материал для запоминающего устройства и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Композиция материалов, содержащая первый слой материала, содержащий элементы Pb, Cd и Fe, при этом соотношение между Pb, Cd и Fe в первом слое составляет (1 - x - y) : x : y, где величины (1 - x - y), x и y находятся в пределах 0 < (1 - x - y) < 1, 0 < x <1, 0 < y <1, и второй слой материала, образованный на первом слое и содержащий элементы Cr, Zn и R, где R - элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI, при этом соотношение Cr, Zn и R во втором слое составляет (1 - z - w) : z : w, где величины (1 - z - w), z и w находятся в пределах 0 < (1 - z - w) <1, 0 < z < 1, 0 < w < 1.

2. Композиция материалов по п.1, отличающаяся тем, что первый слой, кроме того, содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из S и Se.

3. Композиция материалов по п.1, отличающаяся тем, что первый слой, кроме того, содержит элемент S и, и по крайней мере, части Pb и Fe соединены с S с образованием PbS и FeS.

4. Композиция материалов по п.2, отличающаяся тем, что первый слой, кроме того, содержит элемент О и, по крайней мере, часть Fe соединена с образованием Fe₂O₃.

5. Композиция материалов по п.4, отличающаяся тем, что первый слой, кроме того, содержит элемент Bi.

6. Композиция материалов по п.2, отличающаяся тем, что величина x находится в пределах 0,038 x 0,042.

7. Композиция материалов по п.6, отличающаяся тем, что величина y находится в пределах 0,080 y 0,094.

8. Композиция материалов по п.2, отличающаяся тем, что величина x равна 0,04.

9. Композиция материалов по п.8, отличающаяся тем, что величина y равна 0,09.

10. Композиция материалов по п.1, отличающаяся тем, что второй слой содержит элементы Cr, Zn и Te.

11. Композиция материалов по п.1, отличающаяся тем, что второй слой, кроме того, содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из S и Se.

12. Композиция материалов по п.1, отличающаяся тем, что второй слой, кроме того, содержит элемент S и, по крайней мере, часть Zn соединена с S с образованием ZnS.

13. Композиция материалов по п.11, отличающаяся тем, что второй слой, кроме того, содержит элемент О.

14. Композиция материалов по п.13, отличающаяся тем, что второй слой, кроме того, содержит элемент Bi.

15. Композиция материалов по п.11, отличающаяся тем, что величина Z находится в пределах 0,34 z 0,45.

16. Композиция материалов по п.15, отличающаяся тем, что величина w находится в пределах 0,25 w 0,34.

17. Композиция материалов по п.16, отличающаяся тем, что величина (1 - z -w) находится в пределах 0,25 (1 - z - w) 0,32.

18. Композиция материалов по п.17, отличающаяся тем, что величина Z находится в пределах 0,38 z 0,41.

19. Композиция материалов по п.18, отличающаяся тем, что величина w находится в пределах 0,28 w 0,31.

20. Композиция материалов по п.11, отличающаяся тем, что величина z равна 0,4.

21. Композиция материалов по п.20, отличающаяся тем, что величина w равна 0,3.

22. Композиция материалов по п.1, отличающаяся тем, что толщина первого слоя равна 0,7 мкм.

23. Композиция материалов по п.22, отличающаяся тем, что толщина второго слоя равна 0,7 мкм.

24. Композиция материалов, обладающая ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами, содержащая первый слой материала, содержащий элементы Pb, Cd, Fe, S и O, в котором соотношение между Pb, Cd и Fe составляет (1 - x - y) : x : y и величины x и y находятся в пределах 0,038 x 0,042 и 0,080 y 0,094, при этом первый слой насыщен S и O, а, по крайней мере, части Pb и Fe соединены с S с образованием PbS и FeS и, по крайней мере, часть Fe соединена с O с образованием Fe₂O₃, второй слой материала, образованный на первом слое и содержащий элементы Cr, Zn, Te, S и O, в котором соотношение между Cr, Zn и Te составляет (1-z-w), z и w находятся в пределах 0,25 (1 - z - w) 0,32, 0,38 z 0,41 и 0,28 w 0,31, при этом второй слой насыщен S и O, по крайней мере, часть Zn соединена с S с образованием ZnS.

25. Композиция по п.24, отличающаяся тем, что первый и второй слои, кроме того, содержат элемент Bi.

26. Способ изготовления композиции материалов, обладающей ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами, содержащий стадии: образования первого слоя материала на подложке, содержащего элементы Pb, Cd и Fe, при этом соотношение между Pb, Cd и Fe составляет (1 - x - y) : x : y, а величины (1 - x - y), x и y находятся в пределах 0 < x < 1 и 0 < y < 1, и образования второго слоя материала на первом слое, содержащего элементы Gr, Zn и R, где R - элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI, при этом соотношение между Gr, Zn и R составляет (1 - z - w) : z : w и величины (1 - z - w), z и w находятся в пределах 0 < (1 - z - w) < 1, 0 < z < 1 и 0 < w < 1.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что добавляют элемент, выбранный из группы, состоящей из S и Se, в первый и второй слои.

28. Способ по п.26, отличающийся тем, что добавляют S в первый и второй слои, подвергая поверхности подложки воздействию паров серы перед образованием первого и второго слоев.

29. Способ по п.27, отличающийся тем, что добавляют элементы Bi и O к первому и второму слоям.

30. Способ по п.29, отличающийся тем, что стадия добавления элементов Bi и O включает в себя погружение композиции материалов в жидкость, содержащую Bi₂O₃ и воду, и осуществление электрохимического процесса.

31. Способ по п.30, отличающийся тем, что процентное содержание Bi₂O₃ по весу в жидкости составляет приблизительно между 4 и 6%.

32. Способ по п.31, отличающийся тем, что осуществляют непрерывное перемешивание жидкости.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что осуществляют нагрев жидкости.

34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что поддерживают жидкость при 97^oC.

35. Способ по п.30, отличающийся тем, что осуществляют подачу ряда импульсов напряжения, имеющих трехугольную форму, к композиции материалов по отношению к жидкости.

36. Способ по п.35, отличающийся тем, что импульсы подают в течение 45 ч и амплитуда каждого импульса равна 2000 В.

37. Способ по п.36, отличающийся тем, что продолжительность каждого импульса составляет одну секунду, а интервал времени между центрами двух смежных импульсов составляет 6 с.

38. Способ по п. 35, отличающийся тем, что осуществляют попеременное приложение положительного и отрицательного электрического потенциалов к композиции материалов по отношению к жидкости после подачи импульсов напряжения.

39. Способ по п.38, отличающийся тем, что в течение восьмичасового интервала отрицательный потенциал равен 60 В и непрерывно подается в течение четырех часов, а положительный потенциал также равен 60 В и подается в течение 4 ч.

40. Способ по п. 39, отличающийся тем, что электрохимический процесс проводят в течение 28 дней.

41. Способ по п.29, отличающийся тем, что величина x находится в пределах 0,038 x 0,042.

42. Способ по п.41, отличающийся тем, что величина y находится в пределах 0,08 y 0,094.

43. Способ по п.42, отличающийся тем, что величина z находится в пределах 0,34 z 0,45.

44. Способ по п.43, отличающийся тем, что величина w находится в пределах 0,25 w 0,34.

45. Способ по п.42, отличающийся тем, что величина (1 - z - w) находится в пределах 0,25 (1 - z - w) 0,32.

46. Способ по п.29, отличающийся тем, что величина x равна 0,04.

47. Способ по п.44, отличающийся тем, что величина y равна 0,09.

48. Способ по п.45, отличающийся тем, что величина z равна 0,4.

49. Способ по п.46, отличающийся тем, что величина w равна 0,3.

50. Энергозависимое запоминающее устройство с произвольным доступом, содержащее подложку, имеющую первую и вторую поверхности; первую адресную шину, образованную на первой поверхности подложки; вторую адресную шину, образованную на второй поверхности подложки; первую композицию материалов, образованную на первой поверхности подложки, при этом первая композиция материалов обладает ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами и содержит элементы Pb, Cd, Fe, Cr, Zn и элемент, выбранный из группы, состоящей из TE и TI, и вторую композицию материалов, образованную на второй поверхности подложки, при этом вторая композиция материалов обладает ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами и содержит элементы Pb, Cd, Fe, Cr, Zn и элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI.

51. Устройство по п.50, отличающееся тем, что вторая адресная шина перпендикулярна первой адресной шине.

52. Устройство по п. 50, отличающееся тем, что имеет первый электрод, образованный на первой композиции материалов, и второй электрод, образованный на второй композиции материалов.

53. Устройство по п.50, отличающееся тем, что первая и вторая композиция материалов одинаковые.

54. Устройство по п.53, отличающееся тем, что первая и вторая композиции материалов содержит два последовательно образованных слоя.

55. Устройство по п.50, отличающееся тем, что первая и вторая композиции материалов содержат первый слой материалов, образованный на подложке, и второй слой материала, образованный на первом слое, при этом первый слой материала содержит элемента Pb, Cd и Fe, причем соотношение между Pb, Cd и Fe составляет (1 - x - y) : x : y, где величины (1 - x - y), x и y находятся в пределах 0 < (1 - x - y) < 1; 0 < x < 1 и 0 < y < 1, а второй слой материала содержит элементы Cr, Zn и R, где R - элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI, причем соотношение между Cr, Zn и R во втором слое составляет (1 - z - w) : z : w, где величины (1 - z - w), z и w находятся в пределах 0 < (1 - z - w) < 1; 0 < z < 1 и 0 < w < 1.

