ES2829336T3 - Memoria no volátil - Google Patents

Memoria no volátil Download PDF

Info

Publication number
ES2829336T3
ES2829336T3 ES17817040T ES17817040T ES2829336T3 ES 2829336 T3 ES2829336 T3 ES 2829336T3 ES 17817040 T ES17817040 T ES 17817040T ES 17817040 T ES17817040 T ES 17817040T ES 2829336 T3 ES2829336 T3 ES 2829336T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
layer
piezomagnetic
storage layer
overload
magnetization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17817040T
Other languages
English (en)
Inventor
Jan Zemen
Andrei Paul Mihai
Bin Zou
David Boldrin
Evgeniy Donchev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ip2ipo Innovations Ltd
Original Assignee
Ip2ipo Innovations Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ip2ipo Innovations Ltd filed Critical Ip2ipo Innovations Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2829336T3 publication Critical patent/ES2829336T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1673—Reading or sensing circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Una celda de memoria no volátil que comprende: una capa de almacenamiento (10) que comprende un material ferromagnético en el que se pueden registrar datos como dirección de magnetización; una capa piezomagnética (20) que comprende un material piezomagnético de antiperovskita que tiene, selectivamente, un primer tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento y un segundo tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento que depende de la sobrecarga en la capa piezomagnética; y una capa de inducción de sobrecarga (30) para la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética para conmutar, de ese modo, del primer tipo de efecto al segundo tipo de efecto.

Description

DESCRIPCIÓN
Memoria no volátil
La presente invención se refiere a una celda de memoria no volátil (NVM en inglés) y a un método de escritura de datos en y lectura de datos a partir de una celda de memoria no volátil.
La presente invención tiene como objetivo llenar el vacío entre la memoria de acceso aleatorio (RAM en inglés) de ordenador de alto rendimiento, volátil y costosa y los dispositivos de almacenamiento de datos de bajo rendimiento, de bajo coste y no volátiles, tales como las unidades de disco duro (HDD en inglés). Las tecnologías emergentes de NVM que intentan llenar este vacío se denominan memoria de clase de almacenamiento (SCM en inglés).
En términos de mejorar el rendimiento del almacenamiento de datos, el candidato principal es NAND-Flash, la tecnología líder en las unidades de estado sólido (SSD en inglés), que actualmente es demasiado cara para reemplazar las HDD, y su baja autonomía, rendimiento y eficiencia energética impiden su aplicación como RAM. La tecnología de HDD mejorada, tal como el registro magnético asistido por calor (HAMr en inglés), también experimenta un bajo rendimiento. Entre las tecnologías de memoria no volátil en desarrollo, los principales competidores son la RAM de par de transferencia de espín (STT-RAM en inglés, que experimenta una escalabilidad limitada y requiere densidades de corriente relativamente altas para lograr la conmutación entre estados), la RAM ferroeléctrica (FRAM en inglés, que usa una lectura destructiva y experimenta una menor autonomía), la memoria de cambio de fase (PCM en inglés, que experimenta una baja autonomía y eficiencia energética y se basa en materiales costosos y tóxicos), la RAM resistiva (RRAM en inglés, que usa una lectura destructiva, y las matrices de memoria pasiva que experimentan el problema de la trayectoria parásita) y los dispositivos de múltiples celdas basados en estos principios.
Las celdas de NVM existentes experimentan una o más de las siguientes desventajas: estas requieren un transistor para la lectura y/o escritura de datos, estas requieren más de dos electrodos para la lectura y escritura de datos, estas no se pueden apilar y, por lo tanto, no se pueden formar en matrices tridimensionales, estas tienen una densidad de empaquetamiento baja en dos dimensiones.
El documento US 6.387.476 desvela un elemento funcional magnético que puede operar de manera estable y fiable con una tasa de consumo de energía satisfactoriamente baja si se usa para conseguir un grado de integración potenciado. El elemento funcional magnético comprende una capa magnética sensible a la sobrecarga que tiene un estado magnético variable con la sobrecarga y una capa de aplicación de sobrecarga adaptada para aplicar una sobrecarga a la capa magnética sensible a la sobrecarga. El estado magnético de la capa magnética sensible a la sobrecarga se controla mediante el control de la sobrecarga aplicada a la capa magnética sensible a la sobrecarga.
LUKASHEV P Y COL.: "Theory of the piezomagnetic effect in Mn-based antiperovskites", PHYSICAL REVIEW B (CONDENSED MATTER AND MATERIALS PHYSICS) AMERICAN PHYSICAL SOCIETY de AIP USA, vol. 78, n.° 18, 1 de noviembre de 2008 (01-11-2008), desvelan el efecto magnetoeléctrico en MrnGaN.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona una celda de memoria no volátil que comprende: una capa de almacenamiento que comprende un material ferromagnético en el que se pueden registrar datos como dirección de magnetización; una capa piezomagnética que comprende un material piezomagnético de antiperovskita que tiene, selectivamente, un primer tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento y un segundo tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento que depende de la sobrecarga en la capa piezomagnética; una capa de inducción de sobrecarga para la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética para conmutar, de ese modo, del primer tipo de efecto al segundo tipo de efecto.
Por lo tanto, la presente invención hace uso de las propiedades cambiantes de los materiales piezomagnéticos de antiperovskita con una sobrecarga variable para variar, selectivamente, la resistencia de la interacción entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética. Los dos tipos de efectos permiten la escritura en la celda de memoria. La magnetización en la capa de almacenamiento afecta a un estado magnético en la capa piezomagnética. El estado magnético en la capa piezomagnética afecta a las propiedades elásticas de la capa piezomagnética debido a su fuerte acoplamiento magneto-elástico. La capa piezomagnética forma la placa superior de un capacitador plano y la medición de su capacidad se usa para leer el estado magnético de la capa de almacenamiento (el efecto de magnetocapacitancia) usando únicamente dos electrodos.
En una realización, el primer tipo de efecto es aquel donde una magnetización neta de la capa piezomagnética es lo suficientemente fuerte como para superar el campo coercitivo en la capa de almacenamiento y para que la magnetización de la capa de almacenamiento se alinee con la magnetización de la capa piezomagnética a través de un acoplamiento dipolar y el segundo tipo de efecto es aquel donde cualquier campo magnético en la capa de almacenamiento, debido a cualquier magnetización de la capa piezomagnética, es menor que el campo coercitivo de la capa de almacenamiento. Por lo tanto, en el segundo tipo de efecto, la magnetización de la capa de almacenamiento no cambia de dirección.
Por lo tanto, con el fin de escribir información, se aplica tensión a la capa piezoeléctrica que induce una sobrecarga en la capa piezomagnética para cambiar su magnetización. El cambio de magnetización de la capa piezomagnética es eficaz para cambiar la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento debido al acoplamiento dipolar entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética. Después de que se haya cambiado la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento, la sobrecarga en la capa de inducción de sobrecarga (piezoeléctrica) se reduce hasta un valor pequeño (por ejemplo, un valor distinto de cero) debido a un pequeño desajuste de red entre las capas piezomagnética y de inducción de sobrecarga o debido a la polarización ferroeléctrica de la capa de inducción de sobrecarga, de tal manera que la magnetización en la capa piezomagnética se reduce hasta tal nivel que cualquier campo magnético en la capa de almacenamiento es menor que el campo coercitivo de la capa de almacenamiento. De ese modo, la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento no cambia una vez que se retira la sobrecarga de la capa piezomagnética (una vez que se retira la tensión de la capa piezoeléctrica).
La ventaja de esta disposición es que los mismos electrodos que se usan para la escritura en la capa de almacenamiento se pueden usar para la lectura de la capa de almacenamiento.
En una realización, la celda de memoria no volátil comprende una capa no magnética entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética para evitar una polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética. Si existiera una polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética, cuando se aplica la sobrecarga a la capa piezomagnética con el fin de escribir en la capa de almacenamiento, la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento también se vería afectada. De ese modo, la inclusión de una capa no magnética entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética permite que la tensión se retire de la celda de NVM sin perder los datos almacenados en la capa de almacenamiento.
En una realización, el material piezomagnético de antiperovskita tiene una temperatura de Néel (Tn) mayor de 76,85 °C (350 K) a una sobrecarga del /- 30 %, preferentemente del /- 10 %, lo más preferiblemente del /- 1 %. Esto significa que el material piezomagnético de antiperovskita mantendrá sus propiedades piezomagnéticas a las temperaturas operativas típicas de la celda de memoria no volátil y no requerirá, por ejemplo, ninguna disposición de enfriamiento especial para garantizar que el material no se eleve por encima de la temperatura de Néel y, de ese modo, se vuelva paramagnético.
En una realización, el material piezomagnético de antiperovskita es un material basado en Mn3SnN (por ejemplo, Mn3-xAxSn1-yByN1-z, donde A y B son uno o más elementos seleccionados de la lista que incluye: Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Si, Sn, Zn). El Mn3SnN es un material que se ha hallado que tiene una temperatura de Néel de aproximadamente 201,85 °C (475 K), así como un gran cambio en la magnetización inducida para un pequeño cambio en la sobrecarga, y, de ese modo, puede proporcionar un alto grado de fiabilidad.
