背景技术：
图1图示了具有在自旋沟道上方的磁体的堆叠的典型自旋逻辑装置100。为图示装置100的缺陷，描述了形成装置100的简要概述。装置100通过沉积用于提供接地供应的金属（例如，cu）并且随后在所述金属上方沉积氧化物的层而形成。用于接地供应的金属形成装置100的底部。氧化物随后被蚀刻以形成通孔的孔，其随后采用金属填充而形成通孔。金属层（例如，cu的层）被再次沉积以形成自旋沟道。随后，对部分自旋沟道进行蚀刻以形成在自旋沟道之间的屏障。随后，将氧化物沉积到这些屏障中。在氧化物沉积后，沉积磁体层并且选择性对其进行蚀刻以形成输入和输出磁体（例如，分别是在左侧的磁体和在右侧的磁体）。这些磁体与自旋沟道直接接触。随后，在被蚀刻的磁体上沉积金属（例如，cu）以在用于提供电力供应的金属层（例如，cu的层）的沉积层之后提供供应触点。用于电力供应的金属形成装置100的顶部。
虽然自旋逻辑和自旋存储器能够实现用于超越互补金属氧化物半导体（cmos）计算的逻辑装置和架构的新类，但它们遭受某些缺陷。例如，诸如装置100等现有自旋装置由于受磁性各向异性的强度（hk）限制的磁性开关速度和从磁体到自旋沟道中自旋注入的低极化，而要求高电流操作和遭受低速度。
诸如装置100等自旋装置的制造是昂贵的。例如，在自旋沟道之间形成氧化物屏障是额外的蚀刻步骤。此外，如果屏障升高以在氧化物屏障上方形成部分薄的沟道部分用于耦合磁体，则需要蚀刻和沉积的更复杂过程。
诸如装置100等自旋装置的制造也有挑战性。例如，磁性元素（诸如co、fe和ni）到自旋沟道中的混合在自旋沟道中产生局部自旋分散。自旋分散降低了装置100的性能，因为与在铁磁体中的电流相比，它降低了注入自旋沟道中的电流的自旋极化的程度。此外，用于制造自旋装置的传统材料堆叠体对于适应诸如赫斯勒合金等某些磁性材料是不兼容的。
附图说明
从下面给出的详细描述和从本公开的各种实施例的附图，将更全面地理解本公开的实施例，然而，它们不应被视为将本公开限于特定实施例，而是只为了便于解释和理解。
图1图示了具有在自旋沟道的上方的磁体堆叠的典型自旋逻辑装置。
图2图示了根据本公开的一些实施例具有自旋沟道下方的磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物（spacer）的自旋逻辑装置。
图3图示了根据本公开的一些其它实施例在带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物的自旋沟道下方具有磁体堆叠的自旋逻辑装置。
图4a-b图示了根据本公开的一些实施例用于自旋逻辑装置的提议的堆叠体，示出了用于生成原子结晶匹配层的赫斯勒合金的原子制模。
图5图示了根据本公开的一些实施例示出与带有垂直磁体各向异性的堆叠体相比、带有提议的堆叠体的自旋扭矩切换的曲线图。
图6图示了根据本公开的一些实施例示出赫斯勒合金对自旋逻辑装置的能量和延迟的影响的曲线图。
图7图示了根据本公开的一些实施例比较对于不同类型装置（包含将赫斯勒合金用于其自旋逻辑装置的装置）的能量延迟关系的曲线图。
图8a-c图示了用于赫斯勒合金的多数（majority）和少数（minority）自旋的带结构。
图9图示了根据本公开的一些实施例用于制造在自旋沟道下方具有磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物的自旋逻辑装置的方法的流程图。
图10图示了根据本公开的一些实施例带有自旋逻辑装置的智能装置或计算机系统或soc（芯片上系统），其中，自旋逻辑装置在自旋沟道下方具有磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物。
具体实施方式
一些实施例描述自旋逻辑装置和对应制造方法，使得装置在每自旋转移扭矩（stt）的操作中降低能量并且增大其切换速度。在一些实施例中，使用包括赫斯勒合金的高各向异性（hk）和低磁性饱和（ms）材料形成对于装置的磁性触点。赫斯勒合金是基于赫斯勒相的铁磁金属合金。赫斯勒相是带有特定成分和面心立方晶体结构的金属间化合物。赫斯勒合金由于在相邻磁性离子之间的双交换机制因而是铁磁性的。相邻磁性离子通常是锰离子，其位于立方结构的体心，并且携带合金的大多数磁矩（magneticmoment）。
一些实施例在赫斯勒合金与自旋沟道之间使用工程界面。在一些实施例中，这些工程界面由诸如ag的层等原子结晶匹配层形成。在一些实施例中，工程界面经设计，使得它们作为机械屏障操作以停止在磁体与自旋沟道之间的互扩散。一些实施例提供匹配或充分匹配（例如，在4%内匹配）的自旋转移层，以实现用于从磁性触点到自旋沟道中的自旋转移的高自旋注入效率。一些实施例使用反转结构（即，与图1的装置100相比是反转的），以能够实现制造使用赫斯勒合金的自旋装置和用于经由在原位加工流程的使用来匹配层。
存在各种实施例的许多技术效应。例如，一些实施例的装置的制备方法能够实现基于赫斯勒合金的纳米磁体的自然制模（naturaltemplating），这产生了高性能装置（即，带有比图1的装置100的自旋注入效率更高的自旋注入效率的装置）。各种实施例的装置通过抑制从铁磁体到自旋沟道中的磁性元素的互扩散，能够实现改进的自旋扩散长度和自旋注入。一些实施例的装置由于纳米磁体的更高磁性各向异性和更低的磁性饱和而展示与图1的装置100相比改进的切换速度和更低的能量。各种实施例的装置的结构也能够实现在用于形成赫斯勒合金注入器和检测器磁体的定制模板上新磁性材料的集成。从这里描述的各种实施例中，将明白其它技术效果。
