MRAM es una palabra nueva en la creación de chips de memoria. MRAM es muy difícil de fabricar

El Premio Nobel de Física de este año fue otorgado a dos científicos: Albert Firth y Peter Grünberg con el texto " por el descubrimiento del efecto de magnetorresistencia gigante».

Fig.1 Albert Firth (n. 1938) y Peter Grunberg (n. 1939) -
Premios Nobel de Física 2007

Han pasado casi 20 años desde el descubrimiento, y durante este tiempo se han desarrollado dispositivos basados ​​en una resistencia magnética gigante (GMR, o, como se le llama comúnmente en la literatura inglesa) RMG ) se han convertido en parte del tejido y la sangre de la civilización digital moderna (las cabezas lectoras de GMS se utilizan en el disco duro de cada computadora), y el concepto de transporte de espín, inyección de espín, polarizadores de espín y analizadores formó la base del aparato conceptual. de una nueva dirección de la ciencia y la tecnología: la electrónica del espín.

1. Efecto de magnetorresistencia gigante

El efecto de la magnetorresistencia gigante se observó inicialmente en estructuras multicapa que consisten en capas conductoras magnéticas y no magnéticas alternas (ver Fig. 2), por ejemplo, ( Co/Cu)n o (Fe/Cr)n . Estas estructuras se denominan superredes magnéticas. El espesor de las capas suele ser de fracciones de unos pocos nanómetros. El efecto es que la resistencia de la estructura, medida con una corriente que fluye en el plano del sistema, depende de la dirección relativa de la magnetización de las capas magnéticas adyacentes. Así, con la magnetización paralela de las capas, la resistencia es, por regla general, baja, y con la magnetización antiparalela, alta. El cambio relativo en la resistencia del sistema varía del 5 al 50% dependiendo de los materiales, el número de capas y la temperatura. Este valor es un orden de magnitud mayor que el del predecesor del efecto de magnetorresistencia gigante: el efecto de magnetorresistencia anisotrópica, lo que explica el nombre del primero.

Arroz. 2. Superredes magnéticas sobre las que se observa el efecto GMR.

El transporte de electrones de polarizaciones opuestas en el caso de

a) orientaciones paralelas y b) antiparalelas de las magnetizaciones de las capas magnéticas.

Las partes inferiores de las figuras muestran circuitos eléctricos equivalentes,

correspondiente a estas dos configuraciones.

El efecto GMS se basa en dos fenómenos importantes. La primera es que en un ferroimán los electrones con una dirección de espín (o una polarización de espín, como dicen) se dispersan mucho más fuertemente que los electrones de polarización opuesta (la dirección preferida determina la magnetización de la muestra). El segundo fenómeno es que los electrones que salen de una capa ferromagnética entran en otra, manteniendo su polarización. Así, en caso configuración paralela capas, aquellos portadores que están menos dispersos pasan por toda la estructura sin dispersarse; y los portadores de polarización opuesta experimentan una fuerte dispersión en cada una de las capas magnéticas (ver Fig. 2a). En el caso de una configuración antiparalela del sistema (ver Fig. 2b), los portadores de ambas polarizaciones experimentan una fuerte dispersión en algunas capas y una dispersión débil en otras. La resistencia del sistema se puede representar convencionalmente como dos conjuntos de resistencias conectadas en paralelo, correspondientes a dos polarizaciones de espín; Además, cada una de las resistencias de estos conjuntos corresponde a una dispersión grande o pequeña de portadores de una polarización determinada en una capa magnética específica. Dichos esquemas para configuraciones de capas paralelas y antiparalelas se muestran en la parte inferior de las Figuras 2 a, b.

Para el funcionamiento de dispositivos basados ​​​​en el efecto GMS, la capacidad de crear una configuración antiparalela de capas es importante (ver Fig. 2b). Estas configuraciones se pueden obtener en campo cero debido a la presencia de la denominada interacción de intercambio entre capas. Resulta que la energía Eint. l. interacción de dos capas magnéticas con magnetizacionesMETRO 1 metro METRO 2, separados por una capa de espesor no magnética d s, tiene (en una primera aproximación) la forma de Heisenberg:

. (1)

En este caso, el coeficiente J 1 depende del espesor de la capa no magnética. d s oscilantemente, de modo que para los mismos valores d s J 1 es positivo, y en otros, negativo. Por consiguiente, es posible seleccionar el espesor de las capas no magnéticas de modo que la configuración antiparalela de las capas sea energéticamente favorable. Curiosamente, fue el estudio de la interacción entre capas en estructuras magnéticas multicapa lo que realizaron los descubridores originales del efecto antes de descubrir su nueva propiedad inusual: la magnetorresistencia gigante.

Arroz. 3. Representación esquemática de una válvula de giro. La capa inferior es una capa antiferromagnética.

Como elementos basados ​​en el efecto GMS, se crea una estructura llamada válvula de giro ( válvula de giro ), ver fig. 3. Contiene una de las capas magnéticas (por ejemplo, Co o Co 90 Fe 10) se pulveriza sobre una capa antiferromagnética (por ejemplo, Mn 76 Ir 24 o Mn 50 Pt 50 ). Debido a la interacción de intercambio entre los electrones del ferroimán y el antiferroimán, los espines de estas dos capas quedan rígidamente acoplados entre sí. Dado que un campo magnético externo de magnitud no muy grande no afecta al antiferroimán, la magnetización de la capa magnética resulta fija (este fenómeno se llama anisotropía unidireccional o de intercambio)..

Una capa de este tipo, cuya magnetización puede considerarse inalterada en un determinado rango de campos, se denomina fija o fija. La segunda capa magnética (a menudo Co o Co 90 Fe 10 , o dos capas Ni 80 Fe 20 /Co o Ni 80 Fe 20 /Co 90 Fe 10 ,) puede ser remagnetizado libremente mediante un campo externo, por eso se llama libre. capa intermedia El metal no magnético suele estar representado por Cu . Esta estructura se llama interruptor giratorio o válvula de giro ( válvula de giro ). Resistencia de la válvula de giro R se puede describir con buena precisión utilizando la fórmula:

Aquí R 0 - resistencia estructural con magnetización paralela de capas, delta R gmr - incremento de resistencia debido al efecto GMS, y q - el ángulo entre las magnetizaciones de las capas magnéticas (toma valores entre p y -p). Valores R típicos son decenas de ohmios, y para válvulas de giro utilizadas en la industria es del 6-10%.

El efecto GMR se descubrió midiendo la resistencia de superredes magnéticas utilizando la corriente que fluye en el plano del sistema. En 1991, se descubrió un cambio en la resistencia de las superredes metálicas magnéticas con un cambio en la orientación relativa de las capas magnéticas para una corriente que fluye perpendicular al plano de las capas. Estas dos geometrías para medir la resistencia de estructuras magnéticas multicapa se denominan ahora con abreviaturas estándar. CIP (corriente en el plano) y CPP (corriente perpendicular al plano), respectivamente. Mecanismos de los efectos de GMS en CPP y CIP. las geometrías son similares en características básicas; Además, los valores de resistencia de la magnetita obtenidos para el primer efecto son aproximadamente el doble que para el segundo. Sin embargo, la resistencia absoluta de las superredes metálicas, cuyo espesor total es del orden de decenas de nanómetros, cuando se mide en CPP hay muy poca geometría y es bastante difícil de medir. Por lo tanto para aplicaciones practicas efecto GMS en CPP la geometría es mucho menos atractiva.

