JP7737118B2 - スピン軌道トルク乱数発生器及びその製造方法 - Google Patents

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０２３年１１月０８日付の韓国特許出願第１０－２０２３－０１５３３９５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、スピン軌道トルク乱数発生器及びその製造方法に関し、より具体的には、スピントルク層に基づいてスピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ）スイッチングが可能であり、スピン軌道トルクの成分のうちダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）とフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）との比率の制御による低いスイッチング電流値及び高いエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）の乱数生成機能を有する乱数発生器を具現する技術に関する。

スピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）スイッチングベースの素子の核心構造である磁気トンネル接合（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ、ＭＴＪ）は、非磁性のスピントルク発生層（以下、「スピントルク層」という）、第１磁性層（磁化自由層、以下、「自由層」という）、トンネルバリア層、及び第２磁性層（磁化固定層、以下、「固定層」という）で構成され得る。

自由層と固定層の相対的な磁化方向に応じて絶縁層を通過するトンネル電流の電気抵抗値が変わるトンネル磁気抵抗（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＴＭＲ）現象を用いて情報を読み出す。

高いトンネル磁気抵抗比、低い書き込み電流、高集積化を実現するためには、磁気トンネル接合は、必ず垂直磁気異方性（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、ＰＭＡ）の特性を有しなければならない。

垂直磁気異方性とは、磁性層の磁化方向が磁性層面に垂直であることを意味する。

最近は、自由層に隣接するスピントルク層の面内の平行な方向に電流が流れるときに発生するスピンホール効果（ｓｐｉｎ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ）又はラシュバ効果（Ｒａｓｈｂａ ｅｆｆｅｃｔ）を用いて自由層のスイッチングを誘導するスピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）現象が見出された。

既存のスピン伝達トルク（ｓｐｉｎ－ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＴＴ）書き込み方式よりも高速のスイッチングが可能な技術として関心を集めている。

このとき、面内電流が磁化自由層に誘導するスピン軌道トルクは、磁化を面内方向に誘導する。

この電流の供給が中断されると、面内方向に整列していた磁化は、磁性層面に垂直な上（ｕｐ）又は下（ｄｏｗｎ）方向にランダムに整列するようになるが、このランダム整列に基づいて真の乱数発生器（ｔｒｕｅ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＴＲＮＧ）として応用が可能である。

乱数発生器（ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＲＮＧ）は、理論的に予測がさらに不可能な一連の数字やシンボルを生成する装置である。

乱数生成機能は、システム的に任意の数を作って適用する基準であって、暗号化技術に適用可能な数字を生成する機能であり得る。

スピン軌道トルク乱数発生器の具現の核心は、スピントルク層にどのような物質及び構造を活用して乱数列のエントロピーを高く維持し、低い書き込み電流を達成するかにある。

従来技術（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１１８，０５２４０１（２０２１））は、人工神経網での乱数の生成のために、Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／Ｔａベースのスピン軌道トルク方式の乱数発生器を例示する。

既存の方式と類似の干渉正確度及び低い誤差率を有するシステムを設計する。

本発明は、スピントルク層に基づいてスピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）スイッチングが可能であり、スピン軌道トルクの成分のうちダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）とフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）との比率の制御による低いスイッチング電流値及び高いエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）の乱数生成機能を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することを目的とする。

本発明は、自由層に接触して面内電流を提供するスピントルク層に、互いに異なるスピン軌道結合の大きさを有する物質を積層して、垂直磁気異方性及び高いエントロピーを維持し、低いスイッチング電流を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することを目的とする。

本発明は、乱数発生器用ＳＯＴの素材として低いＤＬＴ及び高いＦＬＴ効率を有するスピントルク層の物質として、ＤＬＴに比べてＦＬＴの比率が増加する物質候補を提供することを目的とする。

本発明は、ＤＬＴに比べてＦＬＴの比率が増加する物質候補ベースのスピントルク層及び磁性層の構造に基づいて、ＦＬＴのＤＬＴに対する比率を調節することで、高いエントロピーを有する乱数生成機能を維持しながら、低いスイッチング電流を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することを目的とする。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器は、第１スピントルク層及び第２スピントルク層を含むスピントルク発生層、磁化自由層、トンネルバリア層、及び磁化固定層を含み、前記第２スピントルク層は、前記磁化自由層と前記第１スピントルク層との間に位置し、前記磁化自由層の磁化方向と関連するフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）及びダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）を発生させ、前記第１スピントルク層は、前記第２スピントルク層の厚さと連携して、ダンピングトルクの大きさに対するフィールドトルクの大きさによるトルクの比率を調節し、前記磁化自由層は、前記調節されたトルクの比率に基づいて、磁化方向が上又は下方向にランダムに整列され、前記ランダムに整列された磁化方向に基づいてスイッチング出力される電流に基づいて乱数を発生させることができる。

前記トルクの比率は、前記第２スピントルク層の厚さが増加する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが減少することによって増加し、前記第２スピントルク層の厚さが減少する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが増加することによって減少することができる。

