具有可调强度的耦合自旋霍尔纳米振荡器的制作方法

具有高信号质量(信噪比)的片上嵌入式振荡器(或谐振器)可以实现用于计算和通信的节能构建块。然而，用于片上嵌入式振荡器的现有解决方案受到大的占用面积和/或高的操作功率的影响。这些问题可以限制或显著约束例如无线SoC(片上系统)的处理器的设计空间。

自旋转矩振荡器(STO)为嵌入式纳米级振荡器提供了切实可行的解决方案。参考图1说明STO的一个示例。图1例示了STO 100，其如图所示由夹置在非磁性层(例如，Cu)之间的固定和自由铁磁体(例如，Co)组成。固定磁体和自由磁体与非磁性层一起形成磁性结。如果在铁磁层之间的非磁性层是隧道电介质，则层的叠层(stack)被称为磁隧道结(MTJ)。当跨越STO 100的上部和下部非磁性层施加电压V_E时，电流“I”流过STO100。在该示例中，施加外部磁场偏置“B”以使STO 100振荡。然而，STO100受到限制。

例如，由于基于隧道结的MTJ的大的偏置电流(例如，大于100μA)和电压V_E(例如，大于0.7V)的要求，STO 100具有高的操作功率要求。STO 100还存在由于MTJ中的高隧穿电流引起的可靠性问题。STO 100使用外部磁偏置“B”而作为自持振荡器操作。这个外部磁偏置“B”是额外的成本，并且会在处理器上的信号中引入噪声。STO 100还在各个振荡元件之间缺少有效的耦合机制。

附图说明

从下面给出的具体实施方式部分以及本公开内容的各种实施例的附图会更充分地理解本公开内容的实施例，然而，其不应被认为将本公开内容限制于特定实施例，而是仅用于解释和理解。

图1例示了使用外部磁偏置来振荡的自旋转矩振荡器(STO)。

图2A例示了根据本公开内容的一个实施例的具有磁性叠层的自持式自旋霍尔振荡器(SHO)。

图2B例示了根据本公开内容的一个实施例的具有磁隧道结(MTJ)器件的SHO。

图2C例示了图2B的实施例的顶视图。

图3A例示了示出根据一个实施例的针对SHO的、作为时间的函数的x、y和z平面中的自旋投影的曲线图。

图3B例示了示出在平行于x-y平面的平面中的SHO在偏离稳态时的振荡的三维图。

图3C例示了根据本公开内容的一个实施例的具有磁化以引起振荡的MTJ的截面。

图4例示了示出根据一个实施例的作为跨SHO施加的电压的函数的SHO的振荡频率的调整的曲线图。

图5例示了根据本公开内容的一个实施例的具有多个耦合SHO的SHO。

图6A例示了根据本公开内容的一个实施例的具有以非磁性互连作为耦合电路的多个耦合SHO的SHO。

图6B例示了根据本公开内容的另一个实施例的具有以非磁性互连作为耦合电路的多个耦合SHO的SHO。

图7A-B例示了根据本公开内容的一个实施例的两个耦合SHO的电路模型。

图8A例示了示出根据本公开内容的一个实施例的相对于跨堆叠存储器施加的电压的SHO的频率模拟的曲线图。

图8B例示了示出根据本公开内容的一个实施例的相对于由耦合电路提供的耦合控制的SHO的注入锁定的曲线图。

图9是根据本公开内容的一个实施例的具有SHO的智能设备或者计算机系统或者SoC(片上系统)。

具体实施方式

一些实施例说明了电阻器件(例如，磁结器件)，其是通过自旋电流从顶部电极和底部电极的注入以在电阻器件的自由磁性层中产生磁振荡而操作的三端自持式自旋霍尔振荡器(SHO)。

在一个实施例中，来自自旋霍尔效应(SHE)材料(此处也称为SHE电极或互连)的自旋霍尔电流(I_SH-control)与自由磁性层相互作用来产生自持振荡/振荡激励。在一个实施例中，第二隧穿激励电流(I_{sense/control})与垂直极化自由磁层相互作用以产生/确保自持振荡。在一个实施例中，通过磁性结的路径提供产生处于振荡频率的AC电流的感测路径。在一个实施例中，通过SHO的SHE互连的路径提供了耦合其他SHO的路径，用于耦合振荡器的状态。

实施例具有许多技术效果。例如，SHO的操作与外部磁偏置无关。根据一个实施例，这允许将SHO集成到芯片中而无需外部场施加电路。在一个实施例中，SHO的耦合电路提供基于电荷的耦合，其允许例如可以被滤波、放大或关断的可调谐耦合。一些实施例的SHO使用允许比任何已知STO更高效率的净耦合的SHE。依据本文所述的各种实施例，其他技术效果将是显而易见的。

一些实施例的SHO可以用于低功率和小面积数字时钟源或RF(射频)源。与LC(电感器-电容器)振荡器相比，在一些实施例中，SHO无需电感器来产生振荡信号。与传统的基于CMOS的振荡器相比，在一些实施例中，SHO不使用电压或电流偏置电路(例如，带隙电路)来产生振荡信号。与基于CMOS的振荡器相比，SHO的一些实施例使用更少的或不使用晶体管。SHO的实施例可以用于实现使用自旋器件的超小RF(射频)电路。SHO的实施例可以用于为手持和低功率设备(例如，平板电脑，智能电话等)提供芯片上的固有时钟源(natural clock source)。SHO的实施例还可以使得能够形成用于非布尔逻辑应用以及信号处理应用的耦合振荡器。

