substantially parallel. It is known as a BAP (Bir, Aronov, Pikus) mechanism that the absolute value of the difference between I D P and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel.

そこで、本発明者達は、スピン緩和を抑えてI と、I APとの差の絶対値を大きくするためには、電子と正孔のうち少数キャリアの注入を抑制する必要があり、少数キャリアの注入を抑制するために、トンネルバリア層と、チャネル領域となる半導体領域との間に(半導体領域の半導体よりも)大きなバンドギャップを有する半導体層を挿入すれば良いと考えた。一例として、チャネル領域にn型GaAs、挿入される半導体層にn型AlGaAsを用いた、デプレッション型、すなわちチャネル領域となる半導体領域と、挿入される半導体層とが同じ導電型であるn型スピントランジスタの場合のエネルギーバンド図を図3に示す。この図3は、デプレッション型のn型スピントランジスタがオン状態、すなわちゲートに電圧が印加されないときのエネルギーバンド図である。挿入される半導体層のAlGaAsは高濃度にドープされているので電子に対する障壁は低くなっているが、そのバンドギャップが半導体領域のGaAsのバンドギャップよりも大きいので正孔に対する障壁となる。このように構成されたトランジスタにおいては、チャネル領域への正孔の注入が抑制されるため電子と正孔の相互作用によるスピン緩和が抑制される。すなわち、I と、I APの差の絶対値を大きくすることができる。 Therefore, the present inventors need to suppress the injection of minority carriers out of electrons and holes in order to suppress the spin relaxation and increase the absolute value of the difference between I D P and I D AP . In order to suppress minority carrier injection, it was considered that a semiconductor layer having a larger band gap (than the semiconductor in the semiconductor region) may be inserted between the tunnel barrier layer and the semiconductor region to be a channel region. As an example, n type GaAs is used for the channel region, and n + type AlGaAs is used for the semiconductor layer to be inserted. Depletion type, that is, the semiconductor region to be the channel region and the semiconductor layer to be inserted have the same conductivity type. FIG. 3 shows an energy band diagram in the case of the type spin transistor. FIG. 3 is an energy band diagram when the depletion type n-type spin transistor is in an ON state, that is, when no voltage is applied to the gate. Since AlGaAs in the semiconductor layer to be inserted is highly doped, the barrier against electrons is low. However, since the band gap is larger than the band gap of GaAs in the semiconductor region, it becomes a barrier against holes. In the transistor thus configured, injection of holes into the channel region is suppressed, so that spin relaxation due to interaction between electrons and holes is suppressed. That is, the absolute value of the difference between I D P and I D AP can be increased.

上述の説明と図3からわかるように、チャネル領域となる半導体領域がn型半導体からなる場合は、半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が半導体領域の半導体の価電子帯端よりも低いエネルギーを有する半導体層を、ドレイン側のチャネル領域(半導体領域)とトンネルバリア層との間に挿入すれば、少数キャリアである正孔のチャネル領域への注入を抑制することができる。   As can be seen from the above description and FIG. 3, when the semiconductor region serving as the channel region is formed of an n-type semiconductor, the band gap is larger than the semiconductor in the semiconductor region and the valence band edge of the semiconductor in the semiconductor region is If a semiconductor layer having energy lower than that of the edge is inserted between the drain-side channel region (semiconductor region) and the tunnel barrier layer, injection of holes that are minority carriers into the channel region can be suppressed. .

一方、チャネル領域となる半導体領域がp型半導体からなる場合、例えば、チャネル領域にp型GaAs、挿入される半導体層にp型AlGaAsを用いた場合、デプレッション型のp型スピントランジスタのエネルギーバンド図を図4に示す。この図4は、図3と同様に、デプレッション型のp型スピントランジスタがオン状態、すなわちゲートに電圧が印加されないときのエネルギーバンド図である。この場合、挿入される半導体層のAlGaAsは高濃度にドープされているので正孔に対する障壁は低くなっているが、そのバンドギャップがチャネル領域のGaAsのバンドギャップよりも大きいので電子に対する障壁となる。そして、この場合も、チャネル領域となる半導体領域がn型半導体からなる場合と同様に、チャネル領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端がチャネル領域の半導体の伝導帯端よりも高いエネルギーを有する半導体層を、ドレイン側のチャネル領域とトンネルバリア層との間に挿入すれば、少数キャリアである電子のチャネル領域への注入を抑制することができる。 On the other hand, when the semiconductor region to be the channel region is made of a p-type semiconductor, for example, when p type GaAs is used for the channel region and p + type AlGaAs is used for the semiconductor layer to be inserted, the energy of the depletion type p type spin transistor A band diagram is shown in FIG. FIG. 4 is an energy band diagram when the depletion type p-type spin transistor is in the ON state, that is, when no voltage is applied to the gate, as in FIG. In this case, AlGaAs in the semiconductor layer to be inserted is heavily doped, so the barrier to holes is low, but its band gap is larger than the band gap of GaAs in the channel region, so it becomes a barrier to electrons. . In this case, as in the case where the semiconductor region serving as the channel region is formed of an n-type semiconductor, the band gap is larger than that of the semiconductor in the channel region and the conduction band edge is higher than the conduction band edge of the semiconductor in the channel region. By inserting a semiconductor layer having N between the channel region on the drain side and the tunnel barrier layer, injection of electrons that are minority carriers into the channel region can be suppressed.

なお、上記説明では、スピントランジスタはデプレッション型であった。しかし、スピントランジスタがエンハンスメント型、すなわちチャネル領域と、挿入される半導体層とが異なる導電型である場合でも、挿入される半導体層を、デプレッション型と同様の特性を有する半導体層とすることにより、少数キャリアのチャネル領域への注入を抑制することができる。すなわち、チャネル領域となる半導体領域がp型半導体からなる場合は、図23に示すように、半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端がオン状態の半導体領域の半導体(すなわちゲートに電圧が印加され、半導体領域に生じる反転層(n型))の価電子帯端よりも低いエネルギーを有するn型の半導体層を、ドレイン側のチャネル領域(半導体領域)とトンネルバリア層との間に挿入すれば、少数キャリアである正孔のチャネル領域への注入を抑制することができる。   In the above description, the spin transistor is a depletion type. However, even if the spin transistor is an enhancement type, that is, the channel region and the semiconductor layer to be inserted are of different conductivity types, the semiconductor layer to be inserted is a semiconductor layer having the same characteristics as the depletion type, Injection of minority carriers into the channel region can be suppressed. That is, when the semiconductor region to be the channel region is made of a p-type semiconductor, as shown in FIG. 23, the semiconductor in the semiconductor region having a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and having the valence band edge turned on (ie, the gate). Is applied to the n-type semiconductor layer having energy lower than the valence band edge of the inversion layer (n-type) generated in the semiconductor region, and the drain-side channel region (semiconductor region) and the tunnel barrier layer If inserted between them, injection of holes, which are minority carriers, into the channel region can be suppressed.

また、チャネル領域となる半導体領域がn型半導体からなる場合は、図24に示すように、半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端がオン状態の半導体領域の半導体(すなわちゲートに電圧が印加され、チャネル領域に生じる反転層(p型))の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の半導体層を、ドレイン側のチャネル領域(半導体領域)とトンネルバリア層との間に挿入すれば、少数キャリアである電子のチャネル領域への注入を抑制することができる。   Further, when the semiconductor region to be the channel region is made of an n-type semiconductor, as shown in FIG. 24, the semiconductor in the semiconductor region having a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and having the conduction band edge turned on (that is, in the gate). A p-type semiconductor layer having a higher energy than the conduction band edge of the inversion layer (p-type) generated in the channel region is applied between the drain-side channel region (semiconductor region) and the tunnel barrier layer. If inserted, injection of electrons, which are minority carriers, into the channel region can be suppressed.

以上の説明では、チャネル領域と挿入される半導体層に、それぞれGaAsとAlGaAsを用いた例を示したが、他の組み合わせについても適用することができる。例えば、SiGeとSiの組み合わせ、GeとSiGeの組み合わせなどである。他にも、III−V族半導体同士の組み合わせ、III−V族半導体とIV族半導体の組み合わせなどにも適用することができる。例えば、InGaAsとGaAsの組み合わせ、InPとGaAsの組み合わせなどである。   In the above description, an example is shown in which GaAs and AlGaAs are used for the channel region and the semiconductor layer to be inserted, respectively, but other combinations can also be applied. For example, a combination of SiGe and Si, a combination of Ge and SiGe, or the like. In addition, the present invention can also be applied to combinations of III-V semiconductors, III-V semiconductors, and IV semiconductors. For example, a combination of InGaAs and GaAs, a combination of InP and GaAs, or the like.

本発明は、本発明者達の上記知見に基づいてなされたものであり、以下に実施形態として図面を参照して説明する。   The present invention has been made based on the above findings of the present inventors, and will be described below as an embodiment with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態によるスピントランジスタの断面を図5に示す。本実施形態のスピントランジスタは、図5に示すように、半導体基板10の表面部分に設けられるチャネル領域12となる半導体領域に形成される。なお、半導体領域は、半導体基板の一部の領域であってもよいし、半導体基板に形成されたウェル領域であってもよい。また、SOI(Silicon On Insulator)基板のSOI層であってもよい。このチャネル領域12となる半導体領域上にはゲート構造20が設けられている。このゲート構造20は、チャネル領域12上に形成されたゲート絶縁膜22と、このゲート絶縁膜22上に形成されたゲート電極24と、このゲート電極24上に形成された接続電極26とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 5 shows a cross section of the spin transistor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the spin transistor of this embodiment is formed in a semiconductor region that becomes a channel region 12 provided on the surface portion of the semiconductor substrate 10. The semiconductor region may be a partial region of the semiconductor substrate or a well region formed in the semiconductor substrate. Further, it may be an SOI layer of an SOI (Silicon On Insulator) substrate. A gate structure 20 is provided on the semiconductor region to be the channel region 12. The gate structure 20 includes a gate insulating film 22 formed on the channel region 12, a gate electrode 24 formed on the gate insulating film 22, and a connection electrode 26 formed on the gate electrode 24. ing.

また、ゲート構造20を挟む半導体領域の一方の領域(ソース側の領域)上にはソース電極30aが設けられ、他方の領域(ドレイン側の領域)上にはドレイン電極30bが設けられている。ソース電極30aは、半導体領域上に形成された半導体層31aと、この半導体層31a上に形成されたトンネルバリア層33aと、このトンネルバリア層33a上に形成された強磁性層34aと、この強磁性層34a上に形成された接続電極38aとを備えている。また、ドレイン電極30bは、半導体領域上に形成された半導体層31bと、この半導体層31b上に形成されたトンネルバリア層33bと、このトンネルバリア層33b上に形成された強磁性層34bと、この強磁性層34b上に形成された非磁性層35bと、この非磁性層35b上に形成された強磁性層36bと、この強磁性層36b上に形成された接続電極38bとを備えている。なお、ドレイン電極30bは、非磁性層35bおよび強磁性層36bを削除した構成とすることもできる。   Further, a source electrode 30a is provided on one region (source side region) of the semiconductor region sandwiching the gate structure 20, and a drain electrode 30b is provided on the other region (drain side region). The source electrode 30a includes a semiconductor layer 31a formed on the semiconductor region, a tunnel barrier layer 33a formed on the semiconductor layer 31a, a ferromagnetic layer 34a formed on the tunnel barrier layer 33a, And a connection electrode 38a formed on the magnetic layer 34a. The drain electrode 30b includes a semiconductor layer 31b formed on the semiconductor region, a tunnel barrier layer 33b formed on the semiconductor layer 31b, a ferromagnetic layer 34b formed on the tunnel barrier layer 33b, A nonmagnetic layer 35b formed on the ferromagnetic layer 34b, a ferromagnetic layer 36b formed on the nonmagnetic layer 35b, and a connection electrode 38b formed on the ferromagnetic layer 36b are provided. . Note that the drain electrode 30b may have a configuration in which the nonmagnetic layer 35b and the ferromagnetic layer 36b are omitted.