前記第１スピントルク層は、Ｔａ、Ｗ及びＰｔのいずれか１つの金属で形成され、前記第２スピントルク層はＮｂで形成されてもよい。

前記第２スピントルク層は、１ｎｍ～１５ｎｍの厚さで形成されてもよい。

前記第１スピントルク層及び前記第２スピントルク層に基づいて、スピン軌道トルクの成分のうちの前記ダンピングトルクに比べて前記フィールドトルクの比率が高い前記トルクの比率に応じて、前記磁化方向をスイッチングするスイッチング電流の大きさが減少し、前記磁化方向がスイッチングされるスイッチング効率が増加することができる。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器は、繰り返して注入される電流に対して前記トルクの比率に応じて出力される電流に基づいた乱数に対する乱数列のエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）値が、ランダム性と関連する基準値よりも高いことによって乱数生成機能を実現することができる。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の製造方法は、第１スピントルク層及び第２スピントルク層を含むスピントルク発生層を形成するステップと、前記スピントルク発生層上に磁化自由層を形成するステップと、前記磁化自由層上にトンネルバリア層を形成するステップと、前記トンネルバリア層上に磁化固定層を形成してスピン軌道トルク乱数発生器を形成するステップとを含み、前記第２スピントルク層は、前記磁化自由層と前記第１スピントルク層との間に位置し、前記磁化自由層の磁化方向と関連するフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）及びダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）を発生させ、前記第１スピントルク層は、前記第２スピントルク層の厚さと連携して、ダンピングトルクの大きさに対するフィールドトルクの大きさによるトルクの比率を調節し、前記磁化自由層は、前記調節されたトルクの比率に基づいて、磁化方向が上又は下方向にランダムに整列され、前記スピン軌道トルク乱数発生器は、前記ランダムに整列された磁化方向に基づいてスイッチング出力される電流に基づいて乱数を発生させることができる。

前記トルクの比率は、前記第２スピントルク層の厚さが増加する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが減少することによって増加し、前記第２スピントルク層の厚さが減少する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが増加することによって減少することができる。

前記スピントルク発生層を形成するステップは、前記第１スピントルク層をＴａ、Ｗ及びＰｔのいずれか１つの金属で形成するステップと、前記第２スピントルク層をＮｂで形成するステップとを含むことができる。

前記第２スピントルク層は、１ｎｍ～１５ｎｍの厚さで形成されてもよい。

本発明は、スピントルク層に基づいてスピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）スイッチングが可能であり、スピン軌道トルクの成分のうちダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）とフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）との比率の制御による低いスイッチング電流値及び高いエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）の乱数生成機能を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することができる。

本発明は、自由層に接触して面内電流を提供するスピントルク層に、互いに異なるスピン軌道結合の大きさを有する物質を積層して、垂直磁気異方性及び高いエントロピーを維持し、低いスイッチング電流を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することができる。

本発明は、乱数発生器用ＳＯＴの素材として低いＤＬＴ及び高いＦＬＴ効率を有するスピントルク層の物質として、ＤＬＴに比べてＦＬＴの比率が増加する物質候補を提供することができる。

本発明は、ＤＬＴに比べてＦＬＴの比率が増加する物質候補ベースのスピントルク層及び磁性層の構造に基づいて、ＦＬＴのＤＬＴに対する比率を調節することで、高いエントロピーを有する乱数生成機能を維持しながら、低いスイッチング電流を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することができる。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の構造及び構成を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の乱数発生動作を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御構造を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の垂直磁気異方性を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の垂直磁気異方性を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御に対するシミュレーション結果を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御に対するシミュレーション結果を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連するスイッチング動作及び効率を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連するスイッチング動作及び効率を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連するスイッチング動作及び効率を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連するスイッチング動作及び効率を説明する図である。 本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のスイッチング確率及び乱数列のエントロピーテストの結果を説明する図である。

以下、本文書の様々な実施例が添付の図面を参照して記載される。

実施例及びこれに使用された用語は、本文書に記載された技術を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、当該実施例の様々な変更、均等物、及び／又は代替物を含むものと理解しなければならない。

以下で様々な実施例を説明するにおいて、関連する公知の機能又は構成についての具体的な説明が発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

そして、後述する用語は、様々な実施例における機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者、運用者の意図又は慣例などによって変わり得る。したがって、その定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて行われるべきである。

図面の説明と関連して、類似の構成要素に対しては類似の参照符号が使用され得る。

単数の表現は、文脈上明らかに別の意味を示すものでない限り、複数の表現を含むことができる。

本文書において、「Ａ又はＢ」又は「Ａ及び／又はＢのうちの少なくとも１つ」などの表現は、共に並べられた項目の全ての可能な組み合わせを含むことができる。

「第１」、「第２」、「第一」、又は「第二」などの表現は、当該構成要素を、順序又は重要度に関係なく修飾することができ、ある構成要素を他の構成要素と区分するために用いられるだけで、当該構成要素を限定しない。

ある（例：第１）構成要素が他の（例：第２）構成要素に「（機能的に又は通信的に）連結されて」いるとか、「接続されて」いると言及された際には、前記ある構成要素が前記他の構成要素に直接的に連結されるか又は別の構成要素（例：第３構成要素）を介して連結され得る。

本明細書において、「～するように構成された（又は設定された）（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ）」は、状況によって、例えば、ハードウェア的又はソフトウェア的に「～に適した」、「～する能力を有する」、「～するように変更された」、「～するように作られた」、「～ができる、」又は「～するように設計された」と相互互換的に（ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅａｂｌｙ）使用され得る。

