TW201605716A - 用於靜摩擦力補償的磁性奈米機械裝置 - Google Patents

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Abstract

說明了用於操作電壓的一改進範圍及一懸臂之維度的一改進控制之具有奈米磁鐵的奈米機電(NEMS)裝置。例如，在一實施例中，一種奈米機電(NEMS)裝置包括一基板層、一第一磁性層，設置於基板層上方、一第一介電層，設置於第一磁性層上方、一第二介電層，設置於第一介電層上方、及一懸臂，設置於第二介電層上方。當對懸臂施加一電壓時，懸臂從一第一位置往基板層彎曲至一第二位置。

Description

用於靜摩擦力補償的磁性奈米機械裝置
本發明之實施例係在磁性裝置的領域中，尤其是用於靜摩擦力補償的奈米機電裝置。
在過去的數十年裡，縮放積體電路的特徵在不斷成長的半導體產業下已經是一種驅動力。縮放成愈來愈小的特徵能在半導體晶片的有限真實板面上增加功能單元的密度。例如，縮小電晶體尺寸允許在晶片上併入增加數量的記憶體裝置，以製造出具有增加容量的產品。然而，驅動為更多容量的並不是沒有問題。最佳化每個裝置之效能的必要性變得愈來愈重要。
一種奈米機電(NEMS)繼電器如開關地操作。NEMS繼電器使用電壓以實體上打開和關閉電路。當關閉不同的CMOS電晶體時，NEMS繼電器因不洩漏電流而具有能量效率的優點。然而，奈米繼電器在低電壓下可操作的實體尺寸被限制且製造耐受性很小。
100‧‧‧裝置
110‧‧‧矽基板
120‧‧‧氧化物層
130‧‧‧SiO2層
140‧‧‧多晶矽層
142‧‧‧多晶矽層
200‧‧‧裝置
210‧‧‧基板層
220‧‧‧非磁性層
230‧‧‧磁性層
240‧‧‧第一介電層
250‧‧‧第二介電質
280‧‧‧懸臂
262‧‧‧磁性層
272‧‧‧多晶矽層
270‧‧‧多晶矽層
282‧‧‧長度
284‧‧‧厚度
286‧‧‧間隙
260‧‧‧磁性層
300‧‧‧圖
400‧‧‧圖
410‧‧‧區域
550‧‧‧圖
600‧‧‧裝置
612‧‧‧懸臂
610‧‧‧源極區
620‧‧‧汲極區
630‧‧‧閘極區
640‧‧‧靜電力
642‧‧‧附著力
644‧‧‧彈簧復原力
650‧‧‧第一位置
652‧‧‧第二位置
700‧‧‧裝置
712‧‧‧懸臂
710‧‧‧源極區
720‧‧‧汲極區
730‧‧‧閘極區
742‧‧‧附著力
744‧‧‧彈簧復原力
750‧‧‧第一位置
752‧‧‧第二位置
800‧‧‧裝置
812‧‧‧懸臂
810‧‧‧源極區
820‧‧‧汲極區
830‧‧‧閘極區
862‧‧‧磁性材料
860‧‧‧磁性材料
840‧‧‧靜電力
842‧‧‧附著力
844‧‧‧彈簧復原力
846‧‧‧磁力
850‧‧‧第一位置
852‧‧‧第二位置
900‧‧‧裝置
912‧‧‧懸臂
910‧‧‧源極區
920‧‧‧汲極區
930‧‧‧閘極區
962‧‧‧磁性材料
960‧‧‧磁性材料
942‧‧‧附著力
944‧‧‧彈簧復原力
946‧‧‧磁力
950‧‧‧第一位置
952‧‧‧第二位置
1002‧‧‧矽基板
1004‧‧‧非磁性金屬層
1006‧‧‧鐵磁金屬層
1008‧‧‧介電層
1010‧‧‧介電層
1012‧‧‧鐵磁金屬層
1014‧‧‧多晶矽層
1016‧‧‧光阻層
1020‧‧‧懸臂
1030‧‧‧NEMS裝置
1100‧‧‧電子系統
1102‧‧‧微處理器
1104‧‧‧處理器
1106‧‧‧控制單元
1108‧‧‧記憶體裝置
1110‧‧‧輸入/輸出裝置
1200‧‧‧計算裝置
1202‧‧‧主機板
1204‧‧‧處理器
1206‧‧‧通訊晶片
1212‧‧‧裝置
1220‧‧‧積體電路晶粒
1221‧‧‧裝置
第1圖繪示依照傳統方法之奈米機電(NEMS)裝置的剖面圖。
第2A和2B圖繪示依照本發明之一實施例之具有奈米磁鐵的奈米機電(NEMS)裝置的剖面圖。
第3圖繪示依照本發明之一實施例之用於不同間隙的懸臂長度對懸臂厚度之圖。
第4圖繪示依照本發明之一實施例之在包括奈米磁鐵之裝置中用於不同間隙的懸臂長度對懸臂厚度之圖。
第5A圖繪示依照本發明之一實施例之作為用於不同懸臂幾何形狀之致動電壓的函數之矽懸臂的彈簧復原力之圖。
