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特表2024-528220電気制御による不揮発性書き込みおよびホール効果による読み出しを備えた電子システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-26
(54)【発明の名称】電気制御による不揮発性書き込みおよびホール効果による読み出しを備えた電子システム
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20240719BHJP
H10N 52/00 20230101ALI20240719BHJP
【ＦＩ】
H10B61/00
H10N52/00 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024506726
(86)(22)【出願日】2022-08-03
(85)【翻訳文提出日】2024-04-02
(86)【国際出願番号】 EP2022071817
(87)【国際公開番号】W WO2023012216
(87)【国際公開日】2023-02-09
(31)【優先権主張番号】2108564
(32)【優先日】2021-08-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510325651
【氏名又は名称】コミサリヤ ア レネルジ アトミク エ ウ エネルジ アルタナティブ
(71)【出願人】
【識別番号】511148123
【氏名又は名称】タレス
(71)【出願人】
【識別番号】501089863
【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ サイアンティフィク
(71)【出願人】
【識別番号】519077687
【氏名又は名称】ウニベルシテ グルノーブル アルプ
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(74)【代理人】
【識別番号】100151459
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 健一
(72)【発明者】
【氏名】セシル グレゼス
(72)【発明者】
【氏名】ローラン ビラ
(72)【発明者】
【氏名】ジャン－フィリップ アタヌ
(72)【発明者】
【氏名】マニュエル ビベス
【テーマコード（参考）】
4M119
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119AA07
4M119BB03
4M119CC05
4M119DD23
4M119DD32
4M119GG01
5F092AA05
5F092AB08
5F092AC02
5F092AD25
5F092BA19
5F092BA22
5F092BA33
5F092BB15
5F092BB24
5F092BB44
5F092BD05
(57)【要約】
本発明は、積層体（１８）を有する電子デバイス（１２）であって、第１電極（２４）と、電気的に制御可能な残留状態サブアセンブリ（２６）と、２次元電子ガス（３０）と、少なくとも１つの磁性層を備える磁気サブアセンブリ（３４）と、２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）および第２接点（Ｃ２、Ｃ４）を有する第２電極（３６）と、を備える電子デバイス（１２）と、２つの電極（２４、３６）の間に電界を印加することによって残留状態を書き込む書き込みデバイス（１４）と、２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）間に電流を印加し、第２接点（Ｃ２、Ｃ４）と基準電位との間の電圧を測定することにより、残留状態を読み出すホール効果読み出しデバイス（１６）と、を備える電子システム（１０）を開示する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気的制御による不揮発性の書き込みと、ホール効果による読み出しを備えた電子システム（１０）であって、積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む電子デバイス（１２）であって、前記積層体（１８）は、
第１電極（２４）と、
残留状態サブアセンブリ（２６）が電気的に制御可能な少なくとも２つの残留状態を有するように、少なくとも１つの誘電体層を備える残留状態サブアセンブリ（２６）と、
抵抗を有する２次元電子ガス（３０）と、
少なくとも１つの磁性層を備える磁気サブアセンブリ（３４）と、
各々が第１方向に沿って延在する２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）と、第２方向に沿って延在する第２接点（Ｃ２、Ｃ４）とを含む第２電極（３６）であって、前記第２方向は前記第１方向とは異なり、前記第１方向および第２方向は、前記積層体（Ｚ）の方向に対して垂直な平面内にある、第２電極（３６）と、
を備える、電子デバイス（１２）と、
前記２次元電子ガス（３０）の前記抵抗を変化させる前記第１電極（２４）と前記第２電極（３６）との間に電界を印加することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の残留状態を書き込むように適合された書き込みデバイス（１４）と、
前記２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）間に電流を印加し、前記第２接点（Ｃ２、Ｃ４）と基準電位との間の電圧を測定することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態を読み出すように適合されたホール効果読み出しデバイス（１６）と、
を備える電子システム。
【請求項2】
前記第１電極（２４）は、少なくとも１つの接点（Ｃ５）を有し、前記書き込みデバイス（１４）は、前記第１電極（２４）の前記少なくとも１つの接点（Ｃ５）と前記第２電極（３６）の少なくとも１つの接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）との間に前記電界を印加する、請求項１に記載の電子システム。
【請求項3】
前記第１電極（２４）が前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接触し、前記第１電極（２４）は、前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接合する、
特性のうちの少なくとも１つが実証されている、請求項１または２に記載の電子システム。
【請求項4】
前記第２電極（３６）は、少なくとも追加の接点（Ｃ２、Ｃ４）を含み、前記基準電位は、前記追加の接点（Ｃ４）の電位である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項5】
電気的に制御可能な前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態は、強誘電効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、または前記効果の組み合わせによって制御可能である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項6】
前記２次元電子ガス（３０）は、１０１０ｃｍ－２より大きいキャリア密度を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項7】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、強磁性金属合金、強磁性酸化物、磁性半導体、複数の強磁性層および金属層を有する複合強磁性素子、ホイスラー合金、希土類合金、または、これらの材料の組み合わせの中から選択された少なくとも１つの強磁性素子を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項8】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層および金属層を有する複合フェリ磁性素子、希土類フェリ磁性合金、または、これらの材料の組み合わせの中から選択された少なくとも１つのフェリ磁性素子を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項9】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接合された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、または、そのような材料の組み合わせの中から選択される少なくとも１つの反強磁性素子を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項10】
