TWI680598B - 脈衝產生裝置 - Google Patents
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Abstract
脈衝產生裝置10具備：基板24；自旋注入件14，設於基板24上，由強磁性體構成；自旋轉子18，設於基板24上，由強磁性體構成，具有第1軸方向會成為容易磁化軸的磁各向異性；通道部12，由和自旋注入件14及自旋轉子18直接地或隔介絕緣層接合的非磁性體所構成；及產生部30，在自旋轉子18的磁矩M從朝向第1軸L1之一側的狀態往朝向第1軸L1之另一側的狀態反轉時，透過檢測出自旋轉子18的磁矩M朝向順沿和第1軸L1正交的第2軸L2的狀態而產生脈衝。
Description
本發明係關於一種脈衝產生裝置。
專利文獻1中記載有一種將來自訊號源之輸入訊號的波形變換為矩形波脈衝的脈衝產生裝置。此外，脈衝寬度較短的矩形波脈衝係利用於通訊裝置或雷達裝置等。例如，專利文獻2中就記載有使用脈衝(pulse)寬度極短的突波(impulse)狀脈衝串的通訊方式。再者，專利文獻3中也記載有雷達裝置，其中具備有使用脈衝寬度較短的矩形波脈衝的高頻裝置。
專利文獻1 日本特開2007-013441號公報
專利文獻2 日本特開2013-192006號公報
專利文獻3 日本特開2013-083541號公報
傳統的脈衝產生裝置中，為了使脈衝寬度縮得更短，必須使用頻率更為提高的輸入訊號。然而，因為頻率變越高，波形的上升成分或下降成分的寬度就
越短，故難以用優異精確度檢測出波形的上升或下降。因而，傳統的脈衝產生裝置中，可產生的脈衝寬度的短縮程度有其界限。
在本技術領域中，乃咸望能產生脈衝寬度較短的脈衝產生裝置。
本發明一面向的脈衝產生裝置具備：基板；自旋注入件，設於基板上，由強磁性體構成；自旋轉子，設於基板上，由強磁性體構成，具有第1軸方向會成為容易磁化軸的磁各向異性；通道部，由和自旋注入件及自旋轉子直接地或隔介絕緣層而接合的非磁性體所構成；及產生部，在自旋轉子的磁矩從朝向第1軸之一側的狀態往朝向第1軸之另一側的狀態反轉時，藉由檢測出自旋轉子的磁矩朝向順沿和第1軸正交的第2軸的狀態而產生脈衝。
該脈衝產生裝置中，係藉由使用局部手法或非局部手法，而在通道部產生朝向自旋轉子的自旋流。例如，若在自旋注入件和通道部施加電流或電壓時，會在通道部產生朝向自旋轉子的自旋流。流到通道部的自旋流則對自旋轉子的磁矩產生自旋轉移磁矩(Spin-Transfer Torque)的作用。亦即，若歲差運動(precession，亦稱為進動)中的磁矩從自旋流接受自旋角動量時，會對磁矩施加旋轉力。藉此作用，磁矩的歲差運動會被放大。若該歲差運動達到臨界點，磁矩的朝向即從第1軸的一側往另一側反轉。因為磁矩在朝向順沿
第1軸的狀態中其磁性最為穩定，故歲差運動到達臨界點的磁矩會以高速從第1軸的一側往另一側反轉。亦即，磁矩會在反轉過程中瞬間成為朝向順沿第2軸的狀態。此時，藉由產生部檢測出磁矩瞬間朝向順沿第2軸的狀態，即可在磁矩瞬間朝向順沿第2軸的狀態時產生上升的脈衝。藉此方式，即可產生脈衝寬度較短的脈衝。
一實施形態中，自旋轉子的基板面內方向的剖面形狀可為：相較於該形狀的輪廓線中和第2軸交叉的方向上分得最開的2點間距離，該形狀的輪廓線中的前述第2軸方向上分得最開的2點間距離較長。或者，一實施形態中，自旋轉子的基板面內方向的剖面形狀可為橢圓形，而第2軸為橢圓形的長軸。在依此方式構成的情況中，自旋轉子的磁矩反轉時的磁矩朝向會受到限制。亦即，因為可將和第1軸正交的第2軸特定為一個方向，故可容易偵知自旋轉子的磁矩朝向順沿第2軸的狀態。
一實施形態中，自旋注入件可在和第1軸平行的方向具有磁化。在依此方式構成的情況中，由於從自旋注入件流入通道部的自旋朝向和從通道部流入自旋轉子的自旋朝向係為相同，所以具有和自旋注入件的磁化方向相同朝向的自旋狀態的自旋流會流入自旋轉子。和相對於自旋轉子的磁矩具有角度而流入的自旋產生作用的情況相比，作用於自旋轉子之磁矩的自旋轉移磁矩助益較大。因此，自旋轉子的磁矩可以優異效率接受自旋轉移磁矩。
