ЕЛЕМЕНТИ акустоелектроніки
Предметом акустоелектроніки є акустоелектронні радіо-компоненти (АРК) і пристрої на їх основі. Самі АРК досить складні, виконуються технологічними методами мікроелектроніки і подібні мікросхем, але не містять традиційних елементів-транзисторів. Характерним для АРК є використання як електричних, так і акустичних високочастотних сигналів, причому перші - зовнішні (вхідні і вихідні), а другі - внутрішні Отже, АРК повинні містити перетворювачі еле рических сигналів в акустичні і акустичних сигналів в електричні та акустичні тракти (Звукопроводи), де відбувається поширення акустичних сигналів.
Перетворювач електричного сигналу в акустичний (випромінювач) заснований на зворотному п'єзоелектричному ефсректе, що складається в механічній деформації пьезокристалла під дією зовнішнього електричного поля. Акустичний сигнал являє собою хвилю пружних механічних збурень, що розповсюджуються в твердому тілі зі швидкістю звуку ОАК порядку 10й см / с. Перетворювач акустичного сигналу в електричний (приймач) заснований на прямому п'єзоелектричному ефекті-появі при механічній деформації кристала розділених зарядів протилежного знаку і пов'язаних із ними електричних полів.
Для застосування найбільш важливі поверхневі акустичні хвилі (ПАР), що поширюються в поверхневому шарі пьезокристалу. Товщина шару порядку довжини хвилі Яак, пов'язаної зі швидкістю та частотою співвідношенням Хак з '. Ак / [. Довжина хвилі мала лише для досить високих частот. Наприклад, в діапазоні 10 ... 1000 МГц, найбільш прийнятному для АРК, вона становить 100 ... 1 мкм. Поверхні акустичні хвилі можуть генеруватися і управлятися з допомогою тонкоплівкових структур, які формуються на поверхні підложки з пьезокристалла, що і дозволяє створювати АРК методами мікроелектроніки. Поверхневі акустичні хвилі мають властивість поширюватися у вигляді спрямованого променя. Для цього розмір випромінювача в напрямку, перпендикулярному напрямку поширення(так звана апертура), повинен бути багато більше довжини хвилі. За допомогою відбивачів і спрямованих відгалужувачі можна домогтися поширення ПАР за складною непрямолінійних траєкторії. Те ж досягається використанням акустичних образу дів, розташованих на поверхні підкладки [28].
Основним матеріалом підкладок є п'єзокварц 5Ю2; крім нього використовується ш-Гобатий літію И ^ 7Ь03, германат вісмуту В112ОеО20 і п'єзокераміка. Головним параметром матеріалу є швидкість розповсюдження. ПАР, що лежить в межах від 1,6 • 105 (германат вісмуту) до 4 • 106 см / с (ніобат літію).
Акустоелектронні радіокомпонентів, які отримали найбільше поширення, є лінії задеркжі (ЛЗ) і смугові фільтри. Мала швидкість ПАР (на 5 порядків менше, ніж у електромагнітної хвилі) дозволяє створювати малогабаритні інтегральні ЛЗ радіосигналів. Лінія затримки складається з вхідного преобразовача, звукопровода і вихідного перетворювача.
Традиційні методи затримки радіосигналів у часі засновані на використанні електромагнітних систем з розподіленими або зосередженими параметрами. Перші мають розміри порядку довжини електромагніт ної хвилі і застосовуються в основному в діапазоні СВЧ. Прикладами служать ЛЗ на відрізках коаксіальних кабелів, хвилеводів, МПЛ та ін Їх габаритні витрати великі, а затримка мала через високу швидкість розповсюдження електромагнітной хвилі, близької до швидкості світла. Наприклад, для отримання затримки в 1 мкс потрібно кабель довжиною 300 м. Лінії затримки на /. С-елементах з зосередженими параметрами застосовують на більш низьких частотах. Однак, якщо потрібна велика затримка, їх габаритні розміри великі. Можливості мікромініатюризації обмежені через складність створення індуктивних елементів і конденсаторів в інтегральному виконанні. * '*
У ЛЗ на ПАР затримка в I мкс відповідає довжині звукопровода всього 1 ... 2 мм. Використовуючи складну петлеподібну траєкторію ПАР, одержувану за допомогою відбивачів або образу, можна збільшити затримку на 1 ... 2 порядки. Найбільша затримка (до 1 мс) реалізується в ЛЗ спіральної конструкції, де відносно товста підкладка має закруглені торці, а ПАР, яку направляють хвилеводом, рухається по спіральної траєкторії, багатократно переходячи з однієї поверхні підкладки на іншу (акустичний хвилевід якби «намотаний» на підкладку).