在下面的描述中，为提供本公开的实施例的更详尽解释而讨论了许多细节。然而，本领域的技术人员将明白，本公开的实施例可在没有这些特定细节的情况下实践。在其它实例中，以框图形式示出而非详细地示出熟知的结构和装置，以便避免混淆本公开的实施例。
注意，在实施例的对应图中，使用线条表示信号。一些线条可更粗以指示更多组成信号路径，和/或在一端或多端具有箭头以指示主要信息流方向。此类指示无意于限制。相反，线条可结合一个或多个示范实施例使用以有利于更容易理解电路或逻辑单元。如根据设计需要或偏好决定的，任何表示的信号可实际上包括可在任一方向上传播并且可使用任何适合类型的信号方案实现的一个或多个信号。
在说明书通篇和在权利要求中，术语“连接”表示在连接的事物之间的直接物理、电或无线连接，无任何中间装置。术语“耦合”表示在通过一个或多个无源或有源中间装置的间接电或无线连接来连接的事物之间的直接电或无线连接。术语“电路”表示布置成彼此协作以提供所需功能的一个或多个无源和/或有源组件。术语“信号”表示至少一个电流信号、电压信号、磁性信号、电磁信号或数据/时钟信号。“一”、“一个”和“所述”的含义包含复数引用。“在…中”的含义包含“在…中”和“在…上”。
术语“基本上”、“接近”、“近似”、“附近”和“大约”通常指处在目标值的+/-10%内（除非明确指定）。除非另有指定，否则，用于描述普通对象的序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等的使用仅表示正在引用类似对象的不同实例，并且无意于意指如此描述的对象必须在时间上、空间上、排序中或以任何其它方式处于给定的顺序。
出于本公开的目的，短语“a和/或b”和“a或b”表示(a)、(b)或（a和b）。出于本公开的目的，短语“a、b和/或c”表示(a)、(b)、(c)、（a和b）、（a和c）、（b和c）或（a、b和c）。
图2图示了根据本公开的一些实施例在自旋沟道下方具有磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物的自旋逻辑装置200。
在一些实施例中，装置200包括第一金属层201a、非磁性材料的第一界面202、使用赫斯勒合金形成的第一磁体203a、也使用赫斯勒合金形成的第二磁体203b、在第一与第二磁体203a/b之间的氧化物205a、分别在第一和第二磁体203a/b上方的第二界面204a/b、自旋沟道206a/b/c、在自旋沟道206a/b/c上方的氧化物层205b、通孔207及第二金属层201b。此处，接地和电力金属层201a和201b分别可被共同称为金属层201；第一和第二磁体203a和203b分别可被共同称为磁体203；界面层204a和204b可被共同称为界面层204；氧化物205a和205b可被共同称为氧化物205；以及自旋沟道206a/b/c可被共同称为自旋沟道206。
在一些实施例中，用于形成金属层201、通孔207和自旋沟道206的材料是相同的。例如，铜（cu）能够用于形成金属层201、通孔207和自旋沟道206。在其它实施例中，用于形成金属层201、通孔207和自旋沟道206的材料是不同的。例如，金属层201可由cu形成，而通孔207可由钨（w）形成。任何适合的金属或金属的组合能够用于形成金属层201、通孔207和自旋沟道206。例如，自旋沟道206能够由银（ag）、铝（al）、石墨烯和其它2d材料形成。
在一些实施例中，使用高自旋极化材料形成第一和第二磁体203a/b。赫斯勒合金是高自旋极化材料的示例。赫斯勒合金由于在相邻磁性离子之间的双交换机制而是铁磁性的。第一和第二磁体203a/b也被称为第一和第二磁体触点。第一磁体203a也被称为输入磁体，而第二磁体203b也被称为输出磁体。提供这些标签出于描述各种实施例的目的，而不更改装置200的结构。
在一些实施例中，第一和第二磁体203a/b形成有足够高各向异性（hk）和足够低磁性饱和（ms）以增大自旋电流的注入。例如，高hk和低ms的赫斯勒合金用于形成第一和第二磁体203a/b。在下述实施例中，第一和第二磁体203a/b被描述为是赫斯勒合金。然而，在一些实施例中，展示高hk和低ms的其它磁性材料可用于形成第一和第二磁体203a/b。
磁体饱和ms通常是当施加的外部磁场h不能增大材料的磁化（即，总磁性通量密度b基本上持平）时达到的状态。此处，足够低ms指小于200ka/m（千安培每米）的ms。各向异性hk通常指在方向上相关的材料属性。带有hk的材料是带有高度方向相关的材料属性的材料。此处，在赫斯勒合金的上下文中的足够高hk被认为是大于2000oe（奥斯特）。例如，在自旋向上状态中不具有带隙，但在自旋向下状态中确实具有带隙的半金属（即，在带隙内的能量，材料具有100%自旋向上电子）。如果材料的费米能级是在带隙中，则注入的电子将接近100%自旋极化。在本上下文中，“自旋向上”通常指磁化的正向，并且“自旋向下”通常指磁化的负向。磁化方向的变化（例如，由于热波动）导致自旋极化的混合。