En una realización, el primer tipo de efecto es aquel en el que la capa piezomagnética se encuentra en estado paramagnético y no está presente ninguna interacción de polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética, lo que permite, de ese modo, que la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento se cambie por un campo magnético externo y el segundo tipo de efecto es una interacción de polarización de intercambio en el que el material piezomagnético se encuentra en estado antiferromagnético, por lo que la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento se fija mediante la capa piezomagnética. Un campo magnético externo puede ser un campo conmutable aplicado globalmente a toda la matriz o localmente a cada bit o un campo perpendicular constante que impulsa una conmutación de magnetización de precesión. En esta realización, la propiedad recientemente descubierta de los materiales piezomagnéticos de antiperovskita de que estos presentan un cambio en la temperatura de Néel con la sobrecarga se aplica a la celda de memoria no volátil. Esto permite, cuando el material piezomagnético de antiperovskita es paramagnético, que varíe la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento. La sobrecarga aplicada al material piezomagnético se libera, a continuación, devolviendo el material piezomagnético de antiperovskita a un estado antiferromagnético cuando este se fija en la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento mediante la interacción de polarización de intercambio. De ese modo, la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento se mantiene incluso cuando no se aplica tensión a la celda de memoria. Por tanto, tal celda de memoria es no volátil, altamente resistente a las fluctuaciones térmicas o los campos magnéticos externos y no consume mucha energía.
En una realización, el material piezomagnético tiene una temperatura de Néel que varía con la sobrecarga y en donde la temperatura de Néel pasa de 19,85 °C (293 K) cuando la sobrecarga varía del 30 % al -30 %, preferentemente del 10 % al -10 %, lo más preferentemente del 1 % al -1 %. Esto significa que el dispositivo se puede operar a temperaturas ambiente típicas y no es necesario ningún calentamiento o enfriamiento (tal como en e1HAMR) con el fin de que la celda de NVM opere correctamente.
En una realización, el material piezomagnético de antiperovskita se basa en Mn3GaN o Mn3NiN, por ejemplo, Mn3-xAxGa1-yByN1-z o Mn3-xAxNi1-yByN1-z, donde A y B son uno o más elementos seleccionados de la lista que incluye: Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Si, Sn, Zn. Se ha hallado que varios de estos materiales presentan un cambio en la temperatura de Néel que varía con la sobrecarga, en donde la temperatura de Néel pasa de 19,85 °C (293 K) cuando la sobrecarga varía del 1 % al -1 %, y también presentan un gran cambio en la temperatura de Néel en ese intervalo de sobrecarga, permitiendo, de ese modo, un control más fácil de la escritura en la capa de almacenamiento.
En una realización, la celda de memoria no volátil comprende al menos un electrodo adicional posicionado adyacente a la capa de almacenamiento para inducir un campo magnético global o local dependiente del tiempo para el cambio de la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento. En una realización, la capa adicional tiene una magnetización constante perpendicular a la magnetización de la capa de almacenamiento para inducir la conmutación de precesión de la magnetización de la capa de almacenamiento cuando esta se suelta durante la mitad de su período de precesión. Este mecanismo adicional resulta ventajoso en la realización donde el material piezomagnético se hace paramagnético en un procedimiento de escritura con el fin de soltar la capa de almacenamiento. Se puede usar una fuente individual del campo magnético aplicado para escribir datos en múltiples celdas de memoria.
En una realización preferida, la capa de inducción de sobrecarga es una capa piezoeléctrica. Esto permite una conmutación rápida entre diferentes tasas de sobrecarga y una excelente durabilidad.
En una realización, la capa de inducción de sobrecarga es un material de perovskita. Esto resulta ventajoso, ya que entonces resulta posible reducir cualquier desajuste de red entre la capa de inducción de sobrecarga y la capa piezomagnética. Con un desajuste de red más bajo, se pueden inducir sobrecargas tanto por tracción como por compresión en la capa piezomagnética mediante la capa de inducción de sobrecarga y también se reduce cualquier sobrecarga restante en la capa piezomagnética cuando la capa de inducción de sobrecarga no está activada (es decir, debido al desajuste de red). Esto resulta ventajoso porque mejora la estabilidad mecánica y la durabilidad de la celda de memoria.
En una realización, la capa de almacenamiento es una capa de perovskita. Esto resulta ventajoso, ya que el desajuste de red entre las capas adyacentes de perovskita y antiperovskita permite un bajo desajuste de red entre las capas con las consiguientes ventajas mencionadas anteriormente.
En una realización, la celda de memoria no volátil comprende, además: un primer electrodo conectado a la capa de almacenamiento sobre un lado opuesto a la capa piezomagnética; y un segundo electrodo conectado a la capa de inducción de sobrecarga sobre un lado opuesto a la capa piezomagnética. La memoria no volátil se puede leer y escribir entonces con únicamente aquellos dos electrodos y sin la necesidad de un transistor en cada celda de la matriz. Por tanto, la celda de NVM se puede direccionar fácilmente. En una matriz bidimensional, las celdas de memoria individuales se pueden direccionar con el primer y segundo electrodos que se comparten con otras celdas de la matriz.
En una realización, se proporciona una matriz bidimensional o tridimensional de celdas de memoria que comprende una pluralidad de celdas de memoria no volátil de la presente invención. Las celdas de memoria de la presente invención son idealmente aptas para incorporarse en una matriz bidimensional o tridimensional porque, particularmente si se construye con un desajuste de red bajo entre las capas, no se acumulan cargas a medida que se forman más celdas de memoria adyacentes entre sí, tanto lateral como verticalmente. El tamaño de cada celda de memoria es pequeño y la necesidad de únicamente dos electrodos para realizar las funciones tanto de lectura como de escritura significa que se puede lograr una memoria de alta densidad.
En una realización, se proporciona un método de escritura de datos en y lectura de datos a partir de una celda de memoria no volátil que comprende una capa de almacenamiento y una capa piezomagnética de antiperovskita, comprendiendo el método las etapas de: inducir una polarización en una primera o segunda dirección en la capa de almacenamiento para escribir, de ese modo, datos en la celda de memoria, induciendo la polarización de la capa de almacenamiento en la primera dirección un primer estado magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita e induciendo la polarización de la capa de almacenamiento en la segunda dirección un segundo estado magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita, y medir la magneto-capacitancia de la celda de memoria, siendo la magnetocapacitancia de la capa piezomagnética de antiperovskita diferente en el primer estado magnético en comparación con el segundo estado magnético, para leer, de ese modo, los datos almacenados en la capa de almacenamiento.
Por tanto, la información almacenada en la capa de almacenamiento se puede leer usando únicamente dos electrodos y sin la necesidad de un transistor y sin sobrescribir los datos almacenados en la memoria. Esto no se puede lograr sin la capa piezomagnética de antiperovskita, ya que la capacidad de un capacitador ferroeléctrico general es simétrica con respecto a la orientación de su polarización eléctrica. Es decir, la magneto-capacitancia del bit de memoria, cuando se mide en un estado antiferromagnético completamente compensado o en un estado paramagnético de la capa piezomagnética de antiperovskita, es la misma independientemente de la dirección de la polarización ferroeléctrica. En cambio, en el estado antiferromagnético inclinado de la capa piezomagnética de antiperovskita, la magnetocapacitancia varía con la orientación de la polarización ferroeléctrica que afecta al tamaño de la magnetización en la capa piezomagnética. Esto se debe al magnetismo frustrado del material piezomagnético de antiperovskita que sustenta el denominado acoplamiento magneto-elástico.
En una realización, la medición comprende aplicar una tensión alterna a través de la capa de almacenamiento y la capa de antiperovskita y determinar una reactancia y, de ese modo, la magneto-capacitancia de la celda de memoria.
En una realización, la medición comprende determinar un desplazamiento en la frecuencia de resonancia de la celda de memoria.
En una realización, la capa de almacenamiento comprende un material ferromagnético y la polarización es una polarización magnética, es decir, una magnetización.
En una realización, la inducción se realiza mediante la inducción de una magnetización en la capa piezomagnética de antiperovskita lo suficientemente fuerte como para que la polarización magnética de la capa de almacenamiento se alinee con la magnetización de la capa piezomagnética de antiperovskita a través del acoplamiento dipolar. Por tanto, el material piezomagnético de antiperovskita tiene dos funciones, tanto la de permitir que se lea la celda de memoria como también la de usarse en la operación de escritura para inducir la polarización en la capa de almacenamiento. Esto significa que únicamente se necesitan dos electrodos para realizar las funciones tanto de lectura como de escritura y esto sin necesidad de un transistor que use energía y consuma espacio.
En una realización, la memoria no volátil comprende, además, una capa de inducción de sobrecarga y la inducción de una magnetización en la capa piezomagnética de antiperovskita se consigue mediante la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética de antiperovskita usando la capa de inducción de sobrecarga. Por tanto, mediante la aplicación de una diferencia de potencial a través de la capa de inducción de sobrecarga (que puede ser un material piezoeléctrico), se puede inducir una sobrecarga en la capa piezomagnética de antiperovskita. Una sobrecarga en la capa piezomagnética de antiperovskita da como resultado la generación de una polarización de espín magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita. La polarización de espín magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita induce, de ese modo, la magnetización en la capa de almacenamiento, por ejemplo, mediante acoplamiento dipolar.
En una realización, la inducción comprende inducir una magnetización en la capa de almacenamiento usando un electrodo de magnetización. Tal electrodo de magnetización se puede usar para inducir la polarización en la primera o segunda dirección en la capa de almacenamiento de múltiples celdas de memoria no volátil.
