專(zhuān)利名稱(chēng)：用來(lái)探測(cè)固體中的自旋偏振電子流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來(lái)探測(cè)通過(guò)來(lái)自非鐵磁體固體的磁化的鐵磁體接觸物的注射在非鐵磁體固體中產(chǎn)生的自旋偏振電子流的主要偏振方向的方法，它還涉及用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一方法的裝置。
該方法和裝置考慮優(yōu)選用于磁性存貯器技術(shù)中，在磁性存貯技術(shù)中可以達(dá)到特別高的存貯密度；磁性存貯器是非易失性的。為了寫(xiě)入只需通過(guò)施加一個(gè)外加磁場(chǎng)改變磁化。但是給磁性存貯器的電子讀出過(guò)程帶來(lái)困難。
具有磁滯和有限矯頑磁場(chǎng)的鐵磁顆?？梢砸云浯呕较虻姆绞劫A存信息。其中，貯存一個(gè)比特(Bit)意味著不是平行于就是反向平行于規(guī)定的空間方向的磁化，這里牽涉到所謂的磁性存貯器工藝。貯存一個(gè)Bit的顆粒原則上可以完全向一個(gè)方向磁化。但是根據(jù)狀態(tài)密度(材料)的不同這不意味著100％的導(dǎo)電電子偏振化。原則上導(dǎo)電電子的偏振化甚至可能是反方向的。因此稱(chēng)為“主要的”偏振方向。重要的僅僅是，通常在導(dǎo)電電子的磁化方向和偏振化之間始終存在相似關(guān)系。
鐵磁材料中的電子根據(jù)電子自旋取向的不同具有不同的狀態(tài)密度。如果狀態(tài)密度的區(qū)別在于費(fèi)米能級(jí)，那么輸送電流的電子具有相應(yīng)于磁化的優(yōu)選自旋取向。同樣從別的材料進(jìn)入鐵磁體的電子根據(jù)其自旋取向存在不同數(shù)量的自由狀態(tài)。
按US－PS5432373(Johnson 373)在從鐵磁體流入非鐵磁體的電流中在離相應(yīng)的觸頭一定距離處可以保持電子的自旋偏振。在已知方法中為此所采用的裝置由一個(gè)在非鐵磁性導(dǎo)體或半導(dǎo)體固體上的鐵磁體金屬觸頭組成。
這里利用了導(dǎo)電電子在從鐵磁體觸點(diǎn)材料中轉(zhuǎn)入非鐵磁體固體材料時(shí)保持自旋偏振性并在那里產(chǎn)生自旋偏振電子流。下面把這種現(xiàn)象稱(chēng)為注射。電子的自旋偏振化保持一定的與材料和溫度有關(guān)的距離。因?yàn)殡娮拥拇蠖鄶?shù)散射過(guò)程不直接影響其自旋，可以以自旋張弛長(zhǎng)度明顯大于電子平均自由路程長(zhǎng)度這一事實(shí)為出發(fā)點(diǎn)。也就是貯存在相應(yīng)的鐵磁性觸點(diǎn)內(nèi)的信息的電子讀出將是在于探測(cè)電子流的自旋偏振化。
由US－PS5654566(Johnson 566)已知的用來(lái)探測(cè)從鐵磁體觸頭注射入導(dǎo)體或半導(dǎo)體固體內(nèi)的電子的方法要求在固體上有第二個(gè)鐵磁體觸頭。這里假設(shè)，第二個(gè)觸頭的性能隨著其磁化相對(duì)于電子流自旋偏振化的取向而改變。其理由應(yīng)該是對(duì)于鐵磁體內(nèi)兩種自旋取向有不同的狀態(tài)密度，它應(yīng)該影響進(jìn)入的、自旋偏振化的電子與自旋有關(guān)的進(jìn)入概率。但是在半導(dǎo)體內(nèi)的狀態(tài)密度與在鐵磁體觸點(diǎn)內(nèi)的狀態(tài)密度相比是如此之小，以致無(wú)法測(cè)量選擇性；事實(shí)上來(lái)自于半導(dǎo)體的所有電子在鐵磁性觸頭中找到一個(gè)自由狀態(tài)。
如果將第二個(gè)鐵磁體觸頭通過(guò)一個(gè)隧道勢(shì)壘與第一個(gè)鐵磁體隔開(kāi)，那末便重新建立自旋選擇性。但是在這樣情況下不得不承受較大的電阻和關(guān)于隧道勢(shì)壘的很大的制造問(wèn)題，隧道勢(shì)壘通常由幾納米厚的氧化物組成并且不允許有缺陷。
