一种新型存储器件—磁电存储器(2)

２．３ 准自旋电子管存储器

准自旋电子管结构与自旋电子管的不同之处在于它不存在固定层和自由转换层，而只是其中一层的转换磁场较大（硬磁层），另一层的转换磁场较小（软磁层）。这种存储器是根据硬磁层磁化方向的不同来实现数据存储的。当给字线上施加合适的电流时，上下铁磁层的磁化方向均发生改变，指向左边代表存储信息“１”，反之代表存储信息“０”；当读取存储单元中的信息时，给字线施加先正向后负向的等幅脉冲，以产生使顶部铁磁层的磁化方向发生改变的磁场，此时由于底部铁磁层磁化方向维持不变，从而使读取电流所要流经的电阻阻值发生改变，如果存储信息为“１”，电阻由大变小，反之则由小变大，由此即可读出存储的数据。

３　磁电存储器发展所面临的问题

尽管磁电存储器具有高速、工作电压低以及密度高等特点，但是在真正实用化之前，仍然面临着一些问题。

首先，磁性元件的加工与标准的ＣＭＯＳ工艺存在不兼容性。例如磁隧道结和自旋电子管的加工需要采用氩离子干蚀工艺或者反应离子刻蚀工艺，这些工艺都会对半导体的结构造成损伤。同时为了消除离子刻蚀所引起的损伤，都要经过高温退火，而这会引起不同物质在界面处的相互扩散，从而使电阻阻值增大。如果磁性元件在３０℃以上的温度下暴露５分钟，ＭＲ就会大幅度下降，当温度达到４００℃时，ＭＲ大约会降低３０％。近来有研究表明，如果磁隧道结的硬磁层采用Ｃｏ／Ｃｕ结构，而软磁层采用Ｃｏ／Ｆｅ结构，则ＴＭＲ在室温下高达２２％，并且经过４８０Ｋ的高温退火后，ＴＭＲ略有增加，直到５３０Ｋ时才开始下降，同时，研究还发现，为了获得高温环境下更为稳定的磁隧道结，势垒层必须采用Ａｌ２Ｏ３。

其次，为了获得高密度的存储器，磁隧道结或自旋电子管的尺寸必须减小为微米到亚微米量级，这就使存储器的性能受到尺寸、形状以及其它结构参数和内在参数的影响。Ｅ． Ｙ． Ｃｈｅｎ发现，在自旋电子管结构中，自由转换层的转换磁场与固定层的转换磁场分别随着存储单元宽度的减小而增大和减小。当宽度减小为０．５μｍ到０．２５μｍ时，存储单元边缘被腐蚀和氧化的影响越来越显著，从而引起固定层的磁化方向与自由转换层的磁化方向一起改变，ＧＭＲ急剧下降。所以，随着电子管尺寸的