автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование принципов построения и разработка запоминающих элементов и датчиков на основе тонкопленочных многослойных магниторезистивных структур

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ

На правах рукописи

Муравьев Андрей Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТКА ЗАПОМИНАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ' ТСНКОШШНОЧНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ МАГШГОРЕЗИСТИВНЫХ СТРУКТУР

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

#

'Ъ

Работа выполнена в Институте проблей управления РАН.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Н.П.МСИЛБЕВА.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор М.А.Розенблат,

кандидат технических наук,, доцент В. Е .Красовский.

Ведущая организация: ОАО НИЦЭВТ, г.Москва.

Защита диссертации состоится " 1997 г.

в // час. на заседании диссертационного совета * 2 Института проблем управления Д002.68.01 по адресу: 117806, г.Москва, Профсоюзная ул., д.65. Телефон Совета 334-88-70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления.

Автореферат разослан " " _ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Е.В/Юркевкч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕГКСТт РАБОТЫ

Актуальность теш. Для элементов, основаниях иа применении магкиторезистивного (ИР) еффзкта, характерны тзкке свой-тва, как екергснезависгаюсть в режиме хранения и неограниченное число циклов перезаписи запсшнащих. элементов (33), ¡»диационзая стойкость, широкий температурный диапазон, воз-.отпюсть уменьшения размеров до 0,1 мкм. Сочетанием указанных 0СТ0121СТВ с успехгми, достигнутешт в последние года в бласта.создания магниторезлставных запоминзщаж устройств с рсизвольной шборкой (МРЗЭТШ) и дзтчжов магнитного пслй МРД), определяется актуальность теш диссертацконой работы.

В 1995 г. были продемонстрированы З.УТ1В на анизотропном апп»лорезпсглвнои (АКР) эффекте екхосгъю 16 и 64 кбит, реднэзкаченне, в силу наличия спещт^шескпх достоинств НР утройств к отставания по ссНдетехкическим параметрам от .^лупроЕоднккоЕых ЗУ, прежде всего для специзлышг щяакне-

После обнаружения спин-пёнглль"сго нзгнвторезпстиЕНого СЕМ") эффекта, начиная с 1991 г., стало бурно развиваться эвое направление - создание СКЯ'ЗЭ и СЕМРСУПВ. Уже в 1995 г. родемснстрировано ЗУПВ емкостью 1 Мбит и рэзрзботано одно-рас тальное ЗУПВ 16 Шкт, по плотности хрзнештя шформацин и итродейстЕяю не уступащие полупроводникоЕЖ ЗУ, причем, по зогноззм, через несколько лет по плотности информации ЖЗЭТВ смогут превзойти полупроводниковые динамические ЛВ. СШРЗЭ унаследовала очень многое от АМ.РЗЗ: мзтериапы, шюлогические процессы (с ужесточением требований по зичине уменьшения размеров и толзцш), гопологи» элеиентов, эшщши управления, структуру ЗУ, элемента хпупроводтжовогэ обрамления - .{прз '.--ослаблето! требований г^едсткзе • .токов роста .сигнала).

йтроыу 'прогрбссу .СЙЙЕЭ. способствовал/я . опыт, ' накопленный

разработчиками при исследовании ДМРЗЭ. Все вто говорит с явной преемственности двух направлений развития ЫРЗЭ н ценности научных результатов, полученных в процессе исследований в области АМРЗЗ.

Что касается, датчиков магнитного поля на АИР вффекте (АМРД), то, уступая датчика« на СШР эффекте (СВМРД) по чувствительности и линейности характеристик, они перспективны для сирокого круга областей приыенения, где на первой плане устойчивость к большим полян и малая стоииость. Так, например, М?РД иогут заменить датчики Холла, в диапазоне полей от десятых долей до десятков кА/и, где чувствительность датчиков Холла недостаточна.

Объединение в одной работе исследований элементов двух функциональных видов (М?ЗЭ и 11РД) объясняется использованием одних и тех es разновидностей HP эффекта (АИР и CRiP), преемственность» элементов на АЫР u СМР аффектах, значительном сходством технологических процессов, необходашх при изготовлении ЗЭ п датчиков, как на основе АМР, так к на основе CB1IP вффекта.

Цель диссертационной работа зашнается в разработке запоюшащих элементов и датчшсов на акгзстроппом ыагниторезиставном &|фактс и исследования щашцапоа построения запомшанцах »лемептов на сотш-вентальтм ыагниторэзистикгоу эффекте, е том числе теоретическом аналзэд характеристик ал2;.з£нтоа, поборе на основе анализа их структуру и топологии, оценка перспективности отделили вариантов структури елемектов н исправлений их развития.

Метода исследования. При решали поставленных задач использовались методу теории ыикромэгнетизиз, магнитных измерений, полупроводниковых приборов и усилительных схем, модель тонкой ферромагнитной пленка с однородны;.? распределением намагниченности.