A continuación, se describirán las realizaciones de la invención a modo de ejemplo únicamente con referencia a y tal como se ilustra en los siguientes dibujos:
la Figura 1 es una ilustración esquemática de la estructura de red y magnética de un material piezomagnético de antiperovskita;
la Figura 2 es un gráfico de la sobrecarga a lo largo del eje x en comparación con la magnetización neta inducida a lo largo del eje y de una selección de diferentes materiales piezomagnéticos de antiperovskita;
la Figura 3 es un gráfico de la sobrecarga a lo largo del eje x en comparación con (la temperatura de Néel: la temperatura de Néel a sobrecarga cero en Kelvin) a lo largo del eje y de una selección de diferentes materiales piezomagnéticos de antiperovskita;
la Figura 4 es un gráfico de los resultados determinados experimentalmente de la magnetización de saturación y la temperatura de Néel de Mn3NiN en el eje y en función de la sobrecarga del eje c en el eje x con la magnetización de saturación tomada de los bucles de M-H a -173,15 °C (100 K);
la Figura 5 es un gráfico del efecto de magneto-capacitancia de la heteroestructura de Mn3GaN/Ba0,75Sr0,25TiO3/SrRuO3 en el sustrato de (LaAlO3)0,3(Sr2TaAlO6)0,7 a temperatura ambiente;
la Figura 6 es un diagrama esquemático en sección transversal de una celda de memoria magnética no volátil de acuerdo con una primera realización;
la Figura 7 es un diagrama esquemático en sección transversal de una celda de memoria magnética no volátil de acuerdo con una segunda realización;
la Figura 8 es un diagrama esquemático en sección transversal de una celda de memoria eléctrica no volátil de acuerdo con una tercera realización;
la Figura 9 es una vista esquemática en perspectiva de una matriz de memoria magnética bidimensional de acuerdo con una realización;
la Figura 10 es una explicación de la escritura en una matriz de memoria bidimensional de la primera realización (y también se puede aplicar a una matriz de memoria bidimensional de la tercera realización);
la Figura 11 es una explicación de la escritura en una matriz bidimensional de la segunda realización;
la Figura 12 es una explicación de la lectura de una matriz de memoria bidimensional de las tres realizaciones; y la Figura 13 es una vista esquemática en perspectiva de una matriz de memoria magnética tridimensional de acuerdo con una realización.
La presente invención hace uso de las propiedades de las antiperovskitas basadas en Mn. Se sabe que estos materiales presentan el efecto piezomagnético. El efecto piezomagnético es un cambio en la magnetización debido a la aplicación de una carga que se manifiesta en el estado antiferromagnético inclinado de las antiperovskitas basadas en Mn.
La Figura 1a ilustra la estructura de una antiperovskita basada en Mn en el estado no sobrecargado donde no hay una magnetización neta. La Figura 1b ilustra el caso donde se aplica una sobrecarga por tracción y hay una magnetización neta inducida antiparalela a la dirección [110] y la Figura 1c ilustra el caso donde se aplica una sobrecarga por compresión que induce una magnetización neta paralela a la dirección [110]. Tal como se ilustra, en la aplicación de una sobrecarga por tracción o una sobrecarga por compresión, se induce una polarización de espín magnético neta (es decir, una magnetización). La dirección de la polarización de espín magnético es opuesta en las sobrecargas por tracción y compresión.
La Figura 2 es un gráfico a lo largo del eje x del porcentaje de sobrecarga de red biaxial y a lo largo del eje y de la magnetización inducida. En la Figura 2, se representa la variación en la magnetización inducida de cuatro tipos diferentes de material de antiperovskita basado en Mn. Tal como se puede observar, la mayor variación en el campo magnético con sobrecarga se produce en MmSnN, siendo el siguiente material más sensible Mn3NiN, seguido de Mn3InN y, a continuación, MmGaN. También se ilustra la temperatura de Néel al cero por ciento de sobrecarga observada experimentalmente en la forma a granel de aquellos materiales. Por encima de la temperatura de Néel, los materiales se vuelven paramagnéticos en lugar de antiferromagnéticos, por lo que no se observa el efecto del cambio en la polarización de espín magnético con la sobrecarga inducida. Los resultados de la Figura 2 son los resultados de simulaciones que se han confirmado experimentalmente de Mn3NiN (véase la Figura 4, que muestra la temperatura de Néel y la magnetización de saturación en el eje y en función de la sobrecarga del eje c en el eje x con la magnetización de saturación tomada de los bucles M-H a -173,15 °C (100 K)).
Los presentes inventores han descubierto que la temperatura de Néel de las antiperovskitas basadas en Mn cambia fuertemente con la sobrecarga inducida. La sensibilidad de la temperatura de Néel a la sobrecarga inducida se ilustra en la Figura 3, donde se representa la sobrecarga a lo largo del eje x y la desviación de la temperatura de Néel de su valor a sobrecarga cero en Kelvin a lo largo del eje y de tres antiperovskitas diferentes basadas en Mn. Los resultados que se muestran en la Figura 3 se basan en cálculos teóricos que se sabe que sobrevaloran la temperatura de Néel (usando la aproximación de campo medio de KKR-DLM (código de mecánica cuántica desarrollado principalmente por el profesor J B Staunton de la Universidad de Warwick)). Aunque los valores de temperatura en Kelvin no son representativos de lo que se observa experimentalmente, las variaciones en la temperatura de Néel son indicativas de lo que se observa experimentalmente. Tal como se puede observar, tanto MmNiN como Mn3GaN presentan una temperatura de Néel a aproximadamente la temperatura ambiente (a una sobrecarga del cero por ciento, las temperaturas de Néel son de -33,15 °C (240 k ) (tal como se observa en la Figura 4) y 26,85 °C (300 K), respectivamente, tal como se determina experimentalmente). Se puede usar un cambio en la sobrecarga en la antiperovskita basada en Mn para cambiar las propiedades de la antiperovskita basada en Mn de ser piezomagnética (por debajo de la temperatura de Néel) a ser paramagnética (por encima de la temperatura de Néel). Los resultados de la dependencia de la temperatura de Néel y la magnetización inducida de la sobrecarga en MmNiN se han confirmado experimentalmente (Figura 4).
La Figura 5 muestra el efecto de magneto-capacitancia medido de la heteroestructura de Mn3GaN/Ba0,75Sr0,25TiO3/SrRuO3 en el sustrato de (LaAlO3)0,3(Sr2TaAlO6)0,7 a temperatura ambiente. El efecto de magneto-capacitancia de más del 1.400 % en un campo magnético de 7T se obtuvo mediante la aplicación de una polarización de 1,5 V de CC entre el electrodo inferior (SrRuO3) y un electrodo superior de Au. El cambio en la capacitancia de Ba0,75Si0,25TiO3 resulta de la sobrecarga interfacial inducida mediante el efecto piezomagnético (inverso) de la capa de Mn3GaN en el campo magnético. Se observa que el efecto de magneto-capacitancia es mucho menor a una polarización de 0 V de CC, en comparación con el efecto de magnetocapacitancia a una polarización de 1,5 V de CC. La gran magnetocapacitancia sustenta el mecanismo de lectura.
Los presentes inventores han desarrollado celdas de NVM sobre la base del conocimiento ilustrado en las Figuras 1­ 5 de las propiedades de las antiperovskitas basadas en Mn.
En la primera y segunda realizaciones, una celda de memoria no volátil utiliza las propiedades del material piezomagnético de antiperovskita basado en Mn ilustrado en las Figuras 2-5. Las Figuras 6 y 7 son diagramas esquemáticos en sección transversal de celdas de memoria magnética no volátil de acuerdo con la primera y segunda realizaciones. Las celdas de NVM comprenden una capa de almacenamiento 10 en la que se pueden registrar datos. La capa de almacenamiento 10 puede comprender un material ferromagnético. De esta manera, los datos se pueden registrar como dirección de magnetización.
También se proporciona una capa piezomagnética 20. La capa piezomagnética 20 comprende un material piezomagnético de antiperovskita, preferentemente un material piezomagnético de antiperovskita basado en Mn. Dependiendo de la sobrecarga en la capa piezomagnética 20, la capa piezomagnética 20 tiene, selectivamente, un primer tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento 10 (por ejemplo, cuando se somete a una sobrecarga por compresión o tracción) y un segundo tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento 10 (por ejemplo, cuando se somete a una sobrecarga por tracción o compresión baja o nula).
Se proporciona una capa de inducción de sobrecarga 30 para la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética 20 para conmutar, de ese modo, del primer tipo de efecto al segundo tipo de efecto.
Se proporciona un primer electrodo 50 sobre un lado de la capa de almacenamiento 10 opuesto a la capa piezomagnética 20. Se proporciona un segundo electrodo 60 sobre un lado de la capa de inducción de sobrecarga 30 opuesto a la capa piezomagnética 20. Las capas 20, 30 y 60 forman un capacitador plano que presenta el efecto de magneto-capacitancia usado para leer la información almacenada de manera no destructiva únicamente mediante medios eléctricos (tal como se describe a continuación).
Mediante la aplicación de una tensión a través del primer y segundo electrodos 50, 60, se puede inducir una sobrecarga en la capa de inducción de sobrecarga 30. La sobrecarga inducida mediante la diferencia de potencial a través del primer y segundo electrodos 50, 60 en la capa de inducción de sobrecarga 30 se transfiere a la capa piezomagnética 20. Tal como se ilustra en las Figuras 2-5, la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética 20 cambia la propiedad de la capa piezomagnética 20 en términos de su magnetización y/o en términos de su temperatura de Néel. El cambio en la propiedad de la capa piezomagnética 20 tiene un efecto (por ejemplo, el primer tipo de efecto) sobre la capa de almacenamiento 10 que es un efecto diferente (por ejemplo, el segundo tipo de efecto) que depende de la sobrecarga en la capa piezomagnética 20.
En una realización, la capa piezomagnética 20 se desarrolla con la orientación (001) alineada perpendicular al plano de la capa de inducción de sobrecarga 30 y la capa de almacenamiento 10. Esto garantiza una buena formación de desarrollo epitaxial de la estructura magnética mostrada en la Figura 1, una buena estabilidad mecánica, un pequeño desajuste de red con la capa ferroeléctrica 30 y el cambio máximo en la propiedad (de la magnetización, en la primera realización, o la temperatura de Néel, en la segunda realización) en una sobrecarga en el plano dada.
