TWI241044B - Magneto-resistance transistor - Google Patents
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1241044 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種電晶體,特別是關於一種應用電子自旋 特性之磁電阻電晶體。 【先前技術】 自旋電晶體為新一代的電子元件,利用電子之自旋特性與 外加磁場作用來控制電流流量,進而產生類似傳統電晶體的效 應。電子的自旋特性具有上旋與下旋(spinupandspindown) 兩種自旋狀態,因此利用電子自旋特性的元件將比傳統元件只 利用電子電荷有更多的控制參數及使得電路設計更有彈性。 目前所開發之自旋電晶體為雙位能障之自旋電晶體、彳 構,於電晶體中提供兩種位能障並結合磁電阻元件,利用自$ 電子在磁電阻元件中不同磁矩排列狀態的情況下通過位能^ 〔、否末產生磁電流變化。如1995年Monsma所提出的自2 電晶體架構與製程,係將兩片摻雜n型離子之石夕基板以面對^ 方式真空鮮分卿為射極與集極,巾間夾—個金屬自旋5 (=valve)做為基極(base),自旋閥的結構為歸鈷似 二(f1?/鈷(C〇)。電晶體之射極/基極及基極/集極均為蕭> =電接面結構。於細基極施 板跨過位障注碌極成為熱電+。而埶妇 之,將糾自旋财的兩騎磁化 塑 =層磁化方向相反,不論是自旋向上或自旋向下的 =礙’通過的電流較小。當兩層鋪之雜方向為平行^ 打自紋向上的電子通過的機率增^ 室溫_ % «上9的磁ίΓ變 化使其用途受到限制,且由於製作較困難 另-種雙位能障之自旋電晶體結構係由
Mizushima 於
6 1241044 =95年所提^,係於作為集極之η型 作一磁電阻元件作為基極,虚由 j 反上衣 上的問題,使元件m 作為射此結構雖可解決製程 34000/伯乂易小^化,且在低溫下磁電流變化率可達 氧化— 本$ ’氧化紹金屬層所產生的 低溫下才能達到良好亦無法^,且此結構在 為提高触鱗之自旋電晶聽制射溫度,於遍 tLr!lft計f—種新的穿料磁電阻電晶體(脱_ic 之輪出及磁變辦可从到64% 2 之η型钟鱗基板上成長—層3夺 叫办6)以作為基極,再於苴表的鐵姑合金層 氧化鋁層,於氣化鋁屏、1/铲# ς ^/鋁孟屬層並氧化成為
Uit Λ射極。其特點係在射極上蒸鐘反鐵磁的銀猛合 ,層(Ιι^2Μη78)作為釘扎層,可以將射㈣魏方向釘住 jpmned),上面再覆蓋一層5奈米的鈕(τ&)金屬層。 ::卜:,即可以僅改變基極的磁化方向,但不影i射極 2化方向’如此,即可控制入射電子之自旋方向。但是此方< :】樣有魏鎵基板的成本昂貴,氧化|g金屬層所產生的氧化 =之ί—性不容易控制的問題,而且要達到較佳的磁電流變 彼率=要品s良好的鑛層來組成高電流變化率的磁電阻元 件’在製程上具有相當大的難度。 【發明内容】 有鑑於習知技術,本發明提供一種磁電阻電晶體 (magnetoresistancetransist〇r),係以磁電阻元件作為射極,並 利用被動元件作為飾,基極形成於兩者之介面。藉此結構能 1241044 有效地增加基極之電流變化率,並提高輸出電流。 本發明之磁電阻電晶體含有射極、集極與基極 ^意之養元件;絲_陳雜越 = j通於射極與集極。磁電阻元件侧外加磁場的 1控 雷=電iff電阻,故可於固定糕之下產生不同大小的射極 磁場的情況下提供不同電阻;集= 極輸入電流變化’並且可得到相當大的基極電流變化率t
其中,磁電阻元件可選擇單—磁性膜或磁性多々 ,含鐵磁層’使其直接與無連接。如此,即可^磁阻J 1 之鐵磁層作為基極,使射極與·^極組成磁電阻元件, 亚與集極之被動元件電性導通。 仵 【實施方式】 ^登明本發明結構確可提高極電流變化率 Ξ磁電ί本=ϊ一實施例之磁電阻電晶體結構示意圖考:堆 ί垂ί平二動7"件130與歐姆接觸層131以形成電 If (current pedicular to the planes CPP) 二含 ::元 r/HF 層;== 件別為穿_磁電例中,磁電阻元 112 f第二鐵磁層113,第-鐵磁“。