在以下说明中，论述了多个细节以提供对本公开内容的实施例的更透彻的解释。但对于本领域技术人员来说，显然，本公开内容的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他实例中，以方框图形式而非详细地示出了公知的结构和设备，以免使得本公开内容的实施例模糊不清。

注意，在实施例的相应附图中，以线来表示信号。一些线可以较粗，用以表示更多的组成信号路径，和/或在一端或多端具有箭头，用以表示主要信息流动方向。这种表示并非旨在是限制性的。相反，结合一个或多个示例性实施例来使用这些线，以便更易于理解电路或逻辑单元。按照设计需要或偏好所规定的，任何表示的信号实际上都可以包括一个或多个信号，其可以在任一方向上传播，并且可以以任何适合类型的信号方案来实施。

本说明书和权利要求书通篇中，术语“连接的”表示在相连的事物之间的直接电连接，没有任何中间器件。术语“耦合的”表示在相连的事物之间的直接电连接，或者通过一个或多个无源或有源中间器件的间接连接。术语“电路”表示一个或多个无源和/或有源组件，将其布置为彼此协作，以提供所期望的功能。术语“信号”表示至少一个电流信号、电压信号或数据/时钟信号。“一”和“所述”的含义包括复数引用。“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。

术语“缩放”通常是指将设计(示意图和布局)从一种工艺技术转换到另一种工艺技术，随后在布局区域中被减小。术语“缩放”通常还指在相同技术节点内缩小布局和器件。术语“缩放”还可以指代信号频率相对于另一个参数(例如，电源电平)的调整(例如，减慢或加快，即分别缩小或放大)。术语“基本上”、“接近”、“大约”、“附近”和“约”通常指代在目标值的+/-20％内。

除非另有指明，说明共同对象的序数词“第一”、“第二”和“第三”等的使用仅仅表示参考了相似对象的不同实例，并非旨在暗示如此说明的对象必须在时间、空间、排序上或者以任何其他方式处于给定的顺序中。

对实施例来说，晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其包括漏极、源极、栅极和体端子。晶体管还可以包括三栅和FinFet晶体管、环栅圆柱形晶体管或者实施晶体管功能的其他器件，如碳纳米管或自旋电子器件。源极端子和漏极端子可以是相同的端子，在本文中可互换地使用。晶体管还可以是具有不对称源极端子和漏极端子的隧道FET(TFET)器件。本领域技术人员会理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以使用其他晶体管，例如双极结晶体管-BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等。术语“MN”表示n型晶体管(例如NMOS、NPN BJT等)，术语“MP”表示p型晶体管(例如PMOS、PNP BJT等)。

图2A例示了根据本公开内容的一个实施例的具有磁性叠层的自持式SHO 200。在一个实施例中，SHO 200包括耦合到以自旋耦合材料(例如，SHE材料)形成的互连202的磁性叠层201。在一个实施例中，沿着SHE互连202的水平方向的一端或两端由非磁性金属203a/b形成。在一个实施例中，磁性叠层201包括通过堆叠具有隧道电介质的铁磁层和另一个铁磁层形成的MTJ。在一个实施例中，磁性叠层201包括自旋阀，其通过堆叠具有非磁性金属的铁磁层和另一铁磁层形成。在其它实施例中，可以使用可以耦合到由SHE材料或其它自旋耦合材料形成的互连202的其它磁性叠层。这里的实施例是参考作为SHE材料互连的互连202描述的。然而，实施例还可以使用以其它自旋耦合材料形成的互连。

在一个实施例中，SHE互连202是展现SHE特性的金属互连。在一个实施例中，SHE互连202是磁性叠层201所独有的，即它不与其它磁性叠层共享。SHE互连可以使用例如铜Cu的常规导体连接到其他SHE互连。在一个实施例中，SHE互连202由掺杂有诸如铱、铋和周期表中可以呈现高自旋轨道耦合的3d、4d、5d和4f、5f周期族的任何元素的元素的β-钽(β-Ta)、Ta、β-钨(β-W)、W、Pt、铜(Cu)制成。在一个实施例中，非磁性金属203a/b由Cu、Co、α-Ta、Al、CuSi或NiSi中的一种或多种形成。

在一个实施例中，当(例如由电压源)跨SHO 200施加电压时，电流I_Excite流过磁性叠层201，导致振荡电流I_OSC流过SHE互连202。参考图3A-C说明振荡的示例。

图2B例示了根据本公开内容的一个实施例的具有MTJ的SHO 220。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图2B中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

在该实施例中，磁性叠层201包括MTJ。广泛的材料组合可以用于MTJ器件的材料堆叠。在该实施例中，材料的叠层包括：Co_xFe_yB_z、MgO、Co_xF_yB_z、Ru、Co_xF_yB_z、IrMn、Ru、Ta和Ru，其中，“x”、“y”和“z”是整数。在其它实施例中，可以使用其它材料来形成包括夹置在非磁性电介质(例如，MgO)之间的固定磁性层和自由磁性层的MTJ器件。

