TW201729440A - 透過混合磁化堆疊之單脈衝磁致伸縮切換 - Google Patents

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TW201729440A TW105122922A TW105122922A TW201729440A TW 201729440 A TW201729440 A TW 201729440A TW 105122922 A TW105122922 A TW 105122922A TW 105122922 A TW105122922 A TW 105122922A TW 201729440 A TW201729440 A TW 201729440A
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沙西坎斯 曼尼佩楚尼
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Abstract

所敘述的為一種設備，其包含：具有磁致伸縮(MS)性質之第一鐵磁(FM)層；可操作以在該第一FM層上施加應力的層；以及耦接至該層以及可操作以在該第一FM層上施加交換偏壓之第一反FM層。

Description

透過混合磁化堆疊之單脈衝磁致伸縮切換
本發明係有關於透過混合磁化堆疊之單脈衝磁致伸縮切換。
自旋電子為電子之本質自旋以及在固態裝置中其相關的磁矩之研究。自旋電子邏輯為使用磁化或自旋物理變數作為計算變數的積體電路裝置。此種變數可為非揮發性(即，當至積體電路之電源被關閉時保留計算狀態)。非揮發性邏輯可藉由允許建構者使處理器更常處於具有更少能源之未供電睡眠狀態而增進電源和計算效率。現存的自旋電子邏輯通常苦於高能量和相對較長的切換時間。
例如，在磁穿隧接面(MTJ)中切換磁體(即，用以寫入資料至磁體)，大的寫入電流(例如，大於100μA)和電壓(例如，大於0.7V)是需要的。現存基於MTJ之磁性隨機存取記憶體(MRAM)也苦於高寫入錯誤率(WER)或低速切換。例如，為了達到較低WER，切換時間被減慢，其降低了MRAM的性能。MTJ基MRAM也 苦於由於在MTJ之穿隧介電質中的穿隧電流的可靠度問題。
100‧‧‧配置
101、102‧‧‧影像
200、300、500、520、601、700、800、901‧‧‧混合磁化堆疊
201‧‧‧PZe或FE層
202、302‧‧‧MS FM1層
203‧‧‧穿隧阻障層
204‧‧‧FM2層
205a、205b、305a‧‧‧反FM層
206‧‧‧模板層
207a、207b、207c、307a、707c‧‧‧電極
400、420‧‧‧曲線
401、402、403‧‧‧區域
501、521‧‧‧FM偏壓層
502、522‧‧‧交換耦合或偏壓層
600、900‧‧‧記憶體位元胞
701‧‧‧SOC層
707d‧‧‧非磁性導體
1000‧‧‧流程圖
1001、1002、1003‧‧‧方塊
1600‧‧‧計算裝置
1610‧‧‧第一處理器
1620‧‧‧聲頻子系統
1630‧‧‧顯示子系統
1632‧‧‧顯示介面
1640‧‧‧I/O控制器
1650‧‧‧電源管理
1660‧‧‧記憶子系統
1670‧‧‧連接
1672‧‧‧蜂巢式連接
1674‧‧‧無線連接
1680‧‧‧周邊連接
1682‧‧‧至
1684‧‧‧從
1690‧‧‧處理器
SL1‧‧‧第一源極線
SL2‧‧‧第二SL
BL‧‧‧位元線
MN1‧‧‧存取電晶體
WL‧‧‧字元線
本揭露實施例從下面給定之詳細的敘述以及從本揭露各種實施例伴隨的圖式將更完整地了解，然而，其不應限制本揭露為具體實施例，但其僅用來解釋和理解。
圖1闡明用以施加平面內電場用於磁致伸縮切換之四個電極的配置。
圖2根據本揭露一些實施例闡明可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊。
圖3根據本揭露一些其它實施例闡明可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊。
圖4A至4B根據本揭露一些實施例闡明顯示使用混合磁化堆疊之磁致伸縮操作的曲線。
圖5A根據本揭露一些實施例闡明可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊。
圖5B根據本揭露一些其它實施例闡明可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊。
圖6根據本揭露一些實施例闡明使用可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊形成的記憶體位元胞。
圖7根據本揭露一些實施例闡明具有自旋軌道耦合(Spin Orbit Coupling，SOC)材料且可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊。
圖8根據本揭露一些實施例闡明具有SOC材料且可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊。
圖9根據本揭露一些實施例闡明具有混合磁化堆疊的記憶體位元胞。
圖10根據本揭露一些實施例闡明用於操作使用磁致伸縮的混合磁化堆疊之方法的流程圖。
圖11為根據一些實施例之具有可操作以藉由磁致伸縮切換之混合磁化堆疊的智能裝置或計算機系統或SoC(系統單晶片)。
【發明內容與實施方式】
圖1闡明用以施加平面內電場用於磁致伸縮(MS)切換之四個電極的配置100。四個電極被標記為兩個「A」電極以及兩個「B」電極。在此範例中，MS切換藉由施加平面內電場通過第一組電極以及接著施加另一平面內電場通過第二組電極而達成。配置100之影像101顯示當0.5V施加至第一組電極「A」同時沒有電壓施加至第二組電極「B」時的情形。如配置100之影像102所示，一旦磁化藉由MS效應定義時，0.5V被施加至第二組電極「B」同時沒有電壓施加至第一組電極「A」。如此一來，MS切換發生。
這個MS切換製程對於製造是個挑戰，因為施加平面內電場需要特殊製程步驟。此外，為了施加平面內電場，會增加功率耗損的大電壓是需要的。對於配置100之MS 切換製程也是慢的，因為它為至少兩個步驟切換製程，四個空間上分離的電極是該製程需要之最小數目。
一些文中所述之實施例使用具有垂直磁化和平面內磁性各向異性兩者的混合奈米磁體。各向異性一般指的是材料性質為方向相依。對於磁體的各向異性可來自在多層堆疊中由於晶體各向異性或介面各向異性之磁體之形狀和/或磁性材料之磁性各向異性。對於平面內磁體，形狀各向異性係由磁體之形狀判定。磁體傾向沿著形狀之長軸對齊。各向異性其特徵為相關的有效磁場Hk。具有高磁場Hk的材料為具有高度方向相依之性質的材料。
對於平面內磁體，形狀各向異性典型地相應於Hk之適度值，例如，500-600厄司特(Oersted；Oe)。具有垂直磁性各向異性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)之平面外磁體具有比平面內磁體更高的磁場Hk，以及PMA磁體之各向異性與他的形狀不具有強的相關性。如此一來，PMA磁體可為方形或圓形(不同於矩形形狀的平面內磁體)並且可以達到比平面內磁體更快切換與更低電流。
在一些實施例中，混合奈米磁體具有兩個穩態-平面外PMA穩態以及平面內穩態。如此一來，一些實施例之混合奈米磁體可用於儲存和讀取資料。在一些實施例中，平面外穩態為厚度以及由至MS鐵磁(FM)之應力施加導致的磁性晶體各向異性之結果。在一些實施例中，平面內穩態為來自合成的反FM之交換耦合或偏壓的結果。在一 些實施例中，展現自旋軌道耦合(SOC)的層係沉積在MS FM的層之上。