一實施形態中，第1軸也可為基板的面垂直方向。例如，複數個自旋轉子排列於基板的情況中，相較於在面內方向具有磁矩的自旋轉子，在基板的面垂直方向具有磁矩的自旋轉子可使磁矩作高密度排列。
一實施形態中，產生部也可檢測出自旋轉子的磁矩成為朝向順沿第2軸的狀態時的洩漏磁場。在此情況中，可採用例如GMR元件、TMR元件等作為產生部。
在一實施形態中，產生部也可具備：中間層，和自旋轉子相接設置，由非強磁性金屬或絕緣體所構成；固定層，和中間層相接設置，且使磁矩固定在順沿第2軸的方向；及取得部，取得流動於自旋轉子與固定層間的電流或產生於自旋轉子和固定層間的電壓。在此情況中，因為自旋轉子可作為所謂自旋閥元件的自由層而發揮功能，故可檢測自旋轉子中的磁矩狀態。
若依本發明的面向及各種實施形態，可提供一種所產生的脈衝寬度較短的脈衝產生裝置。
10‧‧‧脈衝產生裝置
12‧‧‧通道部
12a‧‧‧端子部
14‧‧‧自旋注入件
14a‧‧‧端子部
16‧‧‧自旋旋轉控制部
18‧‧‧自旋轉子
20‧‧‧半導體層
22‧‧‧二維電子氣體層
24‧‧‧基板
30‧‧‧產生部
32‧‧‧中間層
34‧‧‧固定層
36‧‧‧取得部
L1‧‧‧第1軸
L2‧‧‧第2軸
M‧‧‧磁矩
圖1為一實施形態的脈衝產生裝置的斜視圖。
圖2為一實施形態的脈衝產生裝置的局部放大圖。
圖3為說明一實施形態的自旋產生裝置之動作原理的概要圖。
圖4為說明藉由一實施形態的自旋產生裝置所產生的脈衝的概要圖。
以下，參照附圖具體說明本發明的實施形態。另外，圖式說明中，相同要素均附註相同符號，並省略其重複說明。此外，圖面的尺寸比例和說明內容未必一致。
本實施形態的脈衝產生裝置，係為應用所謂自旋閥(spin valve)構造的脈衝產生裝置，且被採用作為例如奈米級的脈衝產生裝置。
圖1為一實施形態的脈衝產生裝置的斜視圖。圖2為一實施形態的脈衝產生裝置的局部放大圖。如圖1及圖2所示，脈衝產生裝置10，具備：例如，基板24；通道部12；自旋注入件14；自旋旋轉控制部16；自旋轉子18；及產生部30。此處，在基板24上形成有自旋閥構造，其係利用由非磁性體構成的通道部12將由強磁性體構成的自旋注入件14及由強磁性體構成的自旋轉子18橋接而得。自旋閥構造中，自旋注入件14及自旋轉子18係互相分開設置在基板24上，通道部12則配置在自旋注入件14和自旋轉子18之間。另外，脈衝產生裝置10也可具備自旋旋轉控制部16。
基板24係使用例如半導體基板。自旋注入件14及自旋轉子18得以例如Fe、NiFe等磁性金屬形成。通道部12得由例如Si或砷化鎵(GaAs)等半導體材料、或Ag或Cu等的非磁性金屬形成。下文中，係說明以半導體材料形成通道部12的情形。
通道部12係設於基板24上。通道部12為線形構件，且被配置成其軸線方向為朝向基板24的面內方向。通道部12係藉例如將積層在基板24上的半導體層20加工為台面(mesa)狀而形成。
通道部12的線寬係設為例如10μm以下。再者，通道部12的線寬也可為例如0.1μm以上。另外，在基板24和半導體層20之間形成二維電子氣體層(two dimensional electron gas layer)22時，也可透過將二維電子氣體層22及半導體層20加工為台面狀而形成通道部12。例如，在使用GaAs基板作為基板24，且在基板24中摻雜電子而形成半導體層20的情況中，就可在半導體層20和基板24之間形成二維電子氣體層22。
自旋注入件14係設於基板24上。在一個更具體的例子中，自旋注入件14係以接觸(直接接合)通道部12上面的狀態設置。自旋注入件14為線形構件，呈大致長方形。自旋注入件14係配置成其軸線方向朝向基板24的面內方向。在一個更具體的例子中，自旋注入件14係配置成其軸線方向和通道部12的軸線方向交叉。自旋注入件14和通道部12接觸的區域會成為自旋注入區域(自旋注入位置)。再者，自旋注入件14具有朝向基板24的面垂直方向(和後述的第1軸L1平行的方向)的磁矩(自動磁化)。另外，本說明書中，除非有特別註明，所謂磁矩係指以宏觀角度掌握電子磁矩的整體性磁矩。自旋注入件14的線寬係設為例如10μm以下。再者，自旋注入件14的線寬也可設為例如0.1μm以上。