在一个实施例中，MTJ叠层包括自由磁性层、MgO隧道氧化物、固定磁性层(其为被称为基于合成反铁磁体(SAF)的CoFe/Ru/CoFe层的组合)以及反铁磁体(AFM)。SAF层具有两个CoFe层中的磁化相反的特性，并且允许消除自由磁性层周围的偶极场，使得杂散偶极场不控制自由磁性层。材料的广泛组合可以用于材料堆叠。

在一个实施例中，固定磁性层的磁化方向相对于自由磁性层的磁化方向垂直(即，自由磁性层和固定磁性层的磁化方向不平行，而是它们正交)。例如，自由磁性层的磁化方向在面内，而固定磁性层的磁化方向垂直于所述面内(in-plane)。在一个实施例中，固定磁性层的磁化方向在面内，而自由磁性层的磁化方向垂直于所述面内。

在一个实施例中，固定磁性层的厚度决定其磁化方向。例如，当固定磁性层的厚度高于某一阈值(取决于磁体的材料，例如对于CoFe大约为1.5nm)时，则固定磁性层展现出在面内的磁化方向。同样，当固定磁性层的厚度低于某一阈值(取决于磁体的材料)时，则固定磁性层展现出垂直于磁性层的平面的磁化方向。在一个实施例中，自由磁性层的厚度也以与固定层相同的方式确定其磁化方向。其他因素也可以确定磁化的方向。例如，诸如表面各向异性(取决于相邻层或铁磁层的多层组成)和/或晶体各向异性(取决于应力和晶格结构修改，例如FCC，BCC或L10-型的晶体，其中，L10是展现出垂直磁化的晶族的类型)的因素也可以确定磁化的方向。图2C例示了图2B的实施例的顶视图230。

图3A例示了示出根据一个实施例的针对SHO的、作为时间的函数的x、y和z平面中的自旋投影的曲线图300。要指出的是，具有与任何其它图中的元件相同的附图标记(或名称)的图3A中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

在曲线图300中，水平轴是以纳秒(ns)为单位的时间，垂直轴示出了归一化为总磁化的图3C的MTJ 330在x，y和z轴上的自旋投影的模拟波形。图3C例示了MTJ器件的截面330，其中，自由磁性层的磁化方向在面内(示出为指向右)，而固定磁性层的磁化方向是垂直的(示出为指向上)。

回来参考图2B，在SHE互连202中传导的电流I_OSC的近似方形脉冲形状沿着z轴(垂直于平面)产生自旋电流，并且极化沿着m_x轴。该电流的自旋转矩引起曲线图300(即实线)和m_y轴(即虚线)中的自旋投影的振荡，其中，“m”表示任意单位的自旋投影。这里，z轴上的自旋投影(即m_z)不振荡(即，基本上水平的实线)。曲线图300例示了实施例的SHO可以在没有外部磁偏置的情况下产生高振幅振荡。

图3B例示了示出自旋演化轨迹的三维图320，即，三个轴上的SHO的自旋投影的三维图。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图3B中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。在该示例中，x和y方向上的物理自旋投影振荡(其对应于图3A中的振荡)，而z轴上的物理自旋投影保持基本上恒定。

图4例示了示出根据一个实施例的作为跨SHO施加的电压的函数的SHO的振荡频率的调整的曲线图400。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图4中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

在此，横轴是以GHz为单位的频率，纵轴是振幅频谱密度(v/sqrt(Hz))。曲线图400例示了相位噪声如何确定输出功率的谱宽度(由谱密度的振幅所指示)。在一个实施例中，磁体越热稳定，振荡信号中的相位噪声就越小。磁体的热稳定性随着体积增加或随着纳米磁体的磁各向异性的增加而增加。如参考图2A-B所描述的，当跨SHO 200/220施加电压V_E时，SHO200/220开始在SHE互连202中产生振荡信号。在一个实施例中，可以通过调整V_E来调整振荡信号的振荡频率。当跨SHO 200/220施加V_E时，产生I_Excite，其导致自由磁体处理，然后产生振荡信号I_OSC。

在该示例中，考虑V_E的三个电压电平——401，其为0.4V；402，其为0.6V；以及403，其为0.8V。三个施加电压(401、402和403)中的每一个的振荡频率是不同的，这表明用以微调振荡信号的振荡频率的机制。在该示例中，当V_E从401变化到403时，STO振荡频率调谐范围是20GHz。

图5例示了根据本公开内容的一个实施例的由多个耦合SHO形成的SHO 500。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图5中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。尽管实施例示出了两个耦合SHO，但是可以在一维或二维中耦合任意数量的SHO以产生多个振荡信号。

在一个实施例中，SHO 500包括第一振荡器，其包括磁性叠层501a(与磁性叠层201相同)和SHE互连502a(与SHE互连202相同)。在该实施例中，SHO 500还包括第二振荡器，其包括其自身的磁性叠层501b(与磁性叠层201相同)和SHE互连502b(与SHE互连202相同)。在一个实施例中，第一和第二振荡器通过耦合电路503a耦合在一起。