有許多各種實施例的技術效果/益處。例如，各種實施例之混合奈米磁體允許電壓控制磁化切換，相比於電壓誘發自旋力矩切換，其具有本質上較低的能量用來切換。存在於暫態期間之在各種實施例之混合奈米磁體中的驅動電流也顯著地低於自旋力矩切換電流。各種實施例之混合奈米磁體減少臨界電流(critical current)/電壓，以增進切換裝置之可靠度。其它技術效應從各種實施例和圖式之敘述將顯而易見。
在下面的說明中，大量的細節被討論以提供對本揭示的實施例之更徹底的解釋。然而，對本發明所屬領域之具有通常知識者，本揭示的實施例可不用這些特定的細節可被實踐是顯而易見的。在其它例子中，為了避免模糊本揭示的實施例，已知的結構和裝置詳細敘述，而以方塊圖的形式被示出。
注意，在實施例之對應的圖式中，訊號以線代表。有些線可能比較粗以指示更多成份的訊號路徑，和/或具有箭頭在一或多個端，以指示主要資訊流動方向。如此之指示不意圖為被限制的。而是，線被使用以與一或多個示例性實施例有關以促進對電路或邏輯單元更容易的理解。任何代表的訊號，由設計需求或偏好所指定，可實際上包含一或多個訊號，其可在任一方向上移動且可與任何適當類型的訊號方案被實施。
貫穿說明書及在申請專利範圍中，用語「連接的」意指在連接的東西之間以諸如電性、機械或磁性的直接連接，而沒有任何中間的裝置。用語「耦接」的意思是透過一或多個被動或主動中間裝置在連接的或間接連接的物之間的直接或間接連接，諸如直接電性、機械或磁性連接。用於「電路」或「模組」可指的是一或多個被動和/或主動組件，其為佈置以與另一個合作來提供所需的功能。用語「訊號」可稱為至少一電流訊號、電壓訊號、磁性訊號或資料/時脈訊號。「一」、「一個」以及「該」的意思包括數個參考。「中」的意思包括「中」和「上」。
用於「實質上」、「接近」、「大約」、「附近」以及「大約」一般指的是目標值在+/-10%之間(除非另有指明)。除非以其它方式指明，使用用以敘述一般物件之一般形容詞「第一」、「第二」以及「第三」等等，僅指示相似物件之不同實例被提及，並且不旨在暗示如此描述的物件必須以給定的順序，無論是時間、空間、排名或以在任何其他方式。
對於本揭露之目的，用語「A和/或B」和「A或B」的意思是(A)、(B)或(A和B)。對於本揭露之目的，用語「A、B和/或C」的意思是(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
實施例之目的，在本文敘述的各種電路和邏輯方塊之電晶體為金屬氧化物半導體(MOS)電晶體或彼等的衍生 物，其中MOS電晶體包括汲極、源極、閘極以及基極(bulk)端子。電晶體和/或MOS電晶體衍生物也包括三閘(Tri-Gate)和鰭式場效(FinFET)電晶體、全包覆式閘極電晶體(Gate All Around Cylindrical Transistor)、穿隧FET(TFET)、方形線、矩形帶狀電晶體、鐵電FET(FeFET)或實施電晶體功能性的其它裝置，像是奈米碳管或自旋電子裝置。MOSFET對稱的源極和汲極端子即為相同的端子且在此為可交換地使用。另一方面，TFET裝置具有對稱源極和汲極端子。本發明所屬領域之具有通常知識者將意識到其他電晶體(例如，雙極接面(Bi-polar junction)電晶體-BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等等)可被使用而不悖離本揭示的範疇。用語「MN」指示n型電晶體(例如，NMOS、NPN BJT等等)和術語「MP」指示p型電晶體(例如，PMOS、PNP BJT等等)。
圖2根據本揭露一些實施例闡明其可操作以藉由MS切換的混合磁化堆疊200(也稱為混合奈米磁體)。在一些實施例中，混合磁化堆疊200包含壓電(PZe)或鐵電(Ferro-electric；FE)層201、MS FM層202(也稱為MS FM1)、穿隧阻障層(例如，MgO)203、固定磁體FM2 204、反FM層205a和205b、以及電極207a、207b和207c。在一些實施例中，混合磁化堆疊200更包含用於反FM205b的模板材料層206。
在一些實施例中，PZe或FE層201係可操作以回應 於經由電極207a/b施加橫過PZe或FE層201之電壓Vstrain在MS FM1 202上施加應力。根據一些實施例，電壓Vstrain之範圍係在30mV至300mV的範圍內。在一些實施例中，PZe或FE層201係由下列形成：PZT(例如，Pb(Zr0.2Ti0.8)O3)、BaTiO3或CoFeO。於其他實施例中，其它材料可被用於形成PZe或FE層201。例如，諸如PZT-5、PZT-4、PZNPT、PMNPT、BiFeO3、Bi4Ti3O12、聚偏二氟乙烯以及PVDF的材料可被用來形成PZe或FE層201。
在一些實施例中，電極207a耦接至PZe層201以及反FM層205a。在一些實施例中，電極207b耦接至PZe層201。電極207a/b可由任何諸如銅的非磁性導體材料製成。在一些實施例中，電壓源(未顯示)耦接至電極207a/b，用以提供電壓Vstrain橫過PZe層201。在一些實施例中，電壓源施加+Vstrain電壓、-Vstrain電壓或零電壓中的一者橫過電極207a/b。
在一些實施例中，MS FM1層202(即，具有磁致伸縮性質之鐵磁層)沉積在PZe層201之上。在一些實施例中，MS FM1層202係由諸如下列中的材料形成：Teffenol-D、Fe1-xGax、Co0.6Fe0.4或CoFe2O4(CFO)。於其他實施例中，顯示出在優選的磁性各向異性軸作為外加應力至結構的功能變化的其它材料可被用於形成MS FM1層202。例如，NiFe2O4以及Metglas®2605(例如，Fe81B13.5Si3.5C2以及Fe80B20)磁性合金可被用來形成MS FM1層202。
在一些實施例中，MS FM1層202包含材料之多層的垂直堆疊。例如，MS FM1層202包含諸如鈷和鉑(即，Co/Pt)層的堆疊。其它多層範例包括：Co/Pd、Co/Ni、MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO、MgO/CoFeB/W/CoFeB/MgO、MgO/CoFeB/V/CoFeB/MgO、MgO/CoFeB/Mo/CoFeB/MgO、MnxGay、具有L10晶體對稱之結構或具有正方晶體結構之材料。
在一些實施例中，反FM層205a沉積在PZe層201之上，使得反FM層205a係在PZe層201和MS FM1層202之間。在一些實施例中，反FM層205a作用於MS FM1層202之自由磁性層上以設定平面內磁化方向在MS FM1層202內。在一些實施例中，反FM層205a可由諸如PtMn、IrMn、PdMn以及FeMn的材料形成。在一些實施例中，穿隧阻障層203沉積在MS FM1層202之上。在一些實施例中，該穿隧障壁層203由MgO形成。
在一些實施例中，FM2層204沉積在穿隧阻障層203之上。在一些實施例中，FM2層204為固定的平面內磁體。在一些實施例中，FM2層204係由CFGG(即，鈷(Co)、鐵(Fe)、鍺(Ge)或鎵(Ga)或它們的組合)形成。在一些實施例中，FM2層204為具有高自旋極化材料形成。Heusler合金為高自旋極化材料之範例。Heusler合金因為相鄰磁性離子之間的雙交換機制為鐵磁。
在一些實施例中，FM2層204由用以增加自旋電流注入之夠高各向異性(Hk)和夠低磁性飽和(Ms)組成。磁性飽和Ms一般為狀態當在施加的外部磁場H之增加無法增加材料之磁化(即，整個磁通密度(magnetic flux density)B實質上平穩)時到達。此處，夠低Ms指的是Ms小於200kA/m(每公尺千安培)。各向異性Hk一般指的是材料性質為方向相依。具有高Hk的材料為具有高度方向相依之性質的材料。本文，在Heusler合金之背景中夠高的Hk被認為是大於2000Oe(奧斯特)。
