(57)【要約】【課題】本発明は双安定ナノスイッチの分野に関している。【解決手段】本発明はナノスイッチデバイスに関連しており、少なくとも一つの固定要素（５２）と、及び少なくとも部分的に磁性材料で作られ、及び前記固定された要素に対して可動である少なくとも一つの要素（５０）と、を備えており、前記可動要素を活性化する手段であって、第１及び第２の平面を画定し、前記第１の平面内部に含まれた方向、または前記第１の平面に垂直な方向に残留磁化を生み出すために、平面形状を有する少なくとも一つの第１及び第２の磁性手段（３０，３０’、４０，４０’）と、前記第１及び第２の磁性手段の少なくとも一つの残留磁化の方向を反転させるための手段（３６，３６’）と、を備えている。【選択図】図７Ａ
2009245946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノスイッチデバイスであって、
‐少なくとも一つの固定要素と、及び少なくとも部分的に磁性材料で作られ、及び前記固定要素に対して可動である少なくとも一つの要素と、を備えており、
‐前記可動要素を活性化する手段であって、
‐第１の平面を画定し、前記第１の平面内部に含まれた方向、または前記第１の平面に垂直な方向に残留磁化を生み出すための、平面形状を有する少なくとも一つの第１の磁性手段と、
‐第２の平面を画定し、前記第２の平面内部に含まれた方向、または前記第２の平面に垂直な方向に残留磁化を生み出すための、平面形状を有する少なくとも一つの第２の磁性手段と、
‐熱効果によって、前記第１及び第２の磁性手段の少なくとも一つの残留磁化の方向を反転させるための手段と、
を備えた手段を備えているデバイス。
【請求項２】
前記可動要素は、軟質の磁性材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１及び第２の磁性手段は、前記固定要素の一部であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の磁性手段は、前記第１の平面内に含まれる一つの方向に固定された残留磁性磁化を有していることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の磁性手段は、前記第２の平面内に含まれる方向において反転できる残留磁化を有していることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の磁性手段は、前記平面に垂直な方向において反転できる残留磁化を有していることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２の磁性手段は、前記平面に垂直な方向に固定された残留磁化を有していることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の磁性手段は、前記第１の平面に含まれる方向において可変の残留磁化を有していることを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の平面に垂直な方向に固定された残留磁化を有する複数の第２の磁性手段を備えていることを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記可動要素は、前記第１の磁性手段を備えており、前記第２の磁性手段は前記固定要素の一部であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の磁性手段は、前記第１の平面に含まれる方向に固定された残留磁化を有していることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第２の磁性手段は、前記第２の平面に垂直な方向に、可変の残留磁化を有していることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の磁性手段は、前記第２の平面に含まれる方向に、可変の残留磁化を有していることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第１及び第２の磁性手段は、前記可動部が残りの位置にあるとき、互いに一直線に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記可動要素の第１の部分及び第２の部分が旋回運動できる回転軸を備えており、この可動要素の各部は、少なくとも一つの第１の磁性手段を備えており、前記固定要素は少なくとも一つの第２の磁性手段を備えており、それぞれは前記可動要素の第１の磁性手段と連携するために配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記可動部は前記第１及び第２の磁性手段と同じ平面内に配置されており、及びこの平面内部で可動であることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記可動部は、前記第１及び第２の磁性手段によって画定された平面に平行な平面内部に配置され、及び可動であることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１及び第２の磁性手段は、前記平面内に含まれる方向に残留磁化を有しており、これらの磁化の少なくとも一つは、可変であることを特徴とする請求項１６または１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
少なくとも一つの磁性手段は、前記平面に垂直な残留磁化を有しており、ＣｏＰｔ及び少なくとも一つの反強磁性材料の層の複層のスタックを備えていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
少なくとも一つの磁性手段は、平面内に含まれる方向に残留磁化を有しているか、または平面磁化を有しており、少なくとも一つの強磁性材料の層、及び少なくとも一つの反強磁性材料の層を備えていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
‐前記反強磁性材料はＰｔＭｎまたはＮｉＭｎ組成であり、及び前記強磁性材料はＣｏＦｅまたはＮｉＦｅ組成であり、
‐または、前記反強磁性材料はＩｒＭｎまたはＦｅＭｎ組成であり、及び前記強磁性材料はＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ組成であることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記第１及び第２の磁性手段の少なくとも一つの前記残留磁化の方向を反転するための前記手段は、
‐前記遮蔽温度より上に反強磁性層を加熱し、
‐強磁性材料の層、またはＣｏＰｔの複層のスタックの磁化を配向させるための磁場を引き起こすための少なくとも一つの導体を備えていることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
二つの導体要素を備えており、一つは反強磁性層を加熱するためであり、他方は磁化を配向させるための磁場を引き起こすためであることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
電流の影響下の熱を解放することのできる材料で造られた層をさらに備えており、これは前記導体要素と前記反強磁性層の間に配置されることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記反強磁性層を加熱するための前記導体要素は、サーミスタを備えていることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２６】
平面磁化を有している磁性手段、及び／または垂直磁化を有している磁性手段における熱を制限するための熱バリアを形成する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記第１または第２の磁性手段の少なくとも一つは、層のスタックを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記層のスタックは、交互に少なくとも一つの磁性層（Ｆ）と少なくとも一つの反強磁性層（ＡＦ）を備えていることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記スタックは二つの外部の層によって境界を示され、それぞれは反強磁性層であることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記第１及び第２の磁性手段の少なくとも一つは、可逆な磁化を有しており、及び前記磁化を反転するための手段に関連していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は双安定ナノスイッチの分野に関している。
【背景技術】
【０００２】
ナノスイッチの一般的な寸法は、数十ｎｍの単位で百ｎｍのセクション（例えば、１００ｎｍと５００ｎｍの間×１０ｎｍと１００ｎｍの間）に対して、数μｍ（例えば、１μｍと１０μｍの間であり、例えば５μｍ）の長さに一致する。ギャップ（すなわち、前記スイッチの固定位置から移動可能な位置を分離する距離）は、一般的に数十ｎｍのオーダである（例えば、１０ｎｍと５００ｎｍの間、例えば５０ｎｍに等しい）。
【０００３】
いくらかのナノスイッチの実施形態は知られており、それらの全ては静電気力によって作動される。
【０００４】
具体的には、キャベンディッシュ・キネティクスのシリコンベース技術は知られており、これは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｖｅｎｄｉｓｈ−ｋｉｎｅｔｉｃｓ．ｃｏｍ／のサイトで述べられている。この技術は図１Ａ‐１Ｄにおいて示されるような静電駆動のサブマイクロメトリックビーム１を用いる。
【０００５】
残余の位置において、ビーム１は導電性表面２に平行に位置されている。これらの要素のそれぞれを特定の電圧まで持っていき、及びそれによってそれらの間に所望の電位差を確立させる。
【０００６】
このようにして、図１Ａにおいて、ビーム１は機械的にアイドリングしており、それと前記導電性基板２との間の前記電位差はゼロである。このＯＦＦ位置において、システムは安定している。
【０００７】
図１Ｂにおいて、これらの二つの要素の間の電位差は増加し、及び引力（静電気力）はこのようにして前記ビームに印加され、この力は、後者を前記基板２の方向の後ろへ導く傾向にある。
【０００８】
特定の電圧閾値Ｖｔｈを超えると、前記ビームは基板２に反して導かれ、前記スイッチはそのようにして、ＯＮ位置になる（図１Ｃ）。
【０００９】
前記電圧は、もとのゼロに持っていかれ、及び前記スイッチは、前記基板２上の粘着力の結果としてＯＮのままとなる（図１Ｄ）。結果として、いったん前記駆動力が消失すると、表面力はＯＮ位置において構造を保持するのに十分となる。前記構造はそれ故、別の駆動力によって取り外されるだけであり、それは、初期の等しい位置の方向にそれを引きつけるものである。
【００１０】
ＣＭＯＳ電子装置、及び非特許文献１で述べられたようなこのＣＭＯＳの自然の電圧を用いるプログラミングと共に、このタイプのナノスイッチを集積することは可能である。
【００１１】
この構造の前記駆動システムの不利点は、本質的に双安定ではなく、スイッチ位置を残すために粘着力を用いる。粘着力は十分に判断されず、及び十分に制御されないままであり、前記システムの再現性や信頼性を台無しにする。
【００１２】
今まで、不揮発性の双安定を有する手段は、非特許文献２で述べられたような、弾性リコール力（ｅｌａｓｔｉｃ  ｒｅｃａｌｌ  ｆｏｒｃｅ）とファンデルワールス力の間の平衡を達成することである。
