CN1930629A - 印刷的磁性rom－mprom - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在存储装置(100)上存储信息的方法，通过在存储装置的传感器表面(106)上以图案形式淀积电磁材料(104)来实现该方法，所述图案表示将被存储的信息。存储装置(100)包括二维阵列的电磁传感元件(101)，它们对近场工作距离(105)内的电磁材料(104)敏感。通过电阻测量进行读出操作，其依赖在传感元件(101)的多层堆叠中检测的磁阻现象。包含淀积的电磁材料(104)的图案的存储装置(100)是只读存储器装置。例如，可以通过以在传感器表面(106)上逐行移动的方式扫描淀积装置(403)，例如打印头，以淀积该图案，得到印刷的磁性ROM。如果将手指用作模板，则该装置还可以用作指纹传感器。

Description

印刷的磁性ROM-MPROM
技术领域
本发明涉及一种在存储装置上存储信息的方法。
本发明涉及一种存储装置。
本发明还涉及一种制造存储装置的方法。
已知几种用于存储数字数据的固态装置，例如RAM，ROM或EPROM型半导体存储器电路。希望中的新型存储装置就是所谓的MRAM，一种磁性随机存取存储器，基于一种磁性材料和电子电路来设置和检测该材料的比特位置的磁状态。
背景技术
从Peter K.Naji等为2001年IEEE国际固态电路会议0-7803-76608-5(ISSCC2001/会议7/技术方向：最新技术/7.6”)出版的“A256kb3.0V 1T1MTJ Nonvolatile Magneto Resistive RAM”中可获知一种磁性随机存取存储器(MRAM)。MRAM装置具有一自由磁层用于信息存储。该装置中容纳了比特单元阵列，该比特单元具有一个在自由磁层上的电子传感元件和比特位置。自由磁层的材料的磁状态表示比特位置的一个逻辑值。在读模式中，设置传感元件用于检测磁状态，特别是通过一种隧道磁阻效应(TMR)。引导电流通过一隧道势垒，其中隧道概率受磁状态的影响，结果导致传感元件的电阻变化。在编程(或写)模式中，引导强编程电流通过编程电路并产生足够强的磁场来根据该编程电流在各个比特位置设置磁状态。注意，MRAM是非易失性的，即无论该装置是否具有工作功率，比特位置的逻辑值都不改变。因此，MRAM装置适合于在通电后需要立即激活的装置。已知设备的问题是必须通过为每一个单独的比特单元提供编程电流来对比特位置的存储值进行编程设计。这需要一个在每个比特单元处的相对复杂的电路加上寻址电子设备。
发明内容
因此本发明的目的是以有效地方式提供比特位置的存储值。
根据本发明第一方面，利用一种在存储装置中存储信息的方法实现该目的，该存储装置包括一种二维阵列的电磁传感元件，它们在传感器表面对近场工作距离内的电磁材料敏感，该存储信息的方法包括一个在传感器表面上以图案形式淀积电磁材料的步骤，该图案表示信息。
根据本发明第二方面，利用一种存储装置来实现该目的，该存储装置包括一种二维阵列的电磁传感元件，它们在传感器表面对近场工作距离内的电磁材料敏感，其中设置传感器表面以用于淀积电磁材料。根据本发明的存储装置是一种在权利要求1请求保护的存储信息的方法中所使用的特殊装置。
根据本发明第三方面，利用一种如权利要求8请求保护的制造存储装置的方法来实现该目的，包括制造一种二维阵列的电磁传感元件的步骤，它们在传感器表面对近场工作距离内的电磁材料敏感，还包括准备传感器表面用于淀积电磁材料的步骤。
测量效果是通过在存储装置的传感器表面以表示信息的图案形式淀积电磁材料来对传感元件的比特位置提供存储值。该存储装置包括一种二维阵列的传感元件。传感元件能够检测传感器表面上在距离传感元件特定距离(即所谓的近场工作距离)内电磁材料的存在。将要在存储装置上存储的信息编码成二维图案。在存储装置的传感器表面上以二维图案形式淀积电磁材料是一种提供具有信息存储值的传感元件阵列的有效方式。
传感元件的不同之处在于它们检测在近场工作距离内的淀积材料的存在，与此同时MRAM单元检测磁状态。其中一种检测存在该材料的方法是通过传感元件产生磁场或电场并检测该材料产生的场干扰。通过场产生装置在传感元件内产生场。所检测的干扰取决于电磁材料的类型，取决于传感元件与该材料之间的距离以及电磁材料的数量，该电磁材料存在于近场工作距离内。另一种检测存在该材料的方法是利用硬磁材料来淀积图案。淀积在传感器上的硬磁材料产生由传感元件检测的静态磁场。