前記残留状態サブアセンブリ（２６）は、非強磁性および非フェリ磁性である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項11】
前記積層体（１８）は、２つの端部間に延在し、一方の端部は前記第１電極（２４）であり、他方の端部は前記第２電極（３６）である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項12】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、０．５％より大きい異常ホール効果を有する材料、および、０．５％より大きい磁気抵抗を有する材料から選択される少なくとも１つの磁気素子を備える、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項13】
前記積層体（１８）は、少なくとも１つの界面層（２８、３２）をさらに含み、前記界面層（２８、３２）は、非磁性金属層およびスピン軌道効果を示す層から選択される少なくとも１つの層を含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項14】
前記界面層（２８、３２）は、金属、ワイル半金属、２次元材料、遷移金属ジカルコゲナイドおよびトポロジカル絶縁体のうちの少なくとも１つの要素を含む、請求項１３に記載の電子システム。
【請求項15】
前記電子システム（１０）は、少なくとも他の電子デバイス（１２）を含み、全ての前記電子デバイス（１２）は、カスケード状またはアレイ状に配置され、各他の電子デバイス（１２）は、前記積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項16】
電子デバイス（１２）の前記第１電極（２４）は、隣接する電子デバイス（１２）の第２電極（３６）に接続されている、請求項１５に記載の電子システム。
【請求項17】
電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つが、隣接する電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つに接続されている、請求項１６に記載の電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気制御による不揮発性書込みおよびホール効果による読出しを備えた電子システムに関する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、マイクロエレクトロニクスの分野に関し、特に、不揮発性電気制御誘電体を用いたメモリデバイス、論理デバイス、ニューロモルフィックデバイス、特に情報通信技術の分野に関する。不揮発性電気制御誘電体材料は、ヒステリシスサイクルに続く印加電圧と見かけ上の蓄積電荷との間の非線形関係によって特徴付けられる。ヒステリシスサイクルの残留状態（ｒｅｍａｎｅｎｔ ｓｔａｔｅｓ）は、不揮発的に情報を保存するために使用することができる。
【0003】
強誘電体材料は、このような残留状態を有する材料の一例である。実際、強誘電体材料は自発的な巨視的分極を有し、この分極は電圧を印加することで書き込むことができる。強誘電体の状態で情報の一部を符号化することが可能であり、これがメモリデバイス／強誘電体論理デバイスの出現につながっている。
【0004】
このような効果を利用したデバイスの一例として、強誘電体ランダムアクセスメモリ（Ｆｅ－ＲＡＭ）が知られている。Ｆｅ－ＲＡＭは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）に似たメモリデバイスであり、不揮発性を得るために強誘電体層が加えられている。Ｆｅ－ＲＡＭの利点は、ランダムアクセスメモリの高速性とフラッシュメモリの不揮発性を併せ持つことである。
【0005】
Ｆｅ－ＲＡＭの場合、強誘電体層の２つの面の間に電圧を印加することで、記憶すべき情報の書き込みが行われる。これにより、情報は強誘電体層の分極状態で符号化される。
【0006】
読み出しは、電圧を印加し、発生する電流を測定することによって行われる。より正確には、分極を第１状態から第２状態、例えば、状態「０」から状態「１」に切り替えるために、強誘電体層の２つの面の間に電圧パルスが印加される。Ｆｅ－ＲＡＭが既に状態「１」であった場合、読み出される出力電流は印加された電圧パルスに関連するもののみである。Ｆｅ－ＲＡＭが最初に状態「０」であった場合、生成される電流は、電圧パルスに関連する電流と、分極の反転に関連する脱分極電流との和となる。
【0007】
このように、読み出しメカニズムは破壊的である。読み出しは、保存されたメモリ状態を消去し、特定のアーキテクチャによってＦｅ－ＲＡＭを書き換えることになる。
【0008】
強誘電体材料の特性を利用した既知のデバイスの第２の例は、強誘電体電界効果トランジスタ（Ｆｅ－ＦＥＴ）である。電界効果トランジスタは、ソースとドレインをつなぐチャネルの導電性に対する電界の作用に基づくユニポーラ３端子デバイスである。不揮発性を実現するため、Ｆｅ－ＦＥＴはゲート電極とチャネルの間に挿入された強誘電体素子を使用する。
【0009】
Ｆｅ－ＦＥＴの場合、情報は不揮発性ゲートとして働く強誘電体材料の分極で符号化され、トランジスタのチャネルの導電性を制御する。分極状態は、強誘電性材料の保磁力電圧よりも低い電圧でチャネルの長手方向の抵抗（読み出し電流に平行）を測定することで読み出される。メモリは消去されない。
【0010】
読み出しのメカニズムは確かに非破壊的であるが、強誘電体材料に読み出し電圧が印加されることによって引き起こされる部分的な脱分極による読み出しエラーに起因する問題があり、材料の選択に課される要件がデバイスの耐久性を制限している。
【0011】
抵抗ランダムアクセスメモリ（Ｒｅ－ＲＡＭ）も、誘電体材料中の抵抗に対する不揮発性の電気的制御を利用したデバイスの一例である。
【0012】
Ｒｅ－ＲＡＭの場合、通常は絶縁体である誘電体材料に電界を印加し、導電チャンネルを通して導電性を持たせる。このような伝導は、電荷のトラッピング、イオンマイグレーション、導電性フィラメントの形成など、様々なメカニズムによって得られる。そして情報は、誘電体素子の伝導チャネルの残留抵抗状態に符号化される。
【0013】
読み出しは、誘電体の端子において、書き込み電圧よりも低い電圧で誘電体の抵抗値を測定することによって行われる。
【0014】
読み出しは情報の符号化を排除しないため、読み出しのメカニズムは原理的に非破壊的であるが、誘電材料への読み出し電圧の影響による読み出しエラーに見舞われ、高電圧の印加を伴う。
【0015】
Ｒｅ－ＲＡＭメモリに代わるものとして、相変化型ランダムアクセスメモリ（ＰＣ－ＲＡＭ）が知られている。使用される材料は相変化材料であり、電流を流すと、導電性の低いアモルファス相と導電性の結晶相との間で切り替わる。
【0016】
しかしながら、このような材料は動作中に材料の変位を伴うため、このような部品には耐久性の問題がある。また、ＰＣ－ＲＡＭは動作電圧が高い。
【0017】
したがって、上述の欠点を克服した不揮発性電子システムが必要とされている。
【発明の概要】
【0018】
この目的のために、本明細書では、積層方向に沿って積層された積層体を含む電子デバイスを具備する、電気的制御による不揮発性の書き込みとホール効果による読み出しとを有する電子システムについて説明する。積層体は、第１電極と、残留サブアセンブリが電気的に制御され得る少なくとも２つの残留状態を有するような少なくとも１つの誘電体層を含む残留サブアセンブリと、２次元電子ガスと、少なくとも１つの磁性層を含む磁気サブアセンブリと、それぞれが第１方向に沿って延びる２つの第１接点と第２方向に沿って延びる第２接点とを含む第２電極とを含み、第２方向は第１方向とは異なり、第１方向および第２方向は積層の方向に対して垂直な平面内にある。電子システムは、２次元電子ガスの電気抵抗を変調することによって第１電極と第２電極との間に電界を印加することによって残留状態サブアセンブリの残留状態を書き込むのに適した書き込みデバイスと、２つの第１接点間に電流を印加し、第２接点と基準電位との間の電圧を測定することによって残留状態サブアセンブリの残留状態を読み出すのに適したホール効果読み出しデバイスとを含む。
【0019】
磁気メモリデバイスに対応する従来技術とは異なり、電子システムの書き込みメカニズムは、第１電極と第２電極との間に電界が印加されても、残留状態サブアセンブリの磁化を反転させない。電子システムの書き込みデバイスは、２次元電子ガスの電気抵抗の変調に対応して残留状態を変化させる役割を果たす。その結果、書き込みが改善される。
【0020】
他の特定の実施形態によれば、電子システムは、個別に、または技術的に可能な全ての組み合わせに従って、以下の特徴の１つまたは複数を有する。
第１電極は、少なくとも１つの接点を含み、書き込みデバイスは、第１電極の少なくとも１つの接点と第２電極の少なくとも１つの接点との間に電界を印加する。
第１電極は、残留状態サブアセンブリと接触している。
第１電極は、残留状態サブアセンブリと接合している。