第5B圖繪示依照本發明之一實施例之用於包括奈米磁鐵的裝置與用於不包括奈米磁鐵的裝置之位於最小電壓的懸臂厚度對懸臂長度之圖。
第6圖繪示用於從第一位置(例如，邏輯準位0)切換至第二位置(例如，邏輯準位1)的NEMS裝置。
第7圖繪示用於從第二位置(例如，邏輯準位1)切換至第一位置(例如，邏輯準位0)的NEMS裝置。
第8圖繪示依照本發明之一實施例之用於從第一位置(例如，邏輯準位0)切換至第二位置(例如，邏輯準位1)之具有奈米磁鐵的NEMS裝置。
第9圖繪示依照本發明之一實施例之用於從 第二位置(例如，邏輯準位1)切換至第一位置(例如，邏輯準位0)之具有奈米磁鐵的NEMS裝置。
第10A-10J圖繪示依照本發明之一實施例之具有用於製造具有奈米磁鐵的NEMS裝置之程序操作的方法。
第11圖繪示依照本發明之一實施例之電子系統的方塊圖。
第12圖繪示依照本發明之一個實作的計算裝置。
【發明內容及實施方式】
說明了用於靜摩擦力補償之具有奈米磁鐵的奈米機電(NEMS)裝置。在下面的說明中，提出許多具體細節(如具體磁性層整合和材料制度)以提供對本發明之實施例的全面性了解。本領域之熟知技術者將清楚明白無須這些具體細節便可能實行本發明之實施例。在其他情況下，未詳細說明熟知的特徵(如積體電路設計佈局)以免不必要地模糊本發明之實施例。再者，了解圖所示之各種實施例是說明性圖示而不一定按比例繪製。
一或更多實施例係關於具有奈米磁鐵的NEMS裝置，用於NEMS裝置之操作電壓(例如，NEMS裝置的較低操作電壓)的改進控制及一懸臂之尺寸的改進控制與在NEMS裝置的懸臂與基板之間的間隙的控制。應用可能包括在CPU、處理器、晶片組、無線裝置等中使用用 於計算(例如，較低效能計算)。
第1圖繪示依照傳統方法之奈米機電(NEMS)裝置的剖面圖。裝置100包括當作接地電極的矽基板110、氧化物層120、SiO2層130、及多晶矽層140和142。層140係包括自由端的一懸臂，若對層140施加電壓，則自由端往基板移動，如第1圖所示。若對層140(例如，Vdd電極)未施加任何電壓，則自由端移動遠離基板。
第2A和2B圖繪示依照本發明之一實施例之具有奈米磁鐵的奈米機電(NEMS)裝置的剖面圖。裝置200包括基板層210(例如，矽基板層)、非磁性層220，設置於基板層上方、第一磁性層230，設置於非磁性和基板層上方、第一介電層240，設置於第一磁性層上方、第二介電質250(例如，犧牲氧化物)，設置於第一磁性層上方、及懸臂280。懸臂280包括磁性層262和多晶矽層272。磁性層260可能由相較於磁性層262相同或不同的磁性層形成。多晶矽層270可能由相較於多晶矽層272相同或不同的多晶矽層形成。第2A圖繪示在第一位置的懸臂280，其中在多晶矽層272(即，Vdd電極)與基板210(即，接地電極)之間未施加任何電壓。第2B圖繪示在第二位置的懸臂280，其中在多晶矽層272(即，Vdd電極)與基板210(即，接地電極)之間施加電壓(例如Vdd)一段時間週期(例如，1奈米秒)。當對懸臂施加電壓時，懸臂從第一位置彎曲至與第一介電層接觸的第二位置。當從懸臂移除電 壓時，懸臂從第二位置復原至未與第一介電層接觸的第一位置。當對懸臂施加電壓(Vdd)時，基板層210當作接地電極。懸臂具有長度282、厚度284，且間隙286代表懸臂之下表面至介電層240之上表面的距離。
在一實施例中，非磁性層包括釕(Ru)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、及鎂(Mg)之至少一者。非磁性層提供用於磁性層230的結晶模板(例如，定向)。磁性層230、260、和262可能包括鈷(Co)或其他適當的鐵磁層(例如，Fe)。介電層240可能是氧化鎂(MgO)或任何其他適當的介電層。
磁性層230和262(例如，奈米磁鐵)由於其尺寸(長且薄)和磁各向異性而在相同方向上保持磁化。這些奈米磁鐵產生磁性斥力，其抵銷懸臂的附著力且提高操作電壓的範圍及用於懸臂的尺寸範圍，如下面所論述。