传感元件与MRAM单元之间的另一种差别在于该存储装置不能影响信息内容，这是因为它不能改变淀积在传感器表面上的电磁材料图案。因此，该装置是只读存储器装置。
另外，该存储装置与MRAM装置相比要具有成本效益，因为传感元件没有MRAM装置中常用的比特单元元件那么复杂。主要差别在于不需要写入电路来在存储装置中存储数据。当硬磁材料用来淀积图案时，甚至可以忽略场产生电子设备。
最后，该系统提供对防止内容复制的保护，因为用户无法访问类似的可写类型的存储装置。
发明人在该文中使用了一种称为电磁性的材料，因为它的存在与否可以通过电场和/或磁场来检测。在实施例中，由传感元件产生电场和/或磁场(也称为偏置场)。注意，在此情况下检测比特位置的值并不取决于该材料的磁状态，而取决于是否存在该材料本身，取决于所使用的电磁材料类型，或取决于在传感元件的近场工作距离内的电磁材料的数量。在该实施例中，电磁材料传感元件可以产生偏置场并检测在预定的近场工作距离外延续的场中的干扰，实际上它具有与比特位置的最小大小相同的数量级。在另一个实施例中，以图案形式在存储装置的传感器表面上淀积的硬磁材料产生磁场。传感元件在不产生电或磁场的情况下能够检测硬磁材料产生的静态磁场。
设置存储装置的传感器表面用于淀积电磁材料，例如，使该传感器表面变平和/或处理该传感器表面使其能够淀积该材料。例如，该处理步骤也许包括使表面变粗糙以实现电磁材料在该表面上的强粘合。例如，该处理步骤还可以包括应用对准结构，通过该对准结构可以确定图案在存储装置的传感器表面上的位置。在制造方法的准备步骤过程中进行传感器表面的处理。
在存储信息的方法的实施例中，该方法包括对准电磁材料图案以对应于电磁材料传感元件阵列的步骤。和以下所示实施例形成对比的是，在传感器表面上淀积未对准的图案，该实施例确保在淀积图案与传感元件之间的清楚限定。可以通过几种方法将图像对准于传感元件。例如，利用传感器表面上的对准结构将图案对准于传感元件。可选择的，例如利用机械凸轮确定淀积装置相对于传感元件的位置。另一个实例是通过主动对准，其中由传感元件检测的值被用来调准图案，例如，通过检测电磁材料淀积过程中的信号强度，允许在确定图案相对于传感元件的位置时进行校正。
在存储信息的方法的实施例中，该方法包括印刷步骤用于淀积电磁材料。在该实施例中，利用打印头在传感器表面上扫描以产生该图案，按要求的图案在传感器表面上淀积电磁材料。在打印头或传感器的扫描移动过程中淀积电磁材料。该实施例显示了一种简单而且相对廉价的方法，用于在制造了存储装置之后，在传感器表面上形成图案。该存储信息的方法对于单个复制或限定需要存储的数据量特别有利。
在存储信息的方法的实施例中，该方法包括压印步骤用于淀积电磁材料，特别是利用手指。关于该实施例，形成一种模印，它是一种二维表示的图案。利用该模印在传感器表面上淀积电磁材料。另外的物体可用作模印来淀积电磁材料，例如用手指以指纹形式在传感器表面上淀积电磁材料。该方法还能以简单和相对廉价的方式在传感器表面上形成图案。由于复制容易，所以该实施例对于形成大量媒体复制特别有利。
在存储信息的方法实施例中，存储装置包括一个提供传感器表面的覆盖层，其中以图案形式淀积电磁材料的步骤包括：在传感器表面上淀积一层电磁材料，在覆盖层之内形成一种凹陷部分的图案，凭此，在凹陷部分内的传感器表面是在近场工作距离内，而在凹陷部分外的传感器表面是在近场工作距离外。在该实施例中，通过以凹陷部分的图案形式使覆盖层变形来为存储装置提供信息，表示要存储的信息。该变形使得凹陷部分位于存储装置的传感器元件的近场工作距离内。覆盖层的未变形部分保持在近场工作距离外。在第一实施例中，当凹陷部分被应用到覆盖层之后，以连续层的形式在传感器表面上淀积电磁材料。在凹陷部分，连续层的电磁材料的凹陷部分位于传感元件的近场工作距离内，影响由传感元件检测的值。另外，在第二实施例中，在应用该图案之前，将连续层的电磁材料淀积到传感器表面。以凹陷部分的图案形式使覆盖层变形，导致电磁材料在传感元件的近场工作距离内，这由传感元件所检测。这些实施例的优势在于传感器表面的纯机械变形能够形成图案，主要有利于形成大量复制。
在存储信息的方法的实施例中，存储装置包括一个提供传感器表面的覆盖层，其中该存储信息的方法包括在覆盖层之内嵌入电磁材料的步骤。可以以几种方式在存储装置的覆盖层之内嵌入电磁材料。其中一种嵌入电磁材料的图案的实例是在传感器表面上淀积了材料之后加热(可能是局部地)覆盖层。电磁材料的图案就会陷进或扩散进覆盖层之内，结果形成材料嵌入。可选择的，例如，用于半导体制造的注入方法可被用于在覆盖层之内嵌入电磁材料。在覆盖层之内嵌入电磁材料的优势在于保护该图案不受损坏和外部环境的影响。另一优势在于该图案不能被容易地改变或复制。