在一些實施例中，諸如Co2FeAl和Co2FeGeGa合金之Heusler合金係用於形成FM2層204。Heusler合金之其它範例包括：Cu2MnAl、Cu2MnIn、Cu2MnSn、Ni2MnAl、Ni2MnIn、Ni2MnSn、Ni2MnSb、Ni2MnGa、Co2MnAl、Co2MnSi、Co2MnGa、Co2MnGe、Pd2MnAl、Pd2MnIn、Pd2MnSn、Pd2MnSb、Co2FeSi、Fe2Val、Mn2VGa、Co2FeGe等等。
在一些實施例中，反FM層205b之層係沉積在FM2層204之上。在一些實施例中，反FM層205b係由其中自旋方向在晶體平面中變換之材料形成，因此其無法藉由自旋力矩之磁場切換。在一些實施例中，反FM層205b固定住鄰近的鐵磁層(即，不允許鄰近FM層切換為相反方向)。在一些實施例中，反FM層205b可由諸如PtMn、IrMn、PdMn以及FeMn的材料形成。
在一些實施例中，模板層206係形成在反FM層205b 之上以增加反FM層205b之結晶性。在一些實施例中，諸如Ag和Cu之過渡金屬係用於形成模板層206。在一些實施例中，模板層206係由下列中的一者形成：Ru、Ta、W或MgO薄層。在一些實施例中，電極207c形成在模板層206之上。在一些實施例中，感測橫過混合磁化堆疊200之電阻的電阻值感應器係耦接至電極207a和207c。在一些實施例中，感測器為當Vsense被施加橫過電極207a/c時用以感測通過該堆疊之電流的電流感測器。於其他實施例中，感測器之其它類型可被用來判定混合磁化堆疊200之記憶體狀態。
在一些實施例中，位元線(BL)耦接至電極207c。在一些實施例中，電晶體耦接至電極207a，使得電晶體由字元線(WL)控制以及它的源極/汲極端子之一者耦接至電極207a，同時源極/汲極端子之另一者耦接至第一源極線(SL1)。在一些實施例中，電極207b耦接至第二SL(SL2)。
在一些實施例中，為了寫入至混合磁性裝置200，電壓Vstrain被施加橫過電極207a和207b。根據一些實施例，施加的電壓轉向MS FM1 202之磁化900度。在一些實施例中，為了從混合磁性裝置200讀取，感測電壓Vsense被施加橫過電極207a和207c，且通過混合磁性裝置200之電流被測量。這個電流測量混合磁性裝置200之磁電阻。高電阻值可代表邏輯高以及低電阻可代表邏輯低，或反之亦然。根據一些實施例，相對電阻值(即，高電阻 值或低電阻值)取決於MS FM1層202和FM2層204之磁化。
圖3根據本揭露一些實施例闡明可操作以藉由MS切換的混合磁化堆疊300。其指出那些圖3中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。混合磁化堆疊300將參考圖2敘述。相較於混合磁化堆疊200，在混合磁化堆疊300中，MS FM層202(其在此被重新標號為MS FM1 302)係延伸在反FM層205a(其在此被重新標號為反FM層305a)之上。在一些實施例中，電極207a(重新標號為電極307a)係形成在MS FM1層302之上。混合磁化堆疊300之一技術益處為更一致的應力由PZe層201提供至MS FM1層302。
圖4A-B根據本揭露一些實施例闡明分別顯示使用混合磁化堆疊200之MS操作的曲線400和420。其指出那些圖4A-B中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。而圖4A-B為參考混合磁化堆疊200之操作敘述，相同解釋適用於混合磁化堆疊300以及各種實施例之其它混合堆疊。
在一些實施例中，混合磁化堆疊200之操作使用Landau-Lifshitz-Gilbert模擬驗證。在下面敘述中，PZe或FE層201為成長在導電底部電極207b之膜的PZT(即，四方單主面鐵磁，Pb(Zr0.2Ti0.8)O3)。在一些實施例 中，MS FM1層202為微影圖案化。在一些實施例中，Vstrain被施加橫過電極207a/b以產生平面內雙軸應力在PZe或FE層201中，其被轉移至MS FM1層202。
於此範例中，對於具有(xyz=001)表面定向(即，沿著±z軸的鐵電極化)之PZe或FE層201(即，PZT膜)，雙軸應力在沿平面內結晶方向(xyz=010)和(xyz=100)上大小和符號相等。沿著(xyz=010)和(xyz=100)方向之應力成分係由下式給定：ε xx =ε yy =d 31 E z ...(1)
其中d 31為PZe或FE層201之壓電係數。另一方面，對於具有(110)表面定向之PZT，平面外電場(從Vstrain)之施加沿著兩平面內結晶方向(001)和(101)建立兩個不同應力。在此情況下，其可顯示沿著(001)和(101)方向之應力成分ε xx 由下式給定：
以及 分別地。
下面部分分析MS FM1層202對於壓力脈衝的反應。在雙軸應力之出現中，MS FM1層202之磁性各向異性由於反向磁致伸縮效應改變。能量貢獻E strain 由於壓力{σi}((i≡xx,y)表達角度)以及具有沿著磁化方向之單元向量之{δi}由下式給出：
其中，λ為磁性材料之磁致伸縮係數。於此範例中，MS FM1 202係由Co0.6Fe0.4形成，其具有大的磁致伸縮係數。假設從PZe或FE層201至MS FM1 202之應力轉移完成，在MS FM1 202中的壓力和應力係有關於：σi=Yεi(i≡xx,yy)...(5)
其中，「Y」為磁性材料之楊氏的模數。
在施加雙軸應力時，具有垂直磁性各向異性(PMA)H k 的磁體之整體能量E totol 由下式給出：
其中，E PMA 、M S 、μ 0 以及θ分別為具有PMA之磁體的能量、磁體之飽和磁化、真空磁導率以及相對於-z軸之磁化角度。
由於壓力之各向異性場係使用下面關係式計算：
MS FM1層202之奈米磁體動態由修改的Landau-Lifshitz-Gilbert方程式描述，其內容如下：
其中，γ為電子旋磁比例，α為Gilbert阻尼係數， 為垂直於進入奈米磁體中的磁化之向量自旋電流之成分以及N s 是每個磁體的波耳磁元的總數。
此處，
為有效磁場以及和分別為由於垂直磁性各向異性和隨機雜訊之場。
雜訊場：
在MS FM1層202的磁體上各向同性地起作用，因此可以敘述為：〈H l (t)〉=0...(11)
其中，kB為波茲曼常數(Boltzmann constant)，T為溫度，以及V為MS FM1 202之奈米磁體的體積。
為了使磁體的初始條件隨機化，磁體的初始角度遵循以下關係：
在一些實施例中，MS FM1層202之奈米磁體之磁化動態係在均勻雙軸壓力的出現模擬，σ(=σ xx =σ yy )。為了了解在均勻雙軸壓力效應下MS FM1層202之磁體的穩態，方程式6指示沒有施加的壓力(即，σ=0))，沿著±z軸(θ=00 and 1800)的整體能量為最小。對於均勻的雙軸壓力σ，壓力能量可寫為：
因此，隨著雙軸壓力的增加，沿著±z軸的各向異性能量增加並超過臨界壓力：
θ=900(xy平面)成為最小能量平面。假設在MS FM1層202之奈米磁體和下面的PZe或FE層201之間的介面之應力的連續性，用以產生壓力之橫過PZe或FE層201之電壓V PE (如同Vstrain)需求由下式給出：
其中d PE 為PZe或FE層201之厚度。
混合磁性堆疊200之磁致伸縮切換由圖4A闡明。此處，x軸為時間(毫微秒為單位)以及y軸為自旋投射。曲線400顯示了三個區域401、402和403。區段401闡明在沒有Vstrain下(即，Vstrain=0V)MS FM1層202之磁化之平面外方向。區段402闡明當Vstrain施加在PZe或FE層201上時MS FM1層202之磁化方向。通過MS的Vstrain導致平面外穩態改變為平面內穩態。區段403闡明在沒有Vstrain下(即，Vstrain=0或-Vstrain)MS FM1層202之磁化之平面外方向。每一區段-401、402和403闡明MS FM1層202之狀態。