56. Устройство по п. 55, отличающееся тем, что первый и второй слои, кроме того, содержат элемент, выбранный из группы, состоящей из S и Se.

57. Устройство по п. 56, отличающееся тем, что первый и второй слои, кроме того, содержат элемент O.

58. Устройство по п. 57, отличающееся тем, что первый и второй слои, кроме того, содержат элемент Bi.

59. Устройство по п.58, отличающееся тем, что x, y, z и w имеют величины в пределах 0,038 x 0,042; 0,08 y 0,94; 0,34 z 0,45 и 0,25 w 0,34.

60. Устройство по п.59, отличающееся тем, что z, w и (1 - z - w) имеют величины в пределах 0,38 z 0,41; 0,28 w 0,31 и 0,25 (1 - z - w) 0,32.

61. Устройство по п.60, отличающееся тем, что величина x равна 0,04, величина y - 0,09, величина z - 0,04 и величина w - 0,30.

62. Устройство по п.55, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде кремниевой подложки.

63. Устройство по п.55, отличающееся тем, что первая и вторая адресные шины изготовлены из проводящего материала.

64. Устройство по п. 63, отличающееся тем, что проводящим материалом является серебро.

65. Устройство по п.63, отличающееся тем, что адресные шины выполнены в виде металлических полосок шириной 1 мкм и толщиной 1 мкм.

66. Способ изготовления энергозависимого запоминающего устройства с произвольным доступом, содержащий стадии: образования первой адресной шины на первой поверхности подложки; образования второй адресной шины на второй поверхности подложки; образования на первой поверхности подложки первой композиции материалов, имеющей внешнюю и внутреннюю поверхности, выполненные из первой композиции, при этом внутренняя поверхность первой композиции находится в контакте с первой поверхностью подложки и первая композиция материалов обладает ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами; образования на второй поверхности подложки второй композиции материалов, имеющей внутреннюю поверхность, выполненную из второй композиции, и внешнюю поверхность, выполненную из первой композиции, при этом внутренняя поверхность второй композиции находится в контакте со второй поверхностью подложки и вторая композиция материалов обладает ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами.

67. Способ по п. 66, отличающийся тем, что осуществляют полирование внешних поверхностей первой и второй композиций материалов, пока поверхности не станут плоскими.

68. Способ по п. 67, отличающийся тем, что осуществляют образование первого электрода на внешней поверхности первой композиции материалов и образование второго электрода на внешней поверхности второй композиции материалов.

69. Способ по п.66, отличающийся тем, что вторую адресную шину выполняют перпендикулярно к первой адресной шине.

70. Способ по п.66, отличающийся тем, что первый слой материала содержит элементы Pb, Cd и Fe, при этом соотношение между Pb, Cd и Fe составляет (1 - x - y) : x : y, где величины (1 - x - y), x и y находятся в пределах 0 < (1 - x - y) < 1; 0 < x < 1 и 0 < y < 1, и второй слой материала содержит элемент Cr, Zn и R, где R - элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI, при этом соотношение между Cr, Zn и R составляет (1 - z - w) : z : w, где величины (1 - z - w), z и w находятся в пределах 0 < (1 - z - w) < 1; 0 < z < 1 и 0 < w < 1.

71. Способ по п.70, отличающийся тем, что величины x, y и w находятся в пределах 0,038 x 0,042; 0,08 y 0,094; 0,34 z 0,45, 0,25 w 0,34.

72. Способ по п.71, отличающийся тем, что величины z, w и (1 - z - w) находятся в пределах 0,038 z 0,41; 0,26 w 0,31 и 0,25 (1 - z - w) 0,32.

73. Способ по п.72, отличающийся тем, что величина x равна 0,04, величина y - 0,09, величина z - 0,40 и величина w - 0,30.

74. Способ по п.66, отличающийся тем, что образование адресных шин включает в себя осаждение проводящих слоев на поверхностях подложки и травление проводящих слоев.

75. Способ запоминания двух независимых бит двоичных данных в одиночной ячейке памяти энергонезависимого запоминающего устройства с произвольным доступом, содержащего композицию материалов, обладающую ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами и содержащую элементы Pb, Cd, Fe, Cr, Zn, Te, S и O, при этом каждая такая ячейка выполнена с возможностью адресования посредством первой и второй адресных шин, содержащий стадии: подачи двух электрических токов, имеющих одинаковые полярности, соответственно к первой и второй адресным шинам для запоминания первого бита двоичных данных в ячейке памяти и подачи двух электрических токов, имеющих противоположные полярности, соответственно к первой и второй адресным шинам для запоминания второго бита данных в ячейке памяти.

76. Способ по п.75, отличающийся тем, что токи, поданные для запоминания первого бита данных, имеют одинаковые амплитуды.

77. Способ по п.76, отличающийся тем, что токи, поданные для запоминания второго бита данных, имеют одинаковые амплитуды.

78. Способ по п.77, отличающийся тем, что амплитуды электрических токов, поданных для запоминания первого и второго бит данных, таковы, что одиночный ток недостаточен для изменения двоичной величины хранимых данных.

79. Способ по п.78, отличающийся тем, что амплитуда каждого тока, поданного для запоминания первого бита двоичных данных, равна 5,0 мкА.

80. Способ по п.79, отличающийся тем, что амплитуда каждого тока, поданного для запоминания второго бита двоичных данных, равна 5,0 мкА.

81. Способ по п. 75, отличающийся тем, что обнаруживают пьезоэлектрическое напряжение, наведенное в ячейке памяти и показывающее, что двоичные данные введены в память ячейки.

82. Способ по п.75, отличающийся тем, что подача двух электрических токов для запоминания первого бита данных включает в себя запоминание первой двоичной величины посредством подачи двух электрических токов, имеющих оба первую полярность и одинаковую амплитуду, соответственно к первой и второй адресным шинам и запоминание второй двоичной величины посредством подачи двух электрических токов, имеющих вторую полярность, которая противоположна первой полярности, и одинаковую амплитуду, соответственно к первой и второй адресным шинам.

83. Способ по п. 82, отличающийся тем, что два электрических тока для запоминания первого бита данных подают как два синхронизированных импульса электрического тока.

84. Способ по п.75, отличающийся тем, что подача двух электрических токов для запоминания второго бита данных включает в себя запоминание первой двоичной величины посредством подачи двух электрических токов, имеющих первую и вторую полярности и одинаковую амплитуду, соответственно к первой и второй адресным шинам и запоминание второй двоичной величины посредством подачи двух электрических токов, имеющих вторую и первую полярности и одинаковые амплитуды, соответственно к первой и второй адресным шинам.

85. Способ по п.84, отличающийся тем, что два электрических тока запоминания второго бита подают как два синхронизированных импульса электрического тока.

86. Способ поиска без разрушения первого и второго независимых бит двоичных данных, хранимых в одиночной ячейке памяти энергонезависимого запоминающего устройства с произвольным доступом, содержащего композицию материалов, обладающую ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами и содержащую элементы Pb, Cd, Fe, Cr, Zn, Te, S и O, при этом каждая такая ячейка выполнена с возможностью адресования посредством первой и второй адресных шин, содержащий стадии: подачи двух электрических токов, имеющих одинаковую полярность, соответственно к первой и второй адресным шинам для поиска первого бита данных, при этом амплитуды токов являются одинаковыми, а объединенные амплитуды токов недостаточны для изменения двоичной величины хранимых данных, и подачи двух электрических токов, имеющих противоположные полярности, соответственно к первой и второй адресным шинам для поиска второго бита данных, при этом амплитуды токов являются одинаковыми, а объединенные амплитуды токов недостаточны для изменения двоичной величины хранимых данных.

87. Способ по п.86, отличающийся тем, что считывают пьезоэлектрическое напряжение, созданное в ячейке памяти в ответ на поданные токи.

88. Способ по п.87, отличающийся тем, что амплитуды двух электрических токов, поданных для поиска первого и второго бит данных, равны 3,33 мкА.

89. Способ по п.86, отличающийся тем, что два электрических тока подают для поиска первого бита данных как два синхронизированных импульса электрического тока, имеющих одинаковые амплитуды и полярности.

90. Способ по п.89, отличающийся тем, что два электрических тока подают для поиска второго бита данных как два синхронизированных импульса электрического тока, имеющих одинаковые амплитуды и полярности.

91. Способ поиска без разрушения первого и второго независимых бит двоичных данных, хранимых в одиночной ячейке памяти энергонезависимого запоминающего устройства с произвольным доступом, содержащего композицию материалов, обладающую ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами и содержащую элементы Pb, Cd, Fe, Cr, Zn, Te, S и O, при этом каждая такая ячейка выполнена с возможностью адресования посредством первой и второй адресных шин, содержащий стадии: подачи двух электрических токов, имеющих первую полярность, соответственно к первой и второй адресным шинам для поиска первого бита данных, при этом амплитуды токов являются одинаковыми, а объединенные амплитуды токов достаточны для изменения двоичной величины, хранимой в первом бите двоичных данных, на первую двоичную величину, и считывания первого пьезоэлектрического напряжения; и подачи двух электрических токов, один из которых, имеющий первую полярность, подают к первой адресной шине, а другой ток, имеющий вторую полярность, противоположную первой полярности, подают соответственно к второй адресной шине для поиска второго бита данных, при этом амплитуды токов являются одинаковыми, а объединенные амплитуды токов достаточны для изменения двоичной величины, хранимой во втором бите двоичных данных, на первую двоичную величину, и считывания второго пьезоэлектрического напряжения.

