(57)【要約】【課題】微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比を有する電磁作用によるトランジスタを実現する。【解決手段】本発明の電磁作用によるトランジスタは、磁化方向が第１の方向に固定された強磁性金属からなるゲート８１と、第１の方向と垂直な第２の方向に非磁性膜８２を挟んでゲート８１に対向して設けられ、非磁性膜８２を介してゲート８１との間に流れる電流によって第１の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネル８３と、チャネル８３の反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで設けられ、磁化方向が第１の方向に固定された強磁性金属からなるソース８４と、チャネル８３の反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで設けられ、磁化方向が第１の方向と逆方向に固定された強磁性金属からなるドレイン８５を有する。【選択図】図１２
2009277857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が第１の方向に固定された強磁性金属からなるゲートと、
前記第１の方向と垂直な第２の方向に非磁性膜を挟んで前記ゲートに対向して設けられ、前記非磁性膜を介して前記ゲートとの間に流れる電流によって前記第１の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向と逆方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタ。
【請求項２】
前記ゲートの反対側に前記チャネルと対向して別の非磁性膜を挟んで設けられ、磁化方向が前記ゲートの磁化方向と逆方向に固定された強磁性金属からなる別のゲートをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電磁作用によるトランジスタ。
【請求項３】
磁化方向が第１の方向に固定された強磁性金属からなる第１のゲートと、
前記第１の方向と垂直な第２の方向に第１の非磁性膜を挟んで前記第１のゲートに対向して設けられ、前記第１の非磁性膜を介して前記ゲートとの間に流れる電流によって前記第１の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、
前記第２の方向に前記チャネルを挟んで前記第１のゲートに対向して第２の非磁性膜を挟んで設けられ、磁化方向が前記第１のゲートの磁化方向と逆方向に固定された強磁性金属からなる第２のゲートと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタ。
【請求項４】
第１の方向に沿って配設されたゲート配線と、
前記第１の方向に垂直な第２の方向に間隙を挟んで設けられ、前記ゲート配線に流れる電流が生成する磁場によって前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向と逆方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタ。
【請求項５】
第１の方向に沿って配設されたゲート配線と、
前記第１の方向に垂直な第２の方向に間隙を挟んで設けられ、前記ゲート配線に流れる電流が生成する磁場によって前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、
前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部分を有する電磁作用によるトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は年々微細化がすすみ、ＩＴＲＳ（International Technology Roadmap for Semiconductors）によれば、２００９年にはＭＰＵの物理的なＭＯＳトランジスタのゲート長は２０ｎｍに達する（例えば、「非特許文献１」を参照。）と予想されている。しかしながら、現状のパンチスルー耐性、ゲート絶縁膜耐性などのトランジスタの特性を維持しつつ微細化を実現するためには、集積回路の動作電圧を低下させる必要が生じる。また、高速動作と低消費電力／低待機時電力の両者を満足させるためには、ＭＯＳトランジスタのＯＮ時とＯＦＦ時のドレイン−ソース間電流の差が大きい方が望ましい。Ｓファクター（Ｓ＝１／｛ｄｌｏｇ［Ｉｄ］／ｄＶｇｓ｝：  サブスレッショルド領域でのドレイン−ソース間電流（Ｉｄ）の対数をゲート−ソース間電位差（Ｖｇｓ）で微分したものの逆数。）は、ほぼシリコン（Ｓｉ）の物性値で決定され、理想的には、６０ｍＶ／ｄｅｃとされるが、現実的にはバルク基板のＭＯＳトランジスタでは１００ｍＶ／ｄｅｃ、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の場合は８０ｍＶ／ｄｅｃ程度となるとされる。
【０００３】
例えば、ＭＯＳトランジスタのしきい値をドレイン−ソース間電流が１μＡになるときのゲート−ソース間電位差で規定し、Ｓファクターを１００ｍＶ／ｄｅｃ、あるチャネル幅のＭＯＳトランジスタのＯＦＦ電流を１ｐＡとすると、そのＭＯＳトランジスタのしきい値は０．６Ｖとなる。ＣＭＯＳ論理回路のもっとも簡単なインバータをｐ型ＭＯＳトランジスタ（以下、「ＰＭＯＳ」という。）もｎ型ＭＯＳトランジスタ（以下、「ＮＭＯＳ」という。）もこのしきい値を用いて設計すると、電源電圧は少なくとも１．２Ｖは必要となる。電源電圧がこの電圧より低いと、インバータの入力が“Ｈ”から“Ｌ”、“Ｌ”から“Ｈ”に遷移するとき、ＰＭＯＳかＮＭＯＳの一方のみしかＯＮしない状況となり、入力が“Ｈ”から“Ｌ”に遷移するときのインバータの回路しきい値と入力が“Ｌ”から“Ｈ”に遷移するときのインバータの回路しきい値が異なることとなってしまう。したがって、低電圧化に対応するためには、従来のＭＯＳトランジスタではＯＦＦ電流をある程度許容しなければならないという問題があった。
【０００４】
また、メモリにおいては、大容量化、チップ面積削減および効率使用のため、多数のメモリセル（記憶素子）をビット線に共通接続する。ＤＲＡＭ，ＳＲＡＭ，ＭＲＡＭ，ＲＲＡＭではＭＯＳトランジスタをメモリセルの選択素子として使用しており、ＦｌａｓｈメモリではＮＯＲ型もＮＡＮＤ型もＭＯＳトランジスタをメモリセル（記憶素子）として用いている。このため、ＭＯＳトランジスタのＯＦＦ電流が大きいと、非選択セルのＯＦＦ電流による選択セルの誤読み出し、あるいは、非選択セルへの誤書き込みがおこるという問題があった。例えば、ＯＦＦ電流が１ｎＡのＭＯＳトランジスタを使用して、ビット線に１０００個の非選択セルが接続されているとすると、ＯＦＦ電流の総量は１μＡ程度となってしまう。さらに、ＳＲＡＭの場合はセルがＭＯＳトランジスタで構成されているため、誤読み出し、誤書き込みの問題に加え、待機時電流が大きくなるという問題もあった。
【０００５】
このような問題に対処するため、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用してＯＮ電流とＯＦＦ電流の差を大きくしようとする試み（例えば、「非特許文献２」および「非特許文献３」を参照。）が発表されている。これらはゲートを可動にして、ＯＮ時とＯＦＦ時でゲートとチャネルとなる部分との距離を変えることにより、ＯＮ電流とＯＦＦ電流の差を大きくしようとするものである。しかしながら、これらの例では、ドレイン−ソース間には特に新規な工夫がなされていないため、パンチスルー耐性が向上しないという問題があった。
【非特許文献１】ＩＴＲＳホームページ：http://www.itrs.net/Links/2006Update/2006UpdateFinal.htm
【非特許文献２】H.C.Nathanson et al., "The Resonant Gate Transistor", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol.ED-14, No.3, pp.117-133, March 1967
【非特許文献３】N.Abele et al., IEDM2005, pp.1075-1077,2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、可動部分を有する電磁作用によるトランジスタにおいて、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、磁化方向が第１の方向に固定された強磁性金属からなるゲートと、前記第１の方向と垂直な第２の方向に非磁性膜を挟んで前記ゲートに対向して設けられ、前記非磁性膜を介して前記ゲートとの間に流れる電流によって前記第１の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向と逆方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタが提供される。
【０００８】
また、本発明の別の一態様によれば、磁化方向が第１の方向に固定された強磁性金属からなる第１のゲートと、前記第１の方向と垂直な第２の方向に第１の非磁性膜を挟んで前記第１のゲートに対向して設けられ、前記第１の非磁性膜を介して前記ゲートとの間に流れる電流によって前記第１の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、前記第２の方向に前記チャネルを挟んで前記第１のゲートに対向して第２の非磁性膜を挟んで設けられ、磁化方向が前記第１のゲートの磁化方向と逆方向に固定された強磁性金属からなる第２のゲートと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第１の方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタが提供される。
【０００９】
さらに、本発明の別の一態様によれば、第１の方向に沿って配設されたゲート配線と、前記第１の方向に垂直な第２の方向に間隙を挟んで設けられ、前記ゲート配線に流れる電流が生成する磁場によって前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向と逆方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタが提供される。
【００１０】
さらに、本発明の別の一態様によれば、第１の方向に沿って配設されたゲート配線と、前記第１の方向に垂直な第２の方向に間隙を挟んで設けられ、前記ゲート配線に流れる電流が生成する磁場によって前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向と平行に磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネルと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の一方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向に固定された強磁性金属からなるソースと、前記チャネルの前記反転可能な磁化方向の他方に間隙を挟んで前記チャネルと対向して設けられ、磁化方向が前記第３の方向に固定された強磁性金属からなるドレインを有することを特徴とする電磁作用によるトランジスタが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比を有する電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図である。  