係連二 二:極基極間隔於射極與集極之間’使射極透過基 1241044 電阻ίίΐϊ極電流(IE)為射極至_間的電塵_)除以磁 二,’根據在w卜加磁場的情況下,磁電 ίίίϋί同電阻’進而產生不同的輸人電流,得到相應 第二與集極電流(ic)。請參考第2圖,其為本發^ 甘電流特性曲線圖。縱軸為基極電流,橫軸為 =,?£的受化;再以不同的射極電流_._、〇·5 隨著射二、:η製作特性曲線’由結果可知基極電流係 匕者=雜提升。另·集極電流雜轉,如第3圖所 =雷為本發明第一實施例的集極電流特性曲線圖。縱軸為隼 ,電机’検軸為基極偏壓,以相同條對美抒' ^的再變ijr較歸姆流’ 率測量社果^ t ΐ為本發明第—實施例的各極電流變化 流變化,縱軸為磁場,於適當的磁場下, 降至α97微安培,電流變化率可達η.3%; 土極電級由0.123微安培降至154奈安 ΓΓ由集=由0.97降至㈣3微絲二 入電f_晶體之基極輸㈣魏射極輸 入電騎化’並且具有極大的變化率。 阻元且7It乍為本發明第二實施例中的磁電 的 5 式(cu,_,cip) 電^-杜上形成磁電阻兀件210,磁電阻元件210為自旋間磁 的電ί.其外加磁場或無外加磁場的情況下’提供不同 電阻,基極220間隔於磁電阻元件21〇與被動元件23〇之 9 1241044 間’ 別連接於磁電阻元件210與被動元件230。 線圖;iii:電特性曲 冰旦、ηϊ , ^.^mA ^ 1.0mA ^ 1.5mA ^ 2 OmA^ 另^隹=、=由結果可知基極電流係隨著射極電流提升。 Z⑻第7圖所示,其為本發明第:實 $電飢特性曲線圖。縱軸為集極電流,谱姑或 目同條件測量集極電流對應基極偏壓的變化,;在現雖 改變射極電流,其集極電流幾 現雖 降至62夺°安;基極電流由3〇.3微安培 降至〇%=: L變化率可達48355%;集極電流由㈣ li曰i ί安培,電流變化率為ο·ιι%。由結果可知,磁電 的變之土極輸出電流隨射極輸入電流變化,並且具有極大 a =於本發明之結構對於各膜層的品質要求可以 雜ΐΐ藉由整體結構特生來達到所需的效果,故可不需 rnZf ^mUR 5 ^ Ji; ‘二明製程來完成本發明結構。請參考第9圖,其 堆“電之自旋電晶體結構示意圖,係以鑛膜方式 元ΐ 31= ΐ件i與被動元件330抛璃基板300。磁電阻 用以作為射極與基極,被動元件330為電阻,盆形 為齡磁電阻元件3Ιΰ係作為^極,= 卜場的情況下’提供不同的電阻,於第三 月也例令,磁電阻元件310為穿隧式磁電阻 絕t層312與第二鐵磁層313,第一鐵磁層320 係連接於被動4 330以同時作為基極4極間隔於射極與集 1241044 極之間,使射極透過基極電性連接於集極。 々一=與第一實施例相同的集極電流變化率測量電路來 第三實施例之基極電流變化率,以928毫伏特(mV)之射極^ f以及464.65伏特之基極電壓作為實驗之測量參數;請參考 第10圖,其為本發明第三實施例的集極電流變化率測量結 果,検軸為電流變化,縱軸為磁場,於適當的磁場下,其基極 電/爪艾化率可達9837% ;由結果可知,利用鍍膜方式製作於一 般基板之磁電阻電晶體之基極輸出電流隨射極輸入電流變 化,並且具有極大的變化率,顯示本發明可打破製程的限 對於製造成本的降低有極大助益。 一本發明之磁電阻元件可為穿隧式磁電阻元件、自旋閥磁電 阻元件、巨磁電阻元件與衝擊式磁電阻元件,被動元件除了 P-η二極體、蕭基二極體,亦可選擇電阻或其他二極體,如 二極體、平面摻雜位障(planar_d〇ped-barrier diode)、通道二極 體(tunnel diode)、共振穿遂二極體(res〇nant_tunneHng 出〇也)、 共振月bf 間牙遂一極體(resonant-interband_tunneling diode)、單 位障穿遂二極體(single-barrier tunnel diode)、單位障能帶間穿 遂二極體 a (single-barrier interband-tunneling diode)、實空間傳 導二極體(real-space-transfer diode)、異質結構熱電子二極體 (heterostmcture hot-electron diode)、撞擊游離崩渡時二極體、 (impact-ionization-avalanche transit_time diode)、能障注入渡時 二極體(barrier_injection transit-time diode)、p_i-n 光二極體 (p-i-n photodiode)、蕭基光二極體(Schottky-bairier photodiode) 及朋潰光二極體(avalanche photodiode)等任意被動元件。甚至 集極亦可為第二磁電阻元件,如磁性膜,其電阻值係隨外加磁 場而改變。 磁電阻電晶體之各元件的製作皆可整合至半導體製程,將 射極、基極與集極整合製作於半導體基板或其他種類的基板 1241044 i美Hi ϊί玻璃基板。而半導體基板可為矽基板或砷化
