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一種新型存儲(chǔ)器件—磁電存儲(chǔ)器
摘要：磁電存儲(chǔ)器不僅存取速度快、功耗小，而且集動(dòng)態(tài)RAM、磁盤(pán)存儲(chǔ)和高速緩沖存儲(chǔ)器功能于一身，因而已成為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。文章總結(jié)了磁電存儲(chǔ)器的工作原理和特性，分析了它們的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：磁電存儲(chǔ)器；磁隧道結(jié)；自旋電子管
１ 引言
隨著人們對(duì)各種磁電材料特性的深入研究，新型存儲(chǔ)器—磁電存儲(chǔ)器以其所特有的精巧設(shè)計(jì)和便于操作的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為快速存儲(chǔ)器的最佳選擇。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的控制柵和懸浮金屬柵之間存在著庫(kù)侖電荷，它們之間較強(qiáng)的庫(kù)侖斥力使得兩個(gè)柵必須用一層很厚的絕緣層隔離起來(lái)才能保證泄露電流降至最小，從而延長(zhǎng)電荷在釋放或存儲(chǔ)時(shí)通過(guò)氧化層勢(shì)壘的時(shí)間，增加讀取和存儲(chǔ)功耗。磁電存儲(chǔ)器的這種工作機(jī)理不僅提高了存儲(chǔ)器的速度、可靠性，降低了功耗，而且在存儲(chǔ)單元尺寸、存儲(chǔ)速度方面也完全可以與ＤＲＡＭ相比擬。
磁電存儲(chǔ)器根據(jù)其工作機(jī)制的不同，大致可以分為三類(lèi)：混和鐵磁－半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)以及全金屬自旋晶體管。目前研究最多的是自旋電子管、準(zhǔn)自旋電子管存儲(chǔ)器以及磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器。盡管以上幾種結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的工作機(jī)制在某種程度上均依賴(lài)于鐵磁元件的磁化方向，但是在讀取機(jī)制方面卻存在著差異；其次，在生產(chǎn)高密度、低功耗、高速ＲＡＭ的難易程度以及需要解決的技術(shù)問(wèn)題等方面存在著不同。
２ 磁電存儲(chǔ)器的基本工作原理
磁電存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是通過(guò)直接附著于鐵磁薄膜上具有電感耦合效應(yīng)的導(dǎo)線(xiàn)來(lái)完成的。當(dāng)電流脈沖通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，將會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)近表面形成一個(gè)平行于導(dǎo)線(xiàn)平面的磁場(chǎng)，此時(shí)電流的大小以其所耦合的磁場(chǎng)大于轉(zhuǎn)換磁場(chǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，從而滿(mǎn)足其狀態(tài)設(shè)置為１或０的需要。由于對(duì)二維序列的存儲(chǔ)器要采用寫(xiě)數(shù)據(jù)線(xiàn)的二維排布，因此，分別給字線(xiàn)和位線(xiàn)施加一定大小的脈沖電流，即可改變交匯處存儲(chǔ)單元里的磁化狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同時(shí)改變字線(xiàn)電流方向即可存入相反的數(shù)據(jù)（如圖１）。由于字線(xiàn)電流過(guò)大會(huì)對(duì)字線(xiàn)下方所有存儲(chǔ)單元產(chǎn)生影響，因此通常采用二分之一電流尋址方式（即字線(xiàn)電流和位線(xiàn)電流分別為ＩＳ ／２，其中Ｉｓ為轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器狀態(tài)所需的電流值）。
２．１ 磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器
磁隧道結(jié)的基本結(jié)構(gòu)如圖２所示，其中上下兩層為鐵磁材料ＣｏＦｅ、Ｃｏ或ＮｉＦｅ，中間是絕緣勢(shì)壘層Ａｌ２Ｏ３。這種結(jié)構(gòu)的器件在電偏置條件下，電子電流可以通過(guò)隧穿效應(yīng)穿過(guò)勢(shì)壘層，而此時(shí)電子電流的大小依賴(lài)于鐵磁薄膜的磁化方向，因此它是一種磁阻器件。勢(shì)壘上的偏置電壓不同，器件阻值也不同。當(dāng)偏置電壓較低時(shí)，電阻為歐姆量級(jí)，隨著偏置電壓的逐漸升高，該阻值將快速下降。這種存儲(chǔ)器的主要特點(diǎn)是底部鐵磁層的磁化方向始終不變，而存儲(chǔ)器則主要是根據(jù)頂部鐵磁層磁化方向的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的；由于在讀取信息時(shí)，讀取信號(hào)線(xiàn)上的電流會(huì)有一部分垂直流過(guò)夾層，因此根據(jù)電阻的變化或者電壓的變化（與標(biāo)準(zhǔn)電阻或電壓相比）就可獲得數(shù)據(jù)。
２．２ 自旋電子管存儲(chǔ)器
自旋電子管的具體結(jié)構(gòu)與磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)十分類(lèi)似，也是一種夾層結(jié)構(gòu)，上下兩層為鐵磁材料ＣｏＦｅ、Ｃｏ或ＮｉＦｅ，中間是導(dǎo)體層Ｃｕ。只是在頂部鐵磁層之上還有一層反鐵磁層（ＭｎＯ或者ＭｎＦｅ），它的作用是維持頂部鐵磁層的磁化方向不發(fā)生改變。因此，頂部鐵磁層又被稱(chēng)作固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ），而底部
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