混合磁化堆疊200/300之穩定磁性方向顯示在圖4B中。在一些實施例中，混合磁化堆疊200/300具有磁性各向異性，當沒有電壓(electric-voltage)施加到堆疊時，該各向異性在平面外或平面內是穩定的。在本揭露中，實施例為參考當沒有電壓施加橫過PZe或FE層201時穩定平面內磁性各向異性狀態的敘述。然而，MS FM1層202可被設計成使得當沒有電壓施加橫過PZe或FE層201時，其具有平面外磁性各向異性穩態。
在一些實施例中，在混合磁化堆疊200之中的MS FM1層202經由來自合成反鐵磁或來自天然反鐵磁體施加的交換場而為平面內穩定。在一些實施例中，在混合磁化堆疊200之中的MS FM1層202經由起源於結晶性或介面PMA之應力可調的垂直各向異性而為平面外穩定。在施加的電壓下，混合磁化堆疊200/300之切換顯示從平面內到PMA的可逆磁切換，反之亦然。在一些實施例中，當電壓被去除時，MS FM1層202之狀態為非揮發性。在一些實施例中，MS FM1層202之穩定狀態不是沿著在平面內+/-z方向就是沿著+x方向。在一些實施例中，在混合磁化堆疊200之中的MS FM1層202之磁化可經由Rashba效應和/或TMR(穿隧磁電阻)效應被讀取。
圖5A根據本揭露一些實施例闡明可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊500。其指出那些圖5A中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。為了不使實施例模糊，圖5A和圖2之間的不同被敘述。
在一些實施例中，取代經由反FM層205a耦接至MS FM1層202之PZe層201，額外的層被夾在PZe層201和MS FM1層202之間。在一些實施例中，FM偏壓層501沉積在反FM層205a之上。在一些實施例中，FM偏壓層501為非MS層。在一些實施例中，FM偏壓層501係由任何參考FM2層204討論的材料組成。
在一些實施例中，Ru、Cu或Ag之交換耦合或偏壓層502係沉積在FM偏壓層501之上，使得交換耦合或偏壓層502夾在MS FM1層202和FM偏壓層501(其為非MS層)之間。在一些實施例中，交換耦合或偏壓層502包含Ru、Cu或Ag，其中Ru、Cu或Ag可允許自旋電子波函數的穿隧，而允許RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)交換耦合。RKKY交換耦合是指透過在金屬中傳導電子的相互作用的核磁矩(nuclear magnetic moments)或局部內部「d」或「f」殼電子自旋的耦合機制。於其他實施例中，其它材料可被用於形成具有用於導致鐵磁/反FM耦合之波函數重疊之適當厚度的交換耦合或偏壓層502。
FM偏置層501的一個技術效應是施加交換相互作用，其斷開反轉對稱性並且設定用於MS FM1 202之磁化的優選平面內方向。根據一些實施例，交換耦合或偏壓層502的角色是介導交換相互作用，其是層502之厚度的強烈變化的函數。根據一些實施例，混合磁化堆疊500之可操作以其它類似於混合磁化堆疊200之操作。
圖5B根據本揭露一些實施例闡明可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊520。其指出那些圖5B中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。為了不使實施例模糊，圖5A、圖5B和圖3之間的不同被敘述。
相較於混合磁化堆疊300，取代經由反FM層305a耦接至MS FM1層302之PZe層201，額外的層被夾在PZe層201和MS FM1層302之間。在一些實施例中，FM偏壓層521沉積在反FM層305a之上。在一些實施例中，FM偏壓層521為非MS層。在一些實施例中，FM偏壓層521係由任何參考FM偏壓層501討論的材料組成。在一些實施例中，Ru、Cu或Ag之交換耦合或偏壓層522係沉積在FM偏壓層521之上使得交換耦合或偏壓層521夾在MS FM1層302和FM偏壓層521(其為非MS層)之間。在一些實施例中，交換耦合或偏壓層522係由任何參考交換耦合或偏壓層502討論的材料組成。
圖6根據本揭露一些實施例闡明使用可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊形成的記憶體位元胞600。其指出那些圖6中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。
在一些實施例中，位元胞600包含位元線(BL)、第一源極線(SL1)、第二SL(SL2)、存取電晶體(例如，n型電晶體MN1)以及混合磁化堆疊601(例如，200、300、500和520中的一個)。在一些實施例中，存取電晶體MN1之源極/汲極端子耦接至電極207a/307a，存取電晶體MN1之汲極/源極端子係耦接至SL1以及存取電晶體MN1之閘極端子係耦接至字元線(WL)。在一些實施例中，SL2耦接至電極207b。在一些實施例中，BL 耦接至電極207c。雖然圖6之實施例參考n型存取電晶體敘述在一些實施例中存取電晶體可被取代為p型電晶體。
在一些實施例中，寫入如非揮發性之邏輯狀態至位元胞600，Vstrain或寫入電壓施加橫過電極207a/307a和207b。在一些實施例中，施加的Vstrain或寫入電壓導致混合磁化堆疊601之MS FM1層202之磁化切換(或轉)900度。例如，MS FM1層202之第一穩定磁化狀態(當沒有Vstrain施加時)相對於晶圓表面為平面外，接著施加Vstrain或寫入電壓橫過電極207a/307a和207b導致MS FM1層202之磁化相對於晶圓表面切換為平面內。在一些實施例中，SL2接地(即，電極207b耦接至VSS)，以及電壓藉由導通存取電晶體MN1以及施加電壓在SL1上至電極207a/307a而施加至電極207a/307a。藉由切換MS FM1層202之磁化，邏輯狀態被儲存在位元胞600中。
在一些實施例中，讀取儲存在位元胞600中的邏輯狀態，感測器(未顯示)被用於測量混合磁化堆疊601之磁電阻。在一些實施例中，為了測量混合磁性裝置601之磁電阻，電壓Vsense被施加橫過電極207c及207a/307a，且通過混合磁性裝置601之電流被測量。例如，BL被選擇用於激活位元胞600(即，Vsense被施加在電極207c上)，WL被升高以導通存取晶體管MN1，並且SL1為接地。
由感測器(未顯示)感測之電流指示混合磁化堆疊 601之磁電阻。混合磁化堆疊601之磁電阻取決於FM2層204相對於MS FM1層202的磁化方向。如果FM2層204和MS FM1層202之磁化方向相同(例如，平面內)接著電阻小於當FM2層204和MS FM1層202之磁化方向不同時的電阻(例如，當FM2層204之磁化為平面內而MS FM1 202之磁化為平面外時)。低電阻可指示在位元胞600中的邏輯低之狀態而高電阻可指示在位元胞600中的邏輯高之狀態。
圖7根據本揭露一些實施例闡明具有自旋軌道耦合(Spin Orbit Coupling，SOC)材料且可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊700。其指出那些圖7中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。為了不模糊圖7的實施例，圖7將參考圖2敘述。
在一些實施例中，MS FM1層302之上的層以SOC層701取代。SOC層701為可可操作以呈現自旋霍爾效應(spin Hall effect；SHE)的層。在一些實施例中，電極207c沉積在SOC層701之一端上。在一些實施例中，另一非磁性導體707d(例如，形成自Cu的導體)與SOC層701串聯耦接。
在一些實施例中，SOC層701由摻雜有元素(諸如，銥、鉍以及週期表中可以呈現高自旋軌道耦合的3d、4d、5d和4f、5f週期群組中任何元素)的β-鉭(β-Ta)，Ta，β-鎢(β-W)，W，Pt，銅(Cu)中的一或多 個製成。在一些實施例中，SOC層701轉變為高導電性非磁性金屬707d以減少SOC層701之電阻。在一些實施例中，非磁性金屬707d由下列中的一或多個形成：Cu、Co、α-Ta、Al、CuSi或NiSi。