本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種探測(cè)從磁化的鐵磁性接觸體中注射到非鐵磁性固體中的自旋偏振電子流的自旋偏振化的方法，用這種方法可避免上述的缺點(diǎn)。也就是說(shuō)尋找一種新的測(cè)量原理，它允許直接測(cè)量出自旋偏振，達(dá)到工藝上有意義的輸入和輸出電阻，不需要隧道勢(shì)壘等等難以制造的輔助裝置，并具有對(duì)于漂移電壓、補(bǔ)償電壓和干擾電壓盡可能小的靈敏性，使得可以利用相應(yīng)地制成的構(gòu)件作為比普通的、以硅為基的動(dòng)態(tài)存貯器(DRAM)具有更高的集成密度的、用于1Bit信息量的非易失的貯存位置。雖然與非易失存貯器快速Ram、EPROM、EEPROM相比原則上僅僅達(dá)到一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。但是本發(fā)明目的的范圍內(nèi)如果可以用非易失存貯器代替易失的動(dòng)態(tài)存貯器，那末將得到另一個(gè)改進(jìn)。輸入和輸出電阻應(yīng)該是和通常的技術(shù)(CMOS)兼容的。
對(duì)于開(kāi)頭所述的方法按本發(fā)明的解決辦法是，在固體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)依賴(lài)于其通過(guò)自旋產(chǎn)生的磁矩的偏轉(zhuǎn)每次注射進(jìn)來(lái)的電子的非均勻磁場(chǎng)，并作為電壓檢測(cè)通過(guò)自旋偏振電子的這種磁性偏轉(zhuǎn)所建立的電場(chǎng)；換言之后者應(yīng)該優(yōu)先意味著電場(chǎng)的積分被確定為兩個(gè)接觸體之間的電壓。
在實(shí)施本方法的一種優(yōu)選裝置中在固體上設(shè)有至少一個(gè)注射自旋偏振電子的鐵磁接觸體(或者說(shuō)注射觸頭)，至少一個(gè)產(chǎn)生不均勻磁場(chǎng)的鐵磁體和至少一個(gè)用來(lái)測(cè)量電場(chǎng)的電接觸體。尤其是意味著，至少需要一個(gè)注射器和一個(gè)用來(lái)記憶電流的第二接觸體，以及至少一個(gè)鐵磁體和兩個(gè)用來(lái)測(cè)量電場(chǎng)的接觸體，其中之一可以包含磁鐵。這里對(duì)于每個(gè)裝置存在“鐵磁體”，它能夠產(chǎn)生和保持所要求的具有極大不均勻性的磁場(chǎng)。本發(fā)明的一些改進(jìn)和其他結(jié)構(gòu)給出在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明推薦一種測(cè)量方法，它在根本上不同于迄今為止所應(yīng)用的方法。在固體內(nèi)，特別是半導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)電子的常規(guī)效應(yīng)可以用詞語(yǔ)“磁阻”和“霍爾效應(yīng)”來(lái)概括。這兩種效應(yīng)在大體上與電子自旋無(wú)關(guān)。它們建立在洛倫茲力的基礎(chǔ)上，這個(gè)力使運(yùn)動(dòng)電子向垂直于電子流方向和磁場(chǎng)方向所確定的平面的方法偏轉(zhuǎn)。另外如果考察磁場(chǎng)對(duì)自旋偏振遷移的作用，那么在資料中唯獨(dú)提到電子場(chǎng)在外加均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；參見(jiàn)A．G．Aronov，G．E．Pikus，“注射入半導(dǎo)體的自旋”，Sov．Phys．semicond．10，6，(1976)，698－700頁(yè)。
按照本發(fā)明利用另一種力，也就是允許自旋偏振電子加速或偏轉(zhuǎn)的力。這個(gè)力是1921年在所謂的Stern－Gerlach試驗(yàn)中在證明銀原子在強(qiáng)非均勻磁場(chǎng)中的自旋量子化時(shí)發(fā)現(xiàn)的(參見(jiàn)物理教科書(shū))。
按本發(fā)明的把對(duì)于非荷電粒子的Stern－Gerlach試驗(yàn)的構(gòu)想轉(zhuǎn)用到由于量子化的自旋具有磁矩的荷電粒子、即電子上，這種構(gòu)思導(dǎo)致了在帶有梯度的磁場(chǎng)B內(nèi)由于磁矩M在注射入固體內(nèi)的自旋偏振電子上作用一個(gè)力F=M．_B。