第3圖繪示依照本發明之一實施例之用於不同間隙的懸臂長度對懸臂厚度之圖。圖300顯示用於在懸臂的下表面與基板的上表面之間的2、3、4、和5nm之間隙之用於在1伏特(即，1伏特的Vdd)下操作之矽懸臂的懸臂長度(奈米(nm))對懸臂厚度(nm)。不包括奈米磁鐵的此特定裝置未在位於5nm或更大之間隙間距的相關尺寸中起作用，因此在圖中不存在5nm的陰影區。小於2nm的間隙可能未顯示於圖上，因為穿隧電流在此狀態中開始顯著。針對低於2nm區的非操作區，懸臂係硬的(例如，不能夠充分地彎曲)，因為長度短且不具有足夠之來 自所施加電壓的靜電力。針對低於4nm區的非操作區，懸臂係軟的(例如，保持在與介電層接觸的彎曲位置)，因為長度較長且不具有足夠之來自所施加電壓的靜電力以克服附著力。用於圖的最佳附著力僅包括凡得瓦力。如濕度和金屬結合鍵的環境條件能因在此圖中未說明多達兩個量級而增加靜摩擦力。靜摩擦力係需要被克服以致能接觸中之靜止物件之相對運動的靜電摩擦力。這些環境條件係不合需要的且將修改操作範圍，而不是在圖300中的一般趨勢。
當奈米磁鐵係包括在裝置的設計中時，接著增加操作範圍，如第4圖所示。第4圖繪示依照本發明之一實施例之在包括奈米磁鐵之裝置中用於不同間隙的懸臂長度對懸臂厚度之圖。圖400顯示用於在懸臂的下表面與基板的上表面之間的2、3、4、和5nm之間隙之用於在1伏特(即，1伏特的Vdd)下操作之矽懸臂的懸臂長度(奈米(nm))對懸臂厚度(nm)。不包括奈米磁鐵的此特定裝置未在位於5nm或更大之間隙間距的相關尺寸中起作用，因為在圖中不存在5nm的陰影區。小於2nm的間隙可能未顯示於圖上，因為穿隧電流在此狀態中開始顯著。用於圖的最佳附著力僅包括凡得瓦力。
已使用平行板繼電器來模擬圖300和400。復原力起源於懸臂的有效彈簧常數，而靜電力起源於在平行板之間的分析靜電吸引。附著力係藉由以說明凡得瓦力相互作用之力場擴展的密度函數理論來計算。使用模型來計 算磁力以將力從原子偶極-偶極相互作用進入連續狀態中。依照本發明之一實施例，為了驗證平行板繼電器模型係可靠的，數字地計算作為致動電壓的函數之矽懸臂的彈簧復原力，其說明具有用於懸臂之第5A圖所繪製的結果之邊緣電容和不同的懸臂幾何形狀。懸臂具有5nm之寬度、從3-30nm變化之間隙、從3-30nm變化之厚度、及從100-300nm變化之長度。具有較高復原力的資料點具有較高的懸臂厚度，而具有較低復原力的資料點具有較小的間隙。
奈米磁鐵藉由擴大間隙可操作範圍來改進此裝置的堅固性，因為間隙係最小且最難以控制的尺寸，且裝置對此參數係非常敏感的。奈米磁鐵也允許位於不同厚度(例如，2-4nm)的可操作區之重疊，如圖400所示。例如，區域410係重疊區，其中裝置可操作用於2、3、和4nm的間隙。針對此重疊區410，裝置具有約250-300nm之長度及約25-30nm之厚度。在本實施例中，磁性材料佔據約一半的懸臂，雖然用於磁性材料的其他尺寸也會起作用。強大的奈米磁鐵包括類似於鐵的磁矩且能進一步藉由選擇適當的磁性元件或合金來最佳化可操作範圍。
第5B圖繪示依照本發明之一實施例之用於包括奈米磁鐵的裝置與用於不包括奈米磁鐵的裝置之位於最小電壓(例如，1伏特)的懸臂厚度對懸臂長度之圖。圖550顯示用於不具有磁鐵的裝置與具有奈米磁鐵的裝置之用於在1伏特(即，1伏特的Vdd)下操作之矽懸臂的懸臂 厚度(奈米(nm))對懸臂長度(nm)。當懸臂大於約100nm時，奈米磁鐵減少操作懸臂所必要的厚度。懸臂的厚度和長度判定將懸臂從如第2B圖所示之彎曲位置復原至如第2A圖所示之復原位置所需的復原力。
能藉由目前用以製造CMOS晶片且最近已被用於計算應用的技術來製造NEMS裝置(例如，NEMS繼電器或開關)。NEMS裝置目前至少比CMOS裝置慢100倍，但沒有任何洩漏電流。能以數種方式來實現能夠計算的NEMS裝置。例如，已被模型化且繪製的NEMS繼電器包括矽懸臂和基板。當施加電壓時，靜電力將懸臂往基板彎曲。可操作懸臂在施加電壓時期間如第2B圖所示地進行接觸且在由於其復原力而移除電壓之後回到其原本位置，如第2A圖所示。第一失效模式係懸臂變硬以致於不進行接觸，而第二失效模式係懸臂變軟以致於由於凡得瓦力或其他附著力而不能與設置於基板上的介電層分離。因此，為了使裝置起作用，靜電力必須大於復原力且復原力必須大於附著力，如第6-8圖所示。
第6圖繪示用於從第一位置(例如，邏輯準位0)切換至第二位置(例如，邏輯準位1)的NEMS裝置。裝置600包括具有懸臂612的源極區610、汲極區620、及閘極區630。施用靜電力640使懸臂612往汲極區620彎曲，其中若靜電力和附著力642大於彈簧復原力644，則懸臂的自由端接觸汲極區620。若靜電力和附著力642大於彈簧復原力644，則裝置從第一位置650(例如，邏輯準 位0)切換至具有第6圖之虛線的第二位置652(例如，邏輯準位1)。