在存储信息的方法的实施例中，以图案形式淀积电磁材料的步骤包括淀积一种包含至少两种类型电磁材料的图案，电磁材料的类型表示对传感元件的不同值。电磁材料的类型区别可以使用不同材料或者使用相同材料的不同浓度。因为电磁材料的类型表示对传感元件的不同值，所以存储装置可以区分材料的不同类型。结果得到两种可能的实施例。第一实施例包括一种单一图案，它包含至少两种类型的电磁材料。存储装置上的每一个比特位置都包括一个离散值而非二进制状态。离散值取决于位于比特位置的材料类型。第二实施例包括淀积超过一个的信息图案，利用不同类型的电磁材料淀积每一个图案。这两个实施例都增加了存储装置的存储容量。
在存储装置的实施例中，设置传感元件用于检测在数值范围内的一个值，该数值范围取决于近场工作距离内的电磁材料数量。在该存储装置的实施例中，由传感元件检测的值是在数值范围内，而不是一个数字值。该数值范围可以是连续的范围或离散值范围。由传感元件检测的实际值取决于位于传感器的近场工作距离内的电磁材料的数量。例如，该实施例能够存储或数字化利用电磁材料淀积在传感器表面上的图像。
注意，在还未预先公开的专利申请“Read-only memory deviceMROM”(申请号：IB03/04009)中描述了一种包括一个读出部分的磁性ROM装置，该读出部分带有一个物理分离的信息部分。当信息被应用到信息部分之后，通过对准信息部分与读出部分并固定地连接这两个部分来安装该存储装置。本发明的差别在于在存储器的传感器表面上直接淀积电磁材料的图案，该图案表示信息。
附图说明
根据以下说明中借助于实例所描述的实施例并参考附图所进行的解释，本发明各方面特征将变得很清楚。
图1A显示了根据本发明的存储装置的横剖面视图，
图1B显示了所设置用于淀积电磁材料的传感器表面的详图，
图1C显示了根据本发明存储装置的横剖面视图，其上淀积了一个表示信息的电磁材料的图案，
图1D显示了根据本发明的存储装置的顶视图，其上淀积了一个表示信息的电磁材料的图案，
图1E显示了根据本发明的存储装置的横剖面视图，其上利用两种类型的电磁材料淀积了一个表示信息的电磁材料的图案，
图1F显示了根据本发明的存储装置的横剖面视图，其上利用不同数量的电磁材料淀积了一个表示信息的电磁材料的图案，
图1G显示了根据本发明的存储装置的横剖面视图，其上利用小单元面积电磁材料并采用每传感器的单元数量影响传感器检测的值来淀积一个表示信息的电磁材料。
图2A显示了根据本发明的存储装置的横剖面视图，其中在存储装置上应用一个提供了传感器表面的覆盖层，
图2B显示了存储装置的横剖面视图，其中在覆盖层的传感器表面上淀积一层电磁材料，
图2C显示了存储装置的横剖面视图，其中在覆盖层中形成一个表示信息的凹陷部分的图案，
图2D显示了存储装置的横剖面视图，其中在凹陷部分内的电磁材料是在传感元件的近场工作距离内，
图3A显示了根据本发明的存储装置的横剖面视图，其中对存储装置应用了一个提供传感器表面的覆盖层，而且在传感器表面上淀积了一个表示信息的电磁材料的二维图案，
图3B显示了存储装置的横剖面视图，其中在覆盖层之内嵌入表示信息的电磁材料的图案，
图4显示了一种设备，用于在存储装置上以表示信息的图案形式淀积电磁材料，
图5A显示了存储装置的顶视图，其上利用电磁材料淀积了一个图像，
图5B更详细地显示了图5A的存储装置的顶视图，其中显示了传感元件相对于电磁材料的位置，
图5C示出了图5B所示存储装置的顶视图，其中使用不同灰度级表示由传感器元件检测的不同值，
图6显示了在传感器表面的近场工作距离内的传感元件，以及
图7更详细地显示了一个传感元件。
在附图中，用相同的参考数字表示相对应的元件。
具体实施方式
图1A显示了根据本发明的存储装置100的横剖面视图。存储装置100包括传感元件101阵列和传感器表面106。该传感元件101阵列包括电磁传感元件102，103，它们可以检测在近场工作距离105内是否存在电磁材料104(图1C)。在一个实施例中，该电磁材料104的检测是基于存在的所述电磁材料104引起的由传感元件102，103产生的一个电场或磁场的干扰。在图6中会进行更加详细的解释。在另一个实施例中，电磁材料104是一种硬磁材料。在该实施例中，传感元件102，103可以通过检测硬磁材料的静态磁场来检测材料104的存在。检测该材料是在不产生电场或磁场的情况下进行。在该实施例中，可以忽略传感元件102，103的磁场产生导线(601，见图6)。设置存储装置100的传感器表面106用于淀积电磁材料104，如图1B所示。
