專利名稱：具有自旋相關(guān)轉(zhuǎn)移特性的場(chǎng)效應(yīng)晶體管及使用了它的非易失性存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的晶體管，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及一種具有自旋相關(guān)轉(zhuǎn)移特性的場(chǎng)效應(yīng)晶體管及使用了它的非易失性存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)高度信息化社會(huì)的發(fā)展令人注目，特別是在最近，以“便攜式”裝置作為媒介正急劇地在民間擴(kuò)展。雖然正在認(rèn)識(shí)到“便攜式裝置”這種大的需求能夠成為今后半導(dǎo)體工業(yè)的需要，但與此相對(duì)應(yīng)，除了半導(dǎo)體集成電路的高速化、低功耗化、大容量化之類如現(xiàn)有那樣的高性能化以外，還產(chǎn)生了根據(jù)信息的非易失性這種新的要求的必要性。針對(duì)這種要求，作為非易失高密度記錄，正集中注意一種融合了優(yōu)越的強(qiáng)磁性體存儲(chǔ)技術(shù)和半導(dǎo)體集成電子學(xué)技術(shù)的新的存儲(chǔ)器件。這種器件被稱為磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(magnetoresistive random access memory；以下稱為“MRAM”)，將具有用強(qiáng)磁性電極夾持薄的絕緣性的隧道勢(shì)壘的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)(magnetic tunnel junction；以下稱為“MTJ”)用作這種存儲(chǔ)元件(例如，參照K.Inomata，“磁RAM技術(shù)的現(xiàn)在和未來(lái)”，IEICETrans.Electron.Vol.E84-C，pp740-746，2001.)。
在MTJ中隧道電阻隨強(qiáng)磁性電極間的相對(duì)的磁化方向而異。將其稱為隧道磁阻(tunneling magnetoresistance；以下稱為“TMR”)效應(yīng)。如果使用TMR，則用電學(xué)方式檢測(cè)出強(qiáng)磁性體的磁化狀態(tài)成為可能。從而，因MTJ的存在而將強(qiáng)磁性體的信息的非易失存儲(chǔ)技術(shù)理想地納入半導(dǎo)體集成電子學(xué)成為可能。
以下，參照?qǐng)D10說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的一例。如圖10所示，在MRAM的存儲(chǔ)單元100中，主要采用由1個(gè)MTJ101和1個(gè)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下稱為“MOSFET”)103構(gòu)成1位存儲(chǔ)單元的方法。MTJ101是由第1強(qiáng)磁性電極105、第2強(qiáng)磁性電極107和用設(shè)置于兩者之間絕緣體形成的隧道勢(shì)壘(絕緣體)108構(gòu)成的隧道結(jié)。
將MOSFET的源(S)接地(GND)，用栓PL等將漏(D)與MTJ101的一個(gè)強(qiáng)磁性電極107連接。MTJ101的另一強(qiáng)磁性電極105與位線BL連接，改寫(xiě)用字線111在MTJ101的正上方或正下方與MTJ101及其它布線交叉和在用絕緣膜115進(jìn)行了電絕緣的狀態(tài)下與位線BL交叉地配置。讀出用字線WL與MOSFET103的柵電極G連接。
在強(qiáng)磁性體中，由于能夠非易失地保持磁化的方向，故在MTJ中通過(guò)將強(qiáng)磁性電極間的相對(duì)的磁化狀態(tài)進(jìn)行平行磁化或逆平行磁化，可非易失地存儲(chǔ)2值的信息。另外，在MTJ中，在2個(gè)強(qiáng)磁性電極間的相對(duì)的磁化狀態(tài)下，隧道電阻因TMR效應(yīng)而異。因而，如果采用與平行磁化、逆平行磁化的磁化狀態(tài)對(duì)應(yīng)的隧道電阻，則可用電學(xué)方式檢測(cè)MTJ內(nèi)的磁化狀態(tài)。
信息的改寫(xiě)通過(guò)改變MTJ101中的2個(gè)強(qiáng)磁性電極105、107的保持力，或固定一個(gè)強(qiáng)磁性電極的磁化方向，而使保持力小的強(qiáng)磁性電極或磁化方向不固定的強(qiáng)磁性電極進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行。以下，將進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)的強(qiáng)磁性電極稱為自由層，將不進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)的強(qiáng)磁性電極稱為釘住層。具體地說(shuō)，電流分別流過(guò)在選擇單元上交叉的位線BL和改寫(xiě)用字線111，使被由各電流感生的磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)選擇了的存儲(chǔ)單元100內(nèi)的MTJ101的磁化狀態(tài)變?yōu)槠叫写呕蚰嫫叫写呕?。此時(shí)，像具有與所選擇的單元相同的位線BL或改寫(xiě)用字線111的非選擇單元不進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)那樣，預(yù)先設(shè)定流過(guò)各自的布線的電流值，使得采用僅僅來(lái)自一方布線的磁場(chǎng)不至使非選擇單元的MTJ101進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)。信息的讀出是通過(guò)對(duì)與選擇單元連接的讀出用的字線WL施加電壓使MOSFET103導(dǎo)通之后經(jīng)位線BL使讀出用的驅(qū)動(dòng)電流流到MTJ101而進(jìn)行的。在MTJ101中，由于隧道電阻隨由TMR效應(yīng)造成的平行磁化或逆平行磁化的磁化狀態(tài)而異，故如果檢測(cè)出讀出用的驅(qū)動(dòng)電流造成的MTJ101中的電壓降(以下，稱為“輸出電壓”)，則可判定磁化狀態(tài)(參照K.Inomata，“磁RAM技術(shù)的現(xiàn)在和未來(lái)”，IEICE Trans.Electron.Vol.E84-C，pp740-746，2001.)。

發(fā)明內(nèi)容
在MTJ中，與隔著隧道勢(shì)壘而對(duì)置的強(qiáng)磁性電極的磁化狀態(tài)是平行磁化或逆平行磁化對(duì)應(yīng)地，取2值的電阻值。為了用驅(qū)動(dòng)電流以高靈敏度檢測(cè)出是否存儲(chǔ)該2值的信息的任一信息，有必要調(diào)節(jié)MTJ本身的阻抗(結(jié)電阻)，使輸出電壓的大小最優(yōu)。
進(jìn)而，為了準(zhǔn)確地讀出信息的存儲(chǔ)內(nèi)容，必須增大在平行磁化與逆平行磁化這2個(gè)磁化狀態(tài)間的輸出信號(hào)之比。為此，必須增大稱之為T(mén)MR比的在MTJ具有平行磁化時(shí)與具有逆平行磁化時(shí)的各自的TMR的變化率。TMR比依賴于強(qiáng)磁性電極的自旋極化率P，但為了將TMR比取得較大，必須將P值大的強(qiáng)磁性體用于強(qiáng)磁性電極。
另外，MTJ中的TMR比強(qiáng)烈依賴于施加在MTJ上的偏置電壓，與偏置電壓一起急劇減少。為了以高靈敏度或高速進(jìn)行信息的讀出而使大的驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)MTJ時(shí)，MTJ中的電壓降增大，TMR比減少。因此，即使在MTJ中產(chǎn)生大的電壓降，也必須有能承受TMR比的偏壓，使得TMR比不至減少。
MRAM由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且MTJ能微細(xì)化至納米尺度的大小，是適合于高密度集成化的存儲(chǔ)器。如欲實(shí)現(xiàn)數(shù)千兆位以上的高集成度，則預(yù)計(jì)MOSFET的溝道長(zhǎng)度達(dá)0.1um量級(jí)以下，但即使欲針對(duì)如此微細(xì)的晶體管將微細(xì)的MTJ集成化，也因觸點(diǎn)、多層布線占據(jù)單元面積，使得以超高密度將兩者集成變得困難。從而，希望具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元。
本發(fā)明的目的在于，提供一種將強(qiáng)磁性體形成的肖特基結(jié)用于源和漏的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET)。此外，本發(fā)明的目的還在于，通過(guò)用單個(gè)該晶體管構(gòu)成1位存儲(chǔ)單元來(lái)提供一種大容量、非易失性存儲(chǔ)器件。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的MISFET的概略構(gòu)成的剖面圖。
圖2(A)是將強(qiáng)磁性金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的圖1的結(jié)構(gòu)中的積累n溝道型MISFET的強(qiáng)磁性源/半導(dǎo)體層/強(qiáng)磁性漏的能帶圖。圖2(B)是反型n溝道型MISFET中的強(qiáng)磁性源/半導(dǎo)體層/強(qiáng)磁性漏的能帶圖。
圖3是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的MISFET的結(jié)構(gòu)的圖，圖3(A)是將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的圖1的結(jié)構(gòu)中的積累n溝道型MISFET的強(qiáng)磁性源/半導(dǎo)體層/強(qiáng)磁性漏的能帶圖。圖3(B)是反型n溝道MISFET中的強(qiáng)磁性源/半導(dǎo)體層/強(qiáng)磁性漏的能帶圖。
圖4是表示具有圖2(A)的能帶結(jié)構(gòu)的MISFET的工作原理的圖，圖4(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，圖4(B)是在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為平行磁化的情況下施加了VDS時(shí)的能帶圖，圖4(C)是從圖4(B)的狀態(tài)進(jìn)而施加了VGS時(shí)的能帶圖，圖4(D)是在與圖4(C)相同的偏置下在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為逆平行磁化的情況下的能帶圖。
圖5是表示具有圖2(B)的能帶結(jié)構(gòu)的MISFET的工作原理的圖，圖5(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，圖5(B)是在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為平行磁化的情況下施加了VDS時(shí)的能帶圖，圖5(C)是從圖5(B)的狀態(tài)進(jìn)而施加了VGS時(shí)的能帶圖，圖5(D)是在與圖5(C)相同的偏置下在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為逆平行磁化的情況下的能帶圖。
圖6是表示具有圖3(A)的能帶結(jié)構(gòu)的MISFET的工作原理的圖，圖6(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，圖6(B)是在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為平行磁化的情況下施加了VDS時(shí)的能帶圖，圖6(C)是從圖6(B)的狀態(tài)進(jìn)而施加了VGS時(shí)的能帶圖，圖6(D)是在與圖6(C)相同的偏置下在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為逆平行磁化的情況下的能帶圖。
圖7是表示具有圖3(B)的能帶結(jié)構(gòu)的MISFET的工作原理的圖，圖7(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，圖7(B)是在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為平行磁化的情況下施加了VDS時(shí)的能帶圖，圖7(C)是從圖7(B)的狀態(tài)進(jìn)而施加了VGS時(shí)的能帶圖，圖7(D)是在與圖7(C)相同的偏置下在強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏為逆平行磁化的情況下的能帶圖。
圖8是本實(shí)施方式的MISFET的源接地時(shí)的漏電流-電壓特性的概念圖。
圖9(a)是表示采用了本實(shí)施方式的MISFET的存儲(chǔ)電路的一個(gè)構(gòu)成例的圖。圖9(b)是在圖9(a)所示的存儲(chǔ)電路的位線端有輸出端子VO，并從該輸出端子VO分支、經(jīng)負(fù)載RL與電源電壓VDD連接的存儲(chǔ)電路。圖9(c)是表示圖9(b)所示的存儲(chǔ)單元的靜態(tài)特性和工作點(diǎn)的圖。
圖10是表示使用一般的MRAM的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11是表示本發(fā)明的各實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的一例，是表示共有強(qiáng)磁性源的構(gòu)成例的圖。
圖12是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的MISFET的結(jié)構(gòu)例的能帶圖。