El siguiente avance en el campo de los efectos de la magnetorresistencia proviene del descubrimiento del efecto magnetorresistencia de túnel(TMS). Ocurre en sistemas CPP, en los que el lugar de la capa conductora no magnética lo ocupa una capa delgada (1-2 nm) de aislante. La resistencia de dicha estructura, medida en CPP -la geometría depende en gran medida de la dirección relativa de la magnetización de las capas debido a las diferentes probabilidades de paso de portadores con orientaciones de espín opuestas a través de la barrera del túnel. Resultó que para una capa aislante amorfa muy común Al2O3 cambio relativo la resistencia alcanza el 70% a temperatura ambiente (RT). Aún más prometedora es una barrera en forma de capa monocristalina. MgO , que permite alcanzar valores de hasta el 500% a temperatura ambiente.

2. Aplicaciones GMS en la industria de la memoria.

Actualmente, los efectos de la magnetorresistencia ya han recibido una aplicación comercial generalizada. Muy a menudo, estos efectos se utilizan para crear elementos de sensores magnéticamente sensibles para diversos fines. Así, desde hace más de diez años se utilizan elementos magnéticamente sensibles basados ​​en nanoestructuras magnetorresistivas en cabezales de lectura de discos duros. Además, se están desarrollando en un amplio frente nuevos tipos de memoria basados ​​en elementos magnetorresistivos; Recientemente comenzaron las ventas de uno de ellos, el llamado magnético. RAM MRAM . En varios aspectos, este último es superior a los análogos de semiconductores existentes actualmente.

Esta sección habla de estos dos. aplicaciones clave: sobre la estructura de las cabezas de lectura en HDD y memoria magnética MRAM.

2.1. Cabezales de lectura para discos duros

El mayor crecimiento de los últimos años lo demuestran las ventas de los más pequeños discos duros(diseñado para tarjetas de memoria portátiles, diputado 3 jugadores, cámaras de video, teléfonos celulares etc.) ocuparon hasta el 23% del mercado total de discos duros ( HDD - controladores de disco duro ); Se espera que esta participación aumente al 40% en 2009, superando al segmento disco duro para computadoras de escritorio. Como resultado, las tendencias generales del mercado conducen a la necesidad de dispositivos con una densidad de registro de información cada vez mayor. Así, durante los últimos diez años, la densidad de grabación en dispositivos comerciales ha aumentado a un ritmo del 50-100% anual. Mantener una tendencia tan activa hacia la miniaturización requiere el uso de las tecnologías más innovadoras en el campo de la creación de medios magnéticos (para almacenar información), cabezales de grabación y lectura y sistemas electrónicos.

Desde el principio en los discos duros (el primero disco duro apareció a mediados de la década de 1950) utilizaba cabezas de lectura inductivas. Fueron reemplazados a principios de la década de 1990 por sensores magnéticamente sensibles, cuya estructura esquemática se muestra en la Figura 4. El cabezal de lectura consiste en un elemento magnetorresistivo de película delgada, blindado en ambos lados con películas de material magnético blando. (La función de las pantallas es reducir el campo de bits distantes a cero si es posible). Esta estructura vuela a una distancia del orden de decenas o unos pocos nanómetros sobre la superficie de la película magnética, en la que se registra información en forma de dirección de magnetización en dominios ordenados por tamaño y ubicación. Los dominios de polaridad opuesta corresponden a los bits "0" o "1". El campo procedente del límite entre bits magnetizados de forma opuesta, sobre el cual vuela la cabeza, remagnetiza el elemento magnetorresistivo. Como resultado, cambia la resistencia del elemento, que la electrónica registra y transmite al bus de datos. Este diseño se utiliza generalmente hoy en día.

Arroz. 4. Ilustración esquemática del cabezal de lectura del disco duro y su principio de funcionamiento.

Un aumento constante en la densidad de grabación (respectivamente, una disminución en el tamaño de un bit) conduce a una disminución en el flujo magnético por elemento magnéticamente sensible. Para mantener la relación señal-ruido, se necesitan cada vez más cabezales sensibles.

Los elementos magnetosensibles basados ​​​​en el efecto de la magnetorresistencia anisotrópica tenían una salida (la relación de la resistencia de la cabeza durante la transición de "0" a "1") del orden del 2%, tenían un diseño simple y permitían crear disco duro con densidad de grabación de hasta 1-5 Gbit/pulgada 2. Un aumento adicional en la densidad de grabación requirió la introducción de elementos de lectura basados ​​en el efecto GMS. Tienen un diseño mucho más complejo (el elemento magnéticamente sensible contiene hasta 10 capas diferentes) y, con diversas modificaciones, permiten obtener un rendimiento del 6 al 12% y una densidad de grabación de hasta 50 Gbit/pulgada 2. La transición a cabezales de lectura basados ​​en el efecto GMC ha sido realizada por casi todos los principales fabricantes de discos duros desde 1997. La próxima generación de cabezales se basa en el efecto TMS. Se espera que proporcionen rendimientos superiores al 200% y registren densidades de hasta 1 Tbit/in2. Actualmente se está produciendo una transición fabricantes de duro discos para este tipo de cabezales de lectura.

2.2. RAM magnéticaMRAM

En computadoras, controladores, dispositivos móviles Ah, se utilizan varios tipos de memoria semiconductora simultáneamente. Algunos de ellos, por ejemplo SRAM (memoria estática de acceso aleatorio ), son muy rápidos, se utilizan como memoria caché en procesadores; sin embargo, tienen un diseño complejo y, por tanto, son muy caros. Otros tipos de memoria, como la RAM DRAM (memoria dinámica de acceso aleatorio ), son más sencillos y económicos, pero también más lentos. También, SRAM y DRAM no conservan su estado cuando se apaga la alimentación. Tipo de memoria EEPROM (su modificación más famosa es Flash -memoria), conserva su estado cuando se apaga la alimentación, pero es muy lenta y no puede realizar las funciones de la RAM ni siquiera en dispositivos relativamente simples como reproductores de mp3 o teléfonos móviles. Además, Destello -La memoria consume mucha energía y tiene un límite en el número de ciclos de reescritura (alrededor de 10 5 -10 6), si se excede, puede fallar.

En este contexto, se prestó especial atención a la creación memoria universal, que podría combinar las ventajas de todos tipos listados memoria. De acuerdo a lo anterior debe tener:

a) un diseño bastante simple,

b) alta velocidad de escritura/lectura,

c) mantener su estado cuando se corta la energía,

d) permitir la producción gran número ciclos de grabación,

d) consumir una pequeña cantidad de energía.