在一个实施例中，如图所示的，耦合电路503a耦合第一和第二振荡器的非磁性金属部分。在一个实施例中，额外的耦合电路503b用于将第二振荡器与另一个振荡器(未示出)耦合。在这个实施例中，振荡器链可以通过相应的耦合电路耦合在一起以形成耦合SHO。参考图8B说明SHO 500的示例性操作。

回来参考图5，在一个实施例中，每个振荡器(例如，第一或第二振荡器)是通过从磁性叠层的顶部电极和横向底部电极(即，SHE互连)注入电荷电流而操作的三端自持振荡器。在一个实施例中，耦合电路503a和503b提供的耦合是双向耦合。耦合的双向性可以理解如下。磁体之间的耦合通过注入与在振荡器之间流动的电荷电流成比例的自旋电流而发生。在耦合电路中流动的电荷电流由节点V1和V2之间的电压差建立，如图7A所示。V1和V2又由振荡器1和2的实际磁条件设置。因此，耦合在振荡器之间是双向的。回来参考图5，在一个实施例中，耦合电路503a(和/或503b)包括具有可控栅极端子的晶体管，使得晶体管源极端子和漏极端子耦合到第一和第二振荡器的SHE互连。

例如，将晶体管的源极端子/漏极端子耦合到同样耦合到SHE互连502a的非磁性金属，并且将晶体管的漏极端子/源极端子耦合到同样耦合到SHE互连502b的另一非磁性金属。在一个实施例中，SHO 500进一步包括电压源，用以控制栅极端子的电压，以使得SHE互连502a(本文中也称为第一互连)上的信号的振荡与SHE互连502b(在本文中也称为第二互连)上的信号的振荡同步。

在一个实施例中，耦合电路503a(和/或503b)是耦合第一和第二振荡器的非磁性互连。在一个实施例中，非磁性互连由以下中的一种或多种形成：Cu、α-Ta、Al、CuSi或NiSi。在一个实施例中，耦合电路503a由与耦合到SHE互连502a/b的非磁性金属部分相同的材料形成。在一个实施例中，耦合电路503a由与耦合到SHE互连502a/b的非磁性金属部分不同的非磁性材料形成。

在一个实施例中，耦合电路503a包括可变电阻器件。在一个实施例中，耦合电路503a是信号处理单元，其能够操作以对耦合信号强度进行放大、削弱、滤波或相移，其中，耦合信号在第一和第二振荡器之间来回传送(traverse)。

图6A例示了根据本公开内容的一个实施例的具有以非磁性互连作为耦合电路的多个耦合SHO的SHO 600。要指出的是，具有与任何其它图中的元件相同的附图标记(或名称)的图6A中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

除了以下区别以外，SHO 600的实施例类似于SHO 500的实施例。在此，代替多于两个耦合电路和振荡器，示出了具有耦合电路603的两个振荡器(第一和第二振荡器)，耦合电路603经由非磁性金属Cu耦合到SHE互连602a和602b，如图所示。在该实施例中，每个磁性叠层501a和501b都类似于图2B的磁性叠层220。在该实施例中，第一和第二振荡器的自由磁体(自由M)的磁化方向在面内(如指向右的箭头所示)，而第一和第二振荡器的固定磁体(固定M)的磁化方向是垂直的(如指向上的箭头所示)。在此，耦合电路602由Cu形成以将第一振荡器和第二振荡器耦合在一起。

在一个实施例中，来自SHE互连602a的自旋霍尔电流(I_OSC)与第一振荡器的自由磁性层(自由M)相互作用以产生自持振荡/激励。在一个实施例中，第一振荡器的第二隧道激励电流(I_Excite1)与垂直极化的固定磁层相互作用以产生/确保自持振荡。在一个实施例中，通过第一振荡器的MTJ的路径提供以振荡频率产生AC电流的感测路径。在一个实施例中，耦合电路602通过第一振荡器的SHE互连602a提供了将第一振荡器耦合到第二振荡器的路径。尽管参考两个磁性叠层说明了图6A的实施例，但是可以使用任何数量的磁性叠层并且通过耦合电路将其耦合在一起。类似地，在一个实施例中，耦合电路603可以是任何耦合电路，参考图5说明了其中一些。

图6B例示了根据本公开内容的另一个实施例的具有以非磁性互连作为耦合电路的多个耦合SHO的SHO 620。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图6B中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

为了不使图6B的实施例难以理解，说明在图6A与图6B之间区别。除了改变了第一和第二振荡器的各自MTJ的磁化方向之外，SHO 620类似于SHO 600。在此，第一和第二振荡器的固定磁体(固定M)的磁化方向在面内(如指向右的箭头所示)，而第一和第二振荡器的自由磁体(自由M)的磁化方向是垂直的(如指向上的箭头所示)。在一个实施例中，所有SHO的自由磁体的磁化方向相同。在这个实施例中，用于所有SHO的固定磁铁的磁化方向也是相同的。

图7A-B例示了根据本公开内容的一个实施例的多个耦合SHO(例如图6A的第一和第二振荡器)的电路模型700和720。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图7A-B中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