ある状況では、「～するように構成された装置」という表現は、その装置が他の装置又は部品と共に「～できる」ことを意味し得る。

例えば、文句「Ａ、Ｂ、及びＣを行うように構成された（又は設定された）プロセッサ」は、当該動作を行うための専用プロセッサ（例：エンベデッドプロセッサ）、又はメモリ装置に格納された１つ以上のソフトウェアプログラムを実行することによって、当該動作を行うことができる汎用プロセッサ（例：ＣＰＵ又はａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を意味し得る。

また、「又は」という用語は、排他的論理和「ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ｏｒ」よりは、包含的論理和「ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｏｒ」を意味する。

すなわち、別に言及しない限り、又は文脈から明らかでない限り、「ｘがａ又はｂを用いる」という表現は、包含的な自然順列（ｎａｔｕｒａｌ ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｓ）のいずれか１つを意味する。

以下で使用される「...部」、［...器］などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアやソフトウェア、または、ハードウェアとソフトウェアの結合で具現され得る。

図１は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の構造及び構成を説明する図である。

図１は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の構造及び構成を例示する。

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器１００は、第１スピントルク層１１０、第２スピントルク層１１１、磁化自由層１２０及び磁化固定層１２１を含み、磁化自由層１２０と磁化固定層１２１との間にトンネルバリア層１３０を含む。

例えば、スピン軌道トルク乱数発生器１００は、真の乱数発生器（ｔｒｕｅ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＴＲＮＧ）と称することができる。

一例として、第１スピントルク層１１０及び第２スピントルク層１１１は、スピントルク発生層として構成されてもよい。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器１００の製造方法によれば、第１スピントルク層１１０及び第２スピントルク層１１１を含むスピントルク発生層を形成するステップと、スピントルク発生層上に磁化自由層１２０を形成するステップと、磁化自由層１２０上にトンネルバリア層１３０を形成するステップと、トンネルバリア層１３０上に磁化固定層１２１を形成してスピン軌道トルク乱数発生器１００を形成するステップとを含むことができる。

一例として、第２スピントルク層１１１は、磁化自由層１２０と第１スピントルク層１１０との間に位置し、磁化自由層１２０の磁化方向と関連するフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）及びダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）を発生させることができる。

第１スピントルク層１１０は、第２スピントルク層１１１の厚さと連携して、ダンピングトルクの大きさに対するフィールドトルクの大きさによるトルクの比率を調節することができる。

磁化自由層１２０は、調節されたトルクの比率に基づいて、磁化方向が上又は下方向にランダムに整列される。

これによって、スピン軌道トルク乱数発生器１００は、ランダムに整列された磁化方向に基づいてスイッチング出力される電流に基づいて乱数を発生させることができる。

磁化自由層１２０のランダムに整列された磁化方向が、磁化固定層１２１の磁化方向と同一又は反対であるかによって、スピン軌道トルク乱数発生器１００の抵抗状態がハイインピーダンス状態又はローインピーダンス状態に決定され、決定された状態に応じて出力される電流に基づいて任意の数が決定されることによって、スピン軌道トルク乱数発生器１００は乱数を発生させることができる。

例えば、トルクの比率は、第２スピントルク層１１１の厚さが増加する場合に、フィールドトルクの大きさは維持される状態でダンピングトルクの大きさが減少することによって増加し、第２スピントルク層１１１の厚さが減少する場合に、フィールドトルクの大きさは維持される状態でダンピングトルクの大きさが増加することによって減少することができる。

第１スピントルク層１１０は、Ｔａ、Ｗ及びＰｔのいずれか１つの金属で形成されてもよい。

第２スピントルク層１１１は、Ｎｂで形成されてもよい。

第１スピントルク層１１０は、ダンピングトルクの効率が大きい金属で形成され、第２スピントルク層１１１は、フィールドトルクの効率が大きい金属で形成するものの、ダンピングトルクの効率が第１スピントルク層１１０よりも低い物質で形成され得る。

すなわち、第１スピントルク層１１０の形成物質及び第２スピントルク層１１１の形成物質は、上述した例示に限定されず、同じ性能を具現できる物質で代替可能である。

例えば、第２スピントルク層１１１は、１ｎｍ～１５ｎｍの厚さで形成されてもよい。

一例として、スピン軌道トルク乱数発生器１００は、第１スピントルク層１１０及び第２スピントルク層１１１に基づいて、スピン軌道トルクの成分のうちのダンピングトルクに比べてフィールドトルクの比率が高い前記トルクの比率に応じて、磁化方向をスイッチングするスイッチング電流の大きさが減少し、磁化方向がスイッチングされるスイッチング効率が増加することができる。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器１００は、繰り返して注入される電流に対して前記トルクの比率に応じて出力される電流に基づいた乱数に対する乱数列のエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）値が、ランダム性と関連する基準値よりも高いことによって乱数生成機能を実現することができる。

したがって、本発明は、スピントルク層に基づいてスピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）スイッチングが可能であり、スピン軌道トルクの成分のうちダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）とフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）との比率の制御による低いスイッチング電流値及び高いエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）の乱数生成機能を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することができる。

図２は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の乱数発生動作を説明する図である。

図２は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の乱数発生動作と関連して、スピン軌道トルク素子が乱数発生器として動作可能な原理を例示する。

図２を参照すると、第１状態２００は、電流が印加されるオンの場合のスピン軌道トルク素子の状態を例示し、第２状態２１０は、電流が印加されないオフの場合のスピン軌道トルク素子の状態を例示する。