圖13是表示本發(fā)明的第4和第5實(shí)施方式的MISFET的結(jié)構(gòu)例的能帶圖，圖13(A)是表示將n型強(qiáng)磁性半導(dǎo)體用于源/漏，在源/漏之間使用了本征半導(dǎo)體的MISFET的結(jié)構(gòu)例，圖13(B)是表示將n型強(qiáng)磁性半導(dǎo)體用于源/漏，在源/漏之間使用了p型半導(dǎo)體的MISFET的結(jié)構(gòu)例的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，稱為“MISFET”)存儲(chǔ)作為由強(qiáng)磁性體構(gòu)成的漏(以下，分別稱為“強(qiáng)磁性源”、“強(qiáng)磁性漏”)相對(duì)于由強(qiáng)磁性體構(gòu)成的源的相對(duì)的磁化方向的信息，讀出利用依賴于該相對(duì)的磁化方向的轉(zhuǎn)移特性并被存儲(chǔ)了的信息。從而，如果采用本發(fā)明的MISFET，則由于可用單個(gè)晶體管構(gòu)成1位非易失性存儲(chǔ)單元，故能夠?qū)崿F(xiàn)高速、大容量的非易失性存儲(chǔ)器。
首先，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的MISFET進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的MISFET的剖面結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的MISFET具有與一般的MISFET(例如SiMISFET等)同樣的柵電極7、柵絕緣膜11、由非磁性的半導(dǎo)體層1構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)、在與非磁性的半導(dǎo)體層1之間形成肖特基結(jié)的由強(qiáng)磁性體構(gòu)成的源(強(qiáng)磁性源)3和漏(強(qiáng)磁性漏)5。強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏可以采用Fe、Ni、Co、坡莫合金、CoFe合金(Co1-xFex)、CoFeB合金(Co1-x-yFexBy)等強(qiáng)磁性金屬及Co2MnSi等鈷錳硅強(qiáng)磁性合金(Heusler合金)、CrO2、Fe3O4(磁鐵礦)、閃鋅礦型的CrAs、CrSb、MnAs等半金屬。另外，也可采用具有強(qiáng)磁性金屬性質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性半導(dǎo)體及具有成為半金屬的能帶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性半導(dǎo)體。強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5通過(guò)在非磁性的半導(dǎo)體層1上外延生長(zhǎng)或淀積強(qiáng)磁性體形成。或者，也可用熱擴(kuò)散或離子注入等方法在非磁性的半導(dǎo)體層1中導(dǎo)入磁性原子形成。另外，在圖中的強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏上所示的箭頭表示磁化方向。再有，作為柵絕緣膜，可采用SiO2、Al2O3或作為高介電常數(shù)材料的HfO2等。
在本實(shí)施方式的MISFET中，可將與非磁性的半導(dǎo)體層(或半導(dǎo)體襯底)1相同的傳導(dǎo)類型的載流子作為傳導(dǎo)載流子，或者，也可感生與非磁性的半導(dǎo)體層1相反的傳導(dǎo)類型的載流子作為傳導(dǎo)載流子。在此處，為了方便起見(jiàn)，將前者稱為積累溝道型，將后者稱為反型溝道型。在構(gòu)成n溝道的MISFET時(shí)，對(duì)于積累溝道型，使用n型半導(dǎo)體，對(duì)于反型溝道型，使用p型半導(dǎo)體。同樣，在構(gòu)成p溝道的MISFET時(shí)，對(duì)于積累溝道型，使用p型半導(dǎo)體，對(duì)于反型溝道型，使用n型半導(dǎo)體。以后，將n溝道的積累溝道型稱為積累n溝道型，將n溝道的反型溝道型稱為反型n溝道型。對(duì)于p溝道，也與n溝道的情況同樣地，稱為積累p溝道型、反型p溝道型。
另外，與實(shí)際的溝道的有無(wú)無(wú)關(guān)地，將柵絕緣膜/半導(dǎo)體界面的正下方的半導(dǎo)體區(qū)稱為溝道區(qū)。以下，對(duì)將強(qiáng)磁性金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的情況和使用半金屬的情況的各自的積累n溝道型和反型n溝道型晶體管的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。再有，以下雖然省略了詳細(xì)的說(shuō)明，但用同樣的做法，可構(gòu)成積累p溝道型和反型p溝道型的MISFET。在本發(fā)明中，雖然可構(gòu)成增強(qiáng)型和耗盡型的MISFET，但在以下，僅敘述增強(qiáng)型。另外，原來(lái)“自旋”之類的術(shù)語(yǔ)是與自旋角動(dòng)量相關(guān)聯(lián)地使用的術(shù)語(yǔ)，但在以下，也采取將具有上自旋的電子單單稱為上自旋等的方式在載流子的意義上使用該術(shù)語(yǔ)。
圖2(A)和圖2(B)是將強(qiáng)磁性金屬用作強(qiáng)磁性體時(shí)的能帶圖，圖3(A)和圖3(B)是將半金屬用作強(qiáng)磁性體時(shí)的能帶圖。
圖2(A)是表示將強(qiáng)磁性金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏時(shí)的積累n溝道型MISFET的溝道區(qū)附近的能帶結(jié)構(gòu)的圖。強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5系通過(guò)將非磁性的n型半導(dǎo)體層1與強(qiáng)磁性金屬(3、5)進(jìn)行肖特基結(jié)合而形成。圖2(A)中的強(qiáng)磁性源3和漏5上所示的實(shí)線和n型半導(dǎo)體層1上所示的虛線表示費(fèi)米能EF。EG表示半導(dǎo)體的帶隙。
EC和EV分別表示半導(dǎo)體層1的導(dǎo)帶底和價(jià)電子帶頂。EF、EC、EV、EC在以下的圖中也以同樣的意義被使用。φn為強(qiáng)磁性金屬與n型半導(dǎo)體的肖特基結(jié)的勢(shì)壘高度。即，表示費(fèi)米能EF與結(jié)界面處的n型半導(dǎo)體層1的導(dǎo)帶底EC的能量差。另外，在強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5的費(fèi)米能上所示的箭頭表示多數(shù)自旋的方向，如為上向，表示上自旋，如為下向，表示下自旋。另外，少數(shù)自旋的顯示予以省略。以下，在使用強(qiáng)磁性金屬時(shí)，用同樣的做法在能帶圖上顯示多數(shù)自旋的方向。
圖2(B)是表示將強(qiáng)磁性金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏時(shí)的反型n溝道型MISFET的溝道區(qū)附近的能帶結(jié)構(gòu)的圖。由強(qiáng)磁性金屬構(gòu)成的強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5與p型半導(dǎo)體層1形成肖特基結(jié)。φp為強(qiáng)磁性金屬與p型半導(dǎo)體層1的肖特基結(jié)的勢(shì)壘高度，是費(fèi)米能EF與結(jié)界面處的p型半導(dǎo)體層的價(jià)電子帶頂EV的能量差。φn為費(fèi)米能EF與結(jié)界面處的p型半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶底EC的能量差。
接著，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的MISFET進(jìn)行說(shuō)明。
圖3(A)是本實(shí)施方式的MISFET，是表示將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的情況中的積累n溝道型MISFET的溝道區(qū)附近的能帶結(jié)構(gòu)的圖。半金屬對(duì)一方的自旋取金屬性質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)(以下，稱為“金屬性質(zhì)的自旋帶”)，而對(duì)另一方的自旋卻具有成為半導(dǎo)體(絕緣體)性質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)(以下，稱為“半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶”)。即，在半金屬中，對(duì)一方的自旋具有直至半途均被占有的能帶，對(duì)另一方的自旋則借助于帶隙將完全填滿的能帶(價(jià)電子帶)與空的能帶(導(dǎo)帶)分開(kāi)。從而，費(fèi)米能EF橫截一方的自旋的金屬性質(zhì)的自旋帶，而對(duì)另一方的自旋則橫截帶隙中間，載流子的傳導(dǎo)變得僅承擔(dān)屬于金屬性質(zhì)的自旋帶的一方的自旋。
在圖3(A)中，在強(qiáng)磁性源3a和強(qiáng)磁性漏5a的中央所示的實(shí)線是半金屬中的費(fèi)米能EF。即，EF成為金屬性質(zhì)的自旋帶的費(fèi)米面。另外，在EF的上下所示的實(shí)線ECHM、EVHM分別表示半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶中的導(dǎo)帶底和價(jià)電子帶頂。EGHM表示半金屬(3a·5a)的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的帶隙。在采用半金屬(3a·5a)形成積累n溝道型MISFET的情況下，必須使半金屬(3a·5a)中的金屬性質(zhì)的自旋帶與n型半導(dǎo)體層1形成勢(shì)壘高度為φn的肖特基結(jié)。另外，對(duì)于該結(jié)，具有其半金屬(3a·5a)中的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶中的導(dǎo)帶底比n型半導(dǎo)體層1的導(dǎo)帶底高的能量，在界面處，理想情況是形成能量不連續(xù)ΔEC。
能量不連續(xù)ΔEC是半金屬(3a·5a)中的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的價(jià)電子帶頂?shù)哪芰颗c結(jié)界面處的n型半導(dǎo)體層1中的價(jià)電子帶頂?shù)哪芰康哪芰坎?。以下，同樣地在將半金屬用于?qiáng)磁性源3a和強(qiáng)磁性漏5a的情況下，將半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶中的導(dǎo)帶和價(jià)電子帶的半導(dǎo)體層1的結(jié)界面處的能量不連續(xù)量分別定為ΔEC和ΔEV。
另外，在圖中，也示出與由半金屬構(gòu)成的強(qiáng)磁性源3a和強(qiáng)磁性漏5a結(jié)合的非磁性接觸3b·5b的費(fèi)米能。從而，圖1的強(qiáng)磁性源3在采用了半金屬的情況下由強(qiáng)磁性源3a和非磁性接觸3b構(gòu)成。關(guān)于強(qiáng)磁性漏也一樣。另外，以下在未指定強(qiáng)磁性金屬或半金屬而記述為強(qiáng)磁性源3或強(qiáng)磁性漏5的情況下，假定包含強(qiáng)磁性源3a和強(qiáng)磁性漏5a。φn’是該非磁性接觸3b·5b的費(fèi)米能EF與半金屬(3a·5a)中的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶中的導(dǎo)帶ECHM的能量差。
在圖3(B)中，示出了在將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的情況下的反型n溝道MISFET的溝道區(qū)附近的能帶結(jié)構(gòu)。
必須通過(guò)使p型半導(dǎo)體層1與半金屬的金屬性質(zhì)的自旋帶進(jìn)行肖特基結(jié)合來(lái)形成強(qiáng)磁性源3a和強(qiáng)磁性漏5a。φp為半金屬(3a·5a)中的金屬性質(zhì)的自旋帶與p型半導(dǎo)體層1的肖特基結(jié)的勢(shì)壘高度。φn表示半金屬(3a·5a)中的費(fèi)米能EF與結(jié)界面處的p型半導(dǎo)體層1的導(dǎo)帶底EC的能量差。另外，半金屬(3a·Sa)的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶中的導(dǎo)帶底比p型半導(dǎo)體層1的導(dǎo)帶底的能量高，在界面處，理想情況是生成ΔEC的能量不連續(xù)。
φn’和φp’分別是費(fèi)米能與半金屬(3a·5a)中的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的導(dǎo)帶底ECHM和價(jià)電子帶頂EVHM之差。
以下，參照附圖對(duì)上述本實(shí)施方式的各MISFET的工作原理進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式的MISFET中，強(qiáng)磁性源具有作為將自旋注入到溝道中的自旋注入子的功能，另外，強(qiáng)磁性漏具有作為檢測(cè)出被注入到溝道中的傳導(dǎo)載流子的自旋的方向作為電信號(hào)的自旋分析子的功能。在本實(shí)施方式的MISFET中，如上所述，也可將強(qiáng)磁性金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏，或者也可將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏。此外，也可以源和漏的一方是強(qiáng)磁性金屬，另一方是半金屬。