在一些实施例中，诸如co2feal和co2fegega等赫斯勒合金用于形成第一和第二磁体203a/b。赫斯勒合金的其它示例包含：cu2mnal、cu2mnin、cu2mnsn、ni2mnal、ni2mnin、ni2mnsn、ni2mnsb、ni2mnga、co2mnal、co2mnsi、co2mnga、co2mnge、pd2mnal、pd2mnin、pd2mnsn、pd2mnsb、co2fesi、fe2val、mn2vga、co2fege等。
在一些实施例中，在磁体（即，第一和第二磁体203a/b）与金属层（例如，接地201a和自旋沟道206a）之间形成工程界面（即，分别为第一和第二界面204a/b和202）。在一些实施例中，选择接地201a的维度（宽度、长度和高度/厚度）以优化（即，降低）自旋装置200的能量延迟。在一些实施例中，第一和第二界面204a/b和202分别由非磁性材料形成，使得界面层和磁体一起具有充分匹配的原子结晶层。例如，非磁性材料具有通过旋转或通过元素的混合而匹配的晶体周期性。
此处，充分匹配的原子结晶层指在阈值级别内晶格常数“a”的匹配，原子在高于该阈值级别展示位错，其对装置是有害的（即，位错的数字和字符导致在电子穿越界面层时自旋反转的相当大（例如，大于10%）的概率）。例如，阈值级别在5%内（即，在晶格常数的相对差别的0%到5%的范围中的阈值级别）。在匹配改进（即，匹配变得更接近完美匹配）时，来自从磁体203到自旋沟道206的自旋转移的自旋注入效率增大。差的匹配（即，比5%更差的匹配）意指对装置有害的原子位错。在一些实施例中，非磁性材料是具有晶格常数a=4.05a的ag，该常数与在晶轴的方向旋转45度条件下的赫斯勒合金cfa（即，co2feal）和cfgg（即，a=5.737a的co2fegega）匹配。则晶格常数的投影表达为：
因此，磁性结构堆叠体（例如，203a和204a的堆叠体）允许与自旋沟道的赫斯勒合金界面的界面匹配。在一些实施例中，堆叠体也允许赫斯勒合金的底部表面的制模。
在一些实施例中，界面层202（例如，ag）提供到磁体203的电触点。因此，模板提供有正确的晶体定向以为赫斯勒合金（其形成磁体203）的形成提供晶种。在一些实施例中，自旋逻辑的方向性可通过在自旋装置200中的几何不对称性来设置。在一些实施例中，第一磁体203a（例如，输入磁体）与自旋沟道206b的重叠区域大于第二磁体203b（例如，输出磁体）的重叠区域，造成在沟道206b中的不对称自旋。
基于赫斯勒合金的磁体203与自旋沟道206之间的工程界面层204a/b（例如，ag）的一个技术效果是其提供用于更高的机械屏障，以停止或抑制磁种与自旋沟道206的互扩散。在一些实施例中，工程界面层204在自旋沟道206与磁体203之间的界面保持高自旋注入。因此，工程界面层204改进了自旋装置200的性能。
在一些实施例中，自旋沟道206被划分成段206a、206b和206c，使得氧化物205b形成沟道段之间的屏障。屏障的一个用途是控制自旋到电荷的转移。在一些实施例中，由氧化物205b提供的第一与第二磁体203a/b之间的间隙被选择充分，以允许两个磁体203的隔离。在一些实施例中，在自旋沟道206的上方沉积氧化物205b的层，并且然后为通孔207对通孔的孔进行蚀刻。在一些实施例中，通孔207将沟道段206b耦合到在氧化物层205b上方形成的电力供应层201b。
与图1的装置100相比，图2的实施例是反转的。例如，装置200的磁性触点203被置于自旋沟道206的下方。因此，磁性触点203与顶部相比更接近底部。相反，装置100的磁体与底部相比更接近顶部。在一些实施例中，赫斯勒合金和匹配层的制备经由在原位加工流程的使用。此处，在原位加工流程指不打破真空的制备加工流程。因此，界面204上的氧化得以避免，产生界面204处的平滑表面。制备反转装置200的工艺允许为适当晶体结构进行赫斯勒合金的制模。制备装置200的工艺也允许在属于单独自旋装置的自旋沟道之间氧化物绝缘体/屏障的更容易形成。
图3图示了根据本公开的一些其它实施例在带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物的自旋沟道下方具有磁体堆叠的自旋逻辑装置300。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图3的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。因此，为不混淆实施例，描述了图3与图2的自旋逻辑装置之间的差别。
除了氧化物屏障205b不是自旋沟道206的段之间的完整屏障之外，图3与图2相似。因此，自旋沟道301具有在氧化物屏障205b下方用于耦合沟道段的金属部分。在氧化物屏障205b下具有凹陷金属区域的一个原因是为了控制在沟道段之间自旋的交换速率。在一些实施例中，凹陷金属区的高度或厚度控制自旋的交换速率。例如，凹陷金属区越厚（即，金属凹陷越少），自旋的交换速率就越高。图3的实施例提供连接自旋装置的备选方式。在一些实施例中，自旋逻辑装置200/300被集成以形成多数门自旋逻辑装置。