正比于按本發(fā)明待檢測(cè)的電場(chǎng)或局部電壓梯度的這個(gè)力起到使自旋偏振電子流(不同于在洛倫茲力時(shí))在電子流／磁場(chǎng)平面內(nèi)向B－場(chǎng)梯度方向加速和偏轉(zhuǎn)的作用。本發(fā)明所使用的使單個(gè)電子偏轉(zhuǎn)的力F也僅僅取決于磁場(chǎng)梯度和電子的磁矩。相反這個(gè)力與(電子)流的大小無(wú)關(guān)。偏振度和電子流通過(guò)自旋偏振電子僅僅決定輸出電阻。
本發(fā)明的另外一些優(yōu)點(diǎn)在于不需要分析觸頭和磁場(chǎng)傳感器，尤其是在采用普通的制造方法的情況下可以制造具有較小過(guò)程費(fèi)用和比迄今為止小得多的尺寸的存貯位置。例如一個(gè)非常小的鐵磁體顆粒在顆粒表面上的外磁場(chǎng)由于連續(xù)性條件可以做得和顆粒的磁化一樣強(qiáng)，也就是說(shuō)可以在1至2Tesla(特斯拉)范圍內(nèi)。在離顆粒表面很小的距離處(那里的非均勻)磁場(chǎng)極其迅速地減弱。一個(gè)直徑為約300納米的顆粒在1微米的距離處幾乎不再產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此外磁場(chǎng)在顆粒表面附近－例如在500納米之內(nèi)－具有非常大的梯度，它大致可以達(dá)到107特斯拉／米。在本發(fā)明的范圍內(nèi)優(yōu)選采用相應(yīng)于微觀尺度的直徑小于500納米，特別是200納米的小鐵磁體顆粒。如果可能的話(huà)，顆粒還可以小。目前力求直徑為100納米或更小。
在本發(fā)明范圍內(nèi)固體可以由半導(dǎo)體或?qū)щ姷姆氰F磁材料組成，特別優(yōu)選采用硅作為原料。用來(lái)產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)的鐵磁接觸體應(yīng)該垂直于自旋偏振電子平均注射方向并平行于引導(dǎo)電子的固體表面磁化。但是也可以給磁化的鐵磁接觸體－也叫注射觸頭－在固體的相對(duì)的邊上共同附設(shè)一個(gè)非鐵磁的、但也可以是第二個(gè)鐵磁性接觸體。
部分地借助于附圖對(duì)本發(fā)明包括其他結(jié)構(gòu)和改進(jìn)作較詳細(xì)的說(shuō)明。其中表示

圖1按本發(fā)明做成的存貯單元連同注射觸頭的透視圖；圖2和3在自旋偏振和磁場(chǎng)平行或反向平行定向時(shí)圖1的機(jī)理；圖4和5像圖2和3時(shí)那樣，但是帶有具有兩個(gè)注射觸頭的單元的機(jī)理；圖6按圖1的存貯單元的平面方案；圖7按圖6的(非均勻)磁場(chǎng)的分布；和圖8具有許多按圖1或6的構(gòu)件的存貯器矩陣。
在圖1中所示結(jié)構(gòu)中在由半導(dǎo)體材料，尤其是硅組成的固體1的相互對(duì)立的邊上有一個(gè)鐵磁接觸體2－它在圖1中是所謂的注射觸頭－和一個(gè)非鐵磁接觸體3，它在圖1中僅僅用來(lái)記憶電子流。在固體的另兩個(gè)邊上連接一個(gè)用來(lái)偏轉(zhuǎn)和測(cè)量電壓的鐵磁觸頭4和一個(gè)用來(lái)測(cè)量電壓的非鐵磁觸頭5。
鐵磁接觸體2應(yīng)該平行于固體1表面并垂直于接觸體2、3的連接線(xiàn)，也就是平均電子流方向6磁化。在接觸體2內(nèi)磁化方向用7表示。電子8平均來(lái)說(shuō)應(yīng)該沿電子流方向6在接觸體2和3之間流動(dòng)。電子8應(yīng)該以一定的百分比自旋偏振化。此自旋偏振9在方向方面相當(dāng)于接觸體2的磁化方向7或者是它的反方向，這視自旋偏振是怎樣將導(dǎo)電電子與磁化相連系而定。
下面流動(dòng)方向6表示注射的自旋偏振電子的運(yùn)動(dòng)方向。從接觸體2通過(guò)固體1到接觸體3的電子流根據(jù)由接觸體2的磁化所確定的對(duì)于不同自旋方向的不同狀態(tài)密度自旋偏振化。通過(guò)觸頭4的非均勻磁場(chǎng)在自旋偏振電子8上作用一個(gè)力。通過(guò)這個(gè)力引起電荷分離，它在觸頭4和5之間產(chǎn)生一個(gè)電壓U。這個(gè)電壓視(合成的)力是吸引還是排斥而定改變其正負(fù)號(hào)。