La capa de inducción de sobrecarga 30 puede ser un material piezoeléctrico, por ejemplo, un material ferroeléctrico. En una realización, la capa de inducción de sobrecarga 30 tiene una estructura de perovskita o antiperovskita. Por ejemplo, la capa de inducción de sobrecarga puede ser un material de (Ba/Sr)TiO3. El hecho de tener una estructura de perovskita puede resultar ventajoso porque, de ese modo, se puede conseguir una interfaz bien definida y un fuerte acoplamiento elástico entre la capa de inducción de sobrecarga 30 y la capa piezomagnética 20. Una interfaz cristalina limpia da como resultado una larga vida de la celda de memoria no volátil y una gran transferencia de la sobrecarga inducida en la capa de inducción de sobrecarga 30 que se transfiere a la capa piezomagnética 20. En particular, en el caso de la primera realización, resulta deseable un bajo desajuste de red entre la capa de inducción de sobrecarga 30 y la capa piezomagnética 20. Esto se debe a que, cuando no se aplica ninguna diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60, resulta deseable que exista muy poca o ninguna sobrecarga en la capa piezomagnética 20. Cuando no se aplica ninguna diferencia de potencial, existe cero magnetización (o una pequeña magnetización inducida mediante la polarización eléctrica espontánea de la capa de inducción de sobrecarga ferroeléctrica adyacente o una sobrecarga residual resultante del desajuste de red entre la capa de inducción de sobrecarga 30 y la capa piezomagnética 20) de la capa piezomagnética 20 y resulta deseable tener una magnetización lo más baja posible en la capa piezomagnética 20 en la primera realización, cuando no se aplica ninguna diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60. Cualquier desajuste entre la capa de inducción de sobrecarga 30 y la capa piezomagnética 20 puede dar como resultado una sobrecarga en la capa piezomagnética 20, cuando se aplica una diferencia de potencial de cero entre el primer y segundo electrodos 50, 60. Siempre que esté presente cualquier magnetización en la capa piezomagnética 20 a una diferencia de potencial de cero entre el primer y segundo electrodos 50, 60, esto dará como resultado un campo magnético en la capa de almacenamiento 10 que será menor que el campo coercitivo de la capa de almacenamiento 10, es decir, aceptable.
La constante de red de la capa de inducción de sobrecarga 30 y la capa piezomagnética 20 (y entre otras capas) se puede ajustar mediante el cambio de las condiciones de desarrollo y la composición (tal como se describe a continuación). De esta manera, se puede ajustar el desajuste de red entre las diversas capas. Deseablemente, el desajuste de red entre la capa de almacenamiento 10 y la capa piezomagnética 20 y/o entre la capa piezomagnética 20 y la capa de inducción de sobrecarga 30 y/o entre el primer o segundo electrodo 50/60 y su capa adyacente es menor del 1 %, más deseablemente menor del 0,5 %. Esto no da como resultado únicamente un dispositivo de larga duración y otras propiedades deseables, tal como se describe en otra parte, sino que también significa que resulta posible desarrollar una matriz bidimensional o incluso tridimensional de celdas de memoria que se extiendan lateral y verticalmente que tenga un alto grado de solidez.
La operación de la primera realización de la presente invención se describirá, a continuación, con detalle con referencia a la Figura 6. La realización de la Figura 6 usa el principio ilustrado en la Figura 2. Es decir, con el fin de escribir datos en la capa de almacenamiento 10, se aplica una diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60 en una determinada dirección con el fin de contraer o expandir la capa de inducción de sobrecarga 30 y aplicar, de ese modo, una sobrecarga por compresión o tracción en la capa piezomagnética 20. A medida que se induce una sobrecarga en la capa piezomagnética 20, se desarrollará una magnetización en la capa piezomagnética 20 en una dirección de acuerdo con si la sobrecarga es por tracción o por compresión. A través del acoplamiento dipolar entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10, la magnetización espontánea de la capa de almacenamiento 10 se conmutará de acuerdo con la dirección de magnetización de la capa piezomagnética 20 en el primer tipo de efecto. De esta manera, la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento 10 se puede cambiar mediante la aplicación de una diferencia de potencial positiva o negativa entre el primer y segundo electrodos 50, 60.
Cuando se retira la diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60, la capa de inducción de sobrecarga 30 vuelve a su forma original y la sobrecarga en la capa piezomagnética 20 también vuelve a su nivel original (próximo a cero, en particular, si existe un desajuste de red bajo entre la capa piezomagnética 20 y la capa de inducción de sobrecarga 30). Como resultado, no queda magnetización en la capa piezomagnética una vez que se ha retirado la diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60.
Con una magnetización insignificante en la capa piezomagnética 20 y suponiendo que no existe ningún efecto de polarización de intercambio entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10, la magnetización de la capa de almacenamiento 10 permanece fijada mediante la anisotropía magnética (campo coercitivo) de la capa de almacenamiento ferromagnética (suponiendo que no hay ningún campo magnético externo) y este es el segundo tipo de efecto.
En una realización, con el fin de evitar la polarización de intercambio entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10, se puede proporcionar una capa no magnética 15 (metálica) entre la capa de almacenamiento 10 y la capa piezomagnética 20. La capa no magnética 15 puede ser relativamente delgada (del orden de un nanómetro). En tal capa delgada, la constante de red del material se adaptará a la de las capas adyacentes (la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10), de tal manera que la presencia de la capa no magnética 15 no induzca ninguna sobrecarga. La capa no magnética 15 evita la polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento 10 y la capa piezomagnética 20. La prevención de la polarización de intercambio entre aquellas dos capas significa que, cuando se retira la magnetización en la capa piezomagnética 20, no se ve afectada ninguna magnetización en la capa de almacenamiento 10.
Aunque quede una pequeña magnetización en la capa piezomagnética 20 después de la retirada de la diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60, siempre que cualquier campo magnético que actúe sobre la capa de almacenamiento 10 resultante de la magnetización de la capa 20 sea menor que el campo coercitivo de la capa de almacenamiento 10, no se producirá ningún cambio en la magnetización de la capa de almacenamiento 10. Por lo tanto, la primera realización hace uso de la anisotropía magnética (combinación de anisotropía magnetocristalina y de forma) del material ferromagnético de la capa de almacenamiento 10. Las dimensiones laterales de cada bit de memoria son más pequeñas que los tamaños de dominio magnético típicos, por lo que se supone que la capa de almacenamiento 10 se encuentra en un estado de dominio individual donde los campos coercitivos se determinan mediante la anisotropía magnética.
Con el fin de cambiar los datos (dirección de magnetización) almacenados en la capa de almacenamiento 10, se aplica una diferencia de potencial opuesta en dirección a la aplicada previamente entre el primer y segundo electrodos 50, 60. Esto induce lo opuesto a una sobrecarga por tracción o compresión en la capa de inducción de sobrecarga 30 y, de ese modo, en la capa piezomagnética 20 y así se desarrolla una magnetización opuesta en dirección. De ese modo, a través del acoplamiento dipolar, se cambia la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento 10.
En la primera realización, el material piezomagnético de antiperovskita preferido es de Mn3SnN o basado en Mn3SnN, ya que este material, de acuerdo con la Figura 2, presenta el mayor cambio de campo magnético inducido con la sobrecarga. El material se puede optimizar para que tenga un parámetro de red y propiedades piezomagnéticas deseables mediante el cambio de su composición química, por ejemplo, Mn3-xAxSn1-yByN1-z, donde A y B son uno o más elementos seleccionados de la lista que incluye: Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Si, Sn, Zn. Este también se podría derivar de otra antiperovskita distinta de MmSnN. En general, este puede ser cualquier material con piezomagnetismo a temperatura ambiente y un buen ajuste de red con las otras capas.
En una realización, la capa piezomagnética 20 está en contacto con una superficie de la capa de inducción de sobrecarga 30. En una realización, la capa no magnética 15 está en contacto con la capa piezomagnética 20. En una realización, la capa de almacenamiento 10 está en contacto con la capa no magnética 15. En una realización, el primer electrodo 50 está en contacto con la capa de almacenamiento 10. En una realización, el segundo electrodo 60 está en contacto con la capa de inducción de sobrecarga 30.
En una realización, la capa de almacenamiento 10 es un material de perovskita o antiperovskita, por ejemplo, Co3FeN. La capa de inducción de sobrecarga 30 se puede formar sobre un electrodo que a su vez se forma sobre un sustrato, por ejemplo, un sustrato de MgO, SrTiO3 , Nb:SrTiO3 o Si. En una realización, el sustrato tiene parámetros de red que se ajustan a aquellos del electrodo y la capa de inducción de sobrecarga 30. En una realización, el sustrato (por ejemplo, Nb:SrTiO3 o Si dopado) sobre el que se desarrollan las capas se puede usar como electrodo y no se necesita un electrodo separado.
El primer electrodo 50 se puede preparar de un metal o una perovskita conductora, tal como Nb:SrTiO3 o SrRuO3. El segundo electrodo 60 se puede preparar de Nb:SrTiO3 o SrRuO3.
