五千年(敝帚自珍)

主题:同学们,“半导体存储器导论课”第二课开始点名,分组讨论了, -- 老瑞

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          • 家园 嗬嗬,最近太忙

            等过一阵子会继续,不过也许不再是翻译的形式。

    • 家园 【第一课】从今年的诺贝尔物理奖谈起(V1.0)

      同学们,今天咱们的“半导体存储器导论”开始上课了。

      “老班长”同学,请点点名,算算出勤率哈。

      说起“半导体存储器”,大家都比较熟悉。即使对它的存储原理不熟悉,大家在日常生活中也是免不了跟其有亲密接触的。那么这个“半导体存储器”的市场有多大那?咱们也不用看那些专业的表格。只要想想,身边的(尤其是近几年来)电脑,数码相机,mp3之类的发展就知道了。

      按照通常的惯例,接下去就要讲“半导体存储器”的分类了。让俺看看啊,好像有几个同学已经开始打瞌睡了。那么咱们就先讲点有趣的哈。

      从哪里讲起那?有了,还是先从咱们西西河讲起好了。咱们西西河向来是高手如云的,咱们班里也少不了卧虎藏龙的,这点俺是有高度自信的。举个例子来说:今年的诺贝尔物理奖,现在大家都知道了哈。法国人阿尔贝-费尔(Albert Fert)和德国人彼得-格林贝格尔(Peter Grünberg)一起领走了那壹千万瑞典克朗。这个结果现在说说,同学们没觉得有啥特别的。可是同学们,咱们西西河的“Spinfox”老兄两年前就已经预测到了这个结果了!

      链接出处

      请大家为西西河的高手们鼓鼓掌。那个记者同学哈,你可以挤到前面来,赶快问问“Spinfox”老兄,咱华夏啥时候可以有咱们的第一块自然科学诺贝尔奖啊。

      看到这里,晓得“巨磁电阻效应”(GMR: Giant Magnetoresistance)的同学或许已经偷偷笑了2次了。插一句哈,今年来自德法的这两位老兄就是靠这个题目拿走那壹千万瑞典克朗。可不是嘛?又“Spin”的,又“fox”的,那水平还能差啊?

      不知道“巨磁电阻效应”,又想知道他们为啥笑的同学们也不用急。在开始拜读“Spinfox”老兄的大作

      链接出处

      以前,咱们先来补补课。简单了解一些“巨磁电阻效应”,还有其在业界的重要应用。

      对由铁磁(Ferromagnetic)和非磁性金属(Non-Magnetic Metal)层交替组合成的材料施加足够强的磁场的时候,该材料的电阻会有大幅的下降。这种现象就是所谓的“巨磁电阻效应”。研究发现:如果相邻层中的磁化方向相同的时候,材料的电阻会变得很低。如果磁化方向相反的时候,材料的电阻会变得很高。工业界就利用材料电阻高低的不同,来存储信号“1”和“0”,或者说“OFF”和“ON”。

      那么材料在磁场的作用下,电阻为啥会呈现高低的变化那?这就涉及到所谓的“自旋电子学”。“自旋”就是“Spinfox”老兄名字当中的“Spin”。关于“自旋电子学”的原理,进展,遇到的问题。同学们还是好好拜读“Spinfox”老师的大作。咱在这里只给一个粗浅的,形象的比方,只用来帮助大家建立一个初步的概念。

      设想一下,你准备过一个路口,你要做的当然是“左看看,右看看,脖子扭扭,屁股扭扭”。如果你运气好的话,发现这条路是单行道,那么你要做的就是“左看看,脖子扭扭,屁股扭扭”。这样通过是不是可以比上面一个路口更容易些?

      课外阅读:

      1. 早在1997年,IBM已经向市场投放了基于巨磁电阻效应制备的数据读出头(Read Head)。

      2. 彼得-格林贝格尔小组最初的工作中,研究了由铁、铬、铁三层金属膜样品,使材料电阻下降了1.5%。费尔小组研究了由铁和铬组成的多层膜样品,电阻下降了50%。


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      • 家园 迟到了

        看来老瑞师傅头一次讲课,看上去显得小心翼翼地,一会儿扯这个老师傅一会儿扯那个大作文,这些统统归到课外作业/课前预习不就得了嘛,到时候您可以先提几个问题,请同学回答,点名或自愿都可以的~~每次作业都留一点,要是被点名的同学没做,罚呗~~罚蒸命题包子一笼,哈哈这都替你想好了,可见我对课程开发有多内行~~

        老瑞老师放心大胆地开讲吧,虽然这是开放式课堂,不过反正这里外行很多的,忽悠一小拨同学是没关系的

      • 家园 送花,旁听生
      • 家园 报到兼送宝

        谢谢:作者意外获得【西西河通宝】一枚

        鲜花已经成功送出。

        此次送花为【有效送花赞扬,涨乐善、声望】

      • 家园 俺迟到了?不扣学分吧?

