Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике (1051254), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Для различ#ных материалов область междоменной стенки составляетот десяти до нескольких десятков нанометров.На рис. 7.26 приведена схема ГМС#головки на маг#нитной ленте: 1, 2, 3 — слои NiFe, Cu (2 нм), Со (2,5 нм)соответственно. Стрелки на ленте обозначают направ#ление намагниченности доменов. Намагниченность слояСо (магнитожесткого материала) направлена стабильноперпендикулярно плоскости ленты, например, вверх.Намагниченность магнитомягкого слоя NiFe принимаетнаправление Bрез на каждом стыке или ¯ относитель#1 Домены — небольшие области в ферромагнетике, самопроизволь#но намагниченные до насыщения.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ185но слоя Со.
Соответственно,ток J возрастает или уменьшается.До открытия ГМС для намагничивания малых областей носителя (режим записи)и последующего определенияРис. 7.26Схематическое изображениенаправления намагниченноГМСголовкисти (режим считывания) исна магнитной лентепользовались индукционныекатушки. ГМСголовки много чувствительнее индукционных, поэтому емкость магнитных дисков выросла на двапорядка. ГМСэлемент после переключения сохраняет намагниченность до нового переключения, поэтому он может использоваться как элемент памяти. ГМСэлементыиспользуются для ячеек в магнитной памяти MRAM. Развитие спинтроники должно существенно повысить быстродействие компьютеров и плотность записи информации.7.7.3.ТУННЕЛЬНОЕМАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЕТуннельное магнитосопротивление (ТМС) — это эффект спинзависимого туннелирования электронов черезнанометровый слой диэлектрика или полупроводника, помещенный между двумя ферромагнетиками.
Используемаяструктура имеет такой же вид, как на рис. 7.24а,б, но вместо слоя меди применяется слой диэлектрика (Al2O3) илиполупроводника. Как и в случае ГМС, электроны туннелируют, создавая ток из левого ферромагнетика в правый,если их намагниченности параллельны. Если намагниченности ферромагнетиков антипараллельны, то вероятностьтуннелирования резко уменьшается, следовательно, падает ток через структуру, т. е. существенно увеличиваетсяее сопротивление.
Изменение сопротивления составляет~30% при комнатной температуре, что позволяет использовать рассматриваемый эффект в приборных структурах. Как в случае ГМС, применяются мягкий и жесткийферромагнетики.186НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьСостояние намагниченности сохраняется до нового пе!реключения, поэтому магнитный переход может исполь!зоваться как носитель одного бита информации в элек!тронной памяти.Ведутся разработки памяти на эффекте ТМС. В прибо!рах на ТМС используются весьма слабые токи, поэтомутакие приборы имеют низкое энергопотребление. Недос!татком является то, что в них токи направлены перпенди!кулярно слоям. Поэтому при уменьшении площади слоевэлектрическое сопротивление прибора возрастает.7.7.4.ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯСПИНТРОНИКАХотя уже созданы устройства на основе эффектов ги!гантского магнитного сопротивления и туннельного маг!нитного сопротивления, но эти устройства работают наметаллах, а современные технологии ориентированы наполупроводники.
Разработан ряд других спинтронныхприборов, требующих спин!поляризованного тока, но по!лучение эффективной инжекции из ферромагнитного ме!талла в полупроводник встречает большие трудности.Поэтому важное значение имеет разработка полупровод!никовой спинтроники, совместимой с современной тех!нологией чипов.Для полупроводниковой спинтроники необходимыматериалы нового типа — магнитные полупроводники.Как уже отмечалось в предыдущей главе, обнаружено,что ферромагнитные свойства можно придать соедине!ниям А3В5 и А2В6 посредством легирования их ионамижелеза, кобальта, марганца. Однако технология легиро!вания встречает большие трудности из!за низких преде!лов растворимости указанных примесей в кристаллахА3В5 и А2В6.
Кроме того, температуры Кюри (TК) оказы!ваются много ниже комнатной (например, ~120–150 Кдля Ga1–xMnxAs). Ведутся разработки и исследованиясвойств новых магнитных полупроводников. Полученыматериалы с TК выше комнатной температуры, напри!мер GaMnN, GaCrN и другие.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ187Как уже отмечалось, в современных информационныхтехнологиях обработка информации и вычисления произ(водятся в ИМС, а хранится информация на магнитных дис(ках. Применение магнитных полупроводников дало бы воз(можность размещать процессор и память на одном чипе,убрав медленные каналы ввода(вывода, что значительноповысило бы быстродействие.Еще одно преимущество — магнитные полупроводни(ки, способные воспринимать и усиливать оптические сиг(налы, дали бы возможность прямого преобразования ин(формации из оптического представления в электронное,без процесса детектирования.7.7.5.СПИНОВЫЙ ПОЛЕВОЙТРАНЗИСТОРСхема прибора показана на рис.