Затримка залежить від температури, що обумовлено температурним розширенням кристала і збільшенням швидкості ПАР зі зростанням темпі ратури. Знак температурного коефіцієнта може бути якпозитивним, так і негативним залежно від того, який із цих факторів переважає. Значення температурного коефіцієнта затримки укладені в інтервалі 10 ~ 8! 0 ^ 4 СС "1
Перетворювачі ПАР володіють частотною вибірковістю, а частотна характеристика ЛЗ має максимум на деякій частоті / о, типові значення якої складають десятки і сотні мегагерц. При цьому смуга пропускання А / може бути досить широкою, аж до А / - = / ". Крім перерахованих параметрів ЛЗ характеризуються втратами. Через неповного узгодження вхідного преобразо вача ПАР з джерелом електричного сигналу не вся його енергія перетворюється на енергію ПАР. Точно так же на виході не вся енергія ПАР перетвориться в електричний сигнал. Узгодження в широкій смузі частот становить серйозну проблему .. Крім того, випромінюючи ПАР не володіє ідеальною спрямованістю і частина енергії ПАР втрачається в звукопроводе. Виникають також втрати через відбиття ПАР та ін. Втрати мають розмірність дБ. Вони збільшуються з ростом затримки. Наприклад, при ^ 3 | ^ ----- I мкс втрати становлять близько 2 дБ, а при 4д = 1 мс - 40 ... 50 дБ.
Перетворювачі ПАР. Найбільшого поширення набули перетворювачі ПАР зі зустрічно-штирьовий структурою, вид зверху
і поперечний розріз якої показані на рис. 13.6, а, б відповідно. Штирі / і 2 об'єднуються шинами 3 і 4, підключеними до джерела електричного сигналу. Просторовий крок Н штирів визначає частоту акустичного синхронізму / 0 - ьяк1Н. На цій частоті крок збігається з довжиною акустичної хвилі Хак і електричний сигнал перетворюється в ПАР найбільш ефективно.
Нехай вхідний сигнал івх (1) змінюється в часі за гармонійним закону і в даний мпмент позитивний, так що у поверхні кристала в зазорах між штирями виникають електричні поля, силові лінії яких показані стрілками на рис. 13.6, б. Тангенціальні складові векторів напруженості електричного поля в сусідніх зазорах мають протилежний ні напрями і викликають пружні обурення в кристалі, відповідаючі протилежним фазам акустичної хвилі. Умовно назвемо ці фази позитивними для непарних зазорів (/, / / /, ...) і негативними для парних (II, IV, ...).
Порушувана ПАР поширюється уздовж перетворювача. Так як відстані між сусідніми зазорами рівні Хак / 2, то через час Лак/2оак - = Г / 2, де Т - період коливань, позитивна фаза ПАР буде під парними зазорами, а негативна - під непарними. Але за цей час і фаза вхідного сигналу, а значить, і напрями тангенціальних складових векторів напруженість електричного поля в зазорах змінюються на протилежні. Тепер в парних зазорах буде електричне поле, що збуджує ПАР з позитивною фазою. В результаті хвиля посилюється у міру проходження під перетворювачем. Якщо умова акустичного синхронізму не виконується, то хвиля буде затухати.
Для деяких частот збудження ПАР взагалі неможливо. Наприклад, при [= 2/0 і Л = А, ак / 2 час руху фазового фронту між сусідніми за зорамі одно періоду коливань. Через час Т після подачі вхідного сигналу в зазорах встановляться електричні поля, фаза яких протилежна фазі ПАР, що призведе до знищення спочатку виникли пружних збурень.
