[科普中国]-三维磁逻辑器件

三维磁逻辑器件磁性逻辑器件（Three dimensional Magnetic Logic Device ，MLD） ，也可称作磁性量子元胞自动机（Magnetic Quantum Cellular Auotmata ，MQCA），是一种利用纳磁体间偶极子场作用进行信息处理和传递的新兴纳电子器件，由Cowburn等首次提出。

简介近来，微电子器件及其逻辑电路的可靠性和抗辐射性能受到了研究者广泛的关注 ，这个特征对于新兴的纳米级磁性逻辑器件也不例。

磁性逻辑器件（Magnetic Logic Device ，MLD） ，也可称作磁性量子元胞自动机（Magnetic Quantum Cellular Auotmata ，MQCA），是一种利用纳磁体间偶极子场作用进行信息处理和传递的新兴纳电子器件，由Cowburn等首次提出。和传统CMOS 以及其它新兴器件相比，MLD 除了具有极低功耗优点外，其最重要的优势是具有天然非易失性和抗辐射功能，这些特征使其在空天电子领域具有广泛的应用前景。

虽然磁性逻辑器件相比CMOS 而言在实现相同的功能（例如择多逻辑门）下占用更少的版图面积，但是随着片上集成密度的增加，纳磁体尺寸会越来越小，而此时能否获得可靠的电路转换极为重要。

结构MLD通常由长方体纳磁体构成，这是因为拉长的长方形纳磁体具有明显的形状各向异性，易于实现双稳态（‘0’和‘1’）。然而，研究表明当MLD 电路中含有多于五个纳磁体或一个以上的择多逻辑门时，磁性逻辑器件极易受杂散磁场的影响而发生自发和无序翻转。

这些杂散磁场或来源于非对称的纳磁体版图结构，或来源于温度波动引起的微小热耦合场。目前常用的增加磁性逻辑器件稳定性的方法是采用二轴各向异性和多重磁晶各向异性纳磁体以及慢变旋转磁场时钟。改变各向异性是一种很有效的解决方法，但其需要外延生长工艺进行纳磁体制备，不利于实现多层磁逻辑结构；而慢变旋转磁场时钟则大大降低了电路的工作速度。因而磁性逻辑的可靠转换迫切需要设计出简洁和稳定的器件结构。

举例奇异形状纳磁体逻辑器件具有首选磁化特性，可以用它来设定互连线等磁逻辑电路的输入，而不需要额外的偏置器件.笔者以5个纳磁体构成的互连线为例，研究了角缺失型纳磁体逻辑器件在这方面的应用，并将它与传统的偏置纳磁体(其平面大小为60 nmX 30nm)设定输入方法进行了对比。仿真中选用坡莫合金纳磁体，其平面尺寸为60nmX100nm，器件间距为40nm，角缺失幅度为13nm。对两种互连线均应用一一水平向右的时钟信号，其版图示意图以及应用时钟后的逻辑信号传递模拟结果如下图所示。

从图可见，两种方法均正确设定了输入为逻辑‘1’，且该逻辑得到了正确的右向传递.但图(a)互连线电路结构占用的版图面积为460nmX100nm，而图(b)互连线电路结构占用的版图面积为520nmX130 nm.通过对比可知，选用奇异形状纳磁体逻辑器件设定输入时其版图面积降低了约1/3，因而角缺失型纳磁体逻辑器件表现出了更好的大规模集成优势。1

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学