DE1117163B

DE1117163B - Method of manufacturing a magnetic element for storing information with non-destructive reading

Info

Publication number: DE1117163B
Application number: DED32931A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Wilfried Andrae
Original assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Current assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Priority date: 1960-03-23
Filing date: 1960-03-23
Publication date: 1961-11-16

Description

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Elementes zum Speichern von Informationen mit zerstörungsfreier Ablesung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elementes aus dünnen magnetischen Schichten zur Speicherung von Informationen, das die Möglichkeit bietet, die gespeicherte Information ohne Zerstörung derselben abzulesen.Method of manufacturing a magnetic element for storage of information with non-destructive reading The invention relates to a method for the production of an element from thin magnetic layers for storage of information that offers the possibility of using the stored information without Destruction of the same can be read.

Es ist ein Speicherelement bekannt, das aus zwei ebenen dünnen magnetischen Schichten besteht, die parallel zueinander mit einem geringen Abstand angeordnet sind. Beide Schichten besitzen eine magnetische Vorzugsachse.It is a memory element known, which consists of two planar thin magnetic Layers are made, which are arranged parallel to each other with a small distance are. Both layers have a preferred magnetic axis.

Diese Vorzugsachsen sind entweder parallel oder gekreuzt. Die eine der beiden Schichten besitzt eine deutlich größere Koerzitivkraft als die andere. Ihre Magnetisierungsrichtung kann zwei Lagen einnehmen, die zueinander antiparallel sind. Sie entsprechen der Speicherung einer Null oder einer Eins. Die Änderung der gespeicherten Information erfolgt durch Ummagnetisierung dieser Speicher-Schicht. Die Magnetisierung der zweiten Schicht (Lese-Schicht), die eine niedrigere Koerzitivkraft besitzen soll, wird von der Magnetisierung der Speicher-Schicht beeinflußt. Die Beeinflussung erfolgt durch das magnetische Streufeld der Speicher-Schicht und hat zur Folge, daß die Magnetisierung der Lese-Schicht sich in eine durch die gespeicherte Information bestimmte Lage einstellt. Das Ablesen der Information erfolgt dann durch ein magnetisches Wechselfeld oder durch ein impulsförmiges Magnetfeld. Dieses Lese-Feld muß eine Amplitude besitzen, die zu klein ist, um die in der Speicher-Schicht gespeicherte Information zu zerstören, aber groß genug, um die Magnetisierung der Lese-Schicht reversibel zu verändern. Durch diese reversible Magnetisierungsänderung wird in einer Spule eine Spannung induziert, deren Größe oder zeitlicher Verlauf in charakteristischer Weise von der gespeicherten Information abhängt.These preferred axes are either parallel or crossed. The one of the two layers has a significantly greater coercive force than the other. Their direction of magnetization can occupy two positions that are antiparallel to each other are. They correspond to the storage of a zero or a one. The change in Stored information takes place by reversing the magnetization of this storage layer. The magnetization of the second layer (read layer), which has a lower coercive force should have is influenced by the magnetization of the storage layer. the It is influenced by the stray magnetic field of the storage layer and has As a result, the magnetization of the reading layer is transformed into a stored by the Information sets certain situation. The information is then read through an alternating magnetic field or a pulsed magnetic field. This reading field must have an amplitude which is too small for that stored in the memory layer Destroy information, but large enough to magnetize the read layer to change reversibly. As a result of this reversible change in magnetization, in a coil induces a voltage, its magnitude or time course in a characteristic manner Way depends on the information stored.

Der beschriebene bekannte Speicher besitzt folgende Nachteile 1. Um das für die Kopplung der beiden Schichten erforderliche Streufeld zu erzeugen, muß die Speicher-Schicht einen offenen magnetischen Kreis bilden.The known memory described has the following disadvantages 1. Um to generate the stray field required for coupling the two layers must the storage layer form an open magnetic circuit.

Das dabei auftretende entmagnetisierende Feld bewirkt eine Erniedrigung der remanenten Magnetisierung der Speicher-Schicht, wenn nicht ein großes Längen-Dicken-Verhältnis der Speicher-Schicht und ein Material mit hoher magnetischer Anisotropiekonstanten bzw. niedriger Sättigungsmagnetisierung gewählt werden. Dadurch wird aber ein höherer Energiebedarf und ein größerer Raumbedarf des Speicherelementes verursacht.The resulting demagnetizing field causes a decrease the remanent magnetization of the storage layer, if not a large length-to-thickness ratio the storage layer and a material with a high magnetic anisotropy constant or lower saturation magnetization can be selected. But this becomes a higher one Caused energy demand and a larger space requirement of the storage element.

