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Giant Magneto Resistance

Alexander Krimalowski. Giant Magneto Resistance. Gliederung. Magnetoresistive Effekte im Überblick GMR: Prinzip Anwendung 1: Festplatten Anwendung 2: MRAM. Gliederung. Magnetoresistive Effekte im Überblick GMR: Prinzip Anwendung 1: Festplatten Anwendung 2: MRAM.

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Giant Magneto Resistance

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Presentation Transcript

  1. Alexander Krimalowski Giant Magneto Resistance

  2. Gliederung • Magnetoresistive Effekte im Überblick • GMR: Prinzip • Anwendung 1: Festplatten • Anwendung 2: MRAM

  3. Gliederung • Magnetoresistive Effekte im Überblick • GMR: Prinzip • Anwendung 1: Festplatten • Anwendung 2: MRAM

  4. MagnetoresistiveEffekte im Überblick • Magnetische Materialien: • AnisotropicMagnetoresistance (AMR) • Hybride Bauteile: • Giant Magnetoresistance(GMR) • Tunnel Magnetoresistance (TMR) • ColossalMagnetoresistance (CMR)

  5. Gliederung • Magnetoresistive Effekte im Überblick • GMR: Prinzip • Anwendung 1: Festplatten • Anwendung 2: MRAM

  6. Giant Magneto Resistance (GMR) • Entdeckt 1988 parallel von Peter Grünberg (Jülich) und Albert Fert (Paris) • Gemeinsamer Nobelpreis 2007 Creative Commons Lizenz, Inhaber: Armin Kübelbeck

  7. Supergitter (wenige nm) • Abwechselnd Ferromagnet und Nicht-Ferromagnet • z.B. Fe/Cr http://education.mrsec.wisc.edu/IPSE/educators/activities/images/gmr-gmr.gif

  8.  Abstandsabhängigkeit (spacer) http://lp.uni-goettingen.de/get/image/3823

  9. Spinabhängige Streuung der Leiterelektronen • Stark bei antiparalleler magn. Ausrichtung  hoher Widerstand • Schwach bei paralleler magn. Ausrichtung  geringer Widerstand Gary A. Prinz, Science, Vol. 282, 1998, S. 1661

  10. Ferromagneten: Aufspaltung der Leiter-Spinzustände • Majoritäts-Spins (parallel zu Magnetisierung) • Minoritäts-Spins (antiparallel zu Magnetisierung) • = Zustandsdichte Gary A. Prinz, Science, Vol. 282, 1998, S. 1660

  11. Gary A. Prinz, Science, Vol. 282, 1998, S. 1661

  12. Ersatzschaltbild Creative Commons Lizenz, http://de.wikipedia.org/wiki/Giant_Magneto_Resistance

  13. Spin-Valve (Spinventil) • Ferromagnetische Schichten mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke: • Fixed Layer (Referenz): magnetisch hart, z.B. CoFe • Free Layer: magnetisch weich (Faktor ), z.B. NiFe Wecker, Kinder, Richter, Physik in unserer Zeit, 5/2002 (33), S. 213

  14. Gliederung • Magnetoresistive Effekte im Überblick • GMR: Prinzip • Anwendung 1: Festplatten • Anwendung 2: MRAM

  15. Festplatten (HDDs): Leseköpfe • Weiche Schicht im Grundzustand senkrecht zur Referenz • Äußeres Magnetfeld (Bit) addiert oder subtrahiert kurzzeitig einen Magnetfeldvektor Gary A. Prinz, Science, Vol. 282, 1998, S. 1661

  16. IBM Corporation, http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/index.html

  17. Stärkere Magnetfeldänderung  Höhere Empfindlichkeit • Engere und dichtere Bitmuster  Höhere Datendichte • Höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten möglich • Nachteil: • Höhere Fehleranfälligkeit  aufwändigere Fehlerkorrektur-Algorithmen notwendig • Kommerzielle Anwendung seit 1998

  18. Gliederung • Magnetoresistive Effekte im Überblick • GMR: Prinzip • Anwendung 1: Festplatten • Anwendung 2: MRAM

  19. Heutige Speichersysteme • Seit den frühen 1970er Jahren: Halbleiterspeicher • Silicium-basierte Leiterplatten • Speicherung der Information als elektronischer Schaltzustand Creative Commons Lizenz, http://de.wikipedia.org/wiki/Halbleiterspeicher

  20. Großes Problem: flüchtige Speichertechnik  Spannung muss aufrecht erhalten werden, um Information zu speichern • Bei DRAM (Dynamic Random-Access Memory) sogar regelmäßiges „Auffrischen“ des Speicherzustandes notwendig (20x pro Sekunde)

  21. „Zukunft“: MRAM • Magnetoresistiverandom-access memory • Entwicklung seit Beginn der 1990er Jahre • Speicherung der Information als magnetischer Zustand  Parallel / Antiparallel bzw. Niederohmig / Hochohmig Wecker, Kinder, Richter, Physik in unserer Zeit, 5/2002 (33), S. 213

  22. Zwei Leiterbahnebenen (Bit-Line & Word-Line) • Matrixstruktur: Jeder Knotenpunkt = 1 Bit Wecker, Kinder, Richter, Physik in unserer Zeit, 5/2002 (33), S. 215

  23. Schreiben: Strompuls durch Word- und Bit-Line des entsprechenden Bit • Nur beim gewünschten Bit: Überlagerung beider Felder •  Umpolung der weichen Schicht Gary A. Prinz, Science, Vol. 282, 1998, S. 1662

  24. Vorteile des MRAM • Speicherinhalt bleibt nach Abschalten der Spannungsversorgung intakt  nichtflüchtig •  Kein Datenverlust nach Systemabsturz •  Kein Boot-Vorgang mehr • Herstellung in lithographischen Prozessen möglich • Wesentlich geringerer Stromverbrauch (kein „Auffrischen“

  25. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

  26. MRAM (magnetische Speicher), Seminararbeit, A. Hammerl/ H. Bag, TU Wien

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