元件新領(lǐng)域：磁電子器件及其應(yīng)用

3 巨磁電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM）

這是采用納米制造技術(shù)，把沉積在基片上的SVGMR薄膜或TMR薄膜制成圖形陣列，形成存儲(chǔ)單元，以相對(duì)兩磁性層的平行磁化狀態(tài)和反平行磁化狀態(tài)分別代表信息“1”和“0”；與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一樣，是用電檢測(cè)由磁化狀態(tài)變化產(chǎn)生的電阻值之差進(jìn)行信息讀出的1種新型磁存儲(chǔ)器。給導(dǎo)體圖形加上脈沖電流，只使兩磁性層中的1層（自由磁層）磁化反轉(zhuǎn)，完成信息寫入。在用SVGMR膜作存儲(chǔ)單元時(shí)，由于其中1磁性層的磁化被反鐵磁性層（釘扎層）固定在一個(gè)方向上，所以，存儲(chǔ)器只用另1層的磁化反轉(zhuǎn)工作。這樣，在讀出時(shí)一旦記錄的信息被消去（破壞讀出），只要把兩磁性層做成厚度不同或者矯頑力值不同的準(zhǔn)SVGMR膜，通過調(diào)節(jié)工作電流，就能夠以各磁性層單獨(dú)地磁化反轉(zhuǎn)達(dá)到非破壞讀出。為了有選擇地將信息寫入2元排列的存儲(chǔ)單元群，使用由字線和位線電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)。目前認(rèn)為，讀信息時(shí)單元選擇最有希望的是CMOSFET電路；它基本上是用磁性體代替DRAM中的電容器構(gòu)成的。在實(shí)際的MRAM中，尚需加上位地址指定編碼電路、施加脈沖電流的驅(qū)動(dòng)電路及讀出用傳感放大電路等。

MRAM潛在的重要優(yōu)點(diǎn)是非易失性，抗輻射能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)。這些是DRAM、SRAM等半導(dǎo)體存儲(chǔ)器所不具備的性能。同時(shí)，它又兼有后者具有的大容量、高速存取、低成本、高集成度等特點(diǎn)。因此，MRAM不僅被軍事和宇航業(yè)界所看重，而且在迅速普及的數(shù)碼照相、移動(dòng)電話及多媒體信息處理等廣闊的民用市場(chǎng)中得到應(yīng)用。正因?yàn)槿绱?，美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)界都十分重視這項(xiàng)新技術(shù)，正投巨資加快產(chǎn)品的商業(yè)化。據(jù)Infineon公司報(bào)告，他們將在2004年使256MbMRAM芯片商品化。日本行家估計(jì)，1Gb的產(chǎn)品將在2006年～2007年上市。

4 量子化磁盤（QMD）

QMD的基本概念是在非磁性盤基中獨(dú)立地埋入若干單疇磁性元件，每個(gè)元件都有精確規(guī)定的形狀和預(yù)先指定的位置。最重要的是，這些元件有強(qiáng)的磁化。這種磁化和MRAM一樣，是不加外磁場(chǎng)的磁化，并且只有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：數(shù)量相等而方向相反的狀態(tài)。每個(gè)單疇元件的磁化方向代表1個(gè)二進(jìn)制信息位“0”或者“1”。根據(jù)磁化方向，QMD可以有兩種模式：垂直磁化QMD和橫向磁化QMD。前者用磁柱，后者用磁條帶。這些磁性柱子或條帶，采用X射線或電子束平版印刷，輔以反應(yīng)離子刻蝕而成。最近，還開發(fā)出1種高效低成本的nanoimprit lithography印刷術(shù)。開關(guān)（轉(zhuǎn)換）磁化方向需要的磁場(chǎng)，通過精心設(shè)計(jì)的元件尺寸和形狀來控制。

和傳統(tǒng)的HDD比較，QMD有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：每位的磁化會(huì)自行量子化；量化寫入過程，可以消除對(duì)寫入頭高精度定位的要求；細(xì)小而平滑的分立轉(zhuǎn)變層，允許高密度數(shù)據(jù)堆積，存儲(chǔ)密度在100Gbpi以上，而開關(guān)噪聲可接近零；有內(nèi)置的讀/寫位置精密跟蹤機(jī)構(gòu)；克服了現(xiàn)有磁存儲(chǔ)器存在的超順磁性極限的一大缺點(diǎn)。nanoimpritlithography印刷術(shù)的開發(fā)成功，為QMD的商品化開辟了光明的前景。

5 結(jié)束語

以上簡(jiǎn)單介紹了幾種目前已經(jīng)實(shí)用化或者接近實(shí)用階段的磁電子器件。此外，還在積極研發(fā)GMR生物傳感器、自旋晶體管、自旋閥晶體管、自旋發(fā)光二極管等新型磁電子器件。

磁電子學(xué)是一門近年飛速發(fā)展的新興學(xué)科。對(duì)它的研究都可以歸納為對(duì)自旋極化電子輸運(yùn)特性的研究。未來的研究方向?qū)⒃趯ふ野俜种僮孕龢O化材料、自旋注入技術(shù)以及自旋極化輸運(yùn)的基礎(chǔ)理論研究中展開。與此同時(shí)，還將開發(fā)高效低成本的應(yīng)用技術(shù)及設(shè)備儀器|儀表。對(duì)磁電子學(xué)的深入研究必將對(duì)物理學(xué)和電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響；同時(shí)對(duì)其應(yīng)用技術(shù)及相關(guān)設(shè)備儀器的開發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國(guó)防和人類生活作出重大的貢獻(xiàn)。