第１状態２００は、スピントルク発生層に面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）電流を入れると、スピンが上下に分類され、スピン電流によるトルクが２種類存在する。ここで、２種類のトルクは、ダンピングトルクとフィールドトルクである。

ブロック図を見ると、２種類のトルクによって、磁化自由層の磁化が最初は垂直となり、トルクを受けると、Ｘ方向である面内方向に決定される。

すなわち、電流を注入すれば、安定した垂直方向に立っていた磁化がＸ方向に横たわって面内に付く。

一方、エネルギーバンドを見ると、エネルギー状態が特定の位置に固定されることを確認することができる。

電流の注入が中断された第２状態２１０は、面内に印加される電流が中断される場合に、磁化方向は、不安定な状態である面内方向から同等に安定した上側又は下側方向に落ちる。

一方、エネルギーバンドを見ると、エネルギー状態が特定の位置に固定されずに、２つの方向のうちの１つの方向にランダムに変更される。

ここで、上側又は下側方向に変更される磁化方向に基づいて“１”又は“０”に決定されることによって、ランダム性で決定されるバイナリデータに基づいて乱数発生器として動作することができる。

一方、“１”又は“０”に決定される比率及びスイッチングの効率は、ダンピングトルクに対するフィールドトルクの比率が影響を及ぼすが、ダンピングトルクに比べてフィールドトルクの比重が高いので、低いスイッチング電流値及び高いエントロピーの乱数生成機能として適用され得る。

図３は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御構造を説明する図である。

図３は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御構造と関連して、第２スピントルク層の厚さによるダンピングトルクとフィールドトルクとの比率を例示する。

図３を参照すると、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の第１構造３００は、第１スピントルク層３０１、第２スピントルク層３０２及び磁化自由層３０３を含む。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の第２構造３１０は、第１スピントルク層３１１、第２スピントルク層３１２及び磁化自由層３１３を含む。

第１構造３００のダンピングトルク３０４に対するフィールドトルク３０５のトルクの比率と、第２構造３１０のダンピングトルク３１４に対するフィールドトルク３１５のトルクの比率とを比較すると、第２構造３１０がさらに小さい。

第２スピントルク層３０２の厚さと、第２スピントルク層３１２の厚さとを比較すると、第２スピントルク層３１２の厚さがさらに厚く、トルクの比率が小さい。

これによって、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器は、第２スピントルク層の厚さを調節してトルクの比率を制御することができ、トルクの比率の制御に基づいて、垂直磁気異方性及び高いエントロピーを維持し、低いスイッチング電流を有するようにすることができる。

したがって、本発明は、自由層に接触して面内電流を提供するスピントルク層に、互いに異なるスピン軌道結合の大きさを有する物質を積層して、垂直磁気異方性及び高いエントロピーを維持し、低いスイッチング電流を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することができる。

図４Ａ乃至図４Ｃは、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造を説明する図である。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造を例示する。

図４Ａを参照すると、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４００は、スピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）の効率の測定のための構造であって、スピントルク発生層上に磁化自由層が形成された構造をなす。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の素子の構造を作製するのに必要な薄膜の蒸着は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を用いることができる。

初期真空（ｂａｓｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は、それぞれ５×１０^－９Ｔｏｒｒ以下であり、アルゴン（Ａｒ）雰囲気で蒸着する。

スピン軌道トルク乱数発生器の各層の厚さは、蒸着時間及びスパッタリングパワーを用いて調節することができる。

スピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４００は、第１スピントルク層４０１、第２スピントルク層４０２及び磁化自由層４０３を含む。

第１スピントルク層４０１は基板上に形成され、基板上には自然酸化層が形成され得る。

基板はＳｉで形成され得、自然酸化層はＳｉＯ_２で形成され、非晶質であり得る。

第１スピントルク層４０１及び第２スピントルク層４０２は、直流マグネトロンスパッタリングを用いて蒸着形成され得る。

薄膜の作製に用いたターゲットの大きさは直径２インチであり、パワーは５０Ｗであり得る。

磁化自由層４０３はＣｏＦｅＢで形成され得、スパッタリングターゲットの組成はＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（ａｔ％）であり得る。

追加的に、ＭｇＯで絶縁層が形成され、Ｔａでキャッピング層（ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）が形成され得る。

薄膜の蒸着後には３００℃の温度で１時間熱処理を行い、熱処理時の初期真空は１０^－６Ｔｏｒｒ帯域であり、熱処理中に、６ｋ Ｏｅの外部磁場が薄膜に垂直な方向に加えられ得る。

スピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４００は、５×３５μｍ^２の大きさの十字形状のホールバー（Ｈａｌｌ ｂａｒ）で形成され得る。

図４Ｂを参照すると、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４１０は、スピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）の効率の測定のための構造であって、スピントルク発生層上に磁化自由層が形成された構造をなす。

スピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４１０は、第１スピントルク層４１１、第２スピントルク層４１２及び磁化自由層４１３を含む。

スピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４１０は、ＳＯＴスイッチング特性を確認するための島（ｉｓｌａｎｄ）状であって、直径５μｍで形成され得る。

本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造４１０は、スピン軌道トルク（ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ、ＳＯＴ）の効率の測定のための構造であって、スピントルク発生層上に磁化自由層が形成された構造をなす。