92. Способ по п.91, отличающийся тем, что первое пьезоэлектрическое напряжение имеет ненулевое значение, показывающее, что первый бит данных имеет первое двоичное значение, а второе пьезоэлектрическое напряжение имеет ненулевое значение, показывающее, что второй бит данных имеет второе двоичное значение.

93. Способ по п.92, отличающийся тем, что амплитуды двух электрических токов, поданных для поиска первого или второго бит данных, равны 5,0 мкА.

94. Способ по п.91, отличающийся тем, что два электрических тока подают для поиска первого бита данных как два синхронизированных импульса электрического тока, имеющих одинаковые амплитуды и полярности.

95. Способ по п.91, отличающийся тем, что два электрических тока подают для поиска второго бита данных как два синхронизированных импульса электрического тока, имеющих одинаковые амплитуды и противоположные полярности.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки к созданию изобретения

Вычислительная техника нуждается в запоминающих устройствах, имеющих большую емкость и быстродействие. В современной ЭВМ полупроводниковое запоминающее устройство обычно применяют в качестве быстродействующего основного запоминающего устройства, а магнитные диски используют для внешнего запоминающего устройства с большим объемом памяти.

Для разработки полупроводниковых запоминающих устройств использовали быстродействующее основное запоминающее устройство на магнитных сердечниках. Запоминающее устройство на магнитных сердечниках содержит матрицу из кольцеобразных ферромагнитных сердечников. Каждая ячейка памяти запоминающего устройства на магнитных сердечниках включает в себя ферромагнитный сердечник с двумя или большим числом шин, проходящих через центр сердечника, и считывающую катушку, установленную вокруг сердечника.

Когда к шине, проходящей через сердечник, подводится ток I, создается магнитное поле с напряженностью H, которая является функцией тока I. Магнитное поле, создаваемое током I вызывает постоянную намагниченность сердечника. Намагниченность измеряется магнитной индукцией B. Зависимость между магнитной индукцией B и напряженностью поля H /т.е. график зависимости B от H/ известна как кривая намагничивания или как петля магнитного гистерезиса по индукции. В запоминающем устройстве на магнитных сердечниках кривая намагничивания - по существу является квадратной.

Магнитная индукция B в сердечнике имеет два состояния, B_r и -B_r, которые соответствуют противоположным направлениям магнитного поля. Таким образом, каждый сердечник может хранить бит двоичных данных, ассоциируя одно состояние с "1" и другое состояние с "0", например, +B_r может быть ассоциировано с двоичной "1" и -B_r с двоичным "0".

Двоичные данные записывают в ячейке памяти сердечника посредством подачи соответствующих токов к шине. Если полный ток, проходящий через сердечник, больше критического тока I_c, то магнитная индукция сердечника изменяется с -B_r на +B_r. Подобным же образом, если ток меньше -I_C, то магнитная индукция переключается с +B_r на -B_r. В матрице магнитных сердечников переключение происходит тогда, когда совпадают полярности токов на двух или большем числе шин. Таким образом, если магнитная индукция данного сердечника первоначально составляет -B_r, которая соответствует двоичному "0", то для изменения индукции на +B_r, т.е. на запоминание двоичной "1", проводят ток I > I_C/2 к каждой из двух шин с тем, чтобы полный ток, проходящий через шину, был больше +I_C.

Данные, хранимые в сердечнике, отыскивают путем считывания напряжения на катушке, наведенного переключением между двумя вышеописанными магнитными состояниями. Полярность наведенного напряжения показывает магнитное состояние сердечника перед переключением.

Хотя вышеописанное запоминающее устройство на магнитных сердечниках является энергонезависимым запоминающим устройством с произвольным доступом, такое запоминающее устройство является большим, потребляет значительное количество энергии, работает с малым быстродействием и не может быть изготовлено с высокой плотностью элементов в накопителе. Для решения этих проблем были разработаны запоминающие устройства на тонких магнитных пленках. Запоминающее устройство на тонких магнитных пленках состоит из полоски тонкой ферромагнитной пленки, двух или большего числа шин, образованных на пленке для запоминания данных, и катушки вокруг пленки для поиска данных.

В запоминающем устройстве на тонких пленках магнитный момент М пленки отображает хранимую информацию. Магнитный момент М ориентирован, главным образом, в плоскости пленки и имеет две раздельные ориентации или состояния, а именно, М и -М, которые обозначают двоичные "1" и "0". Для запоминания бита двоичных данных подают токи к шинам, образованным на тонкой пленке. Эти токи индуцируют магнитное поле, которое достаточно для изменения направления магнитного момента М. Хранимую информацию отыскивают путем подачи токов к шинам, образованным на тонкой пленке, и измерения наведенного напряжения в катушке. Как и в запоминающем устройстве на магнитных сердечниках, токи обычно выбирают такими, чтобы одиночный ток имел недостаточную амплитуду для изменения на обратное направления магнитного момента пленки, так что для запоминания данных необходимы, по меньшей мере, два тока совпадения.

Запоминающие устройства на тонких магнитных пленках связаны со значительными недостатками. Во-первых, устройства на тонких пленках имеют структуру с открытым магнитным потоком, и, следовательно, петля магнитного гистерезиса по индукции теряет четкость вследствие эффекта саморазмагничивания. С целью уменьшения этого эффекта пленку обычно изготавливают в виде прямоугольника, длина которого намного больше его ширины. Так как напряжение, наведенное в катушке вокруг пленки, пропорционально площади поперечного сечения пленки, то уменьшение ширины пленки также снижает наведенное напряжение. В результате шум легко влияет на сигнал считывания.

Во-вторых, в существующих магнитных пленках магнитный момент имеет предпочтительное направление в плоскости. Таким образом, устройство усложняется необходимостью подачи токов различной амплитуды для запоминания и поиска данных при выбранных ориентациях. Кроме того, устройства на тонких пленках не являются достаточно небольшими для того, чтобы можно было достигнуть высоких плотностей элементов в накопителе.

По сравнению с запоминающими устройствами на магнитных сердечниках и тонких пленках полупроводниковое запоминающее устройство более быстродействующее, потребляет меньше энергии и может иметь более высокие плотности элементов в накопителе. К числу типичных полупроводниковых запоминающих устройств относятся динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой /динамическое ЗУПВ/, статическое запоминающее устройство с произвольной выборкой /статическое ЗУПВ/ и постоянное запоминающее устройство /ПЗУ/.

Динамическое ЗУПВ отличается сравнительно большим быстродействием, высокой плотностью элементов в накопителе, низким потреблением энергии, удобочитаемостью и удобозаписываемостью. Однако как динамическое ЗУПВ, так и статическое ЗУПВ являются энергозависимыми, т.е. они теряют хранимую информацию при отключении энергии. Кроме того, динамическое ЗУПВ нуждается в постоянной регенерации, что вызывает необходимость в сложной схеме. Несмотря на то, что статическое ЗУПВ не нуждается в регенерации, оно имеет более высокое энергопотребление и меньшую плотность элементов в накопителе, чем динамическое ЗУПВ.

ПЗУ не является энергозависимым, но информацию, хранимую в ПЗУ, невозможно обновлять, т.е. данные не могут быть легко записаны в ПЗУ.

В обычном запоминающем устройстве на магнитных дисках диск покрыт ферромагнитным материалом, имеющим квадратную петлю магнитного гистерезиса по индукции. Считывающее устройство с магнитной головкой используется для считывания и записи информации на диск во время вращения диска мимо головки. Диск разделен на кольцевые дорожки. Каждая дорожка дополнительно разделена на небольшие участки, в которых магнитный момент имеет два состояния, обозначающие двоичные величины. Внешнее магнитное поле, наведенное головкой для считывания и записи, изменяет магнитный момент каждого небольшого участка, с тем чтобы хранить двоичную величину в этом участке. Таким образом, для записи данных магнитная головка намагничивает примыкающий небольшой участок материала вращающегося диска. Хранимые данные отыскиваются в виде напряжения, наведенного в головке магнитным моментом небольшого участка при его движении мимо головки.

Запоминающие устройства на магнитных дисках могут хранить большой объем данных, например 500 мегабайт или более. Однако запоминающие устройства на магнитных дисках не являются произвольно доступными, действуют с медленной скоростью ввиду необходимости в механическом движении и нуждаются в сложных механических и электронных узлах.

Понятно, что ни одна из вышеописанных видов памяти не обладает всеми особенностями, которые желательны в запоминающем устройстве. Таким образом, в настоящее время существует потребность в разработке энергонезависимого, быстродействующего, произвольно доступного, статического и обновляемого запоминающего устройства с большой емкостью.

В известном патенте США N 5390142 озаглавленном "Материал запоминающего устройства и способ его изготовления", описываются новая композиция материалов и энергонезависимое, быстродействующее и произвольно доступное запоминающее устройство с большой емкостью, изготовленное на основе этой композиции материалов.

Конкретнее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения композиция материалов, описанная в этой основной заявке, содержит последовательно образованные слои

Pb_0,8 Cd_0,10 Si_0,10; Se_0,90 S_0,10 и Fe_0,76 Cr_0,24. Кроме того, эти слои содержат один или большее число следующих элементов: Bi, Ag, O и N. Эта композиция материалов проявляет ферромагнитные, пьезоэлектрические и электрооптические свойства.