在一些實施例中，自旋至電荷轉換由SOC層701經由在金屬化介面中的自旋軌道交互作用達成(即，使用反向Rashba-Edelstein Effect(IREE)和/或反向SHE(ISHE))，其中從輸入磁體注入的自旋電流產生電荷電流。
表1總結用於對於塊材料和介面之轉換自旋電流為電荷電流以及轉換電荷電流為自旋電流之轉導機制。
在一些實施例中，SOC層701包含呈現反向自旋軌道耦合(ISOC)(諸如，反向SHE(ISHE)或反向Rashba-Edelstein效應(IREE))之材料的層。在一些實施例中，SOC層701包含具有呈現IREE和ISHE效應之材料的層堆疊。在一些實施例中，SOC層701包含金屬層，諸如銅(Cu)、銀(Ag)或金(Au)層，其耦接至MS FM1層302。在一些實施例中，金屬層為非合金金屬層。
在一些實施例中，SOC層701包含表面合金層，例如 耦接到金屬層之Ag上的鉍(Bi)。在一些實施例中，表面合金為用以提供用於形成MS FM1層302之模板的模板金屬層。在一些實施例中，與MS FM1層302直接耦接的金屬層之金屬為摻雜有用於週期表之4d和/或5d族的其它元素之貴金屬(例如，Ag、Cu或Au)。
在一些實施例中，表面合金為下列中的一者：Bi-Ag、銻-鉍(Sb-Bi)、Sb-Ag、鉛-鎳(Pb-Ni)、Bi-Au、Pb-Ag、Pb-Au、β-Ta；β-W；Pt；或Bi2Te3。在一些實施例中，表面合金之金屬中的一者為重金屬的合金或具有高SOC強度之材料的合金，其中SOC強度與金屬的原子序數的四次方成正比。
此處，SOC層701之Ag和Bi之晶體具有晶格失配(即，Ag和Bi之相鄰原子之間的距離不同)。在一些實施例中，表面合金形成有由晶格失配導致的表面波紋(即，Bi原子的位置藉由從平行於下面的金屬之晶體平面之平面的距離變化而偏移)。在一些實施例中，表面合金為一種相對於由晶體平面定義之鏡面反轉為不對稱的結構。這種反轉不對稱性和/或材料特性導致在表面附近的電子中的自旋軌道耦合(也稱為Rashba效應)。
在一些實施例中，當來自MS FM1層302之自旋電流Is流通過在具有高SOC的SOC層701中的Bi和Ag之間的2D(二維)電子氣時，電荷電流Ic產生。在一些實施例中，SOC層701之BiAg2/PbAg2之介面表面合金包含具有高Rashba SOC的高密度2D電子氣。負責自旋-電荷 轉換的自旋軌道機制由2D電子氣中的Rashba效應描述。在一些實施例中，2D電子氣形成在Bi和Ag之間，以及當電流流通過2D電子氣時，其變成2D自旋氣，因為當電荷流動時，電子被極化。
相應於Rashba效應的2D電子氣中的SOC電子的Hamiltonian能量HR表示為：
其中α R 為Rashba係數，「k」為電子之動量的運算子，為垂直於2D電子氣之單位向量，以及為電子之自旋的運算子。
具有平面內(在xy平面中)極化方向的自旋極化電子經歷取決於自旋方向的有效磁場，其由下式給出：
其中μ B 為Bohr磁元。
這導致在互連中的電荷電流的產生正比於自旋電流I s 。在Ag/Bi介面自旋軌道交互作用(即，反向Rashba-Edelstein Effect(IREE))在水平方向產生電荷電流I c ，其可表示為：
其中w m 為磁體的寬度，以及λ IREE 為IREE常數(具有單位長度)正比於α R 。
IREE效應使用10nm磁體寬度的現有材料產生大約0.1的自旋-電荷電流轉換。對於按比例的奈米磁體(例如5nm寬)和探測性SHE材料(例如，Bi2Se3)，根據 一些實施例，自旋電荷轉換效率可在1與2.5之間。驅動電荷電流I d 至磁化相關電荷電流的淨轉換為：
其中P為自旋極化。
電荷電流Ic接著傳播通過耦接至SOC層701之非磁性互連707d。在一些實施例中，非磁性互連707d耦接至BL。
圖8根據本揭露一些實施例闡明具有SOC材料且可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊800。其指出那些圖8中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。為了不模糊圖8的實施例，圖8將參考圖2、圖5以及圖7敘述。
在一些實施例中，在MS FM1層302之上的層可被SOC層701以及相關聯的電極207c和707d取代，如參照圖7之敘述。在一些實施例中，替代僅僅反FM(AFM)層305a被夾在MS FM1層302和PZe層201之間，如參照圖5敘述，FM偏壓層(即，非MS層)521、AFM層305a和Ru層522被夾在MS FM1層302和PZe層201之間。根據一些實施例，混合磁化堆疊800以類似於混合磁化堆疊700之操作方式操作。
圖9根據本揭露一些實施例闡明使用可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊700/800形成的之記憶體位元胞900。其指出那些圖9中具有相同的元件編號(或名 稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。為了不模糊圖9的實施例，圖9將參考圖6敘述。
在一些實施例中，位元胞900包含BL、SL1、SL2、存取電晶體(例如，n型電晶體MN1)以及混合磁化堆疊901(例如，700或800中的一個)。在一些實施例中，存取電晶體MN1之源極/汲極端子耦接至電極207a/307a，存取電晶體MN1之汲極/源極端子係耦接至SL1以及存取電晶體MN1之閘極端子係耦接至WL。在一些實施例中，SL2耦接至電極207b。在一些實施例中，BL耦接至電極707d。雖然圖9之實施例參考n型存取電晶體敘述在一些實施例中存取電晶體可被取代為p型電晶體。
在一些實施例中，寫入如非揮發性之邏輯狀態至位元胞900，Vstrain或寫入電壓施加橫過電極207a/307a和207b。在一些實施例中，施加的Vstrain或寫入電壓導致混合磁化堆疊901之MS FM1層202之磁化切換(或轉)900度。例如，MS FM1層202之第一穩定磁化狀態(當沒有Vstrain施加時)相對於晶圓表面為平面外，接著施加Vstrain或寫入電壓橫過電極207a/307a和207b導致MS FM1層202之磁化相對於晶圓表面切換為平面內。在一些實施例中，SL2接地(即，電極207b耦接至VSS)，以及電壓藉由導通存取電晶體MN1以及施加電壓在SL1上至電極207a/307a而施加至電極207a/307a。藉由切換MS FM1層202之磁化，邏輯狀態被儲存在位元胞900中。
在一些實施例中，讀取儲存在位元胞900中的邏輯狀態，感測器(未顯示)被用於測量在BL 707c上流動之電荷電流Ic。在一些實施例中，為了測量在BL 707c上流動之電荷電流Ic，電壓Vsense被施加橫過電極707c及207a/307a而電極207c為接地，且通過混合磁化堆疊901之電流被測量。例如，BL被選擇用於激活位元胞900(即，Vsense被施加在電極707c上)，WL被升高以導通存取晶體管MN1，並且SL1和電極207c為接地。
由感測器(未顯示)感測之電流方向指示FM之磁化。由SOC層701產生的電荷電流方向取決於MS FM1 302之磁化方向。在一些實施例中，如果在BL上的電流流出混合磁化堆疊901，則儲存的邏輯為邏輯1。在一些實施例中，如果在BL上的電流流至混合磁化堆疊901內，則儲存的邏輯為邏輯0。
圖10根據本揭露一些實施例闡明用於操作使用MS的混合磁化堆疊200/300/500/520之方法的流程圖1000。其指出那些圖10中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。