第7圖繪示用於從第二位置(例如，邏輯準位1)切換至第一位置(例如，邏輯準位0)的NEMS裝置。裝置700包括具有懸臂712的源極區710、汲極區720、及閘極區730。不存在靜電力使懸臂712被復原，其中若彈簧復原力744大於附著力742，則懸臂的自由端遠離汲極區720。若彈簧復原力744大於附著力742，則裝置從具有第7圖之虛線的第二位置752(例如，邏輯準位1)切換至第一位置750(例如，邏輯準位0)。
通常，NEMS繼電器都建有降至數百奈米之數微米的懸壁長度。在微尺度下，繼電器能操作接近於1伏特，但在奈米尺度下，附著和復原力增加，使得操作電壓約為一個數量級或更高。固有的附著力係對為可與目前MOS電晶體相比之尺寸的奈米繼電器之低電壓操作的主要限制。
本設計之實施例在裝置中包括至少兩個長且薄板的磁性材料以部分地偏移附著力而在裝置的尺度範圍上具有更多彈性及對間隙變化具有更好的耐受性。
第8圖繪示依照本發明之一實施例之用於從第一位置(例如，邏輯準位0)切換至第二位置(例如，邏輯準位1)之具有奈米磁鐵的NEMS裝置。裝置800包括具有懸臂812的源極區810、汲極區820、及閘極區830。懸臂包括具有第8圖之虛線的磁性材料862，而閘極也包 括具有第8圖之虛線的磁性材料860。施用靜電力840使懸臂812往汲極區820彎曲，其中若靜電力和附著力842大於彈簧復原力844和磁力846，則懸臂的自由端接觸汲極區820。若靜電力和附著力842大於彈簧復原力844和磁力846，則裝置從第一位置850(例如，邏輯準位0)切換至具有第8圖之虛線的第二位置852(例如，邏輯準位1)。
第9圖繪示依照本發明之一實施例之用於從第二位置(例如，邏輯準位1)切換至第一位置(例如，邏輯準位0)之具有奈米磁鐵的NEMS裝置。裝置900包括具有懸臂912的源極區910、汲極區920、及閘極區930。懸臂包括具有第9圖之虛線的磁性材料962，而閘極也包括具有第9圖之虛線的磁性材料960。不存在靜電力使懸臂912被復原，其中若彈簧復原力944和磁力946大於附著力942，則懸臂的自由端遠離汲極區920。若彈簧復原力944和磁力大於附著力942，則裝置從具有第9圖之虛線的第二位置952(例如，邏輯準位1)切換至第一位置950(例如，邏輯準位0)。
能相較於第8和9圖之實例地改變磁性材料的位置、長度、厚度、及類型以部分地偏移附著力而在裝置的尺度範圍上具有更多彈性及對間隙變化具有更好的耐受性。奈米磁鐵能沿著其長方向被極化，其中外部磁場和之後的奈米磁鐵由於其尺寸和形狀而將在相同方向上保持磁化。尺寸確保奈米磁鐵將為單一域，當奈米磁鐵小於域 壁的典型尺寸(例如，約100nm)時，其通常為真而不管其形狀。細長形狀介紹了單軸形狀各向異性且磁鐵藉由將其磁化與各向異性易方向對準來最小化其能量。事實上，由於各向異性偏好單一磁域，因此細長奈米結構係長度高達約500nm的單一域。此約500nm或更小的長度範圍與相關可操作奈米繼電器長度對應。奈米磁鐵的矯頑場大到足以確保奈米磁鐵當奈米磁鐵彼此接近時不切換磁化且能藉由改變奈米磁鐵的厚度和硬度來控制。期望的是奈米磁鐵不相互接近大於約1nm，因為在金屬表面之間的附著係凡得瓦力的三十倍或更強。
第10A-10J圖繪示依照本發明之一實施例之具有用於製造具有奈米磁鐵的NEMS裝置之程序操作的方法。第10A圖繪示一程序操作，其中至少一非磁性金屬層1004(例如，Ta、Ru)係形成(例如，濺射)於矽基板1002上。至少一非磁性金屬層能為隨後生長或濺射的磁性層提供結晶模板(例如，定向)。此非磁性層也能防止從隨後生長或濺射的磁性層和矽基板擴散。第10B圖繪示一程序操作，其中鐵磁金屬層1006(例如，Co)係形成(例如，濺射)於至少一非磁性金屬層1004上。
第10C圖繪示一程序操作，其中介電層1008(例如Ta、Ru)係形成(例如，濺射)於鐵磁層1006上。第10D圖繪示一操作程序，其中介電層1010(例如，犧牲氧化物)係沉積於介電層1008上。第10E圖繪示一程序操作，其中鐵磁金屬層1012(例如，Ta、Ru)係形成(例 如，濺射)於介電層1010上。