图1B显示了设置成用于淀积电磁材料104的粗糙传感器表面107的详图。在该实施例中，使传感器表面107变粗糙以获得在表面107上的电磁材料的强粘合。其他用于淀积电磁材料104的可能结构是例如在传感元件102，103的位置提供小凹痕，表示在传感器表面106上的传感元件102，103的位置(未显示)，或者例如(见图4)，在传感器表面106上提供对准结构405以能够相对于传感元件102，103来对准淀积装置。
图1C显示了根据本发明的存储装置100的横剖面视图，在其上淀积了表示信息的电磁材料104的图案。在当前实施例中，电磁材料104被直接淀积在存储装置100的传感器表面106上。利用对应于传感元件102，103的一个二维图案(见图1D)来表示该信息。每个传感器元件102，103检测在传感器表面106的对应表面区域上的一单个逻辑值。在近场工作距离内是否存在电磁材料104确定了比特位置的状态(“1”或“0”)。相对于传感元件102，103对准该二维图案。关于该对准可以使用几种对准方法。例如(见图4)，用凸轮404在淀积设备内部机械地对准存储装置100。在另一个实施例中，在传感器表面106上淀积电磁材料104的图案之前，可以利用光学对准结构相对于传感元件102，103对准淀积设备。还可以利用主动对准来对准二维图案，其中利用传感元件的信号强度来对准图案。例如，通过测量传感元件102，103的检测值，与此同时淀积电磁材料104，并允许在淀积时校正图案的位置。另外，可以特别地分配作为传感阵列101的一小部分的一个对准部分(未显示)用于执行该主动对准，例如，通过在传感器表面106的对准部分淀积图案并在淀积过程中和/或在淀积之后测量传感元件102，103的信号，从中可以获取对准信息。电磁材料104的图案被直接淀积在传感器表面106上，例如，通过微接触印刷，液体模压(liquid embossing)，丝网印刷，压印，波印刷(wave printing)，喷墨印刷等等(见图4)。选择所使用的方法主要取决于传感器表面106上要求的比特分辨率。
图1D显示了根据本发明的存储装置100的顶视图，在其上淀积了表示信息的电磁材料104的图案。虚线109表示图1B中所示的横剖面。网格线108为比特位置的二维阵列划边界线。在这些比特位置的每一个上，在传感层101中存在传感元件102，103。
图1E显示了根据本发明的存储装置100的横剖面视图，利用两种类型的电磁材料104，110在其上淀积了表示信息的电磁材料104，110的图案。这两种材料104，110可以由于材料类型或相同材料的不同浓度而不同。传感元件103，111根据近场工作距离内设置的材料104，110的类型检测一个不同值。因为不同的电磁材料104，110可以用在存储装置100上，所以存储的信息包含离散值而非二进制值。结果存储装置100可以包括利用不同的电磁材料104，110淀积的两种不同的信息图案，或者包括利用两种不同的电磁材料104，110淀积的一种信息图案。根据传感元件102，103，111的敏感性，可以使用超过两种电磁材料。这些实施例的优势在于增加存储器的存储容量。
图1F显示了根据本发明的存储装置100的横剖面视图，利用不同数量的电磁材料104，112在其上淀积了表示信息的电磁材料104，112的图案。由传感元件103，113检测的值取决于设置在近场工作距离105内的电磁材料104，112的数量。如图1E中所示，与使用不同材料相比较，通过以分立的步骤改变电磁材料的数量，建立一个离散值的范围。允许在电磁材料的数量内的一个连续变化来建立可能值的一个连续范围。该可能值的范围(连续的和离散的范围)取决于传感元件102，103，113的敏感度以及该传感电子设备。该实施例在淀积的图案是一个未对准传感元件102，103，113的图像时特别地有利。通过允许一个连续范围的可能的检测值，存储装置100可以在紧跟着存储淀积的图像之后数字化该图像(例如图5A的502)并将该信息转换为灰度色调，这取决于在每一个传感器102，103，113的近场工作距离内设置的电磁材料104，112的数量。在图5A，5B和5C的实施例中淀积、存储和数字化图像502。利用一个包括电磁材料104，112的指纹作为模印在传感器表面106上淀积该图像。