チャネル領域12となる半導体領域がn型半導体の場合は、半導体層31a、31bは、n型であり、半導体領域(チャネル領域)の半導体のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しかつ価電子帯の上端が半導体領域(チャネル領域)の半導体の価電子帯の上端よりも低いエネルギーを有している。この場合、ドレイン電極30bに半導体層31bを設け、ソース電極30aの半導体層31aを削除しても、少数キャリアである正孔のチャネル領域12への注入を抑制することができる。   When the semiconductor region to be the channel region 12 is an n-type semiconductor, the semiconductor layers 31a and 31b are n-type, have a band gap larger than the semiconductor band gap of the semiconductor region (channel region), and have a valence band. Has a lower energy than the upper end of the semiconductor valence band of the semiconductor region (channel region). In this case, even if the semiconductor layer 31b is provided in the drain electrode 30b and the semiconductor layer 31a of the source electrode 30a is deleted, injection of holes that are minority carriers into the channel region 12 can be suppressed.

また、チャネル領域12となる半導体領域がp型半導体の場合は、半導体層31a、31bは、p型であり、半導体領域(チャネル領域)の半導体のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しかつ伝導帯の下端が半導体領域(チャネル領域)の半導体の伝導帯の下端よりも高いエネルギーを有している。この場合、ドレイン電極30bに半導体層31bを設け、ソース電極30aの半導体層31aを削除しても、少数キャリアである電子のチャネル領域12への注入を抑制することができる。   When the semiconductor region to be the channel region 12 is a p-type semiconductor, the semiconductor layers 31a and 31b are p-type, have a band gap larger than the semiconductor band gap of the semiconductor region (channel region) and are conductive. The lower end of the band has higher energy than the lower end of the semiconductor conduction band of the semiconductor region (channel region). In this case, even if the semiconductor layer 31b is provided in the drain electrode 30b and the semiconductor layer 31a of the source electrode 30a is deleted, injection of electrons that are minority carriers into the channel region 12 can be suppressed.

トンネルバリア層33a、33bをソース電極30aおよびドレイン電極30bに設けたことにより、半導体基板10の表面と強磁性層34aとの間で生じうる反応や、半導体基板10の表面と強磁性層34bとの間で生じうる反応をそれぞれ防止する役割を果たす。したがって、強磁性層34aと半導体基板10の表面との間の接合、および強磁性層34bと半導体基板10の表面との間の接合を良好に形成することができ、トランジスタの製造歩留まりを向上させることが可能である。さらに、トンネルバリア層33a、33bを設けたことにより、チャネル領域12に高スピン偏極率でキャリアを注入できる。その結果、強磁性層34aや強磁性層34bの磁化方向の変化に伴うコンダクタンスの変化を大きくとることができる。なお、求められるトランジスタの性能等に応じて、半導体基板10の表面と強磁性層34aとの間および半導体基板10の表面と強磁性層34bとの間のうち片方のみにトンネルバリア層を形成する構造を採用することも可能である。   By providing the tunnel barrier layers 33a and 33b on the source electrode 30a and the drain electrode 30b, reactions that may occur between the surface of the semiconductor substrate 10 and the ferromagnetic layer 34a, and the surface of the semiconductor substrate 10 and the ferromagnetic layer 34b Each plays a role in preventing reactions that may occur. Therefore, the junction between the ferromagnetic layer 34a and the surface of the semiconductor substrate 10 and the junction between the ferromagnetic layer 34b and the surface of the semiconductor substrate 10 can be well formed, and the manufacturing yield of the transistor is improved. It is possible. Further, by providing the tunnel barrier layers 33a and 33b, carriers can be injected into the channel region 12 with a high spin polarization. As a result, a large change in conductance accompanying a change in the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a or the ferromagnetic layer 34b can be obtained. Note that a tunnel barrier layer is formed only on one of the surface of the semiconductor substrate 10 and the ferromagnetic layer 34a and between the surface of the semiconductor substrate 10 and the ferromagnetic layer 34b in accordance with the required transistor performance and the like. It is also possible to adopt a structure.

ソース電極30aの強磁性層34aの磁化方向は固定されており(不変であり)、ドレイン電極30bの強磁性層34bの磁化方向は可変である。また、ドレイン電極30bの強磁性層36bの磁化方向は固定され(不変とされ)、強磁性層34aの磁化方向と略平行となっている。なお、ドレイン電極30bにおいて、強磁性層36bの磁化方向が強磁性層34aの磁化方向と略平行となるように固定されていることにより、強磁性層34bの磁化方向をスピン注入電流によって反転する際に、強磁性層34bの磁化に働くスピントルクを、強磁性層36bを設けない場合に比べて、大きくすることができる。また、接続電極26、38a、38bは保護層の役割も兼ねている。   The magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a of the source electrode 30a is fixed (invariable), and the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34b of the drain electrode 30b is variable. In addition, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 36b of the drain electrode 30b is fixed (invariable) and is substantially parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a. In the drain electrode 30b, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34b is reversed by the spin injection current because the magnetization direction of the ferromagnetic layer 36b is fixed so as to be substantially parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a. At this time, the spin torque acting on the magnetization of the ferromagnetic layer 34b can be increased as compared with the case where the ferromagnetic layer 36b is not provided. The connection electrodes 26, 38a, and 38b also serve as a protective layer.

本実施形態のスピントランジスタにおいては、ソース電極30aの接続電極38aと、ドレイン電極30bの接続電極38bとの間に電圧を印加した際の電流は、ゲート構造20の接続電極26に印加された電圧、および強磁性層34aと強磁性層34bとの相対的な磁化方向に依存する。すなわち、ゲート構造20にゲート電圧が印加された際に、強磁性層34aと強磁性層34bとの相対的な磁化方向が略平行であれば、大きな電流I が流れ、略反平行であれば小さな電流I APが流れる。なお、半導体や磁性体の構成を変えることによって、強磁性層34aと強磁性層34bとの相対的な磁化方向が略平行であれば小さな電流I が流れ、略反平行であれば大きな電流I APが流れるように構成することもできる。 In the spin transistor of this embodiment, the current when a voltage is applied between the connection electrode 38a of the source electrode 30a and the connection electrode 38b of the drain electrode 30b is the voltage applied to the connection electrode 26 of the gate structure 20. And the relative magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 34b. That is, when the gate voltage is applied to the gate structure 20, if the relative magnetization directions of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 34b are substantially parallel, a large current I D P flows and is substantially antiparallel. small current I D AP flows, if any. It should be noted that by changing the configuration of the semiconductor or magnetic material, a small current I D P flows if the relative magnetization directions of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 34b are substantially parallel, and large if they are approximately antiparallel. It can also be configured such that current I D AP flows.

この略平行な場合の電流と、略反平行場合の電流との差の絶対値が大きいほど、スピントランジスタとしての性能は高くなる。この電流差は強磁性層のスピン偏極率、強磁性層からチャネル領域へのスピン注入効率、チャネル領域中でのスピン緩和に依存する。また、ソース電極30aの接続電極38aと、ドレイン電極30bの接続電極38bとの間に印加するバイアス電圧を変化させると、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差も変化する。 The larger the absolute value of the difference between the current in the case of being substantially parallel and the current in the case of being substantially antiparallel, the higher the performance as a spin transistor. This current difference depends on the spin polarization rate of the ferromagnetic layer, the spin injection efficiency from the ferromagnetic layer to the channel region, and the spin relaxation in the channel region. Further, when the bias voltage applied between the connection electrode 38a of the source electrode 30a and the connection electrode 38b of the drain electrode 30b is changed, the current I D P when the magnetization directions are substantially parallel and the magnetization direction are substantially opposite. also it changes the difference between the current I D AP when parallel.

次に、図5に示す本実施形態のスピントランジスタの製造方法について説明する。まず、半導体基板10に不純物を導入しアニールすることによりチャネル領域12となる半導体領域を形成する。その後、MBE(Molecular Beam Epitaxy)やCVD(Chemical Vapor Deposition)などを用いて、上記半導体領域上に半導体層31a、31bを形成し、その後ゲートとなる部分の半導体層をエッチングによって除去し、チャネル領域12となる半導体領域を露出させる。続いて、この露出した半導体領域上にゲート絶縁膜22およびゲート電極24を形成する。次に、トンネルバリア層33a、33bと、強磁性層34a、34bを順次形成する。その後、ドレイン電極側に非磁性層35b、強磁性層36bを形成する。続いて、保護膜の役割も兼ねる接続電極38a、26、および38bを、強磁性層34a、ゲート電極24、および強磁性層36b上にそれぞれ形成する。最後に、強磁性層34a、強磁性層34b、強磁性層36bに磁気異方性を付与するために磁場中において、270℃で1時間のアニールを行う。   Next, a method for manufacturing the spin transistor of this embodiment shown in FIG. 5 will be described. First, a semiconductor region to be the channel region 12 is formed by introducing impurities into the semiconductor substrate 10 and annealing. Thereafter, using MBE (Molecular Beam Epitaxy), CVD (Chemical Vapor Deposition), etc., semiconductor layers 31a and 31b are formed on the semiconductor region, and then the semiconductor layer as a gate is removed by etching to form a channel region. The semiconductor region to be 12 is exposed. Subsequently, a gate insulating film 22 and a gate electrode 24 are formed on the exposed semiconductor region. Next, tunnel barrier layers 33a and 33b and ferromagnetic layers 34a and 34b are sequentially formed. Thereafter, a nonmagnetic layer 35b and a ferromagnetic layer 36b are formed on the drain electrode side. Subsequently, connection electrodes 38a, 26, and 38b that also serve as a protective film are formed on the ferromagnetic layer 34a, the gate electrode 24, and the ferromagnetic layer 36b, respectively. Finally, annealing is performed at 270 ° C. for 1 hour in a magnetic field in order to impart magnetic anisotropy to the ferromagnetic layer 34a, the ferromagnetic layer 34b, and the ferromagnetic layer 36b.

以上説明したように、本実施形態のスピントランジスタは、半導体領域(チャネル領域)12と、トンネルバリア層との間に半導体層31a、31bが設けられている。そして、半導体領域(チャネル領域)12がn型半導体の場合には、これらのn型の半導体層31a、31は、半導体領域(チャネル領域)12の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯の上端が半導体領域(チャネル領域)の半導体の価電子帯の上端よりも低いエネルギーを有しているので、少数キャリアとなる正孔のチャネル領域への注入を抑制することが可能となる。このため、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 As described above, in the spin transistor of this embodiment, the semiconductor layers 31a and 31b are provided between the semiconductor region (channel region) 12 and the tunnel barrier layer. When the semiconductor region (channel region) 12 is an n-type semiconductor, these n-type semiconductor layers 31a and 31 have a band gap larger than that of the semiconductor of the semiconductor region (channel region) 12 and have a valence band. Since the upper end has energy lower than the upper end of the semiconductor valence band of the semiconductor region (channel region), it is possible to suppress the injection of holes serving as minority carriers into the channel region. For this reason, the decrease in the absolute value of the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes is suppressed. be able to.

また、半導体領域(チャネル領域)12がp型半導体の場合には、p型の半導体層31a、31bは、半導体領域(チャネル領域)の半導体のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しかつ伝導帯の下端が半導体領域(チャネル領域)の半導体の伝導帯の下端よりも高いエネルギーを有している。このため、正孔と少数キャリアとなる電子の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 When the semiconductor region (channel region) 12 is a p-type semiconductor, the p-type semiconductor layers 31a and 31b have a larger band gap than the semiconductor band gap of the semiconductor region (channel region) and have a conduction band. Has a higher energy than the lower end of the semiconductor conduction band of the semiconductor region (channel region). For this reason, the absolute value of the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially anti-parallel due to the interaction between the holes and the electrons serving as minority carriers. Reduction can be suppressed.

なお、本実施形態では、電極30aをソース電極として用い、電極30bをドレイン電極として用いたが、電極30aをドレイン電極として用い、電極30bをソース電極として用いてもよい。   In the present embodiment, the electrode 30a is used as the source electrode and the electrode 30b is used as the drain electrode. However, the electrode 30a may be used as the drain electrode and the electrode 30b may be used as the source electrode.

(変形例)
次に、本実施形態の一変形例によるスピントランジスタの断面を図6に示す。この変形例のスピントランジスタは、図5に示す第1実施形態のスピントランジスタにおいて、ソース電極30aおよびドレイン電極30bのトンネルバリア層31a、31bを削除した構成となっている。
(Modification)
Next, FIG. 6 shows a cross section of a spin transistor according to a modification of the present embodiment. The spin transistor of this modification has a configuration in which the tunnel barrier layers 31a and 31b of the source electrode 30a and the drain electrode 30b are omitted from the spin transistor of the first embodiment shown in FIG.