第10F圖繪示一程序操作，其中多晶矽層1014(或半導體或金屬層)係沉積於鐵磁層1012上。第10G圖繪示一程序操作，其中光阻層1016係形成於多晶矽層1014上，光刻，且接著顯影並移除光阻的暴露區。第10H圖繪示一反應性離子蝕刻(RIE)程序操作，其中未由光阻遮罩的區域被蝕刻，包括多晶矽層1014和鐵磁金屬層1012。第10I圖繪示一濕蝕刻程序操作，其中介電層1010的暴露區被蝕刻。懸臂1020係基於RIE和濕蝕刻操作而形成。第10J圖繪示一操作程序，其中移除光阻以形成NEMS裝置1030，其包括奈米磁鐵1006和1012。
第11圖繪示依照本發明之一實施例之電子系統1100的方塊圖。電子系統1100能對應於例如可攜式系統、電腦系統、程序控制系統、或利用處理器和相關記憶體的任何其他系統。電子系統1100可能包括微處理器1102(具有處理器1104和控制單元1106)、記憶體裝置1108，且輸入/輸出裝置1110(在各種實施例中，將了解電子系統1100可能具有複數個處理器、控制單元、記憶體裝置單元及/或輸入/輸出裝置)。在一實施例中，電子系統1100具有一組指令，其定義待由處理器1104在資料上進行的操作、以及在處理器1104、記憶體裝置1108、及輸入/輸出裝置910之間的其他處理。控制單元1106藉由循環通過使指令從記憶體裝置1108取得且被執行的一組操作來協調處理器1104、記憶體裝置1108及輸入/輸出裝置 1110的操作。記憶體裝置1108能包括NEMS裝置(例如，NEMS繼電器)，如本說明中所述。在一實施例中，記憶體裝置1108係嵌入於微處理器102中，如第11圖所示。
第12圖繪示依照本發明之一個實作的計算裝置1200。計算裝置1200容納主機板1202。主機板1202可能包括一些元件，包括但不限於處理器1204和至少一個通訊晶片1206。處理器1204係實體且電性耦接至主機板1202。在一些實作中，至少一個通訊晶片1206也是實體且電性耦接至主機板1202。在其他實作中，通訊晶片1206是處理器1204的一部分。
依據其應用，計算裝置1200可能包括可能或可能不是實體且電性耦接至主機板1202的其他元件。這些其他元件包括，但不限於揮發性記憶體(例如，DRAM)、非揮發性記憶體(例如，ROM)、快閃記憶體、圖形處理器、數位信號處理器、密碼處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控螢幕顯示器、觸控螢幕控制器、電池、音頻編解碼器、視頻編解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速計、陀螺儀、揚聲器、照相機、及大容量儲存裝置(如硬碟機、光碟(CD)、數位化多功能光碟(DVD)等等)。
通訊晶片1206啟動無線通訊來傳輸資料至計算裝置1200且從計算裝置1200傳輸資料。「無線」之詞及其衍生詞可能用以說明可能藉由使用透過非固態媒體之 調變的電磁輻射來傳遞資料之電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等。此詞並不意味著相關裝置不包含任何線路，雖然在一些實施例中它們可能並非如此。通訊晶片1206可能實作一些無線標準或協定，包括但不限於WiFi(IEEE 802.11家族)、WiMAX(IEEE 802.16家族)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍芽、其衍生物之任一者、以及指定為3G、4G、5G及以上的任何其他無線協定。計算裝置1200可能包括複數個通訊晶片1206。例如，第一通訊晶片1206可能專用於如WiFi和藍芽之較短範圍的無線通訊，且第二通訊晶片1206可能專用於如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO及其他之較長範圍的無線通訊。
計算裝置1200的處理器1204包括封裝在處理器1204內的積體電路晶粒1210。在本發明之一些實作中，處理器的積體電路晶粒包括一或更多裝置1212，如依照本發明之實作建立之自旋轉移力矩記憶體。「處理器」之詞可能指任何裝置或部分之處理來自暫存器及/或記憶體的電子資料以將電子資料轉換成可能儲存在暫存器及/或記憶體中之其他電子資料的裝置。