如果固體1表示為矩形，那么接觸體2和3裝在固體的邊10或11上，觸頭4和5連接在邊12或13上。按圖1觸頭4的磁化14應(yīng)該沿朝向另一個(gè)觸頭5的方向分布。這個(gè)方向稱(chēng)作X方向。觸頭4或者說(shuō)它在固體1上的接頭位于X=0處，觸頭5(或者說(shuō)它在固體1上的接頭)位于X=d處，如果d是固體1相對(duì)邊12和13之間的距離的話(huà)。
無(wú)損其普遍性地，假設(shè)圖1中B－場(chǎng)14在正X方向上。這樣地選擇觸頭4的尺寸和它的形狀，使外磁場(chǎng)在正X方向具有已經(jīng)提到過(guò)的很大的B－梯度。由于電子自旋產(chǎn)生的磁矩和磁場(chǎng)梯度在從接觸體2出發(fā)沿朝向接觸體3的方向經(jīng)過(guò)固體1運(yùn)動(dòng)的自旋偏振電子8上作用一個(gè)力F。
由此使電子8偏轉(zhuǎn)，這里由此引起的電荷分離由于不同磁矩的非均勻分布建立一個(gè)(抵消偏轉(zhuǎn)的)電場(chǎng)E。這個(gè)電場(chǎng)的大小為E=l／e·M·_B。
因此在兩個(gè)觸頭4和5之間存在一個(gè)電壓，它相當(dāng)于電場(chǎng)E從4到5的積分。如果磁場(chǎng)B從觸頭4(x=0)直到觸頭5(x=d)下降為0，那么得到積分U=l／e·M·B。
根據(jù)觸頭4磁化量的不同這個(gè)電壓可以在100微伏到1微伏之間的范圍內(nèi)。由最后一個(gè)公式可見(jiàn)(與取決于自旋的霍爾電壓完全相反)，電壓U與接觸體2和3之間的電子流無(wú)關(guān)。電子流僅僅決定構(gòu)件或者說(shuō)存貯元件的輸出電阻。也就是說(shuō)構(gòu)件可以和存在的電路相匹配。如果用單獨(dú)的觸頭4和5測(cè)量電壓，那么按本發(fā)明的關(guān)于自旋偏振的信息并不在于電壓的大小，而僅僅在于正負(fù)號(hào)。
圖2表示按本發(fā)明的構(gòu)件在自旋偏振9和偏轉(zhuǎn)(非均勻)磁場(chǎng)14平行取向時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理的例子。在接觸體2和3之間加上一個(gè)電源15，觸頭4和5之間的被探測(cè)電壓U在測(cè)量?jī)x器16上讀出。
圖3中表示一個(gè)類(lèi)似于圖2中的結(jié)構(gòu)。其區(qū)別主要在于電子8的自旋偏振9反向平行于磁場(chǎng)14。
電子流的自旋偏振由注射觸頭確定。但是如果接觸體2和3做得相同，那么可以通過(guò)流動(dòng)方向的顛倒可選擇地讀出接觸體2或3。在這種情況下集成密度加倍。在圖4和5中表示和圖2和3時(shí)類(lèi)似的關(guān)系；但是設(shè)想，兩個(gè)接觸體2和3都是鐵磁體，并可以用作偏振信息的存貯器。如圖所示，那么在同一個(gè)構(gòu)件上可以通過(guò)流動(dòng)方向6的顛倒或電源15極性反接讀出兩個(gè)注射觸頭(2，3)。
如上所述，按本發(fā)明的構(gòu)件可以用作1Bit信息量的存貯位置或者說(shuō)存貯元件，其中可達(dá)到很高的集成度。可以比通常的DRAMS達(dá)到實(shí)質(zhì)上進(jìn)一步的微型化。
每個(gè)被貯存的信息可以選擇地貯存在接觸體2內(nèi)或觸頭4內(nèi)，其中為了讀出必須知道另一個(gè)觸頭的磁化方向。但是通常用來(lái)存貯信息的鐵磁性觸頭由軟磁性材料制成，用來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)非均勻磁場(chǎng)的觸頭由硬磁性材料制成。
圖6中表示圖1結(jié)構(gòu)的平面方案。活性區(qū)即固體1，例如特別是在采用半導(dǎo)體材料時(shí)通過(guò)離子移植產(chǎn)生。按圖1觸頭4和5位于固體1平面內(nèi)，按圖6所有接觸體2，3和4、5都位于固體1的表面上。按圖6和7應(yīng)該產(chǎn)生非均勻B－場(chǎng)的觸頭4，5做得這樣薄，使得在(1)的表面上磁場(chǎng)和場(chǎng)梯度幾乎平行于它分布。這種制造方法和常用的工藝是兼容的。
圖7表示在按圖6的平面方案中在偏轉(zhuǎn)觸頭4前面偏轉(zhuǎn)的(非均勻)磁場(chǎng)的優(yōu)選分布。由于觸頭4非常薄B－梯度直接分布在固體1的表面內(nèi)或上，特別是半導(dǎo)體固體的表面內(nèi)或上。