电路模型700包括用于两个振荡器(即，第一振荡器和第二振荡器)的模型。在此，每个振荡器具有各自的磁性叠层701a和701b，其在一端耦合到电源节点V_supply，在其各自的另一端分别耦合到节点V1和V2。在一个实施例中，第一和第二振荡器在节点V1和V2处通过耦合电路703耦合在一起，耦合电路703被建模为可变电阻器。通过改变可变电阻器的电阻，可以调整耦合系数以使在节点V1和V2处的振荡信号的振荡频率同步。在一个实施例中，节点V1和V2还通过分别与磁性叠层701a和701b串联耦合的导电元件耦合到第三公共端子(例如，地)。

除了磁性叠层701a和702b由电导代替以外，电路模型720类似于电路模型700。例如，磁堆叠层701a由电源节点V_supply和节点V1之间的电导(G_FM3(m₃)和G_FM0(m_STO1))的串联组合代替。同样，磁堆叠层701b被电源节点V_supply和节点V2之间的电导(G_FM3(m₃)和G_FM0(m_STO2))的串联组合代替。模型700和720的自旋等效电路包括由磁性叠层701a和701b中的磁体的当前条件控制的张量自旋传导矩阵。在此，耦合电路723被建模为具有用以调整晶体管的电阻的栅极端子的晶体管。

根据一个实施例，使用多物理模拟来模拟SHO 600的功能，所述多物理模拟将纳米磁体视为单自旋投影并且使用自旋电路理论来计算标量电压和矢量自旋电压。第一和第二振荡器的固定磁体和自由磁体通过Landau-Lifshitz-Gilbert方程描述如下：

在此，I_s1和I_s2是垂直于进入纳米磁体的自旋极化电流的磁化的投影。这些投影由自旋电路分析得出。源自形状和材料各向异性的有效磁场H_eff和吉尔伯特阻尼常数“α”是磁体的特性。自旋电流从传输模型700和720获得。在一个实施例中，使用自相容随机解算器(self-consistent stochastic solver)来考虑磁体的热噪声。

图8A例示了示出根据本公开内容的一个实施例的相对于跨堆叠存储器施加的电压的SHO的频率模拟的曲线图800。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图8A中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

在此，x轴是电压(V)，y轴是频率(GHz)。曲线图800例示了没有外部场偏置的可调偏置自由面内STO的自旋电流模拟。电路模型700/720用于模拟SHO。在此，电路模拟与通过电路的自旋相关传输自相一致地求解器件的磁性层的磁化动力学(dynamics)。曲线图800示出了为面内器件的标称处理条件的面内SHO实现宽工作范围上的可调谐性。在此，观察到在从10GHz到20GHz的倍频程上的可调谐范围，其中，所施加的偏压V_E从0.4V到0.8V调谐。

图8B例示了示出根据本公开内容的一个实施例的相对于由耦合电路提供的耦合控制的SHO的注入锁定的曲线图820。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图8B中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

在此，x轴是以1/Ohm为单位的耦合(即耦合电路的电导率)，y轴是频率(GHz)。在此情况下，通过改变到晶体管的栅极端子的电压来调整耦合电路723的电阻。在此，将工作在10GHz和12GHz的两个SHO以固定相位差调谐到相同频率，以产生同步振荡器。当到晶体管的栅极的耦合电压小于0.1V时，两个SHO具有不同步的振荡。在该示例中，当增大耦合电压(例如，接近0.5V)时，两个SHO展现出同步振荡。

图9是根据本公开内容的一个实施例的具有SHO的智能设备或者计算机系统或者SoC(片上系统)。要指出的是，具有与任何其它图的元件相同的附图标记(或名称)的图9中的那些元件可以以类似于所述的任何方式操作或起作用，但不限于此。

图9例示了可以使用平面接口连接器的移动设备的实施例的方框图。在一个实施例中，计算设备1600表示移动计算设备，诸如计算平板，移动电话或智能电话，具有无线功能的电子阅读器或其他无线移动设备。应当理解，在计算设备1600中一般地示出了某些组件，没有在计算设备1600中示出这个设备的所有组件。

在一个实施例中，计算设备1600包括具有根据已探讨的实施例所述的SHO的第一处理器1610。计算设备1600的其他块也可以包括实施例的SHO。本公开内容的各种实施例还可以包括1670内的网络接口，例如无线接口，以使得系统实施例可以包含在无线设备中，例如蜂窝电话或个人数字助理。

在一个实施例中，处理器1610(和/或处理器1690)可以包括一个或多个物理设备，例如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑器件或其他处理模块。由处理器1610执行的处理操作包括在其上执行应用和/或设备功能的操作平台或操作系统的执行。处理操作包括与和用户的或和其他设备的I/O(输入/输出)有关的操作、与电源管理有关的操作、和/或与将计算设备1600连接到另一个设备有关的操作。处理操作还可以包括与音频I/O和/或显示I/O有关的操作。

在一个实施例中，计算设备1600包括音频子系统1620，其表示与向计算设备提供音频功能相关联的硬件(例如音频硬件和音频电路)和软件(例如驱动器、编码解码器)组件。音频功能可以包括扬声器和/或耳机输出，以及话筒输入。用于这种功能的设备可以集成到设备1600中，或者连接到计算设备1600。在一个实施例中，用户通过提供由处理器1610接收并处理的音频命令来与计算设备1600交互。

