元件新領域：磁電子器件及其應用

3 巨磁電阻隨機存取存儲器（MRAM）

這是采用納米制造技術，把沉積在基片上的SVGMR薄膜或TMR薄膜制成圖形陣列，形成存儲單元，以相對兩磁性層的平行磁化狀態和反平行磁化狀態分別代表信息“1”和“0”；與半導體存儲器一樣，是用電檢測由磁化狀態變化產生的電阻值之差進行信息讀出的1種新型磁存儲器。給導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，完成信息寫入。在用SVGMR膜作存儲單元時，由于其中1磁性層的磁化被反鐵磁性層（釘扎層）固定在一個方向上，所以，存儲器只用另1層的磁化反轉工作。這樣，在讀出時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SVGMR膜，通過調節工作電流，就能夠以各磁性層單獨地磁化反轉達到非破壞讀出。為了有選擇地將信息寫入2元排列的存儲單元群，使用由字線和位線電流產生的合成磁場來實現。目前認為，讀信息時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中的電容器構成的。在實際的MRAM中，尚需加上位地址指定編碼電路、施加脈沖電流的驅動電路及讀出用傳感放大電路等。

MRAM潛在的重要優點是非易失性，抗輻射能力強、壽命長。這些是DRAM、SRAM等半導體存儲器所不具備的性能。同時，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。因此，MRAM不僅被軍事和宇航業界所看重，而且在迅速普及的數碼照相、移動電話及多媒體信息處理等廣闊的民用市場中得到應用。正因為如此，美、日、歐等發達國家和地區及高新技術產業界都十分重視這項新技術，正投巨資加快產品的商業化。據Infineon公司報告，他們將在2004年使256MbMRAM芯片商品化。日本行家估計，1Gb的產品將在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立地埋入若干單疇磁性元件，每個元件都有精確規定的形狀和預先指定的位置。最重要的是，這些元件有強的磁化。這種磁化和MRAM一樣，是不加外磁場的磁化，并且只有兩個穩定的狀態：數量相等而方向相反的狀態。每個單疇元件的磁化方向代表1個二進制信息位“0”或者“1”。根據磁化方向，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，輔以反應離子刻蝕而成。最近，還開發出1種高效低成本的nanoimprit lithography印刷術。開關（轉換）磁化方向需要的磁場，通過精心設計的元件尺寸和形狀來控制。

和傳統的HDD比較，QMD有如下幾個優點：每位的磁化會自行量子化；量化寫入過程，可以消除對寫入頭高精度定位的要求；細小而平滑的分立轉變層，允許高密度數據堆積，存儲密度在100Gbpi以上，而開關噪聲可接近零；有內置的讀/寫位置精密跟蹤機構；克服了現有磁存儲器存在的超順磁性極限的一大缺點。nanoimpritlithography印刷術的開發成功，為QMD的商品化開辟了光明的前景。

5 結束語

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

磁電子學是一門近年飛速發展的新興學科。對它的研究都可以歸納為對自旋極化電子輸運特性的研究。未來的研究方向將在尋找百分之百自旋極化材料、自旋注入技術以及自旋極化輸運的基礎理論研究中展開。與此同時，還將開發高效低成本的應用技術及設備儀器|儀表。對磁電子學的深入研究必將對物理學和電子技術的發展產生深遠的影響；同時對其應用技術及相關設備儀器的開發高新技術產業、國防和人類生活作出重大的貢獻。