元件新领域：磁电子器件及其应用

3 巨磁电阻随机存取存储器（MRAM）

这是采用纳米制造技术，把沉积在基片上的SVGMR薄膜或TMR薄膜制成图形阵列，形成存储单元，以相对两磁性层的平行磁化状态和反平行磁化状态分别代表信息“1”和“0”；与半导体存储器一样，是用电检测由磁化状态变化产生的电阻值之差进行信息读出的1种新型磁存储器。给导体图形加上脉冲电流，只使两磁性层中的1层（自由磁层）磁化反转，完成信息写入。在用SVGMR膜作存储单元时，由于其中1磁性层的磁化被反铁磁性层（钉扎层）固定在一个方向上，所以，存储器只用另1层的磁化反转工作。这样，在读出时一旦记录的信息被消去（破坏读出），只要把两磁性层做成厚度不同或者矫顽力值不同的准SVGMR膜，通过调节工作电流，就能够以各磁性层单独地磁化反转达到非破坏读出。为了有选择地将信息写入2元排列的存储单元群，使用由字线和位线电流产生的合成磁场来实现。目前认为，读信息时单元选择最有希望的是CMOSFET电路；它基本上是用磁性体代替DRAM中的电容器构成的。在实际的MRAM中，尚需加上位地址指定编码电路、施加脉冲电流的驱动电路及读出用传感放大电路等。

MRAM潜在的重要优点是非易失性，抗辐射能力强、寿命长。这些是DRAM、SRAM等半导体存储器所不具备的性能。同时，它又兼有后者具有的大容量、高速存取、低成本、高集成度等特点。因此，MRAM不仅被军事和宇航业界所看重，而且在迅速普及的数码照相、移动电话及多媒体信息处理等广阔的民用市场中得到应用。正因为如此，美、日、欧等发达国家和地区及高新技术产业界都十分重视这项新技术，正投巨资加快产品的商业化。据Infineon公司报告，他们将在2004年使256MbMRAM芯片商品化。日本行家估计，1Gb的产品将在2006年～2007年上市。

4 量子化磁盘（QMD）

QMD的基本概念是在非磁性盘基中独立地埋入若干单畴磁性元件，每个元件都有精确规定的形状和预先指定的位置。最重要的是，这些元件有强的磁化。这种磁化和MRAM一样，是不加外磁场的磁化，并且只有两个稳定的状态：数量相等而方向相反的状态。每个单畴元件的磁化方向代表1个二进制信息位“0”或者“1”。根据磁化方向，QMD可以有两种模式：垂直磁化QMD和横向磁化QMD。前者用磁柱，后者用磁条带。这些磁性柱子或条带，采用X射线或电子束平版印刷，辅以反应离子刻蚀而成。最近，还开发出1种高效低成本的nanoimprit lithography印刷术。开关（转换）磁化方向需要的磁场，通过精心设计的元件尺寸和形状来控制。

和传统的HDD比较，QMD有如下几个优点：每位的磁化会自行量子化；量化写入过程，可以消除对写入头高精度定位的要求；细小而平滑的分立转变层，允许高密度数据堆积，存储密度在100Gbpi以上，而开关噪声可接近零；有内置的读/写位置精密跟踪机构；克服了现有磁存储器存在的超顺磁性极限的一大缺点。nanoimpritlithography印刷术的开发成功，为QMD的商品化开辟了光明的前景。

5 结束语

以上简单介绍了几种目前已经实用化或者接近实用阶段的磁电子器件。此外，还在积极研发GMR生物传感器、自旋晶体管、自旋阀晶体管、自旋发光二极管等新型磁电子器件。

磁电子学是一门近年飞速发展的新兴学科。对它的研究都可以归纳为对自旋极化电子输运特性的研究。未来的研究方向将在寻找百分之百自旋极化材料、自旋注入技术以及自旋极化输运的基础理论研究中展开。与此同时，还将开发高效低成本的应用技术及设备仪器|仪表。对磁电子学的深入研究必将对物理学和电子技术的发展产生深远的影响；同时对其应用技术及相关设备仪器的开发高新技术产业、国防和人类生活作出重大的贡献。