Научная новизна рзботы. Бпервне в России разработаны тснхоштеночные ыногослойшс мзгниторезиставккз запоминающие элементы и датчика шгшткого поля, создана теория из: проектирования, разработаны конструкция и технология изготовления, проведены окспергшэктальныэ исследования.

Предложеко использовать длл виз с то двух одшлаковых изглятта пленок кленки с рззгэткжн величина® шля аикзо'грэши (1^), что в АУРЗЭ сбеспечшает получение значительно большего сигнала при уменьшении управляющих токов по сравнена» о известняки ранее элементами, а в СШРЗЭ гюз!50ляет отказаться от нападения дополнительного фиксирующего слоя. Предложен коьый метод управления СВМРЗЭ с дйнаиичесхш считыванием, даэдай резкое увеличение сигнала считывания. Анализ областей работоспособности разных вариантов конструкция СК!КЗЭ позволил оценить их достс.шства а недостатки. Разработана сошеценная технология создания одшкрастальгах изгнитно-полупроводншсонах запойинзнгзк ячеек, обеспечиващзя. изготовление на одной подложке магниторезистпвных ззпомишшг;ях и полущюводггакошх упрззлящих влеиентоз. Разработаны, изготовлены и исследованы тестовые структура в виде <£рагиента АУР запоминающей матрицы иалой е «госта с внутренними шлупрою.гщшсоЕша кгаочаил. Разрзбо7знн я изготовлена образцы шюгоелойных дзтшков изгнанного шля на акязотропнои изгнктор-- зиспшноу в^фекте с различными соотношения« парадеггров, перспективные для применения как в качестве пороговых, так и в качестве гиалогозых преобразователей изггашюго поля. Предложенные и разработанные структуры ыагшггарэзистггопых элементов (датчиков и запоминающих влементов) я устройств на их основе, способы и схема управления зацнцевн 6 авторскими свидетельства!.?« и патентами (по 2 из них имеется положительных реаения).

Пракигсеская ценность работа. Результаты работы иогут быть кспользоаала пщ разработка иагиитореззстадЕЖ запошшайгд! устройств в используется при разработке датчиков магнитного поля. Лредложенша пршцж построснпл загюпкнваерп: элементов на основа длзеок с рэаниаа поляш анизотропия позволяет получать болъгшй сатнол ЩШЗЭ при шяьаак управляющих токах, а для СВ11РЗЭ - упростить техколзгиче изй: процесс. Разработанная соБпецзшхэя технология. обеспэщ-лзаот изготовление на одной подлоа;о 11РЗЭ и тодупроБодазжйгнх управлякцах влекентов. С^оруулпровгяше рскоизадащиз, по применению запо1йна:£Ещх елеиснтов уогут бить псполъсобзеу при проектировании ЫРЗУП8. Предлоязщазй иовай из •год управления СВМРЗЭ с дкнаьютесйиы считываклеы позволг-ет получить теоретически гюксимальный сигнал считнванля. Продгяаэнная многослойная структура и разработашше конкретные конструкщш используются щгл разработке датчиков магнжтого поля па гшзотропноа ьинпайторэзистивнои вффекте.

Реализация результатов работы. Прэддэ£екБне п разработанные структура «агпзторезастЕШШх олэизптов (датчиков и запо5сшащ2х алаиентов) я устройств на их основа, способу к схеш управления, а тагане результаты теоретзческпх л експержентакьЕых нссяодовений попользовала па прздцрлятЕях НПО "Пипулье", КШ Автоматики, НИН и1ргоям щи разработке влеизнтов на основе тонкошелочкых шогоашйшх шггшторезпс-тпвйых структур, а такае сод&рниццх в та' авекзшн устройств.

Апробация работа. Оояовше результаты работу докладывалась на Всероссийской совещании. по фазшсе иапштанх материалов (Астрахань, 1992 г.), Всеросизйксой ¡асолз-сешпарэ "Запо-шгаащ*е устройства ЭШ и шфриацнонных спстеы" (Астрахань, 1993 г.), 14 Всероссийски Екоде-секанаре "Ноше иагиитша иатерц&ш для ьгсфоапэктроники" (Уосква, 1994 г.), научно-техяпчоскоы со:шшрэ. "Проблеш записи ы хранения информации в

тзхеттдетях" (Шсхзэ, 1995 г.), научно-технической конференция "Орггштзацгаэшю-яравовкз, финансовые и научно-технические аспекта телсипденяя :i радков-зцзния" (Вэсква, 1996 г.), научно-техническом сеинаэре "Пржзкзиие «агннтних карт и ?й">«а ипфоризцга" (Суздаль, 1996 г.), 15 Всероссийской сколе-сеютаре Иогне магжгяше ызтетаалн мкфоэлектронккин Олоаша, 1996 г.).