図４Ｃは、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の３次元構造において乱数の発生について例示する。

図４Ｃを参照すると、第１状態４２０は、スピン軌道トルク乱数発生器が“Ｏｎ”に該当する磁化自由層の磁化方向を示し、第２状態４２１は、スピン軌道トルク乱数発生器の磁化自由層が「１」又は「０」に該当する磁化方向を有するようにする“Ｏｆｆ”動作を示す。

電流パルスを注入する間、磁化は面内方向に置かれ、電流の供給を中断すると、垂直方向に対応するｚ方向にランダムに整列される。

整列方向は、横ホール電圧の場合に該当するスイッチング確率分布が読み出され得る。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の垂直磁気異方性を説明する図である。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器の垂直磁気異方性と関連して、振動試片磁力計（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｓａｍｐｌｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ、ＶＳＭ）を用いた面垂直方向に測定した磁気履歴曲線を例示する。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、グラフ５００は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層なしに、第２スピントルク層がニオブ（Ｎｂ）で形成され、厚さが５ｎｍ～１５ｎｍに調節された場合である第１実施例を示し、グラフ５０１は、前述した第１実施例に係る構造において薄膜面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）方向に磁場を印加して測定した磁気履歴曲線を示す。

グラフ５０２は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層がタンタル（Ｔａ）が約３ｎｍの厚さで形成され、第２スピントルク層がニオブ（Ｎｂ）で形成され、厚さが５ｎｍ～１５ｎｍに調節された場合である第２実施例を示し、グラフ５０３は、前述した第２実施例に係る構造において薄膜面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）方向に磁場を印加して測定した磁気履歴曲線を示す。

グラフ５０４は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層がタングステン（Ｗ）が約３ｎｍの厚さで形成され、第２スピントルク層がニオブ（Ｎｂ）で形成され、厚さが５ｎｍ～１５ｎｍに調節された場合である第３実施例を示し、グラフ５０５は、前述した第３実施例に係る構造において薄膜面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）方向に磁場を印加して測定した磁気履歴曲線を示す。

グラフ５０６は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層がプラチナ（Ｐｔ）が約３ｎｍの厚さで形成され、第２スピントルク層がニオブ（Ｎｂ）で形成され、厚さが１ｎｍ～１５ｎｍに調節された場合である第４実施例を示し、グラフ５０７は、前述した第４実施例に係る構造において薄膜面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）方向に磁場を印加して測定した磁気履歴曲線を示す。

グラフ５０１、グラフ５０３、グラフ５０５及びグラフ５０７によれば、第２スピントルク層がニオブで形成される場合に、磁化自由層に対する垂直磁気異方性を有することを示す。

また、第２スピントルク層の厚さを変化させても垂直磁気異方性が発現されることを確認することができる。

図６及び図７は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御に対する実験測定の結果を説明する図である。

図６は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連して、Ｎｂ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／Ｔａ、そして、Ｔａ（Ｗ，Ｐｔ）／Ｎｂ／ＣｏＦｅＢ（Ｐｔの場合には厚さが変更可能である。）／ＭｇＯ／Ｔａ構造において、ハーモニックス測定法を用いて測定したニオブの厚さによるダンピングトルク（ξＤＬ）及びフィールドトルク（ξＦＬ）の効率に対する測定結果を例示する。

図６を参照すると、グラフ６００は、スピントルク発生層がＮｂのみで形成される場合に該当する第１実施例に対するダンピングトルク及びフィールドトルクの効率に対する測定結果を示す。

グラフ６０１は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層がＴａで形成され、第２スピントルク層がＮｂで形成される場合に該当する第２実施例に対するダンピングトルク及びフィールドトルクの効率に対する測定結果を示す。

グラフ６０２は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層がＷで形成され、第２スピントルク層がＮｂで形成される場合に該当する第３実施例に対するダンピングトルク及びフィールドトルクの効率に対する測定結果を示す。

グラフ６０３は、スピントルク発生層が、第１スピントルク層がＰｔで形成され、第２スピントルク層がＮｂで形成される場合に該当する第４実施例に対するダンピングトルク及びフィールドトルクの効率に対する測定結果を示す。

グラフ６００は、フィールドトルク及びダンピングトルクは、ニオブの厚さが増加するほど、それに伴って大きくなる傾向があり、次第に飽和する特徴を示す。

ダンピングトルクの効率は約－０．０３であって、他の重金属（Ｗ：－０．３３、Ｔａ：－０．１２、Ｐｔ：０．０９など）に比べて低い値であるが、フィールドトルクの効率は０．０９であって、フィールドトルク／ダンピングトルクの比率（以下、「η」という）が約３と高く示される。

グラフ６０１～グラフ６０３によるＴａ、Ｗ、Ｐｔ／Ｎｂ構造の場合、ダンピングトルクの効率が大きい重金属を意図的にニオブ層の下に配置したので、ニオブの厚さが小さいほど、Ｔａ、Ｗ、そしてＰｔ層が自由層に加えるダンピングトルクの影響が強くなり、全体素子のダンピングトルクの効率が増加する傾向を示す。