本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタは、磁化方向が固定された強磁性金属からなる２つのゲート１１および１７、ソース１４、およびドレイン１５と、２つの非磁性膜１２および１６と、磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネル１３とを備えている。
【００１４】
ゲート１１はチャネル１３の第１主面（図１では、紙面上方。）上に非磁性膜１２を挟んで対向して設けられ、ゲート１７はチャネル１３の第１主面に対向する第２主面（図１では、紙面下方。）上に別の非磁性膜１６を挟んで対向して設けられている。
【００１５】
ソース１４はチャネル１３の反転可能な磁化方向の一方（図１では、紙面左方。）の延長上に配置され、ドレイン１５はチャネル１３の反転可能な磁化方向の他方（図１では、紙面右方。）の延長上に配置されている。
【００１６】
チャネル１３の磁化方向（以下、図中で用いる“黒塗りの矢印”は反転可能な磁化方向を表す。）は、主面に流れる電流の向きによって主面に平行に反転する。
【００１７】
ゲート１１の磁化方向（以下、図中で用いる“白抜きの矢印”は固定された磁化方向を表す。）はチャネル１３の磁化方向に平行な第１の方向（図１では、紙面左から右に向かう方向。）に固定され、ゲート１７の磁化方向はそれとは逆の方向に固定されている。
【００１８】
ソース１４の磁化方向はゲート１１の磁化方向と同じ方向に固定され、ドレイン１５の磁化方向はゲート１７の磁化方向と同じ方向に固定されている。
【００１９】
チャネル１３とソース１４、チャネル１３とドレイン１５はそれぞれ分離されており、チャネル１３はその磁化方向によってソース１４またはドレイン１５のいずれかと電気的に接続される。その可動力としては静磁力（以下、「クーロン力」ともいう。）が使用される。
【００２０】
なお、図１に示した構造は、チャネル１３の中心から見ると固定された磁化方向を含めて点対称となっているので、ドレイン１５とソース１４の区別は便宜的なものである。
【００２１】
また、非磁性膜１２および１６は、チャネル１３へのスピン注入にＴＭＲを利用する場合には絶縁膜（例えば、Ｍｇ０、ＡｌＯ。）であり、ＣＰＰ-ＧＭＲを利用する場合には非磁性金属（例えば、Ｃｕ（銅）。）である。ゲート１１とゲート１７の磁化方向が逆向きになっているのは、いわゆるスピン蓄積効果を狙うためである。
【００２２】
図２は、本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の一例を示す断面図である。  
本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタは、具体的な構造として、絶縁膜２１で囲まれたキャビティ（空洞）２２、コンタクト２３ａ〜２３ｆ、配線２４ａ〜２４ｆ、ゲート１１および１７、非磁性膜１２および１６、チャネル１３、ソース１４、およびドレイン１５を備えている。
【００２３】
キャビティ２２の中央にチャネル１３、非磁性膜１２および１６、ゲート１１、およびゲート１７が配置され、キャビティ２２側壁の一方にその一部がキャビティ２２に突出するようにソース１４が埋め込まれて配置され、キャビティ２２側壁の他方にはその一部がキャビティ２２に突出するようにドレイン１５が埋め込まれて配置されている。
【００２４】
キャビティ２２の上方の絶縁膜２１中には３本の配線２４ａ〜２４ｃが設けられ、キャビティ２２の下方の絶縁膜２１中には別の３本の配線２４ｄ〜２４ｆが設けられている。
【００２５】
ゲート１１はコンタクト２３ｂによって上方の配線２４ｂに電気的に接続され、ゲート１７はコンタクト２３ｅによって下方の配線２４ｅに電気的に接続されている。ソース１４は、コンタクト２３ａによって上方の配線２４ａに電気的に接続されるとともに、コンタクト２３ｄによって下方の配線２４ｄに電気的に接続されている。ドレイン１５は、コンタクト２３ｃによって上方の配線２４ｃに電気的に接続されるとともに、コンタクト２３ｆによって下方の配線２４ｆに電気的に接続されている。
【００２６】
チャネル１３、非磁性膜１２および１６、ゲート１１および１７、ソース１４、およびドレイン１５の位置関係は図１と同様である。初期状態、つまり、チャネル１３が磁化されていない状態では、チャネル１３の左右両端とソース１４、ドレイン１５との間には磁化によるクーロン力が十分働く程度の間隙が設けられている。
【００２７】
キャビティ２２は真空、あるいは反応性の低いＡｒガス（アルゴンガス）、窒素ガス等が封止されている。
【００２８】
コンタクト２３ａ〜２３ｆには、カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」という。）、あるいは形状記憶合金が用いられる。コンタクト２３ａ、２３ｃ、２３ｄ、および２３ｆは通常のコンタクトとして用いているので、Ｗ（タングステン）で構成しても良い。
【００２９】
コンタクト２３ｂおよび２３ｅは、ゲート１１および１７への電気的な接続とともにチャネル１３がクーロン力によって左右方向にスライド動作することを補助するビームとして作用する。すなわち、コンタクト２３ｂおよび２３ｅの弾性は、チャネル１３の磁化が消滅した場合に図２に示した初期状態に復元し、チャネル１３が磁化されている場合には、ソース１４およびドレイン１５との間のクーロン力によってコンタクト２３ｂおよび２３ｅがたわんでソース１４またはドレイン１５のいずれかと接触する程度に設定されている。
【００３０】
図３は、本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の別の一例を示す断面図である。  
本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタは、別の具体的な構造として、絶縁膜３１でそれぞれ囲まれた２つのキャビティ３２ａおよび３２ｂ、コンタクト３３ａ〜３３ｆ、配線３４ａ〜３４ｆ、ゲート１１および１７、非磁性膜１２および１６、チャネル１３、ソース１４、およびドレイン１５を備えている。
【００３１】
キャビティ３２ａおよび３２ｂは、チャネル１３、非磁性膜１２および１６、ゲート１１、およびゲート１７が埋め込まれた絶縁膜３１を挟んで対向して設けられ、キャビティ３２ａの中央にはソース１４が配置され、キャビティ３２ｂの中央にはドレイン１５が配置されている。
【００３２】
キャビティ３２ａおよび３２ｂの上方の絶縁膜３１中には３本の配線３４ａ〜３４ｃが設けられ、キャビティ３２ａおよび３２ｂの下方の絶縁膜３１中には別の３本の配線３４ｄ〜３４ｆが設けられている。
【００３３】
ゲート１１はコンタクト３３ｂによって上方の配線３４ｂに電気的に接続され、ゲート１７はコンタクト３３ｅによって下方の配線３４ｅに電気的に接続されている。ソース１４は、コンタクト３３ａによって上方の配線３４ａに電気的に接続されるとともに、コンタクト３３ｄによって下方の配線３４ｄに電気的に接続されている。ドレイン１５は、コンタクト３３ｃによって上方の配線３４ｃに電気的に接続されるとともに、コンタクト３３ｆによって下方の配線３４ｆに電気的に接続されている。
【００３４】
チャネル１３、非磁性膜１２および１６、ゲート１１、ゲート１７、ソース１４、およびドレイン１５の位置関係は図１と同様である。チャネル１３の両端はキャビティ３２ａおよび３２ｂにそれぞれその一部が突出するように絶縁膜３１に埋め込まれ、初期状態では、チャネル１３の左右両端とソース１４、ドレイン１５との間にはクーロン力が十分働く程度の間隙が設けられている。
【００３５】
キャビティ３２ａおよび３２ｂは真空、あるいは反応性の低いＡｒガス（アルゴンガス）、窒素ガス等が封止されている。
【００３６】
コンタクト３３ａ〜３３ｆには、ＣＮＴ、あるいは形状記憶合金が用いられる。コンタクト３３ｂおよび３３ｅは通常のコンタクトとして用いているので、Ｗ（タングステン）で構成しても良い。
【００３７】
コンタクト３３ａ、３３ｃ、３３ｄ、および３３ｆは、ソース１４およびドレイン１５への電気的な接続とともにソース１４およびドレイン１５がクーロン力によって左右方向にスライド動作することを補助するビームとして作用する。すなわち、コンタクト３３ａ、３３ｃ、３３ｄ、および３３ｆの弾性は、チャネル１３の磁化が消滅した場合に図３に示した初期状態に復元し、チャネル１３が磁化されている場合には、チャネル１３との間のクーロン力によってコンタクト３３ａ、３３ｃ、３３ｄ、および３３ｆがたわんでソース１４またはドレイン１５のいずれかがチャネル１３と接触する程度に設定されている。
【００３８】
図４および図５は、本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおけるコンタクト（ＣＮＴ）の断面形状を示すイメージ図である。図４は図２の構造例におけるコンタクト断面の一例を示し、図５は図３の構造例におけるコンタクト断面の一例を示している。ここでは、図面を分かり易くするため、ソース１４、チャネル１３、およびドレイン１５とそられへのコンタクトを図２または図３の紙面上方より見た模式図として示した。
【００３９】
図２のような構造においては、チャネル部分が紙面左右方向にスライドしやすいように、チャネル部分（例えば、ゲート１１へのコンタクト２３ｂ。）へは１束のＣＮＴで構成され、ソース１４およびドレイン１５へのコンタクト２３ａおよび２３ｃはそれぞれ紙面左右方向に並んだ３束のＣＮＴで構成されている（図４（ａ））。
【００４０】
また、チャネル部分の紙面上下方向の弾性を強化するために、コンタクト２３ｂのアスペクトを変えて構成しても良い。すなわち、コンタクト２３ｂの紙面上下方向を紙面左右方向より太くすることで、紙面上下方向のほうが紙面左右方向よりＣＮＴの並び数が多くなり、紙面左右方向が紙面上下方向よりたわみ易くなる（図４（ｂ））。
【００４１】
さらに、図３のような構造においては、ソース１４およびドレイン１５が紙面左右方向にスライドしやすいように、ソース１４およびドレイン１５へのコンタクト３３ａおよび３３ｃはそれぞれ１束のＣＮＴで構成され、チャネル部分（例えば、ゲート１１へのコンタクト３３ｂ。）へは紙面左右方向に並んだ３束のＣＮＴで構成されている（図５（ａ））。
【００４２】
さらに、ソース１４およびドレイン１５の紙面上下方向の弾性を強化するために、コンタクト３３ａおよび３３ｃのアスペクトを変えて構成しても良い。すなわち、それぞれのコンタクトの紙面上下方向を紙面左右方向より太くすることで、紙面上下方向のほうが紙面左右方向よりＣＮＴの並び数が多くなり、紙面左右方向が紙面上下方向よりたわみ易くなる（図５（ｂ））。
【００４３】
次に、上述した構造を有する電磁作用によるトランジスタの基本的な動作について説明する。  
図６〜図１１は、本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図である。ここでは、ソース１４とドレイン１５の間でチャネル１３をスイッチ動作させる場合を示した。
【００４４】
図６〜図８はソース１４とチャネル１３が電気的に接続している状態（以下、「導通状態」もしくは「ＯＮ状態」ともいう。）からドレイン１５とチャネル１３を導通させる場合の回路図であり、図９〜図１１はその逆の動作をさせる場合の回路図である。ここで、“ハッチングを施した矢印”は電流を表している。