Публшезши. По те «г диссертации спуб.тпсовзпо 26 печатан! работ. ОпублЕковзнпне работа достаточно полно отрзггззт оснсзйое содержание диссертации, а результаты» вклзченние в /"лссэртащгэ, шлученн автсрсн сг'лостоятельно.

Структура п объем днссертззди. Диссертация состоит пз вз?до!шя, 4 глав п зоклотегстя, изложениях па /49 стр. г-шишгопгсеого текста, содержит 54 рисунков п 1 таблицу; список литература хшэдаэт 96 названий.

С0ДШШ.Ш1Е РАБОТУ

Ео вваддкш обссисвагга актуальность тогш ясслздоезпзя, сфруулщзована цел» дпссертац'ш, пэре-ис.г.-зны. основные tt-iaeurje задачи.

В первой глзез галслхяа щкгацвпн действия загюмзназщаг элзиеитоз п датчиков улпштного поля на анизотропно:*, к слкн-веятнльвш ь'згнитсрезкстшзпнх зфузктах, приведены rssnнзйпкз соотгшзная, опЕеаваяетз работу елекзнтоз, а определены основнис- особенности "грэбовзнкЭ отдельный их. елд"Л.

Мзптторезпстивнкй а^&ект - пзмэемео . сопротивления иатгрпалз под дзйстш.еи ыпгеетпого поля. На ееяготзу сопротивления зляле? ор*ептгщ'.я вектора паусгшпенностп материала отпсснтслшо направления тока в нем плп (з определенная шюгссдойик топкопленощшя. структурах) отлагательная ориентация векторов изузгшченносш соседних

ферромагнитных пленок. Первую разновидность № вффекта принято называть анизотропным иагниторездетивдам (АИР) эффектов, а недавно открытая вторая разновидность условно называется .„гигантским" магниторезистившм (ШР) эффектом, причем внутри ГИР аффекта выделяют спин-вентильный ЫР &ффек?, проявляющийся в слабых полях и поэтоиу наиболее перспективный для применения в таких глассах элементов, как запоминаний элементы, датчики магнитного шля и считывавшие головки. Максимальное изменение сопротивления вследствие СШР аффекта соответствует переходу из состояния с параллельными намагниченностями в состояние, когда намагниченности антипараллельны, гли обратно. В тонкодленочннх структурах при нормальной температуре для АКР еффекта характерны величина коэффициента магниторезистивности (Ар/р) 1-2 %, для СВМР сэндвичей (структур с двумя магнитными слоями, разделеннши слоем немагнитного материала) - 6 - 12 а для многослойных СВМР структур - до 50 %.

НагкЕторезистЕвннй запоницащий глоыонт - минимальный функциональный влетит хранения щтфровой информации. Характеристика принципиально додана ей&ть гистерэзис. Очень ваяно, что ЫРЗЭ является массовым элементом, входящш в регулярную структуру - запоздтазсцую матрицу устройства, и отсюда - ге стоне требования к точности восп1 изведенкя п&раметров одемектов в процессе производства связи с не бозмогйюстыо иг последующей индавлдуальнсй подгонки, а тэкке к размерам элементов, их стоимости и энергопотреблению.

АМРЗЭ представляет собой многослойную полоску из двух слоев РеЕЮо пленки, разделенных тонким немагнктннм кзолирукхзш слоем с высокий удельным сопротивление',;. Расположение осей легкого намагничивания (ОЛН) - поперечное, Б такой структуре с разделением тока через нее (т.н. сенсорного, I..,,.1 в каздем из магнитных слоев полем тока

другого слоя создается поперечный ыагннтный поток, и эта потоки замыкаются друг на друга, что уменьшает размагничивающее действие длинных краев полоски. За „О" и „1н принимают два противоположных состояния с аитипараллелыаом векторами намагниченности магнитных пленок. Током в специальном управлящем проводнике (I ) создается дополнительное поле, перпендикулярное полю сенсорного тога. Одновременным действием двух перпендикулярных шлей МР пленки бистро перемагничиваятся вращением нагда-ниченности. Наличие дзух полей позволяет организовать произвольную матричзую выборку. Считывание основано на зашсямостл углов поворота векторов намагниченности в магнитных пленках под воздействием магнитного пола неизжитого направления от хранящейся информации.

