本發(fā)明總體涉及微電子，更具體地，涉及基于磁性非晶合金金屬納米線的與/或邏輯門的設計。磁性材料為軟磁非晶合金如Fe80B20合金，以減少臨界電流。
背景技術：
：邏輯門對一個或多個邏輯輸入進行邏輯運算并產生單獨邏輯輸出。表1和表2分別示出了邏輯或和邏輯與門的真值表。一般地，“1”表示在裝置的兩端之間有電位差，而“0”則表示沒有電位差。輸入1輸入2輸出0(10)0(11)0(12)1(13)0(14)1(15)0(16)1(17)1(18)1(19)1(20)1(21)表1邏輯或門輸入1輸入2輸出0(24)0(25)0(26)1(27)0(28)0(29)0(30)1(31)0(32)1(33)1(34)1(35)表2邏輯與門由于邏輯門對于所有的電子產品來說都是不可缺少的，因此尤為重要。然而，常規(guī)的邏輯門受溫度的影響很大，且尺寸大是其另一缺點。相比常規(guī)的邏輯門，基于電流引起的疇壁移動的磁邏輯門在許多方面非常優(yōu)異，最明顯的是在尺寸方面。后者由疇壁寬度確定的尺寸可小至20納米。這意味著整個系統(tǒng)相比由常規(guī)邏輯門構建的系統(tǒng)小很多。低能耗高效率是另一優(yōu)點，其中電阻降低顯著且具有瞬時性。通過引入此種邏輯門，還可以降低成本。此外，自旋方向的對準獨立于溫度的變化，從而使得所述磁邏輯門比常規(guī)基于半導體的裝置更穩(wěn)定。磁化被定義為磁性材料中單位體積的磁矩量。鐵磁金屬的磁矩和的凈值為自旋向上和自旋向下電子數(shù)目的差值。由于相互交換作用，所述自旋在鐵磁材料中平行排列。在疇內的自旋會完全平行排列。疇壁為使磁疇分開的區(qū)域。疇壁的厚度取決于材料的各向異性，但平均橫跨約100-150個原子。用電流而不是用磁場直接控制磁化是自旋電子學領域最近的進展之一。這種電流控制的磁性轉換已經被探索過，以研究疇壁移動和疇壁電阻，其中電阻的變化在彈道區(qū)可達到100％((Lepadatu,S.,Xu,Y.B,Phys.Rev.Lett.92,127201(2004)和Krivorotov,I.N.等,Science307,228-231(2005))。它們還被用于開發(fā)自旋扭矩納米振蕩器(Mancoff,F.B.,Rizzo,N.D.,Engel,B.N.,Tehrani,S,Nature437,393-395(2005)和磁二極管(Tulapurkar,A.A.etal.Spin-torquediodeeffectinmagnetictunneljunctionsNature438,339-342(2005))。在另一方面，在納米制造方面的進展已經允許我們就各種應用(包括采用磁隨機存取存儲器進行數(shù)據(jù)存儲和處理，以及采用自旋二極管和磁邏輯門的未來的電子裝置)在納米級別上設計磁體的尺寸和形狀。磁邏輯運算通過鐵磁納米線中的疇壁傳播進行，從而導致反磁化。至今，這種在磁邏輯內的疇壁傳播都是由外部施加的磁場引起(Allwood,D.A.etal.Magneticdomain-walllogicScience309,1688-1692(2005))，這阻止采用電壓和電流來控制邏輯運算。一個潛在的替代是疇壁的電流引起的拖拉，其不依賴于產生的磁場。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是，提出一種低能耗金屬基邏輯電路、運行及制備，基于磁性非晶合金金屬納米線的與/或(與或或)邏輯門的設計。磁性非晶合金金屬納米線具有不同寬度的互連納米結構的磁與/或邏輯電路的設計，其允許采用電流和電壓來控制邏輯與/或的運算。