SPINSKA MEMORIJA

1. SPINSKA MEMORIJA Ćurković Danijela R3383

2. SPINSKA MEMORIJA • Spintronika je grana elektronike koja za prijenos informacija umjesto naboja elektrona koristi njegov spin • Može zamijeniti sve druge oblike za pohranu podataka • U usporedbi s današnjom elektronikom, omogućila bi pohranu i obradu neusporedivo veće količine podataka, uz mnogo manju potrošnju energije • Elektronička tehnologija je nevjerojatno evoluirala u proteklih par stoljeća, ali u većini temeljnih načina se nije toliko promijenila • Od najranijih vakumskih cijevi do današnjih milijardu tranzitnih procesora, svi el. uređaji rade na principu električnih naboja koji se kreću okolo.

3. Kako spinska memorija radi? • Autori su otkrili materijal magnetskih poluvodiča koji može pohraniti orijentaciju spina na sobnoj temperaturi • To svojstvo se može upotrijebiti za gradnju spinske memorije • U principu tranzistori i drugi el. uređaji rade na principu “struja prolazi” i “struja ne prolazi” • Međutim u spintronici struja prolazi ili ne prolazi ovisno o orijentaciji spina • Spin je temeljna karakteristika, svojstvo elementarnih čestica, složenih čestica, te atomskih jezgri.

4. Ono što čini spin zanimljivim za elektroniku jest to što se može pretpostaviti jedno od dva stanja razmjerna magnetskom polju, a obično se nazivaju “gore” i “dolje” Mogu se koristiti za pohranu binarne brojke U principu spin je brži i zahtijeva puno manje energije i može zauzeti mjesto u manjim skalama Čipovi koji iskorištavaju spin na najskromniji način su već dostupni Bar jedna tvrtka (Everspin Technologies) sada prodaje MRAM- vrstu spinske memorije

5. Današnja računala imaju 4 vrste pohrane DRAM - ima visoku gustoću,ali se treba konstantno osvježavati i treba puno snage http://ahyco.ffri.hr/seminari2005/memorije/unutarnje/DRAM1.gif

6. 2. SRAM- koristi se u predmemoriji,brz je za čitanje i pisanje,ali zauzima znatan prostor na čipu http://ahyco.ffri.hr/seminari2005/memorije/unutarnje/SRAM1.jpg

7. 3. HARD DISK- on ima veliku gustoću,oslanja se na pomične dijelove,koji nameću ograničenja veličine i brzine http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:Hard_disk_dismantled.jpg

8. 4. MRAM-je atraktivan jer može zamijeniti sve ostale vrste memorije -Pohranjuje podatke koristeći spin elektrona u feromagnetskim tvarima,možemo reći da pohranjuje podatke stvarajući magnetski savez u jednom smjeru ili drugom http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT52rWPYCwAbh6wcJY1Y3AsPmSCqlyuOuDMV8H6FhQZGXIpVhOO

9. - U uskom prostoru tog materijala, spin gore znači 0, a spin dolje znači 1 Prijašnji dizajn MRAM-a trebao je puno kretanja kako bi se promijenio s 0 u 1, te obrnuto Moderni hard disk (GMR) – ima čitačku glavu koja posjeduje gigantski magnetski otpor U osnovi, kada je spin elektrona u čitačoj glavi okrenut u istom smjeru, stvaraju se mala magnetska područja na disku, a glava snižava električni otpor Otkriće gigantskog magnetootpora (GMR) u višeslojnim strukturama sastavljenim od metalnih feromagnetskih i nemagnetskih slojeva

10. 1988. prvo je pokazalo put kako se može efikasno kontrolirati gibanje elektrona djelujući na njegov spin preko orijentacije magnetizacije Nakon otkrića GMR-a,rane godine spintronike obilježio je i tunelirajući magnetootpor (TMR- višeslojnih struktura sastavljenih od metalnih feromagnetskih i izolatorskih nemagnetskih slojeva Oba efekta su našla primjenu u novim tehnologijama kao što su magnetootporne glave za čitanje u tvrdim diskovima, senzori za otkrivanje magnetskog polja, nove generacije postojanih magnetskih memorija

11. Ako su spinovi u drugom smjeru, otpor se lagano povećava Inženjeri su otkrili bolju čitaču glavu koja se oslanja na magnetski otpor Rezultat iznimnog napretka u spintronici su rezultati velikih istraživačkih programa ( DARP) Prva je proizvela prijašnji MRAM-prototip Neki MRAM čipovi su sadržavali milijune memorijskih čelija dimenzija oko 150 nanometara Istraživanja su otkrila da nije lako ići ispod 100 nanometara Problem je bio u metodi -zahtijeva struje koje dokazuju veliku potrošnju energije

12. (DARP)- uređaji koriste memorijsku čeliju koja se sastoji od magnetskog tunela; spoja: od 2 sloja feromagnetskog materijala poput željeza, koji su odvojeni ekstremno tankom barijerom magnezijevog oksida Kad je magnetizacija usklađena-električni otpor se smanjuje; kad se točka rotira u različitim smjerovima, spoj postaje trenutno otporan

13. Obećavajuća alternativa je STT (ideja: slanje elektrona kroz magnetski sloj kobalta,koji nastoji orijentirati spin u istom smjeru) Što je rezultiralo spinom polarizirane struje, koja teče u drugi sloj kobalta STT-koristi rotaciju polarizirane struje elektrona