图4a-b图示了根据本公开的一些实施例用于自旋逻辑装置的提议的堆叠体400和420，示出了用于生成原子结晶匹配层的赫斯勒合金的原子制模。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图4a-4b的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。
堆叠体400和420图示了使用一些实施例的磁性结构的自然制模的磁体。被制模的堆叠体的特性是层的结晶生长不会受到基础层的晶体对称性的不利影响。例如，在ru（111）的顶部上获得mgo（001）的保形晶体生长已知是极难的，并且因此ru（111）充当坏模板。堆叠体400和420是界面层202（例如ag）、磁体层203a/b（例如赫斯勒合金）和界面层203a/b（例如ag）的堆叠体。堆叠体400示出ag和co2feal的匹配，而堆叠体420示出ag和co2fegega的匹配。此处，在晶体周期性中存在2%的差别，这使得带有co2feal的ag与带有co2fegega的ag之间的界面匹配良好（即，ag具有通过平面内旋转而与磁体匹配良好的晶体周期性）。
图5图示了根据本公开的一些实施例的曲线图500，示出了与堆叠体垂直磁体各向异性相比，带有使用赫斯勒合金的堆叠体和用于原子结晶匹配的工程界面的自旋扭矩切换。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图5的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。此处，x轴是以微安培（μα）为单位的自旋电流，并且y轴是以纳秒（ns）为单位的切换时间。
曲线图500示出了两种类型的数据，501和502。磁性堆叠体501是由垂直磁体各向异性（pma）制成的传统磁性堆叠体，而磁性堆叠体502是使用赫斯勒合金和用于原子结晶匹配的工程界面的平面内磁体。此处，磁性堆叠体502具有更高hk（例如，与用于堆叠体501的1koe相比，用于堆叠体502的10koe）和降低的磁性各向异性（例如，与用于在pma中使用的cofe的106ma/m相比，小于200ka/m）。曲线图500图示了根据一些实施例，与传统堆叠体501相比，磁性堆叠体502的性能提供更快的切换或通过更小的电流的切换。
图6图示了根据本公开的一些实施例的曲线图600，示出了赫斯勒合金对自旋逻辑装置200/300的能量和延迟的影响。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图6的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。此处，x轴是能量（以焦耳j为单位），并且y轴是延迟（以ns为单位）。
示出了标示为601、602、603和604的四种事例。对于每种事例，ms和hk的积保持恒定，以使能量屏障保持在某个值以防止热波动。事例601使用2ms和0.5hk，并且对于相同延迟，要求比其它事例更高的能量。对于事例601，能量延迟积为16fj.ns。事例602使用1ms和1hk，能量延迟积为6fj.ns。事例603使用0.5ms和2hk，能量延迟积为2fj.ns。事例604使用0.25ms和4hk，能量延迟积为1.1fj.ns。曲线图600示出了在能量延迟积上更低ms和更高hk的效果。在一些实施例中，通过使用如同赫斯勒合金磁性材料（例如，co2feal和co2fegega）的更高hk和更低ms，能量-延迟积得以改进（即，降低）。
图7图示了根据本公开的一些实施例的曲线图700，比较了不同类型装置（包含将赫斯勒合金用于其自旋逻辑装置的装置）的能量延迟关系。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图7的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。此处，x轴是能量（以焦耳j为单位），并且y轴是延迟（以ns为单位）。
示出了标示为701、702、703和704的四种事例。事例701是平面内铁磁体的能量延迟曲线。事例702是pma铁磁体的能量延迟曲线。事例703是20nm子阈值低功率cmos装置的能量延迟曲线。事例704是根据一些实施例使用如同赫斯勒合金磁性材料的更高hk和更低ms的铁磁体的能量延迟曲线。
表1示出与由平面内和pma磁体制成的传统自旋逻辑装置比较的自旋逻辑装置200/300的性能。
表1：能量延迟比较
曲线图700的四个事例和表1图示了使用如同赫斯勒合金磁性材料的更高hk和更低ms的铁磁体的能量延迟曲线远远优于（即，小于）对于其它事例的能量延迟曲线。
能量延迟积的改进（即，更低能量和延迟）是因为改进的纳米磁体动力学。使用与纳米磁体动力学耦合的矢量自旋电路模型，能够模拟横向自旋逻辑装置200的瞬态自旋动力学和传输。因此，通过使用多物理模拟能够验证自旋逻辑装置200/300的操作，该多物理模拟将纳米磁体处理为单个磁矩并且使用自旋电路理论来计算标量电压和矢量自旋电压。