雖然參考圖10流程圖中的方塊以特定順序顯示，動作的順序可被修改。因此，所示的實施例可以不同順序執行，且一些動作/方塊可同時執行。據某些實施例，圖10中所列之一些方塊和/或操作為選擇性的。所呈現之方塊 編號是為了清楚起見，並且不旨在規定各種方塊必須以操作順序發生。另外，從各種流程之操作可被利用在各種組合。
在方塊1001，第一電壓被施加橫過層(即，PZe或FE層201)，其係可操作以施加應力在第一FM層上(即，MS FM1層202/302)。施加的第一電壓藉由MS改變FM1層202/302之磁化。於此範例中，磁化從平面內變成平面外。
在方塊1002，橫過第一FM層202/302和反FM層205a之第二電壓Vsense被施加以及通過堆疊之電流經由感測器(未顯示)感測。感測的電流判定儲存在堆疊中的邏輯狀態。根據由FM2層204層和MS FM1層202/302的磁化判定的混合磁化疊層200/300/500/520的電阻，混合磁化堆疊200/300/500/520之記憶體狀態被判定。
例如，當FM2層204和MS FM1層202兩者在相同方向中具有平面內磁化，混合磁化堆疊200之電阻為較低電阻，以及當FM2層204具有平面內以及MS FM1層202具有平面外磁化時，混合磁化堆疊200之電阻較高。較高的電阻可以表示邏輯1的儲存，較低的電阻可以表示邏輯0的儲存，反之亦然。
在方塊1003，第一電壓被去除或使其為負以去除在第一FM層202上的應力。如此一來，MS FM1層202重新獲得本質穩態。於此範例中，那個狀態為平面內穩態。在一些實施例中，MS FM1層202之磁體由於上面敘述的 反FM層205a之交換力被擷取在平面內方向。在一些實施例中，MS FM1層202藉由施加第二電壓(例如，0V或-Vstrain)被切換回平面內。雖然圖10之流程圖係參考圖2敘述，根據一些實施例流程圖1000也適用於其它混合磁化堆疊(例如，堆疊300、500和520)。
圖11為根據本一些實施例之具有可操作以藉由磁致伸縮切換之混合磁化堆疊(例如，200、300、500、520、700以及800)的智能裝置或計算機系統或SoC(系統單晶片)。其指出那些圖11中具有相同的元件編號(或名稱)之元件與任何其它圖式的元件一樣可以以任何類似於所描述之方式操作或運作，但不限制於此。
圖11闡明行動裝置實施例之方塊圖，其中平面介面連接器可被使用。在一實施例中，計算裝置1600代表行動計算裝置，像是平板電腦、行動電話或智慧型手機、無線致能電子書或其它無線行動裝置。可以理解的是，大致地顯示某些組件，且此種計算裝置之所有組件沒有被顯示在計算裝置1600中。
在一實施例中，根據一些實施例計算裝置1600包括具有可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊之第一處理器1610。根據一些實施例，計算裝置1600的其它方塊也可以包括可操作以藉由磁致伸縮切換的混合磁化堆疊的混合磁化堆疊。本發明的各種實施例也可包含在1670之內的網路介面，諸如無線介面，因此系統實施例可被整合在無線裝置之中，例如，行動電話或個人數位助理或穿戴 式裝置。
在一些實施例中，處理器1610(和/或處理器1690)可包括一或多個實體裝置，諸如微處理器、應用處理器、微控制器、可程式邏輯裝置、或其它處理方式。由處理器1610執行的處理操作包括操作平台或操作系統的執行，於操作平台或操作系統上，應用程式和/或裝置功能被執行。處理操作包括與具有人類使用者或具有其它裝置的I/O(輸入/輸出)有關的操作、與電源管理有關的操作、和/或與連接計算裝置1600至另一裝置有關的操作。處理操作也可包括與聲頻I/O和/或顯示I/O有關的操作。
在一些實施例中，計算裝置1600包括聲頻子系統1620，其代表與提供聲頻功能至計算裝置關聯的硬體(例如，聲頻硬體和聲頻電路)及軟體(例如，驅動器、編解碼器)組件。聲頻功能可包括揚聲器和/或耳機輸出、以及麥克風輸入。對於此種功能的裝置可被整合至計算裝置1600，或被連接至計算裝置1600。在一實施例中，使用者藉由提供由處理器1610接收和處理的聲頻與計算裝置1600互動。
在一些實施例中，計算裝置1600包含顯示子系統1630。顯示子系統1630代表硬體(例如，顯示裝置)和軟體(例如，驅動器)組件，其對使用者提供視覺的和/或觸覺的顯示以與計算裝置1600互動。顯示子系統1630包括顯示介面1632，其包括用以提供一顯示給使用者的特定螢幕或硬體裝置。在一實施例中，顯示介面1632包 括從處理器1610分離的邏輯，用以執行至少一些與顯示有關的處理。在一實施例中，顯示子系統1630包括觸控螢幕(或觸控板)裝置，其提供輸出和輸入兩者給使用者。
在一些實施例中，計算裝置1600包含I/O控制器1640。I/O控制器1640代表與使用者互動有關的硬體裝置和軟體組件。I/O控制器1640係可操作以管理聲頻子系統1620和/或顯示子系統1630之部分的硬體。另外，I/O控制器1640闡明用於連接至計算裝置1600的額外的裝置的連接點，其中使用者可能透過其與系統互動。例如，可被附加至計算裝置1600的裝置可包括麥克風裝置、揚聲器或立體聲系統、視頻系統或其它顯示裝置、鍵盤或小鍵盤裝置、或用於以特定應用像是讀卡機或其它裝置使用之其它I/O裝置。
如上所述，I/O控制器1640可與聲頻子系統1620和/或顯示子系統1630互動。例如，透過麥克風或其它聲頻裝置的輸入可對計算裝置1600的一或多個應用程式或功能提供輸入或命令。另外，聲頻輸出可被提供而取代顯示輸出、或除了顯示輸出外。在另一例子中，如果顯示子系統1630包括觸控螢幕，顯示裝置也扮演為輸入裝置，其可至少部分地由I/O控制器1640來管理。於計算裝置1600上，也可有額外的按鈕或開關以提供由I/O控制器1640來管理的I/O功能。
在一些實施例中，I/O控制器1640管理像是加速計、 相機、光感測器或其它環境感測器的裝置，或其它可包括在計算裝置1600中的硬體。輸入可為直接使用者互動的部分，以及提供環境輸入至系統以影響它的操作(像是對噪音的過濾、對於亮度偵測調整顯示器、對於相機施加閃光、或其它特徵)。
在一些實施例中，計算裝置1600包括電源管理1650，其管理電池電力使用、電池的充電、和與電力節能操作有關的特色。記憶子系統1660包括用於儲存資訊在計算裝置1600中的記憶體裝置。記憶體可包括非揮發性(如果至記憶體裝置的電源中斷，狀態不會改變)和/或揮發性(如果至記憶體裝置的電源中斷，狀態為不確定的)記憶體裝置。記憶子系統1660可儲存應用程式資料、使用者資料、音樂、相片、文件、或其它資料、以及與應用程式的執行和計算裝置1600的功能有關的系統資料(不論長期的或暫時的)。
實施例的元件也被提供為機器可讀媒體(例如，記憶體1660)用以儲存電腦可執行指令(例如，實施任何在本文中討論的處理之指令)。機器可讀媒體(例如，記憶體1660)可包括，但不限制於此，快閃記憶體、光碟、CD-ROM、DVD ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光學卡、相變記憶體(PCM)、或適用於用於儲存電子或電腦可執行指令之其它類型的機器可讀媒體。例如，本揭示的實施例可被下載為電腦程式(例如，BIOS)，其可經由通訊鏈結(例如，數據機或網路連接)的資料訊號 之方式而從遠程電腦(例如，伺服器)轉移至請求的電腦(例如，客戶)。
在一些實施例中，計算裝置1600包含連接1670。連接1670包括硬體裝置(例如，無線和/或有線連接器和通訊硬體)及軟體組件(例如，驅動器、協定堆疊)以致能計算裝置1600與外部分裝置通訊。計算裝置1600可為諸如其它計算裝置、無線存取點、或基地台的獨立裝置，以及諸如磁頭組、印表機、或其它裝置的週邊設備。