14. slika 1 slika 2 slika 3 (BRISANJE) (PISANJE) (ČITANJE)

15. (slika 1) Kada se negativni napon primjenjuje na pn spoju,u p-tipu sloja je potrošena rupa, koja uzrokuje spin mangan- atoma u magnetskom sloju kako bi postao dezorijentiran. Ovo stanje se može koristiti kako bi se pohranila vrijednost bita 0 ili za brisanje memorijskih ćelija BRISANJE

16. (slika 2) Kada se ukloni napon, koncentracije rupa u p-tipu rastu. Kvantno mehaničku interakciju između rupa i mangan atoma uzrokuje atom koji se usklađuje poravnavanjem. Ovo stanje se može koristiti za pisanje, a vrijednost bita je 1 PISANJE

17. (slika 3) Istraživači planiraju opremiti svaki uređaj s malenim magnetskim senzorom, slično kao i čitača glava tvrdog diska, ali koji su urezani kao i slojevi u poluvodiču. Iznimno osjetljivi senzori bi otkrili ako je magnetizacija prisutna i utvrdili bi stanje uređaja. ČITANJE

18. Memorija vs memorija • Budući MRAM čip bi mogao kombinirati sve prednosti postojećih memorija bez ijedne njihove mane • TVRDI DISK Prednosti: visoka gustoća; vrlo nizak trošak po pohranjenom byte-u.. Mane: umjerena brzina čitanja i pisanja, te pozamašan pokretan dio • SRAM Prednosti: superbrzina čitanja i pisanja, mali trošak energije Mane: velike memorijske ćelije zauzimaju zamjetan prostor, volatilnost

19. ... srednje pohrane s permanentnim magnetizmom koji možete kontrolirati primjenom male voltaže -ovi materijali postoje - zvani su razrijeđeni magnetski poluvodiči, a kako njihovo ime sugerira, oni su poluvodiči koji su nekako magnetski -kao dio DARPA-inog drugog MRAM istraživačkog programa, iniciranog 1999. istraživači su istražili nekoliko razrijeđenih magnetskih poluvodiča (galij)

20. Problem - magnetiziran samo oko 200 K ili 73°C Ukoliko se ide preko ove mjere, poznate kao Currie temperatura - atomske vibracije rezultiraju spinovima koje uzrokuju uobičajeno uređenje koji čini materijal stalno magnetiziranim. Ako bi ovo bio memorijski čip, izgubio bi svoje podatke

21. Njihovo prvo otkriće došlo je u prosincu 2001. U to vrijeme znanstvenici su tragali za razrijeđenim magnetskim poluvodičem s Currie temperaturom višom od sobne Odlučili su dodati neke mangane u galij nitride Rezultirajući galij nitrid ispostavio se vrlo obećavajućim - kad se doda magnetsko polje supstanci, ona postaje trajno magnetizirana

22. Mogućnost manipulacije magnetskim svojstvima ovih poluvodiča električno Dodali su tanak sloj galij nitrida (sadržavao je malo dodatnog silicija, primjesa-nečistoća koja donira elektrone kreirajući p-n tip) Onda su dodali idući sloj galij nitrida, ovog puta koristeći magnezij kao primjesu i onda tanak sloj funir-galij-mangan-nitrida na vrh Spojili su elektrode na p-n tip (5V, vrijednost se približila 0)

23. Ono što čini napravu drugačijom jest to što je p-tip materijala vrlo tanak i smješten je odmah pored naslage galij-mangan-nitrida Naponom preko p-n spoja, mogu kontrolirati koncentraciju rupa u p-tipu naslage Kada primjene negativni napon preko p-n spoja, ubrzavaju širinu zone osiromašenja dovoljno da bi umanjili broj rupa u sučelju s magnetskim materijalima

24. Tada se dopušta spin elektrona u mangan atomima, a uređaji magnetizacije nestaju Početni prototip koji su izradili ne može biti spreman za korištenje kao memorijska čelija Treba također znatno poboljšati dizajn Problem: kada se ukloni napon, vraća se u osnovno stanje Ideja: dodavanje nemagnetskih materijala između p-tipa i magnetskih naslaga

25. Iduće pitanje - izdanje,emisija koje je presudno za komercijalni uspjeh MRAM prijedloga jest kompatibilnost s konvencionalnom tehnologijom poluvodiča U teoriji zbog toga što bi MRAM bio programiran i ispitivan električno, mogao bi biti ispitan s običnim procesom čipa za izradu Tad bi MRAM uređaji mogli biti napravljeni dijelom od multifunkcionalnih ispitivačkih krugova, koji bi bili u stanju izvršavanja cijelog procesuiranja, pohrane,i komunikacijskih zadataka za koje su danas potrebni odvojeni čipovi

26. ZAKLJUČAK • Novi način spremanja i čitanja podataka kojeg su osmislili stručnjaci mogao bi označiti prelazak na drugu generaciju elektroničkih naprava u računalnih sklopova • na taj način bi se moglo riješiti brojne probleme koji pogađaju današnja računala. • Klasične matične ploče troše puno energije i stvaraju mnogo topline zbog čega proizvođači čipova moraju paziti koliko blizu će ih postaviti kako se ne bi pregrijali. • Spintronika podrazumijeva trošenje manje energije i proizvodnju zanemarive količine topline • Spintroničke naprave mogle bi raditi uz pomoć manjih baterija, a ako se izrade od plastičnih materijala bit će i lakše i fleksibilnije.