第２電極は、２次元電子ガスと接触している。
第２電極は、２次元電子ガスと接合している。
第２電極は、磁気サブアセンブリと接触している。
第２電極は、磁気サブアセンブリと接合している。
第２電極は、少なくとも１つの追加接点を含み、基準電位は追加接点の電位である。
残留状態サブアセンブリの電気的に制御可能な残留状態は、強誘電効果、トラップ電荷効果、イオンマイグレーション効果、または効果の組み合わせによって制御することができる。
２次元電子ガスは、１０１０ｃｍ－２より大きいキャリア密度を有する。
磁気サブアセンブリは、強磁性金属合金、強磁性酸化物、磁性半導体、複数の強磁性層および金属層を有する強磁性複合素子、ホイスラー合金、希土類合金、または、これらの材料の組み合わせから選択される少なくとも１つの強磁性素子を含む。
磁気サブアセンブリは、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層と金属層を有する複合フェリ磁性素子、希土類フェリ磁性合金、または、これらの材料の組み合わせから選択される少なくとも１つのフェリ磁性素子を含む。
磁気サブアセンブリは、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接続された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、またはそのような材料の組み合わせから選択される少なくとも１つの反強磁性素子を含む。
積層体は２つの端部の間に延びており、一方の端部は第１電極であり、他方の端部は第２電極である。
磁気サブアセンブリは、０．５％より大きい異常ホール効果を有する材料、および、０．５％より大きい磁気抵抗を有する材料から選択される少なくとも１つの磁気素子を含む。
積層体は、少なくとも１つの界面層をさらに含み、界面層は、非磁性金属層およびスピン軌道効果を示す層から選択される少なくとも１つの層を含む。
界面層は、金属、ワイル半金属、２次元材料、遷移金属ジカルコゲナイド、トポロジカル絶縁体のうち少なくとも１つの元素を含む。
電子システムは、少なくとも１つの他の電子デバイス（１２）を含み、全ての電子デバイスはカスケードまたはアレイの形態で配置され、他の各電子デバイスは、積層方向に沿って積層された積層体を含む。
電子デバイスの第１電極は、隣接する電気デバイスの第２電極に接続される。
電子デバイスの第２電極の接点の１つが、隣接する電子デバイスの第２電極の接点の１つに接続されている。
第１電極は、少なくとも１つの接点を含み、書き込みデバイスは、第１電極の少なくとも１つの接点と第２電極の少なくとも１つの接点との間に電界を印加する。
第１電極は、残留状態サブアセンブリと接触している。
第１電極は、残留状態サブアセンブリと接合している。
第２電極は、２次元電子ガスと接触している。
第２電極は、２次元電子ガスと接合している。
第２電極は、磁気サブアセンブリと接触している。
第２電極は、磁気サブアセンブリと接合している。
第２電極は、少なくとも１つの追加接点を含み、基準電位は追加接点の電位である。
残留状態サブアセンブリの電気的に制御可能な残留状態は、強誘電効果、トラップ電荷効果、イオンマイグレーション効果、または効果の組み合わせによって制御することができる。
２次元電子ガスは、１０１０ｃｍ－２より大きいキャリア密度を有する。
磁気サブアセンブリは、強磁性金属合金、強磁性酸化物、磁性半導体、複数の強磁性層および金属層を有する強磁性複合素子、ホイスラー合金、希土類合金、または、これらの材料の組み合わせから選択される少なくとも１つの強磁性素子を含む。
磁気サブアセンブリは、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層と金属層を有する複合フェリ磁性素子、希土類フェリ磁性合金、または、これらの材料の組み合わせから選択される少なくとも１つのフェリ磁性素子を含む。
磁気サブアセンブリは、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接続された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、またはそのような材料の組み合わせから選択される少なくとも１つの反強磁性素子を含む。
積層体は２つの端部の間に延びており、一方の端部は第１電極であり、他方の端部は第２電極である。
磁気サブアセンブリは、０．５％より大きい異常ホール効果を有する材料、および、０．５％より大きい磁気抵抗を有する材料から選択される少なくとも１つの磁気素子を含む。
積層体は、少なくとも１つの界面層をさらに含み、界面層は、非磁性金属層およびスピン軌道効果を示す層から選択される少なくとも１つの層を含む。
界面層は、金属、ワイル半金属、２次元材料、遷移金属ジカルコゲナイド、トポロジカル絶縁体のうち少なくとも１つの元素を含む。
電子システムは、少なくとも１つの他の電子デバイス（１２）を含み、全ての電子デバイスはカスケードまたはアレイの形態で配置され、他の各電子デバイスは、積層方向に沿って積層された積層体を含む。
電子デバイスの第１電極は、隣接する電気デバイスの第２電極に接続される。
電子デバイスの第２電極の接点の１つが、隣接する電子デバイスの第２電極の接点の１つに接続されている。
【図面の簡単な説明】
【0021】
本発明の特徴および利点は、例としてのみ記載されているが、これに限定されるものではなく、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図１に、電気的制御による不揮発性書き込みとホール効果１０による読み出しを備えた電子システムを示す。以下、このようなシステムを単に電子システムと呼ぶ。
【0023】
電子システム１０は、電子デバイス１２と、書き込みデバイス１４と、ホール効果読み出しデバイス１６と、を含む。
【0024】
電子システム１０は、例えば、メモリ、論理デバイス、ニューロモルフィックデバイスである。
【0025】
この場合、電子システム１０が、ホール効果による電気的制御と読み出しを行うシステムであるという特異性を持っていることに、まず注目されたい。
【0026】
繰り返しになるが、ホール効果は電界の発生に寄与し、したがって物質を流れる電流に垂直な電圧の発生に寄与する。
【0027】
例えば、磁場が印加されたときに起こる、いわゆる古典的ホール効果は、磁場と電流に垂直な電圧を発生させる。
【0028】
他の実施例によれば、材料が磁化を帯びているときに発生する、いわゆる異常（ａｂｎｏｒｍａｌ）ホール効果または異常（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ）ホール効果は、磁化と電流に垂直な電圧を発生させる。
【0029】
さらに他の実施例によれば、材料が層の平面内で磁化を運ぶときに起こる平面ホール効果は、層の平面内で電流に垂直な電圧を発生させる。
【0030】
図１に示す例によれば、電子デバイス１２は積層体１８を含む。
【0031】
積層体１８の層は、積層方向Ｚに沿って積層された層である。
【0032】
次に、積層方向Ｚに垂直な２つの長手方向、第１長手方向Ｘと第２長手方向Ｙが定義される。２つの長手方向ＸとＹは互いに直交し、基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚが直行するように選択される。
【0033】
変形例では、第１長手方向Ｘと第２長手方向Ｙは、単に異なるだけであり、互いに直交していない。
【0034】
【0035】
最後に、層の厚さは、層の積層方向Ｚに沿った寸法、即ちその２つの面間の距離として定義される。
【0036】
図１に示す例によれば、積層体１８は十字形に重ね合わされた積層体である。
【0037】
図４を参照して後述するように、他の形状も可能である。
【0038】
本実施例では、クロスは２つの分岐部２０と２２の接合によって形成され、第１分岐部２０は第１長手方向Ｘに沿い、第２分岐部２２は第２長手方向Ｙに沿う。
【0039】
図１に示す場合、下から上に向かって、電子デバイス１２は、第１電極２４、残留状態サブアセンブリ２６、第１界面層２８、２次元電子ガス３０、第２界面層３２、磁気サブアセンブリ３４、および、第２電極３６を含む。
【0040】
このような層の順序は限定的なものではなく、他の可能な順序については後述する。
【0041】
本実施例では、第１電極２４は接点を含み、第２電極３６は４つの接点を含むため、電子デバイス１２は５つの接点を含む。
【0042】
また、以下では、第２電極３６の接点をそれぞれ第１接点Ｃ１、第２接点Ｃ２、第３接点Ｃ３、第４接点Ｃ４と呼び、第１電極２４の接点を第５接点Ｃ５と呼ぶ。
【0043】
各接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、電気的接点である。
【0044】
図１の表示では、各接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、主方向に沿って延びる平行六面体の形で表されている。
【0045】