反面、非磁性層／磁性自由層の界面から特性が出ると知られているフィールドトルクの場合、ニオブの厚さによる変化率が、ダンピングトルクに比べて僅かである。

特徴的にＰｔ／Ｎｂ構造の場合、ＰｔとＮｂのスピン軌道結合の符号は互いに反対であるため、２つの層から出るトルクは互いに競合し、ニオブの影響が大きくなるほど（厚さが厚くなるほど）、全体効率の符号が変わる地点が確認され、その後には次第に飽和する傾向を示すことを確認することができる。

図７は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連して、Ｎｂ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／Ｔａ、そして、Ｔａ（Ｗ，Ｐｔ）／Ｎｂ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／Ｔａ（単位：ｎｍ）構造において、ハーモニックス測定法を用いて測定したニオブの厚さによるフィールドトルクとダンピングトルクとの比率を例示する。

図７を参照すると、グラフ７００及びグラフ７０１は、図６で確認したニオブの厚さによる、各構造のダンピングトルクに対するフィールドトルクの比率（η）を示す。

比率（η）は、－０．５から－３まで変化する値を示し、グラフ７００でのＮｂ構造は、４つの構造の中で最も高い比率（η）を示すことができる。

グラフ７０１によれば、Ｔａ、Ｗ又はＰｔ／Ｎｂ構造は、ニオブの影響が小さいほど、重金属層の大きなダンピングトルクの影響をよく受けるため、高いダンピングトルクの効率を示すのに対し、フィールドトルクの効率は変化が僅かであるため、比率（η）が次第に減少する傾向を示す。

図８Ａ乃至図１０は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連するスイッチング動作及び効率を説明する図である。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連するスイッチング動作及び効率と関連して、互いに異なる比率（η）を有する８つの素子のスイッチング確率分布（Ｐ_ＳＷ）、及びそれによるスイッチング動作電流（Ｉ_ＳＷ）を例示する。

図８Ａを参照すると、グラフ８００は、比率（η）が－１．２２である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示し、グラフ８０１は、比率（η）が－１．５３である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示し、グラフ８０２は、比率（η）が－１．６３である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示し、グラフ８０３は、比率（η）が－２．０２である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示する。

図８Ｂを参照すると、グラフ８０４は、比率（η）が－２．１８である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示し、グラフ８０５は、比率（η）が－２．２４である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示し、グラフ８０６は、比率（η）が－２．４０である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示し、グラフ８０７は、比率（η）が－３．０３である場合のスイッチング確率分布及びスイッチング動作電流を例示する。

例えば、グラフ８００～グラフ８０７は、４点プローブ法（ｆｏｕｒ－ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅ）を用いてスイッチング確率分布（Ｐ_ＳＷ）及びスイッチング動作電流（Ｉ_ＳＷ）が測定された結果を示す。

全ての電流パルスは、外部磁場のない環境で注入され、パルスの長さは全て１０μｓｅｃで同一であり、同じ大きさのパルスは５０回ずつ繰り返し注入された。

小さな大きさのパルスによるＳＯＴは、自由層を完全に横たえるには十分でないため、スイッチング確率は０である。

注入するパルスの大きさを増加させるほど、スイッチングが発生する確率が増加し、ついには５０％に収束するようになる。

この傾向は、ボルツマンシグモイド関数（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ ｓｉｇｍｏｉｄａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に従い、これを用いてスイッチング確率が４９％となる電流パルスの大きさをスイッチング電流と定義することができる。

図９は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連する、互いに異なる比率（η）を有する８つの素子のスイッチング電流密度（Ｊ_ｓｗ）を保磁力場（Ｈ_ｃ）で標準化した場合、その値の比率（η）に対する傾向性を例示する。

図９を参照すると、グラフ９００は、図８Ａ及び図８Ｂで説明されたグラフ８００～グラフ８０７での比率（η）に対するスイッチング電流の値をスイッチング電流密度／保磁力場（Ｊ_ｓｗ／Ｈ_ｃ）に換算し、その値は、比率（η）の大きさに対する傾向性を示す。

多磁区の磁性層を有するスピン軌道トルク素子のスイッチング電流密度は、保磁力場の大きさに比例する傾向を示す。

したがって、互いに異なる物質及び構造を有する８つの素子の電流密度に比率（η）のみが与える影響を確認するために、各素子の保磁力場を割ることによって標準化することができる。

その結果、比率（η）の値が大きいほど、さらに高いスイッチング効率を示すことを確認することができる。

したがって、本発明は、乱数発生器用ＳＯＴの素材として低いＤＬＴ及び高いＦＬＴ効率を有するスピントルク層の物質として、ＤＬＴに比べてＦＬＴの比率が増加する物質候補を提供することができる。

図１０は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器において、ダンピングトルクとフィールドトルクとの比率の制御と関連する、比率（η）の大きさがスイッチング電流密度に及ぼす影響を示すマクロスピン近似（ｍａｃｒｏｓｐｉｎ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を用いたＦｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ計算結果を例示する。

図１０を参照すると、グラフ１０００及びグラフ１００１は、マクロスピン近似（ｍａｃｒｏｓｐｉｎ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を用いたＦｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ計算結果であって、比率（η）の大きさがスイッチング電流密度にどのような影響を与えるかを示す。

比率（η）が大きければ大きいほど、スピン軌道トルク素子のスイッチングに必要な電流密度は低くなり、これは、前の図で説明された実験結果を裏付ける。

グラフ１０００は、第１スピントルク層に流れる充電電流のパルス幅が５０ｎｓであり、上昇時間が２ｎｓであり得る。

グラフ１００１は、スイッチング電流密度（Ｊ_ＳＷ）を示し、ここで、スイッチング確率（Ｐ_ＳＷ）は５０％である。

グラフ１００１は、理論的（ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ）結果と実験結果が類似の形態を示すことを示す。