【００４５】
図６〜図８においては、ゲート１１はスイッチ６１の一方の端子に接続され、スイッチ６１の他方の端子は電源６２のプラス電極に接続され、電源６２のマイナス電極はゲート１７に接続されている。
【００４６】
最初に、スイッチ６１は開いており、チャネル１３の磁化方向がソース１４の磁化方向と同方向でソース１４とチャネル１３が導通している状態（図６（ａ））であるとする。ここで、スイッチ６１を閉じるとゲート１１からゲート１７に向かって電流が流れ（図６（ｂ）、“ハッチングを施した矢印”は「電子の流れ」を示す。）、スピン注入によりチャネル１３の磁化方向は反転してゲート１７の磁化方向、つまり、ドレイン１５の磁化方向と同じになる（図７（ｃ））。このため、チャネル１３とドレイン１５はクーロン力により引き合い、チャネル１３とソース１４は反発して離れる。これによりチャネル１３がドレイン１５と導通し、チャネル１３とソース１４はＯＦＦ状態、チャネル１３とドレイン１５はＯＮ状態となる（図７（ｄ））。ここで、例えばドレイン１５が電源電位（以下、「Ｖｃｃ」という。）にバイアスされていると、チャネル１３の電位はＶｃｃとなる。この状態でスイッチ６１を開いて電源６２からの電流を遮断してもチャネル１３の磁化方向は変化せず、チャネル１３とドレイン１５はＯＮ状態を保持する（図８（ｅ））。
【００４７】
次に、図９〜図１１においては、ゲート１１はスイッチ７１の一方の端子に接続され、スイッチ７１の他方の端子は電源７２のマイナス電極に接続され、電源７２のプラス電極はゲート１７に接続されている。すなわち、図８（ｅ）から電源の極性が反転されて接続されている（図９（ａ））。
【００４８】
ここで、スイッチ７１を閉じるとゲート１７からゲート１１に向かって電流が流れ（図９（ｂ））、スピン注入によりチャネル１３の磁化方向は反転してゲート１１の磁化方向、つまり、ソース１４の磁化方向と同じになる（図１０（ｃ））。このため、チャネル１３とソース１４はクーロン力により引き合い、チャネル１３とドレイン１５は反発して離れる。これによりチャネル１３とソース１４は導通し、チャネル１３とドレイン１５はＯＦＦ状態、チャネル１３とソース１４はＯＮ状態となる（図１０（ｄ））。ここで、例えばドレイン１５が接地電位（以下、「ＧＮＤ」という。）にバイアスされていると、チャネル１３の電位はＧＮＤとなる。この状態でスイッチ７１を開いて電源７２からの電流を遮断してもチャネル１３の磁化方向は変化せず、チャネル１３とソース１４はＯＮ状態を保持する（図１１（ｅ））。
【００４９】
上記実施例１によれば、ソース１４とチャネル１３の間、あるいは、ドレイン１５とチャネル１３の間には真空もしくは不活性ガスからなる空間的な間隙が設定されているので、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ抵抗／ＯＦＦ抵抗比、すなわち高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比でスイッチ動作が可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【００５０】
また、上記実施例１によれば、チャネル１３の磁化方向はゲート１１-チャネル１３-ゲート１７を流れる電流の向きにより反転し、この電流がなくなってもチャネル１３の磁化方向は変化せずソース１４もしくはドレイン１５とチャネル１３とのＯＮ状態／ＯＦＦ状態が保持されるので、電源を切っても情報が消えない不揮発性メモリのメモリセルとして使用可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【実施例２】
【００５１】
図１２は、本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図である。  
本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタは、磁化方向が固定された強磁性金属からなるゲート８１、ソース８４、およびドレイン８５と、非磁性膜８２と、磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネル８３とを備えている。
【００５２】
ゲート８１、ソース８４、ドレイン８５、非磁性膜８２、およびチャネル８３の構成、機能、およびそれらの位置関係は実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略する。実施例１との違いは、ゲート８１がチャネル８３の片側だけに存在することである。
【００５３】
本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作は、図１５〜図１８を用いて後述する。
【００５４】
図１３は、本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の一例を示す断面図である。ここでは、図１２に示した位置関係を上下反転させた構造の具体的な断面図を示した。
【００５５】
本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタは、具体的な構造として、絶縁膜１０１で囲まれたキャビティ１０２、コンタクト１０３ａ〜１０３ｅ、配線１０４ａ〜１０４ｅ、ゲート８１、非磁性膜８２、チャネル８３、ソース８４、およびドレイン８５を備えている。
【００５６】
キャビティ１０２の中央にチャネル８３、非磁性膜８２、ゲート８１、が配置され、キャビティ１０２側壁の一方にその一部がキャビティ１０２に突出するようにソース８４が埋め込まれて配置され、キャビティ１０２側壁の他方にはその一部がキャビティ１０２に突出するようにドレイン８５が埋め込まれて配置されている。
【００５７】
キャビティ１０２の上方の絶縁膜１０１中には２本の配線１０４ａおよび１０４ｂが設けられ、キャビティ１０２の下方の絶縁膜１０１中には別の３本の配線１０４ｃ〜１０４ｅが設けられている。
【００５８】
ゲート８１はチャネル８３の一方の主面（図１３では、紙面下方。）上に非磁性膜８２を挟んで対向して配置され、コンタクト１０３ｄによって下方の配線１０４ｄに電気的に接続されている。
【００５９】
ソース８４は、コンタクト１０３ａによって上方の配線１０４ａに電気的に接続されるとともに、コンタクト１０３ｃによって下方の配線１０４ｃに電気的に接続されている。ドレイン８５は、コンタクト１０３ｂによって上方の配線１０４ｂに電気的に接続されるとともに、コンタクト１０３ｅによって下方の配線１０４ｅに電気的に接続されている。
【００６０】
図１３に示したチャネル８３、非磁性膜８２、ゲート８１、ソース８４、およびドレイン８５の位置関係は図１２を上下反転させたものとなっている。初期状態、つまり、チャネル８３が磁化されていない状態では、チャネル８３の左右両端とソース８４、ドレイン８５との間には磁化によるクーロン力が十分働く程度の間隙が設けられている。
【００６１】
キャビティ１０２は真空、あるいは反応性の低いＡｒガス（アルゴンガス）、窒素ガス等が封止されている。
【００６２】
コンタクト１０３ａ〜１０３ｅには、ＣＮＴ、あるいは形状記憶合金が用いられる。コンタクト１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、および１０３ｅは通常のコンタクトとして用いているので、Ｗ（タングステン）で構成しても良い。
【００６３】
コンタクト１０３ｄは、ゲート８１への電気的な接続とともにチャネル８３がクーロン力によって左右方向にスライド動作することを補助するビームとして作用する。すなわち、コンタクト１０３ｄの弾性は、チャネル８３の磁化が消滅した場合に図１３に示した初期状態に復元し、チャネル８３が磁化されている場合には、ソース８４およびドレイン８５との間のクーロン力によってコンタクト１０３ｄがたわんでソース８４またはドレイン８５のいずれかと接触する程度に設定されている。
【００６４】
図１４は、本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の別の一例を示す断面図である。ここでは、図２２〜図２９を用いて後述する回路例で使用する電磁作用によるトランジスタ、すなわち、チャネル８３に端子を有する電磁作用によるトランジスタの具体的な構造を示す断面図を示した。
【００６５】
本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタは、別の具体的な構造として、絶縁膜１１１でそれぞれ囲まれた２つのキャビティ１１２ａおよび１１２ｂ、コンタクト１１３ａ〜１１３ｆ、配線１１４ａ〜１１４ｆ、ゲート８１、非磁性膜８２、チャネル８３、ソース８４、およびドレイン８５を備えている。
【００６６】
キャビティ１１２ａおよび１１２ｂは、チャネル８３、非磁性膜８２、およびゲート８１が埋め込まれた絶縁膜１１１を挟んで対向して設けられ、キャビティ１１２ａの中央にはソース８４が配置され、キャビティ１１２ｂの中央にはドレイン８５が配置されている。
【００６７】
キャビティ１１２ａおよび１１２ｂの上方の絶縁膜１１１中には３本の配線１１４ａ〜１１４ｃが設けられ、キャビティ１１２ａおよび１１２ｂの下方の絶縁膜１１１中には別の３本の配線１１４ｄ〜１１４ｆが設けられている。
【００６８】
ゲート８１は、チャネル８３の一方の主面（図１４では、紙面上方。）上に非磁性膜８２を挟んで対向して配置され、コンタクト１１３ｂによって上方の配線１１４ｂに電気的に接続され、チャネル８３はコンタクト１１３ｅによって下方の配線１１４ｅに電気的に接続されている。
【００６９】
ソース８４は、コンタクト１１３ａによって上方の配線１１４ａに電気的に接続されるとともに、コンタクト１１３ｄによって下方の配線１１４ｄに電気的に接続されている。ドレイン８５は、コンタクト１１３ｃによって上方の配線１１４ｃに電気的に接続されるとともに、コンタクト１１３ｆによって下方の配線１１４ｆに電気的に接続されている。
【００７０】
チャネル８３、非磁性膜８２、ゲート８１、ソース８４、およびドレイン８５の位置関係は図１２と同様である。チャネル８３の両端はキャビティ１１２ａおよび１１２ｂにそれぞれその一部が突出するように絶縁膜１１１に埋め込まれ、初期状態では、チャネル８３の左右両端とソース８４、ドレイン８５との間にはクーロン力が十分働く程度の間隙が設けられている。
【００７１】
キャビティ１１２ａおよび１１２ｂは真空、あるいは反応性の低いＡｒガス（アルゴンガス）、窒素ガス等が封止されている。
【００７２】
コンタクト１１３ａ〜１１３ｆには、ＣＮＴ、あるいは形状記憶合金が用いられる。コンタクト１１３ｂおよび１１３ｅは通常のコンタクトとして用いているので、Ｗ（タングステン）で構成しても良い。
【００７３】
コンタクト１１３ａ、１１３ｃ、１１３ｄ、および１１３ｆは、ソース８４およびドレイン８５への電気的な接続とともにソース８４およびドレイン８５がクーロン力によって左右方向にスライド動作することを補助するビームとして作用する。すなわち、コンタクト１１３ａ、１１３ｃ、１１３ｄ、および１１３ｆの弾性は、チャネル８３の磁化が消滅した場合に図１４に示した初期状態に復元し、チャネル８３が磁化されている場合には、チャネル８３との間のクーロン力によってコンタクト１１３ａ、１１３ｃ、１１３ｄ、および１１３ｆがたわんでソース８４またはドレイン８５のいずれかがチャネル８３と接触する程度に設定されている。