自旋轉子18係設於基板24上。在一個更具體的例子中，自旋轉子18係以接觸通道部12上面(直接接合)的狀態設置。自旋轉子18係與自旋注入件14分開配置。自旋轉子18和自旋注入件14的距離(分開距離)為例如較自旋擴散長度為短的距離。自旋擴散長度係依存於所構成的磁性材料，例如為1μm以下。在該情況中，分開距離為至少短於1μm的距離。
自旋轉子18係為例如延伸於基板24之面垂直方向的柱狀構件，基板24的面內方向的剖面形狀為橢圓形。如圖2所示，下文中，係將延伸於基板24之面垂直方向的自旋轉子18的軸線設為第1軸L1(第1軸)，自旋轉子18橢圓剖面形狀的長軸設為第2軸L2(第2軸)來說明。自旋轉子18也可配置成例如第2軸L2朝向通道部12的軸線方向的方式(參照圖2)。
自旋轉子18的剖面形狀也可為長軸方向(第2軸L2方向)的長度在例如0.1μm以上。此外，自旋轉子18的剖面形狀也可為長軸方向的長度在例如10μm以下。而且，自旋轉子18的剖面形狀可為短軸方向(和第2軸L2正交的方向)的長度短於長軸方向的長度，且可為例如0.1μm以上。自旋轉子18的剖面形狀也可形成為短軸方向的長度小於通道部12的線寬。
自旋轉子18在例如沿著延伸於基板24的面垂直方向的第1軸L1具有磁矩(自動磁化)(參照圖2)。自旋轉子18具有第1軸L1的方向為容易磁化軸的磁各向異性。換言之，自旋轉子18的磁矩在其朝向順沿
第1軸L1時會形成磁性最穩定的能量狀態(垂直磁各向異性)。自旋轉子18可藉由柱狀形所生成的形狀磁各向異性來實現垂直磁各向異性。或者，自旋轉子18也可藉由結晶磁各向異性來實現垂直磁各向異性。在此情況中，自旋轉子18可用例如FePt等具有L10結晶構造的磁性金屬來形成，也可形成為具有(Co/Pt)多層膜或CoFeB/MgO等多層構造的柱狀構件。
再者，基板24面內方向的自旋轉子18的剖面形狀為橢圓形時，屬於橢圓長軸的第2軸L2方向會產生形狀磁各向異性。因此，自旋轉子18的磁矩在其反轉過程中朝向基板24的面內方向時，磁矩即使在基板24的面內方向中仍以朝向順沿第2軸L2方向的情況下才是磁性最穩定的能量狀態。亦即，第2軸L2係為基板24的面內方向的容易磁化軸。依此方式，透過在基板24的面內方向設定容易磁化軸，可藉後述的產生部30輕易檢測出磁矩的朝向。另外，第1軸L1方向的磁各向異性係大於第2軸L2方向的磁各向異性。因此，磁矩朝向第1軸L1時的磁性能量會小於磁矩朝向第2軸L2時的磁性能量。
自旋注入件14的一端部形成有用以施加電流或電壓的端子部14a，通道部12的一端部(兩端部中接近自旋注入件14的端部)形成有用以施加電流或電壓的端子部12a。透過在端子部14a及端子部12a間施加電流或電壓，即得以注入自旋流。
自旋旋轉控制部16具備例如電壓控制部及施加電壓用端子。自旋旋轉控制部16係連接於通道部12。例如，自旋旋轉控制部16係被直接接合於通道部12上面的區域，亦即，位於自旋注入件14與自旋轉子18之間的區域。為了控制通道部12的自旋轉動方向，自旋旋轉控制部16係構成為可向通道部12施加電場或磁場。自旋旋轉控制部16係呈例如大致矩形體，其與通道部12的長邊方向正交之方向的寬度設為例如10μm以下。另外，此處，自旋旋轉控制部16係形成為其與通道部12的長邊方向正交之方向的寬度在通道部12的線寬以下。
產生部30會在從自旋轉子18的磁矩朝向第1軸L1一側的狀態往朝向第1軸L1的另一側反轉的狀態時，檢測出自旋轉子18的磁矩朝向順沿和第1軸L1正交的第2軸L2的狀態。產生部30係檢測出例如因自旋轉子18的磁矩朝向而變化的物理量或物性值。例如，產生部30係使用巨磁阻(GMR)效應或穿隧式磁阻(TMR)效應，而檢測出依存於磁矩朝向的電流值、電壓值或電阻值。
在一個具體例中，產生部30具備：中間層32、固定層34、及取得部36。中間層32係設置成和自旋轉子18相接觸，由非強磁性金屬或絕緣體所構成。固定層34亦設置成和中間層32相接觸，磁矩則固定在順沿第2軸L2的方向。磁矩係藉由例如和由反強磁性體構成的釘扎(pinning)層進行交換耦合(exchange coupling)