本変形例のスピントランジスタにおいて、チャネル領域にn型GaAs、半導体層31a、31bにn型AlGaAsを用いた場合のエネルギーバンド図を図7に示す。半導体層31a、31bのAlGaAsは高濃度にドープされているので電子に対する障壁は低くなっているが、そのバンドギャップがチャネル領域のGaAsのバンドギャップよりも大きく、かつ価電子帯の上端が半導体領域(チャネル領域)の半導体の価電子帯の上端よりも低いエネルギーを有しているので、正孔に対する障壁となる。したがって、この場合、チャネル領域への正孔の注入が抑制されるため電子と正孔の相互作用によるスピン緩和が抑制される。すなわち、I と、I APの差の絶対値を大きくすることができる。 FIG. 7 shows an energy band diagram in the case where n type GaAs is used for the channel region and n + type AlGaAs is used for the semiconductor layers 31a and 31b in the spin transistor of this modification. Since AlGaAs in the semiconductor layers 31a and 31b is highly doped, the barrier against electrons is low, but the band gap is larger than the band gap of GaAs in the channel region, and the upper end of the valence band is the semiconductor region. Since it has energy lower than the upper end of the valence band of the semiconductor in the (channel region), it becomes a barrier against holes. Therefore, in this case, since the injection of holes into the channel region is suppressed, spin relaxation due to the interaction between electrons and holes is suppressed. That is, the absolute value of the difference between I D P and I D AP can be increased.

この変形例も、第1実施形態と同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 Similarly to the first embodiment, this modification also has a current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and a current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes. A decrease in the absolute value of the difference between the two can be suppressed.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態によるスピントランジスタの断面を図8に示す。本実施形態のスピントランジスタは、図5に示す第1実施形態のスピントランジスタにおいて、ソース電極30aの半導体層31aとトンネルバリア層33aとの間に半導体層32aを設けるとともに、ドレイン電極30bの半導体層31bとトンネルバリア層33bとの間に半導体層32bを設けた構成となっている。これらの半導体層32a、32bは、半導体層31a、31bと同じ導電型の不純物が高濃度にドープされた半導体であるが、半導体層31a、31bに比べてバンドギャップが狭い半導体となっている。すなわち、本実施形態におけるソース電極30a近傍のエネルギーバンド図は図9に示すようになっている。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 8 shows a cross section of a spin transistor according to a second embodiment of the present invention. The spin transistor of this embodiment is the same as the spin transistor of the first embodiment shown in FIG. 5, except that a semiconductor layer 32a is provided between the semiconductor layer 31a of the source electrode 30a and the tunnel barrier layer 33a, and a semiconductor layer of the drain electrode 30b. A semiconductor layer 32b is provided between 31b and the tunnel barrier layer 33b. These semiconductor layers 32a and 32b are semiconductors doped with impurities of the same conductivity type as the semiconductor layers 31a and 31b at a high concentration, but have a narrower band gap than the semiconductor layers 31a and 31b. That is, the energy band diagram in the vicinity of the source electrode 30a in this embodiment is as shown in FIG.

本実施形態のスピントランジスタにおいては、小さなバンドギャップを有する半導体層32a、32bが挿入されているので、界面準位などによるフェルミレベルピニングなどが存在した場合においても磁性体/トンネルバリア層/半導体の接合抵抗を低減させることができる。また、第1実施形態と同様に、チャネル領域となる半導体領域よりも大きなバンドギャップを有する半導体層31a、31bによって少数キャリアのチャネル領域への注入を抑制することができるため、電子と正孔相互作用によるスピン緩和を抑えることができる。   In the spin transistor of this embodiment, since the semiconductor layers 32a and 32b having a small band gap are inserted, even in the case where Fermi level pinning due to an interface state exists, the magnetic material / tunnel barrier layer / semiconductor Junction resistance can be reduced. Similarly to the first embodiment, the semiconductor layers 31a and 31b having a larger band gap than the semiconductor region serving as the channel region can suppress the injection of minority carriers into the channel region. Spin relaxation due to action can be suppressed.

なお、本実施形態においては、半導体層32a、32bは、半導体層31a、31bに比べてバンドギャップが狭い半導体となっていたが、不純物が高濃度にドープされた半導体であってかつチャネル領域となる半導体領域の半導体に比べてバンドギャップが狭い半導体であってもよい。この場合、本実施形態に比べて更に接合抵抗を低減することができる。   In the present embodiment, the semiconductor layers 32a and 32b are semiconductors having a narrower band gap than the semiconductor layers 31a and 31b. However, the semiconductor layers 32a and 32b are semiconductors doped with impurities at a high concentration and the channel regions. A semiconductor having a narrower band gap than the semiconductor in the semiconductor region to be formed may be used. In this case, the junction resistance can be further reduced as compared with the present embodiment.

以上説明したように、本実施形態によれば、電子と正孔との相互作用によるスピン緩和を抑制しつつ、磁性体/トンネルバリア層/半導体の接合抵抗を低減させることができる。従って、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができるとともに、磁性体/トンネルバリア層/半導体の接合抵抗を低減させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the junction resistance of the magnetic substance / tunnel barrier layer / semiconductor can be reduced while suppressing spin relaxation due to the interaction between electrons and holes. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the absolute value of the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes. In addition, the junction resistance of the magnetic body / tunnel barrier layer / semiconductor can be reduced.

なお、第1実施形態の変形例と同様に、ソース電極30aおよびドレイン電極30bはトンネルバリア層を削除した構成としてもよい。この場合、半導体層32aは強磁性層34aと半導体層31aとの間に設けられ、半導体層32bは強磁性層34bと半導体層31bとの間に設けられる。   As in the modification of the first embodiment, the source electrode 30a and the drain electrode 30b may be configured without the tunnel barrier layer. In this case, the semiconductor layer 32a is provided between the ferromagnetic layer 34a and the semiconductor layer 31a, and the semiconductor layer 32b is provided between the ferromagnetic layer 34b and the semiconductor layer 31b.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態によるスピントランジスタの断面を図10に示す。本実施形態のスピントランジスタは、図5に示す第1実施形態のスピントランジスタにおいて、ゲート構造20のゲート絶縁膜22を削除した構成となっている。すなわち、本実施形態のスピントランジスタは、MESFET構造を有している。
(Third embodiment)
Next, FIG. 10 shows a cross section of a spin transistor according to a third embodiment of the present invention. The spin transistor of this embodiment has a configuration in which the gate insulating film 22 of the gate structure 20 is omitted from the spin transistor of the first embodiment shown in FIG. That is, the spin transistor of this embodiment has a MESFET structure.

本実施形態も、第1実施形態と同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 Similarly to the first embodiment, in the present embodiment, the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes A decrease in the absolute value of the difference between the two can be suppressed.

なお、第1実施形態の変形例と同様に、ソース電極30aおよびドレイン電極30bはトンネルバリア層を削除した構成としてもよい。   As in the modification of the first embodiment, the source electrode 30a and the drain electrode 30b may be configured without the tunnel barrier layer.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態によるスピントランジスタの断面を図11に示す。本実施形態のスピントランジスタは、図8に示す第2実施形態のスピントランジスタにおいて、ゲート構造20のゲート絶縁膜22を削除した構成となっている。すなわち、本実施形態のスピントランジスタは、MESFET構造を有している。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 11 shows a cross section of a spin transistor according to a fourth embodiment of the present invention. The spin transistor of this embodiment has a configuration in which the gate insulating film 22 of the gate structure 20 is omitted from the spin transistor of the second embodiment shown in FIG. That is, the spin transistor of this embodiment has a MESFET structure.

本実施形態も、第2実施形態と同様に、電子と正孔との相互作用によるスピン緩和を抑制しつつ、磁性体/トンネルバリア層/半導体の接合抵抗を低減させることができる。従って、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができるとともに、磁性体/トンネルバリア層/半導体の接合抵抗を低減させることができる。 Similarly to the second embodiment, this embodiment can also reduce the junction resistance of the magnetic material / tunnel barrier layer / semiconductor while suppressing spin relaxation due to the interaction between electrons and holes. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the absolute value of the difference between the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes. In addition, the junction resistance of the magnetic body / tunnel barrier layer / semiconductor can be reduced.

なお、第1実施形態の変形例と同様に、ソース電極30aおよびドレイン電極30bはトンネルバリア層を削除した構成としてもよい。この場合、半導体層32aは強磁性層34aと半導体層31aとの間に設けられ、半導体層32bは強磁性層34bと半導体層31bとの間に設けられる。   As in the modification of the first embodiment, the source electrode 30a and the drain electrode 30b may be configured without the tunnel barrier layer. In this case, the semiconductor layer 32a is provided between the ferromagnetic layer 34a and the semiconductor layer 31a, and the semiconductor layer 32b is provided between the ferromagnetic layer 34b and the semiconductor layer 31b.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態によるスピントランジスタの断面を図12に示す。本実施形態のスピントランジスタは、図5に示す第1実施形態のスピントランジスタにおいて、ソース電極30aの強磁性層34aと接続電極38aとの間に、強磁性層34aの磁化の方向を固定する反強磁性層37aを設けるとともに、ドレイン電極30bの強磁性層36bと接続電極38bとの間に、強磁性層36bの磁化の方向を固定する反強磁性層37bを設けた構成となっている。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 12 shows a cross section of a spin transistor according to a fifth embodiment of the present invention. The spin transistor of this embodiment is the same as the spin transistor of the first embodiment shown in FIG. 5, except that the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a is fixed between the ferromagnetic layer 34a of the source electrode 30a and the connection electrode 38a. A ferromagnetic layer 37a is provided, and an antiferromagnetic layer 37b for fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer 36b is provided between the ferromagnetic layer 36b of the drain electrode 30b and the connection electrode 38b.

このように強磁性層34a上に反強磁性層37aを設け、強磁性層36b上に反強磁性層37bを設けることにより、強磁性層34aおよび強磁性層36bの磁化安定性を得ることができ、安定した動作を実現することができる。   Thus, by providing the antiferromagnetic layer 37a on the ferromagnetic layer 34a and the antiferromagnetic layer 37b on the ferromagnetic layer 36b, the magnetization stability of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 36b can be obtained. And stable operation can be realized.

なお、本実施形態も、第1実施形態と同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 The present embodiment also, similarly to the first embodiment, due to the interaction of electrons and holes, and the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel, the current I D when the magnetization direction is substantially anti-parallel A decrease in the absolute value of the difference from the AP can be suppressed.

なお、第1実施形態の変形例と同様に、ソース電極30aおよびドレイン電極30bはトンネルバリア層を削除した構成としてもよい。この場合、半導体層32aは強磁性層34aと半導体層31aとの間に設けられ、半導体層32bは強磁性層34bと半導体層31bとの間に設けられる。   As in the modification of the first embodiment, the source electrode 30a and the drain electrode 30b may be configured without the tunnel barrier layer. In this case, the semiconductor layer 32a is provided between the ferromagnetic layer 34a and the semiconductor layer 31a, and the semiconductor layer 32b is provided between the ferromagnetic layer 34b and the semiconductor layer 31b.

(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態によるスピントランジスタの断面を図13に示す。本実施形態のスピントランジスタは、図8に示す第2実施形態のスピントランジスタにおいて、ソース電極30aの強磁性層34aと接続電極38aとの間に、強磁性層34aの磁化の方向を固定する反強磁性層37aを設けるとともに、ドレイン電極30bの強磁性層36bと接続電極38bとの間に、強磁性層36bの磁化の方向を固定する反強磁性層37bを設けた構成となっている。
(Sixth embodiment)
Next, FIG. 13 shows a cross section of a spin transistor according to a sixth embodiment of the present invention. The spin transistor of this embodiment is the same as the spin transistor of the second embodiment shown in FIG. 8, except that the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a is fixed between the ferromagnetic layer 34a of the source electrode 30a and the connection electrode 38a. A ferromagnetic layer 37a is provided, and an antiferromagnetic layer 37b for fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer 36b is provided between the ferromagnetic layer 36b of the drain electrode 30b and the connection electrode 38b.

このように強磁性層34a上に反強磁性層37aを設け、強磁性層36b上に反強磁性層37bを設けることにより、強磁性層34aおよび強磁性層36bの磁化安定性を得ることができ、安定した動作を実現することができる。   By providing the antiferromagnetic layer 37a on the ferromagnetic layer 34a and the antiferromagnetic layer 37b on the ferromagnetic layer 36b as described above, the magnetization stability of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 36b can be obtained. And stable operation can be realized.