この形状は非限定的であるが、各接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４はそれぞれの主方向を有する。
【0046】
さらに、第２電極３６における書き込みのための接点は、電極上のどこにあってもよいことに留意されたい。この接点は、上述の接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のいずれかによって、あるいは、例えば第２電極３６によって形成される十字の中心にある特定の接点によって形成することができる。
【0047】
図１の例によれば、第１電極２４は接点Ｃ５を介して電気的に接続されている。各電極２４または３６は、積層体の両側に配置された導電層によって形成することができるが、積層体の外層の１つが導電性である場合、その層に関連する電極２４または３６は、そのような外層とすることができることに留意されたい。
【0048】
本実施例によれば、残留状態サブアセンブリ２６は第１電極２４上に配置される。
【0049】
本明細書では、「サブアセンブリ」という表現は、単層と層の集合の両方を指す。
【0050】
いずれにせよ、１つの層であろうと複数の層であろうと、残留状態サブアセンブリ２６は、電気的に制御された不揮発性の誘電体素子を形成する。
【0051】
誘電体素子は、その面間に印加される電圧Ｖと、ヒステリシスサイクルに続く見かけ上の蓄積電荷Ｑとの間に非線形関係を有し、少なくとも２つの残留状態をもたらす。
【0052】
図２は、このような関係の一例を、電気的制御を伴う不揮発性誘電体のヒステリシスサイクルＱ－Ｖ特性を示すことによって図式化したものである。図２からわかるように、ヒステリシスサイクルにはＡとＢで示される２つの残留状態が含まれる。
【0053】
このような非線形関係は、例えば、強誘電体効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、または、複数のこのような効果の組み合わせを用いた電気的制御から生じる。
【0054】
残留状態サブアセンブリ２６を使用することにより、２次元電子ガス３０の導電性を不揮発的に電気的に制御することが可能になる。
【0055】
いずれにしても、残留状態サブアセンブリ２６は、電気的に制御可能な残留状態を有し、少なくとも１つの誘電体材料を含む。
【0056】
第１の実施例によれば、誘電体材料はＡＢＯ３型（ＡおよびＢは陽イオン）のペロブスカイト構造である。このような構造は酸化物ペロブスカイト構造である。
【0057】
これにより、誘電体材料は、例えば、ＢａＴｉＯ３、ＰＺＴ（即ち、ＰｂＺｒ１－ｘＴｉｘＯ３であり、ｘが０と１の間で変化する）、ＰＭＮ－ＰＴ（即ち、［１－ｘ］Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３ － ｘＰｂＴｉＯ３であり、ｘは０から１の間で変化する）、ＢｉＦｅＯ３（必要に応じて、例えば、Ｂｉサイトに希土類を、または、ＦｅサイトにＭｎをドープしたもの）、ＳｒＴｉＯ３（必要に応じてドープ）、ＫＴｉＯ３（必要に応じてドープ）、Ｐｒ０，７Ｃａ０，３ＭｎＯ３（必要に応じてドープ）、または、ＹＭｎＯ３（必要に応じてドープ）で形成される。
【0058】
第２の実施例によれば、誘電体材料は（Ｈｆ１－ｘＺｒｘ）Ｏ２、または、（Ｈｆ１－ｘＧａｘ）Ｏ２（ｘは０から１の間で変化する）、または、その合金である。
【0059】
誘電体には、ポリフッ化ビニリデンも使用できる。
【0060】
このような第２の実施例では、第１の実施例とは異なり、誘電体材料はペロブスカイト構造を持たない。
【0061】
第３の実施例によれば、誘電体材料は強誘電体半導体である。
【0062】
必要に応じてドープされたＧｅＴｅ、ＢｉＴｅＩ、ＢｉＡｌＯ３、Ｂｉ２ＷＯ３は、そのような強誘電体半導体材料の例である。
【0063】
第４の実施例によれば、誘電体材料は、以下の化合物、ＳｉＯｘＮｘ、（Ｔａ２Ｏ５）ｘ（ＴｉＯ２）１－ｘまたは（Ｎｂ２Ｏ５）ｘ（ＴｉＮｂ２Ｏ７）１－ｘ（ｘは０から１の間で変化する）の中から選択される。
【0064】
第５の実施例によれば、誘電体材料は、ＣｓＰｂＢｒ３、ＭＡＰｂＩ３、ＭＡＰｂＢｒ３などのハロゲン化物ペロブスカイト構造の中から選択される。
【0065】
上述の各実施例において、残留状態の存在は、強誘電効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、または、複数のそのような効果の組み合わせに由来する。実際には、支配的な効果は誘電体層の堆積条件に依存する。本実施例によれば、誘電体素子の保磁力電界およびその厚さは、書き込みデバイス１４がマイクロエレクトロニクス技術と整合性のある電圧、即ち、１０ボルト未満（＜１０Ｖ）の電圧で残留状態を書き込むのに適するように十分に小さい。上述の材料を１００ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満の厚さとすることにより、そのような特性を得ることができる。残留状態サブアセンブリ２６は、繰り返しにも耐性があり、典型的には少なくとも１０４サイクルに耐えることができる。
【0066】
場合によっては、不揮発性電気制御特性を変調させるために、特定の基板を使用することが好ましい。
【0067】
２次元電子ガス３０は、２つの層の界面に形成される閉じ込め電子ガスである。その閉じ込めは、ガスが厳密に２次元であると考えることができるものである。
【0068】
２次元電子ガス３０は、積層体１８の２つの層の界面に形成される。
【0069】
２次元電子ガス３０の抵抗は、残留状態サブアセンブリ２６の影響下で、より正確には残留状態サブアセンブリ２６の残留状態を選択することによって、不揮発的に電気的に変調することができる。
【0070】
好ましくは、ホール効果の電気的変調を改善するために、２次元電子ガスは高いキャリア密度を持つ（典型的には１０１０ｃｍ－２より大きい）。
【0071】
磁気サブアセンブリ３４は、電子デバイス１２のホール効果への寄与を生じさせるのに適している。
【0072】
場合によって、それは、異常ホール効果、平面ホール効果、あるいは双極子場の発生に関係する。後者の場合、ホール効果に寄与するのは、２次元電子ガスに対する双極子場の作用である。
【0073】
磁気サブアセンブリ３４は、少なくとも１つの磁性層を含む。
【0074】
例えば、磁気サブアセンブリ３４は、１つまたは複数の材料からなり、少なくとも１つの強磁性素子、フェリ磁性素子、または反強磁性素子を備える。
【0075】
変形例または追加例として、磁気サブアセンブリ３４は、磁化アンカー層、即ち、磁化の方向を設定することを意図した層をさらに含む。
【0076】
第１のケースによれば、磁気サブアセンブリは強磁性材料を含む。
【0077】
第１の実施例によれば、強磁性材料は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂ、Ｎｉ、Ａｌなどの元素からなる強磁性金属合金である。
【0078】
第２の実施例によれば、磁性材料は強磁性酸化物である。
【0079】
第３の実施例によれば、強磁性材料は磁性半導体である。
【0080】
第４の実施例によれば、磁性材料は［ＦＭ／Ｍ］ｎ／ＦＭ型の複合強磁性素子、即ち、複数の強磁性層ＦＭと金属層Ｍとに接合された積層体である。
【0081】
ｎは１から１０の間で変化する。
【0082】
強磁性材料ＦＭは、例えば、最初の３つの実施例の材料である。
【0083】
金属材料Ｍは、Ａｌ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｙ、および、Ａｕから選択される。
【0084】
第５の実施例によれば、強磁性材料はホイスラー合金である。Ｃｕ２ＭｎＡｌ、Ｃｕ２ＭｎＩｎ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、ＮｆｉＭｎＡｌ、ＮｆｉＭｎｌｎ、ＮｆｉＭｎＳｎ、ＮｆｉＭｎＳｂ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｐｄ２ＭｎＡｌ、Ｐｄ２ＭｎＩｎ、Ｐｄ２ＭｎＳｎ、Ｐｄ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｆｅ２ＶＡｌ、Ｍｎ２ＶＧａ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、ＭｎＧａ、または、ＭｎＧａＲｕは、ホイスラー合金の例である。
【0085】
第６の実施例によれば、強磁性材料は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙなどの希土類を含む合金で製造することができる。
【0086】
第２の実施例によれば、磁気サブアセンブリ３４は、例えば、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層および金属層を有する複合フェリ磁性素子、ホイスラー合金または希土類フェリ磁性合金、またはそのような材料の組み合わせから選択される少なくとも１つのフェリ磁性素子を含む。
【0087】
