[发明专利]一种四进制磁性存储单元

说明书

一种四进制磁性存储单元，由磁性材料组成十字形结构，包含水平方向磁臂和竖直方向磁臂以及磁臂交叉的四种磁化状态的十字交叉结，当水平方向磁臂和竖直方向磁臂分别形成上下、左右磁化方向时，十字交叉结处能稳定存在四个磁化方向，将交叉结的四种磁化方向定义为四进制的“0”、“1”、“2”、“3”；写入数据时，磁头改变水平或竖直方向磁臂的磁化方向，进而改变十字交叉结处的磁化方向；读取数据时，磁头通过电磁感应来读出十字交叉结处的磁化方向。

技术领域

本发明涉及微电子存储器件，更具体地，涉及基于磁性材料的四进制数据存储单元。采用磁性材料为软磁合金如Fe₂₀Ni₈₀的存储器件。

背景技术

磁介质存储器是目前使用的最广泛的数据存储方式。在磁介质存储器中，信息被记录在薄层磁性材料上，这个薄层被划分为许多特定位置的基本磁性存储单元，每个磁性存储单元中，方向相反的磁化强度被定义为二进制编码“0”或“1”。如图1所示，每一个小方格代表一个基本磁性存储单元，其内部的箭头表示磁化方向的不同。磁头是一种电磁元件，当有电脉冲通过磁头时，会产生相应的磁场，此时让磁头通过一系列磁性存储单元，磁性存储单元中的磁化强度方向也会随之变化，即使电脉冲消失后，其内部的磁化强度也能稳定保持在电流消失前的状态，也就是说，这些存储单元可以存储电脉冲序列的状态，该过程中完成了电磁转换，即数据的存储。反之，如果磁头通过一系列已存有信息的磁性存储单元，由于电磁感应，磁头可以把磁性存储单元里的磁化状态转换为电脉冲，完成磁电转换，即数据的读取。在读写过程中，磁头悬空通过磁介质的表面，并不直接接触。

上世纪九十年代末期，巨磁电阻效应(Baibich,M.N.,Broto,J.M.,Fert,A.,Nguyen Van Dau,F.&Petroff,F.Phys.Rev.Lett.61,2472–2475,1988)的发现为新型的磁介质存储器件提供了结构基础。1994年，IBM公司研制出基于巨磁电阻效应的磁头，使当时的磁介质存储密度提高了17倍。然而，进入新世纪以来，磁介质存储密度的提升逐渐放缓。基于原有磁存储单元结构的磁盘容量遭遇了瓶颈，因此，人们将视线转向各种磁微小结构以期发现新型的存储单元。一种十字形磁小结构在交叉结区域表现出四种磁化状态(Y.B.Xu.et al.Phys.Rev.B 61,R14901,2000)，其大小只有1μm左右，相对目前的磁存储单元，单个存储单元容量提升了一倍，而整体磁层的存储容量将呈指数增长，实现超大容量的数据存储。

发明内容

本发明目的是，提出一种四进制磁性存储单元，基于十字形磁性材料结构，利用十字交叉结处的四个稳定磁化强度状态来存储数据。一方面，通过磁头改变上下左右四个磁臂的磁化强度来完成数据的写入，另一方面，通过磁头与交叉结处磁化强度的电磁感应来完成数据的读取。

本发明技术方案：一种四进制磁性存储单元，磁性材料组成十字形结构，包含水平方向磁臂和竖直方向磁臂以及磁臂交叉的四种磁化状态的十字交叉结，当水平方向磁臂和竖直方向磁臂分别形成上下、左右磁化方向时，十字交叉结处能稳定存在四个磁化方向，将交叉结的四种磁化方向定义为四进制的“0”、“1”、“2”、“3”；写入数据时，磁头改变水平或竖直方向磁臂的磁化方向，进而改变十字交叉结处的磁化方向；读取数据时，磁头通过电磁感应来读出十字交叉结处的磁化方向。

所述的磁性材料为Fe₂₀Ni₈₀。

磁性基本存储单元为所述磁性材料组成十字形结构。

写入数据时改变水平或竖直磁臂的磁化方向；读取数据时读取十字交叉结处的磁化方向。

所述的磁性材料为软磁非晶合金Fe₂₀Ni₈₀且为薄膜。Fe₂₀Ni₈₀薄膜由真空溅射制备，并通过电子束刻蚀得到十字形四进制基本存储单元。