Перетворювач являє собою частотно-виборчий елемент. Його амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) має максимум на частоті акустичного синхронізму / 0. Під АЧХ вхідного пре-просвітників розуміють залежність амплітуди коливань ПАР від частоти подається електричного сигналу, а вихідного перетворює залежність амплітуди вихідного сигналу від частоти ПАР. Зі сказаного вище випливає, що вибірковість збільшується, а смуга пропускання А / (на рівні 0,7 від максимуму АЧХ) зменшується з ростом числа штирів N. Аналіз показує [28], що смуга пропускання може бути обчислена за формулою А / я * 2/0/NА де N >> 2.
Якщо відомі швидкість поширення ПАР, робоча частота і смуга пропускання, то можна легко визначити необхідний крок і число штирів. З ростом частоти довжина хвилі Лак, а значить, і требує крок зменшення. Максимально досяжна робоча частота є роздільною здатністю застосовуваної літографії. Зазвичай ширина штирів дорівнює зазору між ними. У граничному випадку крок до = 4АМІН, де лмін - мінімальний топологічний раз ходів А. Вважаючи для фотолітографії Лміі - 0,5 мкм, отримуємо [о макс: "0,75 ... 1,5 ГГц. Застосування субмікронної літографії дозволяе збільшити частоту на порядок.
Площа, яку займає перетворювачем на кристалі, збільшуючи ється при зниженні необхідної смуги пропускання через зростання числа штирів. Площа залежить також від довжини перекриття штирів А. У разі найпростішого перетворювача (див. рис. 13.6) довжина перекриття всіх штирів однакова, проте в більш складних перетворювачах (див. нижче) вона може змінюватися в напрямку поширення хвилі. Максимальне перекриття Лмакс, тобто апертура перетворювача, для зниження втрат через разходімості променя ПАР має бути достатньо великим: Лмакс> У 1Яак, де Ь - * довжина прямолінійного ділянки розповсюдження ПАР. На відстані Ь може знаходитися або вихідний перетворювач, або елемент, що змінює Найран-ня розповсюдження. Площа перетворювача 5 = Лмакс XX 2АЧг збільшується при зниженні робочої частоти. Велика пло лених обмежує частоту знизу (не менш 1 ... 10 МГц).
У перетворювачі на рис. 13.6 збуджуються дві ПАР, направ лені в протилежні сторони. Часто корисна тільки одна, рас пространяются до вихідного перетворювача. Інша ПАР за допомогою поглинаючого покриття 5. Двунаправленность випромінювачів і приймачів веде до втрат. Існують однонаправ лені перетворювачі. Вони значно складніше і займають більшу площу на підкладці.
Елементи акустичного тракту. Вони призначені для проведення ряду операцій з ПАР: зміни її напрямки, розгалуження, зменшення апертури (локалізація хвилі) та ін. До таких елементів відносяться переізлучателі, відбивачі, відгалужувачі, дільники, образу води. Ряд операцій можна виконати за допомогою многополоскових відгалужувачі (МПО), що представляють собою систему паралельних провідників, перпендикулярних напрямку поширення ПАР.
На рис. 13.7, а ПАР, випромінювана перетворювачем / в канал Л, з допомогою МПО 2 перемикається в канал В, де знаходиться приймач ■ 3. Перемикання обумовлено ефектами перевипромінювання в МПО та інтерференціі первинного (падаючого на нього) Випромінювання зі вторинним, "Повне переключення можна отримати тільки при строго визначеному N. При іншому числі провідників можна розподілити випромінюваний сигнал між двома каналами (рис. 13.7, б). Многополосковий відповідь ник спеціальної форми дозволяє здійснити відображення ПАР і змінити напрям її поширення (рис. 13.7, в). Можливо також перемикання хвилі в сусідній канал і апертурний стиснення (рис.! 3.7, г). Хвиля, перевипромінюють в канал В, має циліндричний фронт і сходиться в точці О, уда-N "ленній від МПО на відстань, рівну радіусу заокруглення електродів.
