магниторезистивная ячейка памяти

Формула изобретения

Магниторезистивная ячейка памяти, содержащая кремниевую подложку со сформированными в ней полупроводниковыми схемами управления и образованными на ее лицевой поверхности контактными площадками и последовательно расположенные на кремниевой подложке с ее лицевой стороны 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 с полупроводниковыми схемами управления, и состоящий из трех слоев высокорезистивного тонкопленочного материала, разделенных двумя тонкопленочными слоями магниторезистивного материала с осью легкого намагничивания поперек полоски, поверх магниторезистивного запоминающего элемента расположен второй изолирующий слой с контактными отверстиями, на котором сформированы проводниковый и второй защитный слои, отличающаяся тем, что тонкопленочные слои магниторезистивного материала имеют разные величины поля магнитной анизотропии и отношение большего поля магнитной анизитропии к меньшему не менее 4.

Описание изобретения к патенту

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

Известна магниторезистивная ячейка памяти [1] на основе двухслойных 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 магниторезистивная ячейка памяти [2] принятая в качестве прототипа, 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.

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

Поставленная цель достигается тем, что в магниторезистивной ячейке памяти, содержащей кремниевую подложку со сформированными в ней полупроводниковыми схемами управления и образованными на ее лицевой поверхности контактными площадками и последовательно расположенные на кремниевой подложке с ее лицевой стороны 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 с полупроводниковыми схемами управления, и состоящий из трех слоев высокорезистивного тонкопленочного материала, разделенных двумя тонкопленочными слоями магниторезистивного материала с осью легкого намагничивания поперек полоски, поверх магниторезистивного запоминающего элемента расположен второй изолирующий слой с контактными отверстиями, на котором сформированы проводниковый и второй защитный слои, тонкопленочные слои магниторезистивного материала имеют разные величины поля магнитной анизотропии и отношение большего поля магнитной анизотропии к меньшему не менее четырех.

Существенными отличительными признаками предлагаемого устройства являются наличие тонкопленочных слоев с различными величинами поля магнитной анизотропии.

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, разрез; на фиг. 2 -эта же ячейка, подключенная к схеме моста, вид сверху; на фиг.3 приведены теоретические области устойчивой работы магниторезистивного запоминающего элемента с тонкопленочными слоями с одинаковой магнитной анизотропией и с различными величинами магнитной анизотропии.

Магниторезистивная ячейка памяти содержит (фиг.1) кремниевую подложку 1 со сформированными в ней полупроводниковыми схемами 2 и контактными площадками 3, первым изолирующим слоем 4, первым защитным слоем 5, магниторезестивным запоминающим элементом в виде многослойной полоски с заостренными концами, состоящим из трех слоев титана 6 8 и двух слоев магниторезестивной магнитной пленки 9, 10. Острые концы полоски соединены коммуникационными проводниками 11 с контактными площадками 3 и между собой. Поверх магниторезистивного запоминающего элемента и коммуникационных проводников 11 расположены последовательно второй изолирующий слой 12, проводниковый слой 13 и второй защитный слой 14. При считывании магниторезистивный запоминающий элемент 15 подключается к мосту (фиг.2), при этом многослойная полоска 16 второй магниторезистивный запоминающий элемент, а многослойные полоски 17, 18 - опорные магниторезистивные элементы, в которых записана постоянная информация, например "0". Поверх многослойных полосок 15 18 проходят проводники 19, 20.

Работа ячейки заключается в следующем.

При отсутствии токов через магниторезистивный запоминающий элемент (полосу 15 и проводник 19) намагниченность в двух магнитных пленках расположена антипараллельно друг другу, причем само направление зависит от записанной информации. В режиме записи в полосу 15 подается импульсный сенсорный ток нужной полярности, а в проводник 19 -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 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 15 включается в мостовую схему с одной запоминающей полосой 16 и двумя опорными полосками 17,18, в которых постоянно записан "0". В мостовую схему подается сенсорный ток, а в проводник 19 - импульс тока с полярностью, соответствующей "0". В случае, когда в полоске 15 записан "0", отклонения намагниченности в полоске 15 не происходит и сигнала считывания нет; если же в полоске 15 записана "1", будет происходить отклонение намагниченности к ОТН, что приводит к изменению сопротивления полоски, и появится сигнал считывания.

Введение тонкопленочных слоев с различными полями магнитной анизотропии приводит к повороту намагниченности слоя из магниторезистивного материала с меньшим значением поля магнитной анизотропии при меньших магнитных полях, создаваемых постоянным магнитом и токами в проводниках управления и слое из магниторезистивного материала. Это означает уменьшение величин сенсорного и проводникового токов, а также поля, создаваемого постоянным магнитом. Создать тонкопленочные слои с различными величинами поля магнитной анизотропии можно, напыляя их из различных магниторезистивных материалов. Для создания высокой магнитной анизотропии можно использовать сплав Fe₁₅Ni₆₅Co₂₀, позволяющий получить величину поля магнитной анизотропии до 20 Э, а для создания слоя с малой величиной поля магнитной анизотропии пермаллой, дающий величину поля магнитной анизотропии до 4Э. Расчеты показывают (фиг.3) сильную зависимость областей устойчивой работы от выбора вариантов с пленками, обладающих одинаковой величиной поля магнитной анизотропией и вариантов с различными величинами полей магнитной анизотропии. Для наглядности приводится случай, когда нет поля от постоянного магнита. На кривых 1 приведены области записи (а) и считывания (б) магниторезистивного запоминающего элемента при двух одинаковых тонкопленочных слоях из Fe₁₅Ni₆₅Co₂₀ с полем магнитной анизотропии 20 Э, а на кривых 2 когда один слой выполнен из Fe₁₅Ni₆₅Co₂₀ с полем магнитной анизотропии 20 Э, а второй из пермаллоя с полем магнитной анизотропии 4 Э, толщины пленок 15 нм. Видно, что величины сенсорных токов уменьшились вдвое, а токи в проводниках управления в полтора раза.

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.