2. Der Abstand der beiden Schichten ist verhältnismäßig kritisch, da bei zu großem Abstand die Kopplung zu schwach ist und bei zu kleinem Abstand eine andere Kopplung eintreten kann, die die Streufeldkopplung ganz oder teilweise aufhebt.2. The distance between the two layers is relatively critical, because if the distance is too great, the coupling is too weak and if the distance is too small another coupling can occur that completely or partially eliminates the stray field coupling cancels.

3. Durch Einfügung einer unmagnetischen Zwischenschicht wird die Herstellung komplizierter und teurer als ohne diese Zwischenschicht.3. By inserting a non-magnetic intermediate layer, the production more complicated and expensive than without this intermediate layer.

Diese Nachteile können vermieden werden, wenn erfindungsgemäß statt des offenen magnetischen Kreises ein geschlossener magnetischer Kreis hergestellt wird und die beiden Schichten ohne Zwischenlage in direkten Kontakt gebracht werden.These disadvantages can be avoided if the invention takes place of the open magnetic circuit, a closed magnetic circuit is established and the two layers are brought into direct contact without an intermediate layer.

An einigen Ausführungsbeispielen soll das Verfahren näher erläutert werden: Auf einen zylindrischen Trägerkörper wird zunächst eine magnetische Schicht aus einem Material A und unmittelbar auf diese eine zweite Schicht aus einem Material B aufgebracht. Beide Schichten besitzen die Form von sehr dünnwandigen Hohlzylindern. Die A-Schicht erhält (z. B. durch mechanische Verspannung oder Magnetfeldbehandlung) eine zirkulare magnetische Vorzugslage, so daß im Zustand der Remanenz die Magnetisierung im oder gegen den Uhrzeigersinn kreisförmig die Trägerachse umschließt und kein magnetisches Streufeld entsteht. Die Koerzitivkraft der A-Schicht sei größer als die Koerzitivkraft der B-Schicht.The method is to be explained in more detail using a few exemplary embodiments be: First a magnetic layer is placed on a cylindrical support body made of a material A and directly on top of this a second layer made of a material B applied. Both layers are in the form of very thin-walled hollow cylinders. The A-layer is preserved (e.g. by mechanical tension or magnetic field treatment) a circular magnetic preferred position, so that the magnetization in the state of remanence clockwise or counterclockwise circularly enclosing the carrier axis and none magnetic stray field arises. The coercive force of the A-layer is greater than the coercive force of the B layer.

Ist die A-Schicht durch ein zirkulares Magnetfeld (Schreib-Feld) im Uhrzeigersinn bis zur Sättigung magnetisiert worden, dann bleibt nach Abschalten des Feldes diese Magnetisierung wegen der vorhandenen Vorzugslage bestehen, so daß die Remanenz gleich der Sättigung ist. Die Magnetisierung der B-Schicht (welche für sich allein keine oder nur eine schwächer ausgeprägte Vorzugslage besitzen soll) bleibt aus energetischen Gründen dann ebenfalls im Uhrzeigersinn bestehen; denn andernfalls müßte zwischen A-Schicht und B-Schicht eine BLOCH-Wand ausgebildet werden. Wird nun ein schwächeres zirkulares Magnetfeld (Lese-Feld) entgegen dem Uhrzeigersinn angelegt, das kleiner ist als die Koerzitivkraft der A-Schicht, aber größer als die Koerzitivkraft der B-Schicht, dann wird die B-Schicht ummagnetisiert (wobei z. B. in einer Spule eine elektrische Spannung induziert werden kann), während die A-Schicht nicht ummagnetisiert wird. Nach Wegnahme des Lese-Feldes kehrt jedoch die Magnetisierung der B-Schicht in die Ausgangslage (parallel zur A-Schichtmagnetisierung) zurück, falls folgende Bedingung erfüllt ist: y = BLOCH-Wandenergie, dB = Dicke der B-Schicht, I$ = Magnetisierung der B-Schicht, H,', = Koerzitivkraft der B-Schicht. (s. Fig. 1). Die Hystereseschleife der B-Schicht ist in Fig. 1 dargestellt für den Fall, daß die Koerzitivkraft der A-Schicht sehr viel größer ist als die Koerzitivkraft H',B der B-Schicht.If the A-layer has been magnetized clockwise to saturation by a circular magnetic field (write field), this magnetization remains after the field is switched off because of the preferred position so that the remanence is equal to saturation. The magnetization of the B-layer (which on its own should have no or only a less pronounced preferred position) then also remains clockwise for energetic reasons; otherwise a BLOCH wall would have to be formed between the A-layer and the B-layer. If a weaker circular magnetic field (read field) is now applied counterclockwise, which is smaller than the coercive force of the A-layer, but greater than the coercive force of the B-layer, then the B-layer is remagnetized (e.g. an electrical voltage can be induced in a coil), while the A-layer is not magnetized. After removing the read field, however, the magnetization of the B-layer returns to the starting position (parallel to the A-layer magnetization) if the following condition is met: y = BLOCH wall energy, dB = thickness of the B-layer, I $ = magnetization of the B-layer, H, ', = coercive force of the B-layer. (see Fig. 1). The hysteresis loop of the B-layer is shown in FIG. 1 for the case that the coercive force of the A-layer is very much greater than the coercive force H ', B of the B-layer.