Запоминающее устройство, описанное в основной заявке, содержит две группы параллельных адресных шин, расположенные перпендикулярно на противоположных сторонах плоскостной кремниевой подложки. Вышеописанные слои композиции материалов расположены на обеих сторонах подложки над адресными шинами таким образом, что слои FeC являются самыми наружными, при этом каждый слой FeC соединен с электродом. В этом устройстве каждая ячейка памяти определяется каждой точкой пересечения адресных шин на противоположных сторонах подложки. Как правило, в этом запоминающем устройстве каждая адресная шина имеет приблизительно ширину 2 мкм и толщину 1 мкм, а расстояние между соседними шинами равно приблизительно 9 мкм. Таким образом, каждая ячейка памяти занимает приблизительно квадрат со стороной 11 мкм. Каждая ячейка такого запоминающего устройства способна хранить два независимых бита информации. Следовательно, плотность элементов в накопителе запоминающего устройства, описанного в известном патенте США обычно составляет около 1,65 мегабит на один квадратный сантиметр.

Задачей этого изобретения является применение новой композиции материалов для изготовления запоминающего устройства с плотностью элементов в накопителе выше, чем это обеспечивает запоминающее устройство, описанное в известном патенте.

Краткое содержание изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается новая композиция материалов, которая проявляет ферромагнитные и пьезоэлектрические свойства и может быть использована в качестве материала для запоминающего устройства. Это изобретение также относится к энергонезависимому, произвольно доступному запоминающему устройству, изготовленному на основании изобретенной композиции материалов. Также описывается способ запоминания и поиска двух независимых бит информации в одиночной ячейке памяти по настоящему изобретению.

Композиция материалов по настоящему изобретению содержит два слоя материала. Первый слой включает в себя элементы Pb, Cd и Fe. Соотношение между Pb, Cd и Fe составляет (1-x-y):x:y, где 0<x<1,0<y<1 и 0<(1-x-y)<1. Второй слой образован на первом слое. Второй включает в себя элементы Cr, Zn и элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI (обозначен как "R"). Соотношение между Cr, Zn и R составляет (1-z-w):z:w, где 0<z<1,0<w<1 и 0<(1-z-w)<1 x 0,042, 0,08 y 0,094, 0,28 z 0,41, 0,28 w 0,31 и 0,25 (I-z-w) 0,32, и оба слоя содержат такие элементы S, O и Bi.

В запоминающем устройстве по настоящему изобретению две группы параллельных адресных шин расположены перпендикулярно на противоположных сторонах плоскостной подложки. Как описывалось выше, слои новой композиции материалов расположены на обеих сторонах подложки над адресными шинами таким образом, что вторые слои являются самыми наружными слоями, а каждый второй слой соединен с электродом. Каждая отдельная ячейка памяти определяется точкой пересечения адресных шин двух групп. Плотность элементов в накопителе запоминающего устройства равна приблизительно восемь мегабит в микросхеме размером 1,2 см х 1,2 см.

В запоминающем устройстве по этому изобретению в одиночной ячейке памяти можно магнитным способом запоминать два независимых бита информации. Эта информация отыскивается как пьезоэлектрическое напряжение между электродами, образованное в ответ на импульсы тока, поданные к двум адресным шинам.

Конкретнее, для запоминания и поиска первого бита информации в ячейке памяти к двум перпендикулярным адресным шинам ячейки памяти подают два синхронизированных импульса тока, имеющих одинаковые амплитуды и полярность. Второй бит той же ячейки запоминается и отыскивается путем подачи к тем же двум адресным шинам двух синхронизированных импульсов с одинаковой амплитудой, но с противоположной полярностью. Импульсы тока, применяемые для запоминания двоичной информации, являются такими, что амплитуда одиночного импульса недостаточна для изменения состояния хранимой информации, причем для запоминания данных необходимы два параллельных импульса. Для поиска хранимой информации без разрушения объединенные импульсы тока, принимаемые для поиска хранимой информации, были бы недостаточны для изменения хранимой информации.

Ячейка памяти по настоящему изобретению является энергонезависимой, произвольно доступной, статичной, удобочитаемой и удобозаписываемой, работает с большим быстродействием, требует мало энергии и может быть выполнена в матрицах с большой плотностью элементов.

Краткое описание чертежей

Эти и другие задачи, особенности и преимущества изобретения более полно изложены в прилагаемом подробном описании, в котором:

фиг. 1 - поперечное сечение предпочтительного варианта композиции материалов по настоящему изобретению;

фиг. 2 - кривая намагничивания /петля магнитного гистерезиса по индукции/ обычного ферромагнитного материала;

фиг. 3 - по существу квадратная петля магнитного гистерезиса по индукции композиции материалов по настоящему изобретению;

фиг. 4 /a/ - /h/ иллюстрирует процесс образования пьезоэлектрического напряжения в композиции материалов;

фиг. 5 /a/ и /b/ - поперечное сечение и вид сверху предпочтительного варианта выполнения запоминающего устройства по этому изобретению;

фиг. 6 - вид сверху адресных шин, образованных на подложке;

фиг. 7 /a/ и /b/ - поперечное сечение пластины до и после полировки;

фиг. 8 /a/ и /b/ - графики зависимости между формами кривой напряжения и амплитудой тока для электрохимического процесса;

фиг. 9 /a/ и /b/ - выборка бит информации в ячейке памяти;

фиг. 10 /a/ и /b/ - запоминание первого бита информации;

фиг. 11 /a/ и /b/ - поиск первого бита информации;

фиг. 12 /a/ и /b/ - запоминание второго бита информации;

фиг. 13 - импульсы тока, используемые для поиска второго бита информации, и

фиг. 14 символически обобщает запоминание и поиск информации из запоминающего устройства.

Подробное описание

Настоящее устройство относится к новой композиции материалов, имеющей ферромагнитные и пьезоэлектрические свойства, и к произвольно доступному, энергонезависимому запоминающему устройству, в котором используется новая композиция материалов. Запоминающее устройство по этому изобретению также способно хранить два независимых бита информации в каждой ячейке памяти подобным же образом, как и в запоминающем устройстве в основной заявке.

В соответствии с изобретением композиция материалов содержит два слоя материала. Первый слой включает в себя Pb, Cd и Fe. Весовое соотношение между Pb, Cd и Fe составляет (1-x-y):x:y, где 0<x<1,0<y<1 и 0<(1-x-y)<1. Второй слой образован на первом слое. Второй слой включает в себя элементы Cr, и Zn и элемент, выбранный из группы, состоящей из Te и TI /обозначаются как "R"/. Весовое соотношение между между Cr, Zn и R составляет (1-z-w):z:w, где 0<z<1,0<w<1 и 0<(1-z-w)<1. Слои композиции материалов предпочтительно содержат также элементы S, O и Bi

В дальнейшем будут использоваться следующие обозначения: первый слой будет обозначаться как Pb (1-x-y)Cd_xFe_y (или просто как "Pb Cd Fe") и второй слой - как Cr_(1-w-z)Zn_wTe_z (или просто как "CrZnTe"); параметры x, y, z и w будут соответствовать описанным выше.

Отметим, что граница между двумя слоями не является точно определенной и что элементы одного слоя, вероятно, проникают в другой слой. Вследствие мелких размеров структуры ранее не определяли степень взаимного перемешивания элементов слоев. Следовательно, хотя это описание и относится к двум отдельным слоям, следует подчеркнуть, что в пределах этого изобретения находится композиция материалов, в которой элементы слоев в значительной степени перемешаны.

Предпочтительно, чтобы в первом слое величины x и y находились в интервалах 0,038 x 0,042 и 0,08 y 0,094. Во втором слое эти величины w, z и (1-w-z) предпочтительно находятся в интервалах 0,34 w 0,45, 0,25 z 0,34 и 0,25 (1-w-z) 0,32, Более предпочтительно, чтобы величины w, z и (1-w-z) во втором слое находились в интервалах 0,38 w 0,41, 0,28 z 0,31 и 0,25 (1-w-z) 0,32.

Как изображено на фиг. 1, в предпочтительном варианте осуществления изобретения композиция материалов содержит первый слой 100 (Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и второй слой 110 (Cr_0,3 Zn_0,4Te_0,3). Кроме того, оба слоя 100 и 110 насыщены S. Относительное содержание S в первом слое составляет около 4% по сравнению с 96% PbCdFe, а во втором слое - также 4% по сравнению с 96% CrZnTe. Более того, как первый, так и второй слой насыщены O. Как первый, так и второй слои содержат также Bi, который введен в слои в должном количестве по способу, описанному ниже.

В первом слое S связана, по крайней мере, с частью Pb и Fe с образованием PbS и FeS, а O соединен, по крайней мере, с частью Fe с образованием Fe₂O₃. Во втором слое связана с Zn с образованием ZnS. В предпочтительной композиции материалов как первый, так и второй слои насыщены S и O, причем оба слоя обнаруживают высокое электрическое удельное сопротивление.

Bi присутствует в обоих слоях предпочтительной композиции материалов, улучшая чувствительность композиции к внешним полям, как например, магнитному полю. Количество Bi, введенного в слои, можно регулировать в зависимости от желаемой чувствительности. Чувствительность увеличивается при добавлении Bi в слои. Однако избыточное количество Bi делает композицию неподходяще чувствительной и подверженной внешним условиям, как например механическим вибрациям или изменениям температуры. Таким образом, количество Bi в композиции обычно обусловлено необходимой чувствительностью и отношением сигнал= шум.

Как указывалось, композиция материалов по настоящему изобретению обладает ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами. Благодаря ферромагнитным свойствам композиция имеет два устойчивых магнитных состояния. Предпочтительная композиция материалов очень чувствительна к внешним полям, как например магнитному полю, создаваемому электрическим током. Например, если непосредственно под первым слоем композиции образовать проводящую шину, то часть композиции материала вблизи шины можно переключать между ее двумя устойчивыми магнитными состояниями, подводя электрический ток порядка несколько наноампер. Кроме того, переключение между двумя устойчивыми магнитными состояниями приводит к образованию вертикально поперек слоев обнаруживаемого пьезоэлектрического напряжения порядка десятка микровольт. Понятно, что эти свойства имеют важное значение для осуществления энергонезависимого и произвольно доступного запоминающего устройства большой емкости по настоящему изобретению.

