3.1.2. .1. Quá trình đọc
Thiết bị được đọc bằng cách đo điện trở tác động của cấu trúc, nó có liên quan tới chức năng trạng thái của lớp không từ. Để làm được điều này lớp không từ được kết nối với một dây dẫn điện, được gọi là bit line, và lớp đáy được kết nối với một transistor có thể đóng (turned on). Sau đó cấp dòng điện cho bit line, dòng điện sẽ chảy qua bit stack và đồng thời cũng qua transistor.
Để truy xuất trạng thái bit, điện trở bit được so sánh với giá trị điện trở nằm giữa
giá trị bit cao (Rhigh) và bit thấp (Rlow). Giá trị điện trở mằn trong khoảng Rhigh và
Rlow phải được giảm khi. Vì vậy tồn tại một giá trị điện thế thuận lợi để đọc l à xấp xỉ 30 mV. Đây là giá trị khá cao so với những mạch tích hợp ngày nay
HV: Lê Phúc Quý Page 29
3.1.2. 2. Quá trình ghi
Một bit được ghi bằng cách cấp từ trường ngoài cho lớp tự do (free layer) để đảo ngược sự từ hóa. để làm được việc này transistor tắt (turned off) và những dây dẫn điện khác được thêm vào phía dưới bit cell, được gọi là digit line hay word line. Khi cấp nguồn cho cả hai dây bit line và digit line, chúng có thể tạo ra hai từ trường, khi chúng kết hợp lại có thể đảo ngược sự từ hóa của lớp tự do (free layer). Dòng điện trong digit line được giữ cố định, nó tạo một từ trường dọc theo trục khó bị từ hóa (hard axis) của lớp tự do. Hướng của dòng điện trong bit line có thể được chọn, do vậy từ trường tạo ra có thể âm hoặc dương. Từ trường này được phân bố dọc theo trục dễ bị từ hóa (easy axis) của lớp tự do
Hình 3.5. Ảnh chụp một MRAM phát triển bởi SPINTEC. 3.2. Transitor sử dụng tiếp xúc spin xuyên hầm.
HV: Lê Phúc Quý Page 30
Transitor từ xuyên hầm cũng là một cấu trúc ba cực trong đó cực đáy là một lớp sắt từ đơn, kèm theo một lớp vật liệu xuyên ngầm. Các điện tử vượt rào năng lượng của tiếp xúc phát xuyên ngầm để tiêm vào lớp đáy sắt từ nhờ có thế hiệu nền (VEB) đặt vào giữa hai cực phát và cực đáy. Tán xạ của các điện tử trong lớp đáy sẽ làm mất năng lượng và làm biến đổi xung lượng. Chỉ có các diện tử còn giữ được đủ năng lượng để vượt hàng rào Schottky ở cực góp mới được truyền tới một mức nằng lượng phù hợp trong vùng dẫn của chất bán dẫn.
Hình 3.6. sơ đồ vùng năng lượng của một MTT
Khảo sát một MTT với lớp rào là AlOx theo bài báo: Magnetoelectronic Characteristics of Magnetic Tunnel Transistors with AlOx Tunnel Barrier
Transitor từ xuyên hầm (MTTs) bờ phân cách đường hầm AlOx để đạt được có được hiệu ứng cao hơn trong sự chuyển dời của các ”hot electrons” phụ thuộc spin. Các rào cản cách nhiệt AlOx được tạo ra bằng phương pháp oxy hóa điều khiển plasma rf để tăng cường tính chất điện và cấu trúc của các MTTs. Hơn nữa, vấn đề quan trọng trong phương pháp này là cải thiện tính chất rào cản Schottky của cực collector bằng phương pháp plasma và hóa học của đế nên Si. Tỷ lệ cao nhất dòng từ và dòng ra của MTTs đã được quan sát thực nghiệm khoảng 6% và 42 μA tại VEB là 0,5 V, tương ứng. Đặc biệt, tỷ lệ chuyển đổi khoảng 10-2 đã thu được bằng cách thay đổi độ cao rào cản của các điện cực phát và thu trong thí nghiệm của chúng tôi.
HV: Lê Phúc Quý Page 31
Hình 3.7 : Dòng chuyển qua phụ thuộc mặt phân cách FM/Si (100) không có sự kích thích quang. Tính chất mặt ghép Schottky tại CoFe (solid circle) và NiFe (open circle) lớp base. (b) đường cong đặt trưng M-H của màng CoFe trên Si(100) bề mặt sau từ trường phụ thuộc dòng điện trường của MTT với Si(100)/(60 Å)Co80Fe20/(20 Å)Al2O3/(70 Å)Co80Fe20/(100Å)Ir20Mn80/Ta.
Trong công trình này, chúng tôi trình bày kết quả thực nghiệm cho MTTs với màng mỏng sắt từ làm cực emitter tại RT. Nhấn mạnh đầu tiên của thí nghiệm này được đặt trên độ cao khác nhau Schottky của cực base và cực collector bởi hai phương pháp tiền xử lý khác nhau. MTTs bao gồm lớp base NiFe, lớp emitter CoFe, lớp xuyên hầm AlOx và lớp collector Si (100). Tính chất điện của MTTs được thảo luận về rào chiều cao Schottky và điện áp giữa cực emitter / base. Ngoài ra, thay đổi góc nghiêng của trục lớp CoFe được phân tích bằng từ kế mẫu rung (VSM).