          下面是学习体会:

          我原来以为巨磁效应,就是跟磁盘有关,是做磁盘用的。听了这课才知道应该是做随机存储器用的。

        • 家园 欢迎,雅座,咖啡,

          慢慢看,等看到了半导体存储器的详细分类以后,

          您的疑问就可以慢慢解开了,

        • 家园 巨磁效应最大的应用是磁盘的磁头

          电脑的硬盘容量越来越大,而体积越来越小,最大的贡献是读写数据的磁头的性能越来越高。早期用的是GMR,现在由其发展出的是TMR(tunnel magnetoresistance)器件。

      • 家园 我来凑凑数说半导体存储器

        老师好,我来凑数。

        说到半导体存储器,就会想到了单晶硅,那儿有位说硅就是半导体。准确地说,纯的晶体硅具有金刚石结构有稳定的共价键,是电阻率高到104 欧姆厘米的真性半导体。实际用的半导体是掺杂的单晶硅。而生产DRAM, LSI集成电路用的就是常说的8吋,10吋12吋的单晶硅wafer (薄片)。

        那什么是存储器呢? 以前常说的是电脑的RAM(Random Access Memory),这几年新电子产品MP3, PDA, 数码相机里用的是闪存(Flash memory)。还有那新开发的FRAM,MRAM,PRAM。

        这些有什么不同呢?

        从数据的保持性来划分,电脑的RAM(DRAM; Dynamic Random Access Memory, SRAM; Static Random Access Memory)是一种停电后数据会消失的挥发性 (volatile) 存储器,而磁盘,光盘,MO,到现在的闪存都是不挥发性的(non-volatile) 存储器。他们的共同点都是用他们各自的某个性能的变化来表示出数据的0和1。

        DRAM是什么原理呢?那远的要从DRAM集成电路的构造说起,在前面说到的硅wafer上要形成纵横的很小的格子,这就是DRAM的一个cell, 一个cell包括一个三极管(NMOS transistor)和一个用来作为存储的与MOS的drain相连接的电容。而很多排列的cell就靠横向的word line和纵向的bit line 来连通和控制。 他的存储原理是写入1时,给与MOS的gate相连接的横向的word line加电压来导通Source和drain,这时给与source相连的纵向的bit line加电压,导通后的三极管就给电容充电。这就是说靠电容的充放电来写入1和0,读出时,靠gate加电压后导通的MOS来读电容放电的有无。

        从原理来看,只要一段时间后,漏电将使得电容保存的电荷下降,到一定时间就得重新写入,这就是动态(dynamic)存储器的名字的来历。

        关键词(Tags): #存储器
        • 家园 您的文字俺懂,瑞老师的文字俺看不太懂
          • 家园 老兄莫非是工科出身?看起来不像啊

            “南越”兄的文章更接近器件本身,

            实际器件就是设计成那样的,

            一是一,二是二,很明了。

            而且“南越”兄的文笔很洗练,而且容易懂。

            俺初步的重点是放在器件原理的介绍上。

            对于原理的理解,可能费点劲。

            而且,机理也是一个不断完善的过程,

            我们现在对有些过程也不能做太绝对的论断。

            不过,看了看老兄的文章,

            好像都是些“性感”的文章啊,哦,是“感性”的文章

            怎么也来俺们这里混着听课啊?

            • 家园 回瑞兄,俺是物理系自动化专业,所以ROM,RAM俺熟悉,

              您讲的俺没学过,所以俺不懂,

              毕业很多年了,专业知识都忘的差不多了,

              看您讲课,俺想做个认真学生,过来旁听一下,

              好好学习,天天向上!

              不好意思,俺写的文字都是些小女人文字。呵呵

              瑞老师,您继续讲,俺认真听。

              • 家园 哈哈,想起来了,

                俺们当年跟物理系自动化专业的一起上“普通物理课”,

                课本好像差别不大,

                “巨磁电阻”是比较新的概念,那时候的课本好像没有,

                老兄现在还做自动化吗?

                • 家园 咱不会在一个班级上课吧,呵呵,我说呢,巨磁电阻根本就没听说过

                  毕业以后就再没碰过,不过电脑知识还是因为学专业时了解一些。我们当时学一些芯片什么的,还有模拟电路数字电路等等,现在看着这些名字还感觉亲切。当时很喜欢做芯片电路设计,两侧全是引线,像百爪蜈蚣,

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