Структура СШРЗЭ похсгз на структуру АМРЗЗ, но с згиеной пзолкрущего слоя на прослойку кз неьшгнатного иэталла ara сплава с вцсокой электропроводностью и в некоторых вариантах с добавление« анта^рроызгтатЕого слоя. Толг^аш шишак СВМРЗЭ меньше, чей АМРЗЭ (скало 5 - 10 ен вместо 20 ем), отличается ч лрхпетх действия. Распалаззгсж ОЛИ обычно "продольное. При пгигпгнпи шфркэдги пга'яггаиепкость слоя с »«нызш полей Ш?рСИаГтГШЗ£!НШ {"СТЗОбО^СГО" ИГА I^SKOKOSpiJl'nSTHOro) меаязт нэпртеимгЕв, что сопргсгдтся пгмаяетшец сспротнзлгггяя.

В сшсаткм тржте ^-уигяраз. гргзеазя а сегшзсзяя яп^ерклцзн объ>?дки5за. Вогкоззо и раздв.'ггпгэ ¡Зункщй: одзз каппидао згеяи хранят ид^отодцпю, а другпо, нашило сйлзсезм о сзрггйя я ;ts 3 COQtZB структуры с СШР

Счф.пло^.?, для сетгяяана/!.

Йазхгчекке изгакереззхтлшж да*5®!«® «агаггасго пела а гойэро» - гл в" ?згг?тгаа са$орудцап, а т to^^nts #йетзрг,зга'. в дзжай исиевз uaftjrcñáro. поля в' езяману. Дзтзи:: (ша

небольшая нх груша) обычно входит как единичный влемент г сложное и дорогое устройство, причем параметра датгвхз часто решащкм образом ьишот па пзраизтрц изделия в цеяом. Отсвда следуст основные отличия требований к датчикам магнитного поля от требований и ЗЭ. Могут бить необходимые жае&ность, минималышй гистерезис, шнрокие данаьазческЕЬ а частоткнй диапазоны, устойчивость к воздействию шлей, превшшк^гх измеряемый диапазон, и т.д. Дяя пороговых датчиков сниывется требование линейности, во могут бить уксточены другие требования, например, устойчивости к воздействии болъгах полей. Типичный ИРД представляет собой «остову» схему, к качестве всех четарех плеч которой нспаяьзоваин ызгниторезистора. Послздеиз исслэдованая в области тошгоплэночных 1ГРД обращены на СБа? структура, облегчашргг благодаря больазМ вглачжаз ИР ®4фгкта и более дааейпо® завнсщшстй сопротпвязная от паля дост££2ее& вгоЗходэш пнрометрсз подели«.

Вторая глаза посещена разработке АМРЗЭ, в т.ч. набору структура и гошлопш разрабйтиваешх агйизптог па освсг© теоретического зааяаза ш £8рж"горлстии, разработке тссъсшх образцов и их Ексаэргызщаяьвйгу всс^гдоваззаэ.

Предяогаш зсаодьзоодгь в здесзэ дц/г оданаглыи. плгпок с пожато!! савзозроетзй (511) шаши с ргг-ет^гз-к величяиЕгга гпзсотрсшга, хфЕйехадд хэдсто одаой эз ?Л шшошвзо'грогшую шешгу 1НД), что тсч-.-лаг£? сдаст^сисо увеличить евшая ще ушнь&онш 'гогоа уарггляшня.

В&бор структура Е гоосхшгс,. разрабиашзешх Едгьэптов

пронзюдайся ЕЗ ССЕОВв ¥еСр?"г£Ч5С&ОГО ШГЗЗ, Щ®Ч<?У 8

качестве оскоггша хераггтерасш: ЗЭ сей запаса г. считывания принята области работосооеобаоета (0?). Под о? 1Т35 щи записи к счк'ШЕэнЕа да будги иоктшь области ссчетапн£ величан токов в проводшае I к сеиссрасго внутри

которых выполняются условия: при зашей - запись устойчива, при счатнваняа - нет разрупегатя информация и евгнал 0е4 не ьгеяьяе некоторого выбранного значенияг

при устойчивой записи;

ир сен

пя /м лп лп

(1сен) без разрушения информации и при

При расчетах во второй главе, как и в последующих, рспояьзовзлась модель с одкеродшш распределением ндаагаичен-йостя во всем объеме КР плекхн реальных размеров и форт.

В качестве исходных данных задавались пара велитин управлящах полей и паршэтри плекок нз реального диапазона, затеи, исходя нз условия вдшвгуда анергии снстекы днух пленок, иетодоы перебора рапалясь система уравнений для велячак энергий:

2 • \ + Ч. + «г + V

\ = *Ав1аЧ * УУ5*1^

^ - 0.53В(Н&Е|) + 0.53и(КннР);

- " " У«^

где ^ - анергия гшизотропия; ^ - магкнтостаткческая анергия; Е,, - энергия вззктдейстекя двух НР пленок; Е^ -анергия во ваеетта магнктзых полях Н^, вюшчая поля от тока в ировадшках Н^ я сенсорного тока Нма (К^+^Н^); Яв кКд - коястантн «агпЕткоЙ акгглотрогая ЕЯ я Ш; бв а 0„ тещякы ЙР пленок; ф а ф - уг>Ег иекду ОЛН я векторами взизпжчешюстк н\; | н ^ - шля размагничивания, оозпика1Щ5 на кряях МР шлоска:

где - поверхностная плотность магнитных зарядов на краях пленки, г - координата Н, г - координата по шюцади интегрирования.