【００１３】
カーボンナノチューブベースのナノスイッチのいくつかの実施形態も知られている。様々な製造技術は、ナノチューブを所望の位置に配置する難しさを軽減することを可能にしている。例えば、非特許文献３で述べられたような、化学的表面処理の利用がある。ナノチューブファブリックの実装も知られている。
【００１４】
そのようなスイッチに対して様々な構造が存在し、それらの一つは、ナノチューブが基板に平行であるので水平としてみなされ、ファンデルワールス力と弾性力の間の平衡から予定通り双安定となり、及び駆動は静電力により達成される。この関連で、参照は、非特許文献４によってなされる。
【００１５】
特許文献１は、平行な容量性の構造のほかに、一連の容量性の形態で操作するナノチューブベースのナノスイッチを開示している。それは図２Ａ及び図２Ｂによって図示されており、伝送回路１６０上に配置された誘電体１８０と接するために静電的に歪められうる一つかいくらかのナノチューブ１４６を実装する（この誘電体は同様にナノチューブの上に堆積されうる）。前記構造を取り外す課題はこの文献において持ち出されていない。
【００１６】
カーボンナノチューブを用いる前記システムの不利点は、製造、位置調整、及び前記ナノチューブの前記物理的な特徴の再現性が産業スケールで十分にまだ制御されていないことである。
【００１７】
存在するナノスイッチ構造は全て静電駆動をベースにしている。これらのナノスイッチの不揮発な双安定は、スイッチの表面での粘着力と、機械的リコール力との間の妥協により単に保証され、それは可動部を初期位置に戻す傾向がある。それ故、この双安定性は、前記可動構造の取り外しが迅速ではないので、前記駆動システムに固有ではなく、それは反転駆動力（例えば、反対電極を有する）によってなされるべきである。
【００１８】
さらに、前記スイッチをＯＮ位置のままにさせる接触力は、製造の間に不十分に判断されたままであり、及び不十分に制御されたままであり、それにより、前記システムの再現性及び信頼性を危険にさらしている。
【００１９】
本質的に双安定な、及び不揮発な駆動は、静電誘導において磁気モーメントの調節を基にしている。磁化された可動部は、急落する永久の電磁誘導の磁力線に沿って調節される傾向にある。いくつかのマイクロアクチュエータが、非特許文献５、または非特許文献６で述べられるようなこの原理を基に製造されている。
【００２０】
これらのシステムの横方向の寸法は全て、約百μｍのオーダのままである。これらのスイッチの操作を保証する永久磁石は、一般的に手動で加えられ、及びシステム製造工程の間に集積されることはまれである。全ての場合において、厚さ（１０μｍ以上）はナノスイッチと互換性が無い。
【００２１】
磁気モーメントの調節を経た駆動の原理は図３及び４に関連して述べられるだろう。
【００２２】
軟質な強磁性材料で作られたビーム５は、平面コイル７の半分の上に配置される。永久磁石９上に配置される後者は、磁場Ｈｂを生成し、その主方向はビーム５で基板に平行であり、及び前記方向は、通過する電流の方向に依存する。永久磁石９は前記ビーム５に垂直な場を作り出す。参照番号７０及び９０は、コイル７及び永久磁石９の力線をそれぞれ指定している。
【００２３】
全場はビームの水平な磁化をもたらす。前記コイル７の場が打ち切られるとき、垂直磁石の磁場のおかげで、前記磁化は維持されるだろう。その次元のおかげで、前記ビームの容易な磁化の方向は、前記基板に平行である。前記ビームが歪められるとき、前記ビームの主要軸に沿った前記永久磁石の前記磁場の射出は、前記コイルに流れるいかなる電流の欠如においても、前記ビームの磁化を維持することは十分である。前記コイルによって生み出された場が可動部５の磁化方向の逆転をもたらし、及びそれ故機械的スイッチの反転もたらすように、スイッチの反転は、前記コイル７における電流の方向を反対にすることでなされる。一つのモーメントがあらわれ、前記永久磁石の場として同一の方向にそれを再度調節するために、構造を反転させる傾向にある（図４）。
【００２４】
結果として、このタイプのシステムにおいて、基板内に作られた永久磁石Ｂｍａｇｎｅｔの場を調節させるために、モーメントＭは可動要素を歪めさせる傾向にある（その中で磁化Ｂｂｅａｍは前記コイルにより作り出された場から来る）。
【００２５】
ＯＮ状態もＯＦＦ状態もエネルギー安定であり、不揮発な双安定の特徴を有するシステムを与える一方で、このようなシステムは、単にスイッチング（ＯＮ−＞ＯＦＦ及びＯＦＦ−＞ＯＮ）に対するエネルギー入力を必要とする。さらに、前記構造が前記基板に接触して配置されると（図４）、取り外しが容易にされる。何故なら、機械的リコール力が作用するだけでなく、反転モーメントも作り出されるからである。それ故、同様の構造が両方向でのスイッチングに対して用いられるので、反転駆動システムの必要は無い。
【００２６】
磁化が反転するとき、永久磁石９の力線と同じ方向であるビーム５の磁気モーメントに沿う傾向にあるモーメントＭが現れ、それによってシステムをＯＦＦ位置に切り替える。
【００２７】
許容範囲にある電流密度を有するナノコイルによって生み出される場は非常に弱くて、切り替えが実行できないため、反転のこの原理は、同程度の減少を不十分にサポートする。例えば、５０ｎｍの空間を有し、２０ｎｍ×２０ｎｍの平方断面積を有するナノスイッチと互換性のある金属ワイヤによって生み出された磁場は、有用な場が数ｍＴのオーダか、それ以上である一方で、１０６Ａ／ｃｍ２の一般的な電流密度に対して１３μＴのオーダである。
【００２８】
さらに、永久磁場を生み出すための巨視的磁石の利用は、このシステムが一体化されることを可能にしない。
【００２９】
これらの二つの理由のために、既知の構造は、スイッチが周囲のＣＭＯＳ型エレクトロニクスシステムで共集積（ｃｏ‐ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）されることを可能にしない。しかし、共集積は、マイクロシステム技術と比べるとＮＥＭＳの主な利点の一つである。
【００３０】
言い換えると、マイクロスイッチの寸法の縮小は、求められている磁気特性を破壊し、及びもはやスイッチングまたは双安定を可能にしない。
【００３１】
特許文献２は、今でも軟質で、トルク感応型材料を用いている構造を述べている。場が制限されていない時、前記管は接点に向かって作動される。第２の安定な状態は、接点から引き離すために粘着力を相殺させるべき機械的な剛性さによって単に提供される。さらに、磁化の方向の反転は、機械的に固定された磁石の一部を通るスピン電流の利用に起因する。このスピン電流は、二つの磁性手段の一つの磁化の方向を変化させることを可能にしており、これは、結果として起こる放射（この文献の図２８を参照）、または閉じ込められた（この文献の図２７を参照）磁場を引き起こす。
【００３２】
このようにして、縮小された寸法、すなわち、ナノスイッチ型構造と互換性がある新しく双安定で磁気的に駆動されたスイッチ構造を見つけ出すことの課題が浮上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１３９８４２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０５７２７８号Ａ１明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／１５３５８３号Ａ１明細書
【非特許文献】
【００３４】
【非特許文献１】Ｍ．Ａ．  Ｂｅｕｎｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａ  Ｎｅｗ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ＮＶＭ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ，  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，  Ｒａｄ−Ｈａｒｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ２００５，  ＩＥＥＥ，  ｐｐ．６５−６８，２００５
【非特許文献２】Ｋ．Ｊ．  Ｚｉｅｇｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  ｅｎｔｉｔｌｅｄ  “Ｂｉｓｔａｂｌｅ  Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ  ８４，  Ｎｏ．  ２０，  ｐｐ．４０７４−４０７６，２００４
【非特許文献３】Ｅ．Ｄｕｊａｒｄｉｎ  ｅｔ  ａｌ，  ｅｎｔｉｔｌｅｄ  “Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｕａｔｅｄ  ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ”，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ／  ８７，  １９３１０７，  ２００５
【非特許文献４】Ｔ．  Ｒｕｅｃｋｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，  ｅｎｔｉｔｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ  ｆｏｒ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．２８９，  ｐｐ．９４−９７，２０００
【非特許文献５】“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ  Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ”，ｂｙ  Ｃｈａｎｇ  Ｌｉｕ，ａｎｄ  Ｙｏｎｇ  Ｗ．  Ｙｉ，  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，  Ｖｏｌ．３５，  Ｎｏ．３，  ｐｐ．１９７６−１９８５，  １９９９
【非特許文献６】“Ｌａｔｃｈｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｌａｙｓ”  ｂｙ  Ｍ．Ｒｕａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ，  Ｖｏｌ．  ９１，  ｐｐ．３４６−３５０，２００１
【非特許文献７】Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ，  ７２，  １０４４１２，  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
この問題を解決するために、本発明は、
‐少なくとも一つの固定要素と、及び少なくとも部分的に磁性材料で作られ、及び前記固定要素に対して可動であり、柔軟な、またはたわみやすい少なくとも一つの要素と、
‐前記可動要素を活性化するための手段と、
を備えているスイッチまたはナノスイッチデバイスまたはサブマイクロニックスイッチを提案している。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
前記可動要素を活性化する前記手段は、
‐第１の平面を画定し、前記第１の平面内部に含まれた方向、または前記第１の平面に垂直な方向に残留磁化を生み出すための、平面形状を有する少なくとも一つの第１の磁性手段と、
‐第２の平面を画定し、前記第２の平面内部に含まれた方向、または前記第２の平面に垂直な方向に残留磁化を生み出すための、平面形状を有する少なくとも一つの第２の磁性手段と、