而予以固定。亦即，得以構成自旋轉子18及固定層34挾入中間層32的強磁性隧道接合(tunnel junction)。因此，取決於自旋轉子18的磁矩朝向及固定層34的磁矩朝向，自旋轉子18與固定層34間的電阻值會變化。
取得部36係取得流動於自旋轉子18及固定層34間的電流或產生於自旋轉子18及固定層34間的電壓。產生部30會根據取得部36的取得結果(電流值、電壓值或電阻值)而檢測出自旋轉子18的磁矩和固定層34的磁矩形成平行或反平行的狀態。換言之，產生部30係在自旋轉子18的磁矩從朝向第1軸L1一側的狀態往朝向第1軸L1另一側的狀態反轉時，可以檢測出自旋轉子18的磁矩朝向順沿第2軸L2的狀態(呈平行或反平行的狀態)。例如，產生部30會透過檢測出取得部36所取得的電流值、電壓值或電阻值的變化點或特異點，而檢測出磁矩呈平行或反平行的狀態。藉此作用，產生部30會在自旋轉子18的磁矩瞬間朝向順沿第2軸L2的狀態時產生上升的脈衝。
具有上述構成的脈衝產生裝置10係依下述方式動作。首先，在自旋注入件14的端子部14a與通道部12的端子部12a之間施加電流。依此動作，方向與自旋注入件14的磁化方向相同的自旋流就會往通道部12注入。注入到通道部12的自旋流則往通道部12的兩端部擴散。未伴隨電荷的自旋流則從自旋注入件14側向自旋轉子18側產生。流動到通道部12的自旋流則將自旋角運動量傳送到自旋轉子18的磁矩。另外，自旋流注入
到通道部12的方法並不限定於非局部手法(non-local configuration)。
另外，也可藉由自旋旋轉控制部16的施加電壓來控制向通道部12流動的自旋流的朝向。例如，流經通道部12的自旋流的自旋係藉自旋軌道交互作用(spin orbit interaction)而進行歲差運動(precession)，該自旋軌道交互作用也可藉自旋旋轉控制部16施加的電壓所產生的電場進行控制。
此處，參照圖3說明有關自旋轉子18中的磁矩的反轉。圖3係用以說明一實施形態的脈衝產生裝置10之動作原理的概略圖。圖3的(a)至圖3的(c)的各圖中，顯示了自旋轉子18及自旋轉子18的磁矩M(圖中的空白箭頭)。圖3的(a)中，顯示了歲差運動激發前的磁矩M的狀態。圖3的(b)中，顯示了在磁矩M的和緩過程中，朝向順沿第2軸L2的狀態。圖3的(c)中，顯示了反轉的磁矩M再度朝向順沿第1軸L1的狀態。
如上所述，自旋轉子18中，第1軸L1為容易磁化軸，磁矩M則朝向順沿第1軸L1的方向(參照圖3的(a))。藉由自旋流的注入，自旋角動量會被傳遞，而激發了電子的磁矩的歲差運動。另外，即使以宏觀來看，也可說激發了磁矩M的歲差運動。若磁矩M的歲差運動被激發時，磁矩M會繞著第1軸L1進行歲差運動。基於流入的自旋與磁矩M中的角動量守恆定律，磁矩M中會朝使磁矩M反轉的方向被施加力量。若磁矩M的歲差運動放大，使歲差運動達到臨界點時，則自旋轉子18
的磁矩M會從朝向第1軸L1一側的狀態往朝向第1軸L1另一側的狀態高速反轉。此時，如圖3的(b)所示，磁矩M即呈朝向順沿基板24面內方向的容易磁化軸方向(亦即，第2軸L2)的狀態。依此方式，磁矩M就會在包含第1軸L1及第2軸L2的平面S內旋轉。然後，如圖3的(c)所示，磁矩M再度成為順沿第1軸L1的狀態。
接著，就藉產生部30檢測自旋轉子18的磁矩M朝向的方法加以詳細說明。圖4為說明藉一實施形態的自旋產生裝置產生脈衝的概要圖。圖4的(a)為顯示自旋轉子18中的磁矩M的磁化方向時間變化的曲線圖。圖4的(a)的橫軸係表示時間，圖4的(a)的縱軸則表示磁化的大小。圖4的(a)中，基板24的面垂直方向的向上方向的磁矩M磁化顯示為正值，面垂直方向的向下方向的磁矩磁化則顯示為負值。亦即，圖4的(a)中，顯示了測定時間T0中的磁化方向的時間變化。測定時間T0係為自旋流入自旋轉子18，磁矩M從磁性穩定狀態反轉，再度回到磁性穩定狀態為止的時間。測定時間T0為例如數n(奈米)秒。圖4的(b)為顯示取得部36所取得的檢測值的時間變化曲線圖。圖4的(b)的橫軸表示時間，圖4的(b)的縱軸表示取得部36所取得的檢測值。亦即，圖4的(b)中，顯示了在與圖4的(a)相同的測定時間T0中的檢測值時間變化。另外，檢測值的一個例子為電流值。