構亦可增加輸人電流,使輸出電流相應提升,並 使基極電流變化率大幅提升。 开I -太2本,日州紐實_揭露如上所述,然其並非用以限 疋本杂明,任何熟習相關技藝者,在不脫離 肩視本況明書所附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 f1圖為本發明第一實施例之磁電阻電晶體結構示意圖; f2圖為本發明第一實施例的基極電流特性曲線圖γ , ,3圖為本發明第一實施例的集極電流特性曲線圖; 7 $ 5圖為本發明第二實施例之磁電阻電晶體結構示意圖; ,6圖為本發明第二實施例的基極電流特性曲線圖; ,7圖為本發明第二實施例的集極電流特性曲線圖, · ,8圖為本發明第二實施例的各極電流變化率測量結果; ^ 9圖為本發明第三實施例之自旋電晶體結構示意圖;及 第4圖為為本發明第一實施例的各極電流變化率測量結 , ^ ▼ · A q卬二貝別νΡΊ々文电日日,脰傅不恩園;及 果 第10圖為本發明第三實施例的集極電流變化率測量結 【主要元件符號說明】 110 磁電阻元件 120 第一鐵磁層 112 絕緣層 113 弟鐵磁層 120 第—鐵磁層 130 被動元件 131 歐姆接觸層 210 磁電阻元件 12 基極 被動元件 歐姆接觸層 絕緣層 玻璃基板 磁電阻元件 絕緣層 第二鐵磁層 第一^戴磁層 被動元件 13
Claims (1)
1241044 十、申請專利範圍: 1. 一種磁電阻電晶體,其包含有: 』-磁電阻兀件,係、作為—射極,該磁電阻元件包含一電阻, 該電阻值係隨外加磁場而改變; 一被動元件,係作為一集極;及 -基極,係間隔於該射極與該集極之間,使該射極透過該 基極電性導通於該集極。 2. 如申請專利範圍第1項所述之磁電阻電晶體,其中該磁電阻元件 係包含磁性多層膜。 3. 如申請專利翻第丨項所述之磁雜電晶體,其巾該磁電阻元 包含單層磁性膜。 4. 如申請專利翻第丨項所述之磁f阻f晶體’財該磁電阻元件 係選自穿隨式磁電阻元件、自旋閥磁電阻元件、巨磁電阻元件 與衝擊式磁電阻元件所組成的族群其中之一。 ㈣請專利娜〗項所述之磁電阻電晶體,其中該被動元件係 選自ρ-η二極體、蕭基二極體及電阻其中之—。 6·如申請專利範圍第1項所述之磁電阻電晶體,其 接觸層。 ^ 人姆 7.如申請專利範圍第㈣所述之磁電阻電晶體,其中該歐姆接觸層 係連接於該集極以提供對外的電性導通。 曰 &如申請專利範圍第〗項所述之磁電阻電晶體,其中該射極、 極與該集極係設置於一基板。 ^ 14 1241044 •如申凊專利範圍第8項所述之磁電阻電晶體,其中該射極、該基 極與該集極係設置於該基板之同一平面。 〇·如申凊專利賴第8項所述之磁電阻電晶體,其中該射極、該 基極與該集極係層疊設置於該基板。 如申請專利範圍第8項所述之磁電阻電晶體,其中該基板為一 半導體基板。 12·如申請專利範圍第11項所述之磁電阻電晶體,其中該半導體基 板為石夕基板。 13·如申請專利範圍第⑽所述之磁電阻電晶體,其中該半導體基 板為坤化鎵基板。 4·如申請專纖15第8項所述之磁電阻電晶體,其中該基板為玻 螭基板。 5·如申凊專利範圍第8項所述之磁電阻電晶體,其中該集極為第 二磁電阻元件。 6·如申凊專利範圍第8項所述之磁電阻電晶體,其中該集極具有 可调電阻,該可調電阻值係隨外加磁場而改變。 17·如申請專利範圍第8項所述之磁電阻電晶體,其中該集極係鍍 有一層以上的磁性膜。 18·如申請專利範圍第8項所述之磁電阻電晶體,其令該基板為塑 膠基板。 19· 一種磁電阻電晶體,其包含有: 15 1241044 —被動元件’係作為一集極;及 · 有—可件,係包含—基極與—射極,該磁電阻元件且 可_阻,該可猶阻值佩外加磁料 阻 :::::::件 椏。 ° a使4射極透過該基極電性導通於該集 電阻電晶體,其中該磁電阻元