を備えている。
【００３７】
本発明によるデバイスは、
‐前記第１及び第２の磁性手段の少なくとも一つの残留磁化の方向を反転させるための手段
をさらに備えている。
【００３８】
本発明は、本質的に双安定なデバイスを製造すること、及び様々な構成を可能にしている。特に、これらの構成によると、可動要素は前記固定された要素に接した状態になりうる。例えば、同様の柔軟性は、この固定された要素に反して部分的に押されることを可能にする。
【００３９】
本発明は、サブマイクロメトリックスケールで、双安定な機械的駆動に対して十分激しい磁場を有する構造を製造することを可能にしている。
【００４０】
本発明によると、前記第１及び第２の磁性手段の少なくとも一つの残留磁化の方向の反転は、熱効果によって得られうる。それは電流、特に少なくとも磁性部分を通るスピン電流によって得られず、この後者の技術は、特許文献２のものである。この文献において、動作は前記磁化を反転させることによって作られた双安定ではない。それとは反対に、本発明によると、結果として起こる磁場は放射しているが、二つの反対方向において、第２の方向は、前記磁化を反転することによって第１から得られている。
【００４１】
この発明において、結果として起こる場が反転されるとき、トルクの方向は、粘着力を反転させ及び平衡させる。それ故、前記可動要素の位置を修正するために、機械的剛性を必要としない。
【００４２】
前記可動要素は軟質な磁化材料から作られうる。
【００４３】
前記第１及び第２の磁性手段の前記第１及び第２の平面は、一致しうる。これは特に、前記第１及び第２の磁性手段が、例えば基板の上または内に同じレベルで単一の寸法の平面内に配置されている。
【００４４】
平面形状の磁性手段は、好ましくは二つの他（幅と深さ）の次元の少なくとも一つまたはそれぞれと比較して小さい全体厚さｅを有しており、例えばｅは、前記二つの他の次元の少なくとも一つまたはそれぞれの１０％より小さいか等しい。３次元のそれぞれは３Ｄ空間の垂直な方向にそって測定されている。
【００４５】
一つの実施形態に従って、前記第１及び第２の磁性手段は固定された要素の一部でありうる。
【００４６】
前記第１の磁性手段は、前記第１の平面内に含まれる一つの方向に固定された残留磁化を有しうる。
【００４７】
前記第２の磁性手段はそれから、前記第２の平面内に含まれる一つの方向において反転している残留磁化を有しうる。
【００４８】
代替によれば、前記第２の磁性手段は、前記第２の平面内に垂直な方向に反転する残留磁化を有している。
【００４９】
前記第２の磁性手段は、前記第２の平面に垂直な方向に固定された残留磁化を有しうる。
【００５０】
この場合において、前記第１の磁性手段は、前記第１の平面内に含まれる一つの方向において可変である残留磁化を有しうる。
【００５１】
このようなデバイスは、前記第１の平面に垂直な方向に固定されている残留磁化を有する複数の第２の磁性手段を備えうる。
【００５２】
他の実施形態によると、前記可動要素は第１の磁性手段を備えており、第２の磁性手段は前記固定要素の一部である。
【００５３】
前記第１の磁性手段は、前記第１の平面内に含まれる一つの方向で固定されている残留磁化を有しうる。
【００５４】
前記第２の磁性手段は前記第２の平面に垂直な方向に可変である残留磁化を有している。
【００５５】
あるいは、前記第２の磁性手段は前記第２の平面内に含まれる方向に可変な残留磁化を有している。
【００５６】
前記第１及び第２の磁性手段は、前記可動部が残りの位置にあるとき、互いに直線に配列されうる。
【００５７】
このようなデバイスは、前記可動要素の第１の部分及び第２の部分が旋回運動できる回転軸を備えており、この可動要素の各部は、少なくとも一つの第１の磁性手段を備えており、前記固定要素は少なくとも一つの第２の磁性手段を備えており、それぞれは前記可動要素の第１の磁性手段と連携するために配置されている。
【００５８】
他の実施形態によると、本発明のデバイスは、前記ナノスイッチデバイスの前記可動要素の両側面上に配置された第１及び第２の磁性手段を備えている。
【００５９】
このようなデバイスにおいて、前記第１及び第２の磁性手段は、前記第２の平面内に含まれる方向に残留磁化を有し、これらの磁化の少なくとも一つは可変である。
【００６０】
前記可動部は、前記第１及び第２の磁性手段と同じ平面内に配置され、及びこの平面で可動でありうる。あるいは、前記可動部は、前記第１及び第２の磁性手段によって画定された平面に垂直な平面内で可動であるように配置される。どちらの場合においても、第１及び第２の磁性手段は、前記平面内に含まれる方向に残留磁化を有し、これらの磁化の少なくとも一つは可変でありうる。
【００６１】
前記実施形態に関わりなく、前記平面内に垂直な残留磁化を有している少なくとも一つの手段は、ＣｏＰｔの複層のスタックを備えうる。
【００６２】
このような構造は、このようなスタックが１０ｎｍと２０ｎｍの間の最大厚さを有しうるので、ナノメトリックな実施形態に適合する。
【００６３】
前記実施形態に関わりなく、前記平面内に含まれる方向に残留磁化を有する少なくとも一つの磁性手段は、強磁性材料の少なくとも一つの層、及び反強磁性材料の少なくとも一つの層を備えうる。ここで再び、このような要素はナノメトリックな実施形態に適合する。
【００６４】
前記反強磁性材料は、例えば、ＰｔＭｎまたはＮｉＭｎ組成であり、及び前記強磁性材料は、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅ組成でありうる。または、前記反強磁性材料はＩｒＭｎまたはＦｅＭｎ組成であり、前記強磁性材料は、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ組成でありうる。
【００６５】
前記ＡＦ層は、所定の方向で前記Ｆ層の磁化を遮蔽する。しかしながら、この磁化の方向を反転させることは可能である。実際のところ、前記ＡＦ層の温度が閾値（阻止温度（ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ））を超える場合、前記Ｆ層の磁化を解放し、それは磁場の印加によってそれから反転されうる。この層に対する阻止温度より上に反強磁性層（ＡＦ）を加熱するための手段が提供されうる。これらの手段は、前記スタックの真下、または近くを流れ、必要ならば、前記強磁性層に印加された磁場を生み出すために働く電流のための導体を供えうる。
【００６６】
これらの磁性手段の他の構成が可能である。
【００６７】
例えば、前記第１または第２の磁性手段の少なくとも一つは、交互に少なくとも一つの磁性層（Ｆ）と少なくとも一つ反強磁性層（ＡＦ）のような層のスタックを含む。前記スタックは好ましくは、二つの外部の層によって境界付けられ、それぞれは、反強磁性層である。
【００６８】
前記第１または第２の磁性手段の少なくとも一つは、可逆磁化を有し、及び前記磁化を反転するための手段に関している。
【００６９】
本発明によるデバイスの各構成は、前記構造または前記可動要素と、前記固定要素（基板）に組み込まれた一つまたはいくつかの磁性手段との間のトルクの生成を経て可動する。
【００７０】
前記可動部が安定位置の少なくとも一つにあるとき、前記可動部と前記固定部は互いに実質的に平行に配置される。この位置において、これら二つの要素の間の距離はおおよそ数十ナノメーター、または数百ナノメーター、例えば１０ｎｍと５００ｎｍの間である。前記可動要素はその柔軟性に起因して、前記可動要素の一方の端が前記固定要素に対して固定されたままの状態となる一方、前記固定要素に反して部分的に押されることを可能にする前記磁性トルクの影響下で、前記固定要素に接する状態になる。
【００７１】
平面な磁性手段の前記残留磁化の前記方向を反転する手段は、この磁化が、この磁性手段の平面内に配向されていても、またはその平面に垂直に配向されていようとも、
‐加熱手段、例えば、伝導電流手段
‐磁場の配向を作り出す手段、例えば、伝導電流手段
【００７２】
単一の電流導体は、加熱と磁場配向の両方を保証することができる。
【００７３】
本発明によるデバイスは、電流の影響下での熱を解放することのできる材料からなる層を備えており、これは前記導体要素と前記反強磁性層の間に配置される。
【００７４】
平面磁化を有している磁性手段、及び／または垂直磁化を有している磁性手段における熱を制限するために働く熱バリア（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ）を形成するための手段が提供される。
【００７５】
本発明はさらに、電子工学的手段で前記ナノスイッチシステムの集積を可能にする。
【００７６】
本発明は同様に、本発明によるデバイスを製造するための方法に関しており、上で述べたように、この方法は、
ａ）均質または比均質な基板の上または内に、平面または垂直磁化を有する平面形状の一つまたはいくつかの磁性手段と、及び前記磁性手段の少なくとも一つの前記磁化を反転させるための可能な手段と、を形成する段階と、
ｂ）この基板の上に第１の犠牲層を形成する段階と、
ｃ）前記第１の犠牲層の上に、前記可動要素を構成する材料より作られた第２の層を形成する段階と、
ｄ）任意的に、この第２の層の上または内に、平面または垂直磁化を有する平面形状の一つまたはいくつかの磁性手段を形成する段階と、
ｅ）前記可動要素を形成し及び解放するために、前記第２の層をエッチングし、前記第１の犠牲層を除去する段階と、
を実行する。
【００７７】
一つまたはいくつかの層または基板を研磨するために、一つまたはそれ以上の研磨段階が実行されうる。
【００７８】
段階ａ）の間に、二つの磁石が前記基板の上に形成されうる。これらの二つの磁石は、単一の平面内にある。それから、上で説明した段階を経て、可動要素はこれらの二つの磁石の間に形成され、その可動は、これら二つの磁石の間で起こる。この方法で、平面構造を有するデバイスが得られる。
【００７９】
あるいは、段階ａ）の後で、二つの磁石が前記基板の上に形成されうる。それから、上で説明した段階を経て、可動要素は、前記可動要素の平面と呼ばれる前記磁石が形成された平面に平行な平面内に形成され、この可動要素の前記移動は、前記可動要素のこの平面内で、前記基板に垂直な平面によって画定された前記磁石を通る二つの制限位置の間で起こる。ここで再び、平面構造を有するデバイスが得られる。
【００８０】
上で述べられた前記代替及び実施形態の全ては、本発明による方法で得られうる。
【発明の効果】
【００８１】
本発明によるデバイスまたは方法において、
‐平面磁化を有する磁性手段は、例えば１Ｔまたは２Ｔのオーダ、またはこれらの値より大きく、例えば２．４Ｔとなる場を得ることを可能にしており、放射された場は数ｍＴとなることができ、それは例えば、２００ｎｍの距離で、１ｍＴと５ｍＴまたは１０ｍＴの間である。
‐及び／または、垂直磁化を有する磁性手段は、１Ｔのオーダ、または０．５Ｔまたは１Ｔより大きくなる場を得ることを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１Ａ】静電的に駆動されたナノスイッチポイントのプログラミングを示している。
【図１Ｂ】静電的に駆動されたナノスイッチポイントのプログラミングを示している。
【図１Ｃ】静電的に駆動されたナノスイッチポイントのプログラミングを示している。
【図１Ｄ】静電的に駆動されたナノスイッチポイントのプログラミングを示している。
【図２Ａ】ナノチューブベースのナノスイッチの操作を示している。
【図２Ｂ】ナノチューブベースのナノスイッチの操作を示している。
【図３】磁気モーメントの配列を経た双安定駆動の原理を図示している。
【図４】磁気モーメントの配列を経た双安定駆動の原理を図示している。