纳米磁体的动力学能够通过landau-lifshitz-gilbert表达式描述：
此处，
图8a-b图示了分别用于赫斯勒合金的多数自旋和少数自旋的带结构800和820。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图8a-b的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。带结构800和820图示了由于产生用于磁体的少数自旋的带隙的唯一带结构，赫斯勒合金产生高自旋极化。少数自旋具有在室温产生高自旋极化的带隙。
图9图示了根据本公开的一些实施例用于制造在自旋沟道下方具有磁体的堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物的自旋逻辑装置200的方法的流程图900。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图9的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。
虽然参照图9的流程图中的框以特定顺序示出，但动作的顺序可修改。因此，图示的实施例能够以不同顺序执行，以及一些动作/框可并行执行。图9中列出的一些框和/或操作根据某些实施例是可选的。所示框的编号是为清晰起见，并且无意规定各种框在其中必须发生的操作的顺序。另外，在多种组合中可利用来自各种流程的操作。
在框901，沉积第一金属层201a。在一些实施例中，第一金属层201a耦合到接地来为装置200提供接地供应。在框902，在第一金属层201a上方沉积第一界面层202。在一些实施例中，第一界面层202由非磁性材料（例如，ag）形成。在框903，在第一界面层202上方沉积磁体层203（在被蚀刻以形成输入和输出磁体203a/b之前）。在一些实施例中，磁体层203由带有足够高各向异性和足够低磁性饱和的材料形成，以增大自旋电流的注入。
在框904，在磁体层203上方沉积第二界面层204（在被蚀刻以形成第一和第二界面层204a/b之前），使得磁体层203夹在第一与第二界面层202和204之间。在一些实施例中，第一和第二界面层201a和204分别由非磁性材料形成，使得界面层和磁体层203一起具有充分匹配的原子结晶层。
在一些实施例中，框901、902、903和904的工艺在原位执行（即，制造工艺不打破真空）。这样，在层201、202、203和204的界面之间的氧化得以避免（即，实现平滑界面表面）。根据一些实施例，层201、202、203和204的平滑界面表面允许实现更高自旋注入效率。
在一些实施例中，磁体层203被构图以形成第一和第二磁体203a和203b。此工艺打破真空。例如，光阻材料被沉积在第二界面层204的上方，并且随后被蚀刻以形成构图的光阻层，其中，图案指示第一和第二磁体203a/b的将来位置。在框905，使用构图的光阻，对第二界面层204和磁体层203进行选择性蚀刻以形成第二界面层203的第一和第二部分204a/b。这样，也形成第一和第二磁体204a/b。在一些实施例中，蚀刻在第一界面层202上方停止。随后，去除光阻材料。
在框906，在第二界面层204的第一和第二部分204a/b上方沉积自旋沟道206（例如，金属层）。在一些实施例中，通过光阻材料的光阻沉积和构图，将自旋沟道206构图到段206a/b/c中。在框907，对自旋沟道206的部分进行蚀刻以形成自旋沟道206/a/b/c的段。取决于正在形成装置200还是装置300，调整自旋沟道206的蚀刻深度。在一些实施例中，方法还包括采用绝缘体（例如，氧化物206b）填充被蚀刻的部分。在一些实施例中，对氧化物205b进行蚀刻以形成通孔的孔，其随后填充有金属以形成通孔207，使得它在通孔207的一端处耦合自旋沟道206b。在一些实施例中，在氧化物206b的上方沉积第二金属层201b以与通孔207的另一端接触。在一些实施例中，第二金属层201b耦合到电力供应。
图10图示了根据本公开的一些实施例带有自旋逻辑装置（例如，200/300）的智能装置或计算机系统或soc（芯片上系统），其中，自旋逻辑装置在自旋沟道下方具有磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物。自旋逻辑装置（例如，200/300）能够用于构成高密度嵌入式存储器以改进计算机系统的性能。自旋逻辑装置（例如，200/300）也能够用于形成非易失性逻辑组件以能够实现改进的功率和性能优化。这样，用于计算机系统的智能装置的电池寿命能够得以改进（即，更持久）。要指出的是，与任何其它图形的要素具有相同参考数字（或名称）的图10的那些要素能够以类似于所描述的但不限于此类的任何方式操作或运转。
图10是其中能够使用平坦表面界面连接器的移动装置的实施例的框图。在一些实施例中，计算装置1600表示移动计算装置，诸如计算平板电脑、移动电话或智能电话、启用无线的电子阅读器或其它无线移动装置。将理解的是，某些组件是概括示出的，并且并非此类装置的所有组件均在计算装置1600中示出。
