Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Для дальнейшей разработки спинтронных приборов первостепенным является более глубокое изучение спин-зависимых механизмов рассеяния горячих электронов. 3.3.о.2. Свнсогмй нв основе гмгвнтсхого агвгнмтосонротмвлвнмв Использование эффекта ппвнтского магнитосопротивления в тонкопленочных структурах позволяет создавать на их основе высоко- З10 Г па ва Э. Пе нос носителей заряда в ннзкоразмерных структурах... 40 ез 2 ; зо ен 20 с сх нс 1О о 5,0 л $4,8 в 4,6 $4,4 с о 4,2 -500 -250 0 250 500 Магнитное поле, Гаусс -100 0 100 Магнитное поле, Гаусс б Рис. 3.56.
Типичное изменение сопротивления сенсорного элемента (а) и вы- ходного сигнала мостовых сенсоров )ЧУЕ Согрогагьоп (б) от величины продоль- ного магнитного поля. Напряжение питания моста составляет 5 В ПМК Бепииз Г)ага Воом )чуЕ Согрогаг(оп. Едеп Рм!пе, М!ппезога, ()БА (2003). чувствительные сенсоры магнитных полей. Впервые промыл~ленный выпуск таких сенсоров освоила )ч"згЕ Согрогабоп (США) в 1995 г. (рис.
3.56). Их сенсоры имеют конфигурацию с протеканием тока в плоскости пленок. Пленки сенсорной структуры формируют на основе железа, никеля, кобальта и меди (по понятным причинам их точный состав не разглашается). Толщина пленок лежит в пределах 1 — 2 нм. Одна из магнитных пленок исходно намагничивается в определенном направлении или ее намагниченность фиксируется за счет анти- ферромагнитного связывания.
Направление намагниченности другой магнитной пленки изменяется в соответствии с детектируемым внешним магнитным полем, что и обеспечивает проявление эффекта гигантского магнитосопротивления. Достоинством таких сенсоров является то, что они регистрируют магнитные поля, распространяющиеся вдоль плоскости пленочной структуры, а не перпендикулярно плоскости сенсора, как в аналогах, работающих на эффекте Холла. Структуры с антиферромагнитным связыванием обладают также повышенной устойчивостью к экстремально высоким магнитным полям, восстанавливая свою работоспособность после их снятия.
Типичная характеристика сенсорного элемента" ' приведена на рис. 3.5б, а. Она симметрична относительно направления внешнего магнитного поля и на рабочем участке линейна в пределах 98%. Рабочий диапазон элемента простирается до 150 'С и 300 Гаусс. Относительно высокие внутренние сопротивления сенсорных элементов — от единиц до десятков килоОм, обеспечивают их эф- зп 3.3. Сини-зависаний иг ипю иг носителей аа лда фективное использование в мостовых схемах регистрации магнитных полей. Примеры выходных характеристик таких датчиков показаны на рис. 3.56, б.
В сравнении с сенсорами магнитного поля на эффекте Холла и на анизотропии магнитосопротивления сенсоры на эффекте ппвнтского магнитосопротивления имеют меньшие размеры, более высокую чувствительность и температурную стабильность. 3.3.6.3. Стгнтмвающав головка на основа гигантского магннтосопротнвнаннв Этот прибор, называемый также спин-вентильной головкой воспроизведения, был первым спинтронным прибором, который в промышленных масштабах стали производить в !ВМ начиная с ! 997 г. Конструкция головки и принцип ее работы иллюстрируются рис.
3.57. Сенсорная часть головки — спиновой вентиль, работаюший на эффекте гигантского магнитосопротивления, обеспечивает повышение ее чувствительности к магнитному полю более чем в два раза по сравнению с классическими магниторезистивными структурами. Размеры области головки, считывающей магнитные биты, которые записаны на поверхности дисков или лент в виде магнитных областей (доменов) с различной ориентацией намагниченности, сведены к минимуму и составляют 10-100 нм. Там, где головные части двух противоположно намагниченных доменов магнитного носителя информации соприкасаются, доменные стенки содержат нескомпенсированные полюса, которые генерируют магнитное поле. Это поле направлено перпендикулярно поверхности домена Головка ечувствует изменения направления магнитного поля на стенках домена. '" в Рис. 3.57. Считывакгцвя магнитная головка на основе пиантского ммнитосооро- тивления наа носителем информации, ссяержащим намагниченные области зтг Глава 3.