なお、本実施形態も、第2実施形態と同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができるとともに、磁性体/トンネルバリア層/半導体の接合抵抗を低減させることができる。 The present embodiment also, similarly to the second embodiment, due to the interaction of electrons and holes, and the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel, the current I D when the magnetization direction is substantially anti-parallel A decrease in the absolute value of the difference from AP can be suppressed, and the junction resistance of the magnetic substance / tunnel barrier layer / semiconductor can be reduced.

なお、第1実施形態の変形例と同様に、ソース電極30aおよびドレイン電極30bはトンネルバリア層を削除した構成としてもよい。この場合、半導体層32aは強磁性層34aと半導体層31aとの間に設けられ、半導体層32bは強磁性層34bと半導体層31bとの間に設けられる。   As in the modification of the first embodiment, the source electrode 30a and the drain electrode 30b may be configured without the tunnel barrier layer. In this case, the semiconductor layer 32a is provided between the ferromagnetic layer 34a and the semiconductor layer 31a, and the semiconductor layer 32b is provided between the ferromagnetic layer 34b and the semiconductor layer 31b.

(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態のスピントランジスタの断面を図14に示す。本実施形態のスピントランジスタは、接合型電界効果スピントランジスタであり、図5に示す第1実施形態のスピントランジスタにおいて、ゲート構造20をゲート構造20Aに置き換えた構成となっている。このゲート構造20Aは、チャネル領域12となる半導体領域上にこの半導体領域と逆導電型の半導体からなるゲート電極23と、このゲート電極23上に形成された接続電極26とを備えている。例えば、チャネル領域12がn型半導体である場合は、ゲート電極23はp型半導体から形成され、チャネル領域とゲート電極23によってpn接合が形成される。なお、半導体からなるゲート電極23は、チャネル領域12内表面部に埋め込まれるように形成してもよい。また、図14は、nチャネルスピントランジスタを示しているが、pチャネルスピントランジスタであってもよい。この場合、チャネル領域がp型半導体から形成され、ゲート電極はn型半導体から形成される。
(Seventh embodiment)
Next, FIG. 14 shows a cross section of a spin transistor according to a seventh embodiment of the present invention. The spin transistor of this embodiment is a junction field effect spin transistor, and has a configuration in which the gate structure 20 is replaced with a gate structure 20A in the spin transistor of the first embodiment shown in FIG. The gate structure 20A includes a gate electrode 23 made of a semiconductor having a conductivity opposite to that of the semiconductor region on the semiconductor region to be the channel region 12, and a connection electrode 26 formed on the gate electrode 23. For example, when the channel region 12 is an n-type semiconductor, the gate electrode 23 is formed of a p-type semiconductor, and a pn junction is formed by the channel region and the gate electrode 23. The gate electrode 23 made of a semiconductor may be formed so as to be embedded in the inner surface portion of the channel region 12. 14 shows an n-channel spin transistor, a p-channel spin transistor may be used. In this case, the channel region is formed from a p-type semiconductor, and the gate electrode is formed from an n-type semiconductor.

本実施形態の第1実施形態と同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 As in the first embodiment of the present embodiment, the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel and the current I D AP when the magnetization direction is substantially antiparallel due to the interaction of electrons and holes. A decrease in the absolute value of the difference can be suppressed.

なお、第1実施形態の変形例と同様に、ソース電極30aおよびドレイン電極30bはトンネルバリア層を削除した構成としてもよい。   As in the modification of the first embodiment, the source electrode 30a and the drain electrode 30b may be configured without the tunnel barrier layer.

また、図8に示す第2実施形態、図12に示す第5実施形態のスピントランジスタにおけるゲート構造20を、第7実施形態のゲート構造20Aに置き換えて、接合型電界効果スピントランジスタとしてもよい。   Further, the gate structure 20 in the spin transistor of the second embodiment shown in FIG. 8 and the fifth embodiment shown in FIG. 12 may be replaced with the gate structure 20A of the seventh embodiment to form a junction field effect spin transistor.

(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態によるスピントランジスタを図15に示す。上述の第1乃至第7実施形態においては、スピントランジスタは、デプレッション型であった。本実施形態のスピントランジスタはエンハンスメント型であり、図5に示す第1実施形態のスピントランジスタにおいてソース電極30aおよびドレイン電極30bを、ソース電極30Aaおよびドレイン電極30Abにそれぞれ置き換えた構成となっている。なお、エンハンスメント型の場合のゲート電極20の一部は、ソース電極30Aaおよびドレイン電極30Abの一部と重なるように形成するのが望ましいが、その端部がソース電極30Aaおよびドレイン電極30Abの端部に一致するように形成してもよい。
(Eighth embodiment)
Next, a spin transistor according to an eighth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the first to seventh embodiments described above, the spin transistor is a depletion type. The spin transistor of this embodiment is an enhancement type, and has a configuration in which the source electrode 30a and the drain electrode 30b are replaced with the source electrode 30Aa and the drain electrode 30Ab in the spin transistor of the first embodiment shown in FIG. Note that it is desirable that a part of the gate electrode 20 in the enhancement type is formed so as to overlap a part of the source electrode 30Aa and the drain electrode 30Ab, but the end portions thereof are the end portions of the source electrode 30Aa and the drain electrode 30Ab. You may form so that it may correspond.

本実施形態のソース電極30Aaおよびドレイン電極30Abは、図5に示すソース電極30aおよびドレイン電極30bの半導体層31aおよび半導体層31bをそれぞれ半導体層31Aaおよび半導体層31Abに置き換えた構成となっている。半導体層31Aaおよび半導体層31Abは、半導体基板10の表面領域に設けられたチャネル領域12となる半導体領域とは、導電型が異なっている。   The source electrode 30Aa and the drain electrode 30Ab of the present embodiment have a configuration in which the semiconductor layer 31a and the semiconductor layer 31b of the source electrode 30a and the drain electrode 30b shown in FIG. 5 are replaced with the semiconductor layer 31Aa and the semiconductor layer 31Ab, respectively. The semiconductor layer 31 </ b> Aa and the semiconductor layer 31 </ b> Ab have different conductivity types from the semiconductor region that becomes the channel region 12 provided in the surface region of the semiconductor substrate 10.

チャネル領域12となる半導体領域がp型半導体の場合は、図23に示すように、n型半導体層31Aa、31Abは、半導体領域12の半導体のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しかつ価電子帯の上端がオン状態の半導体領域12の半導体(すなわち、ゲートに電圧が印加され、半導体領域に形成される反転層(n型))の価電子帯の上端よりも低いエネルギーを有している。この場合、ドレイン電極30Abに半導体層31Abを設け、ソース電極30Aaの半導体層31Aaを削除しても、少数キャリアである正孔のチャネル領域12への注入を抑制することができる。   When the semiconductor region to be the channel region 12 is a p-type semiconductor, as shown in FIG. 23, the n-type semiconductor layers 31Aa and 31Ab have a band gap larger than the semiconductor band gap of the semiconductor region 12 and have valence electrons. The upper end of the band has lower energy than the upper end of the valence band of the semiconductor of the semiconductor region 12 in the on state (that is, a voltage is applied to the gate and the inversion layer (n-type) formed in the semiconductor region). . In this case, even if the semiconductor layer 31Ab is provided in the drain electrode 30Ab and the semiconductor layer 31Aa of the source electrode 30Aa is deleted, injection of holes that are minority carriers into the channel region 12 can be suppressed.

また、チャネル領域12となる半導体領域がn型半導体の場合は、図24に示すように、p型半導体層31Aa、31Abは、半導体領域12の半導体のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しかつ伝導帯の下端がオン状態の半導体領域の半導体(すなわち、ゲートに電圧が印加され、半導体領域12に形成される反転層(p型))の伝導帯の下端よりも高いエネルギーを有している。この場合、ドレイン電極30Abに半導体層31Abを設け、ソース電極30Aaの半導体層31Aaを削除しても、少数キャリアである電子のチャネル領域12への注入を抑制することができる。   When the semiconductor region to be the channel region 12 is an n-type semiconductor, the p-type semiconductor layers 31Aa and 31Ab have a band gap larger than the semiconductor band gap of the semiconductor region 12 as shown in FIG. The lower end of the conduction band has higher energy than the lower end of the conduction band of the semiconductor in the semiconductor region in the on state (that is, a voltage is applied to the gate and the inversion layer (p-type) formed in the semiconductor region 12). . In this case, even if the semiconductor layer 31Ab is provided on the drain electrode 30Ab and the semiconductor layer 31Aa of the source electrode 30Aa is deleted, injection of electrons, which are minority carriers, into the channel region 12 can be suppressed.

このため、本実施形態のエンハンスメント型スピントランジスタにおいても、第1実施形態のデプレッション型スピントランジスタと同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 For this reason, also in the enhancement type spin transistor of this embodiment, as in the depletion type spin transistor of the first embodiment, the current I D P when the magnetization directions are substantially parallel due to the interaction of electrons and holes, it is possible to suppress a decrease in the absolute value of the difference between the current I D AP when the magnetization direction is substantially anti-parallel.

この第8実施形態と同様に、第2乃至第7実施形態およびその変形例のデプレッション型スピントランジスタにおいて、ソース電極およびドレイン電極の半導体層を、チャネル領域12となる半導体領域と異なる導電型の半導体層に置き換えた構成、すなわちエンハンスメント型スピントランジスタとしてもよい。この場合も、第2乃至第7実施形態およびその変形例のデプレッション型スピントランジスタと同様に、電子と正孔の相互作用による、磁化方向が略平行なときの電流I と、磁化方向が略反平行なときの電流I APとの差の絶対値の減少を抑制することができる。 Similarly to the eighth embodiment, in the depletion type spin transistors of the second to seventh embodiments and the modifications thereof, the semiconductor layer of the source electrode and the drain electrode is made of a semiconductor having a conductivity type different from that of the semiconductor region to be the channel region 12. A structure replaced with a layer, that is, an enhancement type spin transistor may be employed. In this case, similarly to the depletion type spin transistor of the second to seventh embodiments and its modification, by interaction of electrons and holes, and the current I D P when the magnetization direction is substantially parallel to the magnetization direction a decrease in the absolute value of substantially the difference between the current I D AP when antiparallel can be suppressed.

また、上述の第1乃至第8実施形態において、強磁性層34a、34b、36bの磁化方向は、膜面に略平行であったが、膜面に略垂直であってもよい。ここで、「膜面」とは各層の上面を意味する。   In the first to eighth embodiments described above, the magnetization directions of the ferromagnetic layers 34a, 34b, and 36b are substantially parallel to the film surface, but may be substantially perpendicular to the film surface. Here, the “film surface” means the upper surface of each layer.

なお、上述の第1乃至第8実施形態において、強磁性層36bは省略してもよい。   In the first to eighth embodiments described above, the ferromagnetic layer 36b may be omitted.

上述の第1乃至第8実施形態において、以下の材料を採用することができる。まず、上記実施形態において、半導体基板10として、n型またはp型シリコン基板を用いることができ、さらに、Ge、SiGe1−x(0<x<1)や、III−V族やII−VI族、II−VI族の化合物半導体や、IV族半導体(例えば、ダイヤモンド、SiC、カーボンナノチューブ、グラフェンなどのグラファイト)や、磁性半導体などを用いることもできる。 In the first to eighth embodiments described above, the following materials can be employed. First, in the above embodiment, an n-type or p-type silicon substrate can be used as the semiconductor substrate 10, and further, Ge, Si x Ge 1-x (0 <x <1), III-V group, II A -VI group or II-VI group compound semiconductor, a group IV semiconductor (for example, graphite such as diamond, SiC, carbon nanotube, or graphene), a magnetic semiconductor, or the like can also be used.