图1G显示了根据本发明的存储装置100的横剖面视图，通过使用小单元的电磁材料114并采用每一传感元件102，105，115，116的单元的数量来影响由传感元件102，105，115，116检测的值，在存储装置100上淀积了表示信息的电磁材料的图案。由传感元件102，105，115，116检测的值取决于在近场工作距离105内的电磁材料114的数量(如图1F所解释的)。利用该实施例检测的值的范围取决于传感元件102，105，115，116的敏感度，传感电子设备以及被用来淀积电磁材料114的单元的分辨率。
图2A显示了根据本发明的存储装置200的横剖面视图，其中覆盖层201提供了被应用到存储装置200的传感器表面106。在覆盖层201的顶部上的传感器表面106位于传感元件102，103的近场工作距离105的外部。从图2A所示的存储装置200开始，存在几种方法用于在传感元件102，103的近场工作距离105内以图案形式淀积电磁材料。在图2D和图3B中显示了得到的实施例。图2B和2C显示了可能的中间步骤，通过这些中间步骤可以达到图2D中显示的实施例。
图2B显示了存储装置200的横剖面视图，其中在覆盖层201的传感器表面106上淀积一层电磁材料202。电磁材料层202在传感元件102，103的近场工作距离105的外部。通过使覆盖层201变形来形成表示信息的图案，在适当的比特位置产生凹陷部分205(图2D)。例如，可以通过使用一个模印来进行该变形，该模印包括二维图案并在适当的传感元件103上形成凹陷部分205。形成的凹陷部分205产生在传感元件102，103的近场工作距离105内的电磁材料层202的图案，结果得到图2D所示的实施例。该方法在需要大量复制时特别有利。
图2C显示了存储装置200的横剖面视图，其中在覆盖层201中形成一个表示信息的凹陷部分205的图案。在凹陷部分205上的传感器表面106在传感元件102，103的近场工作距离105之内，而在凹陷部分之外的传感器表面106在传感元件102，103的近场工作距离105的外部。例如，可以通过使覆盖层201变形来形成凹陷部分205(如图2B所解释的)，但是举例来说，还可以在覆盖层201内蚀刻该凹陷部分，或利用聚焦激光束(未显示)在覆盖层201内灼烧该凹陷部分。在覆盖层201内形成了该凹陷部分205的图案之后，在覆盖层201的传感器表面106上淀积一层电磁材料202(在图2C中未显示)。这在传感元件102，103的近场工作距离105内形成电磁材料202，结果得到图2D中所示实施例。
图2D显示了存储装置200的横剖面视图，其中在凹陷部分205中的电磁材料202在传感元件102，103的近场工作距离105内。如上所述，根据图2A所示的实施例或通过2B或图2C所示的中间步骤实现该实施例。凹陷部分205的表示信息的二维图案在传感元件102，103的近场工作距离内产生图案形式的电磁材料202。
图3A显示了根据本发明的存储装置300的横剖面视图，其中覆盖层201提供了被应用到存储装置300的传感器表面106，其中在传感器表面106上淀积了表示信息的电磁材料的二维图案。在覆盖层201顶部的传感器表面106可以在传感元件102，103的近场工作距离105的外部。如图1C所描述在传感器表面106上淀积电磁材料104的图案。由于传感器表面106位于近场工作距离105的外部，所以传感元件102，103不受该图案的影响。在覆盖层中嵌入电磁材料104的图案(如图3B所示)将使电磁材料在传感元件102，103的近场工作距离105之内。几种方法都可以实现该目的。例如，通过加热覆盖层201，可以是局部地加热，使得电磁材料104陷进覆盖层201中或扩散进覆盖层201中。结果得到图3B所示的实施例。
图3B显示了存储装置300的横剖面视图，其中在覆盖层201内部嵌入表示信息的电磁材料104。例如，通过在图1C所示实施例的顶部应用一个覆盖层201，在紧跟着图3A所描述的实例之后，实现电磁材料104的嵌入。该实施例与图3A中所描述的实施例一起在覆盖层内嵌入一个淀积的图案。可选择的，举例来说，利用半导体制造过程中所使用的材料注入方法(未显示)，将该电磁材料的图案直接注入到覆盖层201之内。将电磁材料104嵌入覆盖层201之内的优势在于保护该图案不受损坏和外部环境的影响，而且该图案不能被容易地改变或复制。