【図５Ａ】本発明の範囲内で実装された強磁性層／反強磁性層型のスタックを示している。
【図５Ｂ】本発明の範囲内で実装された強磁性層／反強磁性層型のスタックを示している。
【図５Ｃ】本発明の範囲内で実装された強磁性層／反強磁性層型のスタックを示している。
【図５Ｄ】本発明の範囲内で実装された強磁性層／反強磁性層型のスタックを示している。
【図５Ｅ】本発明の範囲内で実装された強磁性層／反強磁性層型のスタックを示している。
【図５Ｆ】本発明の範囲内で実装された強磁性層／反強磁性層型のスタックを示している。
【図６Ａ】本発明によるデバイスに関連して実装された垂直方向の磁化を有するスタックを示している。
【図６Ｂ】本発明によるデバイスに関連して実装された垂直方向の磁化を有するスタックを示している。
【図６Ｃ】本発明によるデバイスに関連して実装された垂直方向の磁化を有するスタックを示している。
【図７Ａ】面外の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図７Ｂ】面外の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図８】面外の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図９】面外の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図１０Ａ】面内の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図１０Ｂ】面内の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図１０Ｃ】面内の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図１０Ｄ】面内の移動を有しており、本発明の本質的に双安定の磁気的に駆動された様々なナノスイッチデバイスを示している。
【図１１】本発明によるさらに別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図１２Ａ】ＡＦ／Ｆ層に対する磁化反転のメカニズムを示している。
【図１２Ｂ】ＡＦ／Ｆ層に対する磁化反転のメカニズムを示している。
【図１２Ｃ】ＡＦ／Ｆ層に対する磁化反転のメカニズムを示している。
【図１３Ａ】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１３Ｂ】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１４】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１５】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１６】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１７Ａ】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１７Ｂ】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１８】本発明によるデバイスの様々な代替、及びそのようなデバイスの様々な応用を示している。
【図１９Ａ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図１９Ｂ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図１９Ｃ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図１９Ｄ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図２０Ａ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図２０Ｂ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図２０Ｃ】本発明によるデバイスを製造する方法の段階、及び本発明による別のタイプのナノスイッチデバイスを示している。
【図２１Ａ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｂ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｃ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｄ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｅ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｆ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｇ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｈ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２１Ｉ】本発明によるデバイスを製造する別の方法の段階を示している。
【図２２Ａ】本発明によるデバイスのナノスイッチ型のスイッチへの例となる応用を示している。
【図２２Ｂ】本発明によるデバイスのナノスイッチ型のスイッチへの例となる応用を示している。
【図２３Ａ】関連する導電要素を有するか、または有さない磁石を製造する段階を示している。
【図２３Ｂ】関連する導電要素を有するか、または有さない磁石を製造する段階を示している。
【図２３Ｃ】関連する導電要素を有するか、または有さない磁石を製造する段階を示している。
【図２４Ａ】関連する導電要素を有するか、または有さない磁石を製造する段階を示している。
【図２４Ｂ】関連する導電要素を有するか、または有さない磁石を製造する段階を示している。
【図２４Ｃ】関連する導電要素を有するか、または有さない磁石を製造する段階を示している。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
本発明によるデバイスは、固定部分と、及び前記固定部分に関して可動である部分を備えている。例えば、可動部分は平板またはビームであり、及び以下でこれらの用語のどちらかによって指定される。この可動部は、図７Ｂで見られるように、磁力のトルクの影響下で、固定部と部分的な接触の状態になることを可能にするか、または図１０Ａ，１０Ｂ，及び１１の矢印５５によって示されるように、ある角度で曲げられることを可能にしている柔軟性を一般的に有している。
【００８４】
本発明によるデバイスは、平面形状の磁性手段、または磁石を実装しており、これは磁性手段の面内、またはこの面に垂直で、不可逆または可逆のどちらかの方向の残留磁化を有している。残留磁化の場合において、可逆性は、加熱すること、及び所望の配向、及び所望の方向の外部磁場を適用すること、によって得られうる。
【００８５】
これらの磁性手段は、トルクを生み出すことを可能にしている。前記デバイスの可動部が第１の安定位置から第２の同様の安定位置へ移動することを可能にする。これらは、例えば、スイッチのＯＦＦ位置及びＯＮ位置である。
【００８６】
本発明による磁性トルク駆動ナノスイッチシステムの例は、図７Ａ及び７Ｂにおいて示されている。他の例は、あとで述べられる。
【００８７】
この例において、ナノスイッチは図７Ａにおける５０で参照される可動部、例えばビームを備えている。この可動部は、図において第２の安定部（残りの部分）にある。それは、端部５０’の一つによって固定基板５１に固定される。この例において、この可動部は、軟質磁性材料、好ましくは薄層内に堆積された材料で作られている。例えば、この材料は、（ＮｉＦｅ，またはＣｏＺｒＮｂ，またはＣｏＦｅＢのような）Ｎｉ及び／またはＦｅ及び／またはＣｏを基にしている。
【００８８】
基板５２は、前記基板５１で一体にされうるいわゆる固定部を形成する。可動部が第２の安定部であるとき（図７Ａの場合）、それは基板５２の表面５３に接触していない（この表面に平行でありうるが、必須ではない。なぜなら常に磁性手段３０，４０によって引き付けられうるからである）。前記可動部５０が磁性手段によって引き付けられるとき、後述の通り、それは歪められ、基板５２の表面５３のより近くまで移動され、及び最終的に、（図７Ｂで示されるように）表面５３に接触して、第１の安定部の状態になる。
【００８９】
一つの実施形態によると、前記基板５２の材料は、熱的及び電気的絶縁特性に対して選択され、例えば、シリコンまたは二酸化ケイ素、または窒化ケイ素基板が選択されうる。
【００９０】
基板５２内の磁性手段３０は、磁場の生成を可能にし（図７において力線３００が確認される）、それは順に、ビーム５０内の磁化を生み出す。この前記ビームの磁化は、実質的に、または最初に可動部またはビームの平面内に位置づけられる。この平面の外形は、軸ＡＡ’によって図７Ａにおいて特定され、それ故、この面は、以下に表現「平面ＡＡ’」として指定され、及びそのようにして前記ビーム内で生み出された磁化は、平面として限定される。見られるように、この磁化はこの同一の平面内部で反転される。言い換えると、主な構成要素は平面ＡＡ’内部で、ある方向をたどっている第１の方向を有しているが、同じ方向をたどっており、それは反対の方向に持ち込まれる。磁性手段３０によって生み出された残留磁化は、この残留磁化の配向にかかわりなく、表面５３に平行である。
【００９１】
さらに、手段４０’は、基板５２、及び可動部、またはビーム５０に実質的に垂直である磁化を生み出すことを可能にしている。ここで、これらの手段は、基板５２内で組み込まれる垂直の磁化（例えば、複層Ｃｏ／Ｎｉ、またはＣｏ／Ｐｔ、または鉄と白金の合金、または鉄とパラジウムの合金）を有する（例えば、以下で説明されるように、薄膜において）平面形状の磁石４０’の形状を取る。この磁石は、図７Ａでみられるように、第２の安定部において（または図７Ｂで見られるように、それに関して第１の安定部においてさえ）ビーム５０に実質的に垂直である力線４００’を生み出す。
【００９２】
手段３０及び４０’のそれぞれによって生み出された場を結合することで、及び磁性手段３０の残留磁化の切り替え、または反転の可能性は、ナノスイッチの可動部５０が駆動されることを可能にする。この組み合わせは可動要素５０を曲げる、及びそれを基板５２の表面５３と接触させる傾向にあるトルクをもたらし、それは図７Ｂにおいて示される。基部５１に取り付けられた端部５０’は固定されたままである。
【００９３】
手段３０の例は図５Ａに示されており、強磁性材料（Ｆ）の層３２及び反強磁性材料（ＡＦ）の層３４を備えている。全体厚さｅは、二つの他の次元の少なくとも一つ、またはそれらと比較して小さいので、これら二つの層は平面要素を形成する。例えば、二つの他の次元の少なくとも一つまたはそれぞれの１０％より小さいか、または等しい。図示するために、数μｍから数十μｍの大きさオーダ、例えば１０μｍのオーダの（図５Ａの平面内で測定された）幅Ｌに対して、この厚さｅはおおよそ５０ｎｍと１５０ｎｍの間にあり、例えば１１０ｎｍである。同一の深さ（図の平面に垂直な寸法）は、数百ｎｍから数十μｍの大きさのオーダであり、例えば２００ｎｍと５０μｍの間であり、ビーム５０の深さより大きいことが好ましい。比Ｌ／ｅはそれ故、少なくとも３０または１００となりうる。
【００９４】
側面寸法は上で示したものより小さくなりうる。例えば、深さは数百ｎｍのオーダ、例えば２００ｎｍに等しくなりうる。機械的要素の下に置かれた磁石と共に、この磁石の寸法は、有利的に数μｍのオーダとなり、これは磁場の適切な均一性を保証することを可能にする。