第３の実施例によれば、磁気サブアセンブリ３４は、例えば、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接合された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、またはそのような材料の組み合わせから選択される少なくとも１つの反強磁性素子を含む。
【0088】
磁気サブアセンブリ３４の厚さは、ホール効果読み出しデバイス１６のホール効果による読み出しを最適化するように、小さい（典型的には１００ｎｍ未満）。
【0089】
さらに、材料の選択は、ホール効果読み出しデバイス１６によって利用されるホール効果の性質によって変わり得る。
【0090】
異常ホール効果を利用するホール効果読み出しデバイス１６の場合、垂直磁化を呈する材料を選択することが好ましく、好適には異常ホール効果角が０．５％より大きい材料を選択することが好ましい。
【0091】
平面ホール効果を得るためには、０．５％を超える異方性磁気抵抗を有する平面磁性材料を選択することが好ましい。
【0092】
最後に、通常のホール効果測定の場合、強磁性サブアセンブリによって２次元電子ガス中に生成される減磁場を介して、高い磁化を持つ材料、即ち、μ０ＭＳ＞０．２テスラ（Ｔ）のような材料を使用することが好ましい。
【0093】
図１に示す実施例によれば、電子デバイス１２は、界面層２８および３２である２つの追加層を含む。
【0094】
その位置および／または組成に応じて、各界面層２８および３２は、２次元電子ガス３０を保護する機能、２次元電子ガス３０の形成に寄与する機能、その輸送特性を改善する機能、電子デバイス１２の電子輸送特性を改善する機能、および／またはホール効果読み出しデバイス１６による読み出しを容易にするためにホール効果の電気的変調を改善する機能のうちの１つまたは複数の機能を果たす。
【0095】
各界面層２８および３２は、例えば、１０ｎｍ以下の比較的薄い厚さを有する。
【0096】
一例として、界面層２８または３２は、Ａｌ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｙ、Ａｕのような周期表の３ｄ、４ｄ、５ｄ、４ｆ、５ｆ列の元素、またはＰｔＷのような元素の組み合わせからなる層である。
【0097】
他の実施例によれば、界面層２８または３２は、スピン軌道相互作用の強い材料で形成された層である。
【0098】
強いスピン軌道を有する材料は、充電電流をスピン電流に変換するための材料である。
【0099】
例えば、強いスピン軌道相互作用を有する材料としては、タンタル（β－Ｔａ）、ＢｉＳｂ、Ｔａ、β－タングステン（β－Ｗ）、Ｗ、Ｐｔなどが挙げられる。
【0100】
第２の実施例によれば、スピン軌道相互作用の強い材料は、周期表の３ｄ、４ｄ、５ｄ、４ｆ、５ｆ列の元素、例えば、Ｗ、Ｔａ、ＢｉをドープしたＣｕまたはＡｕであり、大きなスピン軌道効果を得ることができ、ＰｔＷのように５ｄ元素の組み合わせも可能である。
【0101】
第３の実施例によれば、強いスピン軌道相互作用を有する材料は２次元スピン軌道材料である。
【0102】
２次元スピン軌道材料の例として、以下の材料、グラフェン、ＢｉＳｅ２、ＢｉＳ２、ＢｉＳｅｘＴｅ２－ｘ（ｘは０から２の間で変化する）、ＢｉＳ、ＴｉＳ、ＷＳ２、ＭｏＳ２、ＴｉＳｅ２、ＶＳｅ２、ＭｏＳｅ２、Ｂ２Ｓ３、Ｓｂ２Ｓ、Ｔ０，７５Ｓ、Ｒｅ２Ｓ７、ＬａＣＰＳ２、ＬａＯＡｓＳ２、ＳｃＯＢｉＳ２、ＧａＯＢｉＳ２、ＡＩＯＢｉＳ２、ＬａＯＳｂＳ２、ＢｉＯＢｉＳ２、ＹＯＢｉＳ２、ＩｎＯＢｉＳ２、ＬａＯＢｉＳｅ２、ＴｉＯＢｉＳ２、ＣｅＯＢｉＳ２、ＰｒＯＢｉＳ２、ＮｄＯＢｉＳ２、ＬａＯＢｉＳ２、またはＳｒＦＢｉＳ２を挙げることができる。
【0103】
必要に応じて、上記の材料をドープすることもできる。
【0104】
第４の実施例によれば、強いスピン軌道相互作用を有する材料はトポロジカル絶縁体である。トポロジカル絶縁体とは、絶縁体バンド構造を有し、金属表面状態を有する物質である。
【0105】
例えば、強いスピン軌道相互作用を有する材料は、Ｂｉ２ＳＥ３、ＢｉＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ３、ＨｇＴｅ、α－Ｓｎである。
【0106】
第５の実施例によれば、強いスピン軌道相互作用を有する材料はワイル半金属である。
【0107】
その場合、強いスピン軌道相互作用を有する材料は、例えば、ＴａＡｓ、ＴａＰ、ＮｂＡｓ、ＮｂＰ、Ｎａ３Ｂｉ、Ｃｄ３Ａｓ２、ＷＴｅ２、または、ＭｏＴｅ２である。
【0108】
さらに、材料への照射は、ＨｅイオンやＡｒイオンなどのイオンで行うことができる。
【0109】
第６の実施例によれば、スピン軌道層の材料は遷移金属ジカルコゲナイドであり、好ましくはＲＯＣｈ２ジカルコゲナイドである。実際、このような材料は良好なラシュバ効果を示す。
【0110】
このような式において、「Ｒ」は例えばＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｒ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎの中から選ばれ、「Ｃｈ」はＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中から選ばれる。
【0111】
第２電極３６は、２つの分岐部２０、２２と、４つの接点、即ち、第１接点Ｃ１、第２接点Ｃ２、第３接点Ｃ３、第４接点Ｃ４を含む。
【0112】
分岐部２０および２２は、２次元電子ガス３０または磁気サブアセンブリ３４のいずれかと接触または接合している。
【0113】
接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、対をなして対向している。
【0114】
これにより、本実施例では、第２接点Ｃ２と第４接点Ｃ４は、一対の対向する接点を形成し、それぞれ主に同じ方向、即ち、第１長手方向Ｘに沿って延びる。第１接点Ｃ１と第３接点Ｃ３は、対向する他の接点の組を形成し、それぞれ主に同じ方向、即ち、第２長手方向Ｙに沿って延びる。
【0115】
次に、図３を参照して、システムの動作について説明する。
【0116】
図２を参照して説明したように、残留状態サブアセンブリ２６は、ＡおよびＢで示される２つの残留状態を含む。
【0117】
書き込みモードにおいて、書き込みデバイス１４は、第１電極２４と第２電極３６との間に電圧を印加することによって状態を変化させる。
【0118】
本実施例によれば、図１に点線で示すように、書き込みデバイス１４は、第１接点Ｃ１と第５接点Ｃ５との間に電圧を印加することによって書き込みを行う。本明細書では、第２電極３６の任意の接点を使用することができる。
【0119】
その結果、書き込みデバイス１４は、例えば、第２電極３６を正または負に充電する役割を果たすトランジスタとなる。
【0120】
ホール効果読み出しデバイス１６による残留状態ＡまたはＢの読み出しメカニズムには、ホール効果が関与している。
【0121】
この目的のために、ホール効果読み出しデバイス１６は、第１接点Ｃ１と第３接点Ｃ３との間に電流が印加されたときに、電位差、即ち、第２接点Ｃ２と第４接点Ｃ４との間にホール効果によって生じる電圧を測定する。
【0122】
第４接点Ｃ４（本実施形態では追加接点と見なすことができる）がない場合、基準電位は、第３接点Ｃ３の電位、またはシステム外部の他の接点（例えば、アース電位）の電位とすることができる。
【0123】
ホール効果による読み出しは、印加される読み出し電流に垂直な磁気サブスタック３４のホール抵抗を測定することによって実行される。
【0124】
これにより、ホール効果読み出しデバイス１６は、電流を注入するためのユニットと、ホール電圧を測定するためのユニットとを含む。一例として、電流注入ユニットは、書き込みデバイス１４のトランジスタとは異なるトランジスタである。
【0125】
図３のグラフは、このような測定によって２つの状態を決定することが可能であることを明確に示している。実際、図３のグラフは、第１接点Ｃ１と第３接点Ｃ３との間に１０マイクロアンペア（μＡ）の電流を印加しているときに、第２接点Ｃ２と第４接点Ｃ４との間で測定された、磁気サブスタック３４における異常（Ａｎｏｍａｌｏｕｓ）ホール効果（ＡＨＥ）と平面ホール効果（ＰＨＥ）の印加電圧依存性を示している。
【0126】
これにより、ホール効果による読み出しは、読み出しが残留状態サブアセンブリ２６の状態を変化させないという意味で、非破壊的である。
【0127】
その結果、電子システム１０は、独自の方法で、２次元電子ガス３０と、ホール効果による読み出しのための磁気サブアセンブリ３４とを組み合わせており、非破壊で、電気的制御を伴うあらゆるタイプの不揮発性誘電体素子と互換性がある。実際、誘電体素子が強誘電体効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、フィラメント形成効果、または、これらの効果の組み合わせに基づくものであるか否かは問わない。
【0128】