以下，將強(qiáng)磁性漏對(duì)強(qiáng)磁性源的相對(duì)的磁化方向?yàn)橥较虻那樾味槠叫写呕?，將它們相?duì)的磁化方向?yàn)榛ハ喾捶较虻那樾味槟嫫叫写呕Ａ硗?，假定MISFET的溝道長(zhǎng)度與自旋的弛豫距離相比充分地短，另外，可忽略柵電壓的Rashba效應(yīng)。
參照?qǐng)D4(A)至圖4(D)來(lái)說(shuō)明將強(qiáng)磁性金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的積累n溝道型MISFET的工作原理。圖4(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，是與圖2(A)對(duì)應(yīng)的圖。
從圖4(A)的平衡狀態(tài)起，如果在強(qiáng)磁性源3與柵電極7之間施加偏壓VGS并使VGS＝0，在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5之間施加偏壓VDS，則在強(qiáng)磁性源3的肖特基結(jié)與強(qiáng)磁性漏5的肖特基結(jié)處將VDS分壓，得到圖4(B)所示的電勢(shì)。強(qiáng)磁性漏5的肖特基結(jié)被正向偏置，從溝道中央部的導(dǎo)帶底看到的漏側(cè)肖特基結(jié)的勢(shì)壘高度減少(或消失)，而強(qiáng)磁性源3的肖特基結(jié)被反向偏置，從溝道中央部的導(dǎo)帶底看到的在源側(cè)肖特基結(jié)處，勢(shì)壘高度增加。此時(shí)，施加VDS，使強(qiáng)磁性源3的費(fèi)米能EF橫截源側(cè)肖特基勢(shì)壘的能帶端，VDS是隧道效應(yīng)電流幾乎不產(chǎn)生那種程度的大小的偏壓。即，從源側(cè)肖特基結(jié)界面至強(qiáng)磁性源3的費(fèi)米能與該肖特基勢(shì)壘的能帶端交叉處的距離d充分地厚，厚至從強(qiáng)磁性源3至溝道不產(chǎn)生載流子的隧道效應(yīng)那種程度。由于源側(cè)的肖特基結(jié)被反向偏置，故產(chǎn)生了通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)從強(qiáng)磁性源3越過(guò)高度為φn的勢(shì)壘的載流子所造成的肖特基結(jié)的反向飽和電流程度的電流，而通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x定φn，可充分地抑制以減少該電流成分。從而，在VGS＝0時(shí)，MISFET成為截止?fàn)顟B(tài)。
接著，如果對(duì)柵電極7(圖1)施加偏壓VGS(＞0)，則利用從柵電極7指向強(qiáng)磁性源3的電力線來(lái)增強(qiáng)源側(cè)肖特基勢(shì)壘附近的電場(chǎng)，如圖4(C)所示，肖特基勢(shì)壘的勢(shì)壘寬度減少(圖中的d’)。從而，強(qiáng)磁性源3的傳導(dǎo)電子因隧道效應(yīng)透過(guò)該勢(shì)壘，注入到柵絕緣膜11正下方的溝道區(qū)。此時(shí)，從強(qiáng)磁性源3注入多數(shù)自旋和少數(shù)自旋，而由于多數(shù)自旋的載流子密度比少數(shù)自旋的載流子密度大，故注入電子發(fā)生自旋極化。注入電子的自旋極化率依賴于強(qiáng)磁性源3的費(fèi)米能附近的自旋極化率，該自旋極化率越大，注入電子的自旋極化率也越大。
以下，將自旋極化后電子稱為自旋極化電子。自旋極化電子的多數(shù)自旋和少數(shù)自旋分別與強(qiáng)磁性源3的多數(shù)自旋和少數(shù)自旋平行。注入至溝道中的自旋極化電子一邊在VGS的作用下被吸引到柵絕緣膜/半導(dǎo)體界面，一邊在VDS的作用下被輸送到強(qiáng)磁性漏5的肖特基勢(shì)壘界面。在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5具有平行磁化的情況下，自旋極化電子的多數(shù)自旋和少數(shù)自旋分別與強(qiáng)磁性漏5的多數(shù)自旋和少數(shù)自旋平行。從而，注入至強(qiáng)磁性漏5中的自旋極化電子幾乎不受自旋相關(guān)散射的影響而形成在強(qiáng)磁性漏5中傳導(dǎo)、流入強(qiáng)磁性漏5的電流(以下，稱該電流為“漏電流”)。特別是，在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5具有平行磁化的情況下，將生成某種確定的漏電流的VGS定為閾值VT。
另一方面，在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5具有逆平行磁化的情況下，在被注入到溝道中的自旋極化電子之中，多數(shù)自旋與強(qiáng)磁性漏5的多數(shù)自旋逆平行(圖4(D))。因而，溝道的自旋極化電子在強(qiáng)磁性漏5中產(chǎn)生自旋相關(guān)散射造成的電阻。從而，MISFET即使處于同一偏置下，在逆平行磁化的情況下，與因該自旋相關(guān)散射而造成平行磁化的情況相比，漏電流也減少。即，與在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)具有平行磁化的情況下的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)(互導(dǎo))相比，具有逆平行磁化的情況下的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)減少。另外，如果溝道長(zhǎng)度在載流子的對(duì)能量弛豫的平均自由程以下，則由于載流子沖擊式地在溝道內(nèi)傳導(dǎo)，故可期待與隧道磁阻效應(yīng)類似的磁阻效應(yīng)。此時(shí)，平行磁化和逆平行磁化中的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的變化更大。
圖5(A)至圖5(D)是表示將強(qiáng)磁性金屬用于源3和漏5的反型n溝道型MISFET的工作原理的圖。從平衡狀態(tài)(圖5(A))起，如果在VGS＝0的狀態(tài)下施加VDS(＞0)，則如圖5(B)所示，強(qiáng)磁性源3被正向偏置，強(qiáng)磁性漏5被反向偏置。由于溝道區(qū)是p型，故如果從強(qiáng)磁性漏5注入空穴，則產(chǎn)生電流，而幾乎不由強(qiáng)磁性漏5的被反向偏置的肖特基結(jié)注入空穴。產(chǎn)生了通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)越過(guò)φp的空穴所造成的肖特基結(jié)的反向飽和電流程度的小的電流，而只要適當(dāng)?shù)剡x擇φp，即可充分地減小該電流。從而，在VGS＝0時(shí)，MISFET成為截止?fàn)顟B(tài)。
如果對(duì)柵電極7(圖1)施加由器件結(jié)構(gòu)決定的某一閾值VT以上的VGS(＞VT)，則在柵絕緣膜/半導(dǎo)體界面處感生電子，形成反型層(從而，對(duì)反型溝道型和積累溝道型而言，閾值VT的定義不同，而為了方便起見(jiàn)，在任何情況下，均將閾值記作VT)。此時(shí)，在溝道區(qū)中的強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5的各自的結(jié)界面處，對(duì)反型層的電子，形成了勢(shì)壘高度為φn的勢(shì)壘，而在VDS的作用下強(qiáng)磁性漏5的結(jié)和強(qiáng)磁性源3的結(jié)被偏置成圖5(C)那樣。
如上所述，如果選擇充分大的φp，則φn(＝EG-φp)較小，從強(qiáng)磁性源3因熱發(fā)射而將自旋極化電子注入到溝道中。另外，在φn沒(méi)有小到從強(qiáng)磁性源3熱發(fā)射出載流子的情況下，與積累溝道型同樣地也能夠隧穿強(qiáng)磁性源3側(cè)的肖特基勢(shì)壘，將自旋極化電子從強(qiáng)磁性源3注入到溝道中。
被注入至溝道中的自旋極化電子在VDS的作用下被輸送到強(qiáng)磁性漏5側(cè)的肖特基勢(shì)壘界面。在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5具有平行磁化的情況下，自旋極化電子的多數(shù)自旋和少數(shù)自旋分別與強(qiáng)磁性漏5的多數(shù)自旋和少數(shù)自旋平行。從而，在平行磁化的情況下，與積累溝道型的情況同樣地，注入至強(qiáng)磁性漏5中的自旋極化電子幾乎不受自旋相關(guān)散射的影響而在強(qiáng)磁性漏5中傳導(dǎo)，形成漏電流。
另一方面，如圖5(D)所示，在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5具有逆平行磁化的情況下，被注入到溝道中的自旋極化電子的多數(shù)自旋與強(qiáng)磁性漏5的多數(shù)自旋逆平行。從而，自旋極化電子在強(qiáng)磁性漏5中產(chǎn)生因自旋相關(guān)散射而造成的電阻。因而，即使是反型溝道型，MISFET的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)也隨強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)而變化。即，即使在同一偏置下，在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5具有逆平行磁化的情況下，與平行磁化的情況相比，漏電流也減小。另外，與積累溝道型的情況同樣地，如果溝道長(zhǎng)度在載流子的對(duì)能量弛豫的平均自由程以下，則由于可期待與隧道磁阻效應(yīng)類似的磁阻效應(yīng)，故平行磁化和逆平行磁化中的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的變化更大。
接著，說(shuō)明將半金屬用作強(qiáng)磁性體的情況。參照?qǐng)D6(A)至圖6(D)，說(shuō)明將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的情況的積累n溝道型MISFET的工作原理。圖6(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，是與圖3(A)對(duì)應(yīng)的圖。
圖6(B)是在VGS＝0的狀態(tài)下施加了VDS(＞0)的情況下的電勢(shì)形狀的圖。以下，如圖6(B)所示，將屬于強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋定為上自旋，將屬于半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的自旋定為下自旋。對(duì)屬于金屬性質(zhì)的自旋帶的上自旋，在與半導(dǎo)體層1的結(jié)界面處，由于形成勢(shì)壘高度為φn的肖特基結(jié)，則VDS被源側(cè)肖特基結(jié)與漏側(cè)肖特基結(jié)分壓。從而，強(qiáng)磁性漏5a的肖特基結(jié)被正向偏置，強(qiáng)磁性源3a的肖特基結(jié)被反向偏置。此時(shí)，施加VDS，使強(qiáng)磁性源3a的費(fèi)米能EF橫截源側(cè)肖特基勢(shì)壘的能帶端，而肖特基結(jié)的勢(shì)壘寬度d增厚至上自旋不從強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶隧穿那種程度。即，在VGS＝0的狀態(tài)下，強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶的上自旋向溝道區(qū)的隧道注入受到抑制。另外，作為因通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)越過(guò)肖特基結(jié)的勢(shì)壘高度φn而產(chǎn)生的肖特基結(jié)的反向飽和電流，上自旋可注入溝道區(qū)，而通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇φn的值，可充分地減少該電流值。
另一方面，借助于具有下自旋的強(qiáng)磁性源3a的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的帶隙，在強(qiáng)磁性源3a的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶與非磁性接觸3b之間形成勢(shì)壘高度為φn’的能量壁壘。由于在強(qiáng)磁性源3a的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶中不存在傳導(dǎo)載流子，故為了將下自旋注入到半導(dǎo)體層1中，下自旋必須從非磁性接觸3b隧穿強(qiáng)磁性源3a的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶，或者通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)越過(guò)勢(shì)壘。如果充分地增厚強(qiáng)磁性源3a的膜厚，并且按充分的高度選擇從非磁性金屬電極3b看到的能量壁壘的勢(shì)壘高度φn’，則下自旋注入到溝道區(qū)中的幾率可做到極低，不產(chǎn)生載流子的注入。從而，在VGS＝0的狀態(tài)下，幾乎不產(chǎn)生因上自旋和下自旋引起的電流，MISFET成為截止?fàn)顟B(tài)。
接著，如圖6(C)所示，如果對(duì)柵電極7(圖1)施加偏壓VGS(＞0)，則由于有從柵電極7(圖1)朝向強(qiáng)磁性源3a的電力線，源側(cè)肖特基勢(shì)壘附近的電場(chǎng)得到增強(qiáng)，減少了對(duì)強(qiáng)磁性源中的金屬性質(zhì)的自旋帶的肖特基勢(shì)壘的勢(shì)壘寬度(參照?qǐng)D6(C)中的d’)。從而，上自旋從強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶隧穿該肖特基勢(shì)壘，注入到柵絕緣膜正下方的半導(dǎo)體層1的溝道區(qū)。此時(shí)，對(duì)于下自旋，由于有強(qiáng)磁性源3a的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶造成的勢(shì)壘高度為φn’的能量壁壘，下自旋幾乎不從非磁性接觸3b注入。從而，由半金屬形成的強(qiáng)磁性源3a僅僅有選擇地注入上自旋。