Результате« ревения оказывается набор значений углов поворота векторов намагниченности, удовлетворяющих ранге поставленный условиям для записи и считывания, с последующ вычислением сигнала считывания.

Анализ показал, что предлоаешше нами ЗЭ на основе пленок с разными ^ обеспечивает значительно больаий сигнал и требуют при втои игньшх управлящих токов, чем известные ЗЭ.

.Разработана совмещенная техиодзогша изготовления на одной подаояке полупроводниковых элементов и МРЗЭ. Ревена задача нанесекая черздущихся слоен «аогослоЯшй структура - ТЕТ£Ш/ {МР шжЕ1а)/кжш/(МР Еяешш)/шгаз - за одан технологический

цикл.

С учетом результатов проведешшх теоретических кссладо-.ванай е каекщихся технологических ьозшгяоетей спроектирова-ш, изготовлена и исследована с применение« для втого разработанных и пзготовлзшшх стендов тестовые структур! двух типов: запошоазацзя ячейка в вице полной мостовой схемы без упрагляащей еяеитрошгкк и фрапк-нт иагшторезнстиьной матрицы малой еггкоети с внутренние двунаправленными биполярш&и полупроводашсовш£1 ашчаш. Результаты проведешшх исследований позволила сделать вивод о возможности разработки на основе доступной наа технологии одаохрасталышх АЫРЗУТШ емкостью до десятков кбит (по ТЗ заказчика).

В третьей главе рассмотрена принципы построеш1я запшанБювда ьдеиекюъ на спиа-вептпьнои мэгниторезистивном г4фекте. Анализ областей работоспособности "разных вариантов

конструкцяи СШРЗЭ позволял оценить нх достоинства и недостатки.

Преимущества СВУР еффекта с точки зрения разработки ЗЭ -презде всего в значительно большей коэффициенте мапгаторезкстявноста {для двухслойных СВМР структур в 3 - 6 раз по сравнения со структурами на АМР эффекте), что приводит к резкому улучиени» таких параметров ЗУ, как плотность ш'Фориацга, быстродействие, энергопотребление н т.д.

Изет предложено использование в СВМР структурах вместо двух оденаковых внсококоэрцитивных магнитных пленок и фиксирующего слоя двух магнитных пленок с разными величинами Н^, что позволяет отказаться от дополнительного слоя и упрощает технологию.

Если пзаенениз напряжения на выходе постовой схема вследствие ЛР вф|экта суцгственно преветает изменения, глззашзые технологическим разбросом и другаи причинами, то возможно пряже измерение этого напряжения, называемое статический считыванием. Выявление хранящейся информации на фоне превнззщих НР еффект статических помех возможно в результате поворота при считывании вектора намагниченности хоть одной из магнитных пленок на некоторой угол. Такое считывание будеы называть динзмпческкн.

Возможны два варианта рясполо.-гения ОЛН в магнитной

пленке относительно элемента: продольное н поперечное. При

продольном располояении (Ж за "0й и "1" принимаются

устойчивые состояния с параллельным и антипарзллельныы

расположениями напгнкченностей высококоэрцитивной (или

^кеированней) и низкокоерцитивной (или свободной) пленок (М0

г! М. ). Направление )1 постоянно всегда. Пря записп н в

зеренэгничизается только НП. При считывании после подачи 1С(?П -добей, но рсегдэ одной иолярнссти производится автообнуление з усилителе, з при под&че тек?) формируется сигнал.

Поворот Мн не должен приодеть к разрушении евфорийЦЕН, и поетому полный перепад сопротивления для СВШ? эффекта прк продольном расположении ОЛК использовать не удается.

При поперечной расположении ОЛК использовать для хранения состояние с параллельным расположением ^ п не удается кз-зо его неустойчивости. Наш предгоаек метод функционирования СВМРЗЭ с поперечным расположением ОЛК, использующий только устойчива состояния с акпшараллельщаеа векторами намагниченности в магнитных пленках н с перемагничиванием ВП при записи.

При записи перемагнячнвается ВП, а .И при хранении

Л '

всегда антипараллелен При считывании под действием полей токов неизменного направления поворачивается в

противоположную сторону или не поворачивается, в зависаиостя от своего презкнего полоаешгя, а ВП при атом не должна перемагшгшваться. Достоинство проддогеиного способа - в возможности полного перемагничивания НП при счатпьанвя баз разрушения информации, что позволяет резко (в 4 - 10 раз) увеличить сигнал.