Ниже описываются физические свойства изобретенной композиции материалов. Знание этих свойств будет способствовать пониманию принципа действия запоминающего устройства по настоящему изобретению.

В качестве предпосылки ферромагнитный материал обладает постоянным магнитным полем в отсутствии внешнего магнитного поля. Такие материалы могут быть охарактеризованы как имеющие большое число маленьких магнитов, известных как магнитные диполи. При приложении внешнего магнитного поля к ферромагнитному материалу магнитные диполи, имеющиеся в материале, выравниваются в направлении приложенного поля, так что общее магнитное поле в материале представляет собой сумму внешнего поля и поля, образованного выравненными магнитными диполями. Когда прекращается влияние внешнего магнитного поля, ориентация магнитных диполей не изменяется, результатом чего является постоянное магнитное поле в материале. Магнитное хранение информации основано на этом свойстве ферромагнитных материалов.

На фиг. 1 показана примерная кривая намагничивания типичного ферромагнитного материала. Кривую намагничивания называют также петлей магнитного гистерезиса по индукции. На этой фигуре ось "y" обозначает магнитную индукцию В, которая является общим магнитным полем в материале, а ось "x" обозначает напряженность H внешнего магнитного поля. Таким образом, петля гистерезиса по индукции показывает изменение магнитной индукции В с изменением напряженности H магнитного поля.

Теперь подробнее рассмотрим петлю гистерезиса по индукции, показанную на фиг. 2. Предположим, что первоначально ориентации магнитных диполей в ферромагнитном материале равномерно распределены во всех направлениях, а общая величина В в отсутствии внешнего поля равна нулю /точка "a" на кривой/. Когда к ферромагнитному материалу прилагают внешнее магнитное поле, величина В постепенно увеличивается с возрастанием H. до тех пор, пока она не достигает точки, в которой магнитная индукция B начинает насыщаться /точка "b" на кривой/. Другими словами, когда H достигает определенной величины, B остается по существу на B₀ даже если H увеличивается, Если после насыщения внешнее магнитное поле уменьшается до H=0, магнитная индукция В не возвращается к точке "а" /B= 0/. Вместо этого величина В остается приблизительно при B=B₀ /точка "c" на кривой/.

В точке "с" направление внешнего магнитного поля меняется на обратное. Приблизительно H = -H_C, внешнее поле H изменяет полярность поля B, а в точке "e" поле насыщается при противоположной полярности B = -B.

Увеличение напряженности поля H вызывает изменение B от точки "e" на кривой до точки "f" и затем "b", как это показано на фиг. 2.

На фиг. 3 показана петля магнитного гистерезиса по индукции для композиции материалов по настоящему изобретению. Как и на фиг. 2, по оси "x" показана напряженность внешнего поля H, а по оси "y" - магнитная индукция В. Важно отметить, что для изобретенной композиции материалов форма петли магнитного гистерезиса, по индукции является квадратной, при этом угол между осью "y" и петлей магнитного гистерезиса по индукции при В = 0 приблизительно больше 1^o, но меньше 2^o. Так как кривая намагничивания является квадратной, то магнитная индукция В почти постоянна в одном из двух раздельных, устойчивых состояниях, а именно +B₀ и -B₀. Следовательно, новая композиция материалов при годна для хранения двоичной информации.

Как указывалось, композиция материалов по настоящему изобретению обладает также пьезоэлектрическими свойствами. В общем, пьезоэлектрическое напряжение создается в результате механического давления, прилагаемого к пьезоэлектрическому материалу. В настоящем изобретении механическое давление, приложенное к композиции материалов наружу от композиции для ее растягивания в направлении, перпендикулярном плоскости слоев, имеет результатом пьезоэлектрическое напряжение, образованное поперек слоев. В запоминающем устройстве по настоящему изобретению механическое давление создается путем изменения магнитного состояния композиции материалов, как это будет более подробно описано ниже.

Для того, чтобы помочь понять пьезоэлектрические свойства композиции материалов, на фиг. 4 /a/ показана поясняющая структура. Свойства композиции материалов объясняются в связи с фиг. 4 /b/ - /h/.

На фиг. 4 /a/ показана структура 190, содержащая два слоя композиции материалов по настоящему изобретению. Конкретно, структура содержит первый слой 220 из PbCdFe, первый слой 230 из CrZnTe, второй слой 210 из PbCdFe, второй слой 200 из CrZnTe. Кроме того, все слои содержат S, O и Bi. Проводник 260 проходит параллельно слою через середину структуры /т.е. между двумя композициями материалов/.

Как показано на фиг. 4 /b/, электрический ток, подведенный к проводнику 260 в направлении, указывающем вниз на страницу, создает вокруг проводника круговое магнитное поле (указано окружностью Br) в направлении по часовой стрелке /указано стрелкой/. Стрелки 270 показывают направления магнитных диполей в слоях под влиянием этого внешнего поля. В этот момент структуру можно рассматривать как разделенную на две части 275, 280, которые симметричны относительно вертикальной оси 265, перпендикулярной к проводнику 260 на фиг. 4 /b/. Размещение диполей в частях 275, 280 равнозначно двум магнитам одинаковой силы, имеющим северный и южный полюса, как это показано стрелками 282 и 284 на фиг. 4 /c/. Длина каждой стрелки означает амплитуду магнитной индукции В соответствующего магнита. Ввиду притяжения между южным полюсом S и северным полюсом N каждого магнита структура механически сжата в направлении, перпендикулярном к слоям структуры.

На фиг. 4 /d/ показана петля магнитного гистерезиса по индукции Br. Как описывалось ранее, петля магнитного гистерезиса по индукции является квадратной и показывает два раздельных, устойчивых магнитных состояния +B₀ и -B₀.

Кроме того, магнитное поле имеет критическую напряженность поля H_c, которая определяется как амплитуда напряженности магнитного поля, которая вызывает переключение между +В₀ и -В₀. Следовательно, если H больше H_c, то магнитная индукция В_r имеет величину +В₀. Если же H меньше -H_c, то В_r имеет величину -В₀.

Предположим, что первоначально под влиянием наложенного внешнего поля магнитное состояние описывается точкой "a" на кривой фиг. 4 /d/, где индукция равна +В₀. Чтобы изменить магнитное состояние композиции материалов с +В₀ на -В₀, необходимо уменьшить ток, проходящий через проводник 260, с целью снижения напряженности магнитного поля H. Когда ток равен нулю, напряженность магнитного поля H также равна нулю /точка "b" на петле магнитного гистерезиса по индукции/. Как отмечалось, благодаря своим ферромагнитным свойствам запоминающая среда даже при отсутствии внешнего поля сохраняет магнитное состояние при В₀, т.е. запоминается информация, выраженная магнитной индукцией В₀.

Когда направление тока изменяется на обратное, напряженность магнитного поля продолжает уменьшаться. В точке "c" магнитная индукция В достигает величины В_c, которая меньше, чем В₀. В этой точке дипольный момент уменьшился, как это показано на фиг. 4 /e/, потому что диполи начали вновь выравниваться в противоположном направлении. Следовательно, уменьшилось механическое давление на слои из-за притяжения слоев 200, 250 из FeCr. Изменение в давлении на слои вызывает появление пьезоэлектрического напряжения перпендикулярно через слои. В точке "d ", где H = -H_c и магнитная индукция B равна нулю, давление, приложенное к слоям, является минимальным, так как диполи ориентированы в разных направлениях. В этой точке наведенное пьезоэлектрическое напряжение достигает своей максимальной величины благодаря максимальному изменению в давлении на слои.

Когда H продолжает уменьшаться ниже -H_c, магнитное состояние переключается с точки "d" на точку "e" и затем на точку "f", где оно достигает второго устойчивого состояния В = -В₀. Как показано на фиг. 4 /f/, в точке "f" полюса магнитов изменяются на обратные. Таким образом, в точке "f" механическое давление на слой возвращается к своей первоначальной величине, уменьшая пьезоэлектрическое напряжение. Дальнейшее увеличение тока, направление которого было изменено на обратное /от точки "f" до точки "g", не повышает величину дипольного момента и, следовательно, не увеличивает механическое давление на слои.

На фиг. 4 /g/ пьезоэлектрическое напряжение, возникающее в ответ на импульс тока, показано во временной области. Как показано, импульс пьезоэлектрического напряжения запаздывает от времени подачи импульса тока. Отметим, что амплитуда импульса тока, поданного к проводнику /-1/, должна быть

достаточной для переключения В₀ на -В₀. Подобным образом переключение с магнитного состояния -В₀ на +В₀ также вызывает импульс пьезоэлектрического напряжения.

Как показано на фиг. 4 /d/, для переключения между манитными состояниями требуется ток, который возбуждает поле с амплитудой больше, чем H_c. Однако ток, возбуждающий поле с меньшей амплитудой, вызывает принятие B величины, указанной точкой "с" на фиг. 4 /d/. В этой точке магнитное состояние является неустойчивым. В таком случае магнитная индукция B стремится колебаться между величинами В₀ /точка "b"/ и B_c /точка "с"/. Амплитуда V₂ этого импульса пьезоэлектрического напряжения меньше, чем амплитуда импульса, образованного в результате переключения с +В₀ на -В₀.

