Запоминающий элемент с неразрушающим считыванием инфомрации Советский патент 1992 года по МПК G11C11/14 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения оперативных запоминающих устройств с произвольной выборкой информации.

Известен магниторезистивный запоминающий элемент, содержащий два тонких (25 нм) слоя пермаллоя, разделенных тонким (0,5 нм) немагнитным слоем. Элемент прямоугольной формы 1,3x100 мкм2 сформирован из пермаллоя с нулевой магнитострикцией (состав NiFe-81:19). Считывание информации производится с помощью магниторезистивного эффекта. Величина сигнала с такого элемента при токе считывания 2 мА составляла 10 мВ.

Такие элементы сложны для изготовления матрицы элементов не только с точки зрения фотолитографического процесса (ширина линии 1,3 мкм), но и процессе напыления, так как оба ферромагнитных слоя должны быть изготовлены с допуском толщины не более 10 А. Жесткие ограничения накладываются и на ток считывания. Таким образом, создание запоминающего устройства на таких элементах является сложной научно-технической проблемой.

Наиболее близким к предлагаемому является пленочный запоминающий элемент, который сформирован из относительно тонкой (0,08-0.2 мкм) ферромагнитной пленки прямоугольной формы (0,5x18 мм). Для считывания информации вдоль длинной оси прикладывалось магнитное поле, а через элемент пропускался ток (75 мА). Величина сигнала не превышала 1 мВ. Повышение величины сигнала до 3 мВ было достигнуто при дополнительном смещении элемента магнитным полем в направлении, перпендикулярном длинной оси элемента.

о о

00

Однако данный элемент непригоден для построения ЗУ с высокой плотностью, размещения информации (из-за своих размеров). Недостатками является также малая величина выходного сигнала, большой ток считывания, малые допуски на поля записи и считывания, разрушение информации при отключении питания, Разрушение информации в таких элементах объясняется известным эффектом сползания доменных границ.

Целью изобретения является повышение надежности запоминающего элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в запоминающем элементе с неразрушающим считыванием информации, содержащем диэлектрическую подложку, запоминающий слой прямоугольной формы, расположенный на поверхности диэлектрической подложки, два проводящих электрода, расположенных на поверхности диэлектрической подложки с перекрытием краев одних сторон запоминающего слоя, диэлектрический слой, расположенный на поверхности запоминающего слоя, две проводящие шины, расположенные над запоминающим слоем изолированно друг от друга перпендикулярно другим сторонам запоминающего слоя, запоминающий слой выполнен из магнитострикционного ферромагнитного сплава толщиной 30-60 нм, шириной 1,5-5 мкм, с отношением ширины к длине 1:5.

Использование магнитострикционного сплава (например, пермаллой состава 89:11) объясняется тем, что величина продольного магниторезистивного эффекта элемента из магнитострикционного сплава в 5-10 раз выше, чем у элемента из сплава с околонулевой магнитострикцией (пермаллой 81:19). Толщина элемента должна быть не менее 30 нм, а ширина не мере 1,5 мкм, так как за этими границами теряется устойчивость магнитного состояния элемента. Устойчивое хранение информации в таких элементах невозможно, Если толщина элемента более 60 нм, наблюдается снижение продольного сигнала.

На фиг. 1 схематично показан запоминающий элемент, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - осциллограмма сигнала с запоминающего элемента; на фиг. 4 - графин зависимости приведенного сигнала элемента от его ширины для магнитострикционного сплава пермаллой состава 89:11 и сплава состава 81:19 с околонулевой магнитострикцией (толщина элементов 50 нм); на фиг. 5 - временные диаграммы токов записи и выборки в режиме записи (а) и выборки (б).

На диэлектрической подложке 1 расположен запоминающий слой 2. который контактирует с двумя проводящими электродами 3. Область перекрытия показана на

фиг. 2 штриховкой. Над запоминающим слоем 2 расположен изолирующий слой 4, Над изолирующим слоем 4 расположены две проводящие шины 5 и 7 изолированно друг от друга с помощью изолирующего слоя 6.

