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一種新型存儲器件—磁電存儲器
摘要：磁電存儲器不僅存取速度快、功耗小，而且集動態(tài)RAM、磁盤存儲和高速緩沖存儲器功能于一身，因而已成為動態(tài)存儲器研究領(lǐng)域的一個熱點。文章總結(jié)了磁電存儲器的工作原理和特性，分析了它們的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，并對其應(yīng)用前景進行了展望。關(guān)鍵詞：磁電存儲器；磁隧道結(jié)；自旋電子管
１ 引言
隨著人們對各種磁電材料特性的深入研究，新型存儲器—磁電存儲器以其所特有的精巧設(shè)計和便于操作的優(yōu)點，已經(jīng)成為快速存儲器的最佳選擇。半導(dǎo)體存儲器的控制柵和懸浮金屬柵之間存在著庫侖電荷，它們之間較強的庫侖斥力使得兩個柵必須用一層很厚的絕緣層隔離起來才能保證泄露電流降至最小，從而延長電荷在釋放或存儲時通過氧化層勢壘的時間，增加讀取和存儲功耗。磁電存儲器的這種工作機理不僅提高了存儲器的速度、可靠性，降低了功耗，而且在存儲單元尺寸、存儲速度方面也完全可以與ＤＲＡＭ相比擬。
磁電存儲器根據(jù)其工作機制的不同，大致可以分為三類：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)自旋電子管存儲器以及磁隧道結(jié)存儲器。盡管以上幾種結(jié)構(gòu)存儲器的工作機制在某種程度上均依賴于鐵磁元件的磁化方向，但是在讀取機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)問題等方面存在著不同。
２ 磁電存儲器的基本工作原理
磁電存儲器中的數(shù)據(jù)存儲是通過直接附著于鐵磁薄膜上具有電感耦合效應(yīng)的導(dǎo)線來完成的。當(dāng)電流脈沖通過導(dǎo)線時，將會在導(dǎo)線近表面形成一個平行于導(dǎo)線平面的磁場，此時電流的大小以其所耦合的磁場大于轉(zhuǎn)換磁場為標(biāo)準(zhǔn)，從而滿足其狀態(tài)設(shè)置為１或０的需要。由于對二維序列的存儲器要采用寫數(shù)據(jù)線的二維排布，因此，分別給字線和位線施加一定大小的脈沖電流，即可改變交匯處存儲單元里的磁化狀態(tài)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，同時改變字線電流方向即可存入相反的數(shù)據(jù)（如圖１）。由于字線電流過大會對字線下方所有存儲單元產(chǎn)生影響，因此通常采用二分之一電流尋址方式（即字線電流和位線電流分別為ＩＳ ／２，其中Ｉｓ為轉(zhuǎn)換存儲器狀態(tài)所需的電流值）。
２．１ 磁隧道結(jié)存儲器
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，電子電流可以通過隧穿效應(yīng)穿過勢壘層，而此時電子電流的大小依賴于鐵磁薄膜的磁化方向，因此它是一種磁阻器件。勢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，電阻為歐姆量級，隨著偏置電壓的逐漸升高，該阻值將快速下降。這種存儲器的主要特點是底部鐵磁層的磁化方向始終不變，而存儲器則主要是根據(jù)頂部鐵磁層磁化方向的不同來實現(xiàn)信息存儲的；由于在讀取信息時，讀取信號線上的電流會有一部分垂直流過夾層，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 自旋電子管存儲器
自旋電子管的具體結(jié)構(gòu)與磁隧道結(jié)存儲器的結(jié)構(gòu)十分類似，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，頂部鐵磁層又被稱作固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ），而底部
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