На фиг. 4 /h/ показан импульс тока I, который вызывает принятие B величины B_c. Импульс пьезоэлектрического напряжения, образованный в ответ на этот ток, показан в нижней части фигуры. Затушеванный участок обозначает колебание между двумя состояниями /В_c и +В₀/, как это наблюдалось бы на осциллоскопе. Как описывается в дальнейшем, пьезоэлектрическое напряжение, образованное в ответ на ток, который возмущает, но не переключает магнитные состояния, может быть применено для считывания информации, хранимой магнитным способом.

На фиг. 5 /a/ и /b/ показаны поперечное сечение /не в масштабе/ и вид сверху предпочтительного варианта выполнения части запоминающего устройства 290 по настоящему изобретению. Запоминающее устройство содержит кремниевую плоскостную подложку 500, первые адресные шины 510, образованные на одной поверхности подложки, и вторые адресные шины 520, перпендикулярные первым шинам и образованные на противоположной поверхности подложки. Первая 530 и вторая 540 композиции материалов по настоящему изобретению расположены на противоположных сторонах подложки над адресными шинами. Электроды 550, 560 соединены с композициями материалов соответственно 530, 540. Отметим, что в композициях материалов 530 и 540 часть, расположенная между адресными шинами, содержит как слой 100 из PbCdFe, так и слой 110 из CrZnFe. Однако, над адресными шинами присутствует только слой 100 из CrZnTe.

Первые и вторые адресные шины представляют собой серебряные полоски шириной приблизительно 1 мкм и толщиной приблизительно 1 мкм. Расстояние между соседними адресными шинами равно приблизительно 4,75 мкм. Каждая композиция материалов 530 и 540 содержит первый слой и второй слой по настоящему изобретению, описанному выше. Первый и второй слои композиций 530 и 540 последовательно образуют на кремниевой подложке, при этом два вторых слоя являются самыми наружными слоями по обеим сторонах подложки. Каждый слой предпочтительно имеет толщину приблизительно 0,7 мкм, так что толщина каждого сочетания материалов 530 и 540 составляет приблизительно 1,4 мкм. Подложка имеет толщину приблизительно 140 мкм, а электроды представляют собой слои серебра толщиной около 1 мкм, образованные на вторых слоях композиций 530 и 540.

В запоминающем устройстве по настоящему изобретению место пересечения и граничащие с ним участки первых и вторых адресных шин, образованных на противоположных сторонах подложки, составляют одну ячейку запоминающего устройства. Как и в запоминающем устройстве, описанном в известном патенте США, каждая ячейка памяти запоминающего устройства по этому изобретению также способна хранить два независимых бита двоичной информации. Плотность хранения информации в запоминающем устройстве по этому изобретению, обусловленная размерами адресных шин и расстоянием между ними, составляет приблизительно восемь мегабит в микросхеме размером 1,2 см х 1,2 см.

Далее описывается изготовление комбинации материалов и запоминающего устройства по настоящему изобретению. Процесс изготовления предпочтительно проводится в условиях чистой комнаты класса 100.

Изготовление запоминающего устройства начинают с создания первых и вторых адресных шин на подложке. Вначале на противоположные поверхности кремниевой плоскостной подложки толщиной приблизительно 150 мкм и диаметром 7,62 см осаждают слои серебра толщиной приблизительно 1 мкм. При желании для образования адресных шин вместо серебра могут быть использованы другие материалы, имеющие небольшое электрическое удельное сопротивление, как например золото, алюминий или платину. Осаждение слоя серебра осуществляют обычным способом, как например термическим испарением в вакууме, электронно-лучевым напылением или распылением. Затем осажденные слои серебра подвергают формированию рисунка методом фотолитографии и травлению для образования ряда металлических полосок, имеющих каждая ширину приблизительно 1 мкм, при этом полоски на одной стороне подложки перпендикулярны полоскам на противоположной стороне, так что полоски на обеих сторонах подложки образуют перекрещивающуюся структуру. На фиг. 6 изображен вид подложки сверху после этой стадии, на котором полоски образованы в центральной квадратной части круглой кремниевой подложки 600, имеющей диаметр приблизительно 7,62 см. После этой стадии слои серебра снаружи квадрата с полосками предпочитается оставлять нетравлеными, с тем, чтобы соединять концы всех полосок в этой периферийной части пластины.

Для удобства термин "пластина" в дальнейшем используется для обозначения подложки вместе с различными структурами, наращенными на подложку при различных стадиях процесса изготовления.

Следующей стадией является осаждение тонкого слоя серы /S/ на обе стороны пластины с адресными шинами, образованными на ее двух поверхностях. Серу осаждают, подвергая подложку действию паров серы в изолированной камере. Камера имеет воздухонепроницаемую перегородку, разделяющую камеру на верхнюю и нижнюю части. Перед осаждением серы пластину помещают в верхнюю часть камеры, а необходимое количество серы - в нижнюю часть камеры. Затем серу нагревают до 450-500^oC для образования паров серы в нижней части камеры. После этого удаляют перегородку и вводят пары серы в верхнюю камеру. Затем пластину подвергают действию паров серы в течение около одной минуты. В результате на каждой поверхности пластины образуется слой серы. Отметим, что точная толщина слоя серы, образованного на пластине, не имеет важного значения, поскольку количество серы достаточно для насыщения слоев, осаждаемых позже.

Вслед за осаждением серы последовательно осаждают слои Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 на обе стороны пластины

Перед осаждением приготавливают источник осаждаемого материала, с тем чтобы он содержал надлежащее количество компонентов каждого слоя в соответствии с вышеуказанными соотношениями.

Конкретно, для приготовления источника осаждаемого материала вначале смешивают надлежащие количества порошка каждого необходимого элемента для образования смеси. Типичный размер частиц в порошках каждого элемента составляет около 2 мкм. После смешивания прессуют и спекают смесь для получения необходимых формы и размеров. Например, для осаждения слоя из Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 порошки Pb, Cd и Fe смешивают в соотношении 87:4:9. После того, как порошки Pb, Cd и Fe оказываются хорошо смешанными, смесь прессуют в форме для формования кубика размером 1,5 х 1,5 х 1,5 см. Обычное усилие, применяемое для формования кубика, составляет от 1,5 до 2,0 тонн. При снятии давления кубик остается в форме, где его нагревают до температуры 450 - 500^oC, используя СВЧ-источник. Температура в 450 - 500^oC достигается примерно за одну-две секунды. После этого прекращают нагревание и оставляют кубик в форме для охлаждения до комнатной температуры в условиях комнатной температуры. В предпочтительном варианте осуществления изобретения применяют одно и то же устройство для прессования смеси порошков в форме и для ее нагрева до вышеуказанной температуры. В технике известно такое устройство, которое объединяет в себе прессование и нагрев. Аналогичным образом формируют кубик для осаждения слоя из Cr_0,3 Zn_0,4Te_0,3.

Для уменьшения размера зерен материалов в кубиках затем примерно на три часа погружают в жидкий кислород кубик для слоя из Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и в жидкий азот - кубик для слоя из Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3. После этого кубики извлекают из жидкого азота или жидкого кислорода и помещают в условия комнатной температуры для нагрева до комнатной температуры.

В дальнейшем каждый кубик используют для осаждения соответствующего слоя. Эти кубики называют источниками осаждаемого материала для соответствующего слоя. Затем на обе стороны подложки последовательно осаждают слои из Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 Осаждение осуществляют с использованием общеизвестных способов. Например, в предпочтительном варианте осуществления изобретения используют обычный способ плазменного напыления. Напыление проводят в вакуумной камере с использованием газа аргона. В вакуумной камере источник осаждаемого материала помещают на некотором расстоянии над центром пластины. Во время осаждения каждого слоя не контролируют температуру пластины, однако, по оценке, температура изменяется приблизительно между 90 и 220^oC.

Как описывалось ранее, перед осаждением слоев Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 пластину покрывают тонким слоем серы. Во время осаждения слоев Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 сера диффундирует в осажденные материалы и реагирует с ними. В результате после осаждения слоя как Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 так и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 оказываются насыщенными серой с образованием PbS и FeS в первом слое и ZnS во втором слое. Концентрация серы в обоих слоях оценивается в 4 вес.% по сравнению с около 96% Pb, Cd и Fe, объединенных в первом слое, и 96% Cr, Zn и Te, объединенных во втором слое.

Во время осаждения в камере используют измерительный преобразователь для определения толщины осаждения слоев. Как указывалось, каждый слой Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 должен иметь толщину приблизительно 0,7 мкм образования двух структур толщиной каждая приблизительно 1,4 мкм на противоположных сторонах пластины, у которой самыми наружными слоями являются два слоя Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3. На фиг. 7 /a/ показано поперечное сечение пластины после этой стадии. Так как серебряные адресные шины имеют толщину 1 мкм, общая толщина материалов над поверхностями кремниевой подложки составляет 2,4 мкм в местах, имеющих серебряные адресные шины, и 1,4 мкм в местах между серебряными адресными шинами.

Затем получающуюся в результате структуру полируют с обеих сторон для образования гладких и плоскостных поверхностей, так что общая толщина материалов, осажденных на обеих сторонах пластины, составляет приблизительно 1,4 мкм. Как показано на фиг. 7 /b/, после полировки осажденные материалы между адресными шинами содержат в себе слои как Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09 так и Cr_0,3Zn_0,4Te_0,3 и сохраняют толщину приблизительно 1,4 мкм. Осажденные материалы над адресной шиной имеют толщину, уменьшенную до 0,4 мкм, и состоят из слоя Pb_0,87Cd_0,04Fe_0,09

После этого к слоям добавляют Bi и O электрохимическим способом, при котором используют нагретую воду, содержащую Bi₂O₃. Точнее, воду высокой чистоты вначале нагревают до приблизительно 97^oC в сосуде из нержавеющей стали, имеющем на дне перемешивающее устройство непрерывного действия. Затем в нагретую воду добавляют порошок Bi₂O₃. Масса порошка Bi₂O₃ предпочтительно составляет около 4-6%, а масса воды - около 94-96%.