【００７４】
本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタにおけるコンタクト（ＣＮＴ）の断面形状は、実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００７５】
次に、上述した構造を有する電磁作用によるトランジスタの基本的な動作について説明する。  
図１５〜図１８は、本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図である。ここでは、ソース８４とドレイン８５の間でチャネル８３をスイッチ動作させる場合を示した。
【００７６】
図１５および図１６はソース８４とチャネル８３の導通状態からドレイン８５とチャネル８３の導通状態へスイッチさせる場合の回路図であり、図１７および図１８はその逆の動作をさせる場合の回路図である。ここで、“ハッチングを施した矢印”は電流を表している。
【００７７】
図１５〜図１８においては、ゲート８１はスイッチ９１の一方の端子およびスイッチ９３の一方の端子に接続され、スイッチ９１の他方の端子は電源９２のプラス電極に接続され、電源９２のマイナス電極はソース８４、電源９４のマイナス電極、およびスイッチ９３の他方の端子に接続され、電源９４のプラス電極はドレイン８５に接続されている。
【００７８】
最初に、スイッチ９１およびスイッチ９３は開いており、チャネル８３の磁化方向がソース８４の磁化方向と同方向でソース８４とチャネル８３が導通状態（図１５（ａ））であるとする。ここで、スイッチ９１を閉じるとゲート８１からチャネル８３を介してソース８４に向かって電流が流れ（図１５（ｂ）、“ハッチングを施した矢印”は「電子の流れ」を示す。）、スピン注入によりチャネル８３の磁化方向は反転してドレイン８５の磁化方向と同じになる（図１６（ｃ））。このため、チャネル８３とドレイン８５はクーロン力により引き合い、チャネル８３とソース８４は反発して離れる。これによりチャネル８３がドレイン８５と導通し、チャネル８３とソース８４はＯＦＦ状態、チャネル８３とドレイン８５はＯＮ状態となる。ドレイン８５は電源９４のプラス電極に接続されているので、ゲート８１-チャネル８３間に電流は流れなくなる（図１６（ｄ））。
【００７９】
この状態でスイッチ９１を開いてもチャネル８３の磁化方向は変化せず、チャネル８３とドレイン８５はＯＮ状態を保持する（図１７（ａ））。
【００８０】
次に、スイッチ９３を閉じるとドレイン８５からチャネル８３を介してゲート８１に向かって電流が流れ（図１７（ｂ））、スピン注入によりチャネル８３の磁化方向は反転してソース８４の磁化方向と同じになる（図１８（ｃ））。このため、チャネル８３とソース８４はクーロン力により引き合い、チャネル８３とドレイン８５は反発して離れる。これによりチャネル８３とソース８４は導通し、チャネル８３とドレイン８５はＯＦＦ状態、チャネル８３とソース８４はＯＮ状態となる。ソース８４はスイッチ９３を介してゲート８１に接続されているので、ゲート８１-チャネル８３間に電流は流れなくなる（図１８（ｄ））。
【００８１】
この状態でスイッチ９３を開いてもチャネル８３の磁化方向は変化せず、チャネル８３とソース８４はＯＮ状態を保持する。
【００８２】
次に、上述した電磁作用によるトランジスタを用いた回路例について説明する。  
図１９〜図２６は、本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図である。ここでは、一例として、２つの電磁作用によるトランジスタを組み合わせてバッファ回路を構成した例を示した。
【００８３】
図１９〜図２２は入力が“Ｌ”から“Ｈ”に変化した場合の動作を示し、図２３〜図２６は入力が“Ｈ”から“Ｌ”に変化した場合の動作を示している。ここで、“ハッチングを施した矢印”は電流を表している。
【００８４】
図１９〜図２６においては、図１４で示したチャネル８３に端子が接続された２つの電磁作用によるトランジスタ１３１および１３２（以下、「Ｔｒ１３１および１３２」という。）がカスケード接続されてバッファ回路を構成している。
【００８５】
すなわち、Ｔｒ１３１のゲート８１は入力（以下、「ＩＮ」という。）に接続され、Ｔｒ１３１のドレイン８５はＶｃｃに接続され、Ｔｒ１３１のソース８４はＧＮＤに接続され、Ｔｒ１３１のチャネル８３はＴｒ１３２のゲート８１に接続され、Ｔｒ１３２のドレイン８５はＶｃｃに接続され、Ｔｒ１３２のソース８４はＧＮＤに接続され、Ｔｒ１３２のチャネル８３は出力（以下、「ＯＵＴ」という。）に接続されている。
【００８６】
Ｔｒ１３２のソース８４とチャネル８３との接触面積およびドレイン８５とチャネル８３との接触面積は、Ｔｒ１３１のそれらより大きくしてある。このようにＴｒ１３１とＴｒ１３２とで接触面積のサイズを変えることによりバッファ回路に増幅作用を持たせている。ただし、形状異方性を考慮して接触面のアスペクト比はＴｒ１３１とＴｒ１３２で同じにしてある。
【００８７】
最初に、Ｔｒ１３１およびＴｒ１３２におけるチャネル８３の磁化方向はゲート８１の磁化方向と同じでそれぞれのチャネル８３とソース８４とがＯＮ状態にあり、ＩＮには“Ｌ”が入力されているとする（図１９（ａ））。このとき、Ｔｒ１３２のチャネル８３は“Ｌ”であるので、ＯＵＴは“Ｌ”になっている。
【００８８】
ここで、ＩＮが“Ｈ”に遷移するとＴｒ１３１のゲート８１からチャネル８３を介してソース８４へ電流が流れ（図１９（ｂ））、これによるスピン注入によりＴｒ１３１のチャネル８３の磁化方向は反転しドレイン８５の磁化方向と同じになる（図２０（ｃ））。このため、Ｔｒ１３１のチャネル８３はクーロン力によりソース８４と反発してＯＦＦ状態となり、ドレイン８５と引き合ってＯＮ状態となる（図２０（ｄ））。このとき、ＩＮが“Ｈ”でＴｒ１３１のチャネル８３はＶｃｃにバイアスされるので、Ｔｒ１３１のゲート８１には電流が流れなくなる。
【００８９】
そして、Ｔｒ１３１のドレイン８５からＴｒ１３１のチャネル８３およびＴｒ１３２のゲート８１を介してＴｒ１３２のチャネル８３に電流が流れる（図２１（ｅ））ので、これによるスピン注入によりＴｒ１３２のチャネル８３の磁化方向が反転しドレイン８５の磁化方向と同じになる（図２１（ｆ））。このため、Ｔｒ１３２のチャネル８３はクーロン力によりソース８４と反発してＯＦＦ状態となり、ドレイン８５と引き合ってＯＮ状態となる。ＯＵＴはＴｒ１３２のチャネル８３に接続されているので、“Ｌ”から“Ｈ”に遷移する（図２２（ｇ））。このとき、Ｔｒ１３１のチャネル８３が“Ｈ”でＴｒ１３２のチャネル８３はＶｃｃにバイアスされるので、Ｔｒ１３２のゲート８１には電流が流れなくなる。
【００９０】
次に、図２２（ｇ）の状態で入力が“Ｌ”に遷移する場合（図２３（ａ））を説明する。  
ＩＮが“Ｌ”に遷移するとＴｒ１３１のドレイン８５からチャネル８３を介してゲート８１へ電流が流れ（図２３（ｂ））、これによるスピン注入によりＴｒ１３１のチャネル８３の磁化方向は反転しソース８４の磁化方向と同じになる（図２４（ｃ））。このため、Ｔｒ１３１のチャネル８３はクーロン力によりドレイン８５と反発してＯＦＦ状態となり、ソース８４と引き合ってＯＮ状態となる（図２４（ｄ））。このとき、ＩＮが“Ｌ”でＴｒ１３１のチャネル８３はＧＮＤにバイアスされるので、Ｔｒ１３１のゲート８１からは電流が流れなくなる。
【００９１】
そして、Ｔｒ１３２のドレイン８５からチャネル８３およびゲート８１を介してＴｒ１３１のチャネル８３およびソース８４に電流が流れる（図２５（ｅ））ので、これによるスピン注入によりＴｒ１３２のチャネル８３の磁化方向が反転しソース８４の磁化方向と同じになる（図２５（ｆ））。このため、Ｔｒ１３２のチャネル８３はクーロン力によりドレイン８５と反発してＯＦＦ状態となり、ソース８４と引き合ってＯＮ状態となる。ＯＵＴはＴｒ１３２のチャネル８３に接続されているので、“Ｈ”から“Ｌ”に遷移する（図２６（ｇ））。このとき、Ｔｒ１３１のチャネル８３が“Ｌ”でＴｒ１３２のチャネル８３はＧＮＤにバイアスされるので、Ｔｒ１３２のゲート８１からは電流が流れなくなる。
【００９２】
上記実施例２によれば、実施例１と同様の効果が得られるばかりでなく、チャネル８３の磁化方向を反転させる期間だけチャネル８３に電流が流れるので、消費電流の少ない電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【実施例３】
【００９３】
図２７は、本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図である。  
本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタは、磁化方向が固定された強磁性金属からなる２つのゲート２１１および２１７、ソース２１４、およびドレイン２１５と、２つの非磁性膜２１２および２１６と、磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネル２１３とを備えている。
【００９４】
ドレイン２１５の磁化方向を除いて、これら各部分の構成、機能、およびそれらの位置関係は実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略する。実施例１との違いは、ドレイン２１５の磁化方向がゲート２１１の磁化方向およびソース２１４の磁化方向と同じになっていることである。
【００９５】
このため、チャネル２１３はその磁化方向によってソース２１４およびドレイン２１５とＯＮ状態もしくはＯＦＦ状態になる。すなわち、ＯＮ状態ではドレイン２１５-チャネル２１３-ソース２１４がすべて導通し、ＯＦＦ状態ではチャネル２１３とドレイン２１５、およびチャネル２１３とソース２１４がそれぞれ分離される。その可動力としてはクーロン力が使用される。
【００９６】
本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造については、実施例１で示した図３および図５と同様であるので詳しい説明は書略する。
【００９７】
次に、上述した構造を有する電磁作用によるトランジスタの基本的な動作について説明する。  
図２８〜図３３は、本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図である。ここでは、一例として、ソース２１４とドレイン２１５の間の導通状態をＯＮ／ＯＦＦさせる場合の回路図を示した。
【００９８】
図２８〜図３０はＯＮ状態（ドレイン２１５-ソース２１４が導通状態。）からＯＦＦ状態（ドレイン２１５-ソース２１４が非導通状態。）にする場合の回路図であり、図３１〜図３３はその逆でＯＦＦ状態からＯＮ状態にする場合の回路図である。ここで、“ハッチングを施した矢印”は電流を表している。
【００９９】
図２８〜図３０においては、ゲート２１１はスイッチ２２１の一方の端子に接続され、スイッチ２２１の他方の端子は電源２２２のプラス電極に接続され、電源２２２のマイナス電極はゲート２１７に接続されている。
【０１００】
最初に、スイッチ２２１は開いており、チャネル２１３の磁化方向がドレイン２１５およびソース２１４の磁化方向と同方向でドレイン２１５とチャネル２１３、およびソース２１４とチャネル２１３がともに導通しているＯＮ状態（図２８（ａ））であるとする。
【０１０１】