【００９５】
このアセンブリに関連する加熱手段は、例えば、反強磁性層３４に反して、またはこの層に近接して配置された一つまたはいくらかの電流線３６である。電流（サーミスタ）の影響下で、熱を解放することのできる材料、例えばＴｉＮまたはＧｅＳｂＴｅの材料の中間層が、有利的に線３６と層３４の間に配置される。しかしながら、最も効果的な加熱の可能性が保証されうるように、後者は有利的に電流線３６にできる限り近づいている。前記線は、（層３４の平面において）最も均一な横軸の磁場の可能性を生み出すために、好ましくは直線的である。説明は、単一な電流線の場合に限定されているが、二つの線の場合が容易に推定される。
【００９６】
層３４ＡＦは、要素３０の平面内で、一つの方向または他の方向で層３２の磁化を阻止する。前記アセンブリによって生み出された場は、同様に局所的に要素３０の平面内である。
【００９７】
しかしながら、前記温度が閾値（反強磁性層３４によって決定された阻止温度、例えば１５０℃）を超える場合、層３２の磁化は、要素３０の平面内でまだ残っている一方で、磁場の印加によって反転されうる。言い換えると、層３４の阻止温度を越えることは、強磁性層の磁化を解放することを可能にしている。
【００９８】
この阻止温度は、電流Ｉを電流線３６に印加することによって達成または上回る。このように作り出された前記加熱は層３４に伝播されうる。
【００９９】
この電流線３６は同様に、磁場が誘発されることを可能にし、これは強磁性層３２の磁化を導き、及びこの磁化が切り替えられることを可能にしている。
【０１００】
平面な及び反転可能な磁化を有する磁性手段における磁性層のスタックは、より複雑な代替を備えることができ、これは層Ｆへの供給をよりよく制御することを可能にする。例えば、図５Ｅに示されるように、スタックは二つのＡＦ層の間に挟まれたＦ層を備えている。例えば、図５Ｆの構造は、以下のスタック、層ＡＦ／層Ｆ／層ＡＦ／層Ｆ／層ＡＦを備えるように製造されうる。任意の数の代替となるＦ及びＡＦ層が提供されうる。それは、その端部でスタックを結合するＡＦと共に、好ましくは等価でない数の層である。言い換えると、層のアセンブリは、図１Ｅ及び１Ｆにおけるように、二つのＡＦ層の間に包含される。
【０１０１】
図５Ｃは、図５Ａの装置の上面図であり、そこで要素３０が見られる。例えばＴｉＮまたはＴａＮまたはＧｅＳｂＴｅで作られたサーミスタ３９が、そこへ熱の移動を増加させるために、要素３０の真下、及び線３６により運ばれた電流の経路上に有利的に配置される。
【０１０２】
単一の電流線の代わりに、二つの（またはいくつかの）線があり、一つは切り替え温度（ｔｏｇｇｌｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）より上に温度を増加させることを可能にし、及び他方は層３２において磁化を適応させ、及び阻止することを可能にする磁場を生み出すためにある。図５Ｄはそのようなデバイスの上面図を示しており、そこで、要素３０と上で説明したような配置された上述のサーミスタ３９が再び見られる。しかしながら、第２の電流線３７は同様に要素３０の真下を通り、及び磁場がそこで生み出されることを可能にしている。
【０１０３】
線３６（図５Ｃ）または線３７（図５Ｄ）で流れる電流によって生み出された力線３６０は同様に、図５Ｃ及び５Ｄの両方で示されている。
【０１０４】
電流線の形状に関わりなく、スイッチを駆動するためのＦ／ＡＦスタックを通り電流の流れは無い。
【０１０５】
それ故、層３２の磁化の反転を可能にし、及びそれ故、導体３６，３７により、要素３０によってそれ自身の平面内部で生み出され、要素３０の近辺にまたはそれに反して適用された場の反転を可能にする。単一の導体３６は、加熱、及び磁場の応用関数を保証するために用いられる。
【０１０６】
層３２の磁化が反転されると、それは、前に生み出されたものと反対の方向を有する要素３０の平面における磁場を生み出す。
【０１０７】
図１２Ａ‐１２Ｃは要素３０のＡＦ／Ｆの書き込みメカニズムを示しており、二つの導体３６，３７が存在するところの場合において、一つは加熱機能を保証し、他方は磁場を生み出す。導体を流れ、及び磁場を生み出すために作用する電流をＩＨと示すようにし、及び導体を流れ、及びＡＦ層を加熱するために作用する電流をＩＴとする。大気温度で、及び外部磁場Ｈを基に、前記スタックの磁化Ｍのヒステリシスループは、ゼロ外部磁場Ｈｓｗに対して、残留磁化（この場合は負、図１２Ａ参照）が存在し、及びＩＨ＝０，ＩＴ＝０であるという結果を有するＨｅｘ（同様に補強磁場（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ）とも呼ばれる）によって相殺される。
【０１０８】
それから、前記層は阻止温度（ＩＴ＞０）より上まで加熱され、及びＨｅｘを取り消すために前記サイクルは相殺される。同じ期間に、Ｈｓｗは初期Ｈｅｘと反対の符号となり、｜Ｈｓｗ｜＞｜Ｈｅｘ｜となるように、前記スタックは外部磁場Ｈｓｗ（ＩＨ＜０）に露出される（図１２Ｂ）。
【０１０９】
最後に、前記加熱が止められ（温度は大気温度に戻る）、前記材料は場Ｈｓｗの下で冷却され、及び冷却後に−Ｈｅｘの相殺を確保する（図１２Ｃ、ＩＨ＝０，ＩＴ＝０）。
【０１１０】
サーミスタ（例えば、ＴｉＮまたはＧｅＳｂＴｅの層）が層３４を加熱するために導体３６とスタック３０の間に配置され、及び／または空気中で熱の消費を避けるために、サーマル壁（例えばＴｉＮまたはＧｅＳｂＴｅから作られる）がスタック３０の上に配置されうる。
【０１１１】
以下の利用が可能である。
‐反強磁性層ＡＦの材料としてＰｔＭｎまたはＮｉＭｎ（高い阻止温度）、これはＣｏＦｅと関連があるか、または強磁性材料としてＮｉＦｅと関連がある。
‐または、反強磁性層材料としてＩｒＭｎまたはＦｅＭｎ、これはＰｔＭｎまたはＮｉＭｎより低い阻止温度を有しており、及びこれらは強磁性層材料としてＮｉＦｅまたはＣｏＦｅと関連がある。
【０１１２】
本発明の範囲内で、（ＡＦ，Ｆ）：（ＰｔＭｎ，ＣｏＦｅ），（ＰｔＭｎ，ＮｉＦｅ），（ＮｉＭｎ，ＣｏＦｅ），（ＮｉＭｎ，ＮｉＦｅ）（Ｔｂが），及び（ＩｒＭｎ，ＮｉＦｅ），（ＩｒＭｎ，ＣｏＦｅ），（ＦｅＭｎ，ＣｏＦｅ）（Ｔｂが）の材料の組み合わせの実装が可能である。材料（ＦｅＭｎ，ＮｉＦｅ），（ＦｅＭｎ，ＣｏＦｅ）の（ＡＦ，Ｆ）の組み合わせも同様に実装されうる。
【０１１３】
強い磁化を得るために、ＣｏＦｅの材料が利用され、これは（ＮｉＦｅが１Ｔの磁化を有している一方で）２．４Ｔの磁化を有している。それ故、以下の（ＡＦ，Ｆ）の組み合わせが利用される：（ＰｔＭｎ，ＣｏＦｅ），（ＮｉＭｎ，ＣｏＦｅ），（ＩｒＭｎ，ＣｏＦe），（ＦｅＭｎ，ＣｏＦｅ）。
【０１１４】
例えば、層３２，３４を製造する一つの方法は、カソードまたはイオンビームスパッタリング法である（ＰＶＤ，ＩＢＤ「ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」）。
【０１１５】
導体３６の無い要素３０’の変形が、ある実施形態においても実装されうることが以下で見られる（図５Ｂ）。強磁性層３２の磁化は、この要素３０’の平面内で、それから反強磁性層ＡＦ３４によって固定または阻止されたままである。この場合において、これらの層の材料はすでに上で示されたものでありうる。
【０１１６】
手段４０の例は、図６Ａで示されている。これらの手段は、平面に垂直な場、及び／またはここで再び、反強磁性層（ＡＦ）、例えばＩｒＭｎまたはＰｔＭｎまたはＮｉＭｎの少なくとも一つの層３４を有する平面形状で薄層内に作られる磁石を備えている。これらは、前記薄層のスタック４０の一つの側面または他の側面上に配置された二つの反強磁性層３４，３４’でありうる。
【０１１７】
前記磁化は導体手段３６’によって反転されうる。例えば、コイルは要素４０を囲み、及び／または産み出された場の方向に実質的に垂直な平面内に配置されている。残留磁化の反転は、図５Ａの構成要素の場合におけるように、熱効果を経て実行される。
【０１１８】
図５Ｄの場合のように、二つの導体手段３６’、３７を有する可能性がある。導体手段３７は反強磁性層が加熱されることを可能にし、及び／または導体手段３６’は磁場が印加されることを可能にしている。
【０１１９】
上で説明したように、加熱のために実装された導体は、例えばＴｉＮまたはＴａＮまたはＧｅＳｂＴｅで作られたサーミスタを備えうる。
【０１２０】
平面に垂直で、及び永久である、残留磁化が生み出されることを可能にする手段４０’の他の例は、図６Ｂで示される。ここで再び、これらの手段は薄層のスタックを備えており、及び／または平面形状である。
【０１２１】
図６Ａ及び６Ｂの両方の場合において、厚さｅ’は二つの他の次元よりずっと小さいか、またはいずれにしてもこれら二つの他の次元とは少なくとも１オーダの大きさで、異なっている。この磁石は、ＣｏＰｔ型の複層であるか、または他の材料で作られる。
【０１２２】
図６Ｃは、図６Ａのデバイスの上面図を示している。垂直の残留磁化を有する手段４０は、層を過熱し、及び磁化を反転させるために磁場３６０’を生み出すコイル３６’によって囲まれている。反強磁性層はこの上面図において別々に見えない。
【０１２３】
前記材料の選択は、スタック４０を構成する層の厚さも考慮すると同時に、垂直な磁化を生み出すための容量に依存するだろう。図示のために、スタック４０または４０’の表面での残留磁化は、本発明によるナノスイッチの適用に対して適しており、これは数テスラのオーダで１Ｔより小さい、例えば０．６Ｔであるか、または０．３または０．５Ｔより大きい。
【０１２４】
再び図示のために、図６Ａ‐６Ｂのスタック４０，４０’に対して、厚さｅ’が１０ｎｍと２０ｎｍの間、例えば１５ｎｍで、幅Ｌ’が数百ｎｍのオーダ、例えば１００ｎｍと５００ｎｍの間、例えば４００ｎｍに等しい。示された厚さｅ’は、スタック４０の層の各々が１ｎｍのオーダの厚さを有し、例えば、０．５ｎｍと１．５ｎｍの間にある。同様に深さは、Ｌ’と等しく、またはＬ’の大きさのオーダとなりうる。反強磁性層は十ｎｍのオーダの厚さを有しており、例えば２ｎｍから１５ｎｍである（非特許文献７）。
【０１２５】
例えば、コバルト及び白金の交互層のカソードスパッタリングによって、スタック４０，４０’が製造されうる。それから（Ｃｏ／Ｐｔ）ｎパターンが得られる。ここで、ｎは白金／コバルトスタックの繰り返しの数である。他の組成で同様の方法でこれを実行することは可能である。
【０１２６】
実装された実施形態にかかわりなく、平面に垂直な残留磁化を有するＡＦ層と、平面内で残留磁化を有するＡＦ／Ｆ層３０，３０’とで結合された薄層より作られた磁石４０，４０’を構成する二つの要素は、例えば、数ｎｍまたは数十ｎｍのオーダの距離、例えば２０ｎｍの距離で、基板５２の内部で分離される。これらの二つの要素３０または３０’，４０または４０’は単一平面上または内に、または上下に配置されうる。有利的に、二つの安定状態の間で可動要素５０の位置の差を最大化するために、最も弱い磁化の要素はこの可動要素に最も近く置かれる。活性化手段３０，３０’，４０，４０’の様々な位置を有する本発明によるデバイスの様々な実施形態が図１３Ａから１８に関連して以下で述べられる。
【０１２７】
図示のために、図７Ａ及び７Ｂにおいて示されるように、本発明によるシステムは、数百ｎｍ、例えば５００ｎｍのオーダの高さｈ（以下でみるように導体はない）を有する。前記ビーム５０は、数十ｎｍ、例えば１０ｎｍと１００ｎｍの間、例えばそれは、おおよそ５０ｎｍの厚さｅｐを有している。
【０１２８】
ビーム５０の柔軟性は、数Ｎ／ｍ、例えば５Ｎ／ｍまたは１０Ｎ／ｍより小さいか等しいスティフネス定数によって特徴付けられる。
【０１２９】