为便于理解实施例，此处描述的各种电路和逻辑块中的晶体管是金属氧化物半导体（mos）晶体管，其包含漏端、源端、栅端和体端。晶体管也包含三栅（tri-gate）和鳍式fet（finfet）晶体管、全包围栅圆柱形晶体管、隧穿fet（tfet）、方形导线或矩形带晶体管或像碳纳米管或电子自旋装置等实现晶体管功能性的其它装置。mosfet对称源端和漏端即是相同端子，并且在本文可交换使用。另一方面，tfet装置具有非对称源端和漏端。本领域技术人员将领会，可使用例如双极结型晶体管（bjt）pnp/npn、bicmos、cmos、efet等其它晶体管而不脱离本公开的范围。
在一些实施例中，根据讨论的一些实施例，计算装置1600包括带有自旋逻辑装置（例如，200/300）的第一处理器1610，其中，自旋逻辑装置在自旋沟道下方具有磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物。根据本公开的一些实施例，计算装置1600的其它块也可包含在自旋沟道下方具有磁体堆叠并且带有用于改进的自旋注入的匹配隔离物的自旋逻辑装置。本公开的各种实施例也可包括诸如无线接口等在1670内的网络接口，使得系统实施例可结合到例如蜂窝电话或个人数字助理等无线装置中。
在一些实施例中，处理器1610（和/或处理器1690）能够包含一个或多个物理装置，诸如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑装置或其它处理部件。由处理器1610执行的处理操作包含应用程序和/或装置功能在其上执行的操作平台或操作系统的执行。处理操作包含与和人类用户或者其它装置的i/o（输入/输出）有关的操作、与功率管理有关的操作和/或与连接计算装置1600到另一装置有关的操作。处理操作也可包含与音频i/o和/或显示器i/o有关的操作。
在一些实施例中，计算装置1600包含音频子系统1620，其表示与提供音频功能到计算装置相关联的硬件（例如，音频硬件和音频电路）和软件（例如，驱动器、编解码器）组件。音频功能能够包含扬声器和/或耳机输出及麦克风输入。用于此类功能的装置能够被集成到计算装置1600中，或者连接到计算装置1600。在一个实施例中，通过提供由处理器1610接收和处理的音频命令，用户与计算装置1600交互。
在一些实施例中，计算装置1600包括显示子系统1630。显示子系统1630表示提供视觉和/或触觉显示以便用户与计算装置1600交互的硬件（例如，显示装置）和软件（例如，驱动器）组件。显示子系统1630包含显示接口1632，其包含用于向用户提供显示的特定屏幕或硬件装置。在一个实施例中，显示接口1632包含与处理器1610分开用于执行与显示有关的至少一些处理的逻辑。在一个实施例中，显示子系统1630包含提供输出和输入二者到用户的触摸屏（或触摸板）装置。
在一些实施例中，计算装置1600包括i/o控制器1640。i/o控制器1640表示关于与用户交互的硬件装置和软件组件。i/o控制器1640可操作以管理作为音频子系统1620和/或显示子系统1630的一部分的硬件。另外，i/o控制器1640说明了用于连接到计算装置1600的另外装置的连接点，用户可能通过它与系统交互。例如，能够附连到计算装置1600的装置可包括麦克风装置、扬声器或立体声系统、视频系统或其它显示装置、键盘或小键盘装置或用于与诸如读卡器或其它装置等特定应用一起使用的其它i/o装置。
如上所述，i/o控制器1640能够与音频子系统1620和/或显示子系统1630交互。例如，通过麦克风或其它音频装置的输入能够提供用于计算装置1600的一个或多个应用或功能的输入或命令。另外，代替显示输出或除显示输出之外还提供音频输出。在另一示例中，如果显示子系统1630包含触摸屏，则显示装置也充当输入装置，其至少部分能够由i/o控制器1640管理。在计算装置1600上还能存在另外的按钮或开关以提供由i/o控制器1640管理的i/o功能。
在一些实施例中，i/o控制器1640管理诸如加速计、相机、光传感器或其它环境传感器等装置或能够包含在计算装置1600中的其它硬件。输入能够是直接用户交互的一部分以及是向系统提供环境输入以支配其操作（诸如对于噪声滤波，对于亮度检测调整显示器，对相机施加闪光灯或其它特征）。
在一些实施例中，计算装置1600包含功率管理1650，其管理电池电力使用、电池的充电和与省电操作有关的特征。存储器子系统1660包含用于在计算装置1600中存储信息的存储器装置。存储器能够包括非易失性（如果到存储器装置的电力中断，则状态不更改）和/或易失性（如果到存储器装置的电力中断，则状态是不确定的）存储器装置。存储器子系统1660能够存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档或其它数据及与计算装置1600的应用和功能的执行有关的系统数据（不管是长期的还是暂时的）。
实施例的要素也被提供为用于存储计算机可执行指令（例如，用于实现本文中讨论的任何其它过程的指令）的机器可读介质（例如，存储器1660）。机器可读介质（例如，存储器1660）可包含但不限于闪速存储器、光盘、cd-rom、dvd-rom、ram、eprom、eeprom、磁卡或光卡、相变存储器（pcm）或适合用于存储电子或计算机可执行指令的其它类型的机器可读介质。例如，本公开的实施例可被下载为计算机程序（例如，bios），其可经由通信链路（例如，调制解调器或网络连接），通过数据信号方式从远程计算机（例如，服务器）传送到请求计算机（例如，客户端）。