3.3. Đầu đọc từ ổ HDD.
Hiệu ứng ‘‘từ-trở xuyên hầm’’ đã được dùng để chế tạo các đầu đọc/ghi của đĩa cứng trong máy vi tính. Để nhanh chóng đạt tới những thông tin chứa trong đĩa cứng, máy vi tính phải có nhiều đầu đọc. Mỗi lần một thông tin (bit) đi qua, đầu đọc ‘‘nhìn thấy’’ một cực bắc hay một cực nam, cực này tạo thành từ trường. Tùy theo bản chất nam hay bắc của cực, bit thông tin nhị phân sẽ là 0 hay 1. Mỗi bit xem như một nam châm trong đĩa cứng; một đĩa 40 GigaOctet đựng ít nhất 8*40*109, tức là khoảng vài trăm tỉ, nam châm. Khi chúng ta mở máy vi tính, máy sẽ đọc một số dữ liệu trên đĩa và đem chúng vào các bộ nhớ RAM (Random Access Memory), thời gian đạt tới bộ nhớ RAM làm bằng chất bán dẫn rất nhanh (cỡ 1 phần trăm triệu giây đồng hồ).
Cấu tạo
HV: Lê Phúc Quý Page 32
Hình 3.8: cấu tạo ổ cứng HDD và đầu đọc ghi trong ổ cứng. Hoạt động
Có một vật liệu dẫn hình chữ U có cuộn dây dẫn xung quanh ( man châm hình móng ngựa ) để làm đầu đọc ghi trên ổ cứng . Trong quá trình ghi số liệu lên ổ cứng , một dòng điện được cung cấp vào cuộn dây dẫn tạo ra một từ trường xung quanh đầu đọc ghi. Trường này sẽ từ hoá bề mặt bên dưới đầu đọc ghi , những hạt từ tính được sắp thành hàng , chúng theo chiều trái hoặc phải phụ thuộc vào chiều của dòng điện được cung cấp qua cuộn dây dẫn . Bit được lưu trữ liên tiếp trong các hạt từ tính .
Hình 3.9: Quá trình đọc ghi số liệu trong ổ cứng HDD
Trong năm 2005, các ổ đĩa đầu tiên với đầu đọc sử dụng hiệu ứng điện trở xuyên hầm (TMR) được giới thiệu bởi Seagate cho phép các ổ đĩa chưa dung lượng tới 400 GB với 3 tấm ghi đĩa
3.4. Cảm biến chất lượng cao.
HV: Lê Phúc Quý Page 33
Sensor TMR là loại sensor được ứng dụng đo nồng độ khí, đo cường độ điện trường, điện áp hay có thể đo nồng độ của các hạt nano trong dung dịch. Ở dưới đây là một số hình ảnh của một sensor đo nồng độ của hạt nano.
Hình 3.9: sensor và cấu tạo của một sensor
Hình 3.10. Sơ đồ thể hiện của sensor từ điện trở xuyên hầm (TMR) thiết lập cho việc phát hiện các hạt nano có đường kính là 14 nm: (a) Stray trường của một hạt đồng nhất từ hoá, (b) TMR-cảm biến với các hạt trên bề mặt, (c) trạng thái cân bằng từ tính của các điện cực sắt từ.
Hình 3.11: hạt nano trên sensor với số lượng hạt khác nhau.
HV: Lê Phúc Quý Page 34
Hình 3.12: giản đồ thể hiện sự thay đổi điện trở khi không có hạt nano trên sensor (a) và khi có hạt nano trên sensor
Tài liệu kham khảo.
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Tunnel_magnetoresistance [2] Tunneling-Magnetoresistance
[3] Development of the study of tunnel magnetoresistance effect
[4] Tunnel magnetoresistance (TMR) in ferromagnetic metalinsulator granular films [5] Theory of tunneling magnetoresistance in granular magnetic films
[6] Magnetoelectronic Characteristics of Magnetic Tunnel Transistors
[7] Development of a magnetic tunnel transistor based on a double tunnel junction
HV: Lê Phúc Quý Page 35
[8] Tunnel spin polarization of Ni80Fe20/SiO2 probed with a magnetic tunnel transistor [9] Wide range and tunable linear magnetic tunnel junction sensor using two exchange pinned electrodes
[10] A Study of Magneto-Resistive Read-Write Head Reliability Using Low-Frequency [11] Noise Measurement Technique
[12] A Method to Design High SNR Nanoscale Magnetic Sensors Using an Array of
[14] Tunneling Magneto-Resistive (TMR) Devices
[15] Tunnel Magnetoresistance Effect and Its Applications
[16] “ Vật liệu từ cấu trúc Nano và điệnn tử học Spin “ (Nguyễn Hữu Ðức) [17] Vật liệu từ có cấu trúc nano (PGS.TS Trần Hoàng Hải)
HV: Lê Phúc Quý Page 36