ここで、スイッチ２２１を閉じるとゲート２１１からゲート２１７に向かって電流が流れ（図２８（ｂ）、“ハッチングを施した矢印”は「電子の流れ」を示す。）、スピン注入によりチャネル２１３の磁化方向は反転してゲート２１７の磁化方向、つまり、ドレイン２１５およびソース２１４の磁化方向と逆方向になる（図２９（ｃ））。
【０１０２】
このため、チャネル２１３とドレイン２１５、およびチャネル２１３とソース２１４はそれぞれ反発して離れる（図２９（ｄ））。これによりチャネル２１３とソース２１４、およびチャネル２１３とドレイン２１５はともにＯＦＦ状態となる。
【０１０３】
この状態でスイッチ２２１を開いて電源２２２からの電流を遮断してもチャネル２１３の磁化方向は変化せず、ドレイン２１５とソース２１４との間のＯＦＦ状態は保持される（図３０（ｅ））。
【０１０４】
次に、図３１〜図３３においては、ゲート２１１はスイッチ２５１の一方の端子に接続され、スイッチ２５１の他方の端子は電源２５２のマイナス電極に接続され、電源２５２のプラス電極はゲート２１７に接続されている。すなわち、図３０（ｅ）から電源の極性が反転されて接続されている（図３１（ａ））。
【０１０５】
ここで、スイッチ２５１を閉じるとゲート２１７からゲート２１１に向かって電流が流れ（図３１（ｂ））、スピン注入によりチャネル２１３の磁化方向は反転してゲート２１１の磁化方向、つまり、ドレイン２１５およびソース２１４の磁化方向と同じになる（図３２（ｃ））。
【０１０６】
このため、チャネル２１３とソース２１４、およびチャネル２１３とドレイン２１５はクーロン力により引き合い、チャネル２１３とソース２１４、チャネル２１３とドレイン２１５はそれぞれＯＮ状態となる（図３２（ｄ））。
【０１０７】
この状態でスイッチ２５１を開いて電源２５２からの電流を遮断してもチャネル２１３の磁化方向は変化せず、ドレイン２１５とソース２１４との間のＯＮ状態は保持される（図３３（ｅ））。
【０１０８】
次に、上述した電磁作用によるトランジスタを用いた回路例について説明する。  
図３４〜図３９は、本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図である。ここでは、一例として、実施例２に示した電磁作用によるトランジスタと組み合わせて転送ゲートを構成する例を示した。
【０１０９】
図３４〜図３６は転送ゲートをＯＮさせる場合の動作を示し、図３７〜図３９は転送ゲートをＯＦＦさせる場合の動作を示している。ここで、“ハッチングを施した矢印”は電流を表している。
【０１１０】
図３４〜図３９においては、実施例２で示したチャネル８３に端子が接続された２つの電磁作用によるトランジスタ２８１および２８３（以下、「Ｔｒ２８１および２８３」という。）が制御用素子として使用され、本実施例に関わる電磁作用によるトランジスタ２８２（以下、「Ｔｒ２８２」という。）のゲート２１１および２１７にそれぞれ接続されている。
【０１１１】
すなわち、Ｔｒ２８１のゲート８１は第１の制御入力（以下、「Ｃ」という。）に接続され、Ｔｒ２８１のドレイン８５はＶｃｃに接続され、Ｔｒ２８１のソース８４はＧＮＤに接続され、Ｔｒ２８１のチャネル８３はＴｒ２８２のゲート２１７に接続されている。
【０１１２】
Ｔｒ２８３のゲート８１は第２の制御入力（以下、「/Ｃ」という。）に接続され、Ｔｒ２８３のドレイン８５はＶｃｃに接続され、Ｔｒ２８３のソース８４はＧＮＤに接続され、Ｔｒ２８３のチャネル８３はＴｒ２８２のゲート２１１に接続されている。
【０１１３】
Ｔｒ２８２のソース２１４は入力（以下、「ＩＮ」という。）に接続され、Ｔｒ２８２のドレイン２１５は出力（以下、「ＯＵＴ」という。）に接続されている。
【０１１４】
最初に、Ｃには制御信号として“Ｌ”が入力され、Ｔｒ２８１におけるチャネル８３の磁化方向はゲート８１の磁化方向と同じでＴｒ２８１のチャネル８３とソース８４とがＯＮ状態にあり、/Ｃには制御信号として“Ｈ”が入力され、Ｔｒ２８３におけるチャネル８３の磁化方向はゲート８１の磁化方向と逆方向でＴｒ２８３のチャネル８３とドレイン８５とがＯＮ状態にあるとする。
【０１１５】
このとき、Ｔｒ２８３のドレイン８５からＴｒ２８２のゲート２１１、チャネル２１３、およびゲート２１７を介してＴｒ２８１のソース８４へ電流が流れるので、Ｔｒ２８２のチャネル２１３の磁化方向はソース２１４およびドレイン２１５の磁化方向とは逆方向となり、Ｔｒ２８２のドレイン２１５とソース２１４の間はＯＦＦ状態、つまり、ＩＮとＯＵＴは電気的に遮断された状態になっている（図３４（ａ））。
【０１１６】
ここで、Ｃが“Ｈ”に遷移し/Ｃが“Ｌ”に遷移すると、Ｔｒ２８１のゲート８１からチャネル８３を介してソース８４へ電流が流れ、Ｔｒ２８３のドレイン８５からチャネル８３を介してゲート８１へ電流が流れ（図３４（ｂ））、これによりＴｒ２８１のチャネル８３の磁化方向は反転してドレイン８５の磁化方向と同じになり、Ｔｒ２８３のチャネル８３の磁化方向は反転してソース８４の磁化方向と同じになる（図３５（ｃ））。
【０１１７】
このため、Ｔｒ２８１のチャネル８３はクーロン力によりソース８４と反発してＯＦＦ状態となり、ドレイン８５と引き合ってＯＮ状態となる。また、Ｔｒ２８３のチャネル８３はクーロン力によりドレイン８５と反発してＯＦＦ状態となり、ソース８４と引き合ってＯＮ状態となる。そして、Ｔｒ２８１のドレイン８５からＴｒ２８２のゲート２１７、チャネル２１３、およびゲート２１１を介してＴｒ２８３のソース８４へ電流が流れる（図３５（ｄ））。
【０１１８】
これによりＴｒ２８２のチャネル２１３の磁化方向が反転しドレイン２１５およびソース２１４の磁化方向と同じになる（図３６（ｅ））。このため、Ｔｒ２８２のチャネル２１３はクーロン力によりソース２１４およびドレイン２１５と引き合ってＯＮ状態となる。つまり、ＩＮとＯＵＴがＯＮ状態となる（図３６（ｆ））。
【０１１９】
次に、図３６（ｆ）のＯＮ状態でＣおよび/Ｃを反転させる場合（図３７（ａ））を説明する。  
Ｃが“Ｌ”に遷移し/Ｃが“Ｈ”に遷移すると、Ｔｒ２８１のドレイン８５からチャネル８３を介してゲート８１へ電流が流れ、Ｔｒ２８３のゲート８１からチャネル８３を介してソース８４へ電流が流れ（図３７（ｂ））、これにより、Ｔｒ２８１のチャネル８３の磁化方向は反転してソース８４の磁化方向と同じになり、Ｔｒ２８３のチャネル８３の磁化方向は反転してドレイン８５の磁化方向と同じになる（図３８（ｃ））。
【０１２０】
このため、Ｔｒ２８１のチャネル８３はクーロン力によりドレイン８５と反発してＯＦＦ状態となり、ソース８４と引き合ってＯＮ状態となる。また、Ｔｒ２８３のチャネル８３はクーロン力によりソース８４と反発してＯＦＦ状態となり、ドレイン８５と引き合ってＯＮ状態となる。そして、Ｔｒ２８３のドレイン８５からＴｒ２８２のゲート２１１、チャネル２１３、およびゲート２１７を介してＴｒ２８１のソース８４へ電流が流れる（図３８（ｄ））。
【０１２１】
これによりＴｒ２８２のチャネル２１３の磁化方向が反転しドレイン２１５およびソース２１４の磁化方向とは逆方向になる（図３９（ｅ））。このため、Ｔｒ２８２のチャネル２１３はクーロン力によりソース２１４およびドレイン２１５と反発し合ってＯＦＦ状態となる。つまり、ＩＮとＯＵＴがＯＦＦ状態となる（図３９（ｆ））。
【０１２２】
上記実施例３によれば、ソース２１４とチャネル２１３の間、および、ドレイン２１５とチャネル２１３の間には真空もしくは不活性ガスからなる空間的な間隙が設定されているので、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ抵抗／ＯＦＦ抵抗比、すなわち高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比でＯＮ／ＯＦＦ動作が可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【０１２３】
また、上記実施例３によれば、チャネル２１３の磁化方向はゲート２１１-チャネル２１３-ゲート２１７を流れる電流の向きにより反転し、この電流がなくなってもチャネル２１３の磁化方向は変化せずソース２１４およびドレイン２１５とチャネル２１３とのＯＮ状態／ＯＦＦ状態が保持されるので、電源を切っても情報が消えない不揮発性メモリのメモリセルとして使用可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【実施例４】
【０１２４】
図４０は、本発明の実施例４に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図である。  
本発明の実施例４に係わる電磁作用によるトランジスタは、図４０（ａ）に示したように、２つのゲート配線４０１および４０７と、磁化方向が固定された強磁性金属からなるソース４０４およびドレイン４０５と、磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネル４０３とを備えている。
【０１２５】
ゲート配線４０１はチャネル４０３の第１主面（図４０では、紙面上方。）と間隙を挟んで対向して設けられ、ゲート配線４０７はチャネル４０３の第１主面に対向する第２主面（図４０では、紙面下方。）と間隙を挟んで対向して設けられている。
【０１２６】
ソース４０４はチャネル４０３の反転可能な磁化方向の一方（図４０では、紙面左方。）の延長上に配置され、ドレイン４０５はチャネル４０３の反転可能な磁化方向の他方（図４０では、紙面右方。）の延長上に配置されている。
【０１２７】
チャネル４０３、ソース４０４、およびドレイン４０５の構成、機能、およびそれらの位置関係は、実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略する。実施例１との違いは、ゲート１１および１７の替わりに電流磁場を生成するためのゲート配線４０１および４０７が設けられ、その電流磁場によってチャネル４０３の磁化方向が反転されることである。
【０１２８】
ゲート配線４０１および４０７は導電性の材料で形成され、チャネル４０３の磁化方向に垂直な方向（図４０では、紙面裏から表へ向かう方向。）にゲート電流が流れるように配置され、ゲート配線４０１の電流の向きとゲート配線４０７の電流の向きは常に反対になるよう駆動される。
【０１２９】
この相補的なゲート電流によって生成される電流磁場がチャネル４０３の磁化方向を反転させる。すなわち、ゲート電流の向きによってチャネル４０３とソース４０４、あるいはチャネル４０３とドレイン４０５がＯＮ状態となる。
【０１３０】
なお、図４０（ａ）に示した構造は、チャネル４０３の中心から見ると固定された磁化方向を含めて点対称となっているので、ドレイン４０５とソース４０４の区別は便宜的なものである。
【０１３１】
また、ゲート配線４０１および４０７には常に相補的な反対方向のゲート電流を流すので、ゲート電流が生成する磁場が十分であれば、図４０（ｂ）に示したように、一方のゲート配線を省略しても良い。
【０１３２】
次に、上述した構造を有する電磁作用によるトランジスタの基本的な動作について説明する。  
図４１および図４２は、本発明の実施例４に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明するイメージ図である。ここでは、一例として、図４０（ｂ）の構造に基づいて、ソース４０４とドレイン４０５の間でチャネル４０３をスイッチ動作させる場合を示した。
【０１３３】
図４１はソース４０４とチャネル４０３のＯＮ状態からドレイン４０５とチャネル４０３を導通させる場合であり、図４２はその逆の動作をさせる場合である。
【０１３４】