按照另一發(fā)明觸頭4和5都設(shè)計(jì)成鐵磁體，在兩個(gè)觸頭4和5中B－場(chǎng)可以指向同一個(gè)方向，要是觸頭4和5的B－梯度方向相反就更好了。這樣如果觸頭4和5的間距d這樣選擇，使兩個(gè)觸頭的磁場(chǎng)在觸頭之間的中心(x=d／2)幾乎等于0，那么由場(chǎng)梯度產(chǎn)生的電壓便相加。由此輸出電壓增加一倍。
如果觸頭4的材料和固體1的材料之間會(huì)存在工藝不相容性，那么觸頭4可以通過(guò)一個(gè)薄的非鐵磁性金屬層17與固體1隔開(kāi)，而不明顯地影響其功能。同樣注射磁鐵2也不必非和半導(dǎo)體1直接接觸不可?？梢栽O(shè)想，為了改善接觸性能可以插入一個(gè)非鐵磁性薄金屬層，其中在它里面自旋不會(huì)張弛－無(wú)論如何不受干擾。
原則上觸頭5可以完全去掉。在這種情況下測(cè)量觸頭4和3或者4和2之間的電壓，但是這里隨著自旋偏振的改變不出現(xiàn)正負(fù)號(hào)變化，而僅僅出現(xiàn)電壓變化。如果希望出現(xiàn)足夠大的電壓變化和通過(guò)取消一個(gè)觸頭使得可以有更高的集成密度，那么優(yōu)選采用這種方案。
在集成時(shí)單個(gè)構(gòu)件設(shè)置在一個(gè)存貯器矩陣內(nèi)。這里在每一列和每一行內(nèi)分布一根導(dǎo)線(xiàn)，其中在需反向磁化的觸頭上分別疊加一根行或列導(dǎo)線(xiàn)。一根行或列導(dǎo)線(xiàn)單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)小于貯存信息的觸頭的矯頑磁場(chǎng)。在列導(dǎo)線(xiàn)或行導(dǎo)線(xiàn)的場(chǎng)重疊的部位超過(guò)矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度。用這種方法可以用簡(jiǎn)單的控制裝置可選擇地使觸頭改變磁化方向(改寫(xiě))。這些行和列導(dǎo)線(xiàn)也可以用來(lái)控制(地址選擇)單個(gè)元件和用來(lái)讀出。
在本發(fā)明范圍內(nèi)多個(gè)存貯元件可以連接在一起，其中第n個(gè)元件的各個(gè)接觸體2和第(n+1)個(gè)元件的接觸體3連接。在從連接鏈的第一個(gè)元件的接觸體3流到連接鏈最后一個(gè)元件的接觸體2時(shí)，所屬的輸出電壓連接在連接鏈的所有元件上。也就是它們可以并行地讀出。作為一種選擇，多個(gè)元件可以這樣連接在一起，其中第n個(gè)元件的各個(gè)觸頭4與第(n+1)個(gè)元件的觸頭5相連接。在通過(guò)其接觸體2和3控制連接鏈的幾個(gè)元件時(shí)第一元件的觸頭5和最后一個(gè)元件的觸頭4之間連接幾個(gè)元件的輸出電壓。由此使得可以?xún)H僅用一根輸出信號(hào)線(xiàn)有選擇地讀出。
上述的鏈連接可以組合，其中接觸體2和3例如成列設(shè)置，接觸體4和5成行設(shè)置。這樣可以通過(guò)列記憶電子流，通過(guò)選擇行有目的地讀出矩陣中的單個(gè)元件。在這種情況下為了給n2個(gè)元件編寫(xiě)地址需要2n根導(dǎo)線(xiàn)。在這種矩陣連接時(shí)觸頭4和5可以被兩個(gè)元件利用。這樣從工作原理方面看相鄰存貯元件的觸頭4和5應(yīng)該方向交替地安裝。匯總在一起不僅節(jié)省位置，而且也節(jié)省材料和制造成本。圖8中表示在每?jī)蓚€(gè)元件共同利用一個(gè)觸頭的矩陣內(nèi)其他元件相應(yīng)的布線(xiàn)和控制。
圖8還表示其他意思。也就是采用具有兩個(gè)偏轉(zhuǎn)磁鐵的方案。因?yàn)橐粋€(gè)磁鐵從兩端看起來(lái)各自不同，所有元件都同方向運(yùn)行。另外所有接觸體2和3都是信息載體。但是視考察哪一個(gè)元件而定，它們不是用作注射器就是用作第二個(gè)觸頭，以記憶電子流(這里不干擾磁化)。也就是說(shuō)節(jié)省了兩個(gè)觸頭，或者說(shuō)利用2Bit的方案，但是不通過(guò)電子流反向讀出。具體的關(guān)系最好由圖8的圖形和參考標(biāo)記加以理解。