7.27.Как и в традиционном транзисторе, узкий канал 2 по(мещен между истоком 1 и стоком 3. Над каналом располо(жен третий электрод — затвор. Здесь исток и сток — фер(ромагнетики, намагниченные в одном направлении (гори(зонтальные стрелки на рисунке), канал — полупроводникс 2D(электронным газом. Ток, входящий в канал из источ(ника, спин(поляризован. Если напряжения на затворе нет,ток свободно проходит в сток (состояние низкого сопро(тивления).
Если на затвор подано напряжение, спин элек(тронов тока прецессирует (наклонные стрелки в канале).Подбирая напряжение на затворе, можно регулировать ве(личину изменения ориентации спина электронов при про(хождении канала. Если в конце канала спины электро(нов имеют ориентацию, показан(ную на рис. 7.27, то электроныотбрасываются от границы стока.В этом состоянии транзистор име(ет высокое сопротивление. Такимобразом, сопротивление спино(Рис. 7.27вого полевого транзистора можетпредставконтролируемо управляться элек( Схематическоеление спинового полевоготранзисторатрическим полем затвора.188НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.
Введение в специальность7.7.6.ЭЛЕМЕНТЫ ПАМЯТИНА МАГНИТНЫХ МОМЕНТАХ ЯДЕРЭлементы памяти на магнитных моментах ядер разра батываются в Центре спинтроники и квантовых вычисле ний в Санта Барбаре (Калифорнийский университет, США).Это перспективные спинтронные устройства.Спиновые магнитные моменты ядер более чем в тысячураз слабее электронных, поэтому управлять ими гораздосложнее.
Преимущество их в том, что они меньше взаимо действуют с окружающей средой и потому лучше сохраня ют свое состояние. Кроме того, может быть обеспечена бо лее высокая плотность записи информации.7.8.НЕКОТОРЫЕ УСТРОЙСТВАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ7.8.1.МАКРОМОЛЕКУЛЯРНАЯЭЛЕКТРОНИКАВ молекулярной электронике выделяют два основныхнаправления: микромолекулярная электроника (или про сто молекулярная электроника, сокращенно молетрони ка) и макромолекулярная электроника (или органическаяэлектроника).Макромолекулярная электроника — это электроника, в которой в качестве элементов схем используютсятонкие (20–200 нм) пленки органических материалов.Площадь пленок в разных устройствах может составлятьот нескольких квадратных микрометров (в транзисторах)до нескольких квадратных сантиметров (в фотоэлементах).Начиная с 1990 х гг.
наиболее широко используютсяполимеры. Они сочетают в себе многие электрические иоптические свойства диэлектриков, полупроводников иметаллов с легкостью, пластичностью, более простой идешевой технологией.Электропроводность полимеров может посредствомлегирования изменяться до величины электропроводно сти меди. Проводящие полимеры применяются в мембра Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ189нах громкоговорителей, для антистатических покрытий(в частности, для компьютерных дисков Hitachi), могутбыть использованы для защиты от электромагнитного излучения, применяются также в литографии в качествекомпонентов резистов.
Полимеры (например, полианилиновые) имеют способность обратимо легироваться и разлегироваться электрохимическим способом. На их основепроизводятся легкие аккумуляторные батареи. Их ЭДСпримерно такая же, как у свинцовых батареек, но плотность тока на порядок меньше.Нелегированные полимеры имеют свойства полупроводников. Различные полимеры могут иметь донорные и акцепторные свойства (например, производная полифенилвинилена и производная политиофена соответственно).В 1994 г.
с помощью простой и дешевой технологиибыли созданы полимерные транзисторы. Компанией Philipsуже изготовлен полностью полимерный чип площадью27 мм2 с размером элементов ~5 мкм. Однако полимерныетранзисторы имеют низкую подвижность носителей заряда и непригодны для частот более 100 кГц. ПолимерныеИМС не могут использоваться в компьютерах из-за низкой скорости обработки информации, но применимы вкодовых замках, электронных ярлыках и т. п., где онимогут заменить кремниевые микросхемы.Все более широкое применение находят полимеры воптоэлектронике (эта область называется органическойоптоэлектроникой).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