被注入至溝道中的上自旋在VDS的作用下被輸送到強(qiáng)磁性漏5a側(cè)的肖特基勢(shì)壘界面。在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a具有平行磁化的情況下，所注入的上自旋與強(qiáng)磁性漏5a的金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋平行。從而，被注入至強(qiáng)磁性漏5a中的上自旋幾乎不受自旋相關(guān)散射的影響而在強(qiáng)磁性漏5a中傳導(dǎo)，形成漏電流。特別是，在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a具有平行磁化的情況下將產(chǎn)生所確定的某一漏電流的VGS定義為VT。
另一方面，如圖6(D)所示，在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a具有逆平行磁化的情況下，被注入到溝道中的上自旋與強(qiáng)磁性漏5a的金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋逆平行，與半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的自旋平行。從而，被注入到溝道中的上自旋將強(qiáng)磁性漏5a感覺(jué)為壁壘高度為ΔEC的能量壁壘。該溝道的上自旋既不能隧穿，又不能通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)越過(guò)該勢(shì)壘，如果選擇強(qiáng)磁性漏5a的膜厚和ΔEC，則從非磁性源電極3b注入的上自旋幾乎不能在強(qiáng)磁性漏5a中傳導(dǎo)。因而，幾乎不產(chǎn)生漏電流。從而，強(qiáng)磁性漏5a中的半金屬僅僅使與金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋平行的自旋通過(guò)，不使逆平行的自旋通過(guò)。
可從由半金屬構(gòu)成的強(qiáng)磁性源3a將自旋極化率極高的自旋極化電子注入到溝道中，另外，由于由半金屬形成的強(qiáng)磁性漏5a的自旋選擇率極大，故在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)為逆平行磁化的情況下，與平行磁化的情況相比，漏電流變得非常小。從而，在使用半金屬的情況下，與使用通常的強(qiáng)磁性金屬的情況相比，可使在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a的相對(duì)的磁化狀態(tài)為平行磁化的情況與逆平行磁化的情況的各自的漏電流之比變得極大。
接著，參照?qǐng)D7(A)至圖7(D)，說(shuō)明將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的反型n溝道型MISFET的工作原理。以下，將由半金屬形成的屬于強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋定為上自旋，將屬于半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的自旋定為下自旋。
圖7(A)是平衡狀態(tài)中的能帶圖，與圖3(B)相對(duì)應(yīng)。在VGS＝0的狀態(tài)下施加了VDS的情況下，由于半導(dǎo)體層1是p型半導(dǎo)體，故如果從漏側(cè)注入空穴，則在MISFET中產(chǎn)生電流，但強(qiáng)磁性漏5a中的由半金屬的金屬性質(zhì)的自旋帶造成的肖特基結(jié)被反向偏置，空穴的注入受到抑制。但是，產(chǎn)生了肖特基結(jié)的反向飽和電流程度的電流，而通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x定φp，可充分地減少該電流。
另外，由于有強(qiáng)磁性漏5a的由半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶造成的能量壁壘φp’，從漏側(cè)非磁性接觸5b，也可抑制空穴的注入。從而，在圖7(B)所示的情況下，MISFET成為截止?fàn)顟B(tài)。
如果對(duì)柵電極施加閾值VT以上的VGS，則在柵絕緣膜/半導(dǎo)體界面感生電子，形成反型層(從而，對(duì)反型溝道型和積累溝道型而言，VT的定義不同)。此時(shí)，如圖7(C)所示，在反型層與強(qiáng)磁性源3a和強(qiáng)磁性漏5a的各自的結(jié)界面處，形成了半金屬的金屬性質(zhì)的自旋帶造成的勢(shì)壘高度為φn的勢(shì)壘。
通過(guò)VDS的施加，強(qiáng)磁性漏5a和強(qiáng)磁性源3a的結(jié)被偏置成圖7(C)所示的那樣。如果選擇充分大的φp，則φn(＝EG-φp)減小，從強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶因熱發(fā)射而將上自旋注入到溝道中。另外，在再也沒(méi)有比從強(qiáng)磁性源3a將上自旋進(jìn)行熱電子注入更使φn減小的情況下，與積累溝道型同樣地也能夠通過(guò)隧道注入將上自旋從強(qiáng)磁性源3a的金屬性質(zhì)的自旋帶注入到溝道中。另一方面，由于有強(qiáng)磁性源3a的半導(dǎo)體自旋帶，下自旋幾乎不被注入。
被注入到溝道中的上自旋在VDS的作用下被輸送至漏側(cè)的結(jié)界面。在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a具有平行磁化的情況下，被注入到溝道中的上自旋與強(qiáng)磁性漏5a中的金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋平行。從而，上自旋經(jīng)強(qiáng)磁性漏5a的金屬性質(zhì)的自旋帶傳導(dǎo)，形成漏電流。
如圖7(D)所示，在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a具有逆平行磁化的情況下，被注入到溝道中的上自旋與強(qiáng)磁性漏5a的金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋逆平行，與強(qiáng)磁性漏5a的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的自旋平行。從而，被注入到溝道中的上自旋將強(qiáng)磁性漏5a感覺(jué)為壁壘高度為ΔEC的能量壁壘。溝道的上自旋既不能隧穿，又不能通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)越過(guò)壁壘高度為ΔEC的能量壁壘，如果選定強(qiáng)磁性漏5a的膜厚和ΔEC，則幾乎不產(chǎn)生漏電流成分。
從而，由于強(qiáng)磁性漏5a中的半金屬僅僅使與金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋平行的自旋通過(guò)，故轉(zhuǎn)移電導(dǎo)可受在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)控制。即，在強(qiáng)磁性源3a與強(qiáng)磁性漏5a具有逆平行磁化的情況下，與平行磁化的情況相比，漏電流減小。
在具有由上述的強(qiáng)磁性金屬或半金屬形成的強(qiáng)磁性源(3或3a)和強(qiáng)磁性漏(5或5a)的MISFET中，也可將半導(dǎo)體層1置換成未摻雜的半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。此時(shí)，在所產(chǎn)生的強(qiáng)磁性金屬與半導(dǎo)體的結(jié)處生成的勢(shì)壘結(jié)構(gòu)與肖特基勢(shì)壘不同，而憑借該勢(shì)壘結(jié)構(gòu)，可期待同樣的MISFET的工作。在該MISFET中，由于用本征半導(dǎo)體構(gòu)成溝道區(qū)，故沒(méi)有溝道區(qū)中的雜質(zhì)散射的影響，對(duì)于傳導(dǎo)載流子，可期待大的遷移率。特別是，在納米尺度的短溝道的MISFET中，也可期待對(duì)高速化有效的載流子的沖擊傳導(dǎo)。另外，在該MISFET中，即使在以高密度將極微細(xì)化了的低閾值的MISFET集成化的情況下，也具有在本質(zhì)上不發(fā)生閾值的分散性的優(yōu)點(diǎn)。此外，由本征半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道也適合于SOI結(jié)構(gòu)。從而，通過(guò)將本征半導(dǎo)體用于溝道區(qū)，可使本發(fā)明的MISFET及使用了它的非易失性存儲(chǔ)器(后面將述及)的性能得到進(jìn)一步提高。
接著，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的MISFET進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式的MISFET中，強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏形成有所希望的勢(shì)壘高度的薄的金屬層與半導(dǎo)體層的肖特基結(jié)，在該金屬層上形成強(qiáng)磁性金屬或半金屬。圖12是示出本實(shí)施方式的MISFET的結(jié)構(gòu)例的能帶圖。如圖12所示，本實(shí)施方式的MISFET具有分別將強(qiáng)磁性金屬23和25用于源和漏，在半導(dǎo)體層21與強(qiáng)磁性金屬23和25的各自的界面上導(dǎo)入用于控制勢(shì)壘高度的薄的金屬層23a、25a的結(jié)構(gòu)。首先形成得到所希望的勢(shì)壘高度φn的金屬23a、25a與半導(dǎo)體層21的肖特基結(jié)，再在該金屬層23a、25a上分別形成強(qiáng)磁性金屬層23、25。作為該金屬層23a、25a的具體材料，在以Si作為半導(dǎo)體層21的情況下，考慮采用ErSix、PtSix等硅化物。
再有，即使采用將上述各強(qiáng)磁性金屬層23、25置換成在第2實(shí)施方式中說(shuō)明過(guò)的半金屬的結(jié)構(gòu)，即具有半金屬的強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的MISFET，也可與圖12的結(jié)構(gòu)同樣地控制肖特基勢(shì)壘高度。關(guān)于該結(jié)構(gòu)，也已納入本發(fā)明的范疇?；蛘撸部稍趶?qiáng)磁性金屬或半金屬與半導(dǎo)體層的界面處，在與強(qiáng)磁性金屬或半金屬之間插入可得到所希望的肖特基勢(shì)壘高度的其它半導(dǎo)體?；蛘?，為了控制肖特基勢(shì)壘高度，也可在強(qiáng)磁性金屬或半金屬與半導(dǎo)體層的界面處插入金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
通過(guò)采取以上方法，可自由地選擇強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的材料，而不必考慮半導(dǎo)體層與強(qiáng)磁性金屬或半金屬之間的肖特基勢(shì)壘高度。
接著，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的MISFET進(jìn)行說(shuō)明。在上述第1至第3的實(shí)施方式中，雖然說(shuō)明了采用強(qiáng)磁性金屬或半金屬的肖特基結(jié)以構(gòu)成強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的MISFET，但本實(shí)施方式的MISFET卻具有將強(qiáng)磁性半導(dǎo)體用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái)，即使不采用肖特基結(jié)，也可期待得到與第1至第3實(shí)施方式的MISFET同樣的特性。
例如，如圖13(A)所示，在采用本征半導(dǎo)體31作為溝道區(qū)，具有在本征半導(dǎo)體31上層疊了柵絕緣體41與柵(電極)37的結(jié)構(gòu)的MISFET中，只要將強(qiáng)磁性源33和強(qiáng)磁性漏35定為n型的強(qiáng)磁性半導(dǎo)體，則可構(gòu)成能夠期待與上述MISFET(例如圖2(A))同樣的特性的n溝道MISFET。再有，在形成p溝道MISFET的情況下，只要將強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏定為p型強(qiáng)磁性半導(dǎo)體即可。