Actualmente, el candidato más probable para desempeñar el papel de dicha memoria universal es la llamada memoria magnética de acceso aleatorio. MRAM (memoria magnética de acceso aleatorio). Diagrama de funcionamiento de MRAM se muestra en la Figura 5. La celda de memoria consta de un elemento magnetorresistivo multicapa basado en el efecto TMS. La capa libre de este elemento contiene información en forma de dirección de magnetización. La lectura se realiza midiendo la resistencia. r m de este elemento: con una configuración paralela de libre y capas fijas será pequeño y con antiparalelo será grande. A estos dos valores se les asigna un "0" y un "1" lógicos. La grabación se realiza aplicando pulsos de corriente a los buses de corriente 1 y 2 (que, por analogía con los tipos de memoria de semiconductores, se denominan bit y diccionario, respectivamente). En este caso, aparece un campo magnético de vórtice alrededor de cada uno de ellos. La configuración de los elementos se selecciona de modo que para remagnetizar cada celda sea necesaria la acción del campo de ambos buses actuales, y cuando se expone al campo de solo uno de los buses, el elemento conserva su estado magnético (ver Fig. 5b ). Como capa libre, por ejemplo, Fe o CoFe/NiFe doble capa , como fijo - cofe sobre un sustrato de antiferroimán IrMn, óxido de aluminio como contacto de túnel Al2O3 o, poseer los mejores parámetros TMS, óxido de manganeso MnO.

Dicha memoria tiene un diseño simple (un elemento magnetorresistivo y un transistor por celda) y naturalmente mantiene su estado cuando se corta la energía. Además, le permite producir un número casi infinito de ciclos de reescritura (10, 16 o más) y, como muestran los experimentos, el tiempo del ciclo de escritura/lectura es de decenas a unos pocos nanosegundos para diferentes muestras (similar al tipo de memoria). SRAM).

Arroz. 5. a) Representación esquemática de una celda de memoria MRAM . Al escribir en una celda cerca de los autobuses actuales

Se crea un campo magnético que remagnetiza este elemento.

b) dirigirse a la celda al escribir. Se crea un campo magnético alrededor de todo el bus actual,

sin embargo, sólo se remagnetiza el elemento que se ubica en la intersección de dos buses actuales.

En el camino hacia la realización de la idea de MRAM Como memoria universal, surgen muchos problemas, principalmente relacionados con el mecanismo de grabación de información: la necesidad de crear grandes campos de grabación magnéticos, un consumo de energía relativamente grande de este dispositivo(alrededor de 100 pW por ciclo de escritura), mayores requisitos para la confiabilidad del proceso de conmutación de celda, etc., pero podemos decir con confianza que tarde o temprano se resolverán.

En conclusión, vale la pena señalar lo siguiente. No es ningún secreto que la etiqueta de moda "nano" ahora está pegada por todas partes, pero la mera presencia de una estructura con tamaño característico 1-100 nm y menos no es nanotecnología en el verdadero sentido, ya que refleja sólo el lado cuantitativo, y no el cualitativo, de los fenómenos. Así, la tecnología de 45 nm dominada por la microelectrónica es sólo el siguiente paso en el camino de la ampliación, mientras que los principios físicos que subyacen a su funcionamiento permanecen sin cambios. Al mismo tiempo, el efecto GMR es la aparición de una propiedad fundamentalmente nueva en un sistema estructurado a nanoescala: el espesor de las capas conductoras debe ser menor que el camino libre medio del electrón ( C.I.P. geometría) o longitudes de relajación del espín ( CPP geometría), que son unidades de nanómetros. En este contexto, queda claro el texto de la Academia Sueca de Ciencias, que concedió el Premio Nobel. "por su descubrimiento del efecto de magnetorresistencia gigante Yo" tecnología que " puede ser considerado como el primero verdaderamente aplicación efectiva campo prometedor de la nanotecnología».

La ventaja más importante de este tipo de memoria es la no volatilidad, es decir, la capacidad de retener información registrada (por ejemplo, contextos de programa de tareas en el sistema y el estado de todo el sistema) en ausencia de energía externa.

La tecnología de memoria magnetorresistiva ha estado en desarrollo desde la década de 1990. En comparación con el creciente volumen de producción de otros tipos memoria de la computadora, especialmente las memorias flash y DRAM, aún no están ampliamente representadas en el mercado. Sin embargo, sus defensores creen que, debido a una serie de ventajas, eventualmente reemplazará todos los tipos de memoria de computadora y se convertirá en una memoria de computadora verdaderamente "universal".

Descripción

A diferencia de otros tipos de dispositivos de almacenamiento, la información en la memoria magnetorresistiva no se almacena en forma de cargas o corrientes eléctricas, sino en elementos de memoria magnética. Los elementos magnéticos están formados por dos capas ferromagnéticas separadas por una fina capa de dieléctrico. Una de las capas es un imán permanente magnetizado en una dirección determinada y la magnetización de la otra capa cambia bajo la influencia de un campo externo. El dispositivo de memoria está organizado según el principio de una cuadrícula y consta de "celdas" individuales que contienen un elemento de memoria y un transistor.

La información se lee midiendo la resistencia eléctrica de la celda. Una celda individual se selecciona (generalmente) aplicando energía a su transistor correspondiente, que suministra corriente desde la fuente de alimentación a través de la celda de memoria hasta la tierra común del chip. Debido al efecto de la magnetorresistencia del túnel, la resistencia eléctrica de la celda cambia dependiendo de la orientación relativa de las magnetizaciones en las capas. Por la magnitud de la corriente que fluye, se puede determinar la resistencia de una celda determinada y, como consecuencia, la polaridad de la capa reescribible. Normalmente, la misma orientación de magnetización en las capas de un elemento se interpreta como "0", mientras que la dirección opuesta de magnetización de las capas, caracterizada por una mayor resistencia, se interpreta como "1".

La información se puede registrar en celdas utilizando una variedad de métodos. En el caso más sencillo, cada celda se encuentra entre dos líneas de registro situadas en ángulo recto entre sí, una encima y la otra debajo de la celda. Cuando la corriente pasa a través de ellos, se induce un campo magnético en el punto donde se cruzan las líneas de grabación, lo que afecta a la capa reescribible. El mismo método de grabación se utilizó en la memoria de núcleo magnético, que se utilizó en la década de 1960. Este método requiere suficiente alta corriente necesarios para crear un campo, y esto los hace no muy adecuados para su uso en dispositivos portátiles, para lo cual es importante el bajo consumo de energía, esta es una de las principales desventajas de la MRAM. Además, a medida que el tamaño de los chips disminuye, llegará un momento en el que el campo inducido se superpondrá a las celdas vecinas en un área pequeña, lo que dará lugar a posibles errores de escritura. Debido a esto, este tipo de MRAM requiere el uso de celdas bastante grandes. Una solución experimental a este problema fue el uso de dominios circulares leídos y escritos utilizando el efecto de reluctancia magnética gigante, pero ya no se realizan investigaciones en esta dirección.