通訊晶片1206也包括封裝在通訊晶片1206內的積體電路晶粒1220。依照本發明之另一實作，通訊晶片的積體電路晶粒包括一或更多裝置1221，如依照本發明之實作建立之NEMS裝置。
在其他實作中，容納在計算裝置1200內的另一元件可能包含積體電路晶粒，其包括一或更多裝置，如依照本發明之實作建立之NEMS裝置。
在各種實施例中，計算裝置1200可能是膝上型電腦、小筆電、筆記型電腦、纖薄筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、纖薄型行動PC、行動電話、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描機、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位相機、可攜式音樂播放器、或數位攝影機。在其他實作中，計算裝置1200可能是任何其他處理資料的電子裝置。
因此，本發明之一或更多實施例一般關於具有以提高之操作電壓及一懸臂與在懸臂與一基板之間的間隙之維度的改進控制之奈米磁鐵的NEMS裝置。
在一實施例中，一種奈米機電(NEMS)裝置包括一基板層、一第一磁性層，設置於基板層上方，一第一介電層，設置於第一磁性層上方，一第二介電層，設置於第一介電層上方，及一懸臂，設置於第二介電層上方。當對懸臂施加一電壓時，懸臂從一第一位置往基板層彎曲至一第二位置。
在一實施例中，懸臂包含一第二磁性層和設置於第二磁性層上方的一多晶矽層。第一磁性層和第二磁性層可能包括鈷(Co)。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低NEMS裝置的一操作電壓。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於懸臂之長度和厚度的尺寸範圍且增加在懸臂與第一介電層之間之可接受間隙的範圍。
在一實施例中，懸臂當在第二位置時接觸第一介電層，其中附著場施加一力用於保持懸臂與第一介電層接觸。當從懸臂移除電壓時，懸臂從第二位置復原至未與第一介電層接觸的第一位置。
在一實施例中，NEMS裝置更包括一非磁性層，設置於基板上方。
在一實施例中，奈米機電(NEMS)裝置包括一基板、一源極區，設置於基板上方或形成於基板中、一汲極區，設置於基板上方或形成於基板中、及一閘極區，設置於基板上方或形成於基板中。閘極區包括一第一磁性層。源極區包括一懸臂，具有一第二磁性層，其中當對閘極區施加一電壓時，懸臂從一第一位置彎曲至與汲極區接觸的一第二位置。
在一實施例中，NEMS裝置係一繼電器，用於在第一與第二位置之間切換。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低NEMS裝置的一操作電壓。第一磁性層和第二磁性層包含鈷(Co)。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於懸臂之長度和厚度的尺寸 範圍及在懸臂與汲極區之間之可接受間隙的範圍。
在一實施例中，懸臂包括一自由端，其當在第二位置時接觸汲極區，其中附著場施加一力用於保持懸臂與汲極區接觸。當從閘極區移除電壓時，懸臂從第二位置復原至未與汲極區接觸的第一位置。
在一實施例中，一種計算裝置包括至少一處理器，用於執行一或更多軟體程式的指令，及至少一通訊晶片，通訊地耦接至至少一處理器。至少一處理器或至少一通訊晶片更包括至少一奈米機電(NEMS)裝置，其包括一源極區、一汲極區、及具有一第一磁性層的一閘極區。源極區包括一懸臂，具有一第二磁性層，其中當對閘極區施加一電壓時，懸臂從一第一位置彎曲至與汲極區接觸的一第二位置。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低NEMS裝置的一操作電壓。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於懸臂之長度和厚度的尺寸範圍及在懸臂與汲極區之間之可接受間隙的範圍。
在一實施例中，懸臂包括一自由端，其當在第二位置時接觸汲極區，其中附著場施加一力用於保持懸臂與汲極區接觸。
在一實施例中，當從閘極區移除電壓時，懸臂從第二位置復原至未與汲極區接觸的第一位置。