接著，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施方式的MISFET進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式的MISFET中，采用強(qiáng)磁性半導(dǎo)體與半導(dǎo)體的pn結(jié)以構(gòu)成強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏(在本情形中，MISFET作為反型溝道型工作)。例如，如圖13(B)所示，只要將n型強(qiáng)磁性半導(dǎo)體用于源53或漏55，將包含溝道區(qū)的半導(dǎo)體層51定為p型半導(dǎo)體即可。在該情況下，在p型半導(dǎo)體層51上層疊柵絕緣膜61和柵(電極)57。同樣地，將p型強(qiáng)磁性半導(dǎo)體用于源或漏，將溝道區(qū)定為n型半導(dǎo)體即可如本發(fā)明的第4或第5實(shí)施方式中說(shuō)明過(guò)的那樣，即使是在由強(qiáng)磁性半導(dǎo)體構(gòu)成強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的情況下，由于漏中的自旋相關(guān)散射，漏電流在源與漏為平行磁化與逆平行磁化的情況下是不同的。另外，只要溝道長(zhǎng)度在載流子的對(duì)能量弛豫的平均自由程以下，根據(jù)載流子的沖擊傳導(dǎo)，可得到與隧道磁阻效應(yīng)類似的自旋相關(guān)傳導(dǎo)，在該情況下，可增大平行磁化和逆平行磁化中的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的變化。
作為用于第4和第5實(shí)施方式的MISFET的強(qiáng)磁性半導(dǎo)體，考慮向Si、Ge、SixGe1-x、SiC等半導(dǎo)體中摻入Mn或Cr等過(guò)渡金屬元素或稀土類元素的強(qiáng)磁性半導(dǎo)體。
接著，說(shuō)明上述各實(shí)施方式的MISFET的輸出特性例。圖8是示出以VGs為參數(shù)的漏電流ID與VDS的依賴關(guān)系的圖。在本實(shí)施方式的MISFET中，即使在將強(qiáng)磁性金屬或半金屬的任何一種用于強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5的情況下，并且即使在反型溝道型和積累溝道型中的任何一種的情況下，在對(duì)柵電極7施加由器件結(jié)構(gòu)決定的某一閾值VT以下的電壓時(shí)，MISFET也處于截止?fàn)顟B(tài)。這與強(qiáng)磁性源3和強(qiáng)磁性漏5的相對(duì)的磁化狀態(tài)無(wú)關(guān)。
只要對(duì)柵電極7施加閾值以上的電壓V1(＞VT)，就可使晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)，強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5之間生成的漏電流ID的大小因強(qiáng)磁性漏5對(duì)強(qiáng)磁性源3的相對(duì)的磁化狀態(tài)而異。即，即使在同一偏置電壓下，在平行磁化的情況下，漏電流ID大(圖中的ID↑↑)，在逆平行磁化的情況下，漏電流ID小(圖中的ID↑↓)。如果換一個(gè)說(shuō)法描述該特征，就是與在強(qiáng)磁性源3與強(qiáng)磁性漏5之間的磁化狀態(tài)下控制MISFET的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)(互導(dǎo))等效。因此，在本實(shí)施方式的MISFET中，漏電流ID可受施加于柵電極7上的電壓控制，與此同時(shí)，還兼具依賴于強(qiáng)磁性漏5對(duì)強(qiáng)磁性源3的相對(duì)的磁化狀態(tài)的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。
在強(qiáng)磁性體中，只要不從外部施加矯頑力以上的磁場(chǎng)，就能夠保持磁化的方向。因此，在本實(shí)施方式的MISFET中，通過(guò)將強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化狀態(tài)進(jìn)行平行磁化或逆平行磁化，即可存儲(chǔ)2值的信息。
另外，如上所述，上述MISFET根據(jù)漏電流的大小或轉(zhuǎn)移電導(dǎo)的大小，即可用電學(xué)方法檢測(cè)出強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)。從而，對(duì)上述MISFET而言，可用1個(gè)MISFET構(gòu)成1位非易失性存儲(chǔ)單元。
圖9(a)是表示使用了本實(shí)施方式的MISFET的存儲(chǔ)電路的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。在圖9(a)所示的存儲(chǔ)電路中，將多個(gè)MISFET配置成矩陣狀，將源端子S接地，將漏端子D和柵端子G分別與讀出用位線BL和讀出用字線WL連接。另外，將改寫(xiě)用字線和改寫(xiě)用位線配置成在上述MISFET上在電絕緣的狀態(tài)下與其它布線交叉。作為該改寫(xiě)用字線和改寫(xiě)用位線也可兼用作上述讀出用位線BL和讀出用字線WL。圖9(a)是表示兼用情況下的單元結(jié)構(gòu)的圖。在圖9(a)的情況下，可用單個(gè)MISFET構(gòu)成存儲(chǔ)單元，同時(shí)就布線而言也形成非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的MRAM的存儲(chǔ)單元具有1個(gè)MTJ、1個(gè)MISFET和4條布線(參照?qǐng)D10)的結(jié)構(gòu)，因MTJ和改寫(xiě)用字線的存在，在相鄰的單元中共用源以減小單元面積等的措施卻難以采取。對(duì)此，在本實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元中，如圖9(a)所示，由于用只有1個(gè)MISFET和3條布線的最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)即可構(gòu)成存儲(chǔ)單元，故可容易地構(gòu)成適合于微細(xì)化的布局。
例如，用1個(gè)強(qiáng)磁性源形成將2個(gè)本實(shí)施方式的MISFET的強(qiáng)磁性源共用的結(jié)構(gòu)也是可能的。圖11是表示具有共用源結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元的剖面結(jié)構(gòu)例的圖。圖11所示的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)具有相互鄰接的第1MISFET和第2MISFET，共同連接第1MISFET的柵電極G1與第2MISFET的柵電極G2的字線WL、連接第1MISFET的第1強(qiáng)磁性漏D1的第1位線BL1、連接第2強(qiáng)磁性漏D2的第2位線BL2、對(duì)第1和第2MISFET共同的強(qiáng)磁性源S和將其接地的布線。在采用上述結(jié)構(gòu)時(shí)，由于源是共用的，形成了更適合于高密度化的單元結(jié)構(gòu)。
以下，用圖9(a)說(shuō)明存儲(chǔ)單元的工作。作為分別共用上述的改寫(xiě)/讀出用位線和改寫(xiě)/讀出用字線的情況，僅僅分別稱為位線BL和字線WL。信息的改寫(xiě)可通過(guò)改變本實(shí)施方式的MISFET中的強(qiáng)磁性源3或強(qiáng)磁性漏5的保持力，或固定一方的磁化方向而使強(qiáng)磁性漏5對(duì)強(qiáng)磁性源3的相對(duì)的磁化方向形成平行磁化或逆平行磁化來(lái)進(jìn)行。例如，使平行磁化或逆平行磁化的磁化狀態(tài)與“0”或“1”的2值的信息相對(duì)應(yīng)。具體地說(shuō)，在所選擇的存儲(chǔ)單元上交叉的位線BL和字線WL中流過(guò)電流，使通過(guò)由流過(guò)各自的布線的電流感生的磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)選擇的存儲(chǔ)單元的保持力小的強(qiáng)磁性體或磁化方向不固定的強(qiáng)磁性體的磁化反轉(zhuǎn)來(lái)存儲(chǔ)信息。此時(shí)，由于與所選擇的單元相同的與位線BL或字線WL連接的非選擇單元不發(fā)生磁化反轉(zhuǎn)，故預(yù)先設(shè)定流過(guò)各自的布線的電流值，使得用僅來(lái)自一條布線的磁場(chǎng)不至發(fā)生磁化反轉(zhuǎn)。
信息的讀出是通過(guò)對(duì)與選擇單元連接的字線WL施加電壓使本實(shí)施方式的MISFET導(dǎo)通之后，對(duì)位線BL施加漏電壓以檢測(cè)出漏電流ID的大小進(jìn)行的。在本實(shí)施方式的MISFET中，在強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化狀態(tài)為平行磁化的情況下，轉(zhuǎn)移電導(dǎo)較大，生成大的漏電流ID，而在逆平行磁化的情況下，轉(zhuǎn)移電導(dǎo)較小，漏電流ID也小。從而，根據(jù)ID的大小可檢測(cè)出強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化狀態(tài)。另外，即使通過(guò)預(yù)充電施加所需的偏壓也可進(jìn)行檢測(cè)。
在通常的MTJ中，平行磁化中的電流由兩強(qiáng)磁性電極中的多數(shù)自旋的狀態(tài)密度間的隧道和少數(shù)自旋的狀態(tài)密度間的隧道生成，在逆平行磁化的情況下，從少數(shù)自旋的狀態(tài)密度到多數(shù)自旋的狀態(tài)密度的隧道和從多數(shù)自旋的狀態(tài)密度到少數(shù)自旋的狀態(tài)密度的隧道生成。從而，由于在平行磁化和逆平行磁化的情況下所流過(guò)的電流中包含少數(shù)自旋的電流成分，故在平行磁化和逆平行磁化的各自的情況下的電流之比不容易做大。
另一方面，在本實(shí)施方式的將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的MISFET中，依靠半金屬與半導(dǎo)體層的結(jié)，可在強(qiáng)磁性源中僅將屬于金屬性質(zhì)的自旋帶的一方的自旋注入到溝道中，進(jìn)而可在強(qiáng)磁性漏中僅將與屬于金屬性質(zhì)的自旋帶的自旋平行的自旋從溝道取出，形成漏電流(以下，將該半金屬的作用稱為“自旋過(guò)濾效應(yīng)”)。
從而，在本實(shí)施方式的將半金屬用于強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的MISFET中，在平行磁化和逆平行磁化的各自的情況中的電流之比(漏電流比)與MTJ的情況中的電流比相比可增大。因而，只要采用本實(shí)施方式的MISFET，在上述存儲(chǔ)電路中即可容易地檢測(cè)出磁化狀態(tài)。
另外，即使在用強(qiáng)磁性金屬構(gòu)成強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的情況下，利用在柵偏壓作用下源側(cè)肖特基勢(shì)壘中發(fā)生的強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)，有可將從強(qiáng)磁性源注入的載流子的自旋極化率(自旋注入效率)增大至強(qiáng)磁性金屬的自旋極化率以上的可能性。只要應(yīng)用該效應(yīng)，就有在平行磁化和逆平行磁化的各自的情況中的漏電流之比與MTJ中的電流比相比可增大的可能性。
另外，由于在MTJ中TMR比與偏置電壓一起急劇減少，故在電路所需的偏置電壓下也有TMR比大大減少的問(wèn)題。與此相對(duì)照，在本實(shí)施方式的MISFET中，由于利用了強(qiáng)磁性金屬的自旋相關(guān)散射或半金屬的自旋過(guò)濾效應(yīng)，故在原理上不存在MTJ那樣的偏壓依賴性。從而，在電路所需的偏置電壓下可實(shí)現(xiàn)大的漏電流比。
圖9(b)是圖9(a)所示的存儲(chǔ)電路的位線端為輸出端子VO，從該輸出端子VO分支經(jīng)負(fù)載RL與電源電壓VDD連接的存儲(chǔ)電路。在圖9(c)中示出了圖9(b)所示的存儲(chǔ)單元的靜態(tài)特性的工作點(diǎn)。在此處，雖然采用純電阻作為負(fù)載，但采用晶體管的有源負(fù)載亦可。如圖9(c)所示，在信息讀出時(shí)只要對(duì)MISFET的柵電極施加?xùn)烹妷篤CS，經(jīng)負(fù)載電阻RL對(duì)位線BL施加電源電壓VDD，負(fù)載電阻RL的工作點(diǎn)就根據(jù)在強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏之間的磁化狀態(tài)沿圖9(c)中的負(fù)載線移動(dòng)，平行磁化與逆平行磁化的情況下的輸出信號(hào)VO分別為圖中的VO↑↑和VO↑↓。各輸出信號(hào)的絕對(duì)值和比值(VO↑↑/VO↑↓)可利用RL、VDD等外部電路的參數(shù)來(lái)優(yōu)化。例如，通過(guò)調(diào)整負(fù)載線的斜率(此時(shí)是減小)，即使在漏電流比ID↑↑/ID↑↓小的情況下也可得到大的輸出信號(hào)比。從而，在本實(shí)施方式的存儲(chǔ)電路中，有能夠得到所希望的大小的輸出信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。
以上，像說(shuō)明過(guò)的那樣，按照本發(fā)明的實(shí)施方式的具備了強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的MISFET，在具備作為可用柵電壓控制漏電流的晶體管的功能的同時(shí)，還兼具可由強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向來(lái)控制其轉(zhuǎn)移電導(dǎo)(互導(dǎo))這樣的特征性的特性。強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏之間的相對(duì)的磁化方向具有即使不供給能量也能保持以前的狀態(tài)的所謂非易失性的性質(zhì)。從而，利用該相對(duì)的磁化方向也能非易失性地存儲(chǔ)2值的信息。進(jìn)而，只要采用上述的轉(zhuǎn)移特性，即可用電學(xué)方式檢測(cè)出該相對(duì)的磁化方向。即，上述MISFET只用1個(gè)晶體管即可構(gòu)成1位非易失性存儲(chǔ)單元。從而，由于只要采用本實(shí)施方式的MISFET，即可簡(jiǎn)單地制作非易失性存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)，故具有能夠使非易失性存儲(chǔ)電路的速度和集成度提高這樣的優(yōu)點(diǎn)。