Con el fin de leer los datos almacenados en la capa de almacenamiento 10, se hace uso del efecto de magnetocapacitancia. Una propiedad adicional de los materiales piezomagnéticos de antiperovskita es que su rigidez cambia como resultado del campo magnético presente en los mismos debido al acoplamiento magneto-elástico. La presencia de magnetización en la capa de almacenamiento 10 da como resultado un campo magnético en la capa piezomagnética 20, incluso a una sobrecarga cero. El campo magnético en la capa piezomagnética 20 da como resultado un cambio en la elasticidad de la capa piezomagnética 20 en comparación con cuando no está presente ningún campo magnético en la capa piezomagnética 20. El cambio de elasticidad en la capa piezomagnética 20 se puede medir como cambio en la magneto-capacitancia del capacitador formado mediante las capas 20, 30 y 60. El cambio en la magneto-capacitancia es asimétrico, lo que significa que la capacidad medida es diferente en las dos alineaciones opuestas de magnetización en la capa de almacenamiento 10. Por tanto, mediante la medición de la magneto-capacitancia del capacitador formado mediante las capas 20, 30 y 60, resulta posible determinar la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento 10. De ese modo, mediante la medición de la magneto-capacitancia entre el primer y segundo electrodos 50, 60, se puede determinar la dirección de la magnetización en la capa de almacenamiento 10.
Una manera de medir la magneto-capacitancia entre el primer y segundo electrodos 50, 60 comprende aplicar una tensión alterna entre el primer y segundo electrodos 50, 60 y medir la respuesta (reactancia). Esto se explica adicionalmente más adelante con referencia a la Figura 10.
De ese modo, con únicamente dos electrodos resulta posible tanto escribir en la capa de almacenamiento 10 como leer a partir de la capa de almacenamiento 10 sin la necesidad de un transistor y sin la necesidad de un tercer o más electrodos. Esto resulta deseable, ya que resultan posibles los diseños de memorias bidimensionales o tridimensionales que comprenden una pluralidad de celdas de memoria no volátil de la presente invención que son particularmente compactos y de diseño sencillo.
A continuación, se describirá una segunda realización con referencia a la Figura 7. La segunda realización es la misma que la primera realización, excepto en lo que se describe a continuación.
La segunda realización se basa en el comportamiento de la capa piezomagnética 20, tal como se ilustra en las Figuras 3-5. Es decir, se conmuta la propiedad de la capa piezomagnética 20 de un comportamiento antiferromagnético (segundo tipo de efecto) a un comportamiento paramagnético (primer tipo de efecto) mediante la inducción de una sobrecarga en la misma (y, de ese modo, el cambio de la temperatura de Néel a por debajo de la temperatura experimentada por la capa piezomagnética 20). En la segunda realización, se omite la capa no magnética 15 de la primera realización. Como resultado, existe una polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento 10 y la capa piezomagnética 20 cuando la capa piezomagnética es antiferromagnética (por ejemplo, cuando no se aplica ninguna diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60).
Cuando se aplica una diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60, la sobrecarga inducida mediante la capa de inducción de sobrecarga 30 en la capa piezomagnética 20 resulta eficaz para reducir la temperatura de Néel de la capa piezomagnética 20 de tal manera que la capa piezomagnética de antiperovskita 20 se vuelve paramagnética. Cuando la capa piezomagnética 20 es paramagnética, no existe polarización de intercambio entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10. Sin embargo, cuando la capa piezomagnética 20 es antiferromagnética (por ejemplo, después de desactivar la diferencia de potencial), existe una polarización de intercambio entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10. Cuando existe una polarización de intercambio entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10, se fija la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento 10, aunque esté presente un campo magnético mayor en resistencia que el campo coercitivo. La capa 20 puede fijar la magnetización de la capa 10 en al menos dos direcciones diferentes, dependiendo del estado magnético de la capa 10 presente cuando la capa 20 se vuelve antiferromagnética.
La segunda realización aplica, de ese modo, una diferencia de potencial entre la primera y segunda capas 50, 60 para inducir una sobrecarga en la capa piezomagnética 20 (a través de la capa de inducción de sobrecarga 30) para cambiar las propiedades de la capa piezomagnética 20 entre la antiferromagnética inclinada y la paramagnética. Una vez que la capa piezomagnética 20 es paramagnética, resulta posible cambiar la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento 10. Esto se puede lograr, por ejemplo, usando un campo magnético externo. Para este fin, se puede proporcionar al menos un electrodo adicional 70 que induzca un campo magnético o una capa magnetizada perpendicularmente 70, por ejemplo. Los electrodos individuales adicionales 70 pueden actuar globalmente sobre dos o más celdas de memoria o localmente en una celda de memoria individual. Como alternativa, se incluye una capa adicional con magnetización constante perpendicular a la magnetización de la capa de almacenamiento 10 para inducir la conmutación de precesión de la magnetización de la capa de almacenamiento 10 cuando esta se suelta durante la mitad de su período de precesión. Este mecanismo adicional resulta ventajoso en la realización donde el material piezomagnético 20 se hace paramagnético en un procedimiento de escritura con el fin de soltar la capa de almacenamiento 10. Mediante la inducción de un campo magnético en la capa de almacenamiento 10 usando el electrodo 70, se puede cambiar la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento 10. Después de que se haya cambiado la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento 10, para escribir, de ese modo, datos en la capa de almacenamiento 10, se retira la diferencia de potencial aplicada a través del primer y segundo electrodos 50, 60. De ese modo, la temperatura de Néel de la capa piezomagnética 20 se eleva por encima de la temperatura ambiente de modo que la capa piezomagnética 20 actúa como antiferromagnético. Cuando la capa piezomagnética 20 actúa como antiferromagnético, la dirección de magnetización (en este caso, la polarización de espín magnético) de la capa de almacenamiento 10 se fija debido a la interacción de polarización de intercambio entre la capa piezomagnética 20 y la capa de almacenamiento 10. De ese modo, aunque el electrodo de magnetización 70 se use para escribir información en una celda de memoria no volátil adyacente y el campo magnético se extienda hacia la capa de almacenamiento 10 de la celda de memoria en consideración, no se cambiará la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento 10 de la celda de memoria en consideración.
En la segunda realización, los datos se leen a partir de la celda de memoria no volátil de la misma manera que en la primera realización mediante el uso del efecto de magneto-capacitancia. Sin embargo, en este caso, la dirección de magnetización en la capa de almacenamiento se invierte mediante la aplicación de una sobrecarga por debajo de la Tn a la capa 20 y, a continuación, después de invertir la capa de almacenamiento 10, la aplicación de un pulso de sobrecarga rápido para convertir la capa piezomagnética 20 en paramagnética y, de ese modo, restablecer la dirección de fijación sin cambiar la nueva dirección de magnetización de la capa de almacenamiento 10.
En la segunda realización, el material piezomagnético de antiperovskita más preferido son los materiales de Mn3GaN o Mn3NiN o basados en Mn3GaN o Mn3 , tales como, por ejemplo, Mn3-xAxGa1-yByN1-z o Mn3-xAxNi1-yByN1-z, donde A y B son uno o más elementos seleccionados de la lista que incluye: Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Si, Sn, Zn, ya que estos materiales tienen una temperatura de Néel a una sobrecarga cero aproximadamente igual a la temperatura ambiente y la temperatura a la que opera la memoria. Preferentemente, el material piezomagnético tiene una temperatura de Néel que varía con la sobrecarga y en donde la temperatura de Néel pasa de 19,85 °C (293 K) cuando la sobrecarga varía del 30 % al -30 %, preferentemente del 10 % al -10 %, lo más preferentemente del 1 % al -1 %. Si se usa tal material, no resulta necesario calentar o enfriar la celda de memoria no volátil, ya que el cambio en la temperatura de Néel se puede efectuar a temperatura ambiente.
A continuación, se describirá una tercera realización con referencia a la Figura 8. La tercera realización es la misma que la primera y la segunda realizaciones, excepto en lo que se describe a continuación. En la tercera realización, la celda de memoria no volátil comprende exactamente las mismas capas que la celda de la segunda realización, excepto las capas 10 y 70, que no son necesarias. En cambio, la información se almacena en la capa ferroeléctrica 30.
En la tercera realización, la capa de almacenamiento es una capa ferroeléctrica 30 (tal como en la primera y segunda realizaciones, pero ahora no se requiere la propiedad piezoeléctrica adicional) en la que los datos se pueden registrar como dirección de polarización eléctrica. Los datos se pueden escribir en la celda de memoria eléctrica no volátil mediante la aplicación de una diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60. Esto puede conmutar una polarización eléctrica en la capa ferroeléctrica 30, dependiendo de la polaridad de la diferencia de potencial aplicada. La polarización eléctrica permanecerá incluso una vez que se retire la diferencia de potencial entre el primer y segundo electrodos 50, 60 debido a la histéresis eléctrica del material ferroeléctrico.
La polarización eléctrica en la capa ferroeléctrica 30 induce un momento magnético en la capa piezomagnética 20. Este momento magnético da como resultado un cambio en la magneto-capacitancia del capacitador formado mediante las capas 20, 30 y 60, que se puede medir de la misma manera que en la primera y segunda realizaciones. Tal como en la primera y segunda realizaciones, la magneto-capacitancia determinada se puede relacionar con la dirección de polarización (eléctrica, en el caso de la tercera realización). De ese modo, se pueden leer los datos almacenados en la capa de almacenamiento 30.
La lectura y escritura de bits de memoria en una matriz de N-por-N con la geometría de barra transversal se puede lograr de manera no destructiva y sin un transistor en cada bit siguiendo las mismas etapas que en el caso de la primera y segunda realizaciones, tal como se describe a continuación con referencia a las Figuras 9-12.
Todas las realizaciones resisten la fatiga estructural y son, en este aspecto, de órdenes de magnitud mejores que las memorias rápidas típicas. La primera y segunda realizaciones son incluso más resistentes a la fatiga estructural que la tercera realización.