強磁性層34aおよび強磁性層36bは一方向異方性を有することが望ましく、強磁性層34bは一軸異方性を有することが望ましい。各強磁性層の膜厚は0.1nmから100nmが好ましい。さらに、これらの強磁性層の膜厚は、超常磁性にならない程度の厚さが必要であり、0.4nm以上であることがより望ましい。その材料は、ホイスラー合金、例えばCoFeAl1−xSiやCoMn1−xFeSiなどを用いることができる。また、Co、Fe、Niまたはそれらの合金、Co−Pt、Co−Fe−Pt、Fe−Pt、Co−Fe−Cr−Pt、C0−Cr−Ptや、NiMnSb、CoMnGe、CoMnAl、CoMnSi、CoCrFeAlなどの合金や、GeMn、SiCNi、SiCMn、SiCFe、ZnMnTe、ZnCrTe、BeMnTe、ZnVO、ZnMnO、ZnCoO、GaMnAs、InMnAs、InMnAb、GaMnP、GaMnN、GaCrN、AlCrN、BiFeTe、SbVTe、PbSnMnTe、GeMnTe、CdMnGeP、ZnSiNMn、ZnGeSiNMn、BeTiFeO、CdMnTe、ZnMnS、TiCoO、SiMn、SiGeMnなどの磁性半導体からなる群から選択された磁性体を用いてもよい。なお、上記磁性材料に、Ag(銀)、Cu(銅)、Au(金)、Al(アルミニウム)、Ru(ルテニウム)、Os(オスニウム)、Re(レニウム)、Ta(タンタル)、B(ボロン)、C(炭素)、O(酸素)、N(窒素)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Zr(ジルコニウム)、Ir(イリジウム)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Nb(ニオブ)などの非磁性元素を添加して、磁気特性を調節したり、結晶性、機械的特性、化学的特性などの各種物性を調節することができる。 The ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 36b desirably have unidirectional anisotropy, and the ferromagnetic layer 34b desirably has uniaxial anisotropy. The thickness of each ferromagnetic layer is preferably from 0.1 nm to 100 nm. Furthermore, the film thickness of these ferromagnetic layers needs to be a thickness that does not become superparamagnetic, and is more preferably 0.4 nm or more. As the material, a Heusler alloy such as Co 2 FeAl 1-x Si x or Co 2 Mn 1-x Fe x Si can be used. Also, Co, Fe, Ni or alloys thereof, Co—Pt, Co—Fe—Pt, Fe—Pt, Co—Fe—Cr—Pt, C0—Cr—Pt, NiMnSb, Co 2 MnGe, Co 2 MnAl , Co 2 MnSi, CoCrFeAl and other alloys, GeMn, SiCNi, SiCMn, SiCFe, ZnMnTe, ZnCrTe, BeMnTe, ZnVO, ZnMnO, ZnCoO, GaMnAs, InMnAs, InMnAb, GaMnP, GaMnN, GaCrN, AlCrN, BiCrTe, BiCrTe, BiCrTe, BiFeTe Selected from the group consisting of magnetic semiconductors, such as GeMnTe, CdMnGeP, ZnSiNMn, ZnGeSiNMn, BeTiFeO, CdMnTe, ZnMnS, TiCoO, SiMn, SiGeMn It may be used. In addition, Ag (silver), Cu (copper), Au (gold), Al (aluminum), Ru (ruthenium), Os (osnium), Re (rhenium), Ta (tantalum), B (boron) ), C (carbon), O (oxygen), N (nitrogen), Pd (palladium), Pt (platinum), Zr (zirconium), Ir (iridium), W (tungsten), Mo (molybdenum), Nb (niobium) ) And other nonmagnetic elements can be added to adjust the magnetic properties and various physical properties such as crystallinity, mechanical properties, and chemical properties.

反強磁性層としては、Fe−Mn(鉄−マンガン)、Pt−Mn(白金−マンガン)、Pt−Cr−Mn(白金−クロム−マンガン)、Ni−Mn(ニッケル−マンガン)、Ir−Mn(イリジウム−マンガン)、NiO(酸化ニッケル)、Fe(酸化鉄)などを用いることができる。 As the antiferromagnetic layer, Fe-Mn (iron-manganese), Pt-Mn (platinum-manganese), Pt-Cr-Mn (platinum-chromium-manganese), Ni-Mn (nickel-manganese), Ir-Mn (Iridium-manganese), NiO (nickel oxide), Fe 2 O 3 (iron oxide), or the like can be used.

トンネルバリア層33a、33bとしては、Si、Ge、Al、Ga、Mg、Ti等の酸化物または窒化物や、SrTiO、NdGaOなどを用いることができる。   As the tunnel barrier layers 33a and 33b, oxides or nitrides such as Si, Ge, Al, Ga, Mg, and Ti, SrTiO, NdGaO, and the like can be used.

また、非磁性層35bとしては、Cu、Cr、Au、Ag、Hf、Zr、Rh、Pt、Ir、Alから選ばれた少なくとも1種の元素を含むか、または、これらの合金、もしくは、Si、Ge、Al、Ga、Mg、Ti等の酸化物または窒化物や、SrTiO、NdGaO、または、SiGe1−x(0<x<1)や、III−V族やII−VI族の化合物半導体や、磁性半導体を用いることができる。また、Si、Ge、Al、Ga、Mg、Ti等の酸化物または窒化物や、SrTiO、NdGaOなどを用いてもよい。 The nonmagnetic layer 35b includes at least one element selected from Cu, Cr, Au, Ag, Hf, Zr, Rh, Pt, Ir, and Al, or an alloy thereof, or Si , Ge, Al, Ga, Mg, Ti and other oxides or nitrides, SrTiO, NdGaO, Si x Ge 1-x (0 <x <1), III-V group and II-VI group A compound semiconductor or a magnetic semiconductor can be used. Further, oxides or nitrides such as Si, Ge, Al, Ga, Mg, Ti, SrTiO, NdGaO, or the like may be used.

また、強磁性層34a、強磁性層34b、強磁性層36bの各層は、複数の強磁性膜の間に非磁性膜を挟み、これらの強磁性膜が非磁性膜を通して強磁性結合している積層膜(シンセティック強磁性結合積層膜)または反強磁性結合している積層膜(シンセティック反強磁性結合積層膜)を有していてもよい。例えば、第1強磁性膜/非磁性膜/第2強磁性膜の積層膜で、第1強磁性膜と第2強磁性膜が非磁性膜を通して強磁性結合または反強磁性結合している積層膜であってもよい。また、第1強磁性膜/第1非磁性膜/第2強磁性膜/第2非磁性膜/第3強磁性膜の積層膜や、第1強磁性膜/第1非磁性膜/第2強磁性膜/第2非磁性膜/第3強磁性膜/第3非磁性膜/第4強磁性膜の積層膜であってもよい。このような積層膜を有している場合は、スピントランジスタを微細化しても、熱擾乱に対する耐性を大きくすることができる。   Each of the ferromagnetic layer 34a, the ferromagnetic layer 34b, and the ferromagnetic layer 36b has a nonmagnetic film sandwiched between a plurality of ferromagnetic films, and these ferromagnetic films are ferromagnetically coupled through the nonmagnetic film. You may have a laminated film (synthetic ferromagnetic coupling laminated film) or an antiferromagnetic coupling laminated film (synthetic antiferromagnetic coupling laminated film). For example, a laminated film of a first ferromagnetic film / nonmagnetic film / second ferromagnetic film, in which the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film are ferromagnetically coupled or antiferromagnetically coupled through the nonmagnetic film. It may be a membrane. Also, a laminated film of the first ferromagnetic film / first nonmagnetic film / second ferromagnetic film / second nonmagnetic film / third ferromagnetic film, or first ferromagnetic film / first nonmagnetic film / second film. A laminated film of ferromagnetic film / second nonmagnetic film / third ferromagnetic film / third nonmagnetic film / fourth ferromagnetic film may be used. In the case of having such a laminated film, the resistance to thermal disturbance can be increased even if the spin transistor is miniaturized.

上記第1乃至第8実施形態およびその変形例によるスピントランジスタを、図面を参照して詳細に説明したが、図面は模式的なものであり、各部分の大きさ、部分間の大きさの比率などは現実のものとは異なる。また、図面の相互間においても、同じ部分を差す場合であっても、互いの寸法や比率が異なって示されている部分もある。   The spin transistors according to the first to eighth embodiments and the modifications thereof have been described in detail with reference to the drawings. However, the drawings are schematic, and the size of each part and the ratio of the sizes between the parts. Etc. are different from the real ones. Moreover, even in the case where the same part is inserted between the drawings, there is a part where the dimensions and ratios are different from each other.

(第9実施形態)
次に、本発明の第9実施形態によるリコンフィギャラブル論理回路を説明する。本実施形態のリコンフィギャラブル論理回路は、上述の第1、第2、第5、第6実施形態およびその変形例のいずれかのデプレッション型スピントランジスタ、またはこれらのデプレッション型スピントランジスタに対応するエンハンスメント型スピントランジスタを用いて構成した論理回路である。
(Ninth embodiment)
Next, a reconfigurable logic circuit according to a ninth embodiment of the invention will be described. The reconfigurable logic circuit according to this embodiment includes a depletion type spin transistor according to any one of the first, second, fifth, sixth embodiments and the modifications thereof, or an enhancement corresponding to these depletion type spin transistors. This is a logic circuit configured using a type spin transistor.

まず、実際にリコンフィギャブルな論理回路に用いる場合の簡単な回路構成について説明する。実際にMOS型のスピントランジスタを用いてリコンフィギャラブルな論理回路を構成する場合、2つのMOSFET(MOSFET1およびMOSFET2)に共通のフローティングゲートを有していることが好ましい。   First, a simple circuit configuration when actually used in a reconfigurable logic circuit will be described. When actually configuring a reconfigurable logic circuit using a MOS type spin transistor, it is preferable that the two MOSFETs (MOSFET 1 and MOSFET 2) have a common floating gate.

AND,OR回路が作製できれば、NOR回路、排他的OR回路などの全ての回路を作製できるのでAND回路、OR回路についてのみ図16に示す。図示したように、本実施形態のリコンフィギャラブルな論理回路は、基本的には、上記第1、第2、第5、第6実施形態およびそれらの変形例のいずれかのスピントランジスタのゲート絶縁膜22と、ゲート電極24との間に、フローティングゲート(図示せず)と、電極間絶縁膜を設けた、2つのスピンMOSFET50、52を用いる。スピンMOSFET50はp型のMOSFET、すなわちp型半導体基板のn型ウェル領域(図示せず)に設けられたMOSFETであり、スピンMOSFET52はn型のMOSFET、すなわちp型半導体基板のp型半導体領域に設けられたMOSFETである。MOSFET50、52のフローティングゲートを共通に接続し、MOSFET50のソースを電源Vinpに接続し、MOSFET52のソースを接地する。そして、MOSFET50のドレインとMOSFET52のドレインを接続する。この共通接続したノードからの出力V1をインバータ60に入力し、このインバータ60の出力を本実施形態の論理回路の出力Voutとする。   If the AND and OR circuits can be manufactured, all circuits such as a NOR circuit and an exclusive OR circuit can be manufactured. Therefore, only the AND circuit and the OR circuit are shown in FIG. As shown in the figure, the reconfigurable logic circuit of this embodiment basically includes the gate insulation of the spin transistor of any of the first, second, fifth, and sixth embodiments and their modifications. Two spin MOSFETs 50 and 52 in which a floating gate (not shown) and an interelectrode insulating film are provided between the film 22 and the gate electrode 24 are used. The spin MOSFET 50 is a p-type MOSFET, that is, a MOSFET provided in an n-type well region (not shown) of a p-type semiconductor substrate, and the spin MOSFET 52 is an n-type MOSFET, ie, a p-type semiconductor region of a p-type semiconductor substrate. It is a provided MOSFET. The floating gates of the MOSFETs 50 and 52 are connected in common, the source of the MOSFET 50 is connected to the power source Vinp, and the source of the MOSFET 52 is grounded. Then, the drain of the MOSFET 50 and the drain of the MOSFET 52 are connected. The output V1 from the commonly connected node is input to the inverter 60, and the output of the inverter 60 is used as the output Vout of the logic circuit of this embodiment.

これにより、AND回路、OR回路を形成できる。図17に示すようにフローティングゲート電圧Vfgが、MOSFET50のゲート入力AとMOSFET52のゲート入力Bの和の1/2の場合に、ドレイン、ソースの半導体基板2に近い強磁性層のスピンモーメントが平行(P)または反平行(AP)の時の出力電圧Yが“1”または“0”と変化する。なお、本実施形態においては、MOSFET50のスピンモーメントは、常に平行となっている。   Thereby, an AND circuit and an OR circuit can be formed. As shown in FIG. 17, when the floating gate voltage Vfg is ½ of the sum of the gate input A of the MOSFET 50 and the gate input B of the MOSFET 52, the spin moments of the ferromagnetic layers close to the drain and source semiconductor substrate 2 are parallel. The output voltage Y at (P) or antiparallel (AP) changes to “1” or “0”. In the present embodiment, the spin moment of the MOSFET 50 is always parallel.