В ЗЭ со статический считыванием, где состояниям "0* и "1й соответствуют параллельное е антипзралледыюе взаимные расположения 1"в к реализуется практически максимальный перепад сопротивлений.

Структура ЗЭ с объединенными функциями хранения н считывания информации качественно на отличается от структура с динамическим счнтавзкиеи и с продольным расжитеннеи ОЛН. Поотому можно использовать только элемента с продольный расположением ОЛН. Пра зашей перемапшчавается толкя свободная пленка. Считывание производится пра протеказни одного тока I . необходимого только для изиереикя

Сей

сопротавлеявя.

-13В 33 с рззделъндаа элементеет хранения в считывания Фуккщгп храпения а считывания пнформащт разделены. Прн ззшса совместимы действием шлей двух токов перемзгничнваетса Ллепка области хранения, а намагниченность магнитно связанной с ней свободной (или низкоковрцитивноЯ) ялеаки элемента считывают с СЙ!Р вффектом всегда гштйпаралледьна ей.

На основании теоретического анализа произведены:

- оценка прещуг^ств СЕЖЗЭ с динамическим считыванием, состроенных с пспользозанвеи ' предлсвенного метода

I

'1-уЕКЦяопироваяия а сбэ сне 'статья значительно больший сигнал, чем а известных ¿уз 1334 г. работах зйрубеязых авторов;

- срвшвшге различных тетгов СЕЧРЗЭ со статическим сппгызакш.* с гочкя зрения величины сигнала, величины я отЕОсятедыгого .^апазшп готов управления, ' а такте подь*ртаннксста хшстгл трудггоколгролзруешх обменных полей, позволяющее прг.,^с,гогЕ1ть манбольэуэ пзрспектявкость варианта с разделывал: облзсгеыа хракензз п считывания без фяхсйоузсг.его слоя, т.е., кэ основе пленок с разнымз полями анизотропна;

- ерзвш'нпе осеошух достоинств в недостатков элементов с дннкгучеекг.-зз в стзглчесй*.^ счмтыванаеи, определящих еезкозевй ООЛЙСГЗ ал щ^-^кгзпл.

Четвертая глава тоег^щеЕз разработке датчя^ов магнитного ПОЛЛ, ЕСПСЛЬЗУЕГЗОЕ -ШР О^вЯТ.

Нз ос*юэе сракастал результатов теоретического анализа герягсгерксгзн одаослойямх и ккого&газйЕка АНРД обоснован выбор для ксадедогяшй кзогссдойшх НР структур, отличаксися пра тех ае пзр.'?у?трах одгиатках плекск я рззаерах в несколько раз больвей чуьетЕтлелг.иС'СТЬЮ.

Проведен аньлн? характеристик «исгослойных АМРД и дана сценка эатптенггети их характеристик от параметров ел?ментов

конструкции. Спроектированы, изготовлены к исследованы несколько вариантов таких датчиков. Экспериментальные исследования изготовленных датчиков подтвердили преимущество многослойных датчиков в отношении чувствительности и показали значительно меныаий (в Ъ - 10 раз), чем у однослойных АЫРД, гистерезис, а также возиокность использования многослойных датчиков без дополнительных источников смещащях полей.

Теоретический анализ характеристик, экспериментальные исследования изготовленных датчиков на АИР эффекте с сравнение с параметрами конкретных зарубежных разработок СВМРД показали, что разработанные многослойные ШРД перспективны для применения как в качестве пороговых, так и в качестве аналоговых преобразователей магнитного поля в таких классах устройств, как, например, прибора керазрушаицего контроля стальных труб, где превде всего необходгшы устойчивость к воздействию больших полей, малые размеры датчиков для повышения пространствешюЁ разреаащзй способности дефектоскопов, возиожость изготовления лшеек датчиков интегральным способш, низкая стозаюсть.

В приложении приведены акта об использовании научных результатов диссертации.

Основные результаты. В итоге теоретических и ввспкрнмгз-тальных работ, направленных на разработку заиомнна'йццж елеиентов' с датчиков на аявзотроиаоа «¿«пипоргзаставаси вффекте и ксследовмае пршищпов построения зйшшхкщнх элементов на сшш-вентплк!01! магнаторсздстиЕШц эффекте, получены следу щце основные; результата:

1. Предложи новый пр:ащип построэпня юглиторегасизйак: запоышащих элементов на основе двух мапглпии хи;знск с разными поляка ааизотрошы. Пралекенис иоеого ¿¡¡^ихет^ построения закшнзщах .влеазатов' ирЬьожв.х'.. ъ. случае

узеличить сигнал считывания по сравнению с известными структурами с одновременным уменьшением токов'управления, а в спин-вептилышх запсшнзщих элементах приводит к упрощению технологии за ¿чет отказа от нанесения специального фиксирующего слоя.