На рис. 13.8 показано поперечний переріз деяких відбивних структур, утворених періодичними неоднорідностями (виступами або пазами) на поверхні звуко-проводи в зоні поширення ПАР. Застосовуються також діелектричні смужки, сформовані на поверхні кристала.
Локалізація енергії хвилі у вузькому просторовому каналі осувається за допомогою акустичних хвилеводів. Топографічні хвилеводи є протяжні клиновидні (рис. 13.9, а) або прямокутні (рис. 13.9, б) виступи на поверхні кристала. В полоськових хвилеводах, одержуваних нанесенням на поверхню плівки діелектрика, швидкість ПАР в плівці відрізняється від її швидкості в основному крісталле.Принцип створення смугових фільтрів. Найпростіший фільтр (рис. 13.10, а) містить вхідний багатоелектродного перетворювач 1 і вихідний перетворювач 2 з малим числом електродів, смуга пропускання якого значно ширше, ніж вхідного. Амплітудно-частотна характеристика фільтру визначається вхідним преобразо вателем. Форма АЧХ може бути визначена і по імпульсному відклику фільтра, тобто по його реакції на вхідний імпульс у вигляді 6 - функції. Так як вхідний сигнал в цьому випадку має рівномірний спектр, то спектр вихідного сигналу відповідає АЧХ. Практики розглядають реакцію на короткий прямокутний імпульс, тривалість якого мала в порівнянні з часом поширення ПАР між сусідніми електродами перетворювача. При надходженні такого імпульсу під вхідним перетворювачем виникає елек тріческое поле з розподілом напруженості, показаним на рис. 13.10, б. Таким же буде просторовий розподіл можл щений в генерується хвилі. Отриманий цуг хвиль довжиною NN2 поширюється до вихідного перетворювача, на виході якого отримують сигнал, за формою близьке до радіоімпульс тривалістю Т = NI ^ / 2Vан (рис. 13.10, в) і частотою заповнення / 0 == уя ^ 1Н. Його спектральна щільність описується функцією У = $ тА7Х, де X = ^ N (1 - / о) / 2 / о, показаної на рис. 13.10, м.
Імпульсний відгук буде представ лять собою модульований високочас тотний сигнал, якщо довжини перекриття сусідніх штирів вхідного преобразова теля зробити змінюються. Вклад каж дой пари штирів в енергію ПАР пропор ціонален довжині їх перекриття. Вихідний перетворювач буде приймати акустичних ний сигнал із змінною в часі потужністю. З попереднього найпростішого прикладу ясно, що закон тимчасової моду ляції імпульсного відгуку повинен співп дати за формою з законом пространствен ного зміни довжини перекриття сусід них штирів вхідного перетворювача. Таким чином, можна легко синтезованих вать фільтр із заданою АЧХ. Для цього треба по АЧХ визначити форму огинають щей імпульсного відгуку і відповідно до неї виконати перетворювач з изме няющій довжиною перекриття штирів. На рис. 13.11, а суцільною лінією поки-елосового фільтра, на рис. 13.11,6-його імпульсна реакція (огинає вихідного високочастотного сигна ла), а на рис. 13.11, в - структура вхідного перетворювача. Реаль ва АЧХ (штрихова лінія на рис. 13.11, а) відрізняється від ідеального ної, оскільки неможливо відтворити всю огибающую імпульс ного відгуку, так як він необмежений у часі (пульсації вихід ного напруги загасають поступово і зникають при оо). До то му ж довжина вхідного перетворювача кінцева. Форма АЧХ позову жается також через просторової расходимости ПАР при її рас рення до вихідного перетворювача, відображень та інших факторів. Для отримання оптимальної АЧХ застосовують фільтри зі значно більш складною структурою.
У фільтрах, що використовують виборчі властивості, перетворення телей, 'не вдається отримати малу смугу пропускання (А / / / 0 <1%). Вузькосмугові фільтри виконують на основі резонаторів ПАР. Ре зонатор являє собою відрізок звуконровода, обмежений з обох сторін відбивачами. На довжині відрізка має укладатися ціле число півхвиль, тобто I, ■ - пХак / 2. У такій резонатор поміщають широкосмуговий перетворювач.