（第２の固定部において、または図７Ａの「ＯＦＦ」位置において、固定部と可動部の間の距離である）ギャップｈ’は、例えば、図示している基板５２がおおよそ１５０ｎｍから２００ｎｍの厚さを有すると同時に、実質的に１０ｎｍまたは５０ｎｍと４００ｎｍの間である。
【０１３０】
実際、図７Ａ及び７Ｂのこれらの実施形態において、前記基板５２の高さｈ及び厚さは、導電要素を考慮することなく与えられる。これらは２μｍのオーダの厚さを含んでいる。
【０１３１】
一般的に言って、前記基板５２は、半導体材料、例えば数十μｍの厚さを有し、加熱電流及び磁場生成線が配置されるウェーハの上にありうる。
【０１３２】
前記システムの幅Ｌ１は、おおよそ数μｍから数十μｍ、例えば１μｍと５０μｍの間にある。しかしながら、前記可動要素のこの幅は、小型ナノスイッチを得るために有利的にナノメートルまたはサブマイクロニックであり、例えば５０ｎｍと１μｍの間である。
【０１３３】
より一般的に言って、ナノスイッチまたはサブマイクロニックスイッチは、上で示した値を有する場合において、サブマイクロニックギャップｈ’を有し、さらに、可動要素の少なくとも一つの次元は同様に好ましくはサブマイクロニックである。
【０１３４】
アセンブリはこのようにして、例えば、３０，０００ｎｍ３と１０μｍ３の間の体積を有して得られる（上で見られるように、導体要素は無い）。
【０１３５】
本発明によるデバイスの他の実施形態は、図８において示される。これにおいて、可動要素５０は、少なくとも部分的に図５Ｂに関連して上で述べたタイプの層または要素３０’であり、平面において不可逆の残留磁化を生み出すことを可能にしている。これらの手段３０’の寸法は、上で示したものと異なり、それらは図７Ａに関連してビーム５０に対して示されたもののオーダより上である。この要素３０’は、垂直な残留磁化を有し、及び基板５２の内側に建てられ、及び磁化が反転されうる図６Ａに関連して上で述べたタイプの磁性手段４０と相互に作用する。
【０１３６】
手段４０の磁化の方向に基づいて、前記可動要素５０は前記基板５２に引き付けられるか、または基板５２から押し返される。トルクは手段３０’と４０の間の相互作用によって生じる。これは、基板５２内部に組み込まれた要素４０の場の上に配置させるか、または反対に、可動要素を基板５２から離れるように移動させるために、磁化の方向に依存して、前記可動要素５０を曲げる傾向にある。切り替えられた位置において（第１の安定位置）、可動要素は図７Ｂの場合におけるように、前記基板５２の表面５３と接触しうる。
【０１３７】
図８に示されているものの代替として、可動部は、共に変形する磁性手段を上に配置させる機械的サポート、例えばＲｕの５０ｎｍの層を備える。
【０１３８】
図７Ａ，７Ｂ及び８は示すためだけのものであり、本発明は、トルクアーム、または組込みビーム、または両側面上での組み込みのように、可動要素の他の形状及び寸法が用いられうる。図１３Ａから１９に関連して、実施例が以下で提供される。
【０１３９】
以下の実施形態の一つに従って上で述べられたような本発明によるシステムを設計するために、利用される構造の寸法（可動構造５０，磁性手段３０，３０’、４０，４０’）、及び相対的な位置が考慮される。一つの状態から他への可動要素の切り替えは、磁性手段の一つの場を反転することによって得られる。前記可動要素上に与えられているトルクを修正し、それは二つの安定な状態または位置を得ることを可能にしている。これらの安定な位置の一つにおいて、他の位置において前記デバイスはＯＦＦである一方で、前記可動要素は前記基板と接触している。
【０１４０】
本発明によるデバイスの寸法の計算は、以下の方法で要約される。
【０１４１】
磁気ナノスイッチ（特にギャップｈ’）の寸法、磁化値、及び用いられる材料、例えば可動部に対するヤング係数を考慮するデータ（このデータは文字通り、測定されて見つけられうる）に関して所望の特性から始めて、強化された場が、距離ｈ’の基準値の周りで計算されうる。及びそれから機械的な計算は、これらの場によって誘発されたトルクからなされる。言い換えると、ビームが配置される空間の位置の場の計算、及びそれが受ける機械的なパラメータ（特に力及びトルク）の計算がなされる。この計算は、たわみ均衡点（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｐｏｉｎｔ）、例えば磁化方向と弾性リコール力の間の均衡の点、が見つかるまで繰り返される。このたわみは、それからビーム５０と基板５２の間の距離ｈ’と比較され、前記たわみは（第１のＯＮ安定位置に対して）ｈ’より大きい。たわみ計算を利用して、構造を最適化しようとするために、磁石／機械的要素の相対位置を修正することは可能であり、及びそれから、計算が繰り返される。最適化を達成するために、残留する機械的応力のようなそれぞれの層の特徴を測定することによって、様々な層の製造工程の影響が考慮される。他のパラメータ、例えば表面力が考慮されうる。
【０１４２】
本発明の一つの実施形態に従って、利用がなされる。
【０１４３】
‐手段３０。（上で既に述べたように、磁場、及び熱を局所的に生み出す）電流導体３６により反転されうる磁化。ナノコイルが用いられた場合、断面積は、循環されうる電流密度を制限し、それによって生み出された磁場の値を制限する。Ｆ／ＡＦ層３２，３４の利用は、この問題を克服することを可能にしている。これらの層によって生み出された局所的に平面な磁場は、ＮＥＭＳに適合されたサイズのコイルによって生み出された磁場よりもっと大きい。
【０１４４】
‐多層４０。これはシステムに直接組み込まれ、これは前記デバイスが完全に集積されることを可能にしている。
【０１４５】
結合されたこれらの二つの手段によって、ナノ構造は、可動構造の可動要素に与えられたトルクを修正することによって駆動されうる。
【０１４６】
図９から１１に示された実施形態は、本発明による双安定ナノスイッチと同様である。それらはＦ／ＡＦ層３０，３０’を実装する。後者は、図５Ａ及び５Ｂに関連して上で既に説明された構造を有する。層の組成及び寸法は既に示されたものと同様である。
【０１４７】
図９の実施形態において、図８の場合におけるように、可動要素５０は実際、少なくとも部分的に図５Ｂに関連して上で述べられたタイプの層または手段３０’である。これらの手段３０’の寸法は、図８に関連するビーム５０に対して示されたオーダである。
【０１４８】
図７Ａの実施形態におけるように、基板５２は、Ｆ／ＡＦスタック、好ましくは図５Ａに関連して上で既に示されたタイプ、すなわち、導体３６を備えているタイプのスタックを備えている。それ故、それは反転されうる手段３０の磁化であり、手段３０’の磁化は固定されたままである。
【０１４９】
手段３０，３０’の二つの磁化の相対位置を基に、手段５０は基板５２に引き付けられるか、または押し返される。
【０１５０】
基板５２、及び手段３０，３０’のＦ／ＡＦ層の組成の参照は、前の実施形態に関連して既に上で示されたものでなされる。基板５２は、図７Ａの基板５２のように同様の絶縁特性を有しうる。
【０１５１】
図９において、参照番号３００，３００’は、手段３０，３０’のそれぞれに関連した力線を指定する。図９のシステムの寸法は、図７Ａ‐７Ｂまたは８のデバイスに対して上で述べられたものと一致しているか、またはそれに近い。
【０１５２】
図９のこのナノスイッチにおいて、実行される駆動原理に従うために、システム３０の磁化は反転される。相対的な磁極性を基に、引力または反発力の力は、二つのシステム３０，３０’によって構成される二つの磁石の間に与えられ、これは、図９の平面内で可動要素５０の移動を生み出すことを可能にしている。可動構造５０はこのようにして、二つの安定な位置の間で切り替えうる。
【０１５３】
図１０Ａにおいて示された別の実施形態に従って、本発明による双安定ナノスイッチは、磁性手段３０‐１，３０‐２を実装する。それらの少なくとも一つは、可逆磁化を有しており、及びこれらの手段の平面にある。後者は、この場合、前記基板５２に垂直に配置された強磁性体、例えばＦｅＮｉから作られたビームの形態をとる可動要素５０の両側面上に配置される。これらの層３０は図５Ａにおいて示されたタイプであり、及びそれは導体手段３６‐１及び３６‐２を経て磁化を反転することを可能にしている。この磁化は、前記ビーム５０の方向に実質的に垂直である手段３０‐１、３０‐２において方向付けられる。
【０１５４】
図１０Ａのこのナノスイッチにおいて、二つの要素３０‐１、３０‐２のうちの一方における電流の作用の結果として、これらの要素の一つの平面の磁化は、本発明による駆動原理が、可動要素５０上で与えられる前記二つの磁石３０‐１、３０‐２の引力を操作できるように解放される。これは、矢印５５の方向で、図１０Ａの平面内での可動要素５０の移動を生み出すことを可能にする。可動構造５０は二つの安定な位置の間で切り替えうる。システム３０‐１、３０‐２のそれぞれから可動要素を分離させる要素５０の厚さの距離は、図７Ａの構造においてｈ’と同じオーダの大きさである。
【０１５５】
図１０Ａのものと同じ原理で操作することで、図１０Ｂの双安定ナノスイッチ構造は、磁性手段３０‐１，３０‐２を備えており、そのうちの一方は可逆磁化を有しており、及びこれらの手段の各々の平面内にある。しかしながら、導体手段３６‐１，３６‐２を経て反転されうる磁化は、前記ビーム５０の方向に実質的に垂直な手段３０‐１，３０‐２に方向付けられる。後者は強磁性体材料、例えばＦｅＮｉで作られる。
【０１５６】
他の代替は、図１０Ｃ及び１０Ｄで図示されたように実現可能である。
【０１５７】
これらの二つの代替において、前記ビームは、少なくとも部分的に永久磁石（不可逆の）のＡＦ／Ｆタイプである。可逆磁化を有する単一の磁石は前記ビームの側面の一つ上に提供される。
【０１５８】
図１０Ｂ‐１０Ｄのこれらのナノスイッチにおいて、二つの要素３０（または要素３０‐１）のうち一方向における電流の作用の結果として、本発明による駆動原理が、要素３０よりなる二つの磁石と可動要素５０の間に与えられる引力を操作できるように、これらの要素またはこの要素の一つの平面磁化を解放することは十分である。これは、矢印５５の方向で、図１０Ｂ‐１０Ｄのそれぞれの平面において可動要素５０の移動を生み出すことを可能にしている。可動構造５０はこのようにして、デバイスの平面内で二つの安定位置の間で切り替えられうる。前記システム３０の各々から前記可動要素を分離させる要素５０の厚さの距離は、図７Ａの構造においてｈ’として同様のオーダの大きさである。
【０１５９】
システム３０‐１，３０‐２の力線３００‐１，３００‐２は同様に図１０Ａ‐１０Ｄにおける点線によって示されている。
【０１６０】
ここで再び、図５のようなタイプの構造３０の利用は、完全に一体化されるデバイスを可能にする。前記システム３０‐１，３０‐２はそれから、例えばＳｉまたはＳｉＯ２で作られる固定基板内に建てられるか、またはそのような基板と一体化される。
【０１６１】
図１１はさらにもう一つの構成の上面図を示しており、図５Ａ及び５Ｂで示されるタイプの平面内部で磁化されている二つの磁性手段３０，３０’も同様に実装しているが、互いに端から端まで、または一直線で配列される。二つのこれらの要素の残留磁化は、これらの要素３０，３０’のそれぞれが位置する単一平面にあり、及び実質的に共線である。それらは、前記基板５２の表面５３に平行な平面内にある。これは、前記二つのシステムが反対の極性を有するときに現れるトルクによって、前記図の平面内での可動を可能にしている。
【０１６２】
図８の場合におけるように、この実施形態は、磁性手段の一つ、この場合は手段３０’を構成するかまたは備えている可動要素５０の独自の特性を有している。他の磁性手段３０は前記基板５２内にある。
【０１６３】
前記二つのシステム３０，３０’のうちの一つ、例えば前記可動要素は、固定された磁化を有しうる。前記磁化の反転はこの位置で実行されないため、線３６（図５Ａ参照）のような電流線は必要ではない。よって、このシステムは５Ｂとなる。