在一實施例中，一種用於製造具有奈米磁鐵 之一奈米機電(NEMS)裝置的方法，包括在一基板上形成至少一非奈米金屬層，在至少一非磁性金屬層上形成一第一鐵磁金屬層，在鐵磁層上形成一第一介電層，在第一介電層上沉積一第二介電層，在第二介電層上形成一第二鐵磁金屬層，在第二鐵磁層上沉積一多晶矽層，及蝕刻多晶矽層、第二鐵磁層、及第二介電層的區域，其未被光阻遮罩以當對懸臂施加一電壓時形成從一第一位置往基板彎曲至一第二位置的一懸臂。
在一實施例中，第一和第二鐵磁層產生一磁場，其抵消一附著場以降低NEMS裝置的一操作電壓。
在一實施例中，第一和第二鐵磁層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於懸臂之長度和厚度的尺寸範圍及在懸臂與第一介電層之間的間隙。
在一實施例中，一種設備包括一種用於支援一第一磁性層和一介電層的工具。設備也包括一種用於在一第一位置與一第二位置之間切換的工具。工具用於當對用於切換之工具施加一電壓時從一第一位置往介電層切換移至一第二位置。
在一實施例中，用於切換的工具包含一第二磁性層和一多晶矽層。第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低設備的一操作電壓。
在一實施例中，第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於切換的工具之長度和厚度的尺寸範圍及用以增加在用於切換的工具與介電層之間之 可接受間隙的範圍。
200‧‧‧裝置
210‧‧‧基板層
220‧‧‧非磁性層
230‧‧‧磁性層
240‧‧‧第一介電層
250‧‧‧第二介電質
280‧‧‧懸臂
262‧‧‧磁性層
272‧‧‧多晶矽層
270‧‧‧多晶矽層
282‧‧‧長度
284‧‧‧厚度
286‧‧‧間隙
260‧‧‧磁性層

Claims (23)

  1. 一種奈米機電(NEMS)裝置，包含：一基板層；一第一磁性層，設置於該基板層上方；一第一介電層，設置於該第一磁性層上方；一第二介電層，設置於該第一介電層上方；及一懸臂，設置於該第二介電層上方，當對該懸臂施加一電壓時，該懸臂從一第一位置往該基板層彎曲至一第二位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之NEMS裝置，其中該懸臂包含一第二磁性層和設置於該第二磁性層上方的一多晶矽層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之NEMS裝置，其中該第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低該NEMS裝置的一操作電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之NEMS裝置，其中該第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於該懸臂之一長度和一厚度的尺寸範圍且用以增加在該懸臂與該第一介電層之間之可接受間隙的範圍。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之NEMS裝置，其中該懸臂當在該第二位置時接觸該第一介電層，其中該附著場施加一力用於保持該懸臂與該第一介電層接觸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之NEMS裝置，其中當從該懸臂移除該電壓時，該懸臂從該第二位置復原至未 與該第一介電層接觸的該第一位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之NEMS裝置，更包含：一非磁性層，設置於該基板上方。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之NEMS裝置，其中該第一磁性層和該第二磁性層包含鈷(Co)。