13.3. ЕЛЕМЕНТИ МАГНІТНИХ СБИС Постійний запам'ятовуючий пристрій
Магнітні властивості тонких плівок можна використовувати для запо згадка і обробки інформації. У зв'язку з цим в магнітоелектроні-ке виникло окремий напрямок - магнітні інтегральні мікро схеми, головним практичним результатом якого стало ство-ня СБИС ПЗУ на циліндричних магнітних доменах (ЦМД). За следние використовуються як носії інформації. Циліндричні маг нітних домени з'являються в тонких епітаксійних плівках спеці альних матеріалів - гранатів, що мають хімічну формулу типу Н? Ре5 012, де К - рідкоземельний елемент (У, Сй та ін.) Інформа ційних ємність СБИС визначається діаметром ЦМД (порядку 1 мкм) і складає 4 ... 16 Мбіт. Мікросхеми характеризуються послідовно-тельной вибіркою інформації з часом відгуку близько> 10 мс.
Магнітні СБИС доцільно використовувати в зовнішніх ЗУ мік-роЕВМ замість накопичувачів на магнітних дисках (НМД) або в ка честве проміжних (буферних) ЗУ між зовнішньою пам'яттю ЕОМ і ОЗУ. У порівнянні з НМД досягається різке підвищення надійності ності (внаслідок виключення електромеханічних пристроїв) і швидкодії, але інформаційна ємність однієї СБИС значитель но менше, ніж НМД. Використання як носія інформації не ЦМД а набагато більш дрібних "об'єктів - вертикальних блоховс-ких ліній (див. нижче) відкриває перспективи значного підвищення ня ступеня інтеграції.
Циліндричні магнітні домени та їх властивості. Епітаксіаль ва плівка граната має властивість магнітної анізотропії: в ній існують вісь легкого намагнічування, перпендикулярна по верхні, і вісь важкого намагнічування, паралельна поверх ності. При малій товщині плівки (порядку декількох мікрометрів) знаходяться в ній магнітні домени займають все поперечне, січі ня плівки, а їх вектори намагніченості перпендикулярні поверх ності.
При відсутності зовнішнього магніт ного поля домени мають форму по лос (рис. 13.12, а) з протилежні ми напрямками вектора намагні ченности, так що в цілому намагні ченность плівки дорівнює нулю. Якщо прикласти зовнішнє магнітне поле Н, перпендикулярне поверхні, то плівка перемагнічується і стін ки доменів зміщуються. В результаті домени з намагніченістю в на правління Н збільшуються, а з про протилежний намагніченістю - зменшуються. При Я> Ямін будинку ни стають циліндричними (рис. 13.12, б), причому з ростом Я їх
діаметри зменшуються. При Я> Ямакс ЦМД стрибком исче зають-коллапсую, після чого плівка знаходиться в стані насичення і як би заповнена одним великим доменом з намагні ченностью в напрямку Н. Таким чином, для існування ЦМД необхідно мати постійне зовнішнє магнітне поле з на-напруженість від # хв до Ямак - поле зміщення. Воно складає 2000 ... 3000 А / м і створюється постійним магнітом, розташованим усередині корпусу НВІС.
Якщо при наявності поля зсуву до ділянки плівки з намагнічений ністю в напрямку Нсм докласти короткочасно зовнішнє поле протилежного напрямку (Я> ЯСТ), то в цьому місці утворює ся ЦМД. Величина # ст називається полем старту.
Діаметр ЦМД залежить від матеріалу і товщини плівки. Сущест яття оптимальна товщина Н, що забезпечує мінімальний діа метр с1ман / г; досягається с1ШІп та 0,3 мкм.