連接1670可包括多個不同類型的連接。概括來說，計算裝置1600以蜂巢式連接1672和無線連接1674來闡明。蜂巢式連接1672一般指藉由無線載波所提供之蜂巢式網路連接，諸如經由GSM(用於行動通訊之全球系統)或變化或衍生物、CDMA(碼分多重存取)或變化或衍生物、TDM(時分多工)或變化或衍生物、或其它蜂巢式服務標準所提供。無線連接(或無線介面)1674指的是不為蜂巢式的無線連接，且可包括個人區域網路(諸如，藍牙、近場等等)、區域網路(諸如，Wi-Fi)、和/或廣域網路(諸如，WiMax)、或其它無線通訊。
在一些實施例中，計算裝置1600包含周邊連接1680。周邊連接1680包括硬體介面和連接器，以及軟體組件(例如，驅動器、協定堆疊)以使得周邊連接。應能理解的是計算裝置1600可為至其它計算裝置的周邊裝置(「至」1682)，以及具有周邊裝置(「從」1684)連接至其。計算裝置1600通常具有「對接(docking)」連接 器以連接至其它計算裝置，其用於諸如管理在計算裝置1600上(例如，下載和/或上傳、改變、同步)之內容的目的。另外，對接連接器可允許計算裝置1600連接至允許計算裝置1600控制內容輸出的某些周邊備，例如，至聲頻視覺或其它系統。
除了專屬對接連接器或其它專屬連接硬體之外，計算裝置1600可經由共同或標準式連接器使得周邊連接1680。常見類型可包括通用序列匯流排(USB)連接器(其可包括任何不同數量的不同硬體介面)、包括微型顯示埠(MDP)、高解析多媒體介面(HDMI)、火線、或其它類型的顯示埠。
參照說明書中的「實施例，」、「一實施例，」、「一些實施例，」、或「其它實施例」指的是與實施例有關所描述之特別特徵、結構、或特性可被包括在至少一些實施例中，但不一定為所有實施例。不同表現形式之「實施例，」、「一實施例，」、或「一些實施例，」不一定全指相同的實施例。如果說明書說明組件、特徵、結構、或特性包括「可，」、「可能」，或「可以」，那特別的組件、特徵、結構、或特性不要求被包括。如果說明書中指出「一」或「一個」元件，其不代表僅有一個元件。如果說明書或申請專利範圍中指出「額外的」元件，其並不排除存在一個以上額外的元件。
再者，特定特徵、結構、功能或特性可以合適的方式結合在一或多個實施例中。例如，第一實施例可與第二實 施例可在任何地方被結合，與兩個實施例關聯的獨特的特徵、結構、功能或特性為不相互互斥的。
雖然本揭示已經與其特定實施例一同描述，鑑於前面的描述，此種實施例的許多替代、修改及變化對本發明領域技術之熟悉者而言將會是顯而易見的。本揭示的實施例意圖包含關於所附的申請專利範圍的最廣範疇之所有如此之替代、修改及變化。
此外，為了說明和討論的簡潔及不模糊本揭示，連接至積體電路(IC)晶片及其它組件的已知電源/接地可或可能不顯示在所呈現的圖式內。再者，為了避免模糊本揭示，配置可以方塊圖的形式被顯示，以及鑑於關於如此之方塊圖配置的實施詳情係高度取決於本揭示將被實施(即，如此之詳情應在本發明所屬領域具通常知識者的視界內)之平台內的事實。其中為了描述本揭示的範例實施例而被提出之特定細節(例如，電路)，對本發明所屬領域具通常知識者而言，本揭示可不以這些特定細節或這些特定細節的變化來被實踐將會是顯而易見的。敘述因此被視為說明性而非限制性。
下面的範例涉及到進一步的實施例。在一或多個實施例中範例中的特定可在任何地方使用。本文所敘述之設備的選擇性特徵也可相對於方法或處理來實現。
例如，提供一種設備，其包含：第一鐵磁(FM)層，其具有磁致伸縮(MS)性質；第一反FM層，其直接地或間接地耦接至該第一FM層；以及壓電(PZe)層， 其耦接至該第一反FM層。在一些實施例中，該設備包含：耦接至該PZe層以及耦接至該第一反FM層之第一電極；以及耦接至該PZe層之另一表面的第二電極。在一些實施例中，該設備包含耦接至該第一和第二電極的電壓源。
在一些實施例中，該設備包含：耦接至該第一FM層之第一電極；以及耦接至該PZe層之另一表面的第二電極。在一些實施例中，該設備包含耦接至該第一和第二電極的電壓源。在一些實施例中，該第一FM層由下列中的至少一者形成：Terfenol-D(TbxDy1-xFe2)、Fe1-xGax；Co0.6Fe0.4或CoFe2O4。在一些實施例中，該PZe層係可操作以在該第一FM層上施加應力。
在一些實施例中，該PZe層由下列中的至少一者形成：Pb(Zr0.2Ti0.8)O3、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3、Bi4Ti3O12、聚偏二氟乙烯或PMNPT。在一些實施例中，該設備包含：穿隧障壁層，其沉積在該第一FM層之上；以及第二FM層，其沉積在該穿隧障壁層之上。在一些實施例中，該穿隧障壁層由MgO形成。在一些實施例中，設備包含耦接至該第二FM層的第二反FM層。在一些實施例中，該設備包含耦接至該第二反FM層的模板層。
在一些實施例中，該第一和第二反FM層由下列中的至少一者形成：PtMn、IrMn、PdMn或FeMn。在一些實施例中，該第一FM層係可操作以當應力施加在該第一FM層上時具有相對於該第二FM層之磁化方向之平面外 磁化方向，以及其中該第二FM層之磁化方向為平面內。在一些實施例中，該第一FM層係可操作以當應力從該第一FM層上去除時具有相對於該第二FM層之磁化方向之平面內磁化方向，以及其中該第二FM層之磁化方向為平面內。
在一些實施例中，該第一反FM層係可操作以在該第一FM層上施加交換偏壓。在一些實施例中，該設備包含：沉積在該第一反FM層之上的FM偏壓層，以及沉積在該FM偏壓層之上的交換耦合或偏壓層，其中該交換耦合或偏壓層係耦接至該第一FM層。在一些實施例中，該交換耦合或偏壓層包括下列中的一者：Ru、Cu或Ag。在一些實施例中，該第一FM層為多層垂直堆疊或一或多個材料之層。在一些實施例中，該多層垂直堆疊包括下列中的至少一堆疊：Co和Pd、Co和Ni、L10垂直材料、FePt或FeN。
在另一範例中，系統被提供，其包含：處理器核心；耦接至該處理器核心之記憶體，該記憶體具有根據上面所討論之設備的設備；以及無線介面，其允許該處理器與另一裝置通訊。
於另一範例中，設備被提供，其包含：第一鐵磁(FM)層，其具有磁致伸縮(MS)性質，交換耦合層，其耦接至該第一FM層；FM偏壓層，其耦接至該交換耦合層；第一反FM層，其耦接至該FM偏壓層；以及壓電(PZe)層，其耦接至該第一反FM層。在一些實施例 中，該PZe層係可操作以在該第一FM層上施加應力。在一些實施例中，該PZe層由下列中的至少一者形成：Pb(Zr0.2Ti0.8)O3、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3、Bi4Ti3O12、聚偏二氟乙烯或PMNPT。在一些實施例中，該第一FM層由下列中的至少一者形成：Terfenol-D(TbxDy1-xFe2)、Fe1-xGax；Co0.6Fe0.4或CoFe2O4。
在一些實施例中，該第一FM層為多層垂直堆疊或一或多個材料之層。在一些實施例中，該多層垂直堆疊包括下列中的至少一堆疊：Co和Pd、Co和Ni、L10垂直材料、FePt或FeN。
在另一範例中，系統被提供，其包含：處理器核心；耦接至該處理器核心之記憶體，該記憶體具有根據上面所討論之設備的設備；以及無線介面，其允許該處理器與另一裝置通訊。
在另一範例中，方法被提供，其包含：施加第一電壓橫過一層，該層係可操作以在第一鐵磁(FM)層上施加應力，其中該第一FM層具有磁致伸縮(MS)性質以及耦接至第一反FM層；施加第二電壓橫過該第一FM層和第二反FM層，其中該第一反FM層係定位在該第一FM層和壓電(PZe)層之間；以及感測通過該第一FM層之電流。在一些實施例中，該方法包含經由施加的應力切換該第一FM層為平面外磁化，其中該第一反FM層具有平面內磁化。在一些實施例中，該方法包含去除橫過該層之該第一電壓的應用，以去除在該第一FM層上的應力，使得 該第一FM層具有平面內磁化。
在另一範例中，設備被提供，其包含：位元線；第一源極線；第二源極線；位元胞，該位元胞包括：第一鐵磁(FM)層，其具有磁致伸縮(MS)性質；第一反FM層，其耦接至該第一FM層；壓電(PZe)層，其耦接至該第一反FM層，該PZe層經由SL電極耦接至該第二源極線(SL)；穿隧阻障層，其耦接至該第一FM層；第二FM層，其耦接至該穿隧阻障層；以及第二反FM層，其耦接至該第二FM層，其中該第二反FM層直接地或間接地耦接至該位元線；以及電晶體，其耦接至該第一SL以及耦接至該PZe層。在一些實施例中，該設備包含耦接至該電晶體之閘極端的字元線。