En la tercera realización, la capa ferroeléctrica 30 puede estar en contacto con la capa piezomagnética 20. En una realización, la capa ferroeléctrica 30 está formada de material ferroeléctrico de perovskita (por ejemplo, PbTiO3 , SrTiO3 , BaTiO3 , BaxSr1-xTiO3 , Ba(ZrxTi1-x)TiO3). La capa piezomagnética 20 puede estar formada de cualquier material de antiperovskita basado en Mn, tal como MmSnN, Mn3GaN o Mn3NiN, o de materiales basados en Mn3SnN, Mn3GaN o MmNiN, tal como se ha descrito anteriormente.
Las celdas de memoria no volátil de la presente invención tienen la ventaja de incorporarse fácilmente en matrices bidimensionales o tridimensionales.
La Figura 9 es una vista esquemática en perspectiva de una matriz bidimensional de celdas de memoria magnética de acuerdo con una realización. Tal como se puede observar, una pluralidad de celdas de memoria no volátil de acuerdo con la primera o segunda realizaciones se coloca en una matriz bidimensional. El primer y segundo electrodos 50, 60 están en forma de tiras. Una pluralidad del primer y segundo electrodos se extiende en direcciones ortogonales y cada electrodo se conecta a una pluralidad de celdas de memoria que se extiende a lo largo de la longitud del electrodo 50, 60. Cada celda de memoria, de ese modo, se puede direccionar individualmente mediante la aplicación de una diferencia de potencial entre los electrodos 50 que se extienden en una primera dirección y los segundos electrodos 60 que se extienden en la dirección ortogonal, tal como se ha descrito anteriormente en cada realización (las Figuras 10 y 11 muestran detalles de la diferencia de potencial aplicada en la primera y tercera realizaciones y la segunda realización, respectivamente). De esta manera, se puede ensamblar una memoria bidimensional no volátil densamente empaquetada en la que las celdas de memoria individuales se pueden direccionar individualmente y en la que no se necesitan transistores para la lectura o escritura de datos en las celdas de memoria individuales.
Tal como se ha explicado anteriormente, en la primera realización, la magnetización de la capa de almacenamiento 10 permanece bloqueada mediante el campo coercitivo paralelo (estado 1) o antiparalelo (estado 0) a la pequeña magnetización de la capa piezomagnética 20. Cada estado de alineación conduce a un estado magnético diferente de la capa piezomagnética 20 y, de ese modo, a diferentes propiedades elásticas que se pueden detectar mediante la medición de la magneto-capacitancia. Este mecanismo de escritura permite el direccionamiento de bits individuales integrados en una matriz de N-por-N, donde cada bit se conecta a uno de los N conductores superiores y a uno de los N conductores inferiores. El conjunto de conductores superiores e inferiores son perpendiculares entre sí (geometría de barra transversal), tal como se ilustra en la Figura 9. La Figura 10 muestra la manera de escribir el estado de un bit de memoria de una celda de memoria de acuerdo con la primera realización (se aplican los mismos principios a la tercera realización, pero con la estructura de diferentes capas). Los potenciales eléctricos de CC Vsuperior y Vg se aplican a los conductores superiores e inferiores que entran en contacto con la celda de memoria de interés, respectivamente. Un potencial de CC menor (por ejemplo, Vsuperior/3) se aplica al resto de los conductores superiores y, por ejemplo, se aplica 2*Vsuperior/3 al resto de los conductores inferiores. Esto da como resultado una gran tensión (Vsuperior, donde Vg=0 es la base) en el bit de memoria de interés que induce una sobrecarga en la capa piezomagnética 20 que a su vez induce una magnetización que es lo suficientemente grande como para superar el campo coercitivo de la capa de almacenamiento 10 y conmutar su magnetización. Todas las demás celdas de memoria individuales de la matriz se someten a una tensión que es únicamente un tercio (2*Vsuperior/3-Vsuperior/3=Vsuperior/3) de la tensión de conmutación (Vsuperior), por lo que su estado no se ve afectado (una tensión por debajo de un umbral establecido mediante el campo coercitivo).
Con el fin de leer la información, tal como se ilustra en la Figura 12, se aplica una pequeña tensión de CA a las placas del capacitador (capa piezomagnética 20 y capa de contacto inferior 60) que no es lo suficientemente grande como para inducir una sobrecarga que pueda alterar el estado magnético de la capa de almacenamiento 10, pero permite una medición de la reactancia y, de ese modo, de la capacidad del bit de memoria. La capacidad depende de la permisividad relativa y las dimensiones de la capa de inducción de sobrecarga aislante 30, que a su vez depende de las propiedades elásticas de la capa piezomagnética 20, que dependen de la alineación de la magnetización en la capa de almacenamiento 10 (o 30 en el entorno 3). Este mecanismo de lectura permite el direccionamiento de bits individuales integrados en la matriz de N-por-N descrita anteriormente. A fin de leer un bit de memoria, se aplica una tensión de CA a los conductores superiores e inferiores que entran en contacto con el bit de memoria relevante y se aplica una tensión de CA con fase opuesta a todos los conductores que no entran en contacto con el bit de memoria correspondiente. De ese modo, en cualquier punto temporal, la tensión en cualquier bit conectado a los mismos conductores que el bit de memoria correspondiente es de cero y la tensión en cualquier otro bit es del mismo tamaño, pero con polaridad opuesta, que la tensión en el bit de memoria de interés. Por lo tanto, la capacidad del bit de memoria de interés se puede leer sin verse afectada por la señal de otros bits conectados a los mismos conductores y sin afectar al estado de la memoria de ningún bit (lectura no destructiva).
Como alternativa, la diferencia de magneto-capacitancia entre los dos estados magnéticos de la capa piezomagnética se puede determinar como desplazamiento de una frecuencia de resonancia de un circuito donde la única celda de memoria es el capacitador y el inductor está en una unidad de control externa a la matriz de memoria.
A fin de escribir el estado de un bit de memoria particular de la segunda realización en una matriz de N-por-N con la geometría de barra transversal descrita anteriormente, se aplican los potenciales eléctricos de CC Vsuperior y Vg a los conductores superiores e inferiores que entran en contacto con el bit de memoria particular, respectivamente, tal como se ilustra en la Figura 11. Se aplica una tensión opuesta a todos los conductores que no entran en contacto con el bit de memoria particular (Vsuperior, a los conductores inferiores, y Vg , a los conductores superiores). Esto da como resultado una gran tensión (Vsuperior - Vg) en el bit de memoria particular que induce una sobrecarga en la capa piezomagnética 20 que convierte esa capa en paramagnética, de modo que el bit de memoria particular se puede escribir mediante un campo magnético externo (no ilustrado en la Figura 11). Todos los demás bits de memoria de la matriz se someten a una tensión de cero o a la misma tensión con polaridad opuesta (Vg-Vsuperior), por lo que su temperatura de Néel está incluso por encima de la temperatura ambiente y la magnetización de su capa de almacenamiento se fija.
La lectura en la matriz de N-por-N de la segunda realización es la misma que en el caso de la primera y tercera realizaciones descritas con referencia a la Figura 12.
En la tercera realización, la escritura se logra mediante la aplicación de una tensión de CC, tal como en el caso de la primera realización. Sin embargo, esta vez, la tensión debe ser lo suficientemente grande como para conmutar una polarización ferroeléctrica de un bit seleccionado entre una primera y segunda dirección en la capa ferroeléctrica 30 para escribir, de ese modo, datos en la celda de memoria, la polarización ferroeléctrica de la capa ferroeléctrica 30 en la primera dirección induce un primer estado magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita 20 y la polarización ferroeléctrica de la capa ferroeléctrica 30 en la segunda dirección induce un segundo estado magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita 20; la tensión aplicada al resto de los bits no es suficiente para conmutar su polarización eléctrica; a continuación, se retira la tensión, que no afecta a la polarización ferroeléctrica. El método de lectura comprende las etapas de: se aplica una tensión de CA a la matriz de memoria 2D, tal como en el primer tipo de realización, tal como se ilustra en la Figura 12, para medir la magneto-capacitancia de la celda de memoria seleccionada, la tensión aplicada en cualquier punto temporal al resto de las celdas conectadas a los mismos conectores es de cero. La magneto-capacitancia del bit de memoria seleccionado es diferente en el primer estado magnético en comparación con el segundo estado magnético de la capa piezomagnética, lo que permite, de ese modo, leer los datos almacenados en la capa de almacenamiento.
En todas las realizaciones, debido al bajo desajuste de red entre las capas individuales, resulta posible construir una matriz de memoria tridimensional usando principios similares en los que se usan electrodos entre las capas de celdas de memoria para direccionar las celdas de memoria en ambos lados de ese electrodo. Con el fin de poder conseguir que los electrodos pasen en la dirección x-y, el ancho de las capas en las direcciones x e y disminuye con la altura. Tal memoria se ilustra esquemáticamente en la Figura 13.
Resultan posibles otras disposiciones de matrices bidimensionales y tridimensionales y se encuentran dentro del alcance de la persona experta.
Las múltiples capas de este dispositivo se pueden fabricar usando cualquier método de deposición de película delgada, optimizado para las capas requeridas. Por ejemplo, se puede usar una deposición por láser pulsante (PLD en inglés). A continuación, se muestran las condiciones de desarrollo de ejemplo de cada película delgada.
Etapa 1: selección y limpieza de sustratos.
Cualquier sustrato de óxido adecuado (por ejemplo, MgO, SrTiO3 , Nb:SrTiO3 , (LaAlO3)0,3(Sr2TaAlO6)0,7) o Si se puede usar como sustrato. El sustrato se limpia con un procedimiento convencional de limpieza con disolvente antes del desarrollo. El procedimiento convencional de limpieza con disolvente que puede ser una limpieza de tres minutos en un baño de ultrasonidos con acetona, a continuación, isopropanol y, finalmente, agua destilada, con un secado por soplado de N2 después de cada etapa con disolvente. En una realización, el sustrato se puede convertir en el electrodo inferior 60.