显示子系统1630表示硬件(例如显示设备)和软件(例如驱动器)组件，其提供视觉和/或触觉显示，用于用户与计算设备1600交互。显示子系统1630包括显示接口1632，其包括特定屏幕或硬件设备，用于向用户提供显示。在一个实施例中，显示接口1632包括与处理器1610分离的逻辑，用以执行与显示有关的至少一些处理。在一个实施例中，显示子系统1630包括触摸屏(或触控板)设备，其提供到用户的输出和输入。

I/O控制器1640表示与和用户的交互有关的硬件设备和软件组件。I/O控制器1640能够操作以管理是音频子系统1620和/或显示子系统1630的部分的硬件。另外，I/O控制器1640例示了用于连接到计算设备1600的额外设备的连接点，用户可以通过所述额外设备与系统交互。例如，可以附接到计算设备1600的设备可以包括话筒设备、扬声器或立体声系统、视频系统或其他显示设备、键盘或小键盘设备、或者其他I/O设备，用于与诸如读卡器的特定应用或其他设备一起使用。

如上所述，I/O控制器1640可以与音频子系统1620和/或显示子系统1630交互。例如，通过话筒或其他音频设备的输入可以提供输入或命令，用于计算设备1600的一个或多个应用或功能。另外，代替或除了显示输出，可以提供音频输出。在另一个示例中，如果显示子系统1630包括触摸屏，显示设备还充当输入设备，其可以至少部分地由I/O控制器1640管理。计算设备1600上也可以有另外的按钮或开关，以提供由I/O控制器1640管理的I/O功能。

在一个实施例中，I/O控制器1640管理设备，例如加速度计、相机、光传感器或其他环境传感器、或者可以包括在计算设备1600中的其他硬件。输入可以是直接用户交互的部分，以及向系统提供环境输入，以影响其操作(例如滤除噪声、针对亮度检测调整显示、为相机应用闪光灯、或其他特征)。

在一个实施例中，计算设备1600包括电源管理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包括存储器设备，用于在计算设备1600中存储信息。存储器可以包括非易失性(如果中断到存储器设备的电力，状态不改变)和/或易失性(如果中断到存储器设备的电力，状态不确定)存储器设备。存储器子系统1660可以存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档、或其他数据、以及与计算设备1600的应用和功能的执行有关的系统数据(长期的或暂时的)。

实施例的单元也可以作为用于存储计算机可执行指令(例如用以实施本文所述的任何其他处理的指令)的机器可读介质(例如存储器1660)来提供。机器可读介质(例如存储器1660)可以包括但不限于，闪存、光盘、CD-ROM、DVD ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁或光卡、相变存储器(PCM)、或者适合于存储电子或计算机可执行指令的其他类型的机器可读介质。例如，本公开内容的实施例可以作为计算机程序(例如BIOS)下载，其可以通过数据信号的形式经由通信链路(例如调制解调器或网络连接)从远程计算机(例如服务器)传送到请求计算机(例如客户机)。

连接1670包括硬件设备(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)，以使得计算设备1600能够与外部设备通信。计算设备1600可以是分离的设备，例如其他计算设备、无线接入点或基站，以及外围设备，例如耳机、打印机或其他设备。

连接1670可以包括多个不同类型的连接。概括地说，将计算设备1600示出为具有蜂窝连接1672和无线连接1674。蜂窝连接1672通常指代由无线载波提供的蜂窝网络连接，例如借助GSM(全球移动通信系统)或其变型或其派生物、CDMA(码分多址)或其变型或其派生物、TDM(时分复用)或其变型或其派生物、或者其他蜂窝服务标准提供的。无线连接(或无线接口)1674指代不是蜂窝的无线连接，可以包括个域网(例如蓝牙、近场等)、局域网(例如Wi-Fi)和/或广域网(例如WiMax)或其他无线通信。

外设连接1680包括硬件接口和连接器，以及软件组件(例如驱动器、协议栈)，用以获得外设连接。会理解，计算设备1600可以是到其他计算设备的外围设备(“至”1682)，以及具有连接到它的外围设备(“自”1684)。计算设备1600通常具有“对接(docking)”连接器，用以连接到其他计算设备，用于诸如管理(例如下载和/或上载、改变、同步)计算设备1600上的内容的目的。另外，对接连接器可以允许计算设备1600连接到特定外设，其允许计算设备1600控制例如到视听或其他系统的内容输出。

除了专有的对接连接器或其他专有连接硬件，计算设备1600可以经由常用或基于标准的连接器获得外设连接1680。常用类型可以包括通用串行总线(USB)连接器(其可以包括多个不同硬件接口中的任意硬件接口)、包括MiniDisplayPort(MDP)的DisplayPort、高清晰度多媒体接口(HDMI)、火线或其他类型。