Otro enfoque, el cambio de modo, utiliza la grabación de varios pasos con una celda multicapa modificada. La celda se modifica para contener un antiferroimán artificial, donde la orientación magnética se alterna hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie, con ambas capas (unidas y libres) compuestas por pilas de múltiples capas aisladas por una delgada "capa de unión". Las capas resultantes tienen sólo dos estados estables, que se pueden cambiar de uno a otro cronometrando la corriente de escritura en las dos líneas, de modo que una se retrase ligeramente, “girando” así el campo. Cualquier voltaje inferior al nivel de escritura total en realidad aumenta su resistencia de conmutación. Esto significa que las celdas ubicadas a lo largo de una de las líneas de grabación no estarán sujetas al efecto de una inversión de magnetización involuntaria, lo que permitirá el uso tamaños más pequeños células.

La nueva tecnología STT de transferencia de par de espín, o conmutación de transferencia de espín, utiliza electrones con un estado de espín determinado (“polarizados”). Al atravesar una capa ferromagnética libre, su par se transfiere a la magnetización de esta capa y la reorienta. Esto reduce la cantidad de corriente necesaria para escribir información en una celda de memoria y el consumo de lectura y escritura es aproximadamente el mismo. La tecnología STT debería resolver los problemas que enfrentará la tecnología MRAM "clásica" a medida que aumente la densidad de las celdas de memoria y el correspondiente aumento de la corriente requerida para la escritura. Por tanto, la tecnología STT será relevante cuando se utilice un proceso tecnológico de 65 nm o menos. Lado negativo La razón es que actualmente STT requiere más corriente en el transistor de control para conmutar que la MRAM convencional, lo que significa que requiere un transistor grande y la necesidad de mantener la coherencia rotacional. En general, a pesar de esto, STT requiere mucha menos corriente de escritura que la MRAM convencional o de conmutación.

Otros formas posibles El desarrollo de la tecnología de memoria magnetorresistiva es la tecnología de conmutación térmica (TAS-Thermal Assisted Switching), en la que durante el proceso de escritura la unión del túnel magnético se calienta rápidamente (como PRAM) y el resto del tiempo permanece estable a una temperatura más baja, también como tecnología de transporte vertical (VMRAM- transporte vertical MRAM), en el que la corriente que pasa a través de las columnas verticales cambia la orientación magnética, y esta disposición geométrica de las celdas de memoria reduce el problema de la inversión aleatoria de la magnetización y, en consecuencia, puede aumentar la posible densidad de celdas .

Comparación con otros tipos de memoria

Densidad de colocación de elementos en un microcircuito.

El factor principal del que depende el costo de producción de los chips de memoria es la densidad de colocación de las celdas individuales en ellos. Cómo tamaño más pequeño una celda, mayor será su número en un chip y, en consecuencia, numero mayor Se pueden producir chips a la vez a partir de una única oblea de silicio. Esto mejora el rendimiento de productos adecuados y reduce el coste de producción de chips.

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Solicitud

Se espera que la memoria MRAM se utilice en dispositivos como:

• Sistemas aeroespaciales y militares
• Estaciones base celulares
• Dispositivos especiales para registro de datos (cajas negras)

Ver también

Notas

Etiqueta de extensión desconocida "referencias"

Campo de golf

• El nuevo chip reducirá la dependencia del suministro eléctrico / BBC Russian, julio de 2006

RAM magnetorresistiva

Memoria magnetorresistiva- Este es uno de los tipos de RAM prometedores, que aún no se ha generalizado, pero que tiene una serie de ventajas en comparación con otros tipos de RAM. Sin duda, este tipo de memoria se volverá más popular en un futuro próximo.

Averigüemos cómo funciona. Comencemos con el diseño de una celda de memoria magnetorresistiva. Simplificado diagrama de bloques Las células de memoria magnetorresistivas se muestran en la Figura 1.

Cada celda de memoria magnetorresistiva almacena 1 bit de datos en un elemento magnético (MTJ 1), que consta de dos ferroimanes con una fina capa de dieléctrico entre ellos.

Un ferromagnet es una sustancia que está magnetizada (a una temperatura por debajo del punto de Curie), incluso en ausencia de un campo magnético externo.

Un dieléctrico es una sustancia que no conduce bien la corriente eléctrica.

Además, uno de los ferromagnetos (ferromagnet F 2) es un imán permanente magnetizado en una determinada dirección, y el otro ferromagnet (ferromagnet F 1) puede cambiar la dirección de magnetización bajo la influencia de un campo eléctrico. Si ambos ferromagnetos tienen la misma dirección de magnetización, entonces se considera que hay un cero almacenado en la celda de memoria. Si las direcciones de magnetización de los ferromagnetos son perpendiculares, se considera que una unidad está almacenada en la celda de memoria.

Para cambiar la dirección de magnetización del ferroimán F 1, es necesario aplicar corriente a las líneas WC 1 y WL 1. En el punto de intersección de estas líneas, exactamente donde se encuentra el elemento magnético, se creará un campo eléctrico de potencia suficiente para que el ferroimán F 1 cambie la dirección de magnetización. Las celdas de memoria magnetorresistivas restantes ubicadas a lo largo de la fila y columna a las que se aplica corriente no cambiarán la dirección de magnetización, ya que la potencia de campo creada solo por la corriente en la línea WC 1, o solo por la corriente en la línea WL 1, es insuficiente.

Este método de cambiar la magnetización (escribir datos en una celda de memoria) es muy similar al principio de funcionamiento de la memoria en núcleos magnéticos, ampliamente utilizado en la segunda generación de computadoras.

En la Figura 2 se muestra una celda de memoria magnetorresistiva descrita esquemáticamente.

Sin embargo, escribir datos en celdas de memoria magnetorresistiva utilizando el método descrito anteriormente requiere la creación de un potente campo eléctrico, por lo que los elementos magnéticos de las celdas vecinas deben ubicarse lejos unos de otros y, por lo tanto, el tamaño de la memoria magnetorresistiva será bastante grande. Y el consumo de energía será alto, especialmente al usar dicha memoria en dispositivos móviles. sistemas computacionales, incluso teniendo en cuenta el hecho de que no se consume energía para almacenar datos en celdas de memoria magnetorresistivas.

Por este motivo, se están realizando búsquedas activas. formas alternativas escribir datos en una memoria magnetorresistiva, como la escritura térmica, en la que la celda de memoria se calienta inmediatamente antes de escribir, lo que facilita invertir la dirección de la magnetización, o escritura por etapas utilizando antiferromagnetos y una celda de memoria multicapa. Hay otras formas de escribir en la memoria magnetorresistiva, pero todas ellas aún se encuentran en la etapa de creación de prototipos y aún no están listas para su uso en la producción en masa.