最初に、チャネル４０３の磁化方向がドレイン４０５の磁化方向と同方向でドレイン４０５とチャネル４０３が導通している状態（図４１（ａ））であるとする。ここで、ゲート配線４０１にゲート電流（“中心に・（点）を付した丸印”は、紙面裏から表に向かうゲート電流を表す。）を流すとゲート配線４０１の周りに反時計回りの電流磁場が生じ（図４１（ｂ）、チャネル４０３の磁化方向は反転してソース４０４の磁化方向と同じになる（図４１（ｃ））。
【０１３５】
このため、チャネル４０３とソース４０４はクーロン力により引き合い、チャネル４０３とドレイン４０５は反発して離れる。これによりチャネル４０３がソース４０４と導通し、チャネル４０３とドレイン４０５はＯＦＦ状態、チャネル４０３とソース４０４はＯＮ状態となる（図４１（ｄ））。この状態でゲート電流を遮断してもチャネル４０３の磁化方向は変化せず、チャネル４０３とソース４０４はＯＮ状態を保持する（図４１（ｅ））。
【０１３６】
次に、チャネル４０３の磁化方向がソース４０４の磁化方向と同方向でソース４０４とチャネル４０３が導通している状態（図４２（ａ））であるとする。ここで、ゲート配線４０１に図４１とは逆向きのゲート電流（“中心に×を付した丸印”は、紙面表から裏に向かうゲート電流を表す。）を流すとゲート配線４０１の周りに時計回りの電流磁場が生じ（図４２（ｂ）、チャネル４０３の磁化方向は反転してドレイン４０５の磁化方向と同じになる（図４２（ｃ））。
【０１３７】
このため、チャネル４０３とドレイン４０５はクーロン力により引き合い、チャネル４０３とソース４０４は反発して離れる。これによりチャネル４０３がドレイン４０５と導通し、チャネル４０３とソース４０４はＯＦＦ状態、チャネル４０３とドレイン４０５はＯＮ状態となる（図４２（ｄ））。この状態でゲート電流を遮断してもチャネル４０３の磁化方向は変化せず、チャネル４０３とドレイン４０５はＯＮ状態を保持する（図４２（ｅ））。
【０１３８】
上記実施例４によれば、実施例１と同様の効果が得られるばかりでなく、ゲートに強磁性金属を使用する必要がなく、より簡便な構造の電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【実施例５】
【０１３９】
図４３は、本発明の実施例５に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図である。  
本発明の実施例５に係わる電磁作用によるトランジスタは、ゲート配線４３１と、磁化方向が固定された強磁性金属からなるソース４３４およびドレイン４３５と、磁化方向が反転可能な強磁性金属からなるチャネル４３３とを備えている。
【０１４０】
ゲート配線４３１はチャネル４３３の主面（図４３では、紙面上方。）と間隙を挟んで対向して設けられ、ソース４３４はチャネル４３３の反転可能な磁化方向の一方（図４３では、紙面左方。）の延長上に配置され、ドレイン４３５はチャネル４３３の反転可能な磁化方向の他方（図４３では、紙面右方。）の延長上に配置されている。
【０１４１】
チャネル４３３、ソース４３４、およびドレイン４３５の構成、機能、およびそれらの位置関係は、実施例３と同様であるので、詳しい説明は省略する。実施例３との違いは、ゲート２１１および２１７の替わりに電流磁場を生成するためのゲート配線４３１が設けられ、その電流磁場によってチャネル４３３の磁化方向が反転されることである。
【０１４２】
ゲート配線４３１は導電性材料で形成され、チャネル４３３の磁化方向に垂直な方向（図４３では、紙面裏から表へ向かう方向。）にゲート電流が流れるように配置されている。
【０１４３】
このゲート電流によって生成される電流磁場がチャネル４３３の磁化方向を反転させる。すなわち、ゲート電流の向きによってソース４３４-チャネル４３３-ドレイン４３５間がＯＮ状態またはＯＦＦ状態となる。
【０１４４】
なお、実施例４の図４０（ａ）のように、チャネル４３３の上下に２本のゲート配線を設けてそれらに一対の相補的なゲート電流を流すように構成しても良い。
【０１４５】
次に、上述した構造を有する電磁作用によるトランジスタの基本的な動作について説明する。  
図４４および図４５は、本発明の実施例５に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明するイメージ図である。ここでは、ソース４３４とドレイン４３５の間の導通状態をＯＮ／ＯＦＦさせる場合の一例を示した。
【０１４６】
図４４はソース４３４とドレイン４３５の間を導通させてＯＮ状態にする場合であり、図４５はソース４３４とドレイン４３５の間を遮断してＯＦＦ状態にする場合である。
【０１４７】
最初に、チャネル４３３の磁化方向がドレイン４３５およびソース４３４の磁化方向と逆方向でドレイン４３５とチャネル４３３、およびソース４３４とチャネル４３３とが導通していないＯＦＦ状態（図４４（ａ））であるとする。ここで、ゲート配線４３１にゲート電流（図４４では、紙面裏から表に向かうゲート電流。）を流すとゲート配線４３１の周りに反時計回りの電流磁場が生じ（図４４（ｂ）、チャネル４３３の磁化方向は反転する（図４４（ｃ））。
【０１４８】
このため、チャネル４３３とソース４３４、およびチャネル４３３とドレイン４３５とはクーロン力により引き合い、これによりチャネル４３３はソース４３４およびドレイン４３５と導通し、ドレイン４３５-ソース４３４間はＯＮ状態となる（図４４（ｄ））。この状態でゲート電流を遮断してもチャネル４３３の磁化方向は変化せず、ドレイン４３５とソース４３４はＯＮ状態を保持する（図４４（ｅ））。
【０１４９】
次に、チャネル４３３の磁化方向がドレイン４３５およびソース４３４の磁化方向と同方向でドレイン４３５-ソース４３４間が導通しているＯＮ状態（図４５（ａ））であるとする。ここで、ゲート配線４３１に図４４とは逆向きのゲート電流（紙面表から裏に向かうゲート電流。）を流すとゲート配線４３１の周りに時計回りの電流磁場が生じ（図４５（ｂ）、チャネル４３３の磁化方向は反転してドレイン４３５およびソース４３４の磁化方向と逆方向になる（図４５（ｃ））。
【０１５０】
このため、チャネル４３３とドレイン４３５およびソース４３４とはクーロン力により反発して離れ、これによりドレイン４３５-ソース４３４間はＯＦＦ状態となる（（図４５（ｄ））。この状態でゲート電流を遮断してもチャネル４３３の磁化方向は変化せず、ドレイン４３５とソース４３４はＯＦＦ状態を保持する（図４５（ｅ））。
【０１５１】
上記実施例５によれば、実施例３と同様の効果が得られるばかりでなく、ゲートに強磁性金属を使用する必要がなく、より簡便な構造の電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【実施例６】
【０１５２】
図４６〜図５５は、本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図である。ここでは、一例として、実施例２の図１３に示した構造の電磁作用によるトランジスタをＣＭＯＳ回路と混載する場合の製造方法を示した。
【０１５３】
本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法は、ＭＯＳトランジスタを形成する工程（ＳＴ６１）、下部配線を形成する工程（ＳＴ６２）、下部キャビティを形成する工程（ＳＴ６３）、第１の下部コンタクトを形成する工程（ＳＴ６４）、ゲートを形成する工程（ＳＴ６５）、第２の下部コンタクトを形成する工程（ＳＴ６６）、チャネル、ソース、およびドレインを形成する工程（ＳＴ６７）、上部キャビティを形成する工程（ＳＴ６８）、上部コンタクトおよび上部配線を形成する工程（ＳＴ６９）、およびキャビティを形成する工程（ＳＴ７０）を備えている。
【０１５４】
ＳＴ６１では、通常の方法でシリコン基板４６１上にＭＯＳトランジスタ４６２が形成され、ＭＯＳトランジスタ４６２上に絶縁膜４６３が形成される（図４６（ａ））。
【０１５５】
ＳＴ６２では、配線１０４ｃ〜１０４ｅが形成される。すなわち、ＳＴ６１で形成された絶縁膜４６３中にＭＯＳトランジスタ４６２の拡散層へのコンタクト４６４が形成され（図４６（ｂ））、絶縁膜４６３およびコンタクト４６４を覆うように絶縁膜４６５が形成され（図４６（ｃ））、絶縁膜４６５の一部が除去され、そこに導電性材料が埋め込まれて配線１０４ｃ〜１０４ｅが形成される（図４６（ｄ））。
【０１５６】
ここで、後に形成されるコンタクト１０３ｃ〜１０３ｅがＣＮＴである場合には、配線層上面にシード層として、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）などの金属微粒子を堆積させておく、という方法もある。
【０１５７】
ＳＴ６３では、後にキャビティ１０２の一部となる下部キャビティが形成される。すなわち、絶縁膜４６５および配線１０４ｃ〜１０４ｅを覆うように絶縁膜４６７が形成され（図４６（ｅ））、配線１０４ｄの上面が露出するよう絶縁膜４６７の一部が除去されて下部キャビティ孔４６８が形成され（図４７（ｆ））、下部キャビティ孔４６８に多結晶シリコン４６９が埋め込まれる（図４７（ｇ））。
【０１５８】
ＳＴ６４では、配線１０４ｄへのコンタクト１０３ｄが形成される。すなわち、多結晶シリコン４６９の一部が除去されて配線１０４ｄに達するコンタクト孔４７０が形成され（図４７（ｈ））、コンタクト孔４７０にＣＮＴを成長させてコンタクト１０３ｄが形成される（図４７（ｉ））。
【０１５９】
ＳＴ６２で配線層上面にシード層としてＦｅ、Ｎｉなどの金属微粒子が堆積されていない場合には、コンタクト孔４７０の開口部にＦｅ、Ｎｉなどの金属微粒子が注入される。
【０１６０】
ＳＴ６５では、ダマシンプロセスを用いてゲート８１が形成される。すなわち、絶縁膜４６７、多結晶シリコン４６９、およびコンタクト１０３ｄを覆うように絶縁膜４７１が形成され、ＳＴ６４で形成された多結晶シリコン４６９およびコンタクト１０３ｄ上の絶縁膜４７１が除去され、そこに多結晶シリコン４７２が埋め込まれる（図４８（ｊ））。
【０１６１】
次に、コンタクト１０３ｄ上の多結晶シリコン４７２が除去されてゲート孔４７３が形成され、非磁性膜４７４が堆積された後（図４８（ｋ））、強磁性金属４７５がゲート孔４７３に埋め込まれてゲート８１が形成される（図４８（ｌ））。
【０１６２】
ＳＴ６６では、配線１０４ｃおよび１０４ｅへのコンタクト１０３ｃおよび１０３ｅが形成される。すなわち、絶縁膜４７１、多結晶シリコン４７２、およびゲート８１を覆うように非磁性膜４７６が形成され（図４９（ｍ））、配線１０４ｃおよび１０４ｅに達するように絶縁膜４６７、絶縁膜４７１、および非磁性膜４７６の一部が除去されてコンタクト孔４７７が形成され（図４９（ｎ））、コンタクト孔４７７に例えばＷ（タングステン）が埋め込まれてコンタクト１０３ｃおよび１０３ｅが形成される（図４９（ｏ））。
【０１６３】
ここで、コンタクト１０３ｃおよび１０３ｅをＷではなくＣＮＴで構成する場合で、ＳＴ６２で配線層上面にシード層としてＦｅ、Ｎｉなどの金属微粒子が堆積されていない場合には、コンタクト孔４７７の開口部にＦｅ、Ｎｉなどの金属微粒子が注入される。また、ゲート８１へのスピン注入にＴＭＲが用いられる場合には、非磁性膜４７６として例えばＭｇＯが堆積される。
【０１６４】