图4显示了一种装置，用于在存储装置100上以图案形式淀积表示信息的电磁材料104。诸如打印头的淀积单元403以逐行移动的方式扫描存储装置100的传感器表面106，在传感器表面106上淀积电磁材料104。淀积的二维图案表示在存储装置100上存储的信息。网格线108为传感元件101的二维阵列划边界线，其对准淀积装置的坐标轴401，402，例如，通过使用机械对准凸轮404和/或光学对准结构405。虚线109表示图1B所示的横剖面。例如，可选的，该淀积单元403包括不同类型的电磁材料(产生图1E所示的存储装置)，或淀积不同数量的电磁材料104，取决于在特定传感元件上的所需要值(结果得到图1F或图1G中所示的存储装置)。
图5A显示了存储装置100的顶视图，在该存储装置上利用电磁材料淀积了图像502。通过使用一个如模印的物体在图像表面501上淀积电磁材料502的图像。在此情况下，使用包含电磁材料的手指以便淀积和存储一个指纹。位于存储装置的传感元件102，103的近场工作距离105内的图像502的一部分(在图5A中以灰色的正方形表示)被存储装置100存储和进行数字化。
图5B显示了图5A的存储装置的详图，其中显示了传感元件相对于图像502的电磁材料的位置。位于在传感元件102，103，503的近场工作距离105内的电磁材料502的数量确定由单个传感元件102，103，503检测的值。如前面的实施例所述，可能的值的范围可以是值的离散范围或连续范围，例如取决于传感元件102，103，503的敏感度和存储装置100的电子设备。
图5C显示了图5B中所示存储装置的顶视图，其中利用不同的灰度级来显示由传感元件102，103，503检测的不同值。在图5B中的传感元件103包含在近场工作距离105内的图像502的电磁材料的最大量，用黑色矩形表示。传感元件102没有包含在近场工作距离105内的图像502的电磁材料，用白色矩形表示。传感元件503包含在近场工作距离105内的图像502的电磁材料的中间量，用灰色矩形表示。
图6显示了在传感器表面的近场工作距离内的传感元件。显示了两个传感元件102，103阵列。在传感元件102，103上，显示了一个包括电磁材料104的传感器表面106，该电磁材料104接近于传感元件103并且在其近场工作距离105内。在接近于传感元件102的相邻比特位置上，电磁材料不存在于近场工作距离之内。设置传感元件102，103用于产生磁场602，603，例如，如图所示通过在传感元件102，102下方的一个导线601引导电流。该磁场受到电磁材料104的存在与否的影响，如图所示，在结果形成的磁场602，603中，导致在传感元件103的顶层中不同的磁方向。在具有多层或单层堆叠的传感元件中利用磁阻效应检测该方向，例如GMR，AMR或TMR。由于本发明的只读传感元件的阻抗匹配原因，优选TMR型传感器。
如图所示，传感器表面上的电磁材料的一部分的附近迫使偏置场的场力线远离TMR元件。该材料充当磁导：场力线通过该材料，代替其通过旋转隧道结的自由层。如果将旋转隧道结的堆叠设计成在没有提供外部磁场的情况下，该层间静磁耦合导致一种反平行磁化结构，那么该磁层的突起的附近产生高电阻，否则该偏置场就形成低电阻状态。在实施例中，一个载流导体用作偏置场的磁场产生带。可选择的，这可以是一种永磁体。本领域技术人员很清楚，可以对偏置场进行多种变化，还可以使用杂散磁场。介质中的偏置场可以在基片的平面内(图中未显示)，另外还考虑垂直于基片的偏置场产生来自磁层的杂散磁场，该磁层包含在旋转隧道结的层平面内的组件。同时，给出的实例使用具有在平面内的敏感度的磁阻元件，还可以使用对垂直磁场敏感的元件。关于利用磁阻效应的传感器的进一步描述参考K.-M.H Lenssen在“Frontiers ofMultifunctional Nanosystems”第431-452页上发表的“Magnetoresistive sensors and memory”，ISBN1-4020-0560-1(HB)或1-4020-0561-X(PB)。