測定開始時，取得部36會測定自旋轉子18的磁矩M的朝向。如圖4的(a)所示，取得部36係檢
測自旋轉子18的磁矩M朝向順沿第1軸L1的狀態。此時，自旋轉子18的磁矩M在朝向順沿第1軸L1的狀態下係處於磁性穩定中(參照圖3的(a))。然後，注入自旋後，磁矩M接受自旋角動量，開始磁矩M的歲差運動。接著，從自旋注入經過預定時間時，磁矩M的歲差運動會放大。隨著磁矩M的歲差運動放大，被檢測的第1軸L1方向的磁矩M的成分就逐漸減少。
歲差運動到達臨界點時，自旋轉子18的磁矩M會在時間T1反轉，並通過朝向順沿第2軸L2的狀態，再度成為朝向順沿第1軸L1的狀態，而處於磁性穩定中(參照圖3的(b)及(c))。在反轉過程中，磁矩M會從第1軸L1方向的一側高速向另一側反轉。時間T1為例如數p(pico，微微)秒。此時，如圖4的(b)所示，藉由取得部36可檢測出磁矩M朝向順沿第2軸L2的狀態。反轉過程中的磁矩M的反轉速度係依存於例如強磁性材料的減衰常數(damping constant)。磁矩M朝向順沿第2軸L2的狀態的時間T2為例如數p(微微)秒。因此，取得部36檢測所得的檢測值即為波形的上升成分或下降成分中寬度較短的脈衝。在取得部36依此方式檢測所得的檢測值中，例如，只要包含波形的上升成分或下降成分即可。在本實施形態中，取得部36所檢測的脈衝為大致矩形波，具有大致90度上升的上升成分及大致90度下降的下降成分。因此，產生部30會產生長方形或正方形的矩形波脈衝。另外，取得部36所檢測的檢測值波形並不限定於矩形波。亦即，取得部36所檢測的檢測值波形也可
為三角波，也可為鋸形波。透過取得部36檢測出因自旋轉子18的磁矩朝向而變化的物理量或物性值，產生部30可在自旋轉子18的磁矩瞬間朝向順沿第2軸L2的狀態時產生上升的脈衝。
以上，若依本實施形態的脈衝產生裝置10，在自旋注入件14和通道部12施加電流或電壓時，會在通道部12產生朝向自旋轉子18的自旋流。流動到通道部12的自旋流會對自旋轉子18的磁矩M以自旋轉移磁矩(Spin-Transfer Torque)的形式發生作用。亦即，歲差運動中的磁矩M從自旋流接受自旋角動量時，會對磁矩M施加旋轉力。藉此方式，會使磁矩M的歲差運動被放大，而在該歲差運動到達臨界點後，磁矩M的朝向會從第1軸L1的一側往另一側反轉。由於磁矩M在朝向順沿第1軸L1的狀態為磁性最穩定狀態，所以歲差運動到達臨界點的磁矩M會從第1軸L1的一側高速往另一側反轉。亦即，磁矩M在反轉過程中會瞬間成為朝向順沿第2軸L2的狀態。此時，即可藉產生部30檢測出磁矩M瞬間朝向順沿第2軸L2的狀態，並在磁矩M瞬間成為朝向順沿第2軸L2的狀態時產生上升的脈衝。藉此方式，就可產生脈衝寬度較短的脈衝。
再者，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，自旋轉子18在基板24的面內方向的剖面形狀為橢圓形，由於第2軸L2為橢圓形的長軸，所以自旋轉子18的磁矩M反轉時的磁矩M朝向會受到限制。亦即，因為可將和第1軸L1正交的第2軸L2特定在一個方向，故
可容易偵知自旋轉子18的磁矩M朝向順沿第2軸L2的狀態。但，自旋轉子18並不限定於此種形態，自旋轉子18也可為圓點(dot)狀或圓柱狀。在此情況中，可藉由在外場進行控制，藉以控制自旋的朝向，而在較和緩的面進行檢測。
而且，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，自旋注入件14由於在平行於第1軸L1的方向具有磁化，所以從自旋注入件14流入通道部12的自旋朝向與從通道部12流入自旋轉子18的自旋朝向係為相同，故具有和自旋注入件14的磁化方向相同朝向的自旋狀態的自旋流會流入自旋轉子18。和對於自旋轉子18的磁矩M具有角度而流入的自旋產生作用的情況相比，作用在自旋轉子18的磁矩M的自旋轉移磁矩的助益較大。因此，自旋轉子18的磁矩M可以優異效率接受自旋轉移磁矩。