  9. 一種奈米機電(NEMS)裝置，包含：一基板；一源極區，設置於該基板上方或形成於該基板中；一汲極區，設置於該基板上方或形成於該基板中；及一閘極區，設置於該基板上方或形成於該基板中，該閘極區具有一第一磁性層，其中該源極區包括一懸臂，具有一第二磁性層，其中當對該閘極區施加一電壓時，該懸臂從一第一位置彎曲至與該汲極區接觸的一第二位置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之NEMS裝置，其中該NEMS裝置係一繼電器，用於在該第一與第二位置之間切換。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之NEMS裝置，其中該第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低該NEMS裝置的一操作電壓。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之NEMS裝置，其中該第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於該懸臂之一長度和一厚度的尺寸範圍且增加在該懸臂與該汲極區之間之可接受間隙的範圍。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之NEMS裝置，其中該懸臂包括一自由端，其當在該第二位置時接觸該汲極區，其中該附著場施加一力用於保持該懸臂與該汲極區接觸。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之NEMS裝置，其中當從該閘極區移除該電壓時，該懸臂從該第二位置復原至未與該汲極區接觸的該第一位置。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之NEMS裝置，其中該第一磁性層和該第二磁性層包含鈷(Co)。
  16. 一種計算裝置，包含：至少一處理器，用於執行一或更多軟體程式的指令；及至少一通訊晶片，通訊地耦接至該至少一處理器，其中該至少一處理器或該至少一通訊晶片更包含至少一奈米機電(NEMS)裝置，其包括一源極區、一汲極區、及具有一第一磁性層的一閘極區，其中該源極區包括一懸臂，具有一第二磁性層，其中當對該閘極區施加一電壓時，該懸臂從一第一位置彎曲至與該汲極區接觸的一第二位置。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之計算裝置，其中該第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以降低該NEMS裝置的一操作電壓。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之計算裝置，其中該第一和第二磁性層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於該懸臂之一長度和一厚度的尺寸範圍及在該懸臂與該 汲極區之間之可接受間隙的範圍。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之計算裝置，其中該懸臂包括一自由端，其當在該第二位置時接觸該汲極區，其中該附著場施加一力用於保持該懸臂與該汲極區接觸。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之計算裝置，其中當從該閘極區移除該電壓時，該懸臂從該第二位置復原至未與該汲極區接觸的該第一位置。
  21. 一種用於製造具有奈米磁鐵之一奈米機電(NEMS)裝置的方法，包含：在一基板上形成至少一非奈米金屬層；在該至少一非磁性金屬層上形成一第一鐵磁金屬層；在該鐵磁層上形成一第一介電層；在該第一介電層上沉積一第二介電層；在該第二介電層上形成一第二鐵磁金屬層；在該第二鐵磁層上沉積一多晶矽層；蝕刻該多晶矽層、該第二鐵磁層、及該第二介電層的區域，其未被該光阻遮罩以當對該懸臂施加一電壓時形成從一第一位置往該基板彎曲至一第二位置的一懸臂。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一和第二鐵磁層產生一磁場，其抵消一附著場以降低該NEMS裝置的一操作電壓。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一和第二鐵磁層產生一磁場，其抵消一附著場以增加用於 該懸臂之一長度和一厚度的尺寸範圍及在該懸臂與該第一介電層之間的一間隙。
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