參考標(biāo)記1=固體 10－13，=邊(1)2、3 =接觸體14 =B－場(chǎng)4、5 =觸頭 15 =電源6=電子流16 =電壓測(cè)量?jī)x7=磁化 17 =金屬層8=電子9=自旋偏振
權(quán)利要求
1．用來(lái)探測(cè)通過(guò)注射從非鐵磁性固體(1)的磁化的鐵磁性接觸體(2)進(jìn)入固體(1)所產(chǎn)生的自旋偏振電子(8)流的主要偏振方向的方法，其特征在于在固體(1)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)取決于其通過(guò)自旋產(chǎn)生的磁矩的、使每次注射的電子偏轉(zhuǎn)的非均勻磁場(chǎng)，并將通過(guò)自旋偏振電子(8)的這種磁力偏轉(zhuǎn)所建立的電場(chǎng)作為電壓檢測(cè)。
2．按權(quán)利要求1的裝置，其特征在于通過(guò)在鐵磁性接觸體(2)和固體(1)的另一個(gè)接觸體(3)之間加上電壓進(jìn)行注射。
3．按權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于鐵磁性接觸體(2)磁化成為信息載體或磁性存貯器。
4．按權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于電場(chǎng)作為固體(1)的觸頭(2，4；3，4；4，5)之間的電壓測(cè)量。
5．按權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于電場(chǎng)作為固體1的除鐵磁性接觸體(2)以外額外加設(shè)的觸頭(4，5)之間的電壓，沿基本上垂直于平均的電子(8)流動(dòng)方向(6)的方向測(cè)量。
6．按權(quán)利要求5的方法，其特征在于僅僅測(cè)量電場(chǎng)的方向或電壓的偏振性。
7．按權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于非均勻磁場(chǎng)借助于一個(gè)定位在固體(1)之外的固體邊(12)上的、外部磁鐵(4)產(chǎn)生。
8．按權(quán)利要求7的方法，其特征在于鐵磁性接觸體(2)或外部磁鐵(4)磁化成信息載體或磁性存貯器。
9．實(shí)現(xiàn)按權(quán)利要求1至8中至少一項(xiàng)的方法的裝置，其特征在于在固體(1)上至少設(shè)有一個(gè)注射自旋偏振電子(8)的鐵磁性接觸體(2)，至少一個(gè)產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)的鐵磁體和至少一個(gè)用來(lái)測(cè)量電場(chǎng)的電觸頭(4)。
10．按權(quán)利要求9的裝置，其特征在于在固體(1)相對(duì)的邊(10，11)上裝有注射自旋偏振電子(8)的鐵磁性接觸體(2)和一個(gè)用來(lái)施加電子注射電壓的第二接觸體(3)。
11．按權(quán)利要求10的裝置，其特征在于兩個(gè)接觸體(2，3)都是鐵磁性的，并且同時(shí)或者可選擇地用作可磁化的信息載體或磁性存貯器。
12．按權(quán)利要求10或11的裝置，其特征在于在固體(1)相對(duì)的邊(12，13)上在基本上垂直于自旋偏振電子(8)平均流動(dòng)方向(6)的一條直線(xiàn)上分別設(shè)有用來(lái)測(cè)量電場(chǎng)的電觸頭(4，5)。
13．按權(quán)利要求12的裝置，其特征在于電觸頭(4，5)中至少一個(gè)是或者包含一個(gè)用來(lái)在固體(1)內(nèi)產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)的外部鐵磁體。
14．按權(quán)利要求13的裝置，其特征在于作為鐵磁體設(shè)有一個(gè)相應(yīng)于磁性存貯器工藝的微觀尺度的鐵磁性小顆粒，其直徑最好小于500納米，特別是小于200納米。
15．按權(quán)利要求9至14中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于各個(gè)外加鐵磁體通過(guò)一個(gè)相對(duì)于固體尺寸而言較薄的防護(hù)層或金屬層(17)與固體(1)隔開(kāi)。