Pero en el futuro, este tipo de memoria puede suplantar a todos los demás tipos de RAM, ya que potencialmente tiene un impacto significativo mejores caracteristicas, tanto en términos de velocidad de trabajo como de calidad y volumen de información almacenada. Aunque esta memoria todavía se utiliza actualmente, se utiliza principalmente en grandes proyectos científicos y técnicos. Así que en 2008 en japonés. satélite artificial SpriteSat utilizó memoria magnetorresistiva fabricada por Freescale Semiconductor. Y desde abril de 2011 están disponibles los primeros chips MRAM comerciales, con una capacidad de 16 Mbit, y esto es sólo el comienzo.

Al leer datos de una memoria magnetorresistiva, todo es más sencillo. Ya existe un método completamente aceptable, basado en un cambio en la resistencia eléctrica cuando la corriente fluye entre dos capas de un ferroimán, separadas por una fina capa de dieléctrico. Resistencia total será mayor cuando la magnetización de las capas dieléctricas esté orientada perpendicularmente. Por la magnitud de la corriente que fluye a través de la celda, se puede determinar la orientación de la magnetización y, en consecuencia, determinar el contenido de la celda de memoria.

Si volvemos a la Figura 2, la lectura de datos de una celda de memoria se organizará de la siguiente manera:

• la línea RL 1 recibe corriente, lo que abre el transistor VT 1 y permite leer datos de la celda de memoria;
• La línea WC 1 se suministra con corriente que pasa a través del elemento magnético MTJ 1, y luego, a través del transistor abierto VT 1, al dispositivo de lectura de datos, donde el valor almacenado en la celda de memoria se determinará en función del valor actual.

Veamos las principales ventajas y desventajas de la memoria magnetorresistiva.

Ventajas:

• independencia energética;
• alto rendimiento (más rápido que la DRAM, pero más lento que la SRAM);
• no se requiere regeneración celular.

Defectos:

• dificultades con utilizando métodos existentes archivos;
• gran tamaño de celda de memoria debido a la tecnología de grabación;
• alto consumo de energía por la misma razón.

Con esto concluye la revisión de la RAM. Naturalmente, existen otros tipos de memoria y métodos. almacenamiento operativo información, pero aún no están muy difundidos o incluso existen sólo en teoría. Por lo tanto, no los consideraremos en este artículo, pero definitivamente tocaremos este tema en artículos dedicados a las perspectivas de desarrollo. tecnología informática.

Una característica importante del proceso de fabricación de eMRAM de Samsung es que el bloque de memoria se agrega al chip durante el ensamblaje, el empaquetado y las pruebas. Esto significa que el bloque eMRAM se produce por separado utilizando solo tres fotomáscaras y se puede agregar al chip independientemente del proceso de fabricación utilizado y sin estar vinculado a transistores planos o FinFET. En general, sin conexión alguna con la solución básica. Por lo tanto, la unidad Samsung eMRAM se puede adaptar a soluciones listas para usar que se lanzaron a la producción en masa durante mucho tiempo, modernizando significativamente los desarrollos actuales.

Una vez más, Samsung no proporciona una descripción precisa de los dispositivos con eMRAM que ha lanzado a producción en masa. Descubriremos información más detallada un poco más adelante y te lo contaremos todo en nuestras páginas. Hasta ahora se ha afirmado que la velocidad de funcionamiento de eMRAM es 1000 veces más rápida que la de eNAND (eFlash). En el vídeo de demostración anterior, la empresa muestra que las velocidades de lectura de eMRAM y SRAM son las mismas. El consumo en el modo de escritura de memoria eMRAM es solo 1/400 del del modo de escritura eNAND, y la resistencia al desgaste es varios órdenes de magnitud mayor. También se debe esperar, cosa que Samsung no dice en el comunicado de prensa, que su memoria eMRAM sea probablemente del tipo STT-MRAM con grabación por transferencia de espín electrónico. En realidad, esto lo indican los indicadores de energía en modo de grabación. Memoria muy económica, no volátil y rápida.

Se sabe que la memoria MRAM tiene una latencia más baja y una mejor velocidad de acceso que la memoria NAND. Al mismo tiempo, MRAM es una memoria no volátil, aunque es algo inferior a DRAM y SRAM en términos de velocidad de acceso. Como memoria integrada en microcontroladores y SoC, la memoria MRAM mejorará la confiabilidad y estabilidad de los dispositivos electrónicos portátiles y de consumo comunes, los dispositivos electrónicos para cosas conectadas a Internet, así como las soluciones de circuitos industriales y automotrices.

Los socios no tienen la intención de permanecer indefinidamente en la tecnología de proceso de 28 nm y esperan transferir eventualmente la producción de bloques MRAM integrados a una tecnología de proceso con estándares de producción más bajos. Algunas palabras sobre la tecnología Avalanche. La empresa fue fundada en 2006 por Petro Estakhri. Petro Estakhri se convirtió en el fundador y director ejecutivo de Avalanche. Anteriormente, fundó y se desempeñó como director de tecnología de Lexar Media en 1996 hasta que Micron la adquirió en 2006. Antes de Lexar, Petro desarrolló controladores de memoria flash para Cirrus Logic. Puede esperar que UMC haya contratado al desarrollador adecuado.

El acceso de UMC a tecnologías de fabricación de MRAM con licencia es particularmente interesante por una razón importante. De manera similar, UMC obtuvo acceso a tecnologías para la producción de memoria DRAM integrada y memoria en general. En esta etapa jugó papel clave en transferir tecnologías de producción de DRAM a los chinos, algo en lo que Micron, por ejemplo, apuesta. Por tanto, de forma similar, la tecnología de producción de MRAM también podría pasar a manos de fabricantes chinos. Por cierto, además de la interesante tecnología para producir memoria en nanotubos de carbono, que la UMC puede adquirir junto con la planta de Fujitsu.

Algo nuevo: la memoria SOT-MRAM se puede producir a escala industrial

Como sabemos memoria no volátil STT-MRAM (MRAM de par de transferencia de giro) es producido actualmente por GlobalFoundries bajo un diseño de Everspin Technologies. La densidad de los chips STT-MRAM de 40 nm es de sólo 256 Mbit (32 MB), lo que se compensa con una alta velocidad de funcionamiento y una mayor resistencia a la destrucción durante las operaciones de borrado que en el caso de los chips STT-MRAM de 40 nm. memoria NAND. Estos alta calidad Las STT-MRAM permiten la aplicación de memoria magnetorresistiva con registro de datos mediante par de transferencia de espín a un lugar del procesador. Como mínimo, estamos hablando de reemplazar las matrices SRAM por matrices STT-MRAM como memoria caché de tercer nivel (L3). ¿Qué pasa con la caché L1 y L2?

Según los especialistas del centro de investigación belga Imec, la memoria STT-MRAM no es muy adecuada para utilizar memoria MRAM magnetorresistiva como caché no volátil de primer y segundo nivel. Esta función la reivindica una versión más avanzada de la memoria magnetorresistiva, a saber, SOT-MRAM (Spin-orbit torque MRAM). La escritura en una celda SOT-MRAM también ocurre con una corriente polarizada por espín, pero solo en forma de transferencia de torque, utilizando el momento orbital de espín de los electrones.