У неоднорідному (градієнтному) поле зміщення ЦМД рухається в сторону зменшення Я, при цьому його діаметр зростає. Рух може відбуватися лише при достатньо великому градієнті поля: | ^ гай Я |> Н0 / ї, де Я0 = 10 ... 100 А / м. Максимальна відстань, на яке може переміститися домен, зберігаючи циліндричну форму, визначається величинами Ямін, Ямакс і Я0 і дорівнює (10 ... 100) с? Ми Академії. Швидкість руху ья = рд (<% га <1 Я - Я0), де рд-рухливість домену, яка складає 100 ... 1000 см2 / (А - с). Швидкість невисока (близько 103 см / с), що є однією з причин низької швидкодії я.
Один домен можна розділити на два, якщо на ділянці поверхні, що проходить через поперечний переріз домену, магнітне поле буде більше ЯмаКс (поля колапсу), Для цього використовується провідник у формі петлі, що проходить над доменом (рис. 13.13, а). Якщо подати імпульс струму, що збільшує напруженість магнітного поля внут ри петлі, то домен зруйнується (під петлею виникне домен противо положность намагніченості). Відбудеться розщеплення ЦМД, після якого кожна «половина» візьме циліндричну форму колишнього діаметру, що визначається полем зміщення (рис. 13.13, 6). Між со седнями ЦМД існують магнітостатіческіе сили відштовхування.
ЦМД-регістри. У мікросхемах необхідна фіксація положення ЦМД, відповідного елементу пам'яті. Наявність ЦМД цього по зиції можна ототожнити із зберіганням лог. 1, а відсутність - з хра ням лог. 0. Фіксація здійснюється за допомогою магнітостаті-чеських пасток - областей з пониженим значенням потенційної енергії домену (потенційних ям).
Найбільш поширені пастки, що представляють собою тон кі (десяті частки мікрометра) пермалоєвих плівки (аплікації), нанесені на поверхню. Пермалой є магнітом'яких феромагнітним матеріалом, що містить 80% № і 20% Її. В об ласті під плівкою магнітне поле зміщення ослаблено, крім того,,
плівка створює найкращі умови для замикання магнітного пото ка домена, завдяки чому Домен притягається до неї (подібно до того, як магніт притягується до заліза). Для того щоб вивести домен з пастки, треба затратити енер гію, яка визначається глибиною потенційної ями. ЕГ! випадку, коли пермалоєвих плівка має несиметричну форму, ця енергія за висить від напрямку, в якому здійснюється висновок (відрив) до мена. Наприклад, для пастки трикутної форми легше здійснити відрив вправо, ніж вліво (рис. 13.14, а: 1 - пермалоєвих плівка; 2 ----- знаходиться під нею ЦМД; 3 напрям «легкого» відриву). Пастка може бути отримана також за допомогою провідника в фор ме петлі, через який протікає струм, що створює магнітне поле протилежного напрямку по відношенню до поля зсуву (рис. 13.14, б). Ряд пасток, розташованих близько один до одного (на відстані менше діаметра домена), утворюють регістр. Циліндричні маг нітних домени можна переміщати (просувати) з однієї пастки в іншу (сусідню), здійснюючи, "таким чином зсув інформації в регістрі. Запропоновано безліч різних конфігурацій лову шек (пермалоєвих аплікацій), від яких залежать параметри ре гістр. Основним методом просування ЦМД вздовж регістра явля ється застосування обертового магнітного поля, вектор напружений ності НЦ якого спрямований паралельно поверхності.На рис. 13.15 показано положення НМД в регістрі з аплікація ми у вигляді шевронів в різних фазах обертового поля. Під його вплив ням в пермалоєвих плівках утворюються магнітні полюси (М - се вірний, 5 - південний) і обумовлені ними додаткові поля, які мають вертикальну складову вектора напруженості, скла дивает або віднімаються з поля зсуву. У фазі 1 північ ний полюс знаходиться біля верхньої межі шевронів, вертикальна со складова напруженості поля там мінімальна і відповідно там розташовується ЦМД (північний полюс ніби притягує ЦМД). У фазі 2 північний полюс і ЦМД зміщуються до правої кордоні шеврона. У фазі 3 північний полюс знаходиться як у лівій, так і у правій гра ниці, тому ЦМД займає положення на кордоні двох пасток, після чого (фаза 4) він переходить до сусідньої пастку і у фазі 5, т, е.: через один період обертового поля, займає положення біля верхньої межі сусідньої пастки. Час зсуву на один розряд регістра одно періоду обертового поля.