２次元電子ガス３０と磁気サブアセンブリ３４の組み合わせにより、ホール効果が増大し、信頼性が高く再現性のある検出が可能になる。
【0129】
その結果、電子システム１０に対する書き込みと読み出しの性能が向上する。
【0130】
さらに、電子デバイス１２の製造は、本明細書においてアセンブリ１８を厚さ全体にわたってリソグラフィおよびエッチングすることができる限り、比較的容易である。
【0131】
電子システム１０を有する他の実施形態も考えられる。
【0132】
第１の実施例によれば、電子デバイス１２は界面層を持たないか、１層のみを含む。
【0133】
他の変形例によれば、デバイスは、積層体１８を下から上に向かって横切るとき、層が異なる順序で配置された積層体１８を含む。
【0134】
これから説明する各実施形態において存在してもしなくてもよい界面層を考慮しないことにより、図１に示す積層体１８は、下から上に向かって、残留状態サブアセンブリ２６、２次元ガス層３０、および磁気サブアセンブリ３４を提示している。
【0135】
さらに他の実施例によれば、残留状態サブアセンブリ２６、次に磁気サブアセンブリ３４、次に２次元ガス層３０の順である。
【0136】
さらに、場合によって、第１電極２４は、上部に（上部電極として）または下部に（下部電極として）配置することができる。第１の場合、第１電極２４の接点Ｃ１～Ｃ４は、積層体１８の他の層に対して最後に堆積されるが、第２の場合、同じものが最初に堆積される。
【0137】
図１の場合について説明した動作と利点は、主要な層の順序が異なる実施形態でも変わらない。あるいは、２つの電極２４と２６の間の層の順序は必要に応じて変えることができ、２つの電極２４と２６は積層体１８の両端に配置される。
【0138】
デバイスの他の実施形態を図４に示す。
【0139】
当該実施例では、第４接点Ｃ４が除去される。
【0140】
このデバイスは、十字形ではなく「Ｔ」字形に重ね合わせた積層体を示す。
【0141】
ホール電圧は、第２接点Ｃ２と基準電位との間で読み出される。
【0142】
基準電位は、例えば、第１接点Ｃ１または第３接点Ｃ３の電位である。
【0143】
その結果、例えば、デバイス１２の密度を最適化することができる。
【0144】
図１の場合と同様に、主要層の順序は同様に変えることができ、界面層２８および３２はあってもなくてもよいことに留意されたい。
【0145】
【0146】
図５の場合は、電子デバイス１２がアレイを形成するように接続されている場合に相当する。
【0147】
アレイは、行にｎ個の電子デバイス１２、列にｍ個の電子デバイス１２を備え、ｍとｎは整数であり、そのうちの少なくとも１つは２以上である。
【0148】
図示の例では、ある行の電子デバイス１２の第３接点Ｃ３は、リンク３８を介して、同じ行の隣接する電子デバイス１２の第１接点Ｃ１に接続されている。
【0149】
列に関しては、電子デバイス１２の第４接点Ｃ４は、リンク４０を介して、同じ列の隣接する電子デバイス１２の第２接点Ｃ２に接続されている。
【0150】
このような構成は、読み出し電流を複数の電子デバイスに流すため、および／または、読み出し電圧を合計するために使用される。それによって読み出しが改善される。
【0151】
図１の場合と同様に、主要な層の順序は同様に変えることができることに留意されたい。
【0152】
図４の場合のように、第４接点Ｃ４を電子デバイス１２の一部または全部から取り外すことも可能であることに留意されたい。
【0153】
図６は、電子デバイス１２がカスケード接続されている場合を示している。
【0154】
このような例では、ｎ個の電子デバイス１２が次々に接続される。
【0155】
より正確には、電子デバイス１２の第４接点Ｃ４は、リンク４２を介して後続の電子デバイス１２の第５接点に接続されている。
【0156】
これにより、電子デバイス１２間の接続は、電子デバイス１２によって生成されるホール電圧が、残留状態サブスタック２６の状態を変化させることを可能にするように行われる。
【0157】
このようにして実際には、電子システム１０にカスケード効果を生じさせることが可能であり、これは論理的またはニューロモルフィックな応用に有利である。
【0158】
ここでもまた、図１と同様に、主要な層の順番は様々である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0158】
ここでもまた、図１と同様に、主要な層の順番は様々である。
［構成１］
電気的制御による不揮発性の書き込みと、ホール効果による読み出しを備えた電子システム（１０）であって、
積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む電子デバイス（１２）であって、前記積層体（１８）は、
第１電極（２４）と、
残留状態サブアセンブリ（２６）が電気的に制御可能な少なくとも２つの残留状態を有するように、少なくとも１つの誘電体層を備える残留状態サブアセンブリ（２６）と、
抵抗を有する２次元電子ガス（３０）と、
少なくとも１つの磁性層を備える磁気サブアセンブリ（３４）と、
各々が第１方向に沿って延在する２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）と、第２方向に沿って延在する第２接点（Ｃ２、Ｃ４）とを含む第２電極（３６）であって、前記第２方向は前記第１方向とは異なり、前記第１方向および第２方向は、前記積層体（Ｚ）の方向に対して垂直な平面内にある、第２電極（３６）と、
を備える、電子デバイス（１２）と、
前記２次元電子ガス（３０）の前記抵抗を変化させる前記第１電極（２４）と前記第２電極（３６）との間に電界を印加することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の残留状態を書き込むように適合された書き込みデバイス（１４）と、
前記２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）間に電流を印加し、前記第２接点（Ｃ２、Ｃ４）と基準電位との間の電圧を測定することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態を読み出すように適合されたホール効果読み出しデバイス（１６）と、
を備える電子システム。
［構成２］
前記第１電極（２４）は、少なくとも１つの接点（Ｃ５）を有し、前記書き込みデバイス（１４）は、前記第１電極（２４）の前記少なくとも１つの接点（Ｃ５）と前記第２電極（３６）の少なくとも１つの接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）との間に前記電界を印加する、構成１に記載の電子システム。
［構成３］
前記第１電極（２４）が前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接触し、
前記第１電極（２４）は、前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接合する、
特性のうちの少なくとも１つが実証されている、構成１または２に記載の電子システム。
［構成４］
前記第２電極（３６）は、少なくとも追加の接点（Ｃ２、Ｃ４）を含み、前記基準電位は、前記追加の接点（Ｃ４）の電位である、構成１乃至３のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成５］
電気的に制御可能な前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態は、強誘電効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、または前記効果の組み合わせによって制御可能である、構成１乃至４のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成６］
前記２次元電子ガス（３０）は、１０１０ｃｍ－２より大きいキャリア密度を有する、構成１乃至５のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成７］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、強磁性金属合金、強磁性酸化物、磁性半導体、複数の強磁性層および金属層を有する複合強磁性素子、ホイスラー合金、希土類合金、または、これらの材料の組み合わせの中から選択された少なくとも１つの強磁性素子を備える、構成１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成８］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層および金属層を有する複合フェリ磁性素子、希土類フェリ磁性合金、または、これらの材料の組み合わせの中から選択された少なくとも１つのフェリ磁性素子を備える、構成１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成９］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接合された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、または、そのような材料の組み合わせの中から選択される少なくとも１つの反強磁性素子を備える、構成１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１０］