在存储系统中，由于比特位置与传感器表面上的传感器相反，由传感元件上存在的磁化方向表示数据。通过电阻测量来进行读出操作，其依赖于在多层堆叠中检测的磁阻(MR)现象。传感器可以基于该薄膜中的各向异性磁阻(AMR)效应。由于薄膜中的AMR效应的幅度小于3％，所以使用AMR就需要敏感的电子设备。较大的巨磁电阻(GMR)效应具有较大的MR效应(5到15％)，因此有较高的输出信号。磁隧道结利用大隧道磁阻(TMR)效应，而且显示了电阻变化高达≈50％。因为对偏置电压上TMR效应的强依赖性，所以在实际应用中，目前可使用电阻的变化在35％左右。通常，GMR和TMR在多层堆叠中的磁化方向平行时为低阻，在该磁化方向为反平行时为高阻。在TMR多层中，必须垂直于层平面(CPP)施加检测电流，因为电子必须隧穿阻挡层；在GMR装置中，检测电流通常在层平面(CIP)中流动，尽管CPP结构可以提供较大的MR效应，但是垂直于这些全部的金属多层的平面的电阻是非常小的。然而，利用进一步小型化，基于CPP和GMR的传感器都是可能的。
图7更详细地显示了传感元件。传感器包括导电材料的位线701，用于引导读取电流707到自由磁层702、隧道势垒703和固定磁层704的多层堆叠层。在通过选择线708连接到选择晶体管706的另一个导体705上建立该堆叠。当通过在选择晶体管706的栅极上的控制电压激活选择晶体管706时，该选择晶体管将所述读取电流707耦合至接地电压用于读取各个比特单元。存在于固定磁层704(也称为钉扎层)和自由磁层702中的磁化方向709确定隧道势垒703中的电阻，类似于MRAM存储器中的比特单元元件。如上根据图6所述，当这种材料位于如箭头105所指示的近场工作距离之内的时候，通过在相对于传感器的比特位置上的材料确定自由磁层内的磁化。
在实施例中，无需额外的装置来产生偏置场，而是该偏置场有效地内置于旋转隧道结内。例如，这可以以下面的方式来实现。利用在旋转隧道结下面或上面的附加的硬磁层，或通过“超尺寸的”钉扎层，例如交换偏置层，或通过在类似于MR元件的“伪旋转阀”情况下的硬磁层，实现内置永磁体。重要的是得到的静磁耦合控制钉扎层与自由层之间任何方向的交换耦合，正如通常是旋转隧道结的情况。当传感器表面的软磁层接近该元件时，即在近场工作距离之内，应当迅速减小在自由层上静磁耦合的效应。这可以通过使该距离足够小且该层的厚度足够大来实现。在实施例中，以平行于传感元件的自由层的磁化方向的方向永久磁化传感器表面上的材料。在对传感器表面的耦合强于对在MR元件内其他层的耦合的条件下，由于磁通闭合，传感器表面上的突出将导致自由层的磁化反转。
关于传感元件，由于和MRAM相比有不同需求，相比于MRAM所使用的，采用旋转隧道结的组成和特征。然而对于MRAM，两种稳定磁化结构(即平行和反平行)对该存储器来说是必不可少的，这不必是所建议的传感元件的情况。这里的读取敏感度是关键，而双稳定磁化结构通常是不相关的。当然，参考磁化的方向(例如在钉扎或交换偏置层中)应该是不变的。因此，对于用作检测层的自由层，可以选择具有低矫顽力的材料。
在实施例中，在同时读取多个传感元件。通过交叉线阵列对比特单元进行寻址。读出方法取决于传感器类型。在伪旋转阀的情况下，多个单元(N)可以在字线中串联，这是因为这些完全金属的单元的电阻相对较低。这提供了感兴趣的优势，即每N个单元仅仅需要一个开关元件(通常是晶体管)。相关联的缺点是将相关的电阻变化除以N。通过测量字线(具有串联单元)的电阻来进行读出，接下来将小的正加负电流脉冲施加到所需要的位线。伴随的磁场脉冲是在两个铁磁层的转换场之间；因此具有高转换场的层(检测层)将保持不变，同时以预定方向设置其它层的磁化，然后将其反转。根据形成在字线中的电阻变化的符号可知道是“0”或“1”被存储在字线和位线的交叉点处的单元中。在实施例中，使用具有固定磁化方向的旋转阀并检测在其他自由磁层中的数据。在此情况下，测量单元的绝对电阻。在实施例中，所测量的电阻相对于参考单元是不同的。通过开关元件(通常是晶体管)选择该单元，在暗示了在此情况下每个单元需要一个晶体管。除了带有每单元一个晶体管的传感器，还考虑在单元内无晶体管的可选传感器。每单元无晶体管的按交叉点几何结构的传感元件提供更高密度，但具有有些长的读取时间。
根据本发明的存储器装置特别适合于以下应用。第一种应用是一种需要可交换存储器的便携式装置，例如膝上型计算机或便携式音乐播放器。该存储装置具有低功耗，以及快速访问数据。该装置还可以用作关于内容分配的存储介质。另一种应用是智能卡。还可以将该装置用作安全存储器，在受到保护之后就不能被重写。在实施例中，该装置除了新的存储单元之外还包括常用的RAM存储器。存储装置的新的存储器阵列部分被用作包含操作系统和程序代码等的存储器。
另一种应用是一种受到非常好的版权保护的存储器。该保护的优势在于如果没有可记录/可重写版本的信息存储装置存在，用户理所当然地不能从传感器表面复制只读信息。例如，这种类型存储器适合于游戏发行。例如，与现有解决方案相比，它具有以下特性：易于复制，版权保护，瞬时接通，快速存取时间，鲁棒性，无运动部件，低功耗。