在另一範例中，系統被提供，其包含：處理器核心；耦接至該處理器核心之記憶體，該記憶體具有根據上面所討論之設備的設備；以及無線介面，其允許該處理器與另一裝置通訊。
在另一範例中，設備被提供，其包含：用於施加第一電壓橫過一層的手段，該層係可操作以在第一鐵磁(FM)層上施加應力，其中該第一FM層具有磁致伸縮(MS)性質以及耦接至第一反FM層；用於施加第二電壓橫過該第一FM層和第二反FM層的手段，其中該第一反FM層係定位在該第一FM層和壓電(PZe)層之間；以及用於感測通過該第一FM層之電流的手段。在一些實施例中，該設備包含用於經由施加的應力切換該第一FM層為 平面外磁化的手段，其中該第一反FM層具有平面內磁化。在一些實施例中，該設備包含用於去除橫過該層之該第一電壓的應用之手段，以去除在該第一FM層上的應力，使得該第一FM層具有平面內磁化。
在另一範例中，系統被提供，其包含：處理器核心；耦接至該處理器核心之記憶體，該記憶體具有根據上面所討論之設備的設備；以及無線介面，其允許該處理器與另一裝置通訊。
摘要被提供為將允許讀者確定本技術公開的性質和要點。摘要是在能被了解其將不被用來限制申請專利範圍的範圍和意義被提交。下面的申請專利範圍由此被結合到詳細描述中，每個申請專利範圍本身作為單獨的實施例。
201‧‧‧PZe或FE層
202‧‧‧MS FM1層
203‧‧‧穿隧阻障層
204‧‧‧FM2層
205a、205b‧‧‧反FM層
206‧‧‧模板層
207a、207b、207c‧‧‧電極

Claims (20)

  1. 一種設備，包含：第一鐵磁(FM)層，其具有磁致伸縮(MS)性質；第一反FM層，其直接地或間接地耦接至該第一FM層；以及壓電(PZe)層，其耦接至該第一反FM層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，包含：第一電極，其耦接至該PZe層之表面以及該第一反FM層；以及第二電極，其耦接至該PZe層之另一表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，包含電壓源，其耦接至該第一和第二電極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，包含：第一電極，其耦接至該第一FM層；第二電極，其耦接至該PZe層之另一表面；以及電壓源，其耦接至該第一和第二電極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一FM層從下列中的至少一者形成：Terfenol-D(TbxDy1-xFe2)、Fe1-xGax；Co0.6Fe0.4或CoFe2O4。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該PZe層係可操作以在該第一FM層上施加應力，以及其中該PZe層係從下列中的至少一者形成：Pb(Zr0.2Ti0.8)O3、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3、Bi4Ti3O12、聚偏二氟乙烯或 PMNPT。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，包含：穿隧障壁層，其沉積在該第一FM層之上；以及第二FM層，其沉積在該穿隧障壁層之上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該穿隧障壁層係由MgO形成。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之設備，包含：第二反FM層，其耦接至該第二FM層；以及模板層，其耦接至該第二反FM層，其中該第一和第二反FM層係由下列中的至少一者形成：PtMn、IrMn、PdMn或FeMn。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該第一FM層係可操作以當應力施加在該第一FM層上時具有相對於該第二FM層之磁化方向之平面外磁化方向，以及其中該第二FM層之磁化方向為平面內。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該第一FM層係可操作以當應力從該第一FM層移除時具有相對於該第二FM層之磁化方向之平面內磁化方向，以及其中該第二FM層之磁化方向為平面內。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一反FM層係可操作以在該第一FM層上施加交換偏壓。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之設備，包含：FM偏壓層，其沉積在該第一反FM層之上；以及交換耦合或偏壓層，其沉積在該FM偏壓層之上，其 中該交換耦合或偏壓層係耦接至該第一FM層，其中該交換耦合或偏壓層包括下列之一者：Ru、Cu或Ag。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一FM層為多層垂直堆疊或一或多個材料之層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中該多層垂直堆疊包括下列中的至少一堆疊：Co和Pd、Co和Ni、L10垂直材料、FePt或FeN。
  16. 一種設備，包含：第一鐵磁(FM)層，其具有磁致伸縮(MS)性質；交換耦合層，其耦接至該第一FM層；FM偏壓層，其耦接至該交換耦合層；第一反FM層，其耦接至該FM偏壓層；以及壓電(PZe)層，其耦接至該第一反FM層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之設備，其中該PZe層係可操作以在該第一FM層上施加應力，其中該PZe層係從下列中的至少一者形成：Pb(Zr0.2Ti0.8)O3、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3、Bi4Ti3O12、聚偏二氟乙烯或PMNPT，以及其中該第一FM層由下列中的至少一者形成：Terfenol-D(TbxDy1-xFe2)、Fe1-xGax、Co0.6Fe0.4或CoFe2O4。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之設備，其中該第一FM層為多層垂直堆疊或一或多個材料之層，以及其中該多層垂直堆疊包括下列中的至少一堆疊：Co和Pd、Co和Ni、L10垂直材料、FePt或FeN。
  19. 一種系統，包含：處理器核心；記憶體，其耦接至該處理器核心，該記憶體具有設備，該設備包含：第一鐵磁(FM)層，其具有磁致伸縮(MS)性質；第一反FM層，其直接地或間接地耦接至該第一FM層；以及壓電(PZe)層，其耦接至該第一反FM層；以及無線介面，其允許該處理器與另一個裝置通訊。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之系統，其中該第一FM層從下列中的至少一者形成：Terfenol-D(TbxDy1-xFe2)、Fe1-xGax；Co0.6Fe0.4或CoFe2O4，以及其中該PZe層由下列中的至少一者形成：Pb(Zr0.2Ti0.8)O3、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3、Bi4Ti3O12、聚偏二氟乙烯或PMNPT。
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