以上，雖然沿本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明卻不限于此。除此之外，可進(jìn)行各種變更、改進(jìn)、組合，這對(duì)本行業(yè)的人員是不言自明的。不言而喻，例如，在本說(shuō)明書(shū)內(nèi)說(shuō)明過(guò)的任何MISFET也可應(yīng)用于本說(shuō)明書(shū)內(nèi)說(shuō)明過(guò)的存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)電路中。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性按照具備采用了強(qiáng)磁性金屬或半金屬的肖特基結(jié)的強(qiáng)磁性源和強(qiáng)磁性漏的本發(fā)明的MISFET，利用強(qiáng)磁性漏對(duì)強(qiáng)磁性源的相對(duì)的磁化方向，可存儲(chǔ)2值的信息，同時(shí)可用電學(xué)方式檢測(cè)出該相對(duì)的磁化方向。從而，由于只要采用上述MISFET，僅用1個(gè)晶體管即可構(gòu)成1位非易失性存儲(chǔ)單元，故能夠?qū)崿F(xiàn)高速且高集成密度的非易失性存儲(chǔ)電路。
權(quán)利要求
1.一種晶體管，其特征在于，具有由強(qiáng)磁性體構(gòu)成的源(以下，稱為“強(qiáng)磁性源”)，其注入自旋極化了的傳導(dǎo)載流子(以下，稱為“自旋極化傳導(dǎo)載流子”)；由強(qiáng)磁性體構(gòu)成的漏(以下，稱為“強(qiáng)磁性漏”)，其接受從該強(qiáng)磁性源注入了的自旋極化傳導(dǎo)載流子；半導(dǎo)體層，其在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間設(shè)置、在上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏的各自的結(jié)界面處形成具有肖特基勢(shì)壘的肖特基結(jié)；以及對(duì)上述半導(dǎo)體層形成的柵電極。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，通過(guò)使上述強(qiáng)磁性源或上述強(qiáng)磁性漏的磁化方向反轉(zhuǎn)，可將上述強(qiáng)磁性漏對(duì)上述強(qiáng)磁性源的相對(duì)的磁化方向控制為相同方向(以下，稱為“平行磁化”)或相反方向(以下，稱為“逆平行磁化”)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的晶體管，其特征在于，上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏由強(qiáng)磁性金屬形成。
4.如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在上述自旋極化傳導(dǎo)載流子的傳導(dǎo)類型與上述半導(dǎo)體層相同的情況(以下，稱為“積累溝道型”)下，在上述自旋極化傳導(dǎo)載流子為電子時(shí)，上述肖特基勢(shì)壘在導(dǎo)帶側(cè)產(chǎn)生，在上述自旋極化傳導(dǎo)載流子為空穴時(shí)，上述肖特基勢(shì)壘在價(jià)電子帶側(cè)產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在上述自旋極化傳導(dǎo)載流子的傳導(dǎo)類型與上述半導(dǎo)體層不同的情況(以下，稱為“反型溝道型”)的在上述半導(dǎo)體層中不形成反型層的情況下，在上述自旋極化傳導(dǎo)載流子為電子時(shí)，上述肖特基勢(shì)壘在價(jià)電子帶側(cè)產(chǎn)生，在上述自旋極化傳導(dǎo)載流子為空穴時(shí)，上述肖特基勢(shì)壘在導(dǎo)帶側(cè)產(chǎn)生。
6.如權(quán)利要求4所述的晶體管，其特征在于，在上述積累溝道型中的上述柵電極與上述強(qiáng)磁性源之間不施加電壓的狀態(tài)下，上述自旋極化傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的隧道注入和熱發(fā)射注入受到上述肖特基勢(shì)壘抑制。
7.如權(quán)利要求4或6所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型而言，通過(guò)對(duì)上述柵電極施加電壓，上述強(qiáng)磁性源的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子通過(guò)隧穿上述強(qiáng)磁性源與上述半導(dǎo)體層的界面處的上述肖特基勢(shì)壘，向上述半導(dǎo)體層注入。
8.如權(quán)利要求4所述的晶體管，其特征在于，在上述積累溝道型中的不對(duì)上述柵電極施加電壓的狀態(tài)下，雖然上述自旋極化傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的熱發(fā)射注入受到上述肖特基勢(shì)壘抑制，但上述強(qiáng)磁性源的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子通過(guò)隧穿上述上述肖特基勢(shì)壘，向上述半導(dǎo)體層注入。
9.如權(quán)利要求4或8所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型而言，通過(guò)對(duì)上述柵電極施加電壓，上述強(qiáng)磁性源的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子根據(jù)隧穿上述強(qiáng)磁性源與上述半導(dǎo)體層的界面處的上述肖特基勢(shì)壘，可控制上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間所產(chǎn)生的電流。
10.如權(quán)利要求5所述的晶體管，其特征在于，在上述反型溝道型中的不在上述柵電極與上述強(qiáng)磁性源之間施加電壓的狀態(tài)下，上述自旋極化傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的隧道注入和熱發(fā)射注入受到上述肖特基勢(shì)壘抑制。
11.如權(quán)利要求5或10所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述反型溝道型而言，利用對(duì)上述柵電極施加的電壓而在上述半導(dǎo)體層中形成了反型層的情況下，上述強(qiáng)磁性源的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子通過(guò)熱發(fā)射或隧道的至少一方，注入到上述半導(dǎo)體層中。
12.如權(quán)利要求5所述的晶體管，其特征在于，即使在上述反型溝道型中的不對(duì)上述柵電極施加電壓的狀態(tài)下，在上述半導(dǎo)體層中也形成反型層，上述強(qiáng)磁性源的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子通過(guò)熱發(fā)射或隧道的至少一方，注入到上述半導(dǎo)體層中。
13.如權(quán)利要求5或12所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述反型溝道型而言，利用對(duì)上述柵電極施加的電壓，上述強(qiáng)磁性源的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子根據(jù)從上述強(qiáng)磁性源通過(guò)熱發(fā)射或隧道的至少一方注入到上述半導(dǎo)體層中，可控制上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間所產(chǎn)生的電流。
14.如權(quán)利要求4至13中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型或上述反型溝道型而言，注入到上述半導(dǎo)體層中的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子依賴于上述強(qiáng)磁性源的費(fèi)米能中的自旋極化率而進(jìn)行自旋極化。
15.如權(quán)利要求4至14中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型或上述反型溝道型而言，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化狀態(tài)為平行磁化的情況下，從上述強(qiáng)磁性源注入了的上述自旋極化傳導(dǎo)載流子的上述強(qiáng)磁性漏中的因自旋相關(guān)散射造成的電阻減小，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向?yàn)槟嫫叫写呕那闆r下，上述自旋極化傳導(dǎo)載流子的上述強(qiáng)磁性漏中的因自旋相關(guān)散射造成的電阻增大。
16.如權(quán)利要求1至15中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在同一偏置電壓下，可利用上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向控制轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。
17.如權(quán)利要求4至16中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型或上述反型溝道型而言，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏具有平行磁化的情況下，具有被定義為下述柵電壓的閾值利用對(duì)上述柵電極施加的某電壓在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間產(chǎn)生確定的某電流。
18.一種晶體管，其特征在于，具有強(qiáng)磁性源，為強(qiáng)磁性體，其由對(duì)一方的自旋取金屬性質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)(以下，稱為“金屬性質(zhì)的自旋帶”)、對(duì)另一方的自旋取半導(dǎo)體性質(zhì)的或絕緣體性質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)(以下，稱為“半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶”)的半金屬構(gòu)成，注入自旋極化了的傳導(dǎo)載流子；強(qiáng)磁性漏，其接受從該強(qiáng)磁性源注入了的自旋極化了的上述傳導(dǎo)載流子；半導(dǎo)體層，其在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間設(shè)置、結(jié)合了各個(gè)上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏；以及對(duì)上述半導(dǎo)體層形成的柵電極。
19.如權(quán)利要求18所述的晶體管，其特征在于，上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏形成肖特基結(jié)，上述肖特基結(jié)在上述半金屬中的金屬性質(zhì)的自旋帶與上述半導(dǎo)體層的界面處具有肖特基勢(shì)壘。
20.如權(quán)利要求18或19所述的晶體管，其特征在于，在上述傳導(dǎo)載流子的傳導(dǎo)類型與上述半導(dǎo)體層相同的情況(以下，稱為“積累溝道型”)下，在上述傳導(dǎo)載流子為電子時(shí)，由上述金屬性質(zhì)的自旋帶造成的上述肖特基勢(shì)壘在導(dǎo)帶側(cè)產(chǎn)生，在上述傳導(dǎo)載流子為空穴時(shí)，由上述金屬性質(zhì)的自旋帶造成的上述肖特基勢(shì)壘在價(jià)電子帶側(cè)產(chǎn)生。
21.如權(quán)利要求18或19所述的晶體管，其特征在于，在上述傳導(dǎo)載流子的傳導(dǎo)類型與上述半導(dǎo)體層不同的情況(以下，稱為“反型溝道型”)的在上述半導(dǎo)體層中不形成反型層的情況下，在上述傳導(dǎo)載流子為電子時(shí)，上述肖特基勢(shì)壘在價(jià)電子帶側(cè)產(chǎn)生，在上述傳導(dǎo)載流子為空穴時(shí)，上述肖特基勢(shì)壘在導(dǎo)帶側(cè)產(chǎn)生。
22.如權(quán)利要求18或19所述的晶體管，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏與上述半導(dǎo)體層的結(jié)處，上述半金屬的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的帶隙比上述半導(dǎo)體層的帶隙大。
23.如權(quán)利要求18或19所述的晶體管，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏與上述半導(dǎo)體層的結(jié)處，上述半金屬中的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶對(duì)上述半導(dǎo)體層形成能量壁壘，在上述傳導(dǎo)載流子為電子時(shí)，至少在導(dǎo)帶側(cè)產(chǎn)生能量壁壘，在上述傳導(dǎo)載流子為空穴時(shí)，至少在價(jià)電子帶側(cè)產(chǎn)生能量壁壘。