• 2. Предлокен новый метод управления спин-вентильными за-поминакцимл элементами с динамическим считыванием, позволягязгй применять элементы с поперечным расположением ОЛИ и дающий резкое увеличение сигнала считывания.

2. Разработана сошещенная технология создания однокристальных магкитно-шлупроводшпсовых запомийающих ячеек, обеспечивавшая изготовление на одной подложе УРЗЭ и полупроводниковых управляищгх элементов. Для атпх ячеек разработана схеыа л отработана технология изготовления двунаправленных биполярнкх ключей ксуцутаггая ЫР запоминающих элементов, а такге разработана и изготовлены испытательные стенда.

3. Разработаны, изготовлены п исследованы тестовые структуры однокристальных мзгниторезистивных запоминающих ячеек па анизотропном ИР аффекте, содержащие на кремниевой подложке МР запоминазицие элемента и полупроводниковые ключи для их коммутации.

4. Анализ областей работоспособности разных вариантов конструкции спин-вентильных магниторезистивных запоминающих елементоз со статическим считыванием показал предпочтительность элементов без фиксирующего слоя и варианта с раздельными областями хранения и считывания.

5. С использованием результатов теоретических исследований разработзны и изготовлены образцы многослойных датчиков магнитного поля на анизотропном ГДР ефф?кте с различными соотношениями магнитных и технологических. параметров. Как теоретический анализ характеристик, так и экспериментальные исследования . изготовленных. датчиков показали, что

разработанные многослоГшые датчики перспективна для применения как в качестве пороговых, так и в качества аналоговых преобразователей магнитного поля.

6. Сформулированы рекомендации по применению магкнторэ-зистивных запоминающих элементов при проектщювЕЕИК запоминащих устройств с произвольной выборкой.

7. Предложенные и разработанные структуры магннторезп-стиеных элементов (датчиков и запсилнзяццх вло1'.онтов) и устройств на их основе, способы и схеш управления гзщщахы авторскими свидетельстами и патентами и вместе с результата;!!! теоретических и экспериментальных исследований ' использованы на предприятиях НПО "Импульс", НИИ Автоматики, НИИ "Аргон" при разработке олементов на основе тонкопленочшх многослойных магниторезистивгшх структур к содерлацах зтз влементы устройств.

Основше результаты диссертационной работы изложены в следувцих опубликованных работах:

1. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Муравьев к.Ii. Гистерэ-зисные внергонезавнскмые тонкошшночкые запоминасциз устройства //Зарубежная электронная техника. 1990. ü 10. С.43...55.

2. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Цуравьев A.M. Перспективные ыапшторезистиьше запо^ннащке устройства //Приборы и систеш управления. 1992. S 4. С.15,16,18.

3. Н.П.Басильева, С.Н.Касаткин, А.и.Ыуразьев, А.Ю.Чубаров. Исследование тонконленочных ^гшгаорззнстЕшшх ячеек паиятн.- В кн.: Тез. докл. Всерос. совел;, но физике магнитных материалов. Астрахань. 1992. С.146...147.

4. Касаткин С.И., Муравьев A.LI. Иагннторезистазный датчик. A.C. СССР Jü 1807534. 1993. Ш. £ 13-

-175. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, A.M.Муравьев. Разработка п исследование многослойных тонкопленочных магниторезистивных олзиентов. - В кн.: Тез. докл. Всерос. ж. "Запоминающие устройства ЭВМ п информационных систем". Астрахань. 1993. С.29.

•6. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Муравьев A.M. УаггпторззястаЕняе датчики на тонких ферромагнитных пленках. //Прибор.1! и системы управления. 1994, й 8, с.20...23; 1994, Ü 12, с.26...28.

7. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Муравьев A.M. Тонко-шюночнне иагниторезпстивные датчики. //Зарубежная электронная техника. 1994. Ä 4-6. С.56...76.

8. H.P.Vasilieva, S.I.Kasatkin, A.M.Muraviev. A New Spln-Välve i'ognetoreßistive Access Memory (MRA11) Elements. //Digest IISTERMAG Conf. San Antonio. 1995- AP-04. '

9» Н.П.Васильева, В.И.Вартанян, К.К.Вериидуб, С.И.Касат-ш, A.M.Муравьев, В.В.Панкратов. Однокристальные магниторе-зкстивные запоминающие ячейки для устройств с произвольной виборкой. - В ich.: Тез. докл. 14 Всерос. шк.-сем. "Новые магнитные материалы для микроэлектроники". М. 1994. Часть 3. С.40...41.

10. H.H. Аверин, Н.П.Васильева, С. И.Касаткин, A.M.Муравьев, А.Н.Носков. Разработка и исследование тонкопленочных двухслойных магниторезистивных датчиков. - В кн.: Тез. докл. 14 Всерос. шк.-сем. "Новые магнитные материалы для микроэлектроники". М. 1994. Часть 3. С.42...43.