在一些实施例中，计算装置1600包括连接性1670。连接性1670包括硬件装置（例如，无线和/或有线连接器和通信硬件）和软件组件（例如，驱动器、协议栈），以使计算装置1600能够与外部装置通信。计算装置1600能够是单独的装置，诸如其它计算装置、无线接入点或基站及诸如耳麦、打印机或其它装置等外设。
连接性1670能够包含多个不同类型的连接性。概括地说，计算装置1600图示有蜂窝连接性1672和无线连接性1674。蜂窝连接性1672通常指由无线载波提供的蜂窝网络连接性，诸如经由gsm（全球移动通信系统）或变形或衍生、cdma（码分多址）或变形或衍生、tdm（时分复用）或变形或衍生、或其它蜂窝服务标准提供。无线连接性（或无线接口）1674指非蜂窝无线连接性，并且能够包含个人区域网络（诸如蓝牙、近场等）、局域网（诸如wi-fi）和/或广域网（诸如wi-max）或其它无线通信。
在一些实施例中，计算装置1600包括外设连接1680。外设连接1680包含硬件接口和连接器、以及进行外设连接的软件组件（例如，驱动器、协议栈）。将理解的是，计算装置1600能够是到其它计算装置的外设装置（“到”1682），以及具有连接到它的外设装置（“从”1684）。为了实现诸如管理（例如，下载和/或上传、更改、同步）计算装置1600上的内容的目的，计算装置1600通常具有“对接（docking）”连接器以连接到其它计算装置。另外，对接连接器能够允许计算装置1600连接到某些外设，这些外设允许计算装置1600控制例如到视听或其它系统的内容输出。
除专有对接连接器或其它专有连接硬件外，计算装置1600能够经由共用或基于标准的连接器进行外设连接1680。共用类型能够包含通用串行总线（usb）连接器（其能够包含多个不同硬件接口的任何接口）、包含minidisplayport（mdp，迷你显示端口）的displayport（显示端口）、高清多媒体接口（hdmi）、火线或其它类型。
说明书中引用的“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其它实施例”表示结合实施例所述的特定特征、结构或特性被包含在至少一些实施例中，但不必是所有实施例中。各种出现的“一实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”不一定全部指相同的实施例。如果说明书声明某个组件、特征、结构或特性“可”、“可能”、或“能够”被包含，则该特定组件、特征、结构或特性不要求被包含。如果说明书或权利要求提及“一”或“一个”元素，这并非表示仅有一个元素。如果说明书或权利要求提及“额外的”元素，这不排除有多于一个的额外的元素。
此外，特定特征、结构、功能或特性可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。例如，第一实施例可与第二实施例组合，只要与这两个实施例关联的特定特征、结构、功能或特性不互相排斥。
虽然已结合其具体实施例描述了本公开，但根据前面的描述，此类实施例的许多备选、修改和变型对本领域技术人员来说将是明显的。本公开的实施例旨在涵盖落入随附权利要求的广义范围内的所有此类备选、修改和变型。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不混淆本公开，在所示图中可示出或不示出到集成电路（ic）芯片和其它组件的公知电力/接地连接。此外，布置可以以框图形式示出以便避免混淆本公开，并且也考虑了以下事实，即关于此类框图布置的实现的具体细节高度依赖本公开要在其内实现的平台（即，此类具体细节应在本领域技术人员的理解范围内）。在陈述了具体细节（例如，电路）以便描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员应明白的是，在没有或有这些具体细节的情况下都能实践本公开。描述因此要被视为是说明性的而不是限制性的。
以下示例关于另外实施例。示例中的细节可在一个或多个实施例中任意处使用。也可以针对方法或过程来实现本文描述的设备的所有可选特征。
例如，提供一种设备，其包括：由带有足够高各向异性和足够低磁性饱和的一种或多种材料形成的输入磁体，以增大自旋电流的注入；以及耦合到输入磁体的第一界面层，其中第一界面层由非磁性材料形成，使得第一界面层和输入磁体一起具有充分匹配的原子结晶层。
在一些实施例中，设备包括耦合到第一界面层的第一自旋沟道。在一些实施例中，设备包括用于提供电力供应的互连层，互连层通过通孔耦合到第一自旋沟道。在一些实施例中，第一自旋沟道部分耦合到第一界面。在一些实施例中，设备包括部分耦合到第一界面的第二自旋沟道。在一些实施例中，第一和第二自旋沟道由绝缘体分隔。