24.如權(quán)利要求18至23中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，進(jìn)而，對(duì)上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏，分別形成由非磁性金屬或非磁性導(dǎo)體構(gòu)成的接觸(以下，稱為“非磁性接觸”)。
25.如權(quán)利要求24所述的晶體管，其特征在于，上述非磁性接觸對(duì)上述金屬性質(zhì)的自旋帶形成金屬間的結(jié)或歐姆結(jié)，對(duì)上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶，半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶形成成為能量壁壘的金屬與半導(dǎo)體間或金屬與絕緣體間的結(jié)結(jié)構(gòu)。
26.如權(quán)利要求20所述的晶體管，其特征在于，在上述積累溝道型中的不在上述柵電極與上述強(qiáng)磁性源之間施加電壓的狀態(tài)下，上述金屬性質(zhì)的自旋帶的上述傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的隧道注入和熱發(fā)射注入受到由上述金屬性質(zhì)的自旋帶造成的肖特基勢(shì)壘抑制。
27.如權(quán)利要求20或26所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型而言，通過(guò)對(duì)上述柵電極施加電壓，上述強(qiáng)磁性源中的上述金屬性質(zhì)的自旋帶的傳導(dǎo)載流子通過(guò)隧穿上述強(qiáng)磁性源與上述半導(dǎo)體層的界面處的上述肖特基勢(shì)壘，注入到半導(dǎo)體層中。
28.如權(quán)利要求20所述的晶體管，其特征在于，在上述積累溝道型中的不對(duì)上述柵電極施加電壓的狀態(tài)下，雖然上述金屬性質(zhì)的自旋帶的上述傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的熱發(fā)射注入受到上述肖特基勢(shì)壘抑制，但上述強(qiáng)磁性源中的上述金屬性質(zhì)的自旋帶的傳導(dǎo)載流子通過(guò)隧穿上述肖特基勢(shì)壘，向上述半導(dǎo)體層注入。
29.如權(quán)利要求20或28所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型而言，利用對(duì)柵電極施加的電壓，上述強(qiáng)磁性源中的金屬性質(zhì)的自旋帶的傳導(dǎo)載流子根據(jù)隧穿上述強(qiáng)磁性源與上述半導(dǎo)體層的界面處的上述肖特基勢(shì)壘，可控制上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間所產(chǎn)生的電流。
30.如權(quán)利要求20所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型而言，來(lái)自對(duì)上述強(qiáng)磁性源形成的上述非磁性接觸的、具有與上述強(qiáng)磁性源中的上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶平行的自旋的傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的隧道注入和熱發(fā)射注入受到由上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶造成的對(duì)上述非磁性接觸的上述能量壁壘抑制。
31.如權(quán)利要求21所述的晶體管，其特征在于，在上述反型溝道型中的不在上述柵電極與上述強(qiáng)磁性源之間施加電壓的狀態(tài)下，上述金屬性質(zhì)的自旋帶的上述傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的隧道注入和熱發(fā)射注入受到上述肖特基勢(shì)壘抑制。
32.如權(quán)利要求21或31所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述反型溝道型而言，利用對(duì)上述柵電極施加電壓而在上述半導(dǎo)體層中形成了反型層的情況下，上述強(qiáng)磁性源中的上述金屬性質(zhì)的自旋帶的傳導(dǎo)載流子從上述強(qiáng)磁性源通過(guò)熱發(fā)射或隧道的至少一方，注入到上述半導(dǎo)體層中。
33.如權(quán)利要求21所述的晶體管，其特征在于，即使在上述反型溝道型中的不對(duì)上述柵電極施加電壓的狀態(tài)下，在上述半導(dǎo)體層中也形成反型層，上述強(qiáng)磁性源中的上述金屬性質(zhì)的自旋帶的上述傳導(dǎo)載流子通過(guò)熱發(fā)射或隧道的至少一方，注入到上述半導(dǎo)體層中。
34.如權(quán)利要求21或33所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述反型溝道型而言，利用對(duì)上述柵電極施加的電壓，上述強(qiáng)磁性源中的上述金屬性質(zhì)的自旋帶的傳導(dǎo)載流子通過(guò)熱發(fā)射或隧道的至少一方從上述強(qiáng)磁性源注入到上述半導(dǎo)體層中，可控制上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間所產(chǎn)生的電流。
35.如權(quán)利要求21所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述反型溝道型而言，來(lái)自對(duì)上述強(qiáng)磁性源形成的上述非磁性接觸的、具有與上述強(qiáng)磁性源中的上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶平行的自旋的傳導(dǎo)載流子向上述半導(dǎo)體層的隧道注入和熱發(fā)射注入受到由上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶造成的對(duì)上述非磁性接觸的上述能量壁壘抑制。
36.如權(quán)利要求20或21所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型或上述反型溝道型而言，可用上述強(qiáng)磁性源中的上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶的能隙或從上述非磁性接觸看到的由上述強(qiáng)磁性源的半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶造成的勢(shì)壘高度或上述強(qiáng)磁性源的膜厚來(lái)控制用具有從上述強(qiáng)磁性源的上述金屬性質(zhì)的自旋帶向上述半導(dǎo)體層注入的一方的自旋的傳導(dǎo)載流子與具有從對(duì)上述強(qiáng)磁性源形成的上述非磁性接觸經(jīng)上述強(qiáng)磁性源的上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶向上述半導(dǎo)體層注入的另一方的自旋的傳導(dǎo)載流子的存在比決定的傳導(dǎo)載流子的自旋極化率。
37.如權(quán)利要求20至36中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型或上述反型溝道型而言，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化狀態(tài)為平行磁化的情況下，從上述強(qiáng)磁性源的上述金屬性質(zhì)的自旋帶向上述半導(dǎo)體層注入的傳導(dǎo)載流子可在上述強(qiáng)磁性漏的上述金屬性質(zhì)的自旋帶中傳導(dǎo)，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化狀態(tài)為逆平行磁化的情況下，從上述強(qiáng)磁性源的上述金屬性質(zhì)的自旋帶向上述半導(dǎo)體層注入的上述傳導(dǎo)載流子的傳導(dǎo)受到由上述強(qiáng)磁性漏中的上述半導(dǎo)體性質(zhì)的自旋帶造成的能量壁壘抑制。
38.如權(quán)利要求20至37中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，對(duì)上述積累溝道型或上述反型溝道型而言，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏具有平行磁化的情況下，具有被定義為下述柵電壓的閾值利用對(duì)柵電極施加的某電壓在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間產(chǎn)生確定的某電流。
39.如權(quán)利要求18至38中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在同一偏置電壓下，可利用上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向控制轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。
40.如權(quán)利要求1至39中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏通過(guò)在上述半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)或淀積形成。
41.如權(quán)利要求1至39中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏通過(guò)在上述半導(dǎo)體層中導(dǎo)入磁性元素形成。
42.一種存儲(chǔ)元件，其特征在于，采用權(quán)利要求1至41中的任意一項(xiàng)所述的1個(gè)晶體管，利用上述強(qiáng)磁性漏對(duì)上述強(qiáng)磁性源的相對(duì)的磁化方向存儲(chǔ)信息，根據(jù)依賴于上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向的晶體管的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，檢測(cè)出存儲(chǔ)于上述晶體管內(nèi)的信息。
43.一種存儲(chǔ)元件，其特征在于，具有權(quán)利要求1至41中的任意一項(xiàng)所述的1個(gè)晶體管；第1布線，其與上述柵電極連接；第2布線，其與上述強(qiáng)磁性漏連接；以及第3布線，其將上述強(qiáng)磁性源接地。
44.一種存儲(chǔ)元件，其特征在于，具有權(quán)利要求1至41中的任意一項(xiàng)所述的1個(gè)晶體管；第1布線，其與上述柵電極連接；第2布線，其與上述強(qiáng)磁性漏連接；第3布線，其將上述強(qiáng)磁性源接地；輸出端子，其在上述第2布線的一端形成；以及第4布線，其從上述第2布線分支，經(jīng)負(fù)載與電源連接。
45.如權(quán)利要求43或44所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，在上述晶體管上或其附近還具有在電學(xué)上相互絕緣的狀態(tài)下交叉的第1其它布線和第2其它布線。
46.如權(quán)利要求43或44所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，可用上述第1布線和上述第2布線，或者、上述第1布線或上述第2布線中的任何一方來(lái)代替上述第1其它布線和上述第2其它布線，或者、上述第1其它布線或上述第2其它布線中的任何一方。
47.如權(quán)利要求45或46所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，通過(guò)在上述第1其它布線和上述第2其它布線，或者置換了它們的上述第1布線和上述第2布線，或者置換了上述第1其它布線或上述第2其它布線中的任何一方的上述第1布線或上述第2布線，以及未被置換成它們的一方的上述第1其它布線或上述第2其它布線中流過(guò)電流，利用由此感生的磁場(chǎng)，使上述強(qiáng)磁性源或上述強(qiáng)磁性漏的磁化反轉(zhuǎn)，使上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)發(fā)生變化，從而進(jìn)行信息的改寫(xiě)。
48.如權(quán)利要求43至47中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏具有平行磁化的情況下，對(duì)上述第1布線施加大于等于上述閾值的大的電壓，根據(jù)在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間施加了規(guī)定的偏壓的情況的上述晶體管中的漏電流的大小，進(jìn)行信息的讀出。
49.如權(quán)利要求44至47中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏具有平行磁化的情況下，經(jīng)上述第1布線對(duì)上述柵電極施加比閾值大的電壓，根據(jù)由這時(shí)的上述晶體管中的漏電流產(chǎn)生的上述負(fù)載的電壓降，利用所得到的輸出電壓，進(jìn)行信息的讀出。
50.一種存儲(chǔ)電路，其特征在于，具有權(quán)利要求1至41中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其被配置成矩陣狀；第1布線，其分別將上述強(qiáng)磁性源接地；多條字線，其共同連接沿列方向排列的多個(gè)上述晶體管的各自的柵電極；以及多條位線，其共同連接沿行方向排列的上述晶體管的各自的強(qiáng)磁性漏。