此外，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，由於在基板24的面垂直方向具備具有磁矩M的自旋轉子18，所以在複數個自旋轉子排列於基板時，相較於基板24的面內方向具有磁矩的自旋轉子，可使磁矩作高密度排列。
再者，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，產生部30可使自旋轉子18發揮所謂自旋閥元件的自由層的功能。藉此機制，可檢測自旋轉子18中的磁矩M的狀態。
再者，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，由於通道部12係以二維電子氣體層22及半導體層20所形成，所以可從二維電子氣體層22供給自旋。因此，可以優異效率進行通道部12的自旋角動量傳送。
再者，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，由於自旋轉子18和通道部12之長邊方向成正交方向的寬度係為通道部12的線寬以下，故可將通道部12的自旋角動量以優異效率往自旋轉子18傳送。
另外，若依一實施形態的脈衝產生裝置10，由於接近自旋注入件14的通道部12之端部形成有用以施加電流的端子部12a，所以可產生不伴隨電荷流動的自旋流來使自旋轉子18的磁矩旋轉。因此，因為可抑制焦耳熱的發生，故可獲致動作穩定的脈衝產生裝置10。
上述的實施形態僅揭示了本發明脈衝產生裝置10的一個例子，但本發明並不限於實施形態所述的脈衝產生裝置10，也可施以變化或應用於其他設計。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了自旋轉子18藉形狀磁各向異性而具有垂直磁各向異性的例子，但並不限定於此。自旋轉子18也可藉結晶磁各向異性來實現垂直磁各向異性。在此情況中，自旋轉子18也可使用例如L10型FeNi規則合金或FePt等具有L10結晶構造的磁性材料以磊晶成長而形成，也可使用(Co/Pt)多層膜或CoFeB/MgO等多層構造進行磊晶成長而形成。藉此方式，可將結晶磁各向異性所產生的容易磁化軸作為
第1軸L1。即使在該情況下，也可利用磁矩M的反轉來產生脈衝寬度較短的脈衝。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了基板24面內方向的自旋轉子18之剖面形狀為橢圓形的例子，但並非限定於此。自旋轉子18的基板面內方向的剖面形狀也可為：和該形狀的輪廓線中與第2軸L2交叉的方向上分離最遠的2點間距離相比，該形狀的輪廓線中在第2軸L2方向上分離最遠的2點間距離較長。另外，和第2軸L2交叉的方向也可為和第2軸L2正交的方向。因為藉由形狀磁各向異性，磁矩M容易朝向第2軸L2方向，故反轉過程的磁矩M的朝向可加以控制。因此，由於可將第2軸L2特定在一方向，故可容易偵知自旋轉子18的磁矩M朝向順沿第2軸L2的狀態。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了檢測磁矩M反轉當作磁化的程度(其為每單位體積的磁矩的總和)，但並不限定於此。例如，也可觀測自旋轉子18的局部性磁矩M。在該情況中，例如，可使用自旋轉子18的局部磁化來檢測磁矩M的反轉。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了自旋轉子18具有垂直磁各向異性的例子，但並不限定於此。例如，自旋轉子18也可具有面內磁各向異性。在此情況中，第1軸L1即為基板24的面內方向。此時，自旋注
入件14具有朝向基板24面內方向的磁矩。而且，自旋注入件14和自旋轉子18在面內方向具有磁化的情況中，產生部30所具備的固定層34，會使磁矩被固定在和面垂直方向平行或反平行。若以此種方式構成，則依據自旋轉子18的磁矩朝向及固定層34的磁矩朝向，自旋轉子18和固定層34之間的電阻值會產生變化。因此，產生部30所具備的取得部36可在自旋轉子18的磁矩從朝向第1軸L1一側的狀態往朝向第1軸L1的另一側的狀態反轉時檢測出自旋轉子18的磁矩朝向順沿第2軸L2的狀態。