ＳＴ６７では、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５が同時に形成される。すなわち、非磁性膜４７６、コンタクト１０３ｃおよび１０３ｅを覆うように強磁性金属５０１が堆積され、さらに強磁性金属５０１上に非磁性膜５０２が形成される（図５０（ｐ））。そして、非磁性膜４７６、強磁性金属５０１、および非磁性膜５０２が同時にパターニングされてソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５が形成される（図５０（ｑ））。
【０１６５】
ここで、チャネル８３とソース８４、ドレイン８５は、磁化の保持力に差がつくようアスペクト、体積が異なるよう形成される。具体的には、ソース８４、ドレイン８５は、磁化方向の長さがチャネル８３より長く形成される。また、例えば実施例１または実施例２のように、ソース８４とドレイン８５の磁化方向が逆向きである場合には、ソース８４とドレイン８５の保持力に差がつくようそれらのアスペクト、体積が異なるように形成される。
【０１６６】
ＳＴ６８では、後にキャビティ１０２の一部となる上部キャビティが形成される。すなわち、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５を覆うように絶縁膜５１１が形成され（図５１（ｒ））、チャネル８３、および少なくともソース８４の側面とドレイン８５の側面が露出するように絶縁膜５１１が除去されて上部キャビティ孔５１２が形成され（図５１（ｓ））、上部キャビティ孔５１２に多結晶シリコン５１３が埋め込まれる（図５２（ｔ））。
【０１６７】
ＳＴ６９では、デュアルダマシン法により、コンタクト１０３ａ、１０３ｂおよび配線１０４ａ、１０４ｂが形成される。すなわち、絶縁膜５１１中にソース８４およびドレイン８５に達するようにコンタクト孔５１４が形成され（図５２（ｕ））、コンタクト孔５１４の上縁部の絶縁膜５１１が除去されて配線孔５３１が形成され（図５３（ｖ））、コンタクト孔５１４および配線孔５３１に例えばＷが埋め込まれてコンタクト１０３ａおよび１０３ｂ、および配線１０４ａおよび１０４ｂが形成される（図５３（ｗ））。
【０１６８】
ＳＴ７０では、キャビティ１０２が形成される。すなわち、配線１０４ａおよび１０４ｂ、絶縁膜５１１、および多結晶シリコン５１３上にパッシベーション膜５３４が形成され（図５４（ｘ））、多結晶シリコン５１３に達するようにパッシベーション膜５３４中にキャビティ形成孔５３５が形成され（図５４（ｙ））、キャビティ形成孔５３５を介してＣＦ４プラズマ等で多結晶シリコン４６９、４７２、および５１３がエッチングされてキャビティ１０２が形成される（図５５（ｚ））。最後に、キャビティ形成孔５３５を介してキャビティ１０２が排気され、あるいはＡｒガスまたは窒素ガスが注入されて封止される（図５５（α））。
【０１６９】
上記実施例６によれば、ソース８４とチャネル８３の間、および、ドレイン８５とチャネル８３の間には真空もしくは不活性ガスからなる空間的な間隙が形成されるので、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ抵抗／ＯＦＦ抵抗比、すなわち高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比でスイッチ動作が可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【０１７０】
また、上記実施例６によれば、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５が同時にパターニングされるので、それらの間の空間的な間隙の大きさを容易に調整でき、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ抵抗／ＯＦＦ抵抗比、すなわち高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比でスイッチ動作が可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【０１７１】
上述の実施例６の説明では、ＣＭＯＳ回路との混載例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、本発明の電磁作用によるトランジスタだけで論理回路を組む場合には、ＣＭＯＳ回路部分は必要としない。
【０１７２】
また、上述の実施例６の説明では、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５は、同じ強磁性金属５０１が用いられ同時にパターニングされるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、これらに別材料を用いて別々に形成し保持力に差をつけるようにしても良い。
【０１７３】
さらに、上述の実施例６の説明では、キャビティ１０２の形成途中で多結晶シリコン４６９、４７２、および５１３を埋め込むとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、多結晶シリコンの替わりにポリイミドを用いても良い。この場合、ＳＴ７０におけるポリイミドのエッチングには酸素プラズマを用いると良い。
【実施例７】
【０１７４】
図５６〜図６３は、本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図である。ここでは、実施例６に示した電磁作用によるトランジスタを上下反転させた構造、つまり、ゲート８１およびチャネル８３をキャビティ１０２の上面からつり下げた構造の電磁作用によるトランジスタの製造方法を示した。
【０１７５】
本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法は、ＭＯＳトランジスタを形成する工程（ＳＴ７１）、下部配線を形成する工程（ＳＴ７２）、下部キャビティを形成する工程（ＳＴ７３）、下部コンタクトを形成する工程（ＳＴ７４）、ゲート、チャネル、ソース、およびドレインを形成する工程（ＳＴ７５）、上部キャビティを形成する工程（ＳＴ７６）、上部コンタクトを形成する工程（ＳＴ７７）、上部配線を形成する工程（ＳＴ７８）、およびキャビティを形成する工程（ＳＴ７９）を備えている。  
ＳＴ７１〜ＳＴ７３は、実施例６と同様（具体的には、図４６（ａ）〜図４７（ｇ）。）であるので、詳しい説明は省略する。
【０１７６】
ＳＴ７４では、配線１０４ｃおよび１０４ｅへのコンタクト１０３ｃおよび１０３ｅが形成される。すなわち、絶縁膜４６７、多結晶シリコン４６９を覆うように非磁性膜５６１が形成され（図５６（ｈ））、配線１０４ｃおよび１０４ｅに達するように絶縁膜４６７および非磁性膜５６１の一部が除去されてコンタクト孔が形成され、そこに例えばＷ（タングステン）が埋め込まれてコンタクト１０３ｃおよび１０３ｅが形成される（図５６（ｉ））。
【０１７７】
ここで、コンタクト１０３ｃおよび１０３ｅをＷではなくＣＮＴで構成する場合で、ＳＴ７２（実施例６のＳＴ６２に対応する工程。）で配線層上面にシード層としてＦｅ、Ｎｉなどの金属微粒子が堆積されていない場合には、コンタクト孔の開口部にＦｅ、Ｎｉなどの金属微粒子が注入される。
【０１７８】
ＳＴ７５では、ゲート８１、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５が形成される。すなわち、非磁性膜５６１、コンタクト１０３ｃおよび１０３ｅを覆うように強磁性金属５６３が堆積され、強磁性金属５６３上に非磁性膜５６４が形成され、さらに非磁性膜５６４上に強磁性金属５６５が堆積され、強磁性金属５６５上に非磁性膜５６６が形成される（図５６（ｊ））。ここで、ゲート８１へのスピン注入にＴＭＲが用いられる場合には、非磁性膜５６４として例えばＭｇＯが堆積される。
【０１７９】
次に、非磁性膜５６６および強磁性金属５６５がパターニングされてゲート８１が形成され（図５７（ｋ））、パターニングされた強磁性金属５６５の側壁に非磁性金属５６７が形成された後（図５７（ｌ））、非磁性膜５６４、強磁性金属５５６３、および非磁性膜５６１が同時にパターニングされてソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５が形成される（図５７（ｍ））。
【０１８０】
ここで、チャネル８３、ソース８４、およびドレイン８５は、実施例６と同様に、それらのアスペクト、体積が適切に調整されて形成される。
【０１８１】
ＳＴ７６では、後にキャビティ１０２の一部となる上部キャビティが形成される。すなわち、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５を覆うように絶縁膜５８１が形成され（図５８（ｎ））、ゲート８１、チャネル８３の側面、および少なくともソース８４の側面とドレイン８５の側面が露出するように絶縁膜５１１が除去されて上部キャビティ孔が形成され、そこに多結晶シリコン５８２が埋め込まれる（図５８（ｏ））。
【０１８２】
ＳＴ７７では、コンタクト１０３ａ、１０３ｂ、およびコンタクト１０３ｄに対応する上部コンタクト５９２が形成される。すなわち、多結晶シリコン５８２中にゲート８１に達するようにコンタクト孔５９０が形成され、絶縁膜５８１中にソース８４およびドレイン８５に達するようにコンタクト孔５９１が形成され（図５９（ｐ））、コンタクト孔５９０および５９１にＣＮＴを成長させてコンタクト１０３ａ、１０３ｂ、および５９２が形成される（図５９（ｑ））。
【０１８３】
ＳＴ７８では、配線１０４ａ、１０４ｂ、および配線１０４ｄに対応する上部配線６１１が形成される。すなわち、絶縁膜５８１、多結晶シリコン５８２、およびコンタクト１０３ａ、１０４ｂ、および５９２を覆うように絶縁膜５９３が形成され（図６０（ｒ））、コンタクト１０３ａ、１０４ｂ、および５９２の上面がそれぞれ露出するように絶縁膜５９３および多結晶シリコン５８２の一部が除去されて配線孔５９４が形成され（図６０（ｓ））、配線孔５９４に導電性材料が埋め込まれて配線１０４ａ、１０４ｂ、および上部配線６１１が形成される（図６１（ｔ））。
【０１８４】
ＳＴ７９では、キャビティ１０２が形成される。すなわち、配線１０４ａおよび１０４ｂ、配線６１１、および絶縁膜５９３上にパッシベーション膜６１２が形成され（図６１（ｕ））、多結晶シリコン５８２に達するようにパッシベーション膜６１２および絶縁膜５９３の一部が除去されてキャビティ形成孔６１３が形成され（図６２（ｖ））、キャビティ形成孔６１３を介してＣＦ４プラズマ等で多結晶シリコン５８２および４６９がエッチングされてキャビティ１０２が形成される（図６２（ｗ））。最後に、キャビティ形成孔６１３を介してキャビティ１０２が排気され、あるいはＡｒガスまたは窒素ガスが注入されて封止される（図６３（ｘ））。
【０１８５】
上記実施例７によれば、ソース８４とチャネル８３の間、および、ドレイン８５とチャネル８３の間には真空もしくは不活性ガスからなる空間的な間隙が形成されるので、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ抵抗／ＯＦＦ抵抗比、すなわち高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比でスイッチ動作が可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【０１８６】
また、上記実施例７によれば、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５が同時にパターニングされるので、それらの間の空間的な間隙の大きさを容易に調整でき、微細化に伴うパンチスルー耐性の低下を抑制しつつ高いＯＮ抵抗／ＯＦＦ抵抗比、すなわち高いＯＮ電流／ＯＦＦ電流比でスイッチ動作が可能な電磁作用によるトランジスタを実現することができる。