Пе нос носителей заряда в низкоразмерных структурах... Чувствительный элемент головки представляет собой типичный спиновый вентиль, состоящий из двух слоев: одного — с легко изменяемой (обращаемой) намагниченностью и другого — с фиксированной (или трудно обращаемой) намагниченностью. Когда головка проходит над стенкой домена, направление намагниченности изменяется только в легко обращаемом слое. Вектор намагниченности мягкого слоя реагирует на исходящие от носителя информации поля, выстраиваясь либо вверх, либо вниз. Связанное с изменением направления намагниченности изменение сопротивления головки регистрируется током, проходящим через спин-вентильную структуру.
Такие головки позволили достичь очень высокой плотности записи на жестких носителях — от 1О до 100 Гбит на квадратный дюйм. 3.3.3.4~. Энергонезависимое память ив основе гигантского мегиитосоиротивиеиив Элементы памяти, использующие эффект ппвнтского магнитосопротивления, обьединяют в матрицы, чтобы получить интегральную микросхему, функционирующую как энергонезависимая память. На их основе созданы интегральные микросхемы магиииизрезистииеиой иелоиии с л(рсизволаисй еагйгуксй (тайиекзгезигапсе пзисЬгп аспект игетогу, МЯАМ).
Принцип работы таких элементов иллюстрирует рис. 3.58. Эти элементы являются, по существу, спин-вентильными структурами, расположеными в определенной последовательности и соединенными между собой проводящими дорожками, которые образуют шины считывания. Шина считывания имеет сопротивление, равное сумме сопротивлений составляющих ее элементов. Ток протекает по шине считывания, и усилители в конце линий обнаруживают изменение общего сопротивления. Магнитные поля, необходимые для манипулирования намагниченностью элементов, обеспечиваются до- Бнтоввн вина Рис. Э.дд. Фрагмент запоминающего устройства с произвольным порядком выборки, построенного из соединенных последовательно элементов на аффекте ппвнтского магнитосопротивления 3.3. Спин-зависимый транспорт носителей за ида зтз полнительными, лито~рафически сформированными проводящими дорожками, проходящими над и под элементами. Пересечения шины считывания этими дорожками образуют двухкоорлинатную (ху) сеточную структуру, в каждом пересечении которой находится запоминающий элемент на гитвнтском магнитосопротивлении.
Проводящая дорожка, проходящая параллельно шине считывания, при записи действует как словарная шина, а лорожка, пересекающая шину считывания перпендикулярно ей, действует как записывающая битовая шина. Все дорожки электрически изолированы. Когда импульсы тока проходят через словарные и битовые шины, они генерируют магнитные поля, управляющие сопротивлением элементов на гигантском магнитосопроти влепи и. Типичная схема адресации использует импульсы в словарной и битовой шинах, что является полувыборкой. Это означает, что поле, связанное с импульсом в словарной и битовой шинах, в два раза меньше поля, необходимого для перемагничивания элемента на гигантском магнитосопротивлении.
В каждой узловой точке двухкоординатной сетки два полуимпульса могут генерировать суммарное поле, достаточное для перемагничивания магнитомягкого слоя, а при более высоких уровнях тока — достаточное также для перемагничивания и магнитотвердого слоя. Обычно один импульс поворачивает вектор намагниченности слоя на 90 град. Посредством такой двухкоординатной сетки любой элемент матрицы может быть адресован с целью сохранения или считывания информации. Конкретные схемы сохранения информации и адресации могут быть весьма разнообразны.
Например, одна из схем сохраняет информацию в магнитомягком слое и использует процедуры «разрушение» и «восстановление» для считывания. Альтернативой является схема, согласно которой индивидуальные элементы на гигантском магнитосопротивлении устроены так, что для сохранения информации в магнитотвердом слое требуются импульсы сильного тока. Импульсы слабого тока используются затем для того, чтобы «пошевелить» магнитомягкий слой и «опросить» элемент, считывая изменение сопротивления без разрушения и восстановления информации. Существует также много других вариантов на основе этих схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