Вся конструкция пассивирована защитным слоем 8. Проводящие шины 5 и 7 расположены перпендикулярно длинной стороне запоминающего элемента, стрелками указано направление прохождения тока через шины

(фиг. 2). Для элементов шириной менее 5 мкм применение сплава 89:11 (фиг. 4) позволяет получать в 4-5 раз большую величину сигнала по сравнению со сплавом 81:19.

Выходной сигнал в режиме выборки показан ниже пунктира. Одно из двух устойчивых состояний элемента принимается за О. Тогда для записи 1 в элемент, в проводящие шины подаются два полутока, суммарное магнитное действие которых

приводит к переключению магнитного момента в противоположное состояние. Каждый полуток в отдельности не может изменить состояние элемента. Для выборки информации через элемент пропускается ток считывания, а через одну из проводящих шин ток, приводящий к изменению магнитосопротив- ления элемента, но не переключающего его. Одно из существенных преимуществ такого элемента - это противоположная полярность сигналов О , получаемых при выборке информации (фиг. 4). Это иллюстрируется осциллограммой на фиг. 3. Под действием поля считывания магнитосопро- тивление элемента в состоянии О уменьшается (за О принято состояние, отмеченное пунктиром). Под воздействием того же поля магнитосопротивление элемента в состоянии 1 увеличивается (ветвь без пунктира). Переключение элемента из

состояния О в состояние 1 и обратно происходит при превышении управляющим полем коэрцитивной силы элемента.

Пример 1. Толщина элемента 35 нм, размеры 3x150 мкм , состав пермаллоя

89:11. При токе считывания через элемент 5 мА и токе выборки 60 мА величина выходного сигнала достигала 5 мВ.

Пример 2. Толщина элемента 40 нм, размеры 4x150 мкм2, состав пермаллоя 87:13, При токе считывания через элемент 5 мА и токе выборке 60 мА величина выходного сигнала составила 3 мА.

Пример 3. Толщина элемента 50 нм, размеры 3x150 мкм , состав пермаллоя

81:19. При аналогичных примерам 1 и 2 условиях считывания величина выходного сигнала составила 0,8 мВ.

Предлагаемый элемент позволяет хранить информацию без разрушения при многократном отключении питания. В прототипе такое хранение невозможно, так как при этом происходит прорастание доменов противоположной намагниченности и искажения информации.

Улучшение эксплуатационных характеристик предлагаемого элемента по сравнению с прототипом заключается в следующем: ток считывания в 10-15 раз меньше, а величина сигнала в 5-10 раз больше.

Формула изобретения Запоминающий элемент с неразрушающим считыванием информации, содержа/

щий диэлектрическую подложку, запоминающий слой прямоугольной формы, расположенный на поверхности диэлектрической подложки, два проводящих электрода, расположенных на поверхности диэлектрической подложки с перекрытием краев одних сторон запоминающего слоя, диэлектрический слой, расположенный на поверхности запоминающего слоя, две проводящие шины. расположенные на поверхности диэлектрического слоя перпендикулярно другим сторонам запоминающего слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности запоминающего элемента, запоминающий слой выполнен из магнито- стрикционного ферромагнитного сплава толщиной 30-60 нм, шириной 1,5-5 мкм, с отношением ширины запоминающего слоя к длине 1:5.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения оперативных запоминающих устройств с произвольной выборкой информации. Цель изобретения - повышение надежности запоминающего элемента. Цель достигается тем, что запоминающий слой 2 выполнен из магнитострикционного ферромагнитного сплава. Величина продольного магниторезистивного эффекта элемента из такого сплава в 5-10 раз выше, чему сплава с околонулевой магнитострикцией. Это исключает прорастание доменов-противоположной намагниченности и искажение информации. В результате запоминающий элемент позволяет хранить информацию без разрушения при многократном отключении питания. 5 ил.

/

/

/

Фиг.

Фиг. 2

г 4 в w

фиг Л

32 W,MKM