前記残留状態サブアセンブリ（２６）は、非強磁性および非フェリ磁性である、構成１乃至９のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１１］
前記積層体（１８）は、２つの端部間に延在し、一方の端部は前記第１電極（２４）であり、他方の端部は前記第２電極（３６）である、構成１乃至１０のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１２］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、０．５％より大きい異常ホール効果を有する材料、および、０．５％より大きい磁気抵抗を有する材料から選択される少なくとも１つの磁気素子を備える、構成１乃至１１のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１３］
前記積層体（１８）は、少なくとも１つの界面層（２８、３２）をさらに含み、前記界面層（２８、３２）は、非磁性金属層およびスピン軌道効果を示す層から選択される少なくとも１つの層を含む、構成１乃至１２のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１４］
前記界面層（２８、３２）は、金属、ワイル半金属、２次元材料、遷移金属ジカルコゲナイドおよびトポロジカル絶縁体のうちの少なくとも１つの要素を含む、構成１３に記載の電子システム。
［構成１５］
前記電子システム（１０）は、少なくとも他の電子デバイス（１２）を含み、全ての前記電子デバイス（１２）は、カスケード状またはアレイ状に配置され、各他の電子デバイス（１２）は、前記積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む、構成１乃至１４のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１６］
電子デバイス（１２）の前記第１電極（２４）は、隣接する電子デバイス（１２）の第２電極（３６）に接続されている、構成１５に記載の電子システム。
［構成１７］
電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つが、隣接する電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つに接続されている、構成１６に記載の電子システム。
［構成１］
電気的制御による不揮発性の書き込みと、ホール効果による読み出しを備えた電子システム（１０）であって、
積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む電子デバイス（１２）であって、前記積層体（１８）は、
第１電極（２４）と、
残留状態サブアセンブリ（２６）が電気的に制御可能な少なくとも２つの残留状態を有するように、少なくとも１つの誘電体層を備える残留状態サブアセンブリ（２６）と、
抵抗を有する２次元電子ガス（３０）と、
少なくとも１つの磁性層を備える磁気サブアセンブリ（３４）と、
各々が第１方向に沿って延在する２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）と、第２方向に沿って延在する第２接点（Ｃ２、Ｃ４）とを含む第２電極（３６）であって、前記第２方向は前記第１方向とは異なり、前記第１方向および第２方向は、前記積層体（Ｚ）の方向に対して垂直な平面内にある、第２電極（３６）と、
を備える、電子デバイス（１２）と、
前記２次元電子ガス（３０）の前記抵抗を変化させる前記第１電極（２４）と前記第２電極（３６）との間に電界を印加することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の残留状態を書き込むように適合された書き込みデバイス（１４）と、
前記２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）間に電流を印加し、前記第２接点（Ｃ２、Ｃ４）と基準電位との間の電圧を測定することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態を読み出すように適合されたホール効果読み出しデバイス（１６）と、
を備える電子システム。
［構成２］
前記第１電極（２４）は、少なくとも１つの接点（Ｃ５）を有し、前記書き込みデバイス（１４）は、前記第１電極（２４）の前記少なくとも１つの接点（Ｃ５）と前記第２電極（３６）の少なくとも１つの接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）との間に前記電界を印加する、構成１に記載の電子システム。
［構成３］
前記第１電極（２４）が前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接触し、
前記第１電極（２４）は、前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接合する、
特性のうちの少なくとも１つが実証されている、構成１または２に記載の電子システム。
［構成４］
前記第２電極（３６）は、少なくとも追加の接点（Ｃ２、Ｃ４）を含み、前記基準電位は、前記追加の接点（Ｃ４）の電位である、構成１乃至３のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成５］
電気的に制御可能な前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態は、強誘電効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、または前記効果の組み合わせによって制御可能である、構成１乃至４のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成６］
前記２次元電子ガス（３０）は、１０１０ｃｍ－２より大きいキャリア密度を有する、構成１乃至５のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成７］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、強磁性金属合金、強磁性酸化物、磁性半導体、複数の強磁性層および金属層を有する複合強磁性素子、ホイスラー合金、希土類合金、または、これらの材料の組み合わせの中から選択された少なくとも１つの強磁性素子を備える、構成１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成８］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層および金属層を有する複合フェリ磁性素子、希土類フェリ磁性合金、または、これらの材料の組み合わせの中から選択された少なくとも１つのフェリ磁性素子を備える、構成１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成９］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接合された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、または、そのような材料の組み合わせの中から選択される少なくとも１つの反強磁性素子を備える、構成１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１０］
前記残留状態サブアセンブリ（２６）は、非強磁性および非フェリ磁性である、構成１乃至９のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１１］
前記積層体（１８）は、２つの端部間に延在し、一方の端部は前記第１電極（２４）であり、他方の端部は前記第２電極（３６）である、構成１乃至１０のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１２］
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、０．５％より大きい異常ホール効果を有する材料、および、０．５％より大きい磁気抵抗を有する材料から選択される少なくとも１つの磁気素子を備える、構成１乃至１１のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１３］
