[发明专利]自旋存储器和自旋晶体管

权利要求书

1.一种自旋存储器，其特征在于：

具备包括铁磁性层叠膜的存储器单元，所述铁磁性层叠膜具有由第1铁磁性层、第1非磁性层、第2铁磁性层、第2非磁性层以及第3铁磁性层按所提及的顺序或者相反顺序层叠而成的层叠结构，上述第3铁磁性层和上述第2铁磁性层经由上述第2非磁性层而反铁磁性地交换耦合，在上述铁磁性层叠膜中从上述第1铁磁性层向上述第3铁磁性层流通单一方向的电流，根据上述电流的大小对上述第1铁磁性层进行不同磁化状态的写入，并且进行从上述第1铁磁性层的读出。

2.根据权利要求1所述的自旋存储器，其特征在于：

上述存储器单元还具备，使电流仅在上述电流所流通的方向上在上述铁磁性层叠膜中流通的整流元件。

3.根据权利要求1所述的自旋存储器，其特征在于：

上述第1至第3铁磁性层分别具有大致垂直于膜面的磁化。

4.根据权利要求1所述的自旋存储器，其特征在于：

上述第1和第2铁磁性层与上述第3铁磁性层相比，磁化反转磁场较小。

5.根据权利要求1所述的自旋存储器，其特征在于：

上述写入具有：第1写入，使用第1写入电流来使上述第1铁磁性层的磁化方向与上述第3铁磁性层的磁化方向大致反向平行；以及第2写入，使用比上述第1写入电流大的第2写入电流来使上述第2铁磁性层的磁化方向反转，由此使上述第1铁磁性层的磁化方向与上述第3铁磁性层的磁化方向大致平行，

上述读出使用比上述第1写入电流小的读出电流来进行。

6.根据权利要求5所述的自旋存储器，其特征在于：

具备：写入电路，对上述存储器单元提供上述第1和第2写入电流；以及读出电路，对上述存储器单元提供上述读出电流。

7.一种自旋晶体管，其特征在于：

具备：

源极区域和漏极区域，在半导体层上分离地设置；

栅极电极，设置在成为上述源极区域和上述漏极区域之间的沟道区域的上述半导体层上；

第1电极，设置在上述源极区域和上述漏极区域中的一个区域上，具有第1层叠结构，该第1层叠结构由第1铁磁性层、第1非磁性层、第2铁磁性层、第2非磁性层以及第3铁磁性层按所提及的顺序层叠而成，且上述第3铁磁性层和上述第2铁磁性层经由上述第2非磁性层而反铁磁性地交换耦合，在上述第1层叠结构中从上述第1铁磁性层向上述第3铁磁性层流通单一方向的电流，上述第1铁磁性层的磁化状态根据上述电流的大小而发生变化；以及

第2电极，设置在上述源极区域和上述漏极区域中的另一个区域上，含有第4铁磁性层。

8.根据权利要求7所述的自旋晶体管，其特征在于：

上述第1至第4铁磁性层分别具有大致垂直于膜面的易磁化轴。

9.根据权利要求7所述的自旋晶体管，其特征在于：

还具备设置在上述沟道区域和上述栅极电极之间的栅极绝缘膜。

10.根据权利要求7所述的自旋晶体管，其特征在于：

还具备：第1隧道势垒层，设置在上述一个区域和上述第1铁磁性层之间；以及第2隧道势垒层，设置在上述另一个区域和上述第4铁磁性层之间。

11.根据权利要求7所述的自旋晶体管，其特征在于：

上述第2电极包括第2层叠结构，该第2层叠结构具有设置在上述第4铁磁性层上的第3非磁性层、设置在上述第3非磁性层上的第5铁磁性层、设置在上述第5铁磁性层上的第4非磁性层以及设置在上述第4非磁性层上的第6铁磁性层，上述第5铁磁性层和上述第6铁磁性层经由上述第4非磁性层而反铁磁性地交换耦合，

上述第4铁磁性层与上述第1铁磁性层相比，膜面的面积较大。