【０１８７】
上述の実施例７の説明では、ＣＭＯＳ回路との混載例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、本発明の電磁作用によるトランジスタだけで論理回路を組む場合には、ＣＭＯＳ回路部分は必要としない。
【０１８８】
また、上述の実施例７の説明では、ソース８４、チャネル８３、およびドレイン８５は、同じ強磁性金属５０１が用いられ同時にパターニングされるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、これらに別材料を用いて別々に形成し保持力に差をつけるようにしても良い。
【０１８９】
さらに、上述の実施例７の説明では、キャビティ１０２の形成途中で多結晶シリコン４６９および５８２を埋め込むとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、多結晶シリコンの替わりにポリイミドを用いても良い。この場合、ＳＴ７９におけるポリイミドのエッチングには酸素プラズマを用いると良い。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図。
【図２】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の一例を示す断面図。
【図３】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の別の一例を示す断面図。
【図４】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおけるコンタクト（ＣＮＴ）の断面形状を示すイメージ図。
【図５】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタにおけるコンタクト（ＣＮＴ）の別の断面形状を示すイメージ図。
【図６】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（１）。
【図７】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（２）。
【図８】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（３）。
【図９】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（４）。
【図１０】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（５）。
【図１１】本発明の実施例１に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（６）。
【図１２】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図。
【図１３】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の一例を示す断面図。
【図１４】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタにおける具体的な構造の別の一例を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（１）。
【図１６】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（２）。
【図１７】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（３）。
【図１８】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（４）。
【図１９】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（１）。
【図２０】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（２）。
【図２１】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（３）。
【図２２】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（４）。
【図２３】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（５）。
【図２４】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（６）。
【図２５】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（７）。
【図２６】本発明の実施例２に係わる電磁作用によるトランジスタを用いたバッファ回路の動作を説明する回路図（８）。
【図２７】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図。
【図２８】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（１）。
【図２９】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（２）。
【図３０】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（３）。
【図３１】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（４）。
【図３２】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（５）。
【図３３】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明する回路図（６）。
【図３４】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図（１）。
【図３５】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図（２）。
【図３６】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図（３）。
【図３７】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図（４）。
【図３８】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図（５）。
【図３９】本発明の実施例３に係わる電磁作用によるトランジスタを用いた転送ゲートの動作を説明する回路図（６）。
【図４０】本発明の実施例４に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図。
【図４１】本発明の実施例４に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明するイメージ図（１）。
【図４２】本発明の実施例４に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明するイメージ図（２）。
【図４３】本発明の実施例５に係わる電磁作用によるトランジスタの構造を示すイメージ図。
【図４４】本発明の実施例５に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明するイメージ図（１）。
【図４５】本発明の実施例５に係わる電磁作用によるトランジスタの基本的な動作を説明するイメージ図（２）。
【図４６】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（１）。
【図４７】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（２）。
【図４８】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（３）。
【図４９】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（４）。
【図５０】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（５）。
【図５１】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（６）。
【図５２】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（７）。
【図５３】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（８）。
【図５４】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（９）。
【図５５】本発明の実施例６に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（１０）。
【図５６】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（１）。
【図５７】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（２）。
【図５８】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（３）。
【図５９】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（４）。
【図６０】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（５）。
【図６１】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（６）。
【図６２】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（７）。
【図６３】本発明の実施例７に係わる電磁作用によるトランジスタの製造方法を示す工程図（８）。
【符号の説明】
【０１９１】
１１、１７、８１、２１１、２１７  ゲート
１２、１６、８２、２１２、２１６  非磁性膜
１３、８３、２１３、４０３、４３３  チャネル
１４、８４、２１４、４０４、４３４  ソース
１５、８５、２１５、４０５、４３５  ドレイン
２１、３１、１０１、１１１  絶縁膜
２２、３２ａ、３２ｂ、１０２、１１２ａ、１１２ｂ  キャビティ
２３ａ〜２３ｆ、３３ａ〜３３ｆ、１０３ａ〜１０３ｅ、１１３ａ〜１１３ｆ  コンタクト
２４ａ〜２４ｆ、３４ａ〜３４ｆ、１０４ａ〜１０４ｅ、１１４ａ〜１１４ｆ  配線
６１、７１、９１、９３、２２１、２５１  スイッチ
６２、７２、９２、９４、２２２、２５２  電源
１３１、１３２、２８１、２８２、２８３  トランジスタ（Ｔｒ）
４０１、４０７、４３１  ゲート配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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