實施形態的脈衝產生裝置10雖然揭示了透過產生部30使自旋轉子18作為所謂自旋閥元件的自由層而發揮功能，以檢測出磁矩M朝向的例子，但並不限定於此。例如，產生部30也可使用磁光學效應以檢測出磁矩M的方向。或者，也可檢測自旋轉子18的磁矩M成為朝向順沿第2軸L2狀態時的洩漏磁場。例如，產生部30只要具有使用於磁頭等的公知洩漏磁場檢測部，並將該檢測部配置於自旋轉子18的周圍即可。該檢測部只要配置於可傳遞自旋轉子18的洩漏磁場的範圍內即可，例如，配置於距離自旋轉子18數十nm以下的範圍。
實施形態的脈衝產生裝置10也可透過在基板24上進行積層一蝕刻等而製得。在此情況中，用傳統的半導體技術即可輕易製得。而且，非磁性金屬的自旋
擴散長度，相對於在室溫中為數百nm程度的情形，半導體的自旋擴散長度可長達1位數以上。因此，藉由以半導體材料形成通道部12，相較於採用其他非磁性體的情況，自旋注入件14及自旋轉子18可分開形成。因此，相較於採用其他的非磁性材料的情況，製造步驟並不要求嚴密的加工精確度，可容易製作脈衝產生裝置10。
脈衝產生裝置10可利用作為例如振盪器的一個零件(振盪器用的零件)。透過連續進行脈衝的產生，脈衝產生裝置10得利用作為振盪器的一零件。使用脈衝產生裝置10的振盪器也可例如只在2個磁矩的朝向一致時利用電流流通的磁阻效應。也可透過利用隔介非磁性體構件而和自旋轉子18接觸的強磁性體的磁矩朝向以及自旋轉子18的磁矩朝向的磁阻效應，而作成因應自旋轉子18的旋轉數而振盪的構造。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了自旋注入件14、自旋旋轉控制部16及自旋轉子18係和通道部12直接接合的例子，但自旋注入件14、自旋旋轉控制部16及自旋轉子18的至少1者也可隔介絕緣層而和通道部12接合。即使為依此方式構成的情況中，也可作為脈衝產生裝置10發揮功能。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了自旋注入件14及自旋轉子18配置於比通道部12更上方的例
子，但自旋注入件14及自旋轉子18只要形成至少一部分和通道部12接觸的狀態，任何方式配置皆可。亦即，自旋注入件14及自旋轉子18也可配置於通道部12的側邊。此外，自旋轉子18的寬度也可為通道部12的線寬以上。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了使用流動於面內方向的自旋流來進行磁化反轉的例子，但並不限定於此。例如，也可透過對於構成面垂直方向具有磁化的強磁性隧道接合構件朝面垂直方向流通電流，而實現使用自旋轉移磁矩的磁化反轉。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了藉由所謂非局部手法產生不伴隨電荷流動的自旋流來使自旋轉子18旋轉的例子，但並不限定於此。也可在接近自旋轉子18的通道部12端部形成施加電流用端子部12a，並藉由產生從端子部14a往端子部12a流動的電流，而在通道部12產生自旋流，使自旋轉子18旋轉。亦即，也可藉由所謂局部手法而在通道部12產生伴隨電荷流動的自旋流，使自旋轉子18的磁矩旋轉。在此情況中，由於和非局部手法的情況相比，電流密度可以加大，故可使自旋轉矩(spin torque)增大。因此，可以優異效率使自旋轉子18的磁矩旋轉。
實施形態的脈衝產生裝置10雖揭示了藉一個脈衝產生裝置來產生脈衝的情形，但並不限定於此。例如，也可採用排列複數個脈衝產生裝置10以連續產生脈衝波形的構成。在此情況中，連續的脈衝也可藉具有複數個脈衝產生裝置10的各個產生部30來檢測，複數個脈衝產生裝置10也可用共同的產生部30來檢測。若依此方式構成，由於可產生連續的脈衝，故可作為電子電路的同步訊號來使用。
實施形態的脈衝產生裝置10雖說明了包含脈衝產生裝置10的各構成組件的大小屬於奈米級組件的情況，各構成組件的大小也可形成微米級，並作成微型脈衝產生裝置。