Falls das Schreib-Feld entgegen dem Uhrzeigersinn gewirkt hat, liegen ohne äußeres Feld die Magnetisierungen beider Schichten entgegen dem Uhrzeigersinn. Dann ändert sich natürlich die B-Schichtmagnetisierung nicht bei Einwirkung eines Lese-Feldes, das wie oben entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft (Fig. 2 zeigt die Hystereseschleife der B-Schicht für diesen Fall). Das bedeutet, daß durch Ummagneti-Bieren derA-Schicht (großeFeldstärke) eineInformation gespeichert werden kann (Lage der A-Schichtmagnetisierung mit oder entgegen dem Uhrzeigersinn), während durch ein schwächeres Feld diese Information zerstörungsfrei beliebig oft abgefragt werden kann (reversible Ummagnetisierung der B-Schicht bzw. Nichtummagnetisierung). Die Reihenfolge der Schichten kann z. B. vertauscht werden; die Schichten können teilweise durch unmagnetische Zwischenlagen getrennt sein, so daß sie sich nur mit einem Teil ihrer Flächen berühren; sie können z. B. dachziegelartig gegeneinander versetzt sein. Es können mehrere Schichtpaare aufeinanderliegen. Die Schichten können nach den verschiedensten Verfahren hergestellt werden (z. B. Aufdampfen oder elektrolytische Abscheidung), und die zirkulare Vorzugslage der hochkoerzitiven Schicht kann durch Magnetfeldbehandlung, mechanische Spannungen oder andere Methoden erzeugt werden. Als Material für die Schichten kommen z. B. Eisen-Nickel-Legierungen in. Betracht. Dabei kann beispielsweise für die hochkoerzitive Schicht eine Zusammensetzung mit großer und für die zweite Schicht eine Zusammensetzung mit sehr kleiner Magnetostriktion gewählt werden, so daß nach Herstellung . der Schichten durch mechanische Verformung nur die eine Schicht eine zirkulare Vorzugslage und größere Koerzitivkraft erhält. Das Lese-Feld kann auch parallel zur Trägerachse gerichtet sein.If the writing field worked counterclockwise, lie without an external field, the magnetizations of both layers are counterclockwise. Then of course the B-layer magnetization does not change when one acts Read field, which runs counterclockwise as above (Fig. 2 shows the Hysteresis loop of the B-layer for this case). That means that by Ummagneti beers the A-layer (large field strength) information can be stored (position of the A-layer magnetization clockwise or counterclockwise) while through a weaker field this information can be queried non-destructively as often as required can (reversible magnetic reversal of the B-layer or non-magnetic reversal). the Order of layers can e.g. B. be swapped; the layers can be partial be separated by non-magnetic intermediate layers so that they are only connected to one part touch their faces; you can z. B. offset from one another like tiles be. Several pairs of layers can lie on top of one another. The layers can after a wide variety of processes can be used (e.g. vapor deposition or electrolytic Deposition), and the circular preferred position of the high-coercive layer can through Magnetic field treatment, mechanical tension or other methods can be generated. As a material for the layers, for. B. iron-nickel alloys. Consider. For example, a composition can be used for the high-coercive layer large and, for the second layer, a composition with very small magnetostriction be chosen so that after manufacture. of the layers by mechanical deformation only one layer receives a circular preferred position and greater coercive force. The reading field can also be directed parallel to the carrier axis.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of memory elements with non-destructive reading, characterized in that first a thin magnetic layer (A) with a coercive force Hei and a circular magnetic preferential direction on a cylindrical support body, then a second thin magnetic layer ( B) is applied with a coercive force H12 < Hll, in such a way that both layers are wholly or partially in contact on one of their two cylindrical surfaces.

2. The method according to claim 1, characterized in that first the layer (B) and then the layer (A) is applied will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the circular preferred direction is generated after the layer production.

4. The method according to claim 2, characterized characterized in that the preferred circular direction is produced after the layer has been produced will.

5. The method according to claim 1 and 3, characterized in that several pairs of layers are produced on top of each other.

6. The method according to claim 1, 2 and 4, characterized in that that several pairs of layers are produced on top of one another.