【０１６４】
他方では、前記基板５２の内部に組み込まれたシステム３０は、上ですでに述べた原理に従って磁化が反転されることを可能にする導体３６を実際に有している。
【０１６５】
図１１の実施形態は、以下の方法で操作する。例えば、図１１で示されるような場合、前記二つの要素は、同じ方向の磁化を有し（図において、それぞれの要素３０，３０’の極Ｎは図の下の方向に配向され、及び極Ｓは図の上の方向に配向される）、全体のシステムは安定になり、及び要素３０を備えるビームは不動のままである。前記二つの要素の一つの極性が反転され、他方が維持されるとき、可動要素３０は矢印５５によって示されるように、図の平面内で歪められる。参照番号３００，３００’は、前の図における同様の手段を実行する。図１０Ａ‐１１に対して、前記様々な要素、特に前記ビーム及び平面の寸法は図７Ａの構造のような同様のオーダの大きさである。加えて、これらの図の基板５２は、図７の前記基板５２のような同様の絶縁特性を有している。
【０１６６】
図１３Ａから１８で示された実施形態は本発明による双安定ナノスイッチの他の実施形態である。
【０１６７】
これらの実施形態の全てに対して、追加の、またはそうでなければ特定のもので無い限り、寸法、材料、及び製造方法は上で既に述べられたものである。以下の図において、図７Ａ及び７Ｂにおいて見られたものに一致する参照は、その中で同一のまたは同様の要素を指定する。これらのデバイスの操作、及び特に第１の安定位置及び第２の安定位置の間の可動要素の切り替えは、前の実施形態に関しては、可動ビームまたはプレート、または前記可動ビームまたはプレート上又はその内に配置された磁性手段、を有する固定磁性手段（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅａｎｓ）の相互作用の結果、及び既に述べられた実施形態、特に図５Ａ及び６Ａに関して上で説明されたような配向された磁性手段の一つの残留磁化の方向での反転の結果である。図１７Ａから１８の実施形態に対して、実際は三つの安定な位置があることに注意されたい。それはこのようにして、これらの安定な位置の第１のものから第２まで及び最終的に第３までの切り替えが可能である。
【０１６８】
このようにして、図１３Ａは、基板５２が平面５３に近い実質的に単一の平面内で、垂直磁化が不可逆である手段４０’（図６Ｂの場合）と、及び平面磁化を有し、磁化の方向が可逆である手段３０（導体３６は同様に図に示されている）の両方を備えているデバイスを示している。
【０１６９】
図１３Ｂは、基板５２が平面５３に近い実質的に単一の平面内で、垂直磁化が可逆である手段４０（図６Ａの場合、導体３６’は同様に図１３Ｂに示されている）と、及び平面磁化を有し、磁化の方向が不可逆である手段３０’（図５Ｂの場合）の両方を備えているデバイスを示している。
【０１７０】
図１４は、基板５２が表面５３に近い実質的（しかし必ずではない）に単一の平面内で、平面磁化が不可逆である手段３０’ （図５Ｂの場合）、及び平面磁化を有し、磁化の方向が可逆である手段３０（同様の導体３６が同様にこの図において示される）の両方を備えているデバイスを示している。
【０１７１】
図１５は、基板５２が表面５３に近い実質的に単一の平面内で、垂直磁化が不可逆である手段４０’（図６Ｂの場合）、及び垂直磁化を有し、磁化の方向が可逆である手段４０（同様の導体３６’がこの図において同様に示される）の両方を、備えているデバイスを示している。
【０１７２】
図１６は、基板５２が平面５３に近い実質的に単一の平面内で、垂直磁化が不可逆である複数の手段４０’‐１，４０’‐２，４０’‐３，４０’‐４（図６Ｂの場合）を、備えているデバイスを示している。これらの手段の全ての磁化は、垂直な磁場を増大させるために、同様の配向、及び同様の方向で、実質的に基板５２に垂直に方向付けられる。平面磁化を有し、磁化の方向が可逆である手段３０（同様の導体３６がこの図で示される）は、複数の手段４０’の下に同様に基板５２内に配列される。
【０１７３】
図１３‐１５の実施形態に対して、手段３０，３０’，４０，４０’のそれぞれの寸法、及び位置は状況に従って、及びこれらの実施形態に関連して要求されたように適用されうる。
【０１７４】
図１７Ａ及び１７Ｂは、異なる構造を有するデバイスの側面及び上面図を示している。前記可動部５０（またはプレートまたはビーム）は、基板５２に固定され、組み込まれたパッド６３，６５により接続されたトルクビーム６１の両側面上に対称的に配置されており、磁性手段３０’‐１，３０’‐２，３０‐１，３０‐２に起因する磁力の影響下で旋回できる能力がある。
【０１７５】
プレートまたはビーム５０は好ましくは非磁性材料で作られ、磁気特性は手段３０’‐１，３０’‐２だけによって保証される。停止時に、安定部において（図１７Ａで示される）、ギャップ（ビーム５０と前記基板５２の表面の間の距離）は実質的に図７Ａのデバイスのものと等しいか同様のオーダの大きさである。
【０１７６】
前記プレートまたはビーム５０に関連した（このプレートまたはビームの上または内に位置された）手段３０’‐１及び３０’‐２は、図５Ｂに関連して上で示され、及び述べられたタイプである。すなわち、不可逆な平面磁化を有している。
【０１７７】
手段３０‐１及び３０‐２は、図５Ａに関連して上で示され、及び述べられたタイプである。すなわち、可逆な平面磁化を有している。それらは基板５２の表面５３に近い単一の平面内で、しかし、表面５３に垂直な平面の両側面上に、及びアームまたは軸６１を通って、実質的に配置される。導体３６はそれとともに関連しており、基板５２内に含まれてもいる。これらの手段３０‐１及び３０‐２及びそれに関する導体３６は、基板５２の表面５３に実質的に平行である同様の平面内で含まれているにも関わらず、反対方向となりうる磁化を生み出すことが可能である。基板５２の内に組み込まれた磁性手段３０‐１及び３０‐２によって与えられ、プレートまたはビーム５０に関連する磁性手段３０’‐１及び３０’‐２の上のトルクは、一方または他の方向で、アーム６１について後者が旋回されることを可能にする。
【０１７８】
図１７Ｂで示されたように、このアーム６１は、それ自身が、例えば固定基板５２に接続されたパッドまたは組込み手段６３，６５に接続される。
【０１７９】
この構造、及び図１８の構造において、プレートまたはビーム５０は、堅いままであると同時に、軸６１について傾けられうる。
【０１８０】
図１８のデバイスの構造は、図１７Ａ及び１７Ｂに関してまさに述べられたデバイスと似ている。
【０１８１】
しかしながら、この実施形態において、基板５２は、平面な残留磁化を有する磁石ではなく、図６Ａに関して上で示され、及び説明されたタイプの垂直で可逆な磁化を有する複数の磁石４０‐１，４０‐２，４０‐３，４０‐４を備えている。それらは基板５２の表面５３に近い単一平面に実質的に配置される。導体はそれらに関連し、基板５２内で含まれ、及びそれに関連する要素の磁化を反転することを可能にする。
【０１８２】
これらの手段４０−１，４０−２，４０−３，４０−４、及びそれに関連した導体は、基板５２の表面５３に実質的に垂直であるが、表面５３に垂直な平面の両側面上で反対の方向に向けられ、及びトルクアーム６１を通る磁化を生み出すことを可能にする。基板５２内に組み込まれた手段４０−１，４０−２，４０−３，４０−４によって与えられ、プレートまたはビーム５０に関連した磁性手段３０’‐１及び３０’‐２の上のトルクは、一方または他の方向で、アーム６１について後者が旋回されることを可能にする。
【０１８３】
図１７Ｂの場合のように、このアーム６１はそれ自身が、例えば固定基板５２に接続されるパッドまたは組み込み手段６３，６５に接続される。
【０１８４】
一般的に言って、本発明によるデバイスは、堆積、基板エッチング、及び犠牲層エッチング、マイクロエレクトロニクス技術を経て製造されうる。これらの段階は、所望の最終構造を基に様々なオーダで実行されうる。５００ｎｍより小さいギャップｈ’を有するナノスイッチに対して、可動部を解放するためにドライエッチング法を利用することは好ましい。
【０１８５】
本発明によるデバイスを製造する第１の方法は図１９Ａから１９Ｄに関連して述べられる。
【０１８６】
基板上の磁石を製造する方法は、図２３Ａ‐２３Ｃ及び図２４Ａ‐２４Ｃに関連して最初に具体的に示されうる。
【０１８７】
図２３Ａ‐２３Ｃの場合において、可逆でない磁化の磁石を製造することは課題である。図５Ｂに関連して上で説明されたような磁石３０’の例が取られるが、４０’のタイプのスタックも等しく含みうる（図６Ｂ）。
【０１８８】
層７０１，７０２，７０３が基板７００’上に製造され、所望の磁性特性を有する要素の形態を最終的に可能にする。本発明に対する磁石組成の例は、上で既に提供されている。三つの層がここで示されたが、三つより大きいか小さい如何なる数も取りうる。基板７００’は均一または非均一であり、例えば、複数の層を備えているか、堆積及び／またはエッチング操作を受けている。
【０１８９】
層７０１，７０２，７０３の集積は、磁石３０’が所望の形状で与えられるようにエッチングされる（図２３Ｂ参照）。
【０１９０】
前記磁石は次に、被覆材料７０４、例えば二酸化ケイ素で覆われうる。
【０１９１】
一つ以上の（図５または６の要素３６，３６’、３７のような）導体要素が形成されるべき場合において、図２４Ａ‐２４Ｃにおいて示されるような一連の予備段階が実装されうる。
【０１９２】
二酸化シリコンで作られた基板７００で始まり、例えばエッチング段階がマスク７１０で実行される（図２４Ａ）。この段階は、導体が作られる領域を画定することを可能にしている。導体材料７１１はそれからエッチングされた領域で堆積される（図２４Ｂ）。任意的に、堆積操作が基板全体に堆積する場合、この材料の層７１１’は研磨によって取り除かれうる。結果としての構造は次に、絶縁層７１２’、例えば二酸化シリコンの層で被覆されうる（図２４Ｃ参照）。与えられた例は、基板７００において同様の深さにある導体７１１を製造することを可能にする。しかしながら、連続的な堆積及びエッチングの段階を経て、基板７００において異なる深さで導体を製造することは可能である。基板７００は均一かまたは非均一であり、例えば複数の層を備えているか、または堆積及び／またはエッチング操作を受けている。
【０１９３】
結果としての集積は、図２３Ａ‐２３Ｃの操作が次に実行されうる基板７００’を備えている。磁石３０，４０は、それぞれ図５Ａから６Ａのタイプで得られるだろう。
【０１９４】
磁石を製造するこれらの方法は、本発明によるデバイスを製造する方法で使われることができる。
【０１９５】
図７Ａのデバイスの例が、第１に考慮されうる。
【０１９６】
二酸化ケイ素ＳｉＯ２または同様にＳｉ／ＳｉＯ２（Ｓｉ基板上のＳｉＯ２の層）のような材料で作られた基板５２０で始まり、連続の層５２１，５２２，５２３が堆積され、その上または内に、磁石３０，４０が、例えば図２４Ａ‐２５Ｃに関連して述べられた方法の一つによって形成される（図１９Ｂ）。層５２１，５２２，５２３は、例えばそれからエッチングされる磁性材料で作られた層である。製造された磁石は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２のような材料で次に被覆されうる。導体手段３６は同様にこれらの段階、同様に層のエッチング、及び導体材料の堆積の手順で、製造されうる。
【０１９７】
前記堆積はカソードスパッタリングによって作られる。
【０１９８】
犠牲層４３０は次に、この集積物の上に形成され（図１９Ｃ）、及びそれからビーム５０の材料（たとえば、軟質磁性材料）の層５００上に形成される（図１９Ｄ）。この層は、ビーム５０に所望の形状及び寸法を与えるためにエッチングされる。