说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不一定包括在所有实施例中。“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”的多次出现不一定全都指代相同的实施例。如果说明书表述组件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，那么该特定组件、特征、结构或特性不必需被包括。如果说明书或权利要求提及“一”元件，这并不表示仅有一个所述元件。如果说明书或权利要求书提及“一额外的”元件，这并不排除存在多于一个该额外的元件。

此外，特定特征、结构、功能或特性可以在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。例如，第一实施例可以与第二实施例组合，只要与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥。

尽管结合其特定实施例说明了本公开内容，但根据前述说明，这种实施例的许多替代、修改和变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。例如，诸如动态RAM(DRAM)的其他存储器架构可以使用所述实施例。本公开内容的实施例旨在包含属于所附权利要求书的宽泛范围内的所有此类替代、修改和变化。

另外，为了图示和论述的简单，在所呈现的附图内可以示出或不示出到集成电路(IC)芯片或其他组件的公知的电源/接地连接，以避免使得本公开内容难以理解。此外，可以以方框图形式示出装置，以避免使得本公开内容难以理解，并且还考虑到以下事实：关于这种方框图装置的实现方式的细节与要在其内实施本公开内容的平台极为相关(即这种细节应完全在本领域技术人员的理解能力内)。尽管阐述了特定细节(例如电路)以便说明本公开内容的示例性实施例，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，无需这些特性细节或者借助这些特定细节的变化也可以实践本公开内容。所述说明因而应视为说明性而非限制性的。

以下示例属于进一步的实施例。示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任意处使用。也可以针对方法或过程实施本文所述装置的所有可任选的特征。

例如，提供了一种装置，其包括具有自旋轨道耦合材料的互连；及具有两个磁性层的磁性叠层，使得所述磁性层中的一个耦合到所述互连，其中，所述两个磁性层中的每一个具有各自的磁化方向以使得所述磁性叠层振荡。在一个实施例中，磁性叠层包括MTJ器件。在一个实施例中，所述装置进一步包括电压源，用于跨所述磁性叠层施加电压，以使得所述互连上的信号振荡。在一个实施例中，电压源能够操作以调整跨磁性叠层的电压，从而调整所述信号的振荡频率。

在一个实施例中，互连耦合到非磁性金属部分。在一个实施例中，非磁性金属部分由Cu、Co、α-Ta、Al、CuSi或NiSi中的一种或多种形成。在一个实施例中，自旋轨道耦合材料是SHE材料。在一个实施例中，SHE材料由具有高自旋轨道耦合的W、Ta、Pt、CuIr、4d或5d金属中的一种或多种形成。在一个实施例中，两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，自由磁性层的磁化方向在面内，并且其中，固定磁性层的磁化方向垂直于自由磁性层的磁化方向。

在一个实施例中，两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，固定磁性层的磁化方向在面内，并且其中，自由磁性层的磁化方向垂直于固定磁性层的磁化方向。在一个实施例中，两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，并且其中，固定磁性层和自由磁性层的磁化方向在面内。

在另一示例中，提供了一种系统，其包括：存储器；耦合到所述存储器的处理器，所述处理器包括根据上述装置的装置；及用于允许处理器与另一设备通信耦合的无线接口。

在另一示例中，提供了一种装置，其包括：第一振荡器，包括：具有SHE材料的第一互连；及第一磁性叠层，其具有两个磁性层，使得所述磁性层中的一个耦合到所述第一互连，其中，所述两个磁性层中的每一个具有各自的磁化方向，以使得所述第一磁性叠层振荡所述第一互连上的信号。在一个实施例中，所述装置还包括第二振荡器，所述第二振荡器包括：具有SHE材料的第二互连；及第二磁性叠层，其具有两个磁性层，使得所述磁性层中的一个耦合到所述第二互连，其中，所述两个磁性层中的每一个具有各自的磁化方向，以使得所述第二磁性叠层振荡所述第二互连上的信号；及将所述第一振荡器耦合到所述第二振荡器的耦合电路。

在一个实施例中，所述耦合电路包括晶体管，该晶体管具有可控栅极端子，并且具有分别耦合到第一互连和第二互连的源极端子和漏极端子。在一个实施例中，所述装置还包括电压源，用于控制栅极端子的电压，以使得第一互连上的信号振荡与第二互连上的信号的振荡同步。在一个实施例中，耦合电路是将第一互连耦合到第二互连的非磁性互连。

在一个实施例中，耦合电路包括可变电阻器件。在一个实施例中，第一互连和第二互连的SHE材料耦合到非磁性金属层。在一个实施例中，第一振荡器和第二振荡器中的每一个的第一互连和第二互连的SHE材料由具有高自旋轨道耦合的W、Ta、Pt、CuIr、4d或5d金属中的一种或多种形成。在一个实施例中，耦合电路是信号处理单元，其能够操作以对耦合信号强度进行放大、削弱、滤波或相移，所述耦合信号在第一振荡器和第二振荡器之间来回传送。

在另一示例中，提供了一种系统，其包括：存储器；耦合到所述存储器的处理器，所述处理器包括根据上述装置的装置；用于允许处理器与另一设备通信耦合的无线接口。

在另一示例中，提供了一种装置，其包括：第一振荡器，其包括具有自旋轨道耦合材料的第一互连及耦合到所述第一互连的第一磁性叠层；第二振荡器，包括具有自旋轨道耦合材料的第二互连及耦合到所述第二互连的第二磁性叠层；及将第一振荡器耦合到第二振荡器的耦合电路。