図１１は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のスイッチング確率及び乱数列のエントロピーテストの結果を説明する図である。

図１１は、本発明の一実施例に係るスピン軌道トルク乱数発生器のスイッチング確率及び乱数列のエントロピーテストの結果を例示する。

図１１を参照すると、グラフ１１００は、第２スピントルク層のみを含むスピントルク発生層を含むスピン軌道トルク乱数発生器、及び第１及び第２スピントルク層を含むスピントルク発生層を含むスピン軌道トルク乱数発生器のスイッチング確率を示す。

比率（η）の大きさが互いに異なる３つの素子を選別して乱数列を生成し、各ストリングの乱数性がどうなのかを検査したものである。

比率（η）の大きさに対する影響を確認するために、次のような３つの素子を選別した。

第１素子は、第２スピントルク層がＮｂで形成された場合であり、第２素子は、第２スピントルク層がＮｂで形成され、第１スピントルク層がＷで形成され、第３素子は、第２スピントルク層がＮｂで形成され、第１スピントルク層がＰｔで形成される。

グラフ１１００における第１素子での比率（η＝－３．０３）、第２素子での比率（η＝－２．１８）、第３素子での比率（η＝－１．５３）である。

各素子から乱数を得る方法は、次の通りである。まず、外部磁場下でＳＯＴスイッチングが確保されるかを確認する。

その後、外部磁場のない環境で十分な大きさの電流パルスを１，０００回注入する。このとき、スイッチングが発生すれば「１」、そうでなければ「０」と入力する。

毎１，０００回の乱数生成後には、再び外部磁場下でＳＯＴスイッチングが確保されるかを検証して、乱数列が正常作動する素子から得られたものかを確認する。

各素子が反復的な電流の注入による劣化によりスイッチング動作を行えなくなるまで生成した乱数列は、第１素子は３０８，６８３ビットであり、第２素子は１８８，４０６ビットであり、第３素子は３９２，１５６ビットであり得る。

素子のスイッチング確率は、それぞれ４９．９３％、４９．９９％、４９．７９％であり得る。

グラフ１１０１は、第２スピントルク層のみを含むスピントルク発生層を含むスピン軌道トルク乱数発生器、及び第１及び第２スピントルク層を含むスピントルク発生層を含むスピン軌道トルク乱数発生器で生成した乱数列の最小エントロピーテストの結果を示す。

グラフ１１０１は、乱数列のランダム性を確認するために、ＮＩＳＴ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）で提供するＮＩＳＴ ＳＰ ８００－９０Ｂテストを行った結果である。

このテストは、ランダム性をエントロピーで示す１０種類の評価法則（ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）を用いて、その中で最も低い値（Ｍｉｎ－ｅｎｔｒｏｐｙ）を当該乱数列の代表エントロピー値として示しており、下記の表１のようにまとめることができる。

表１では、第１素子（Ｄｅｖｉｃｅ ＃１）、第２素子（Ｄｅｖｉｃｅ ＃２）、及び第３素子（Ｄｅｖｉｃｅ ＃３）に対して、推定器（Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）を用いた各乱数列のテスト結果及び低い値（Ｍｉｎ－ｅｎｔｒｏｐｙ）を示す。

第１素子は、スピントルク発生層がＮｂで形成される構造であり、第２素子は、スピントルク発生層が第１スピントルク層と第２スピントルク層で形成され、第１スピントルク層がＷで形成され、第２スピントルク層がＮｂで形成される。

最後に、第３素子は、第１スピントルク層がＰｔで形成され、第２スピントルク層がＮｂで形成される。

エントロピー値がｎ（０≦ｎ≦１）である場合、１ビット（ｂｉｔ）の乱数を生成するために１／ｎ回の動作が必要であるということを意味し、完璧な乱数発生器の場合、エントロピーｎが１であり得る。

各乱数列のＮＩＳＴ ＳＰ８００－９０Ｂテストの結果は、図１０から確認することができる。３つの素子のＭｉｎ－ｅｎｔｒｏｐｙ値は、それぞれ０．８２５４０７、０．８２５７７８、及び０．８９１４７１であって、ηの大きさに関係なく、高いエントロピー値を確保することができる。

したがって、本発明は、ＤＬＴに比べてＦＬＴの比率が増加する物質候補ベースのスピントルク層及び磁性層の構造に基づいて、ＦＬＴのＤＬＴに対する比率及びエントロピーを調節することで、乱数生成機能を維持しながら、低いスイッチング電流を有するスピン軌道トルク乱数発生器を具現することができる。

上述した具体的な実施例において、発明に含まれる構成要素は、提示された具体的な実施例によって単数又は複数で表現された。

しかし、単数又は複数の表現は、説明の便宜のために提示した状況に適するように選択されたものであって、上述した実施例が単数又は複数の構成要素に制限されるものではなく、複数で表現された構成要素であっても単数で構成されてもよく、単数で表現された構成要素であっても複数で構成されてもよい。