16．按權(quán)利要求9至15中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于將許多帶有接觸體(2，3，4，5)和所屬的鐵磁體的固體(1)連接起來(lái)，其中在兩個(gè)相鄰的固體中每次設(shè)置同一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)和用來(lái)測(cè)量電場(chǎng)的外部鐵磁體或電觸頭。
17．按權(quán)利要求9至16中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于將許多帶有接觸體(2，3，4，5)和所屬鐵磁體的固體(1)連接起來(lái)，其中每?jī)蓚€(gè)元件利用各一個(gè)觸頭，每個(gè)相交的元件只有兩個(gè)觸頭，同時(shí)每個(gè)元件的注射觸頭給另一個(gè)元件與磁化無(wú)關(guān)地用作施加注射電壓的觸頭(圖8)。
18．按權(quán)利要求9至17中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于用來(lái)產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)的區(qū)域或觸頭如此之薄，以致固體表面處的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度幾乎平行于固體表面分布(圖7)。
19．按權(quán)利要求9至18中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于各個(gè)用作自旋偏振電子(8)源的鐵磁性接觸體(2)由在容易非磁化的意義上的軟鐵磁性的材料制成。
20．按權(quán)利要求9至19中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于各個(gè)用來(lái)產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)的鐵磁體(4)由盡可能的硬磁性材料組成。
21．按權(quán)利要求9至20中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于固體(1)基本上由半導(dǎo)體材料，尤其是硅組成。
22．按權(quán)利要求9至21中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于設(shè)有一種帶接觸體(2，3，4，5)的固體(1)的平面結(jié)構(gòu)(圖6)。
23．按權(quán)利要求9至21中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于接觸體(2，3，4，5)和鐵磁體位于平面結(jié)構(gòu)的表面上(圖7)。
24．按權(quán)利要求9至23中至少一項(xiàng)的裝置，其特征在于設(shè)有一個(gè)通過(guò)離子遷移產(chǎn)生的活性區(qū)作為固體(1)。
全文摘要
介紹一種用來(lái)檢測(cè)通過(guò)注射從磁化的鐵磁性接觸體內(nèi)進(jìn)入非鐵磁性固體所產(chǎn)生的自旋偏振電子流的偏振方向的方法。為了減小過(guò)程費(fèi)用,能夠制造具有比迄今為止小的尺寸的元件,不需要分析觸頭或磁場(chǎng)傳感器并得到與電子流無(wú)關(guān)的用于偏振方向的測(cè)量電壓,在固體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與其由自旋產(chǎn)生的磁矩相關(guān)的使每次注入的電子偏轉(zhuǎn)的非均勻磁場(chǎng),并作為電壓測(cè)量通過(guò)這種電子的磁力偏轉(zhuǎn)所建立的電場(chǎng)。
文檔編號(hào)G11C11/02GK1279765SQ98811302
公開(kāi)日2001年1月10日 申請(qǐng)日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月18日
發(fā)明者喬治·施密特 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司