11. Васильева Н.П., Грановский A.B., Касаткин С.И., Муравьев A.M. Ззпоминагщие элементы на основе магниторезистивных тонкопленочных многослойных структур. //Зарубежная электрош!ая техника. 1995. Я 1. С.32...60.

-1812. Н.П.Васильева, В.К.Вартанян, К.К.Еернидуб, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев, В.В.Панкратов. Однокристальные кагнито-резмстивные запоминающие ячейки для устройств с произвольной выборкой. /ДЬофовлектрогаиса. 1995. Т.24. В 4. С.275...280.

13. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Муравьев А.У. Перспективные спин-вентильные магкиторезистивныо запсжнащие элементы. //Автоматика и телемеханика. 1993- Й 10. С.147...158.

14. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Аверкн H.H., Муравьев А.М., Носков А.Н. Разработка тонкоплэкочпых двухслойных магшггорезистивных датчиков. //Црибори и систеш управления. 1995- * 2. С.24...26.

15. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.И.Муравьев. Тонкопленочные шогослойные магнкторезистивнке влемзнтн автоматики и вычислительной техника. - В кн. Тез. докладов научно-техн. семинара "Проблема записи к хранения информации в телевидении". М. 1995. С.21...22.

16. Н.Н.Аверин, С. Л. Добрынин, С.И.Касаткин» А.U.Муравьев, А.Н.Носков. Магнкторззистивный датчик. Патент Ш » 2066504. 1996. Б.И. £ 2517. Н.П.Васильева, - В.К.Вартанян, С.Й.Каса'паш,

А.Н.Муравьев. Ыагкиторезистивная ячейка памяти. Патент PS А 2066483. 1996. Б.И. J6 25.

18. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев. Разработка элементов с гигантской магниторезиставностьв. - В кн.: Тез. докл. конф. "Организационно-правовые, финансовые к научно-технические аспекты телевидения и радиовещания". М. 1996, С.23.

19. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев. Работоспособность спин-вентильных магниторезистйвных запоминающих элементов. - В кн.: Тез. докл. 15 Всерос. шс.-семкн. "Новые магнитные материалы микроэлектроники". М. 1996. С,192.

-1920. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.Н.Муравьев, А.Н.Носков, Н.Н.Аверш. Топкопленочные многослойные магниторезистивине элемента. - В кн.: Тез. докл. научно-техн. сем. "Пржденение rjarmmmx карт и защита информации" Суздаль. 1996. С.23...25.

' 21. H.P.Yaeilieva, S.I.Kasatkin, A.U.Muraviev. Hulti-layered Ж вепзогв. //Digest of 1st European Magnetic Sensors and Aotuatora CoaT. Iasi. Romania. 1996. P.A1-35.

22. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев. Запоминащий элемент на спин-вентильном магниторезистивном еффекте. Патент РЗ Л 2С66484. 1996. Б.И. $ 25.

23. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Муравьев A.M. Анализ ые-годов управления и. работоспособности спин-вентильных маптторезистатшх . запожнзщнх элеиентов. //Автоматика и laxcMîxsictîia. 1997 (в печати).

21. Вгсильеза Н.П., Касаткин С.И:, Муравьев А.Ы. Элгу.энти на ферромагнитных тонхопленочиых многослойных структурах. //Прзбсры и систета управления. 1997. (В печати)

25.. Н.И.Взгальева, В.И.Вартанян, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев. Цапс1Торезксг.шная ячейка памяти. Заявка на патент РФ 7? 94013699/09- Положтельное решение.

26. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.М.Ыуравьев. Статическое зажкатата-ее устройство со считыванием па основе спин-Ееш1!лъпого напшторззиспшного эффекта. Заявка на патент РФ 'î 95118609/25- Полоштельное решение.

Личный вклад диссертаитз. Личный вклад диссертанта s работы, сиубякковашше з соавторстве, состоит в следующем: в /3,5,9J2/ - разработаны схеш тестовых структур запоминающей матр-'ищ, двунаправленных ключей для коилутации запоыинавдих элементов, непитательных стендов, рассмотрены вопросы построения З.УШ ira разработанных элементах; в /8,13,18,19,23/ - произведен анализ областей работоспособности запошшагдих

влементов, предложена структура парьтегров для сравнения вариантов; в /10,14,15,20,21/ - произведен предварительный анализ характеристик датчиков, разработаны стенда для их испытаний; изобретения /4,16,17,22,25,26/ и. обзорн /1,2,6,7,11,24/ - результат коллективной работы соавторов, внесших равный вклад в создание предлоЕеншх устройств и опубликованных статей.

??.Пу>. Ц;,.ЧГМ