一方、発明の説明では具体的な実施例について説明したが、様々な実施例が内包する技術的思想の範囲から逸脱しない限り、様々な変形が可能であることは勿論である。

したがって、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。

１００ スピン軌道トルク乱数発生器
１１０、３０１、３１１、４０１、４１１ 第１スピントルク層
１１１、３０２、３１２、４０２、４１２ 第２スピントルク層
１２０、３０３、３１３、４０３、４１３ 磁化自由層
１２１ 磁化固定層
１３０ トンネルバリア層
３００ 第１構造
３１０ 第２構造
３０４、３１４ ダンピングトルク
３０５、３１５ フィールドトルク

Claims (8)

1. 第１スピントルク層及び第２スピントルク層を含むスピントルク発生層、磁化自由層、トンネルバリア層、及び磁化固定層を含み、
   前記第２スピントルク層は、前記磁化自由層と前記第１スピントルク層との間に位置し、前記磁化自由層の磁化方向と関連するフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）及びダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）を発生させ、
   前記第１スピントルク層は、前記第２スピントルク層の厚さが調節されることで、前記ダンピングトルクの大きさに対する前記フィールドトルクの大きさによるトルクの比率を調節し、
   前記磁化自由層は、前記調節された前記トルクの比率に基づいて、磁化方向が上又は下方向にランダムに整列され、
   前記ランダムに整列された磁化方向に基づいてスイッチング出力される電流に基づいて乱数を発生させ、
   前記トルクの比率は、前記第２スピントルク層の厚さが増加する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが減少することによって増加し、前記第２スピントルク層の厚さが減少する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが増加することによって減少し、
   前記第１スピントルク層は、前記ダンピングトルクの効率が高い金属で形成され、
   前記第２スピントルク層は、前記フィールドトルクの効率が高い金属であって、前記ダンピングトルクの効率が前記第１スピントルク層よりも低い物質で形成されることを特徴とする、スピン軌道トルク乱数発生器。
2. 前記第１スピントルク層は、Ｔａ、Ｗ及びＰｔのいずれか１つの金属で形成され、
   前記第２スピントルク層はＮｂで形成されることを特徴とする、請求項１に記載のスピン軌道トルク乱数発生器。
3. 前記第２スピントルク層は、１ｎｍ～１５ｎｍの厚さで形成されることを特徴とする、請求項２に記載のスピン軌道トルク乱数発生器。
4. 前記第１スピントルク層及び前記第２スピントルク層に基づいて、スピン軌道トルクの成分のうちの前記ダンピングトルクに比べて前記フィールドトルクの比率が高い前記トルクの比率に応じて、前記磁化方向をスイッチングするスイッチング電流の大きさが減少し、前記磁化方向がスイッチングされるスイッチング効率が増加することを特徴とする、請求項１に記載のスピン軌道トルク乱数発生器。
5. 繰り返して注入される電流に対して前記トルクの比率に応じて出力される電流に基づいた乱数に対する乱数列のエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）値が、ランダム性と関連する基準値よりも高いことによって乱数生成機能を実現することを特徴とする、請求項４に記載のスピン軌道トルク乱数発生器。
6. 第１スピントルク層及び第２スピントルク層を含むスピントルク発生層を形成するステップと、
   前記スピントルク発生層上に磁化自由層を形成するステップと、
   前記磁化自由層上にトンネルバリア層を形成するステップと、
   前記トンネルバリア層上に磁化固定層を形成してスピン軌道トルク乱数発生器を形成するステップとを含み、
   前記第２スピントルク層は、前記磁化自由層と前記第１スピントルク層との間に位置し、前記磁化自由層の磁化方向と関連するフィールドトルク（ｆｉｅｌｄ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＦＬＴ）及びダンピングトルク（ｄａｍｐｉｎｇ－ｌｉｋｅ ｔｏｒｑｕｅ、ＤＬＴ）を発生させ、
   前記第１スピントルク層は、前記第２スピントルク層の厚さが調節されることで、前記ダンピングトルクの大きさに対する前記フィールドトルクの大きさによるトルクの比率を調節し、
   前記磁化自由層は、前記調節された前記トルクの比率に基づいて、磁化方向が上又は下方向にランダムに整列され、
   前記スピン軌道トルク乱数発生器は、前記ランダムに整列された磁化方向に基づいてスイッチング出力される電流に基づいて乱数を発生させ、
   前記トルクの比率は、前記第２スピントルク層の厚さが増加する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが減少することによって増加し、前記第２スピントルク層の厚さが減少する場合に、前記フィールドトルクの大きさは維持される状態で前記ダンピングトルクの大きさが増加することによって減少し、
   前記第１スピントルク層は、前記ダンピングトルクの効率が高い金属で形成され、
   前記第２スピントルク層は、前記フィールドトルクの効率が高い金属であって、前記ダンピングトルクの効率が前記第１スピントルク層よりも低い物質で形成されることを特徴とする、スピン軌道トルク乱数発生器の製造方法。
7. 前記スピントルク発生層を形成するステップは、
   前記第１スピントルク層をＴａ、Ｗ及びＰｔのいずれか１つの金属で形成するステップと、
   前記第２スピントルク層をＮｂで形成するステップとを含むことを特徴とする、請求項６に記載のスピン軌道トルク乱数発生器の製造方法。
8. 前記第２スピントルク層は、１ｎｍ～１５ｎｍの厚さで形成されることを特徴とする、請求項７に記載のスピン軌道トルク乱数発生器の製造方法。