Claims (14)

1.一种在存储装置(100，200，300)中存储信息的方法，该存储装置包括二维阵列的电磁传感元件(101)，其在传感器表面(106)对近场工作距离(105)内的电磁材料(104，110，112，114，202)敏感，该存储信息的方法包括步骤：
在传感器表面(106)上以图案形式淀积电磁材料(104，110，112，114，202)，该图案表示信息。
2.如权利要求1所述的在存储装置(100，200，300)中存储信息的方法，其中该方法还包括步骤：
对准电磁材料(104，110，112，114，202)的图案以对应于电磁材料传感元件(101)的阵列。
3.如权利要求1所述的在存储装置(100，200，300)中存储信息的方法，其中该方法包括用于淀积电磁材料(104，110，112，114，202)的印刷步骤。
4.如权利要求1所述的在存储装置(100，200，300)中存储信息的方法，其中该方法包括一个压印步骤，用于淀积电磁材料(104，110，112，114，202)，特别是手指。
5.如权利要求1所述的在存储装置(200)中存储信息的方法，存储装置(200)具有提供传感器表面(106)的覆盖层(201)，其中以图案形式淀积电磁材料(202)的步骤包括：
在传感器表面(106)上淀积一层电磁材料(202)，以及包括
在覆盖层(201)内形成凹陷部分(205)的图案，由此在凹陷部分(205)内的传感器表面(106)是在近场工作距离(105)之内，而在凹陷部分(205)外部的传感器表面(106)是在近场工作距离(105)之外。
6.如权利要求1所述的在存储装置(300)中存储信息的方法，存储装置(300)具有提供传感器表面(106)的覆盖层(201)，其中该存储信息的方法包括步骤：
在覆盖层内嵌入电磁材料(104)。
7.如权利要求1所述的在存储装置(100，300)中存储信息的方法，其中以图案形式淀积电磁材料的步骤包括：
淀积包含至少两种类型的电磁材料(104，110)的图案，电磁材料(104，110)的类型对传感元件(102，103)表示不同值。
8.一种存储装置，其包括二维阵列的电磁传感元件(101)，该传感元件在传感器表面(106)对近场工作距离(105)内的电磁材料(104，110，112，114，202)敏感，其中传感器表面(106，107)被设置成用于淀积电磁材料(104，110，112，114，202)。
9.如权利要求8所述的存储装置(100，200，300)，其中传感元件(102，103)被设置成用于检测在数值范围内的一个值，该数值范围取决于近场工作距离(105)内的电磁材料(104，112)的数量。
10.如权利要求8所述的存储装置(100，200，300)，其中传感元件(102，103)被设置成用于以下面至少一种方式检测电磁材料(104，110，112，114，202)的存在：
产生磁场并通过软磁性检测在受到电磁材料存在与否的影响时的该磁场；或者
产生电场并通过电容耦合检测在受到电磁材料存在与否的影响时的该电场；或者
产生波动磁场并通过涡电流检测在受到电磁材料存在与否的影响时的该磁场。
11.如权利要求8所述的存储装置(100，200，300)，其中在传感器表面(106)上以图案形式淀积电磁材料(104，110，112，114，202)，该图案表示信息。
12.一种用于制造如权利要求8所述存储装置(100，200，300)的方法，包括步骤：
制造二维阵列的电磁传感元件(101)，其在传感器表面(106)对近场工作距离(105)内的电磁材料(104，110，112，114，202)敏感，还包括步骤：
制备传感器表面(106，107)用于淀积电磁材料(104，110，112，114，202)。
13，如权利要求12所述的制造存储装置(100，200，300)的方法，其中该方法还包括步骤：
应用覆盖层(201)用于提供传感器表面(106)。
14.一种在如权利要求1所述的在存储装置(100，200，300)中存储信息的方法中使用的印刷液体，该印刷液体包括用于在传感器表面(106)上淀积图案的电磁材料(104，110，112，114，202)。
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