脈衝產生裝置10可在產業上具有以下的利用性。脈衝產生裝置10可利用作為例如MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微電機系統)，或NEMS(Nano Electro Mechanical Systems，奈米電機系統)等領域中的脈衝產生裝置。再者，脈衝產生裝置10可使用作為例如電子領域、電氣領域、及醫療相關領域中的機器元件。脈衝產生裝置10可以內建於半導體裝置內。
Claims (20)
- 一種脈衝產生裝置，具備：基板；自旋注入件，設於前述基板上，由強磁性體構成；自旋轉子，設於前述基板上，由強磁性體構成，具有第1軸方向會成為容易磁化軸的磁各向異性；通道部，由和前述自旋注入件及前述自旋轉子直接地或隔介絕緣層接合的非磁性體所構成；及產生部，檢測出依存於前述自旋轉子的前述磁矩的方向而變化之物理量或物性值，在前述自旋轉子的磁矩從朝向前述第1軸之一側的狀態往朝向與前述第1軸之前述一側相反的方向的狀態反轉時，藉由檢測出與前述自旋轉子的前述磁矩朝向順沿和前述第1軸正交的第2軸之方向的狀態對應的物理量或物性值，而產生脈衝。
- 如請求項1之脈衝產生裝置，其中，前述自旋轉子的前述基板面內方向的剖面形狀為：相較於該形狀的輪廓線中和前述第2軸交叉的方向上分離最遠的2點間距離，該形狀的輪廓線中前述第2軸方向上分離最遠的2點間距離較長。
- 如請求項1之脈衝產生裝置，其中，前述自旋轉子的前述基板面內方向的剖面形狀為橢圓形，前述第2軸為前述橢圓形的長軸。
- 如請求項1之脈衝產生裝置，其中，前述自旋注入件在和前述第1軸平行的方向具有磁化。
- 如請求項1之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項1之脈衝產生裝置，其中，前述產生部係檢測前述自旋轉子的磁矩成為朝向順沿前述第2軸之狀態時的洩漏磁場。
- 如請求項1之脈衝產生裝置，其中，前述產生部具備：中間層，和前述自旋轉子相接設置，由非強磁性金屬或絕緣體構成；固定層，和前述中間層相接設置，且使磁矩固定在順沿前述第2軸的方向；及取得部，取得流動於前述自旋轉子與前述固定層間的電流或產生於前述自旋轉子和前述固定層間的電壓。
- 如請求項2之脈衝產生裝置，其中，前述自旋轉子的前述基板面內方向的剖面形狀為橢圓形，前述第2軸為前述橢圓形的長軸。
- 如請求項2之脈衝產生裝置，其中，前述自旋注入件在和前述第1軸平行的方向具有磁化。
- 如請求項3之脈衝產生裝置，其中，前述自旋注入件在和前述第1軸平行的方向具有磁化。
- 如請求項8之脈衝產生裝置，其中，前述自旋注入件在和前述第1軸平行的方向具有磁化。
- 如請求項2之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項3之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項4之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項8之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項9之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項10之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項11之脈衝產生裝置，其中，前述第1軸為前述基板的面垂直方向。
- 如請求項2之脈衝產生裝置，其中，前述產生部係檢測前述自旋轉子的磁矩成為朝向順沿前述第2軸之狀態時的洩漏磁場。
- 如請求項2之脈衝產生裝置，其中，前述產生部具備：中間層，和前述自旋轉子相接設置，由非強磁性金屬或絕緣體構成；固定層，和前述中間層相接設置，且使磁矩固定在順沿前述第2軸的方向；及取得部，取得流動於前述自旋轉子與前述固定層間的電流或產生於前述自旋轉子和前述固定層間的電壓。
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