前記積層体（１８）は、少なくとも１つの界面層（２８、３２）をさらに含み、前記界面層（２８、３２）は、非磁性金属層およびスピン軌道効果を示す層から選択される少なくとも１つの層を含む、構成１乃至１２のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１４］
前記界面層（２８、３２）は、金属、ワイル半金属、２次元材料、遷移金属ジカルコゲナイドおよびトポロジカル絶縁体のうちの少なくとも１つの要素を含む、構成１３に記載の電子システム。
［構成１５］
前記電子システム（１０）は、少なくとも他の電子デバイス（１２）を含み、全ての前記電子デバイス（１２）は、カスケード状またはアレイ状に配置され、各他の電子デバイス（１２）は、前記積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む、構成１乃至１４のいずれか一項に記載の電子システム。
［構成１６］
電子デバイス（１２）の前記第１電極（２４）は、隣接する電子デバイス（１２）の第２電極（３６）に接続されている、構成１５に記載の電子システム。
［構成１７］
電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つが、隣接する電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つに接続されている、構成１６に記載の電子システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気的制御による不揮発性の書き込みと、ホール効果による読み出しを備えた電子システム（１０）であって、積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む電子デバイス（１２）であって、前記積層体（１８）は、
第１電極（２４）と、
残留状態サブアセンブリ（２６）が電気的に制御可能な少なくとも２つの残留状態を有するように、少なくとも１つの誘電体層を備える残留状態サブアセンブリ（２６）と、
抵抗を有する２次元電子ガス（３０）と、
少なくとも１つの磁性層を備える磁気サブアセンブリ（３４）と、
各々が第１方向に沿って延在する２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）と、第２方向に沿って延在する第２接点（Ｃ２、Ｃ４）とを含む第２電極（３６）であって、前記第２方向は前記第１方向とは異なり、前記第１方向および第２方向は、前記積層体（Ｚ）の方向に対して垂直な平面内にある、第２電極（３６）と、
を備える、電子デバイス（１２）と、
前記２次元電子ガス（３０）の前記抵抗を変化させる前記第１電極（２４）と前記第２電極（３６）との間に電界を印加することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の残留状態を書き込むように適合された書き込みデバイス（１４）と、
前記２つの第１接点（Ｃ１、Ｃ３）間に電流を印加し、前記第２接点（Ｃ２、Ｃ４）と基準電位との間の電圧を測定することによって、前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態を読み出すように適合されたホール効果読み出しデバイス（１６）と、
を備える電子システム。
【請求項2】
前記第１電極（２４）は、少なくとも１つの接点（Ｃ５）を有し、前記書き込みデバイス（１４）は、前記第１電極（２４）の前記少なくとも１つの接点（Ｃ５）と前記第２電極（３６）の少なくとも１つの接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）との間に前記電界を印加する、請求項１に記載の電子システム。
【請求項3】
前記第１電極（２４）が前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接触し、前記第１電極（２４）は、前記残留状態サブアセンブリ（２６）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記２次元電子ガス（３０）と接合し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接触し、
前記第２電極（３６）は、前記磁気サブアセンブリ（３４）と接合する、
特性のうちの少なくとも１つが実証されている、請求項１または２に記載の電子システム。
【請求項4】
前記第２電極（３６）は、少なくとも追加の接点（Ｃ２、Ｃ４）を含み、前記基準電位は、前記追加の接点（Ｃ４）の電位である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項5】
電気的に制御可能な前記残留状態サブアセンブリ（２６）の前記残留状態は、強誘電効果、電荷トラップ効果、イオンマイグレーション効果、または前記効果の組み合わせによって制御可能である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項6】
前記２次元電子ガス（３０）は、１０１０ｃｍ－２より大きいキャリア密度を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項7】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、強磁性金属合金、強磁性酸化物、磁性半導体、複数の強磁性層および金属層を有する複合強磁性素子、ホイスラー合金、希土類合金、および、これらの材料の組み合わせからなるリストにおいて選択された少なくとも１つの強磁性素子を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項8】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、フェリ磁性金属合金、フェリ磁性酸化物、複数の強磁性層またはフェリ磁性層および金属層を有する複合フェリ磁性素子、希土類フェリ磁性合金、および、これらの材料の組み合わせからなるリストにおいて選択された少なくとも１つのフェリ磁性素子を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項9】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、反強磁性金属合金、反強磁性酸化物、互いに反強磁性的に接合された複数の磁性層および金属層を有する複合反強磁性素子、または、そのような材料の組み合わせからなるリストにおいて選択される少なくとも１つの反強磁性素子を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項10】
前記残留状態サブアセンブリ（２６）は、非強磁性および非フェリ磁性である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項11】
前記積層体（１８）は、２つの端部間に延在し、一方の端部は前記第１電極（２４）であり、他方の端部は前記第２電極（３６）である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項12】
前記磁気サブアセンブリ（３４）は、０．５％より大きい異常ホール効果を有する材料、および、０．５％より大きい磁気抵抗を有する材料からなるリストにおいて選択される少なくとも１つの磁気素子を備える、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項13】
前記積層体（１８）は、少なくとも１つの界面層（２８、３２）をさらに含み、前記界面層（２８、３２）は、非磁性金属層およびスピン軌道効果を示す層から選択される少なくとも１つの層を含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項14】
前記界面層（２８、３２）は、金属、ワイル半金属、２次元材料、遷移金属ジカルコゲナイドおよびトポロジカル絶縁体からなるリストにおいて選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項１３に記載の電子システム。
【請求項15】
前記電子システム（１０）は、少なくとも他の電子デバイス（１２）を含み、全ての前記電子デバイス（１２）は、カスケード状またはアレイ状に配置され、各他の電子デバイス（１２）は、前記積層方向（Ｚ）に沿って積層された積層体（１８）を含む、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の電子システム。
【請求項16】
電子デバイス（１２）の前記第１電極（２４）は、隣接する電子デバイス（１２）の第２電極（３６）に接続されている、請求項１５に記載の電子システム。
【請求項17】
電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つが、隣接する電子デバイス（１２）の前記第２電極（３６）の前記接点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のうちの１つに接続されている、請求項１６に記載の電子システム。
【国際調査報告】