本実施形態の論理回路において、MOSFET52のソース電極30a、ドレイン電極30bの半導体基板に近い強磁性層、すなわち強磁性層34a、34bのスピンモーメントをAP(反平行)状態とした場合にMOSFET50、52のゲート電極の入力A、Bの値に対応する、フローティングゲートの電位Vfg、MOSFET50,52の共通接続ノードの電位V1、論理回路の出力Voutの値を図18に示す。また、MOSFET52のソース電極30a、ドレイン電極30bの半導体基板に近い強磁性層、すなわち強磁性層34a、34bのスピンモーメントをP(平行)状態とした場合にMOSFET50、52のゲート電極の入力A、Bの値に対応する、フローティングゲートの電位Vfg、MOSFET50,52の共通接続ノードの電位V1、論理回路の出力Voutの値を図19に示す。図18、図19に示したように、MOSFET52のドレイン電極、ソース電極の半導体基板2に近い強磁性層のスピンモーメントが反平行の時にAND回路、平行の時にOR回路となる。このため、ドレイン電極30bの強磁性層34bのスピンモーメントを変えてプログラムしなおすことにより、論理回路を造り直すことなく構成することができ、すなわちリコンフィギャラブルな論理回路を得ることができる。   In the logic circuit of this embodiment, the MOSFETs 50 and 52 when the spin moment of the ferromagnetic layers 34a and 34b of the source electrode 30a and the drain electrode 30b of the MOSFET 52 close to the semiconductor substrate, that is, the ferromagnetic layers 34a and 34b are in the AP (antiparallel) state. FIG. 18 shows the values of the potential Vfg of the floating gate, the potential V1 of the common connection node of the MOSFETs 50 and 52, and the output Vout of the logic circuit corresponding to the values of the inputs A and B of the gate electrode. In addition, when the spin moment of the ferromagnetic layers near the semiconductor substrate of the source electrode 30a and the drain electrode 30b of the MOSFET 52, that is, the ferromagnetic layers 34a and 34b is set to the P (parallel) state, the input A of the gate electrodes of the MOSFETs 50 and 52, The values of the floating gate potential Vfg, the common connection node potential V1 of the MOSFETs 50 and 52, and the output Vout of the logic circuit corresponding to the value B are shown in FIG. As shown in FIGS. 18 and 19, an AND circuit is formed when the spin moment of the ferromagnetic layer near the semiconductor substrate 2 of the drain electrode and the source electrode of the MOSFET 52 is antiparallel, and an OR circuit when the spin moment is parallel. For this reason, by changing the spin moment of the ferromagnetic layer 34b of the drain electrode 30b and reprogramming, it is possible to configure without re-creating the logic circuit, that is, to obtain a reconfigurable logic circuit.

AND回路、OR回路の場合、全てのトランジスタをスピンMOSFETにしても良いが、一部に通常のMOSFETを用いてもかまわない。図20に示すように2つのトランジスタの内一つ(例えばMOSFET52)を第1、第2、第5、第6実施形態およびそれらの変形例のいずれかのスピンMOSFETを用い、もう一つを通常の磁性体を用いないpMOSFET54を用いた場合も、一つのスピンMOSFTE52のソース電極30a、ドレイン電極30bの半導体基板に近い強磁性層のスピンモーメントを平行、反平行と制御することによって、同様の結果を得ることができる。   In the case of an AND circuit and an OR circuit, all the transistors may be spin MOSFETs, but some normal MOSFETs may be used. As shown in FIG. 20, one of the two transistors (eg, MOSFET 52) is one of the spin MOSFETs of the first, second, fifth, and sixth embodiments and their modifications, and the other is normally used. Even when the pMOSFET 54 not using the magnetic material is used, by controlling the spin moment of the ferromagnetic layer close to the semiconductor substrate of the source electrode 30a and the drain electrode 30b of one spin MOS FTE 52 to be parallel and antiparallel, the same result is obtained. Can be obtained.

また、図21に示すように、インバータ60を用いなくともn型MOSFET52、p型MOSFET50の接続を入れ替えることにより、p型MOSFET50のソース電極、ドレイン電極の半導体基板に近い強磁性層のスピンモーメントを平行、反平行と制御することによっても、同様の効果が得られる。   In addition, as shown in FIG. 21, by switching the connection of the n-type MOSFET 52 and the p-type MOSFET 50 without using the inverter 60, the spin moment of the ferromagnetic layer close to the semiconductor substrate of the source and drain electrodes of the p-type MOSFET 50 can be obtained. The same effect can be obtained by controlling parallel and antiparallel.

上記論理回路として使用する場合は、スピントランジスタの情報を読み出すためのゲート電圧制御回路、センス電流を制御するセンス電流制御素子回路、書き込み電流制御回路、ドライバ−およびシンカーをさらに具備することとなる。   When used as the logic circuit, it further includes a gate voltage control circuit for reading information of the spin transistor, a sense current control element circuit for controlling the sense current, a write current control circuit, a driver, and a sinker.

本実施形態に示したリコンフィギャブルな論理回路は一具体例であって、第1、第2、第5、第6実施形態およびそれらの変形例のいずれかのデプレッション型スピントランジスタ、またはこれらのデプレッション型スピントランジスタに対応するエンハンスメント型スピントランジスタを用いて形成することのできるリコンフィギャブルな論理回路は、本実施形態のリコンフィギャブルな論理回路に限られるものではない。   The reconfigurable logic circuit shown in the present embodiment is a specific example, and the depletion type spin transistor of any of the first, second, fifth, sixth embodiments and their modifications, or these The reconfigurable logic circuit that can be formed using the enhancement type spin transistor corresponding to the depletion type spin transistor is not limited to the reconfigurable logic circuit of this embodiment.

また、第1乃至第8実施形態のいずれかのスピントランジスタを用いて、論理回路等の集積回路を構成することができることは云うまでもない。   It goes without saying that an integrated circuit such as a logic circuit can be configured using any of the spin transistors of the first to eighth embodiments.

スピントランジスタを多数用いた論理回路を実現するためには、シンセティック反強磁性積層膜を用いるか、または磁化の向きが膜面に垂直な磁性層かを用いる必要がある。   In order to realize a logic circuit using a large number of spin transistors, it is necessary to use a synthetic antiferromagnetic laminated film or a magnetic layer whose magnetization direction is perpendicular to the film surface.

シンセティック反強磁性積層膜に用いる強磁性膜(磁性材料)は、Ni−Fe、Co−Fe、Co−Fe−Ni合金または、(Co,Fe,Ni)−(B)、(Co,Fe,Ni)−(B)−(P,Al,Mo,Nb,Mn)系またはCo−(Zr,Hf,Nb,Ta,Ti)膜などのアモルファス材料、Co基フルホイスラー材料からなる群より選ばれる少なくとも1種の薄膜またはそれら多層膜で構成されることが好ましい。ここで、Co基フルホイスラー材料とは、CoABと表される材料であって、Aは、Cr、Mn、Fe、V、およびTiのうちの少なくとも1つの元素を含み、Bは、Al、Si、Ge、Ga、Sb、およびFeのうちの少なくとも1つの元素を含む。なお、BがFeを含む場合は、AはFeを含まない。 Ferromagnetic films (magnetic materials) used for the synthetic antiferromagnetic multilayer film are Ni-Fe, Co-Fe, Co-Fe-Ni alloys, (Co, Fe, Ni)-(B), (Co, Fe, Ni)-(B)-(P, Al, Mo, Nb, Mn) -based or amorphous materials such as Co- (Zr, Hf, Nb, Ta, Ti) films, and Co-based full Heusler materials are selected. It is preferably composed of at least one thin film or a multilayer film thereof. Here, the Co-based full Heusler material is a material expressed as Co 2 AB, in which A includes at least one element of Cr, Mn, Fe, V, and Ti, and B is Al. , Si, Ge, Ga, Sb, and Fe. In addition, when B contains Fe, A does not contain Fe.

磁化の向きが膜面に垂直な強磁性層としては、Fe−Pd、Fe−Pt、Fe−Pd−Pt、Co/Ni積層膜、Fe/Pd積層膜、Fe/Pt積層膜であり、これら材料に磁気抵抗効果が大きくなる膜であるNi−Fe、Co−Fe、Co−Fe−Ni合金または、(Co,Fe,Ni)−(B)、(Co,Fe,Ni)−(B)−(P,Al,Mo,Nb,Mn)系、またはCo−(Zr,Hf,Nb,Ta,Ti)膜などのアモルファス材料、Co基フルホイスラー材料を非磁性層(トンネル障壁含む)側に積層して用いることになる。なお、記号「−」は合金を示し、記号「/」は積層構造を示し、( , )は、括弧内の元素が少なくとも1つ含まれることを意味する。   Examples of the ferromagnetic layer whose magnetization direction is perpendicular to the film surface are Fe—Pd, Fe—Pt, Fe—Pd—Pt, Co / Ni laminated film, Fe / Pd laminated film, and Fe / Pt laminated film. Ni—Fe, Co—Fe, Co—Fe—Ni alloy, or (Co, Fe, Ni) — (B), (Co, Fe, Ni) — (B), which is a film that increases the magnetoresistive effect. -Amorphous material such as (P, Al, Mo, Nb, Mn) or Co- (Zr, Hf, Nb, Ta, Ti) film, Co-based full Heusler material on the nonmagnetic layer (including tunnel barrier) side It is used by laminating. The symbol “-” indicates an alloy, the symbol “/” indicates a laminated structure, and (,) means that at least one element in parentheses is included.

非磁性層の材料は、Cu、Ag、Auなどの金属元素またはこれら合金、または酸化アルミニウム(AlO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化シリコン(SiO)などの酸化物であることが好ましい。 The material of the nonmagnetic layer is preferably a metal element such as Cu, Ag, or Au or an alloy thereof, or an oxide such as aluminum oxide (AlO x ), magnesium oxide (MgO), or silicon oxide (SiO x ).

シンセティック反強磁性積層膜に用いる非磁性層の材料は、Ru、Rh、Irまたはこれら合金であることが好ましい。   The material of the nonmagnetic layer used for the synthetic antiferromagnetic laminated film is preferably Ru, Rh, Ir, or an alloy thereof.

反強磁性層としては、PtMn、Ir−Mn、FeMn、Pt−Cr−Mn、Ni−Mnを用いることが好ましい。   As the antiferromagnetic layer, PtMn, Ir—Mn, FeMn, Pt—Cr—Mn, or Ni—Mn is preferably used.

(第10実施形態)
次に、本発明の第10実施形態によるスピン注入書き込み型の磁気メモリ(以下、MRAMともいう)について説明する。本実施形態のMRAMは複数のメモリセルを有しており、各メモリセルは、記憶素子として第1乃至第8実施形態のスピントランジスタTrを備えている。
(10th Embodiment)
Next, a spin injection writing type magnetic memory (hereinafter also referred to as MRAM) according to a tenth embodiment of the present invention will be explained. The MRAM of this embodiment has a plurality of memory cells, and each memory cell includes the spin transistor Tr of the first to eighth embodiments as a memory element.

本実施形態のMRAMにおいては、メモリセルが例えば行列状に複数個設けられることにより、MRAMのメモリセルアレイが形成される。図22は、本実施形態のMRAMの主要部を示す回路図である。   In the MRAM of this embodiment, a memory cell array of MRAM is formed by providing a plurality of memory cells, for example, in a matrix. FIG. 22 is a circuit diagram showing the main part of the MRAM of this embodiment.

図22に示すように、それぞれがスピントランジスタTrを有する複数のメモリセル103が行列状に配置されている。同じ列に属するメモリセル103の一端は同一のビット線82と接続され、他端は同一のビット線92と接続されている。同じ行に属するメモリセル103のゲート電極(ワード線)89は相互に接続され、さらにロウデコーダ101と接続されている。   As shown in FIG. 22, a plurality of memory cells 103 each having a spin transistor Tr are arranged in a matrix. One end of the memory cells 103 belonging to the same column is connected to the same bit line 82, and the other end is connected to the same bit line 92. The gate electrodes (word lines) 89 of the memory cells 103 belonging to the same row are connected to each other and further connected to the row decoder 101.