Перед электрохимическим процессом адресные шины на обеих сторонах подложки следует подсоединить к одному электроду. Напоминаем, что в предпочтительном варианте осуществления изобретения адресные шины вытравливают таким образом, чтобы шины на каждой стороне были соединены по периметру пластины. Подложку затем погружают в воду, содержащую порошок Bi₂O₃. Воду, содержащую порошок Bi₂O₃, поддерживают при температуре 97^oC и непрерывно перемешивают. Затем между сосудом и электродом, соединяющим все адресные линии, подают напряжение с определенными характеристиками, описанными ниже. Под влиянием приложенного напряжения Bi и O диффундируют в осажденные слои. В результате Bi и O внедряются в осажденные материалы.

Вышеописанный электрохимический процесс занимает двадцать восемь дней, в течение которых напряжение подают следующим образом. В первые сорок пять часов к ванне подают импульсы высокого напряжения, показанные на фиг. 8 /a/. Форма приложенного напряжения, показанная на фиг. 8 /a/, содержит ряд импульсов напряжения, имеющих амплитуды в две тысячи вольт и переменные полярности. Каждый импульс имеет форму треугольника и продолжительность около одной секунды. Интервалы времени между центрами соседних импульсов составляют около шести секунд. После первых сорока пяти часов и до конца процесса к подложкам прилагают электрический потенциал в шестьдесят вольт.

Во время этого процесса сосуд из нержавеющей стали поддерживают при электрическом потенциале Земли, а потенциал, приложенный к пластине, чередуют между положительными и отрицательными напряжениями в шестьдесят вольт. В течение всего процесса жидкость в сосуде поддерживают при температуре 97^oC и непрерывно перемешивают.

Непрерывно контролируют амплитуду электрического тока в жидкости. На фиг. 8 /b/ показано изменение силы тока I /в амперах/ в воде в течение всех двадцати восьми дней проведения процесса с 262 см пластинами, которые обрабатывали противоточно в ванне с электродами. На фиг. 8 /b/ дни отложены по горизонтальной оси как "t", а сила тока отложена по вертикальной оси как "I".

В конце двадцативосьмидневного срока, когда сила тока, проходящего через жидкость, составляет около 1,5 ампер, отсоединяют электрод от подложек и удаляют их из ванны. В этот момент слои оказываются насыщенными O при введении достаточного количества B в слоистую структуру. Отметим, что в различных вариантах осуществления изобретения можно также использовать способ ионной имплантации для введения этих элементов в слоистую структуру.

В дальнейшем для образования электродов 550 и 560, показанных на фиг. 5 /a/ и /b/, на обе поверхности пластины наносят слои серебра толщиной приблизительно 1 мкм. Таким образом, получают структуру, показанную на фиг. 5.

Пластину затем разрезают на квадратные микросхемы размером 1,2 см х 1,2 см. Каждая поверхность микросхемы содержит две тысячи сорок восемь адресных шин. Выше обсуждались размеры и интервал между адресными шинами. Так как каждое пересечение двух адресных шин на противоположных поверхностях микросхемы образует ячейку запоминающего устройства, то в каждой из таких микросхем существует приблизительно четыре миллиона таких ячеек. Поскольку в каждой ячейке запоминающего устройства можно хранить два независимых бита информации, то, следовательно, каждая микросхема размером 1,2 см х 1,2 см способна хранить приблизительно восемь мегабит информации.

Таким образом, по завершении этого технологического процесса изготавливают новую двухмерную матрицу элементов памяти, в которой участок вблизи каждого пересечения перпендикулярных адресных шин 510 и 520 является отдельной ячейкой памяти. Ниже подробно описываются запоминание и поиск двоичных данных в каждой ячейке запоминающего устройства.

Как показано на фиг. 5 /a/ и 5 /b/, группа металлических полосок на нижней поверхности кремниевой подложки образует первую группу адресных шин 520 /именуются как шины "X"/, а вторая группа металлических полосок на верхней поверхности подложки образует вторую группу адресных шин 510 /именуются как шины "Y"/. Когда два электрических тока I_i и I_j одновременно подают соответственно к данной шине X_i шин X и шине Y_j шин Y, выбирается ячейка памяти /i, j/ на пересечении X_i и Y_j. Правильно выбирая величины и полярности токов I_i и I_j, можно запоминать информацию или отыскивать ее из ячейки памяти /i, j/. Таким образом, матрица элементов памяти, содержащая ячейки памяти по настоящему изобретению, является произвольно доступной.

Способ запоминания информации в ячейке будет понятен из фиг. 9 /a/, 9 /b/, 10 /a/, 10 /b/, 11 /a/, 11 /b/, 12 /a/, 12 /b/, 13 и 14. На фиг. 9/a/ и /b/ показаны виды сверху одиночной ячейки запоминающего устройства.

Как показано на фиг. 9 /a/, перпендикулярные адресные шины 925, 945 разделяют ячейку на четыре четверти 970, 975, 980 и 985. Как обсуждается ниже, первый бит информации запоминается магнитным способом в четвертях 970 и 980, а второй бит информации запоминается магнитным способом в четвертях 975 и 985. Для простоты четверти 970 и 980, где запоминается первый бит информации, в совокупности именуются как носитель "a", а четверти 975 и 985, где запоминается второй бит, в совокупности именуются как носитель "b".

Для запоминания бита информации в одном из носителей ячейки памяти к первой и второй адресным шинам 925 и 945 подают соответственно два электрических тока, имеющих определенные амплитуды и полярности. Из одного из носителей информацию отыскивают, подавая два электрических тока к адресным шинам и измеряя пьезоэлектрическое напряжение между верхним и нижним электродами.

Ток, поданный к первой адресной шине, обозначен как I_i, а ток, поданный к второй адресной шине, - как I_j. Направления токов I_i и I_j указаны стрелками на адресных шинах. В предпочтительном варианте осуществления изобретения токи I_i и I_j имеют одинаковую амплитуду I_o. Каждый ток создает индуцированное круговое магнитное поле вокруг соответствующей адресной шины, как это показано стрелками 990 и 995. На фиг. 9 /a/ и /b/ показаны направления магнитных полей B_i и B_j, индуцированных токами I_i и I_j в каждой четверти Точка // означает, что поле находится в "верхнем" направлении, а крестик /x/ означает, что поле находится в противоположном или "нижнем" направлении.

Как показано на фиг. 9 /a/, в четвертях 985 и 975 (носитель "b") B_i и B_j имеют противоположные направления и, таким образом, подавляют друг друга. По этой причине токи, показанные на фиг. 9 /a/, не влияют на информацию, хранимую в носителе "b". С другой стороны, в четвертях 970 и 980 /носитель "a"/ поля B_i и B_j индуцированы в одинаковом направлении. Следовательно, эти поля усиливают друг друга и, таким образом, могут изменять хранимую информацию. Таким образом, токи с одинаковыми полярностями и амплитудами, поданные к адресным шинам, влияют только на магнитное состояние носителя "a" и тем самым выбирают этот носитель. Подобным же образом два отрицательных импульса также выбирают и могут запоминать информацию в носителе "а". Отметим также, что амплитуды токов, которые выбирают носитель "a", не должны быть равными, пока их совместное влияние не изменит магнитное состояние в носителе "b".

На фиг. 9 /b/ показан процесс выбора носителя "b" Два тока, имеющих противоположные полярности, I_i = +I_o и I_j = -I_o подводят соответственно к первой и второй адресным шинам. Как показано вышеописанными условными обозначениями в виде точки и крестика, в носителе "a" поля, индуцированные этими токами, подавляют друг друга, не влияя на магнитное состояние. Однако в носителе "b" поля, индуцированные этими токами, усиливают друг друга, так что выбирается носитель "b". Подобным же образом два тока I_i = -I_o и I_j = +I_o, поданные к двум адресным шинам, также выбирают носитель "b". Таким образом, два тока с одинаковой амплитудой, но с противоположными полярностями выбирают носитель "b" для запоминания или поиска информации.

Для запоминания информации объединяемые амплитуды двух токов должны также быть достаточно большими, чтобы переключать намагниченность носителя между магнитными состояниями B₀ и -B₀. Кроме того, объединяемые амплитуды двух токов должны быть достаточно небольшими, с тем чтобы одиночный ток сам не смог бы изменить магнитное состояние носителя. Это необходимо для обеспечения того, чтобы двумя сигналами, поданными на две адресные шины, в матрице элементов памяти выбирался бы только один носитель.

Для поиска хранимой информации без разрушения объединяемые амплитуды двух токов должны быть довольно небольшими, чтобы индуцированное магнитное поле было бы недостаточно для изменения магнитного состояния носителя. Однако объединенные амплитуды должны быть также достаточными для нарушения магнитного состояния носителя, с тем чтобы создавать пьезоэлектрическое напряжение по структуре устройства. Как обсуждалось выше, направление этого пьезоэлектрического напряжения означает двоичные данные, хранимые в носителе.

