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第26章 磁电子随机储存器

在当今电子和信息高新技术迅速发展的时代,各种磁电子管和电子计算机(电脑)的发展和应用是十分重要的。虽然有的磁电子管技术还处于探索研究和未来设想阶段,但从电控电子管晶体管到磁控电子管晶体管,从某种意义上说也是开辟了一个新的思路和新的领域。

从电子计算机发展的历程来看,也有相类似的情况。从20世纪40年代电子计算机出现和应用以来,电子计算机的研发工作已经有了很快很大的进步,先后经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机及超大规模集成电路计算机等几代的发展,各方面都有了很多变化。例如,在数据和信息的存储方面,磁鼓、磁带和磁盘等磁记录设备一直是外存储装置。当然其磁记录介质和磁头材料、磁记录方式(如纵向记录和垂直记录)等都经历了多次的改进。内存储装置(也称随机存储器)也经历了多次改进,例如从磁芯存储器、磁膜存储器到半导体集成电路存储器,再到半导体大规模集成电路、半导体超大规模集成电路存储器,到今天的磁电子随机存储器的研发等。

什么是磁电子随机存储器?它具有什么特点呢?

磁电子随机存储器是目前尚处于初步探索研究的一类利用巨磁电阻效应的随机存储器。电阻式随机存储器是一个全新的概念,目前国际上的相关研究处于起步阶段,中国的研究工作也在逐步展开。目前提出的有多层膜型巨磁电阻随机存储器和磁隧穿型巨磁电阻随机存储器。数字信息的“1”或“0”是用巨磁电阻的高或低来表示的,而巨磁电阻的高低则由这巨磁电阻输出电压的高低来测量。

首先我们来认识多层膜型巨磁电阻存储器的一个存储单元。它由一个多层膜巨磁电阻单元及输入数字信息的写入线(层)和输出数字信息的读出线(层)构成。数字信息“1”或“0”是由存储单元的高电阻态或低电阻态来表现的,也就是由钉扎铁磁层与自由铁磁层中原子磁矩是互相反平行或平行状态所决定,而读出线(层)所读出的脉冲电压的高或低就表示“1”或“0”的数字信息。当然这不过是多层膜型巨磁电阻随机存储器一个存储单元的情况,由大量存储单元构成的随机存储器就更为复杂。

外用存储设备:移动存储U盘其次来认识磁隧穿型巨磁电阻的随机存储器的一个存储单元。它是由一个磁隧穿型巨磁电阻单元及输入数字信息的电流写入线和输出数字信息的读出线构成的。同多层膜型巨磁电阻存储单元的工作情况相似,数字信息“1”或“0”也是由存储单元的高电阻态或低电阻态来表示的,也是由绝缘层两边的铁磁层中原子磁矩是互相反平行或平行状态所决定,读出线(层)的输出电压的高或低就表示“1”或“0”的数字信息。它同多层膜型巨磁电阻存储单元的主要差别是两铁磁层之间的弱磁层是绝缘层,因而每个单元具有较高的电阻、较高的输出电压、较低的输出电流和较短的存取信息时间即较快的存取速度,存储信息密度则同多层膜型巨磁电阻随机存储器相似,但弱磁绝缘层的厚度极薄,存在均匀性和工作可靠性问题。这些优缺点是需要在未来的研究和应用中加以特别注意的。

初步实验结果表明,这种由巨磁电阻材料研制的磁电子随机存储器的结构较简单,成本较低廉,存储密度较高,存取数据时间较短,在工作电源去掉后仍能保持其所存储的数字信息(称为非易失性),抗强电磁辐射、抗粒子辐照和抗宇宙射线的能力都较强,因而具有许多优点。但是要使磁电子随机存储器从研究进入实际应用,也还有不少的问题需要解决,这也正是未来磁电子学面临的一个重大问题。

从以上的介绍可以看出,磁电子学虽仅是磁学中一个新诞生的部分,研究时间尚短,但是它所蕴含的内容却很丰富,已取得的应用也很多很重要,而研究和应用的前景更是十分广阔的。