Etapa 2: desarrollo de múltiples capas (PLD y magnetrón de pulverización por bombardeo iónico).
Las películas delgadas se depositan mediante PLD usando un láser de excímero KrF (A=248 nm). Las dianas de fase individual estequiométricas de SrRuO3 , Nb:SrTiO3 , BaTiO3 , BaSri- x TiO3 , BaZrxTii - x O3 , Mn3SnN y MmGaN, respectivamente, se ablacionan mediante láser con una fluidez de 0,8 J/cm2 a 10 Hz.
La capa 1, el segundo electrodo 60, una película delgada de SrRuO3 de 100 nm, se desarrolla a 700 °C - 780 °C a una presión parcial de O2 presión parcial de 6,67 a 39,99 Pa (de 50 a 300 mTorr). Después de la deposición, la película desarrollada posteriormente se posrecuece in situ durante 20 minutos a la temperatura de desarrollo a una presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr). A continuación, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a una presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr).
De otra manera, la película delgada de Nb:SrTiO3 de 100 nm se desarrolla a 700 °C a una presión parcial de O2 de 0 a 7,99 Pa (de 0 a 60 mTorr). Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a una presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr).
La capa 2, el material piezoeléctrico de la capa de inducción de sobrecarga 30, una película delgada de BaTiO3 (BaxSn . yTiO3 o BaZrxTi1-xO3) de 100 nm, se desarrolla a 750 °C - 800 °C a una presión parcial de O2 de 19,99 a 39,99 Pa (de 150 a 300 mTorr). Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a una presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr).
La capa 3, la capa piezomagnética 20 de MrnXN, donde X es cualquier elemento adecuado, por ejemplo, una película delgada de 100 nm de Mn3SnN, se desarrolla a 300 °C - 550 °C a una presión parcial de N2 de 0 a 1,59 Pa (de 0 a 12 mTorr). Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a una presión parcial de N2 de 0 a 1,59 Pa (de 0 a 12 mTorr).
De otra manera, el Mn3SnN de 100 nm se desarrolla a 300 °C - 550 °C a una presión parcial de N2 de 0 a 1,59 Pa (de 0 a 12 mTorr). Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a la presión parcial de N2 de 0 a 1,59 Pa (de 0 a 12 mTorr).
La capa separadora (únicamente en la realización 1), la sustancia paramagnética de perovskita de la capa no magnética 15, una película delgada de platino (Pt) de 1~2 nm, se desarrolla en una muestra (que comprende el sustrato, las capas 60, 30 y 20) mediante magnetrón de pulverización por bombardeo iónico. La muestra se calienta hasta 800 °C en vacío ultra alto y se recuece durante 1 hora. La película delgada de Pt se deposita a una potencia de 100 W de CC. Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min al vacío.
La capa 4, el material ferromagnético de la capa de almacenamiento 10, una película delgada de Co3FeN de 20-50 nm, se desarrolla a 300 °C - 500 °C mediante magnetrón de pulverización por bombardeo iónico de RF a partir de una diana de Co3Fe en una atmósfera de mezcla de gas de Ar+N2 a 0,66-2,66 Pa (5-20 mTorr) en la que la concentración en volumen de gas de N2 se encuentra en el intervalo del 5 al 15 %. Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min. La capa 5, el primer electrodo 50, es una película delgada de 100 nm de un metal (por ejemplo, Pt, Au) o una perovskita conductora (por ejemplo, SrRuO3 , Nb:SrTiO3).
Se desarrolla una película delgada de Pt de 100 nm mediante magnetrón de pulverización por bombardeo iónico de CC. La muestra se calienta hasta 800 °C en vacío ultra alto y se recuece durante 1 hora. La película delgada de Pt se deposita a una potencia de 100 W de CC. Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min al vacío.
De otra manera, la película delgada de SrRuO3 de 100 nm se desarrolla a 700 °C - 780 °C a una presión parcial de O2 de 6,66 a 39,99 Pa (de 50 a 300 mTorr). Después de la deposición, la película desarrollada posteriormente se posrecuece in situ durante 20 minutos a la temperatura de desarrollo a una presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr). A continuación, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a la presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr).
De otra manera, la película delgada de Nb:SrTiO3 de 100 nm se desarrolla a 700 °C a una presión parcial de O2 de 0 a 7,99 Pa (de 0 a 60 mTorr). Después del desarrollo, la muestra se enfría hasta temperatura ambiente a 10 °C/min a una presión parcial de O2 de 79.993 Pa (600 Torr).
Etapa 3: fotolitografía.
Se ha implementado un proceso de fotolitografía convencional para aplicar un patrón de matriz. En los dispositivos 2D, todas las capas se pueden depositar y, a continuación, modelar. En el dispositivo de apilamiento 3D, cada capa de celda de memoria se ha de modelar antes de que se deposite la siguiente capa.
Etapa 4: grabado.
Se implementa un proceso convencional de molienda de iones de argón para retirar el material y transferir el patrón de la fotolitografía a la muestra o cualquier otra técnica de grabado químico o físico adecuada.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Una celda de memoria no volátil que comprende:
una capa de almacenamiento (10) que comprende un material ferromagnético en el que se pueden registrar datos como dirección de magnetización;
una capa piezomagnética (20) que comprende un material piezomagnético de antiperovskita que tiene, selectivamente, un primer tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento y un segundo tipo de efecto sobre la capa de almacenamiento que depende de la sobrecarga en la capa piezomagnética; y
una capa de inducción de sobrecarga (30) para la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética para conmutar, de ese modo, del primer tipo de efecto al segundo tipo de efecto.
2. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 1, en donde el primer tipo de efecto es aquel donde una magnetización neta de la capa piezomagnética es lo suficientemente fuerte como para superar el campo coercitivo en la capa de almacenamiento y para que la magnetización de la capa de almacenamiento se alinee con la magnetización de la capa piezomagnética a través de un acoplamiento dipolar y el segundo tipo de efecto es aquel donde cualquier campo magnético en la capa de almacenamiento, debido a cualquier magnetización en la capa piezomagnética, es menor que el campo coercitivo de la capa de almacenamiento.
3. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 1 o 2, que comprende, además, una capa no magnética entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética para la prevención de una polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética.
4. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el material de antiperovskita tiene una temperatura de Néel mayor de 76,85 °C (350 K) a una sobrecarga del /- 30 %, preferentemente del /- 10 %, lo más preferiblemente del /- 1 %.
5. La celda de memoria no volátil de cualquier reivindicación anterior, en donde el material piezomagnético de antiperovskita es de MrnSnN o basado en Mn3SnN, tal como Mn3-xAxSn1-yByN1-z, donde A y B son uno o más elementos seleccionados de la lista que incluye: Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Si, Sn, Zn.
6. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 1, en donde el primer tipo de efecto es aquel en el que la capa piezomagnética se encuentra en estado paramagnético y no está presente ninguna interacción de polarización de intercambio entre la capa de almacenamiento y la capa piezomagnética, lo que permite, de ese modo, que la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento se cambie mediante un campo magnético externo, y el segundo tipo de efecto es una interacción de polarización de intercambio en la que el material piezomagnético se encuentra en estado antiferromagnético y la dirección de magnetización de la capa de almacenamiento se fija mediante la capa piezomagnética.
7. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 6, en donde el material piezomagnético de antiperovskita tiene una temperatura de Néel que varía con la sobrecarga y en donde la temperatura de Néel pasa de 19,85 °C (293 K) cuando la sobrecarga varía del 30 % al -30 %, preferentemente del 10 % al -10 %, lo más preferentemente del 1 % al -1 %.
8. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 6 o 7, en donde el material piezomagnético de antiperovskita es de Mn3GaN o Mn3NiN o se basa en MmGaN o MmNiN, tal como Mn3-xAxGa1-yByN1-z o Mn3-xAxNi1-yByN1-z, donde A y B son uno o más elementos seleccionados de la lista que incluye: Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Si, Sn, Zn.
9. La celda de memoria no volátil de la reivindicación 6, 7 u 8, que comprende, además, al menos un electrodo adicional para aplicar un campo magnético posicionado adyacente a la capa de almacenamiento para el cambio de la dirección de una magnetización de la capa de almacenamiento.
10. La celda de memoria no volátil de cualquier reivindicación anterior, en donde la capa de inducción de sobrecarga es una capa piezoeléctrica, preferentemente un material de perovskita.
11. La memoria no volátil de cualquier reivindicación anterior, en donde la capa ferromagnética tiene una estructura de perovskita o antiperovskita.
12. La celda de memoria no volátil de cualquier reivindicación anterior, que comprende, además:
un primer electrodo conectado a la capa de almacenamiento en un lado opuesto a la capa piezomagnética y un segundo electrodo conectado a la capa de inducción de sobrecarga en un lado opuesto a la capa piezomagnética.
13. Una matriz bidimensional o tridimensional de celdas de memoria que comprende una pluralidad de celdas de memoria no volátil de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en una matriz bidimensional o una matriz tridimensional, respectivamente.
14. Un método de escritura de datos en y lectura de datos a partir de una celda de memoria no volátil, tal como se define en la reivindicación 1, que comprende una capa de almacenamiento (10) y una capa piezomagnética de antiperovskita (20), comprendiendo el método las etapas de:
inducir una polarización en una primera o segunda dirección en la capa de almacenamiento para escribir, de ese modo, datos en la celda de memoria, induciendo la polarización de la capa de almacenamiento en la primera dirección un primer estado magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita e induciendo la polarización de la capa de almacenamiento en la segunda dirección un segundo estado magnético en la capa piezomagnética de antiperovskita; y medir la magneto-capacitancia de la celda de memoria, siendo la magneto-capacitancia de la capa piezomagnética de antiperovskita diferente en el primer estado magnético en comparación con el segundo estado magnético, para leer, de ese modo, los datos almacenados en la capa de almacenamiento.