La diferencia fundamental radica en el esquema de control de la unión del túnel dentro de la celda de memoria y en el método de grabación. Por lo tanto, una celda STT-MRAM es un sándwich de dos estructuras de película delgada (separadas por un dieléctrico), una de las cuales tiene una magnetización permanente y la segunda es "libre", dependiendo de la polarización de la corriente aplicada. La escritura y lectura de datos de dicha celda se produce de la misma manera cuando las corrientes pasan perpendicularmente a través de la unión del túnel. Por tanto, el desgaste de las células se produce tanto durante la escritura como durante la lectura, aunque durante la lectura las corrientes son significativamente menores que durante la escritura.

Una celda SOT-MRAM de unión de túnel, que también contiene una capa libre y una capa permanentemente magnetizada, se escribe mediante una corriente que fluye a lo largo de la unión de túnel en lugar de a través de todas las capas. Imec afirma que cambiar la “geometría” del suministro de corriente aumenta significativamente tanto la resistencia al desgaste de la celda como la velocidad de cambio de capa. Al comparar el funcionamiento de las celdas STT-MRAM y SOT-MRAM producidas en la misma oblea de 300 mm, para SOT-MRAM la resistencia al desgaste superó los 5,10 10 y la velocidad de conmutación de las celdas (escritura) disminuyó de 5 ns a 210 ps (picosegundos). ). El consumo se situó en un nivel bajo de 300 pJ (picojulios).

El encanto especial de toda esta historia es que Imec demostró la capacidad de producir memoria SOT-MRAM utilizando equipos estándar sobre sustratos de silicio de 300 mm. Es decir, a nivel práctico han demostrado la posibilidad de lanzar la producción en masa de memoria SOT-MRAM.

GlobalFoundries ofrece controladores de referencia de 22 nm con eMRAM

Una asociación a largo plazo entre GlobalFoundries y el desarrollador de memorias magnetorresistivas eMRAM y MRAM, Everspin Technologies, ya ha producido chips de memoria no volátiles de 40 nm del tipo ST MRAM (Spin-Torque MRAM). Las líneas de GlobalFoundries producen chips ST MRAM de 256 Mbit y 40 nm y chips experimentales de 1 Gbit y 28 nm. La memoria Everspin se produce utilizando obleas de silicio monolíticas convencionales.

En la siguiente etapa, GlobalFoundries dominará la producción de ST MRAM utilizando obleas FD-SOI (silicio completamente empobrecido sobre aislante) con estándares de 22 nm (nombre en clave de la tecnología de proceso 22FDX). Este año, el proceso técnico 22FDX se introducirá en la producción en masa en las fábricas de la empresa en Dresde y el próximo año en las nuevas instalaciones de producción de GlobalFoundries en China.

GlobalFoundries planea ofrecer eMRAM integrada en combinación con microcontroladores de referencia a sus clientes hacia finales de 2018. eVaderis es responsable del desarrollo de los controladores y GlobalFoundries ofrecerá la tecnología de proceso 22FDX y la tecnología para integrar matrices eMRAM en el controlador. Como opción, los clientes podrán solicitar la integración de bloques NAND flash y SRAM en la MCU eVaderis.

El proceso tecnológico 22FDX le permitirá crear soluciones económicas en términos de consumo y superficie. La plataforma en forma de eMRAM con eVaderis MCU se distribuirá en forma de bloques IP para la autoproducción y la integración en las soluciones de los clientes de GlobalFoundries. Estos podrían incluir controladores para objetos conectados a Internet, incluidos los que funcionan con baterías, controladores para electrónica industrial y de consumo, y controladores para automóviles.

Samsung es el primero en lanzar eMRAM de 28 nm en sustratos FD-SOI

En todos los años anteriores, los principales pasos en el desarrollo de la producción de semiconductores siguieron siendo el cambio en la escala de los estándares tecnológicos. Hoy en día, cuando se vuelve extremadamente difícil reducir el tamaño de un elemento en un chip, las soluciones alternativas están ganando popularidad, en particular, la transición a obleas semiconductoras con una capa aislante de silicio completamente empobrecido, o FD-SOI. STMicroelectronics ya está utilizando activamente obleas FD-SOI en producción, y GlobalFoundries y Samsung se están preparando para utilizarlas.

La semana pasada conocimos los planes de GlobalFoundries, que comenzará la producción de riesgo con la tecnología de proceso 22FDX (22 nm) a finales de 2018. empresa Samsung, como se supo en una reciente declaración oficial del fabricante, pronto planea comenzar la producción en masa de soluciones utilizando la tecnología de proceso patentada 28FDS (28 nm). Tenga en cuenta que los procesos técnicos de GlobalFoundries y Samsung son diferentes, aunque en el caso del procesamiento de silicio monolítico, GlobalFoundries obtuvo la licencia de los procesos técnicos FinFET de 28 nm y 14 nm de Samsung. GlobalFoundries obtuvo la licencia de la tecnología de proceso 22FDX de STMicroelectronics.

Volviendo al anuncio de Samsung, observamos que el fabricante anunció la creación del primero de la industria. proyecto digital Memoria eMRAM incorporada en relación con la tecnología de proceso 28FDS. Por lo tanto, se puede esperar el lanzamiento de un prototipo de bloque eMRAM con estándares de 28 nm en obleas FD-SOI a finales de la primavera o principios del verano del próximo año. producción en masa Las soluciones obviamente comenzarán hacia finales de 2018, cuando GlobalFoundries verá la primera soluciones experimentadas, producido con el proceso técnico 22FDX.

El principio de almacenar información en una celda de memoria MRAM.

GlobalFoundries, utilizando la tecnología de proceso 22FDX, también producirá soluciones con memoria eMRAM incorporada. La memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva (MRAM) funciona a velocidades cercanas a las de la RAM convencional. La gran área de una celda de memoria magnetorresistiva no permite la producción de chips MRAM de gran capacidad, lo que dificulta su aparición masiva en sistemas informáticos. El inicio de la producción de cristales MRAM de 28 y 22 nm promete la aparición de chips con una capacidad de 1 Gbit y superior. Esto ya es suficiente para que los mismos SSD reciban un búfer de memoria normal y no volátil en lugar del habitual. memoria DDR. Tanto GlobalFoundries como Samsung están haciendo todo lo posible para que esto sea una realidad después de 2018.

GlobalFoundries se prepara para lanzar controladores de 22 nm con memoria eMRAM

Hoy en día, GlobalFoundries ha logrado el mayor progreso en el dominio de la producción de un nuevo tipo de memoria no volátil como MRAM (memoria magnetorresistiva). GlobalFoundries celebró un acuerdo para introducir en producción ST MRAM (Spin-Torque MRAM), que fue desarrollado por Everspin Technologies. Se trata de una memoria que escribe datos en una celda mediante transferencia de espín electrónico basada en el efecto túnel. Esta memoria es mucho más eficiente energéticamente que la memoria flash NAND y es mucho más rápida y confiable. El principal problema de la MRAM es su celda relativamente grande y su baja densidad de grabación. GlobalFoundries está resolviendo gradualmente este problema.