在一个实施例中，第一磁性叠层具有自由磁性层和固定磁性层，使得自由磁性层耦合到第一互连，并且其中，固定磁性层具有垂直于自由磁性层的磁化方向的磁化方向。在一个实施例中，第二磁性叠层具有自由磁性层和固定磁性层，使得自由磁性层耦合到第二互连，并且其中，固定磁性层具有垂直于自由磁性层的磁化方向的磁化方向。

在一个实施例中，第一磁性叠层和第二磁性叠层具有各自的自由磁性层和固定磁性层，使得各自的自由磁性层分别耦合到第一互连和第二互连，并且其中，各自的固定磁性层具有平行于各自的自由磁性层的磁化方向的磁化方向。在一个实施例中，第一磁性叠层和第二磁性叠层具有各自的自由磁性层和固定磁性层，使得各自的自由磁性层分别耦合到第一和第二互连，并且其中，各自的固定磁性层具有垂直于各自的自由磁性层的磁化方向的磁化方向。在一个实施例中，耦合电路是信号处理单元，其能够操作以对耦合信号强度进行放大、削弱、滤波或相移，耦合信号在第一和第二振荡器之间来回传送。

在另一示例中，提供了一种系统，其包括：存储器；耦合到所述存储器的处理器，所述处理器包括根据上述装置的装置；及用于允许处理器与另一设备通信耦合的无线接口。

在另一示例中，提供了一种方法，其包括：形成具有自旋轨道耦合材料的互连；及形成具有两个磁性层的磁性叠层，使得所述磁性层中的一个耦合到所述互连，其中，所述两个磁性层中的每一个具有各自的磁化方向，以使得所述磁性叠层振荡。在一个实施例中，所述磁性叠层包括磁隧道结(MTJ)器件。

在一个实施例中，该方法还包括跨磁性叠层施加电压以使互连上的信号振荡。在一个实施例中，该方法还包括调整跨磁性叠层的电压以调整信号的振荡频率。在一个实施例中，该方法还包括将互连耦合到非磁性金属部分。在一个实施例中，该方法还包括由Cu、α-Ta、Al、CuSi或NiSi中的一种或多种形成所述非磁性金属部分。

在一个实施例中，自旋轨道耦合材料是自旋霍尔效应(SHE)材料。在一个实施例中，该方法还包括由具有高自旋轨道耦合的W、Ta、Pt、CuIr、4d或5d金属中的一种或多种形成SHE材料。在一个实施例中，所述两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，所述方法还包括：将所述自由磁性层的磁化方向形成为在面内，及将所述固定磁性层的磁化方向形成为垂直于自由磁性层的磁化方向。

在一个实施例中，两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，所述方法还包括：将固定磁性层的磁化方向形成为在面内；及将所述自由磁性层的磁化方向形成为垂直于所述固定磁性层的磁化方向。在一个实施例中，两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，并且其中，该方法还包括：将固定磁性层和自由磁性层的磁化方向形成为在面内。

在另一示例中，提供了一种装置，其包括：用于形成具有自旋轨道耦合材料的互连的模块；及用于形成磁性叠层的模块，所述磁性叠层具有两个磁性层，使得所述磁性层中的一个耦合到所述互连，其中，所述两个磁性层中的每一个具有各自的磁化方向以使所述磁性叠层振荡。在一个实施例中，磁性叠层包括磁隧道结(MTJ)器件。

在一个实施例中，该装置还包括用于跨磁性叠层施加电压以使互连上的信号振荡的模块。在一个实施例中，该装置还包括用于调整跨磁性叠层的电压以调整信号的振荡频率的模块。在一个实施例中，该装置还包括用于将互连耦合到非磁性金属部分的模块。在一个实施例中，该装置还包括用于由Cu、a-Ta、Al、CuSi或NiSi中的一种或多种形成非磁性金属部分的模块。

在一个实施例中，自旋轨道耦合材料是自旋霍尔效应(SHE)材料。在一个实施例中，所述装置还包括用于由具有高自旋轨道耦合的W、Ta、Pt、CuIr、4d或5d金属中的一种或多种形成SHE材料的模块。在一个实施例中，所述两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，所述装置还包括：用于将所述自由磁性层的磁化方向形成为在面内的模块，及用于将所述固定磁性层的磁化方向形成为垂直于所述自由磁性层的磁化方向的模块。

在一个实施例中，两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，所述装置还包括：用于将所述固定磁性层的磁化方向形成为在面内的模块，及用于将所述自由磁性层的磁化方向形成为垂直于所述固定磁性层的磁化方向的模块。在一个实施例中，所述两个磁性层包括自由磁性层和固定磁性层，其中，所述装置还包括：用于将所述固定磁性层和自由磁性层的磁化方向形成为在面内的模块。

提供了摘要，它允许读者确定本技术公开内容的本质和要旨。依据摘要不用于限制权利要求书的范围或含义的理解而提交摘要。以下权利要求书由此包含在具体实施方式部分中，每一个权利要求都独立作为单独的实施例。