在一些实施例中，设备包括耦合到第一和第二自旋沟道和第一界面的第三自旋沟道。在一些实施例中，设备包括耦合到输入磁体的第二界面层，其中第二界面层由非磁性材料形成，并且其中输入磁体夹在第一与第二界面层之间。在一些实施例中，充分匹配的原子结晶层在足够低以不造成晶格失配的阈值百分比内是匹配的。在一些实施例中，阈值百分比为4%。在一些实施例中，输入磁体的一个或多个材料是赫斯勒合金。在一些实施例中，非磁性材料是ag或类ag材料。在一些实施例中，足够高各异向性大于2000oe，以及其中足够低磁性饱和小于200ka/m。
在另一示例中，提供了一种系统，其包括：存储器；耦合到存储器的处理器，处理器包含根据上述设备的设备；以及用于允许处理器与另一装置通信的无线接口。
在另一示例中，提供了一种方法，其包括：沉积第一金属层；在第一金属层上沉积第一界面层，第一界面层由非磁性材料形成；在第一界面层上方沉积磁体层，其中磁体层由带有足够高各向异性和足够低磁性饱和的磁性材料形成，以增大自旋电流的注入；以及在磁体层上方沉积第二界面层，其中第一金属层、第一界面层、磁体层和第二界面层的沉积在原位执行。
在一些实施例中，方法包括：在第二界面层上方沉积光阻材料，以构图第一和第二磁体；以及在沉积光阻后，对第二界面层和磁体层进行蚀刻以分别在第一和第二磁体上方形成第二界面层的第一和第二部分。在一些实施例中，方法包括在第二界面层的第一和第二部分上方沉积自旋沟道。在一些实施例中，方法包括在第一和第二输入磁体上方对自旋沟道的部分进行蚀刻。在一些实施例中，方法包括采用绝缘体填充蚀刻部分，以在自旋沟道的部分之间提供屏障。在一些实施例中，方法包括：形成通孔，使得它在通孔的一端处耦合自旋沟道；以及在通孔的另一端处在通孔上方沉积第二金属层。在一些实施例中，磁体层的磁性材料是赫斯勒合金。
在另一示例中，提供一种设备，其包括：由赫斯勒合金形成的输入磁体；以及耦合到输入磁体的第一界面层，其中第一界面层由非磁性材料形成，使得第一界面层和输入磁体一起具有充分匹配的原子结晶层。在一些实施例中，赫斯勒合金是包含以下一个或多个元素的组合：co、fe、al、ge、ga、mn、al、sn、ni、sn、sb、si、pd和v。
在一些实施例中，赫斯勒合金是至少以下之一：co2feal、co2fegega、cu2mnal、cu2mnin、cu2mnsn、ni2mnal、ni2mnin、ni2mnsn、ni2mnsb、ni2mnga、co2mnal、co2mnsi、co2mnga、co2mnge、pd2mnal、pd2mnin、pd2mnsn、pd2mnsb、co2fesi、fe2val、mn2vga或co2fege。在一些实施例中，非磁性材料是ag或类ag材料。在一些实施例中，充分匹配的原子结晶层在足够低以不造成晶格失配的4%内是匹配的。在一些实施例中，设备包括：耦合到第一界面层的第一自旋沟道；以及用于提供电力供应的互连层，互连层通过通孔耦合到第一自旋沟道。在一些实施例中，第一自旋沟道部分耦合到第一界面。在一些实施例中，设备包括部分耦合到第一界面的第二自旋沟道，并且其中第一和第二自旋沟道由绝缘体分隔。在一些实施例中，设备包括耦合到第一和第二自旋沟道和第一界面的第三自旋沟道。
在另一示例中，提供了一种系统，其包括：存储器；耦合到存储器的处理器，处理器包含根据上述设备的设备；以及用于允许处理器与另一装置通信的无线接口。
在另一示例中，提供一种设备，其包括：由co、fe和al的组合形成的输入磁体；以及耦合到输入磁体的第一界面层，其中第一界面层由非磁性材料形成，使得第一界面层和输入磁体一起具有充分匹配的原子结晶层。在一些实施例中，非磁性材料是ag或类ag材料。在一些实施例中，充分匹配的原子结晶层在足够低以不造成晶格失配的4%内是匹配的。在一些实施例中，设备包括：耦合到第一界面层的第一自旋沟道；以及用于提供电力供应的互连层，互连层通过通孔耦合到第一自旋沟道。在一些实施例中，第一自旋沟道部分耦合到第一界面。在一些实施例中，设备包括部分耦合到第一界面的第二自旋沟道，并且其中第一和第二自旋沟道由绝缘体分隔。
在另一示例中，提供了一种系统，其包括：存储器；耦合到存储器的处理器，处理器包含根据上述设备的设备；以及用于允许处理器与另一装置通信的无线接口。
在另一示例中，提供了一种方法，其包括：沉积第一金属层；在第一金属层上沉积第一界面层，第一界面层由非磁性材料形成；在第一界面层上方沉积磁体层，其中磁体层由赫斯勒合金形成；以及在磁体层上方沉积第二界面层，其中第一金属层、第一界面层、磁体层和第二界面层的沉积在原位执行。
在一些实施例中，方法包括：在第二界面层上方沉积光阻材料，以构图第一和第二磁体；以及在沉积光阻后，对第二界面层和磁体层进行蚀刻，以分别在第一和第二磁体上方形成第二界面层的第一和第二部分。在一些实施例中，方法包括：在第二界面层的第一和第二部分的上方沉积自旋沟道；在第一和第二输入磁体上方对自旋沟道的部分进行蚀刻；以及采用绝缘体填充蚀刻部分，以在自旋沟道的部分之间提供屏障。在一些实施例中，方法包括：形成通孔，使得它在通孔的一端处耦合自旋沟道；以及在通孔的另一端处在通孔上方沉积第二金属层。在一些实施例中，非磁性材料是ag或类ag材料。
提供了摘要，该摘要将允许读者确定本技术公开的本质和要点。应当理解，所提交的摘要将不用于限制权利要求的范围或含义。在每个权利要求本身作为单独的实施例的情况下，下述权利要求由此结合到具体实施方式中。