При симетричній структурі пасток, що на рис. 13.15, можливо рух доменів в обох напрямках в залежності від напрямку обертання вектора Ні-В несиметричних структурах (рис. 13.16), які отримали більш широке поширення, тільки одностороннє просування, але припустимі великі зазори (до 0,7 ^) між пастками, а також великі інтервали допустимих значень # см, що забезпечує кращу стійкість роботи. Ти типова частота обертання поля НЦ складає 100 кГц, а його напря боргованості-2000 ... 4000 А / м.Поле створюється парою котушок, намотаних навколо кристала в двох взаємно перпендикулярних напрямках, в яких подається струм, що змінюється по гармонійному закону з зазначеної частотою і амплітудою близько 100 мА. Підвищення частоти і прискорення просуванні доменів обмежені великими індуктивністю котушки та розсіюваною потужністю через втрати внаслідок скін-ефекту в обмотках і вихрових струмів в провідних деталях корпуса.Для запису інформації в регістр застосовують пристрій, що містить шеврон і проходить між ним і кристалом струмовий контур (рис. 13.17). Подаючи в нього струм, що створює магнітне поле протилежного напрямку по відношенню до поля зсуву, напруженість якого, більше напруженості поля старту
можна генерувати домен, якщо необхідно записати лог. 1. Однак вимагає занадто великий струм, і практично застосовується не генерація, а поділ домена.Ісходний домен формується у пристрої введення перед початком роботи імпульсом струму. У фазі 1 (див. рис. 13.17) він розташовується вгорі шеврона і при подачі струму в контур ділиться. В фаз, е 2 домен, що утворився праворуч від контуру, зміщується вниз під дією обертового магнітного поля (притягуючись до північного полюсу), а домен утворився ліворуч, залишається на місці, так як його руху перешкоджає магнітне поле контура. В натупних фазах правий домен переходить в регістр, і струм можна вимкнути. Так виходить введення лог. 1.Для введення лог. Про ток в контур слід подати у фазі 4, попередньої фа зе 1 (рис. 13.18), зберігаючи його в фазах 1 ц 2. Тоді в фазі 1 під контуром з струмом домен відсутній, поділу не відбувається, а в фазі 2 в правій частині уст ройства введення домена також нет.Для зчитування інформації застосовують пристрій, засноване на магнітн-торезістівном ефекті. Він полягає в зміні опору Перман-Лоєвій плівки (магніторезистивного датчика) при зміні магнітного поля, викликаного надходженням домену з виходу регістра, в. Пристрій зчитування. Так як поле домену слабке, то сигнал, що виникає на виході; малий (одиниці мілівольт) й необхідні підсилювачі зчитування, які є зовнішніми по відношенню до кристалу схемамі.Крісталл НВІС (рис. 13.19) містить Л'-розрядні вхідний і вихідний регістри (Ргкх, Ргвих) з пристроями запису (ЗАП) і зчитування (СЧ) навходе і виході і N регістрів зберігання по п розрядів кожен (Яг /, РгИ). Щоб уникнути втрат інформації при зрушеннях вони робляться кільцевими. В ре жимі звернення інформація циркулює по цих регістрів, як показано стрілкою. В режимі запису у вхідний регістр послідовно вводиться (ука зано стрілкою) Л'-розрядне число. Потім воно передається в регістри зберігання (кожен розряд в свій регістр). При зчитуванні спочатку відбувається передача інформації з регістрів зберігання у вихідний, після чого з нього послідовно виводиться вийшло там двійкове чісло.Помімо кристала НВІС пам'яті ЗУ містить мікросхеми підсилювачів, формувачів імпульсних струмів, управління, синхронізації і ін Прикладом є мікросхеми серії К1602РЦ2А. Вертикальні блоховскіе лінії як носії інформації. Прин-ціпіальним чинником, що обмежує підвищення інформаційної ємності, є магнитостатическое взаємодія між ЦМД. Для цієї відстані між ЦМД в сусідніх елементах пам'яті не менш 4с /. Незалежно від типу просувають структур плолених елемента пам'яті виходить не менш 1М1. Наприклад, при й = 1 мкм на кристалі площею 50 мм2 можна отримати СБИС з інформаційною ємністю не більше 4 Мбіт, що досяжно і в транзисторних СБИС пам'яті динамічного типу з довільною вибіркою. Подальше підвищення інформаційної ємності пов'язано з використання ЦМД як носія інформації [301.