20·如申請專補圍軸項所述之磁 件係至少包含一磁性膜。 21.^^翻朗_項所叙磁電崎晶體,射該磁性膜係 w鐵磁I ’係鄰接於該集極’該鐵磁層係用來做為該基極。 2.如申凊專利範圍第丨9項所述之磁f阻電晶體,其中該磁電阻元 件係選自穿隨式磁電阻元件、自旋間磁電阻元件、巨磁電阻元 件與衝擊式磁電阻元件所組成的族群其中之一。
23.如申凊專利範圍第19項所述之磁電阻電晶體,其中該被動元件 係選自一二極體及一電阻其中之一。 24·如申明專利範圍第23項所述之磁電阻電晶體,其中該二極體係 遥自ρ-η二極體、p—卜n二極體、蕭基二極體(灿付御—barrier diode)平面摻雜位ji早(pianar—d〇ped—barrier di〇cje)、通道 二極體(tunnel diode)、共振穿遂二極體(res〇nant;—tunneling diode)、共振能帶間穿遂二極體 (resonant-interband-tunneling diode)、單位障穿遂二極體 16 1241044 (single-barrier tunnel diode)、單位障能帶間穿遂二極體a (single-barrier interband-tunneling diode)、實空間傳導 二極體(real-space-transfer diode)、異質結構熱電子二極體 (heterostructure hot-electron diode)、撞擊游離崩渡時二 極體、(impact-ionization-avalanche transit-time diode)、 能障注入渡時二極體(barrier-injection transit-time diode)、p-i-n 光二極體(p-i-n photodiode)、蕭基光二極體 (Schottky-barrier photodiode)及崩潰光二極體(avalanche photodiode) ° 25·如申請專利範圍第19項所述之磁電阻電晶體,其中更包含一歐 姆接觸層。 26·如申請專利範圍第25項所述之磁電阻電晶體,其中該歐姆接觸 層係連接於該集極以提供對外的電性導通。 27. 如申請專利範圍第19項所述之磁電阻電晶體,其中該射極、基 極與集極係設置於一基板。 28. 如申請專利範圍第27項所述之磁電阻電晶體,其中該射極、基 極與集極係設置於該基板之同一平面。 29·如申請專利範圍第27項所述之磁電阻電晶體,其中該射極、基 極與集極係層疊設置於該基板。 30.如申請專利範圍第27項所述之磁電阻電晶體,其中該基板為一 半導體基板。 17 1241044 31·如申請專利範圍第30項所述之磁電阻電晶體,其中該半導體基 才反為發基板。 32·如申請專利範圍第3〇項所述之磁電阻電晶體,其中該半導體基 板為砷化鎵基板。 33·如申請專利範圍第27項所述之磁電阻電晶體,其中該基板為玻 璃基板。 34·如申請專利範圍第27項所述之磁電阻電晶體,其中該基板為塑 膠基板。 35·-種磁電阻電晶體,其包含用以作為—射極之―磁電阻元件, 該磁電阻元件具有一可調電阻,該可調電阻值係隨外加磁場而 改變。 36.如申明專利乾圍第啊所述之磁電阻電晶體,更包含一被秦 牛係作為*極,及—基極,該基極係間隔於該 極之間,使該射極透過該基極電性導通於該集極。-
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW093129946A TWI241044B (en) | 2004-10-01 | 2004-10-01 | Magneto-resistance transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TWI241044B (zh) |
-
2004
- 2004-10-01 TW TW093129946A patent/TWI241044B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW200612590A (en) | 2006-04-16 |
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