51.一種存儲(chǔ)電路，其特征在于，具有權(quán)利要求1至41中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其被配置成矩陣狀；第1布線，其分別將上述強(qiáng)磁性源接地；多條字線，其共同連接沿列方向排列的多個(gè)上述晶體管的各自的柵電極；多條位線，其共同連接沿行方向排列的上述晶體管的各自的強(qiáng)磁性漏；輸出端子，其在該線的各自的一端形成；以及第2布線，其從該位線各自分支，經(jīng)負(fù)載與電源連接。
52.如權(quán)利要求50或51所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，在上述晶體管上或其附近還具有在電學(xué)上相互絕緣的狀態(tài)下交叉的第1其它布線和第2其它布線。
53.如權(quán)利要求52所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，可用上述字線和上述位線，或者、上述字線或上述位線中的任何一方來(lái)代替上述第1其它布線和上述第2其它布線，或者、上述第1其它布線或上述第2其它布線中的任何一方。
54.如權(quán)利要求50至53中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，通過(guò)在上述第1其它布線和上述第2其它布線，或者置換了它們的上述字線和上述位線，或者置換了上述第1其它布線或上述第2其它布線中的任何一方的上述字線或上述位線，以及未被置換成它們的一方的上述第1其它布線或第2其它布線中流過(guò)電流，利用由此感生的磁場(chǎng)，使上述強(qiáng)磁性源或上述強(qiáng)磁性漏的磁化反轉(zhuǎn)，使上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間的相對(duì)的磁化狀態(tài)發(fā)生變化，從而進(jìn)行信息的改寫(xiě)。
55.如權(quán)利要求50至54中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏具有平行磁化的情況下，對(duì)上述字線施加比上述閾值大的電壓，根據(jù)在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間施加了規(guī)定的偏壓的情況的上述晶體管中的漏電流的大小，進(jìn)行信息的讀出。
56.如權(quán)利要求51至54中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏具有平行磁化的情況下，經(jīng)上述字線對(duì)上述柵電極施加比上述閾值大的電壓，根據(jù)由這時(shí)的上述晶體管中的漏電流產(chǎn)生的上述負(fù)載的電壓降，利用所得到的輸出電壓，進(jìn)行信息的讀出。
57.如權(quán)利要求43至55中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，通過(guò)使上述強(qiáng)磁性源或上述強(qiáng)磁性漏的磁化反轉(zhuǎn)，進(jìn)行信息的改寫(xiě)。
58.一種存儲(chǔ)元件，其特征在于，具有權(quán)利要求1至41中的任意一項(xiàng)所述的第1和第2的2個(gè)晶體管；第1布線，其共同連接上述第1晶體管的柵電極和上述第2晶體管的柵電極；第2布線，其與上述第1晶體管所具有的第1強(qiáng)磁性漏連接，和第3布線，其與第2晶體管所具有的第2強(qiáng)磁性漏連接；以及第4布線，其將上述第1和第2晶體管共同的上述強(qiáng)磁性源接地。
59.一種存儲(chǔ)電路，其特征在于，具有將權(quán)利要求58所述的存儲(chǔ)元件定為存儲(chǔ)單元，并將該存儲(chǔ)單元配置成矩陣狀的結(jié)構(gòu)。
60.如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，作為上述半導(dǎo)體層，使用未摻雜的半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。
61.如權(quán)利要求18或19所述的晶體管，其特征在于，作為上述半導(dǎo)體層，使用未摻雜的半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。
62.如權(quán)利要求4、6至9、14至17、20、22至30、36至41中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，作為上述積累溝道型中的上述半導(dǎo)體層，使用未摻雜的半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。
63.如權(quán)利要求5、10至15、17、21、31至41中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，作為上述反型溝道型中的上述半導(dǎo)體層，使用未摻雜的半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。
64.如權(quán)利要求1至39、或60、61中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，作為上述半導(dǎo)體層中的載流子的傳導(dǎo)方向的長(zhǎng)度或被定義為上述強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏之間的間隔的溝道長(zhǎng)度，有載流子可沖擊式地在上述半導(dǎo)體層中傳導(dǎo)的長(zhǎng)度，或者上述溝道長(zhǎng)度小于等于載流子的對(duì)能量弛豫的平均自由程。
65.如權(quán)利要求1至17、或60、或64中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性金屬與上述半導(dǎo)體層的界面上，具有在與上述半導(dǎo)體層之間形成肖特基結(jié)的金屬層或在與上述強(qiáng)磁性金屬之間形成肖特基結(jié)的半導(dǎo)體層，或者金屬/半導(dǎo)體肖特基結(jié)層。
66.如權(quán)利要求18至39、或61、或64中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在上述半金屬與上述半導(dǎo)體層的界面上，具有在與上述半導(dǎo)體層之間形成肖特基結(jié)的金屬層或在與上述半金屬之間形成肖特基結(jié)的半導(dǎo)體層，或者金屬/半導(dǎo)體肖特基結(jié)層。
67.如權(quán)利要求60至66中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性漏對(duì)上述強(qiáng)磁性源為逆平行磁化的情況下，與平行磁化的情況相比，漏電流減小。
68.如權(quán)利要求60至67中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，可利用上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向控制轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。
69.一種存儲(chǔ)元件，其特征在于，采用權(quán)利要求60至68中的任意一項(xiàng)所述的1個(gè)晶體管，利用上述強(qiáng)磁性漏對(duì)上述強(qiáng)磁性源的相對(duì)的磁化方向存儲(chǔ)信息，根據(jù)依賴于上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向的晶體管的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，檢測(cè)出存儲(chǔ)于上述晶體管內(nèi)的信息。
70.如權(quán)利要求42至49、或58中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，作為上述晶體管，使用權(quán)利要求60至68中的任意一項(xiàng)所述的晶體管。
71.如權(quán)利要求50至57、或59中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)元電路，其特征在于，作為上述晶體管，使用權(quán)利要求60至68中的任意一項(xiàng)所述的晶體管。
72.一種晶體管，其特征在于，具有源和漏，其具有第1導(dǎo)電類型，由強(qiáng)磁性半導(dǎo)體構(gòu)成；半導(dǎo)體層，其相對(duì)于上述源和上述漏設(shè)置，形成上述第1導(dǎo)電類型的溝道；以及柵電極，其相對(duì)于上述半導(dǎo)體層形成。
73.如權(quán)利要求72所述的晶體管，其特征在于，上述半導(dǎo)體層由未摻雜的半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體形成。
74.如權(quán)利要求72或73所述的晶體管，其特征在于，作為上述半導(dǎo)體層中的載流子的傳導(dǎo)方向的長(zhǎng)度或被定義為上述強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏之間的間隔的溝道長(zhǎng)度，有載流子可沖擊式地在上述半導(dǎo)體層中傳導(dǎo)的長(zhǎng)度，或者上述溝道長(zhǎng)度小于等于載流子的對(duì)能量弛豫的平均自由程。
75.一種晶體管，其特征在于，具有源，其由在導(dǎo)電類型互不相同的第1強(qiáng)磁性半導(dǎo)體與半導(dǎo)體層之間所形成的第1pn結(jié)形成；漏，其由在導(dǎo)電類型互不相同的第2強(qiáng)磁性半導(dǎo)體與上述半導(dǎo)體層之間所形成的第2pn結(jié)形成；以及柵電極，其相對(duì)于上述半導(dǎo)體層形成。
76.如權(quán)利要求75所述的晶體管，其特征在于，作為上述半導(dǎo)體層中的載流子的傳導(dǎo)方向的長(zhǎng)度或被定義為上述強(qiáng)磁性源與強(qiáng)磁性漏之間的間隔的溝道長(zhǎng)度，有載流子可沖擊式地在上述半導(dǎo)體層中傳導(dǎo)的長(zhǎng)度，或者上述溝道長(zhǎng)度小于等于載流子的對(duì)能量弛豫的平均自由程。
77.如權(quán)利要求72至76中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，在上述強(qiáng)磁性漏對(duì)上述強(qiáng)磁性源為逆平行磁化的情況下，與平行磁化的情況相比，漏電流減小。
78.如權(quán)利要求72至77中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，可利用上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向控制轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。
79.一種存儲(chǔ)元件，其特征在于，采用權(quán)利要求72至78中的任意一項(xiàng)所述的1個(gè)晶體管，利用上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向存儲(chǔ)信息，根據(jù)依賴于上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏的相對(duì)的磁化方向的晶體管的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，檢測(cè)出存儲(chǔ)于上述晶體管內(nèi)的信息。
80.如權(quán)利要求42至49、或58中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，作為上述晶體管，使用權(quán)利要求72至78中的任意一項(xiàng)所述的晶體管。
81.如權(quán)利要求50至57、或59中的任意一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)電路，其特征在于，作為上述晶體管，使用權(quán)利要求72至78中的任意一項(xiàng)所述的晶體管。
82.一種晶體管，其特征在于，具有強(qiáng)磁性體強(qiáng)磁性源，其注入自旋極化了的傳導(dǎo)載流子；強(qiáng)磁性漏，其由接受從該強(qiáng)磁性源注入了的自旋極化傳導(dǎo)載流子的強(qiáng)磁性體構(gòu)成；半導(dǎo)體層，其被設(shè)置在上述強(qiáng)磁性源與上述強(qiáng)磁性漏之間，形成與上述強(qiáng)磁性源和上述強(qiáng)磁性漏的各自的結(jié)；以及柵電極，其相對(duì)于上述半導(dǎo)體層形成，將強(qiáng)磁性金屬用于上述源和上述漏中的任何一方，將半金屬用于另一方。
83.如權(quán)利要求1至41、60至68、72至78、82中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，作為上述柵電極與上述半導(dǎo)體層之間形成的柵絕緣膜，使用由氧化或淀積形成的絕緣體。
84.如權(quán)利要求83所述的晶體管，其特征在于，上述柵絕緣膜包含高介電常數(shù)材料。
85.如權(quán)利要求1至41、60至68、72至78、82、84中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，上述晶體管是MISFET。
86.如權(quán)利要求1至3、8、9、12、13、18、19、28、29、33、34、72至78、82至85中的任意一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于，通過(guò)向上述半導(dǎo)體層中摻以雜質(zhì)，具有作為耗盡模式的晶體管的功能。
全文摘要
通過(guò)施加?xùn)烹妷篤
文檔編號(hào)H01L43/08GK1757121SQ20048000570
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者菅原聰, 田中雅明 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)