У 1983 р. була показана можливість кодування інформації за допомогою більш дрібних об'єктів - пар вертикальних блоховскіх ліній (ВБЛ), укладених в доменній кордоні (ДГ). Вона являє собою перехідний шар, де вектор намагніченості М змінює свій напрямок на протилежне (в центральній частині ДГ він горизонтальний). В залежності від напрямку М в різних ділянках центральної частини доменна межа може мати різні струк тури.
На рис. 13.20, а показано поперечний переріз смугового домену з найпростішої структурою ДГ, в якій М всюди паралельний кордоні. На рис. 13.20, б ДГ має більш складну структуру: у ній містяться дві ділянки (/ і 2), де вектори М паралельні кордоні, але направлені протилежно (сегменти Блоха). Між ними існують перехідні шари, в центральній частині яких вектор намагніченості перпендикулярний кордону. Вони проходять перпендикулярно поверхні і являють собою ВБЛ. У доменній кордоні може існувати тільки парне число ВБЛ. Дві ВБЛ, показані на рис. 13.20, б, називаються однополярним, в них вектори М спрямовані протилежно по відношенню до центру домена1. На рис. 13.20, в показана пара різнополярних ВБЛ
Вертикальні блоховскіе лінії можуть пересуватися уздовж ДГ. При зближенні між ними виникають сили обмінного взаємодії, які відштовхують однополярні і притягують різнополярні. ВБЛ, в результаті чого відбувається їх анігіляція і ДГ набуває пнайпростішу структуру (див. рис. 13.20, а). Тому стійкими являються тільки пари однополярних ВБЛ. Вони й використовуються як носії інформаціі.Налічіе пари ВБЛ в певному місці ДГ 'відповідає зберігання ня лог. 1, а відсутність-зберіганню лог. 0 (рис. 13.21). Таким чином, довгий смуговий домен є регістром, що зберігають біль шое число біт інформації. Мінімальна відстань I-між сусідними парами ВБЛ, тобто мінімальна довжина елемента пам'яті, визнавиділяється відштовхуванням однополярних ВБЛ і становить близько 0,2 с /, де с1 - ширина домену (порядку діаметра ЦМД), В результаті площа, що припадає на елемент пам'яті, приблизно 0,2 сР, що майже в 100 разів менше, ніж у схемах на ЦМД.Для фіксації положення ВБЛ необхідно створити періодичний магнітний рельєф вздовж смугового домену, що досягається форми ням в епітаксіальної плівці областей у формі вузьких смужок, перпендикулярних напрямку смугового домену, одержуваних ме-тодом іонного легування (наприклад, Ке). На кордоні цих областей виникають механічні напруги і внаслідок явища магніто-стрікціі додаткове магнітне поле, що фіксує ВБЛ. Можливе формування магнітного рельєфу за допомогою травлення неглибоких канавок в епітаксіальної плівці, а також нанесення на її поверхню смужок магнітного або немагнітного металевого матеріалу (Сг, Ап). Аналогічними методами можна фіксувати і становище самого смугового домену (регістра) на кристалі. Міні мальна площа, яка припадає на елементарну комірку пам'яті, буде визначатися роздільною здатністю застосовуваної літографії.Просування ВБЛ вздовж ДГ здійснюється під дією їм пульсу поля підмагнічування, спрямованого перпендикулярно по <- поверхні. Підбираючи амплітуду і тривалість імпульсу, можна забезпечити просування на одну позицію, ч го відповідає зрушенню на один розряд в регістрі.