УСТРОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МАГНИТОЭЛЕКТРОНИКИ 2
План лекции
1. Вертикальные блоховские линии.
2. Устройства обработки сигналов на МСВ
3. Запоминающие устройства на магнитных вихрях
Литература
1. Щука А.А. Функциональная электроника: Учебник для вузов: - М.: МИРЭА, 1998.
2. Аваев Н.А. и др. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов/ Н.А. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин.–М.: Радио и связь, 1991.– 288 с.
Вертикальные блоховские линии
Уменьшить размер носителя информации можно и перейдя на ЗУ на вертикальных блоховских линиях. Информационный массив в этом случае формируется из страйпов.
В 1983 г. была показана возможность кодирования информации с помощью более мелких объектов — пар вертикальных блоховских линий (ВБЛ), заключенных в доменной границе (ДГ).
Доменная граница представляет собой переходный слой, где вектор намагниченности М изменяет свое направление на противоположное (в центральной части ДГ он горизонтальный). В зависимости от направления М в разных участках центральной части доменная граница может иметь различные структуры.
В полосовом домене с простейшей структурой вектор намагниченности M всюду параллелен границе.
Рисунок 14 – Полосовой домен с простейшей структурой
Полосовой домен с более сложной структурой содержит два участка (1 и 2), где векторы M параллельны границе, но противоположно направлены (сегменты Блоха) (Рис. 15).
Рисунок 15 – Полосовой домен со сложной структурой
Между сегментами Блоха расположены переходные слои, в центральной части которых вектор намагниченности перпендикулярен границе.
Переходные слои проходят перпендикулярно поверхности и представляют ВБЛ.
Рисунок 16 – Полосовой домен с ВБЛ
Пример однополярных ВБЛ (в них векторы M направлены противоположно по отношению к центру домена) изображен на рис. 15.
ВБЛ могут передвигаться вдоль доменных границ.
При сближении между ними возникают силы обменного взаимодействия, которые отталкивают однополярные и притягивают разнополярные ВБЛ. В результате чего происходит их аннигиляция и ДГ приобретает простейшую структуру.
Устойчивыми являются только пары однополярных ВБЛ. Поэтому они используются как носители информации.
Длинный полосовой домен является регистром, хранящим большое число бит информации (Рис. 17).
Наличие пары ВБЛ в определенном месте ДГ соответствует хранению лог. 1. а отсутствие - хранению лог. 0.
Минимальное расстояние L между соседними ВБЛ (минимальная длина элемента памяти) определяется отталкиванием однополярных ВБЛ и составляет около 0,2 d, где d – ширина домена(порядка диаметра ЦМД).
Площадь, приходящаяся на один элемент памяти, примерно 0,2d2, что почти в 100 раз меньше, чем в схемах на ЦМД.
Рисунок 17 – Регистр на основе полосового домена
Для фиксации положения ВБЛ создают периодический магнитный рельеф вдоль полосового домена. Для этого в эпитаксиальной пленке формируют области, состоящие из узких полосок. Полоски расположены перпендикулярно направлению полосового домена. Полоски получают методом ионного легирования (например, Ne).
На границе этих областей возникают механические напряжения и вследствие явления магнитострикции дополнительное магнитное поле. Это поле фиксирует ВБЛ.
Магнитный рельеф можно формировать:
травлением неглубоких канавок в эпитаксиальной пленке;
нанесением на поверхность полосок из магнитного или немагнитного металлического материала (Cr, Au).
Положение самого полосового домена страйпа на кристалле фиксируется аналогичными методами.
Продвижение ВБЛ вдоль ДГ осуществляется под действием импульса поля подмагничевания, направленного перпендикулярно поверхности.
Продвижение ВБЛ на одну позицию обеспечивается соответствующими амплитудой и длительностью импульса.
Операция записи. Отрицательную ВБЛ, находящуюся в вершине страйпа, переводят в другое положение (Рис.19).
Рисунок 19 – Перевод ВБЛ из вершины страйпа
Прилагая к вершине страйпа импульс поля смещения, можно получить пару ВБЛ разных знаков (Рис.20).
Рисунок 20 – Формирование пары ВБЛ разных знаков
Положительную ВБЛ переводят в вершину страйпа (Рис.21).
Рисунок 21 – Перевод ВБЛ в вершину страйпа
Определяют ЦМД и уничтожают ее путем аннигиляции, например (Рис. 22). Итогом генерации является отрицательная пара ВБЛ в вершине страйпа. Наличие пары отрицательных ВБЛ соответствует логической 1, а ее отсутствие - логическому 0.
 |
Рисунок 22 – Запись ВБЛ с использованием ЦМД
Операция считывания. На пару проводников подается импульс тока, и концы страйпов сближают. Происходит репликация (отделение) ЦМД, который каналируется в регистр вывода информации и затем детектируется. На конце страйпа сохраняется отрицательная ВБЛ.
 |
Рисунок 23 – Считывание ВБЛ с использованием ЦМД
Канал ввода информации состоит из
генератора ВБЛ,
доменопередвигающей структуры с числом позиций, равной числу страйпов,
токовых шин.
Эта система осуществляет преобразования типа ЦМД→ВБЛ.
Канал вывода информации имеет в составе систему репликаторов (по числу страйпов), осуществляющих преобразование типа ВБЛ-ЦМД.
Сформированная кодовая последовательность ЦМД направляется в детектор, где происходит считывание информации.
Информационная емкость ЗУ на ВБЛ достигает 1,5·109 бит.
Разрабатываются "интеллектуальные" ЦМД-ВБЛ системы, в которых на одном кристалле размещены логический процессор и информационный массив. В такой системе можно обрабатывать информационные массивы в реальном масштабе времени со скоростью выше 1010 байт/с.