【０１９９】
次に、犠牲層４３０は、ビーム５０を解放するために選択的エッチング技術によって取り除かれる。図７Ａの最終デバイスが最終的に得られる。基部５１は、適切な時間でエッチングを止めることで得られ、それは、犠牲層が取り除かれない位置を残すことを可能にしている。あるいは、有利的にビームの真下に犠牲層を配置することも同様に可能である。
【０２００】
この方法は、本発明による如何なる構造の製造に適合されうる。例えば、図８のような構造に対して、前記ビーム５０は、カソードスパッタリングを経て、犠牲層４３０上に、または有利的にビームを形成する材料の上に磁石の層を堆積することによって形成される。上で説明されたように、後者は次に取り除かれ、それから基部５１が解放される。
【０２０１】
図１７Ａ‐１８の構造に対して、パッド６３，６５が形成されることを可能とするため、さらにエッチングが実行される。あるいは、これらのパッドは、ビームを組み込むために上で述べられたような同様の方法で作られる（適時のエッチングまたは犠牲層の事前の配置）。
【０２０２】
図１０Ａ‐１０Ｄのような構造に対して、ビーム５０は犠牲層５２０の上に堆積された層の内部までエッチングされる。この犠牲層は、磁性手段３０‐１，３０‐２が事前に作られた（図２０Ａ及び２０Ｂ）基板５２の上に形成される（この第２の図は、上面図である図２０ＡのＡＡ’線に沿った断面図である）。前記犠牲層５２０は、磁性手段からビーム５０を解放するために、エッチングによって取り除かれる。前記ビームはこのようにして、磁性手段によって画定された平面内部で移動する。
【０２０３】
図２０Ｃは、前記磁性手段及び可能な組込み導体（図示せず）が基板５２内に作られた代替である。犠牲層５２０がそれから、得られた基板上に堆積される。ビーム５０は堆積とエッチングを経てこの層の上に形成される。前記犠牲層５２０は、それから取り除かれる。
【０２０４】
両者の場合において、前記磁性手段は図２３Ａ‐２３Ｃに関連して上で既に説明されたように形成されうる。
【０２０５】
この方法において、図１０Ａ‐１０Ｄの構造に一致する磁性手段３０‐１，３０‐２のそれぞれの残留磁化によって、前記ビーム５０の移動が磁性手段３０‐１，３０‐２の平面内（図２０Ｂ）、または磁性手段３０‐１，３０‐２に平行な平面内（図２０Ｃ）で起こるデバイスが得られる。
【０２０６】
一つの場合において（図２０Ｂ）、前記二つの磁石は可動要素と同じ平面内にあり、及び後者の可動は、これら二つの磁石の間で起こる。
【０２０７】
他の場合において（図２０Ｃ）、二つの磁石は基板内に形成される。それから、以下の段階を経て、可動要素は、前記磁石が形成されるところに平行な平面内に形成され、前記可動は前記可動要素の平面内で、及び前記基板５２に垂直であり前記磁石を通過する平面Ｐ１，Ｐ２によって画定された二つの制限位置の間で起こる。
【０２０８】
平面構造を有するデバイスがそれから得られる。
【０２０９】
同様の技術が、図１１のような平面構造を製造するために実行されうる。磁性材料の形成領域で違いがあるが、これらの領域の寸法は図２３Ａ‐２４Ｃの方法に関して適応している。
【０２１０】
上で与えられた例の全てにおいて、（図に示されていない）一つまたはいくつかのエッチストップ層は、このエッチストップ層の上にある層をエッチングする目的で置かれる。
【０２１１】
本願発明によるデバイスを製造する方法のもう一つの例は、図２１Ａ‐２１Ｉに関連して述べられる。
【０２１２】
例えばおおよそ４０ｎｍの厚さを有するＳｉＮのエッチストップ層１２１は、（例えば５００μｍの厚さを有する）シリコン基板１２０上に堆積され、それから、酸化物１２３の堆積が、例えば２μｍの厚さを有してなされる。
【０２１３】
リソグラフィ段階が実行され、及びそれから、ＳｉＮの層で止まる酸化物層１２３の湿式化学エッチングが実行される。エッチングされた領域２３０が製造され、酸化物層１２３（図２１Ｂ）上で止まるメカノケミカルポリシングに従ったスパッタリングを経て、ＡｌＳｉの堆積物１２４‐１，１２４‐２，１２４‐３，１２４‐４が造られうる。ＡｌＳｉの堆積物１２４‐１，１２４‐３は加熱線のために金属導体を形成し、及びＡｌＳｉ堆積物１２４‐２，１２４‐４は磁場生成導体を形成する。シリコン窒化物の新しい堆積１２５は次に、例えば４０ｎｍの厚さを有して、全体に作られる。この堆積物１２５は、ＴｉＮの層１２６に関する磁場生成線の絶縁体を形成するだろう。これはそれ故、図２１Ｃの構造をもたらす。
【０２１４】
層１２５は次にエッチングされ、窒化チタンＴｉＮの層１２６で被覆され（図２１Ｄ）、それからその上に、（例えば５０ｎｍの厚さを有する）ＩｒＭｎ１２７の層、（例えば１００ｎｍの厚さを有する）ＦｅＣｏ１２８の層、及び（例えば５０ｎｍの厚さを有する）ルテニウム（Ｒｕ）のような金属の層１２９を備えるスタックが堆積される。
【０２１５】
磁石１３０はマスクリソグラフィーによって層（１２７‐１２８‐１２９）のスタック内で画定される（図２１Ｅ）。
【０２１６】
この磁石は次に、二酸化ケイ素ＳｉＯ２１３１の層内に包み込まれ、及びそれから前記集積物はチタンまたはタングステンの層１３２で被覆され、及びそれからルテニウム１３３の層で被覆され、そして、ＮｉＭｎ，ＦｅＣｏ及びＴａの層スタック１３４がそれからそれらの上に堆積される（図２１Ｆ）。
【０２１７】
第２の磁石１３０‐１は、マスクリソグラフィーを経て、スタック１３４内に画定される（図２１Ｇ）。例えば、実質的におおよそ６μｍの長さＬを有する。
【０２１８】
最後に、前記可動要素及びそれに関する埋め込みに対する所望の形状を得るために、例えばルテニウム、または白金、またはアルミニウムで作られた層１３３はエッチングされる。次に、（この材料上にコンタクトを作るために）層１３１，１２６，１２５内にキャビティ１３５をエッチングすること（図２１Ｉ）、及び層１３２をエッチングすることによって層１３３を解放することが可能である。前記ギャップは層１３２の厚さによって決定され、それは層１３３を解放するために取り除かれた。得られた前記構造は、最終的に図９に関連して上で述べられたものに実質的に一致する。他の実施形態は、同様の堆積及びエッチング技術を応用することによって得られうる。
【０２１９】
本発明の可能な応用に対して、以下が引用されうる。
【０２２０】
第一に、低消費回路に対する出力スイッチになされ、それは漏れ電流を除去するために、供給電圧及び電流の入力を遮断することによって電流の消費を減少させるように働く。この技術に対して、特に、モバイルアプリケーションに対して有用であり、微弱な漏れ電流を有することはスイッチに対して有利的である。ナノスイッチはそれ故、従来のＭＯＳスイッチと比較して魅力のある対象である。
【０２２１】
図２２Ａ及び２２Ｂは、一連の構成されたスイッチとして用いられる本発明によるナノスイッチのそれぞれ上面図及び３／４図であり、ＯＮ位置のとき、開かれた電流線７１，７２を閉じる。それは、基板５２上に配置された二つの線の間の接続を確立するビーム５０である。それは同様に、可動要素を通過するためのシグナルを起こすことにより、並列配置においてナノスイッチを用いることを可能にしている。
【０２２２】
所定のソースによって得られるエネルギーを、電荷によって利用されうる形に変換することを可能にするＤＣ‐ＤＣコンバータは、本発明の応用の他の可能な分野である。これらのコンバータの操作は、スイッチによってソースのエネルギーを分けることを基にしている。ここで再び、ナノスイッチはＭＯＳトランジスタを有利的に置き換えることができ、そのサイズは注目に値する（それは、導電状態で弱い抵抗を有することの必要性と同等に微弱な等価容量の間の妥協によって与えられる）。
【０２２３】
本発明は同様に、アナログ型シグナルプロセッシング回路の重要なカテゴリーである切り替えられたキャパシタ回路に有利的に応用されうる。これらの回路は、キャパシタとして同様の技術によって集積されるスイッチを用い、及びそれは現在のところＣＭＯＳで作られる。しかしながら、これらのＣＭＯＳによるある現象は、バンド幅の減少、及び歪み現象のような現象と、本発明によるナノスイッチの使用により避けられうる問題を低下させる。
【０２２４】
本発明は同様に、アナログの集積回路テスタビリティ（ａｎａｌｏｇ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｔｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ）の分野での応用を見つけ、テスタビリティは入力／出力の数に依存する。この数は、パッケージング及び試験操作と共にシリコン表面を用いることに関連するコストに影響を有する。ここで再び、ナノスイッチの使用は、サイズと性能に有利的に関している。
【０２２５】
本発明は同様に、情報ビットが要素の機械的状態によって表されるナノメカニカルメモリに応用されうる。いかなるエネルギー入力も無しに情報を維持するように、不揮発性の０または１を表すために、双安定性能がそれから引き出される。
【０２２６】
最後に、ＲＦスイッチ、またはほかに変形可能な薄膜に対するＯＮ／ＯＦＦスイッチ、またはアクチュエータのような他のシステム、の応用の他の分野に参照がなされうる。
【符号の説明】
【０２２７】
１  ビーム
２  導体表面
５  ビーム
７  コイル
９  永久磁石
３０、３０’  
３０‐１、３０‐２  磁性手段
３２  強磁性層
３４  反強磁性層
３６、３６’  導体
３６‐１、３６‐２  導体手段
３７  動体
３７’  電流線
４０、４０’  手段
４０‐１、４０‐２、４０‐３、４０‐４  磁石
４０’‐１、４０’‐２、４０’‐３、４０’‐４  手段
５０  ビーム
５０’  端部
５１  固定基板
５２  基板
５３  表面
５５  矢印
６１  トルクビーム
６３、６５  パッド
７０  力線
７１、７２  電流線
９０  力線
１２０  シリコン基板
１２１  エッチストップ層
１２３  酸化物層
１２４‐１、１２４‐２、１２４‐３、１２４‐４  堆積物
１２５  堆積物
１２６  ＴｉＮの層
１２７、１２８、１２９  層
１３０  磁石
１３１、１３２、１３３  層
１３０‐１  第２の磁石
１３４  スタック
１３５  キャビティ
１４６  ナノチューブ
１６０  伝送回路
１８０  誘電体
２３０  エッチングされた領域
３００、３００’  力線
３００‐１、３００‐２  力線
４００  力線
４３０  犠牲層
５００  層
５２０  犠牲層
５２１、５２２、５２３  層
７００’  基板
７０１、７０２、７０３  層
７０４  被覆材料
７１１  導体材料
７１１’  層
７１２  絶縁層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
2009245946.tif 000042
【図１９Ｄ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
2009245946.tif 000048
【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２１Ｆ】
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【図２１Ｇ】
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【図２１Ｈ】
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【図２１Ｉ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【外国語明細書】
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