ビット線82は、トランジスタ等のスイッチ回路104を介して電流ソース/シンク回路105と接続されている。また、ビット線92は、トランジスタ等のスイッチ回路106を介して電流ソース/シンク回路107と接続されている。電流ソース/シンク回路105、107は、書き込み電流(反転電流)を、接続されたビット線82、92に供給したり、接続されたビット線82、92から引き抜いたりする。   The bit line 82 is connected to the current source / sink circuit 105 via a switch circuit 104 such as a transistor. The bit line 92 is connected to a current source / sink circuit 107 via a switch circuit 106 such as a transistor. The current source / sink circuits 105 and 107 supply a write current (inverted current) to the connected bit lines 82 and 92, and pull out from the connected bit lines 82 and 92.

ビット線92は、また、読み出し回路102と接続されている。読み出し回路102は、ビット線82と接続されていてもよい。読み出し回路102は、読み出し電流回路、センスアンプ等を含んでいる。   The bit line 92 is also connected to the read circuit 102. The read circuit 102 may be connected to the bit line 82. The read circuit 102 includes a read current circuit, a sense amplifier, and the like.

書き込みの際、書き込み対象のメモリセルと接続されたスイッチ回路104、106およびスピントランジスタTrがオンされることにより、対象のメモリセルを介する電流経路が形成される。そして、電流ソース/シンク回路105、107のうち、書き込まれるべき情報に応じて、一方が電流ソースとして機能し、他方が電流シンクとして機能する。この結果、書き込まれるべき情報に応じた方向に書き込み電流が流れる。   At the time of writing, the switch circuits 104 and 106 connected to the memory cell to be written and the spin transistor Tr are turned on, thereby forming a current path through the target memory cell. One of the current source / sink circuits 105 and 107 functions as a current source and the other functions as a current sink according to information to be written. As a result, a write current flows in a direction corresponding to information to be written.

書き込み速度としては、数ナノ秒から数マイクロ秒までのパルス幅を有する電流でスピン注入書込みを行うことが可能である。   As the writing speed, it is possible to perform spin injection writing with a current having a pulse width of several nanoseconds to several microseconds.

読み出しの際、書き込みと同様にして指定されたスピントランジスタTrの強磁性層34bに、読み出し電流回路によって磁化反転を起こさない程度の小さな読み出し電流が供給される。そして、読み出し回路102は、スピントランジスタTrの強磁性層34a、34b磁化の状態に応じた抵抗値に起因する電流値あるいは電圧値を、参照値と比較することで、その抵抗状態を判定する。   At the time of reading, a read current that is small enough not to cause magnetization reversal by the read current circuit is supplied to the ferromagnetic layer 34b of the spin transistor Tr specified in the same manner as the write. Then, the readout circuit 102 determines the resistance state by comparing the current value or voltage value resulting from the resistance value according to the state of magnetization of the ferromagnetic layers 34a and 34b of the spin transistor Tr with a reference value.

なお、読み出し時は、書き込み時よりも電流パルス幅が短いことが望ましい。これにより、読み出し時の電流での誤書込みが低減される。これは、書き込み電流のパルス幅が短い方が、書き込み電流値の絶対値が大きくなるということに基づいている。   Note that it is desirable that the current pulse width is shorter at the time of reading than at the time of writing. As a result, erroneous writing due to current during reading is reduced. This is based on the fact that the absolute value of the write current value increases as the pulse width of the write current is shorter.

なお、本実施形態のMRAMにおいては、ソース電極30aの強磁性層34aおよびドレイン電極30bの強磁性層36bの磁化方向と、ドレイン電極30bの強磁性層34bとの磁化方向は、略平行または略反平行であった。   In the MRAM of this embodiment, the magnetization directions of the ferromagnetic layer 34a of the source electrode 30a and the ferromagnetic layer 36b of the drain electrode 30b and the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34b of the drain electrode 30b are substantially parallel or substantially. It was antiparallel.

しかし、第1反強磁性層と、磁化固着層と、トンネルバリア層と、磁化自由層と、第1反強磁性層よりも膜厚の薄い第2反強磁性層とがこの順序で積層された磁気抵抗効果素子を記憶素子として有するMRAMにおいて、磁化固着層の磁化方向に対して、磁化自由層の磁化方向を傾けることにより、スピン注入書き込みの際にスピン注入効率を高め、書き込み電流密度を低減することができることが知られている(例えば、特開2007−299931号公報)。この場合、第1反強磁性層によって磁化固着層の磁化に一方向異方性を与えて磁化固着層の磁化方向を磁化固着層の磁化容易軸方向に平行にし、第2反強磁性層によって磁化自由層の磁化に一軸異方性を与えて磁化自由層の磁化方向を磁化固着層の磁化容易軸に対して傾けている。そして、この傾き角は、0度より大きく45度以下の角度範囲にあるか、または135度以上180度よりも小さい角度の範囲にあることが好ましいことが知られている。   However, the first antiferromagnetic layer, the magnetization pinned layer, the tunnel barrier layer, the magnetization free layer, and the second antiferromagnetic layer having a thickness smaller than that of the first antiferromagnetic layer are stacked in this order. In the MRAM having the magnetoresistive effect element as a memory element, the magnetization direction of the magnetization free layer is tilted with respect to the magnetization direction of the magnetization fixed layer, thereby increasing the spin injection efficiency at the time of spin injection writing and increasing the write current density. It is known that it can be reduced (for example, JP 2007-299931 A). In this case, the first antiferromagnetic layer imparts unidirectional anisotropy to the magnetization of the pinned layer so that the magnetization direction of the pinned layer is parallel to the easy axis of magnetization of the pinned layer, and the second antiferromagnetic layer Uniaxial anisotropy is given to the magnetization of the magnetization free layer, and the magnetization direction of the magnetization free layer is tilted with respect to the magnetization easy axis of the magnetization pinned layer. It is known that the inclination angle is preferably in an angle range of greater than 0 degree and less than or equal to 45 degrees, or preferably in an angle range of not less than 135 degrees and less than 180 degrees.

そこで、本実施形態のMRAMにおいても、ソース電極30aの強磁性層34aおよびドレイン電極30bの強磁性層36bの磁化方向に対して、ドレイン電極30bの強磁性層34bとの磁化方向が傾いているようにすれば、スピン注入書き込みの際のスピン注入効率が高まり、書き込み電流密度を低減することができる。この場合、図12に示すように、強磁性層34a、強磁性層36bの磁化に、それぞれ反強磁性層37a、37bによって一方向異方性を与えるとともに、強磁性層34bと非磁性層35bとの間に、反強磁性層37a、37bよりも膜厚が薄い反強磁性層(図示せず)を挿入して、強磁性層34bの磁化に一軸異方性を与えることにより、ソース電極30aの強磁性層34aおよびドレイン電極30bの強磁性層36bの磁化方向に対して、ドレイン電極30bの強磁性層34bとの磁化方向を傾けることができる。このときの傾き角は、特開2007−299931号公報に記載のMRAMと同様に、0度より大きく45度以下の角度範囲にあるか、または135度以上180度よりも小さい角度の範囲にあることが好ましい。なお、この傾き角は、時計回り方向であってもよいし反時計回り方向であってもよい。   Therefore, also in the MRAM of the present embodiment, the magnetization direction of the drain electrode 30b and the ferromagnetic layer 34b is inclined with respect to the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a of the source electrode 30a and the ferromagnetic layer 36b of the drain electrode 30b. By doing so, the spin injection efficiency at the time of spin injection writing is increased, and the write current density can be reduced. In this case, as shown in FIG. 12, the magnetizations of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 36b are given unidirectional anisotropy by the antiferromagnetic layers 37a and 37b, respectively, and the ferromagnetic layer 34b and the nonmagnetic layer 35b. Between the antiferromagnetic layers 37a and 37b, an antiferromagnetic layer (not shown) thinner than the antiferromagnetic layers 37a and 37b is inserted to give uniaxial anisotropy to the magnetization of the ferromagnetic layer 34b. The magnetization direction of the drain electrode 30b with the ferromagnetic layer 34b can be inclined with respect to the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34a of 30a and the ferromagnetic layer 36b of the drain electrode 30b. The inclination angle at this time is in the angle range of greater than 0 degree and less than 45 degrees, or in the range of angle less than 135 degrees and less than 180 degrees, as in the MRAM described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-299931. It is preferable. The inclination angle may be clockwise or counterclockwise.

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施例1)
本実施例として、図13に示す構造を有するスピントランジスタを作製する。まず、通常のCMOSプロセスを用いてシリコンゲルマニウム基板10上に素子分離領域(図示せず)を作製する。その後、不純物を注入してチャネル領域12となる半導体領域を形成する。続いて、CVDを用いてシリコンからなる第1半導体層、およびシリコンゲルマニウムからなる第2半導体層を順次成膜する。
Example 1
As this example, a spin transistor having the structure shown in FIG. 13 is manufactured. First, an element isolation region (not shown) is formed on the silicon germanium substrate 10 using a normal CMOS process. Thereafter, impurities are implanted to form a semiconductor region to be the channel region 12. Subsequently, a first semiconductor layer made of silicon and a second semiconductor layer made of silicon germanium are sequentially formed by CVD.

次に、RIE(Reactive Ion Etching)法を用いてゲート形成領域の第1半導体層および第2半導体層を除去し、ソース領域およびドレイン領域上に第1半導体層からなる半導体層31aおよび半導体31bを残置するとともに、半導体層31aおよび半導体層31b上に第2半導体層からなる半導体層32aおよび半導体層32bを残置する。   Next, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the gate formation region are removed using RIE (Reactive Ion Etching), and the semiconductor layer 31a and the semiconductor 31b made of the first semiconductor layer are formed on the source region and the drain region. The semiconductor layer 32a and the semiconductor layer 32b made of the second semiconductor layer are left on the semiconductor layer 31a and the semiconductor layer 31b.

次に、ゲート形成領域に熱酸化法によりゲート絶縁膜22となるシリコン酸化膜を成長させる。続いて、このゲート絶縁膜22上にゲート電極24となるポリシリコンを堆積する。ポリシリコンに不純物を注入し、アニールを行った後にフォトリソグラフィーやエッチングなどを用いてポリシリコンをパターニングし、ゲート電極24を形成する。その後、自己整合プロセスを用いて、ゲート電極24の側部にSiOからなる側壁(図示せず)を形成する。 Next, a silicon oxide film to be the gate insulating film 22 is grown in the gate formation region by thermal oxidation. Subsequently, polysilicon serving as the gate electrode 24 is deposited on the gate insulating film 22. Impurities are implanted into the polysilicon, and after annealing, the polysilicon is patterned using photolithography or etching to form the gate electrode 24. Thereafter, sidewalls (not shown) made of SiO 2 are formed on the side portions of the gate electrode 24 by using a self-alignment process.

次に、ゲート電極24および側壁をマスクとして、ソース領域およびドレイン領域上のゲート絶縁膜をRIE法により除去し、ソース領域およびドレイン領域となる半導体基板の上面を露出させる。この露出された半導体基板の上面にトンネルバリア層33a、33bとなるSiO層を形成する。その後、強磁性層34aおよび強磁性層34bとして膜厚が3nmの(Co50Fe508020層を形成し、続いて、非磁性層35bとしてMgO層、強磁性層36bとして膜厚が3nmのCo90Fe10層を形成し、反強磁性層37aおよび反強磁性層37bとして膜厚が20nmのPtMn層を堆積する。また、接続電極26、38a、38bとなるAl層を堆積する。 Next, using the gate electrode 24 and the side wall as a mask, the gate insulating film over the source region and the drain region is removed by RIE to expose the upper surface of the semiconductor substrate that becomes the source region and the drain region. A SiO 2 layer to be the tunnel barrier layers 33a and 33b is formed on the exposed upper surface of the semiconductor substrate. Thereafter, a (Co 50 Fe 50 ) 80 B 20 layer having a thickness of 3 nm is formed as the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 34b. Subsequently, the MgO layer is formed as the nonmagnetic layer 35b, and the film thickness is formed as the ferromagnetic layer 36b. A Co 90 Fe 10 layer having a thickness of 3 nm is formed, and a PtMn layer having a thickness of 20 nm is deposited as the antiferromagnetic layer 37a and the antiferromagnetic layer 37b. Further, an Al layer to be the connection electrodes 26, 38a, 38b is deposited.