En agosto, en el evento Flash Summit 2017, GlobalFoundries y Everspin mostraron la memoria MRAM más avanzada y densa de la industria: chips de 1 Gbit y 28 nm producidos en masa y en preproducción. Toda esta memoria es producida por GlobalFoundries. Pero el servicio principal fue la capacidad de producir controladores y SoC con una matriz de memoria MRAM incorporada en las instalaciones de GlobalFoundries. Estas soluciones se distinguen por una memoria integrada rápida y fiable, en la que la ejecución del código es casi tan rápida como en la RAM. Y GlobalFoundries ahora ofrece herramientas de diseño para controladores de 22 nm con memoria MRAM integrada en obleas FD-SOI (capa de silicio sobre aislante de agotamiento total).

Los primeros borradores de soluciones para la tecnología de proceso 22FDX con memoria MRAM integrada se ensamblarán para la producción piloto en el primer trimestre de 2018. La producción de riesgos para estos proyectos se realizará a finales de 2018. GlobalFoundries espera que el proceso 22FDX sea utilizado por diseñadores de controladores de consumo, industriales y automotrices y soluciones de IoT alimentadas por baterías. La tecnología 22FDX promete un consumo de chips bastante económico y una alta fiabilidad en el almacenamiento de datos. Por ejemplo, las células MRAM de la tecnología de proceso 22FDX pueden almacenar datos sin pérdida durante 10 años a una temperatura de 125 grados Celsius. Los experimentos también confirman que durante el proceso de resoldadura de la memoria con calentamiento de hasta 260 grados, las células MRAM no pierden información. Características similares Hay demanda para la electrónica de a bordo y se garantiza que encontrarán aplicación en la práctica.

TSMC producirá microchips de memoria eMRAM y eRRAM

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), según fuentes de la red, tiene la intención de organizar la producción de chips de memoria de nueva generación.

Hablamos de productos MRAM y RRAM para dispositivos integrados. Recordemos que MRAM es una memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva: la información en este caso se almacena mediante momentos magnéticos, en lugar de cargas electricas. En cuanto a RRAM, es una memoria de acceso aleatorio resistiva, cuyo principio es cambiar la resistencia de la celda de memoria bajo la influencia del voltaje aplicado. Es importante señalar que ambos tipos de memoria no son volátiles, es decir, pueden almacenar información grabada en ausencia de alimentación externa.

Así, se informa que TSMC planea organizar la producción de riesgo de eMRAM (Embedded MRAM) en 2018 y eRRAM en 2019. Está previsto utilizar tecnología de 22 nanómetros.

Se espera que los productos eMRAM y eRRAM lanzados en las líneas de TSMC se utilicen en sistemas para automóviles inteligentes, dispositivos de Internet de las cosas, todo tipo de dispositivos móviles, etc.

También observamos que el próximo año TSMC planea comenzar la producción en masa de productos utilizando tecnología avanzada de 7 nanómetros. Esta técnica se utilizará en la fabricación de microchips para dispositivos móviles, sistemas informáticos de alto rendimiento y tecnología de automoción.

SK Hynix y Toshiba crean un módulo de memoria STT-MRAM de 4 Gbit

SK Hynix y Toshiba informaron sobre nuevos avances en el desarrollo de memorias magnetorresistivas (MRAM).

La información en MRAM se almacena mediante momentos magnéticos en lugar de cargas eléctricas. Los elementos magnéticos están formados por dos capas ferromagnéticas separadas por una fina capa dieléctrica. Una de las capas es un imán permanente magnetizado en una dirección determinada y la magnetización de la otra capa cambia bajo la influencia de un campo externo.

SK Hynix y Toshiba utilizan la tecnología STT-MRAM: memoria de acceso aleatorio magnética de par de transferencia de giro. Utiliza "transferencia de giro" para reescribir celdas de memoria. Este efecto le permite reducir la cantidad de corriente necesaria para escribir información en la celda.

El módulo de memoria STT-MRAM, creado por especialistas de SK Hynix y Toshiba, tiene una capacidad de 4 Gbit. Consta de ocho bloques con una capacidad de 512 Mbit cada uno. El producto no es volátil, tiene un tiempo de acceso corto y altas tasas de transferencia de datos.

La decisión de la compañía se discutirá con más detalle en el evento ISSCC 2017, que se llevará a cabo en febrero. SK Hynix y Toshiba esperan llevar el desarrollo al mercado comercial dentro de dos o tres años.

El lanzamiento de la memoria MRAM de 256 Mbit aumentará la confiabilidad de los SSD

El punto débil de los discos memoria de estado sólido o SSD, queda un búfer de caché de la memoria DRAM. EN momento presente Los chips de memoria DDR3 se utilizan ampliamente como memoria intermedia. Durante mucho tiempo se ha planeado que uno de los tipos nuevos y prometedores de memoria no volátil se utilizará como búfer SSD no volátil: MRAM, RRAM, PCM o algo más (¿3D XPoint?). De hecho, las unidades o subsistemas individuales para almacenar datos en caché en sistemas de almacenamiento en rack ya utilizan memoria MRAM magnetorresistiva e incluso memoria basada en el efecto de un estado de fase variable de la materia (PCM). El uso generalizado de la memoria MRAM y PCM está limitado por la pequeña capacidad de este tipo de chips de memoria. Sin embargo, en el futuro todo promete cambiar. Y este futuro puede estar más cerca de lo esperado.

En una entrevista con EE Times director ejecutivo Everspin Technologies anunció que a finales de año se lanzará la producción de chips MRAM de 1 Gbit del tipo ST-MRAM. Una variación de esta memoria MRAM, ST-MRAM, se basa en el efecto de grabación celular mediante la transferencia de información en túnel mediante el giro magnético de los electrones. Actualmente, Everspin ha comenzado la producción en masa de memoria ST-MRAM con una capacidad de 256 Mbit (32 MB). La compañía confía en que tal capacidad permitirá que la memoria ST-MRAM forme parte de un SSD y se convierta en un reemplazo "indestructible" del búfer RAM, porque los datos en ST-MRAM no se pierden cuando se apaga la alimentación. Para lograrlo, la empresa produce chips ST-MRAM con interfaces DDR3 y DDR4.

Everspin ST-MRAM se utilizó anteriormente en sistemas de almacenamiento en caché de datos de Dell en servidores PowerEdge y en sistemas de almacenamiento PowerVault (DAS) y EqualLogic (SAN). LSI utilizó ST-MRAM no volátil en unidades RAID para mantener el historial de transacciones, y la empresa japonesa Melco ( marca Buffalo) incluso lanzó ciertos modelos de SSD con un búfer de chips ST-MRAM. Con el lanzamiento de memoria ST-MRAM de mayor capacidad, esta práctica promete generalizarse, lo que aumentará la confiabilidad del trabajo con SSD.

El Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) y Crocus NanoElectronics (KNE) anunciaron el inicio de un programa de investigación conjunto para desarrollar y probar tecnología para la producción de memoria magnetorresistiva STT-MRAM.

La memoria MRAM almacena información mediante momentos magnéticos. La tecnología STT-MRAM (memoria magnética de acceso aleatorio con par de transferencia por giro), a su vez, utiliza "transferencia por giro" para reescribir las celdas de memoria. El uso de este efecto en la memoria magnetorresistiva tradicional permite reducir la cantidad de corriente necesaria para escribir información en una celda, así como utilizar un proceso tecnológico con estándares de 90 a 22 nanómetros o menos.

Se informa que MIPT y KNE dirigirán sus esfuerzos al desarrollo de nuevos materiales, al diseño de microchips, así como al desarrollo de métodos para su control y modelado. Está previsto organizar la producción de memoria STT-MRAM en las instalaciones de KNE: la plataforma tecnológica de esta empresa permite producir productos basados ​​​​en estructuras de túnel magnético con un estándar topológico de hasta 90/65 nanómetros en obleas de diámetro de 300 milímetros.

« Las instalaciones de fabricación de nuestra empresa son ideales para crear productos integrados o discretos basados ​​en STT-MRAM. Esperamos que esta tecnología pronto tenga gran mercado- esto se verá facilitado por la superioridad de STT-MRAM en indicadores tales como el número de ciclos de reescritura, la velocidad y el consumo de energía", informó la KNE.

Añadamos que actualmente todo mayores productores La memoria dinámica de acceso aleatorio DRAM tiene sus propios programas STT-MRAM. esta tecnología considerado un candidato principal para reemplazar la DRAM en un futuro próximo.

Los ferroimanes nanogranulares se utilizan con éxito para escribir y leer grandes conjuntos compactos de información no sólo en discos magnéticos, sino también en la RAM de la computadora.

Celda elemental de la última memoria magnética.

La celda elemental de dicha memoria suele ser una estructura multicapa (Fig. 11.9), que combina un elemento de memoria ferromagnético y un sensor magnetorresistivo de túnel.

Arroz. 11.9.

El ferroimán de la capa de almacenamiento, aunque tiene una fuerza coercitiva suficiente para retener la información registrada durante mucho tiempo, aún puede ser remagnetizado mediante un fuerte campo magnético externo. En las publicaciones sobre la memoria magnetorresistiva, se la suele denominar capa ferromagnética “libre”. Y la capa magnéticamente dura actúa como un imán permanente, su fuerza coercitiva es mucho mayor y la dirección de magnetización permanece sin cambios incluso en campos fuertes. En consecuencia, se suele denominar capa ferromagnética "fija". El gráfico de la derecha muestra una dependencia típica de la resistencia eléctrica de dicha celda de la intensidad del campo magnético externo. Cuando la capa de almacenamiento está magnetizada en oposición a la capa ferromagnética fija, la resistencia eléctrica de la celda es alta. Cuando el campo magnético externo excede la fuerza coercitiva de la capa de almacenamiento, se remagnetiza, la resistencia eléctrica de la celda cae bruscamente y permanece igual incluso después de la desaparición del campo magnético externo. Esto permite comprobar en cualquier momento en qué estado ("0" o "1") se encuentra el elemento de almacenamiento de la celda.

La RAM construida a partir de dichas celdas se llama MRAM en fuentes en inglés ( memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva). En las publicaciones nacionales también se la suele denominar “memoria magnetorresistiva”, aunque esto no es del todo exacto. Después de todo, la información (dirección de la magnetización) se recuerda y almacena precisamente en la capa de almacenamiento ferromagnética, y no en el sensor magnetorresistivo. Por tanto, sería más exacto denominar a este tipo de memoria “memoria magnética de acceso aleatorio” (RAM). Pero ese nombre ya existía en la historia del desarrollo de la tecnología informática: así por mucho tiempo llamado RAM en anillos de ferrita en miniatura, que mencionamos en la conferencia anterior. Para no crear motivos de confusión, también llamaremos a este tipo de memoria. memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva o RAM magnetorresistiva(MROZU).

Organización matricial de MROZU

Células magnetorresistivas del tipo mostrado en la Fig. 11.9, en principio, puede ser muy pequeño (hasta 10 nm) y bastante denso. Sin embargo, debido a la necesidad de acceso aleatorio a cada uno de ellos al leer y escribir información, no es nada fácil garantizar la mayor densidad de empaquetado. Usualmente usado, cuando las celdas de memoria se colocan en las intersecciones de dos sistemas de electrodos de bus mutuamente perpendiculares (figura 11.10).

Uno de estos sistemas de bus está conectado a las salidas del decodificador de direcciones. Se trata de buses de direcciones, que a veces también se denominan “buses de selección de palabras” o “buses de palabras”. Cuando se suministra un código de dirección al decodificador RAM, el decodificador activa solo uno de estos buses, cuyo número de serie corresponde a la dirección especificada. Las líneas de bits perpendiculares corresponden a los bits individuales de la palabra seleccionada que se leen o escriben. Por lo tanto, estos autobuses a veces también se denominan autobuses "bit".

Para el muestreo de matrices direccionables de celdas de memoria individuales, la orientación del eje de fácil magnetización de la capa de almacenamiento es importante. La orientación utilizada del eje de fácil magnetización en las celdas de memoria con respecto al sistema de bus se muestra en la Fig.

Arroz. 11.11.

El diagrama esquemático de la generación de señales de salida en el modo de lectura se muestra en la Fig.

La información se registra por dígitos. El diagrama esquemático de la grabación se muestra en la Fig.

11.13. Al comienzo de la grabación, la dirección binaria de bits de la palabra que debe escribirse se suministra al decodificador Dsh y su código binario se suministra al registro de la palabra que se está escribiendo. De acuerdo con la dirección dada, Dsh "selecciona" uno de los buses, por ejemplo, el bus de direcciones y abre la válvula correspondiente (por ejemplo, un transistor MOS). A través de él, se suministra un pulso de corriente eléctrica desde la fuente de corriente de grabación (RCS) al bus de la palabra seleccionada. La dirección de esta corriente está determinada por el bit ("0" o "1") que debe escribirse. El registro de la palabra escrita envía señales alternativamente a la fuente actual de cada línea de bits (IT1, IT2, ..., ITm), bajo cuya influencia se suministra un pulso de corriente de una dirección u otra a la línea de bits. El proceso de grabación se ilustra en la Fig. 11.14. A la izquierda (Fig. 11.14.a) se muestra la matriz de memoria magnetorresistiva. Las flechas muestran las direcciones del flujo de corriente eléctrica a través del bit seleccionado y los buses de direcciones. Las líneas discontinuas representan convencionalmente

campo magnético de las corrientes correspondientes. Arroz. 11.13.) en la capa de memoria en direcciones opuestas actual (vista superior). La dirección de magnetización de la capa magnéticamente dura (fija) de la celda está indicada por. en un caso