Запоминающий элемент с неразрушающим считыванием инфомрации

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1730681 А1 (5ц5 G 11 С 11/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 4

1()

1С>

I0

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4774693/24 (22) .17,12.89 (46) 30.04.92, Бюл. М 16 (71) Н ауч но-исследовател ьский институт

"Сапфир" (72) В.А. Никоненко (53) 681.327.6 (088.8) (56) IEEE Trans. on Magn, 1987, v. 23, N. 5, р.р. 2575-2577, Запоминающие устройства. Тонкие магнитные пленки, М.: Наука, 1968, с. 128-134. (54) ЗАПОМИНАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С НЕРАЗРУШАЮЩИМ СЧИТЫВАНИЕМ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для. 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 1,3х100 мкм 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 напостроения 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, чем у сплава с околонулевой магнитострикцией. Это исключает и рораста ние доменов . противоположной намагниченности и искажение информации. В результате запоминающий элемент позволяет хранить информацию без разрушения при многократном отключении питания. 5 ил. пыления, 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 (0,5х18 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.

1730681

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

5 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.

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

15 (фиг, 2). Для элементов шириной менее 5 мкм прлменение 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 по20 казан ниже пунктира, Одно из двух устойчивых состояний элемента принимается за

"0". Тогда для записи "1" в элемент, в проводящие шины подаются два полутока, суммарное магнитное действие которых

25 приводит к переключению магнитного момента в противоположное состояние. Каждый полуток в отдельности не может изменить состояние элемента, Для выборки информации через элемент пропускается ток считыва30 ния, а через одну из проводящих шин ток, приводящий к изменению магнитосопротивления элемента, но не переключающего его.

Одно из существенных преимуществ такого элемента — это противоположная по35 лярность сигналов "0" и "1", получаемых при выборке информации (фиг. 4), Это иллюстрируется осциллограммой на фиг. 3. Под действием поля считывания магнитосопротивление элемента в состоянии "0" умень40 шается (за "0" принято состояние, отмеченное пунктиром). Под воздействием того же поля магнитосопротивление элемента в состоянии "1" увеличивается (ветвь без, пунктира). Переключение элемента из

45 состояния "0" в состояние "1" и обратно происходит при превышении управляющим полем коэрцитивной силы элемента, Пример 1. Толщина элемента 35 нм, размеры Зх150 мкм, состав пермаллоя г

50 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, 55 размеры 4х150 мкм, 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 Зх150 мкм, состав пермаллоя

1730681

Фиг.1

Фиг. 2

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, содержащий диэлектрическую подложку, запоминающий слой прямоугольной формы, расположенный на поверхности диэлектрической подложки, два проводящих электрода, рас5 положенных на поверхности диэлектрической подложки с перекрытием краев одних сторон запоминающего слоя, диэлектрический слой, расположенный на поверхности запоминающего слоя, две проводящие ши10 ны, расположенные на поверхности диэлектрического слоя перпендикулярно другим сторонам запоминающего слоя, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности запоминающего элемента, за15 поминающий слой выполнен из магнитострикционного ферромагнитного сплава толщиной 30-60 нм, шириной 1,5 — 5 мкм, с отношением ширины запоминающего слоя к длине 1:5.

1730681

33 и/,мам

Редактор Ю.Середа

Заказ 1515 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Айп

rr8

18

Фиг.0

Фиг.5

Составитель В.Никоненко

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь