Магниторезистивная ячейка памяти

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к магнитным запоминающим устройством с произвольной выборкой информации. Целью изобретения является уменьшение токов управления при тех же размерах магниторезистивной ячейки памяти, что приведет к увеличению плотности информации благодаря уменьшению размеров полупроводниковых схем управления, расположенных на той же подложке, уменьшению технологических трудностей и уменьшению мощности потребления. Поставленная цель достигается установкой постоянного магнита с обратной стороны кремниевой подложки, создающего однородное магнитное поле вдоль оси трудного намагничивания магниторезистивных пленок, величина которого выбрана в пределах 0,2-0,5 поля анизотропии магнитных пленок. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к магнитным тонкопленочным запоминающим устройствам с произвольной выборкой информации.

Известна магниторезистивная ячейка памяти (см. патент США N 4751677, кл. G 11 С 11/15, опублик. 1988) на основе двуслойных магнитных пленок FeNiCO с полупроводниковыми схемами управления на одной подложке.

К недостаткам таких ячеек памяти следует отнести большое число (четыре) ключей управления, что резко усложняет технологию изготовления и уменьшает плотность информации.

Известна также (см. К.Т.М. Ranmouthu et al. 10-35 nanosecond magneto-resistive memories. IEEE Trans. Magn. 1990, v.26, N 5, pp. 2837-2839) магниторезистивная ячейка памяти, принятая в качестве прототипа предлагаемого технического решения, выполненная в виде одной многослойной полоски, которая в режиме считывания включается в схему моста. При этом число ключей на одну магниторезистивную ячейку памяти уменьшается до 1,5, но и величина сигнала считывания снижается вдвое при тех же токах управления. Другим направлением увеличения плотности информации и упрощения технологии изготовления является уменьшение токов управления, которое приводит к уменьшению размеров ключей, требований к их изготовлению и потребляемой мощности.

Задачей изобретения является увеличение плотности информации за счет уменьшения токов управления.

Данный технический результат достигается тем, что в магниторезистивной ячейке памяти, содержащей кремниевую подложку со сформированными в ней полупроводниковыми схемами управления и контактными площадками на внешней поверхности, последовательно расположенные на кремниевой подложке с ее внешней поверхности первый изолирующий слой с контактными отверстиями, первый защитный слой с контактными отверстиями, магниторезистивный запоминающий элемент, выполненный в виде многослойной полоски с заостренными концами, соединенными коммутационными проводниками через контактные отверстия первых изолирующего и защитного слоев с полупроводниками схемами управления и состоящий из трех слоев высокорезистивного тонкопленочного материала, разделенных двумя тонкопленочными слоями магниторезистивного материала с осью легкого намагничивания поперек многослойной полоски, второй изолирующий слой с контактными отверстиями, расположенный на магниторезистивном запоминающем элементе, проводниковый и второй защитный слои, сформированные на втором изолирующем слое, с обратной стороны кремниевой подложки установлен постоянный магнит, расположенный так, что его однородное магнитное поле, величина которого выбрана в пределах 0,2-0,5 поля анизотропии магниторезистивных пленок, направлено вдоль продольной оси многослойной полоски.

Существенными отличительными признаками заявленного устройства являются наличие постоянного магнита с обратной стороны кремниевой подложки, создающего однородное магнитное поле вдоль многослойной полоски в пределах 0,2-0,5 поля анизотропии магниторезистивных пленок.

Совокупность указанных выше признаков обеспечивает решение поставленной задачи, заключающейся в увеличении плотности информации за счет уменьшения токов управления при тех же размерах магниторезистивного запоминающего элемента, что приводит к уменьшению размеров схем управления, упрощению технологии их изготовления и понижению потребляемой мощности.

На фиг. 1 показана структура магниторезистивной ячейки памяти в разрезе; на фиг. 2 вид сверху этой же ячейки, подпружиненной к схеме моста; на фиг. 3 теоретические области устойчивой работы магниторезистивного запоминающего элемента без постоянного магнитного поля и с полем вдоль ОТН.

Магниторезистивная ячейка памяти содержит (фиг. 1) постоянный магнит 1, кремниевую подложку 2 со сформированными с ней полупроводниками схемами 3 и контактными площадками 4, первый изолирующим слоем 5, первым защитным слоем 6, магниторезистивным запоминающим элементов 7 в виде многослойной полоски с заостренными концами, состоящим из трех слоев титана 8-10 и двух слоев магниторезистивной магнитной пленки 11 и 12. Острые концы полоски соединены коммуникационными проводниками 13 с контактными площадками 4 и между собой. Поверх магниторезистивного запоминающего элемента 7 и коммуникационных проводников 13 расположены последовательно второй изолирующий слой 14, проводниковый слой 15 и второй защитный слой 16. При считывании магниторезистивный запоминающий элемент 17 (полоска) подключается к мосту (фиг. 2), при этом многослойная полоска 18 второй магниторезистивный запоминающий элемент, а многослойные полоски 19 и 20 опорные магниторезистивные элементы, в которых записана постоянная информация, например "0". Поверх многослойных полосок 17-20 проходят проводники 21 и 22.

Устройство работает следующим образом.

Когда постоянного магнита нет, при отсутствии токов через магниторезистивный запоминающий элемент (полоску 17 и проводник 21) намагниченность в двух магнитных пленках направлена антипараллельно друг другу, причем само направление зависит от записанной информации. В режиме записи в полоску 17 подается импульсный сенсорный ток нужной полярности, а в проводник 21 импульс одной и той же полярности для "0" и "1". Сенсорный ток создает магнитные поля, действующие на каждую магнитную пленку, но противоположные по направлению. Эти магнитные поля в зависимости от записанной ранее информации будут либо прижимать намагниченности в пленках к оси легкого намагничивания (ОЛН) при совпадении записанной и записываемой информации, либо отклонять их от ОЛН при несовпадении. Ток через проводник создает магнитное поле вдоль оси трудного намагничивания (ОТН), которое отклоняет намагниченности от ОЛН. Величины токов подобраны таким образом, что одного поля недостаточно для перезаписи.

При считывании информации полоска 17 включается в мостовую схему с одной запоминающей полоской 18 и двумя опорными полосками 19 и 20, в которых постоянно записан "0". В мостовую схему подается сенсорный ток, в проводник 21 импульс тока с полярностью, соответствующей "0". В случае, когда в полоске 17 записан "0", отклонения намагниченности в полоске 17 не происходит и сигнала считывания нет; если же в полоске 17 записана "1", будет происходить отклонение намагниченности к ОТН, что приведет к изменению сопротивления полоски и появится сигнал считывания.

Введение постоянного магнита приведет к постоянному развороту намагниченности в обеих пленках по направлению создаваемого этим магнитом постоянного магнитного поля. Это приводит к уменьшению величин сенсорного и проводникового токов. Расчеты показывают (фиг. 3) сильную зависимость областей устойчивой работы (ОУР) от величины постоянного внешнего поля. В случае, когда постоянное поле меньше 0,2 поля анизотропии магниторезистивных пленок, его влияние на величины токов управления практически отсутствует, при величине поля больше 0,5 поля анизотропии ОУР отсутствуют из-за сразу наступающего перемагничивания пленок. На кривых 1 приведены области записи (а) и считывания (б) магниторезистивного запоминающего элемента при отсутствии постоянного внешнего поля, а на кривых 2 когда Н=0,5 Н_k, где Н_k поле анизотропии. Влияние постоянного поля на ОУР было проверено экспериментально: при неизменных токах управления введение постоянного поля вдоль ОТН приводит к увеличению сигнала считывания вплоть до максимального значения, т.е. происходит как бы увеличение токов управления.

Таким образом, при тех же размерах магниторезистивного запоминающего элемента происходит уменьшение токов управления, что ведет к увеличению плотности информации, уменьшению технологических трудностей и понижению потребляемой мощности.

Формула изобретения

Магниторезистивная ячейка памяти, содержащая кремниевую подложку со сформированными в ней полупроводниковыми схемами управления и контактными площадками на внешней поверхности, последовательно расположенные на кремниевой подложке на внешней поверхности первый изолирующий слой с контактными отверстиями, первый защитный слой с контактными отверстиями, магниторезистивный запоминающий элемент, выполненный в виде многослойной полоски с заостренными концами, соединенными коммутационными проводниками через контактные отверстия первых изолирующего и защитного слоев с полупроводниковыми схемами управления, и состоящий из трех слоев высокорезистивного тонкопленочного материала, разделенных двумя тонкопленочными слоями магниторезистивного материала с осью легкого намагничивания поперек многослойной полоски, второй изолирующий слой с контактными отверстиями, расположенный на магниторезистивном запоминающем элементе, проводниковый и второй защитный слои, сформированные на втором защитном слое, отличающаяся тем, что с обратной стороны кремниевой подложки установлен постоянный магнит с однородным магнитным полем, направленным вдоль продольной оси многослойной полоски магниторезистивного запоминающего элемента величиной 0,2 0,5 поля анизотропии магниторезистивных пленок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3