本發(fā)明技術方案：一種低能耗金屬基邏輯電路，磁性材料構成“與”邏輯門或者“或”邏輯門，磁性材料具有三種不同寬度(A和B和C)的頸縮即磁頸縮，以采用電流提供邏輯運算的控制，形成“與”邏輯門或者“或”邏輯門；所述的邏輯門為三接線端裝置，由兩根帶有磁頸縮(A和B)的輸入納米線組成，所述兩根帶有磁頸縮的輸入納米線在接頭區(qū)會聚形成帶有磁頸縮(C)的一根輸出納米線。所述的磁性材料為軟磁非晶合金Fe80B20。所述的邏輯門中的“或”邏輯門的“或”功能，輸入線的磁頸縮寬度大于輸出線的磁頸縮寬度。所述的邏輯門中所述的“和”邏輯門的“和”功能，輸入頸縮的寬度、臨界電流分別小于輸出頸縮的寬度、臨界電壓。所述的邏輯門，所述每根輸入輸出納米線線與其他線平行，在輸出和輸入的過渡部分包括兩根彎曲形狀線(3)，每根彎曲形狀線包括1/2的向下拋物線狀的線和1/2的向上拋物線狀的線。兩個具有相同尺寸的方形墊(1)連接至輸入臂的左端，且輸出臂的右端加工成尖銳狀。所述的邏輯門輸入和輸出間采用電流引導的疇壁移動，疇壁捕獲以及疇壁電阻改變的組合；疇壁被所述頸縮捕獲，并且其電阻相比其中沒有疇壁捕獲時大很多；所述的邏輯門，隨后通過較所述磁頸縮的臨界電流大的電流，疇壁將沿所述電流方向傳播，從而發(fā)生電阻降低?！?”表示在磁頸縮的兩端之間的較低電壓，而“0”則表示在磁頸縮的兩端之間的較高電壓。本發(fā)明器件的制備：兩個輸入線和一輸出線A、B、C部分采用電子束刻蝕；觸點層采用光刻法；軟磁非晶合金用真空濺射的方法制備。所述邏輯門，其中所述磁性材料輸入輸出線為軟磁非晶合金Fe80B20合金(第一級)，20nm厚，以及Au封蓋層，2nm厚。觸點采用第二級制成，所采用的材料和方法與第一級相同。第三級光刻用于限定出位于觸點中心上的電測量墊(方格陰影)。隨后為A1的熱蒸發(fā)，150nm厚，Au封蓋層，20nm厚。有益效果，本發(fā)明基于磁性非晶合金金屬納米線的與/或(與或或)邏輯門的設計。磁性非晶合金金屬納米線具有不同寬度的互連納米結構的磁與/或邏輯電路的設計，其允許采用電流和電壓來控制邏輯與/或的運算。附圖說明圖1為基于電流引導疇壁移動的和/或邏輯門設計的示意圖。圖2為其上標識有兩個輸入和一個輸出參數(shù)的圖。圖3示出一種“或”邏輯門的對應三頸縮A、B、C之間的比較。其中A、B是輸入線頸縮、C是輸出線頸縮。他們的頸縮寬度不一樣。圖4示出采用電流的“或”邏輯門的運算。圖5示出一種“或””邏輯門的對應三頸縮A、B、C之間的比較。其中A、B是輸入線頸縮、C是輸出線頸縮。他們的頸縮寬度不一樣。圖6示出采用電流的“和”邏輯門的運算，V1、V2、V3為輸入線頸縮及輸出線頸縮的電壓。25-35為“和”邏輯門邏輯函數(shù)的波形圖表示；I1、I2、I3均為電流。具體實施方式如圖3所示，如果所述輸入線的每一頸縮捕獲了一疇壁，兩輸入門的邏輯功能可通過疇壁的移動來實現(xiàn)?！?”表示在頸縮的兩端之間的較低電壓，而“0”則表示較高電壓。為實現(xiàn)“或”功能，所述輸入頸縮的臨界電流必須大于所述輸出頸縮的臨界電流，這意味著輸入線(6和7)的頸縮寬度必須大于輸出線(8和9)的頸縮寬度。為實現(xiàn)“和”功能，所述兩個輸入頸縮(6和7)的寬度必須小于所述輸出線頸縮(22和23)的寬度。此外，輸入線頸縮寬度(6和7)的總和必須大于輸出頸縮寬度(22和23)。參照圖3、5，兩個輸入線和一輸出線A、B、C部分采用電子束刻蝕(第一級)，電極層采用光刻法。兩個輸入線及輸出線都限定有長2μm的頸縮。所述測量墊限定為具有4μm的寬度和4μm的長度。所述磁性材料輸入輸出線及輸出線為軟磁非晶合金Fe80B20合金，用真空濺射的方法制備，20nm厚，以及Au封蓋層，2nm厚。Fe80B20合金的矯頑力很低，遠小于FeNi合金,這樣可以減少臨界電流。觸點采用第二級制成，所采用的材料和方法與第一級相同。第三級光刻用于限定出位于觸點中心上的電測量墊(方格陰影)。隨后為A1的熱蒸發(fā)，150nm厚，Au封蓋層，20nm厚。當前第1頁1 2 3