Материал для запоминающего устройства и способ его изготовления

Материал для запоминающего устройства и способ его изготовления

Реферат

 

Областью применения изобретения является вычислительная техника. Описывается композиция материалов, обладающая ферромагнитными и пьезоэлектрическими свойствами. В предпочтительном варианте осуществления изобретения композиция материалов содержит первый слой (100) из Pb_(1-x-y)Cd_xFe_y и второй слой (110) из Cr_(1-z-w)Zn_zTe_w, где х, у, z и w являются величинами в пределах 0,38<х<0,042; 0,08<у<0,41; 0,28<w<0,31 и 0,25<(1-z-w)<0,32. Кроме того, каждый из слоев (100, 110) содержит элементы Bi, О и S. Технический результат: повышение быстродействия, низкое энергопотребление, возможность хранения информации при большой плотности записи. Запоминающее устройство является произвольно доступным, энергонезависимым, действует в статическом режиме. 8 с. и 87 з.п.ф-лы, 14 ил.

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 де