15. El método de la reivindicación 14, en donde la medición comprende aplicar una tensión alterna a través de la capa de almacenamiento y la capa de antiperovskita y determinar la magneto-capacitancia de la celda de memoria mediante un cambio de reactancia o un desplazamiento en la frecuencia de resonancia de la celda de memoria.
16. El método de la reivindicación 14 o 15, en donde la capa de almacenamiento comprende un material ferromagnético o un material ferroeléctrico y la polarización es una polarización magnética o una polarización eléctrica, respectivamente.
17. El método de la reivindicación 16, en donde la capa de almacenamiento comprende un material ferromagnético y la inducción se realiza mediante la inducción de una magnetización en la capa piezomagnética de antiperovskita lo suficientemente fuerte como para que la polarización magnética de la capa de almacenamiento se alinee con la magnetización de la capa piezomagnética de antiperovskita a través de un acoplamiento dipolar.
18. El método de la reivindicación 17, en donde la celda de memoria no volátil comprende, además, una capa de inducción de sobrecarga y la inducción de una magnetización en la capa piezomagnética de antiperovskita se logra mediante la inducción de una sobrecarga en la capa piezomagnética de antiperovskita usando la capa de inducción de sobrecarga.
19. El método de la reivindicación 16, en donde la inducción comprende inducir una magnetización en la capa de almacenamiento usando un electrodo de magnetización, al tiempo que la capa piezomagnética de antiperovskita es paramagnética debido a una sobrecarga aplicada.
ES17817040T 2016-12-16 2017-12-06 Memoria no volátil Active ES2829336T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1621485.0A GB2557923B (en) 2016-12-16 2016-12-16 Non-volatile memory
PCT/GB2017/053674 WO2018109441A1 (en) 2016-12-16 2017-12-06 Non-volatile memory

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2829336T3 true ES2829336T3 (es) 2021-05-31

Family

ID=58284420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17817040T Active ES2829336T3 (es) 2016-12-16 2017-12-06 Memoria no volátil

Country Status (15)

Country Link
US (1) US11152562B2 (es)
EP (1) EP3555887B1 (es)
JP (1) JP7053657B2 (es)
KR (1) KR102401537B1 (es)
CN (1) CN110574112B (es)
BR (1) BR112019012288B1 (es)
CA (1) CA3046162A1 (es)
EA (1) EA038296B1 (es)
ES (1) ES2829336T3 (es)
GB (1) GB2557923B (es)
IL (1) IL267292B2 (es)
MX (1) MX2019006887A (es)
PH (1) PH12019501349A1 (es)
TW (1) TWI773711B (es)
WO (1) WO2018109441A1 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2576174B (en) 2018-08-07 2021-06-16 Ip2Ipo Innovations Ltd Memory
WO2020089686A1 (en) * 2018-10-30 2020-05-07 Marvell World Trade Ltd. Thermal compensation for laser in heat assisted magnetic recording
CN113851579A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及半导体结构的形成方法
US11296224B1 (en) 2021-06-16 2022-04-05 Purdue Research Foundation Non-volatile polarization induced strain coupled 2D FET memory
CN113314165A (zh) * 2021-06-21 2021-08-27 量子新能技术有限公司 磁性模拟存储器
US20240147873A1 (en) * 2022-11-01 2024-05-02 International Business Machines Corporation Piezoelectric memory

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000060369A1 (en) * 1999-04-05 2000-10-12 Spinix Corporation Passive solid-state magnetic field sensors and applications therefor
JP4568926B2 (ja) * 1999-07-14 2010-10-27 ソニー株式会社 磁気機能素子及び磁気記録装置
JP3312174B2 (ja) 1999-09-24 2002-08-05 東北大学長 高密度磁気固定メモリの書き込み方法及び高密度磁気固定メモリ
US6829157B2 (en) * 2001-12-05 2004-12-07 Korea Institute Of Science And Technology Method of controlling magnetization easy axis in ferromagnetic films using voltage, ultrahigh-density, low power, nonvolatile magnetic memory using the control method, and method of writing information on the magnetic memory
US6835463B2 (en) * 2002-04-18 2004-12-28 Oakland University Magnetoelectric multilayer composites for field conversion
KR100754930B1 (ko) 2004-12-22 2007-09-03 한국과학기술원 전압제어 자화반전 기록방식의 ｍｒａｍ 소자 및 이를이용한 정보의 기록 및 판독 방법
JP4380693B2 (ja) * 2006-12-12 2009-12-09 ソニー株式会社 記憶素子、メモリ
US7382647B1 (en) 2007-02-27 2008-06-03 International Business Machines Corporation Rectifying element for a crosspoint based memory array architecture
KR101219774B1 (ko) 2007-07-20 2013-01-18 삼성전자주식회사 전이금속 산화막을 갖는 반도체소자의 제조방법 및 관련된소자
CN101911204A (zh) * 2008-01-16 2010-12-08 国际商业机器公司 存储器单元和存储器器件
US8102700B2 (en) 2008-09-30 2012-01-24 Micron Technology, Inc. Unidirectional spin torque transfer magnetic memory cell structure
FR2938369B1 (fr) 2008-11-12 2010-12-24 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une couche d'un materiau antiferromagnetique a structures magnetiques controlees
JP2010145147A (ja) 2008-12-17 2010-07-01 Seiko Epson Corp 磁気センサ素子および磁気センサ
US8129043B2 (en) * 2009-04-14 2012-03-06 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. System, method and apparatus for strain-assisted magnetic recording for controlling switching field and tightening switching field distribution in bit patterned media
JP2011003892A (ja) 2009-06-18 2011-01-06 Northern Lights Semiconductor Corp Ｄｒａｍセル
FR2961632B1 (fr) 2010-06-18 2013-04-19 Centre Nat Rech Scient Memoire magnetoelectrique
US10333047B2 (en) * 2011-03-30 2019-06-25 Ambatrue, Inc. Electrical, mechanical, computing/ and/or other devices formed of extremely low resistance materials
US8921962B2 (en) * 2011-04-19 2014-12-30 Virginia Commonwealth University Planar multiferroic/magnetostrictive nanostructures as memory elements, two-stage logic gates and four-state logic elements for information processing
US9007818B2 (en) 2012-03-22 2015-04-14 Micron Technology, Inc. Memory cells, semiconductor device structures, systems including such cells, and methods of fabrication
CN104900799A (zh) 2014-03-04 2015-09-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 交换偏置场可调控的结构单元、其制备方法及调控方法
KR20170058916A (ko) 2014-09-25 2017-05-29 인텔 코포레이션 변형 보조형 스핀 토크 스위칭 스핀 전달 토크 메모리
JP6647590B2 (ja) 2015-04-23 2020-02-14 国立研究開発法人物質・材料研究機構 垂直磁化膜と垂直磁化膜構造並びに磁気抵抗素子および垂直磁気記録媒体
WO2016194886A1 (ja) * 2015-06-03 2016-12-08 国立研究開発法人科学技術振興機構 磁気抵抗素子および記憶回路
CN105720188A (zh) 2016-03-03 2016-06-29 天津理工大学 一种基于磁电效应的铁电/铁磁复合薄膜的磁电存储元件

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190107023A (ko) 2019-09-18
MX2019006887A (es) 2019-10-21
BR112019012288B1 (pt) 2024-02-20
EP3555887B1 (en) 2020-10-07
GB2557923B (en) 2020-10-14
US11152562B2 (en) 2021-10-19
GB201621485D0 (en) 2017-02-01
IL267292B2 (en) 2023-07-01
JP7053657B2 (ja) 2022-04-12
US20190363247A1 (en) 2019-11-28
JP2020516077A (ja) 2020-05-28
EP3555887A1 (en) 2019-10-23
GB2557923A (en) 2018-07-04
BR112019012288A2 (pt) 2019-11-19
CN110574112A (zh) 2019-12-13
CA3046162A1 (en) 2018-06-21
GB2557923A8 (en) 2018-09-05
KR102401537B1 (ko) 2022-05-25
IL267292A (en) 2019-08-29
TW201836075A (zh) 2018-10-01
EA201991410A1 (ru) 2019-12-30
WO2018109441A1 (en) 2018-06-21
EA038296B1 (ru) 2021-08-05
PH12019501349A1 (en) 2019-12-11
IL267292B1 (en) 2023-03-01
CN110574112B (zh) 2023-05-02
TWI773711B (zh) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2829336T3 (es) Memoria no volátil
KR101908741B1 (ko) 자기전기 메모리
WO2011033873A1 (ja) 磁気抵抗素子及びそれを用いた不揮発性半導体記憶装置
US20080175033A1 (en) Method and system for improving domain stability in a ferroelectric media
CN103065679B (zh) 电场写入电阻读出固态存储元器件、存储器及其读写方法
US6621732B2 (en) Magnetic element, memory device and write head
McQuaid et al. Domain wall propagation in meso-and nanoscale ferroelectrics
ES2950093T3 (es) Celda de memoria no volátil
RU2790040C2 (ru) Ячейка энергонезависимой памяти
US20240274178A1 (en) Storage device, memory cell array, method for manufacturing memory cell array, magnetic head, and electronic device
EP3916729A1 (en) Magnetic memory element having deterministic switching and method for writing such magnetic memory element
IES20000623A2 (en) Magnetic information storage