各層のパターニングを行った後に、全面に層間絶縁膜を堆積し、この層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトとなるAl層および測定電極となるAl配線を形成する。最後に、磁場中において270℃で1時間のアニールを行い、強磁性層34a、34b、36bに磁気異方性を与える。   After patterning each layer, an interlayer insulating film is deposited on the entire surface, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and an Al layer serving as a contact and an Al wiring serving as a measurement electrode are formed. Finally, annealing is performed in a magnetic field at 270 ° C. for 1 hour to give magnetic anisotropy to the ferromagnetic layers 34a, 34b, and 36b.

上記の手順で作製される本実施例のスピントランジスタに対して、I とI APのVd(ドレイン電圧)依存性を測定する。測定手順は次の通りである。まず、閾値電圧Vth以上の電圧を電極126に印加し、その後に磁場を掃引し、強磁性層34aと強磁性層34bの相対的な磁化方向を略平行にし、I のVd依存性を測定する。次に、強磁性層34aと強磁性層34bの相対的な磁化方向を略反平行にし、I APのVd依存性を測定する。 Vd (drain voltage) dependence of I D P and I D AP is measured for the spin transistor of this example manufactured by the above procedure. The measurement procedure is as follows. First, by applying a threshold voltage V th or more voltage to the electrode 126, followed by sweeping the magnetic field, the relative magnetization directions of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 34b and substantially parallel, Vd dependence of I D P Measure. Next, the relative magnetization directions of the ferromagnetic layer 34a and the ferromagnetic layer 34b and the anti-parallel, measures the Vd dependence of I D AP.

次に参照用の試料として、半導体層31a、31bが形成されていない(挿入されていない)試料についても同様の測定を行う。両者の比較を行うと、半導体層31a、31bが形成されるスピントランジスタの方がI とI APの差の絶対値が大きくなることから、半導体層31a、31bの挿入により、スピン緩和が抑制されることがわかる。 Next, as a reference sample, the same measurement is performed on a sample in which the semiconductor layers 31a and 31b are not formed (not inserted). When the two are compared, the spin transistor in which the semiconductor layers 31a and 31b are formed has a larger absolute value of the difference between I D P and I D AP. It can be seen that is suppressed.

なお、本発明は上記実施形態、実施例に限定されることは無い。例えば、チャネルの型としてはエンハンス型に限らずデプレション型のものを用いることができる。チャネルの製造方法としては、イオン注入のみならず、変調ドープを用いたヘテロ界面成長プロセスにより作製してもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment and Example. For example, the channel type is not limited to the enhancement type, and a depletion type can be used. As a channel manufacturing method, not only ion implantation but also a heterointerface growth process using modulation doping may be used.

また、上記実施形態、実施例の電界効果トランジスタを用いて集積回路を構成してもよい。上記実施形態、実施例の電界効果トランジスタと記憶素子とをメモリセルに備えるメモリを構成してもよい。例えば、誘電体キャパシタと組み合わせればDRAM(Dynamic Random Access Memory)を、強誘電体キャパシタと組み合わせればFRAM(Ferroelectric Random Access Memory)を、磁気抵抗効果素子と組み合わせればMRAM(Magnetic Random Access Memory)を構成することができる。さらにまた、EEPROM(データの書込みや消去を電気的に行うプログラム可能なリード・オンリ・メモリ)のトランジスタにも上記実施形態、実施例の電界効果トランジスタを適用することが可能である。   In addition, an integrated circuit may be configured using the field effect transistors of the above-described embodiments and examples. You may comprise the memory provided with the field effect transistor and memory element of the said embodiment and an Example in a memory cell. For example, DRAM (Dynamic Random Access Memory) when combined with a dielectric capacitor, FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) when combined with a ferroelectric capacitor, and MRAM (Magnetic Random Access Memory) when combined with a magnetoresistive element. Can be configured. Furthermore, the field effect transistors of the above embodiments and examples can be applied to the transistors of EEPROM (programmable read-only memory for electrically writing and erasing data).

さらにまた、上記実施形態、実施例のスピントランジスタの強磁性層34bを有するドレイン電極を記憶部として用い、データを当該電極の磁化方向として記憶し、強磁性層34aを有するソース電極と、ドレイン電極間に生ずる磁気抵抗効果を利用して当該データを読み出すメモリを提供することもできる。   Furthermore, the drain electrode having the ferromagnetic layer 34b of the spin transistor of the above-described embodiment and examples is used as a storage portion, the data is stored as the magnetization direction of the electrode, the source electrode having the ferromagnetic layer 34a, and the drain electrode It is also possible to provide a memory that reads out the data by utilizing the magnetoresistive effect generated therebetween.

その他、本発明は上記実施形態や実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態や実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態や実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態や実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments and examples. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment and an Example. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment and an Example.

10 半導体基板
12 チャネル領域
20 ゲート構造
20A ゲート構造
22 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極
24 ゲート電極
26 接続電極
30a ソース電極
30b ドレイン電極
31a 半導体層
31b 半導体層
32a 半導体層
32b 半導体層
33a トンネルバリア層
33b トンネルバリア層
34a 強磁性層
34b 強磁性層
35b 非磁性層
36b 強磁性層
37a 反強磁性層
37b 反強磁性層
38a 接続電極
38b 接続電極
10 semiconductor substrate 12 channel region 20 gate structure 20A gate structure 22 gate insulating film 23 gate electrode 24 gate electrode 26 connection electrode 30a source electrode 30b drain electrode 31a semiconductor layer 31b semiconductor layer 32a semiconductor layer 32b semiconductor layer 33a tunnel barrier layer 33b tunnel barrier Layer 34a Ferromagnetic layer 34b Ferromagnetic layer 35b Nonmagnetic layer 36b Ferromagnetic layer 37a Antiferromagnetic layer 37b Antiferromagnetic layer 38a Connection electrode 38b Connection electrode

Claims (8)

表面にn型の半導体領域が設けられた半導体基板と、
前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が前記半導体領域の半導体の価電子帯端よりも低いエネルギーを有するn型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が前記半導体領域の半導体の価電子帯端よりも低いエネルギーを有するn型の第2半導体層と、前記第2半導体層上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、
を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とするスピントランジスタ。
A semiconductor substrate provided with an n-type semiconductor region on the surface;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor region, the drain electrode being provided on the semiconductor region and having a band gap larger than that of the semiconductor of the semiconductor region, and a valence band edge being the semiconductor An n-type first semiconductor layer having energy lower than a valence band edge of a semiconductor in the region; a first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer; and the source electrode serving as the semiconductor region An n-type second semiconductor layer that is provided on the semiconductor region and has a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and has an energy lower than that of the semiconductor in the semiconductor region; and the second semiconductor and a second ferromagnetic layer formed on the layer, a source electrode and a drain electrode,
A gate electrode provided in the semiconductor region between the source electrode and the drain electrode;
A spin transistor characterized in that one of the first and second ferromagnetic layers has an invariable magnetization direction and the other has a variable magnetization direction.
表面にp型半導体領域が設けられた半導体基板と、
前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、
前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が前記半導体領域に形成される反転層の価電子帯端よりも低いエネルギーを有するn型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ価電子帯端が前記半導体領域に形成される反転層の価電子帯端よりも低いエネルギーを有するn型の第2半導体層と、前記第2半導体層上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、
を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とするスピントランジスタ。
A semiconductor substrate provided with a p-type semiconductor region on the surface;
A source electrode and a drain electrode provided apart from each other on the semiconductor region,
The drain electrode is provided on the semiconductor region, has a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region, and has an energy lower than that of the valence band edge of the inversion layer formed in the semiconductor region. The first semiconductor layer and a first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer, wherein the source electrode is provided on the semiconductor region and has a larger band gap than the semiconductor of the semiconductor region; a second semiconductor layer of n-type valence electron band edge has a lower energy than the valence band edge of the inversion layer formed in the semiconductor region, and a second ferromagnetic layer formed on the second semiconductor layer A source electrode and a drain electrode,
A gate electrode provided in the semiconductor region between the source electrode and the drain electrode;
A spin transistor characterized in that one of the first and second ferromagnetic layers has an invariable magnetization direction and the other has a variable magnetization direction.
表面にp型の半導体領域が設けられた半導体基板と、
前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、
前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端が前記半導体領域の半導体の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、
を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とするスピントランジスタ。
A semiconductor substrate provided with a p-type semiconductor region on the surface;
A source electrode and a drain electrode provided apart from each other on the semiconductor region,
The drain electrode is provided on the semiconductor region and has a p-type first semiconductor layer having a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region and having a conduction band edge higher than the conduction band edge of the semiconductor in the semiconductor region; A first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer, and the source electrode has a second ferromagnetic layer provided on the semiconductor region, and a source electrode and a drain electrode,
A gate electrode provided in the semiconductor region between the source electrode and the drain electrode;
A spin transistor characterized in that one of the first and second ferromagnetic layers has an invariable magnetization direction and the other has a variable magnetization direction.
前記ソース電極は、前記半導体領域と前記第2強磁性層との間に前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端が前記半導体領域の半導体の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の第2半導体層を備えていることを特徴とする請求項記載のスピントランジスタ。 The source electrode has a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region between the semiconductor region and the second ferromagnetic layer, and has a conduction band edge higher than the conduction band edge of the semiconductor in the semiconductor region. 4. The spin transistor according to claim 3, further comprising a p-type second semiconductor layer. 表面にn型の半導体領域が設けられた半導体基板と、
前記半導体領域上に離間して設けられたソース電極およびドレイン電極であって、
前記ドレイン電極は前記半導体領域上に設けられ前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端が前記半導体領域に形成される反転層の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた第1強磁性層とを有し、前記ソース電極は前記半導体領域上に設けられた第2強磁性層を有する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体領域に設けられたゲート電極と、
を備え、前記第1および第2強磁性層のうちの一方は磁化方向が不変であり、他方は磁化方向が可変であることを特徴とするスピントランジスタ。
A semiconductor substrate provided with an n-type semiconductor region on the surface;
A source electrode and a drain electrode provided apart from each other on the semiconductor region,
The drain electrode is provided on the semiconductor region, has a band gap larger than that of the semiconductor of the semiconductor region, and has a p-type first electrode having a conduction band edge higher than that of an inversion layer formed in the semiconductor region. A source electrode and a drain electrode having a first semiconductor layer and a first ferromagnetic layer provided on the first semiconductor layer, the source electrode having a second ferromagnetic layer provided on the semiconductor region When,
A gate electrode provided in the semiconductor region between the source electrode and the drain electrode;
A spin transistor characterized in that one of the first and second ferromagnetic layers has an invariable magnetization direction and the other has a variable magnetization direction.
前記ソース電極は、前記半導体領域と前記第2強磁性層との間に前記半導体領域の半導体よりもバンドギャップが大きくかつ伝導帯端が前記半導体領域に形成される反転層の伝導帯端よりも高いエネルギーを有するp型の第2半導体層を備えていることを特徴とする請求項記載のスピントランジスタ。 The source electrode has a band gap larger than that of the semiconductor in the semiconductor region between the semiconductor region and the second ferromagnetic layer, and a conduction band edge of the source electrode is larger than a conduction band edge of the inversion layer formed in the semiconductor region. 6. The spin transistor according to claim 5, further comprising a p-type second semiconductor layer having high energy. 2つの電界効果トランジスタを備え、前記2つの電界効果トランジスタのうち少なくとも一方が請求項1乃至のいずれかに記載のスピントランジスタであり、前記2つの電界効果トランジスタには共通のフローティングゲートが設けられていることを特徴とするリコンフィギャラブル論理回路。 It comprises two field-effect transistors, at least one of the two field effect transistors are spin transistor according to any one of claims 1 to 6, the common floating gate is provided in the two field effect transistors A reconfigurable logic circuit characterized by comprising: 請求項1乃至のいずれかに記載のスピントランジスタと、
前記第1強磁性層に電気的に接続された第1ビット線と、
前記第2強磁性層に電気的に接続された第2ビット線と、
前記ゲート電極に電気的に接続されたワード線と
を備えていることを特徴とする磁気メモリ。
A spin transistor according to any one of claims 1 to 6 ;
A first bit line electrically connected to the first ferromagnetic layer;
A second bit line electrically connected to the second ferromagnetic layer;
A magnetic memory comprising: a word line electrically connected to the gate electrode.
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