Элемент памяти

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к запоминающим устройствам, и может быть использовано при изготовлении перепрограммируемых элементов памяти. Целью изобретения является снижение потребляемой мощности. Цель достигается за счет того, что элемент памяти содержит диэлектрический слой, расположенный на считывающем слое, который выполнен из полупроводникового материала, а запоминающий слой выполнен из магнитотвердого материала с перпендикулярной магнитной анизотропией. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к запоминающим устройствам, и может быть использовано при изготовлении перепрограммируемых элементов памяти.

Известен элемент памяти, содержащий дюралюминиевую подложку, на которой последовательно расположены подслой моноокиси кремния, ферромагнитное тонкопленочное покрытие, например, 82%Ni, 18%Fe, защитный слой лака и шины коммутации [1].

Недостатками описанной конструкции являются большая площадь элемента памяти, невысокая степень быстродействия, большой потребляемый ток, незначительная амплитуда выходного сигнала, высокая чувствительность к внешним полям.

Наиболее близким к изобретению является элемент памяти, содержащий стеклянную подложку, на которой последовательно расположены тонкопленочные хранящий ферромагнитный слой из магнитотвердого материала, считывающий ферромагнитный слой из магнитомягкого материала и коммутирующий слой [2].

Недостатками этого элемента памяти являются большая площадь, что приводит к малой степени интеграции, невысокое быстродействие, значительный потребляемый ток, низкая надежность.

Целью изобретения является повышение степени интеграции, быстродействия, уменьшение энергопотребления и повышение надежности.

Цель достигается тем, что в элементе памяти, содержащем диэлектрическую подложку с расположенными на ней тонкопленочными хранящим, считывающим и коммутирующим слоями, между считывающим и хранящим слоями расположен дополнительный разделительный диэлектрический слой, считывающий слой расположен непосредственно на диэлектрической подложке, а на дополнительном разделительном слое расположен хранящий слой, причем считывающий слой выполнен из полупроводникового материала, а хранящий слой - из магнитотвердого материала с перпендикулярной магнитной анизотропией.

Анализ источников информации не выявил технических решений, порочащих новизну изобретения.

При анализе источников информации не выявлены технические решения, в которых имеются признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа. У заявляемого технического решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, что дает основание считать отличительные от прототипа признаки заявляемого технического решения соответствующими критерию "существенные отличия".

На чертеже представлен элемент памяти. Элемент памяти содержит диэлектрическую подложку 1, на которой последовательно расположены слой 2 полупроводникового материала, диэлектрический разделительный слой 3, слой 4 из магнитотвердого ферромагнетика с перпендикулярной анизотропией и шины 5, 6 коммутации.

Особенностью работы элемента памяти является разделение функций хранения и считывания информации. Для записи информационной "1" в элемент памяти хранящий слой 4 намагничивается внешним магнитным полем вдоль оси левого намагничивания до насыщения. После снятия внешнего намагничивающего поля магнитная индукция хранящего слоя снижается до значения остаточной. Считывающий слой 2 позволяет выявить состояние хранящего слоя за счет создаваемого им внешнего магнитного поля. При подаче импульса тока на считывающий слой по шине 5 на выходной шине 6 появляется разность потенциалов, обусловленная эффектом Холла. Уровень выходного сигнала зависит от величины перпендикулярной составляющей индукции внешнего магнитного поля B_z, создаваемого хранящим слоем 4, концентрации носителей n считывающего слоя 2, величины протекающего тока I_y; толщины элемента Холла d и функции соотношения геометрических размеров f(l/a) длины l и ширины а: U_x= rh f(l/a) где rh - Холл-фактор, зависящий от преобладающего механизма рассеяния носителей и равный 1,18...1,93; е = 1,610^-18 Кл - заряд электрона; f(l/a) - поправочная функция при обычном соотношении длины l и ширины а, равном 2...3, составляет 0,9...0,95. При значительном уменьшении толщины элемента Холла, концентрации и подвижности носителей наблюдается повышение его сопротивления, что приводит к повышению температуры.

При записи в элемент памяти информационного "0" хранящий слой 4 намагничивается в противоположном направлении и на выходной шине 6 имеют разность потенциалов обратного знака. Разделительный слой 3 позволяет избежать шунтирования считывающего элемента хранящим.

Элемент памяти можно получить следующим образом.

На ситалловой подложке формируется тонкопленочный слой полупроводника из германия со средними размерами 3 х 6 мкм² толщиной 2 мкм, к противоположным граням которого подсоединяются шины коммутации, выполненные из алюминия, затем наносится разделительный слой двуокиси кремния толщиной порядка 300 , на поверхности которого формируется тонкопленочный слой из сплава кобальт-хром со средними размерами 3 х 6 мкм² толщиной 5 мкм. Для изготовления элемента памяти могут использоваться и другие материалы, например вместо германия соединения типа А³В⁵, А²В⁶, в качестве подложки и разделительного слоя другие диэлектрические материалы Al₂O₃, Ta₂O₅ и т.д., шины коммутации можно изготовить из серебра, золота или меди.

Теоретические расчеты показывают, что для германия, имеющего концентрацию свободных носителей заряда n = 2,510¹³ см^-3 и подвижность электронов 400 см²/(Bc) при вышеуказанных средних размерах, уровень выходного сигнала с элемента памяти во внешнем поле, создаваемом хранящим слоем с индукцией B_z = 0,1T (10^-5 Bc/см²) и при токе I_y = 0,510^-6 A, протекающeм через считывающий слой, равняется примерно 12 мВ. Значительно повысить уровень выходного сигнала можно при использовании материалов с высокой Холловской подвижностью (HgSe, HgTe, InSb) и материалов с высокой остаточной индукцией B_z.

Использование предлагаемого элемента памяти, например, в схемах перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств позволяет создать запоминающее устройство с объемом памяти 10⁶-10⁷ бит и потенциальным быстродействием, ограниченным временем релаксации процессов, определяющих эффект Холла, что составляет величину порядка 10^-12-10^-13с.

Формула изобретения

ЭЛЕМЕНТ ПАМЯТИ, содержащий диэлектрическую подложку, расположенный на ней считывающий слой, проводящие электроды, размещенные на диэлектрической подложке с примыканием к считывающему слою, запоминающий слой, отличающийся тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, элемент памяти содержит диэлектрический слой, расположенный на считывающем слое, который выполнен из полупроводникового материала, а на его поверхности расположен запоминающий слой, который выполнен из магнитотвердого материала с перпендикулярной магнитной анизотропией.

РИСУНКИ

Рисунок 1