Для иллюстрации на фиг. 10 /a/ изображен процесс записи двоичной "1" в носитель "a" с использованием синхронных импульсов тока на две адресные шины. Первоначально две ячейки матрицы предполагают находящимися в состоянии "0", которое соответствует магнитной индукции -B₀. Для записи двоичной "1" два синхронизированных импульса тока I_i = 5,0 мкА и I_j = 5,0 мкА подают соответственно к двум адресным шинам. Это индуцирует магнитное поле H, которое намагничивает композиции материалов ячейки памяти. На фиг. 10 /a/ магнитная индукция B_a этих слоев изображена в виде замкнутой петли со стрелкой. Для структуры на фиг. 5, имеющей вышеописанные размеры, амплитуда критического тока I_c, которая необходимо для индуцирования критической напряженности поля H_c, требующейся для переключения между двумя дискретными состояниями, составляет приблизительно 8,0 мкА. В ячейке, где совпадают два импульса, два тока по +5,0 мкА создают поле H, которое было бы индуцировано подачей тока в 10,0 мкА. Так как этот ток больше, чем I_c, то магнитная индукция становится B₀, с тем чтобы запомнить двоичную "I". Как объяснялось ранее, после подачи импульсов магнитная индукция в ячейке B_a остается равной B₀ без необходимости в дополнительной регенерации или мощности, так что двоичная "I" удерживается в носителе "a".

Как показано на фиг. 10 /b/, для запоминания двоичного "0" в носителе "a" два синхронизированных импульса тока I_i = -5,0 мкА и I_j = -5,0 мкА подают соответственно к адресным шинам. Так как сумма этих токов равна -10,0 мкА, которая меньше, чем I_c, импульсы тока переключают магнитное состояние с +B₀ на -B₀.

Переключение между +B₀ и -B₀ создает импульс пьезоэлектрического напряжения между первым и вторым электродами после задержки t со времени подачи импульсов тока. Пьезоэлектрический импульс является положительным при переключении с +B₀ на -B₀ и отрицательным при переключении с -B₀ на +B₀. Если магнитное состояние не изменяется, то не создается никакого пьезоэлектрического импульса. Следовательно, созданные импульсы пьезоэлектрического напряжения можно использовать для проверки того, что в память введен бит двоичных данных.

Для поиска без разрушения информации, хранимой в носителе "a" ячейки, к адресным шинам подают два синхронизированных импульса тока I_i = 3,33 мкА и I_j = 3,33 мкА. Так как критический ток I_c = - 8,0 мкА, сумма этих токов, равная 6,66 мкА, не может вызвать переключение магнитных состояний с +B₀ на -B₀. Однако этот ток является достаточным для возмущения магнитного состояния без полярного переключения. Как показано на фиг. 11 /a/, при допущении о хранении двоичной "1" в носителе поданные импульсы тока изменяют B от величины, соответствующей, например, точке "a" на кривой намагничивания, до величины, соответствующей точке "b" на этой кривой. Вследствие ранее обсуждавшихся свойств ячейки это изменение в магнитной индукции создает положительное пьезоэлектрическое напряжение, приблизительно равное +10 мкВ, что указывает на хранение "1" в носителе.

Если в носителе "a" хранится "0", то поданные импульсы тока будут изменять B_a от величины, соответствующей точке "c", до величины, соответствующей точке "d" на кривой. Однако в этом случае магнитная индукция носителя "a" остается при B_a = -B₀, так что не создается никакого пьезоэлектрического напряжения, что указывает на хранение "0". Информация, хранимая в ячейке памяти, не изменяется во время процесса считывания, потому что I меньше, чем I_c.

Этот процесс поиска данных без разрушения показан во временном интервале на фиг. 11 /b/. Задержка t между импульсом пьезоэлектрического напряжения и подводимыми синхронизированными импульсами тока теоретически оценивается равной менее 1,0 нс. Эта задержка, измеренная для вышеописанной микросхемы, составляет около 1-2 нс.

Запоминание и поиск данных в носителе "b" осуществляются сходным образом. Как показано на фиг. 12 /a/, для запоминания "I" в носителе "b" к адресным шинам подают два синхронизированных импульса тока I_j = -5,0 мкА и I_j = +5,0 мкА. Как обсуждалось выше, такие синхронизированные импульсы тока не влияют на носитель "a". В момент, когда импульсы совпадают, индуцируется поле, которое равнозначно полю, индуцированному током 0,1 мкА. Так эта величина больше чем I_c = 8,0 мкА, то в носителе "b" запоминается "I". Как показано на фиг. 12 /b/, импульсы тока I_i = +5,0 мкА и I_j = -5,0 мкА подают для запоминания "0" в носителе "b".

Переключение с "1" на "0" в носителе "b" создает импульс пьезоэлектрического напряжения между электродами при задержки времени t, переключение с "0" на "1" также создает импульс пьезоэлектрического напряжения. Если состояние, не изменяется, то не создается никакого пьезоэлектрического напряжения.

Данные, хранимые в носителе "b", отыскивают без разрушения способом, сходным с обсуждавшимся в связи с носителем "a". Как показано на фиг. 13, для поиска без разрушения данных, хранимых в носителе "b", подают два синхронизированных импульса тока I_i = 3,33 мкА и I_j = -3,33 мкА. Суммированные величины этих импульсов являются недостаточно большими для переключения магнитного состояния в носителе "b". Если хранился бы "0", то импульсы тока не изменили бы магнитную индукцию B_b носителя "b", при этом не возникало бы никакого пьезоэлектрического напряжения между электродами. Если в носителе "b" хранилась бы "1", то поданные импульсы тока возмущали бы магнитное состояние B_b = B₀, но не изменяли бы его, создавая импульс положительного пьезоэлектрического напряжения между электродами после задержки t. Таким образом, для носителя "b" отсутствие импульса пьезоэлектрического напряжения означает хранение "0", а положительное пьезоэлектрическое напряжение означает хранение "1".

В вышеприведенных абзацах описывался способ поиска данных без разрушения из носителей "a" и "b". Альтернативно информацию из носителей можно также отыскивать с разрушением. Напомним, что изменение магнитного состояния носителя создает пьезоэлектрическое напряжение между двумя электродами. Это пьезоэлектрическое напряжение идентифицирует информацию, хранимую в носителе. Например, для поиска данных с разрушением из носителя "a" к двум адресным шинам соответственно подают два синхронизированных импульса тока I_i = -5,0 мкА. Эти импульсы записывают "0" в носителе "a". Если в носителе "a" хранился "0", то эти импульсы тока не изменяли бы магнитное состояние носителя "a" и, следовательно, между электродами не обнаруживалось бы никакого пьезоэлектрического напряжения. Однако, если в носителе "a" хранилась "1", то импульсы тока будут изменять магнитное состояние носителя из состояния, соответствующего "1", до состояния, соответствующего "0", тем самым создавая пьезоэлектрическое напряжение между электродами. Отметим, что в процессе такого поиска может измениться хранимая информация. Поэтому после поиска с разрушением обычно применяют процесс восстановления для перезаписи хранимой информации обратно в носитель.

На фиг. 14 символически обобщены вышеописанные способы запоминания данных и их поиска из носителей "a" и "b" запоминающего устройства. Отметим, что на этой фигуре формы сигналов показаны символически и не изображают действительные сигналы. Для поиска информации без разрушения из носителя "a" используют два синхронизированных тока I_i =3,33 мкА и I_j = 3,33 мкА. Подобным же образом для поиска данных из носителя "b" можно использовать два синхронизированных тока I_i = -3,33 мкА и I_j =3,33 мкА. Можно также применить способ считывания данных с разрушением. Например, можно подавать два синхронизированных импульса тока I_i = 5,0 мкА и I_j = 5,0 мкА, которые записывают "1" в носитель "a", а пьезоэлектрическое напряжение, возникшее в ответ на эти импульсы, идентифицировало бы ранее накопленные данные, тем самым обеспечивая поиск данных с разрушением из носителя "a".

Другим свойством памяти по этому изобретению является то, что достаточное напряжение, приложенное между двумя электродами, предотвращает хранение информации в этой памяти. Это свойство может быть использовано для избирательного хранения в памяти, когда в одном и том же запоминающем устройстве используется несколько параллельно действующих запоминающих микросхем. Напряжения, достаточные для предотвращения хранения информации в памяти по этому изобретению, составляют приблизительно 200 мкВ. Когда к электродам прилагают это напряжение, подача токов к адресным шинам не изменяет хранимую информацию.

Одним из преимуществ запоминающего устройства по настоящему изобретению является его небольшое энергопотребление по сравнению с известными энергонезависимыми магнитными запоминающими устройствами. Так как запоминающая среда, примененная в этом устройстве, весьма чувствительна к магнитному полю, задаваемому возбуждающими токами, то можно очень быстро запоминать двоичные величины при сравнительно небольших возбуждающих токах - около 5,0 мкА на каждую шину. Следовательно, потребление энергии для запоминания и поиска данных - небольшие.

Отметим также, что поиск информации посредством пьезоэлектрического напряжения, создаваемого между электродами, существенно быстрее, чем создание наведенного электромагнитного напряжения, как это делалось в известных магнитных запоминающих устройствах.

Задержка между импульсами тока и соответствующим пьезоэлектрическим напряжением обычно находится в пределах менее наносекунд. Переключение между "1" и "0" обычно происходит за несколько наносекунд.

Таким образом, описано запоминающее устройство, которое является произвольно доступным и энергонезависимым и действует в статическом режиме. Это запоминающее устройство отличается большим быстродействием, низким энергопотреблением и хранением информации при большой плотности записи.

Нижеследующую формулу изобретения следует истолковывать как охватывающую все эквивалентные структуры и способы. Таким образом, изобретение не следует ограничивать вышеизложенным примерным описанием, а только нижеследующей формулой изобретения.