DE1197503B - Speicherelement mit einer duennen magnetischen Schicht und Verfahren zu seiner Herstellung und Anwendung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/16

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

M 53676 VIII a/21 al

24. Juli 1962

29. Juli 1965

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen für Speicher mit dünnen magnetischen Schichten und bezieht sich insbesondere auf Speicherelemente, die aus einer dünnen magnetischen Schicht bestehen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf aus derartigen Speicherelementen hergestellte Matrixspeicher sowie auf Verfahren zur Herstellung der Speicher und auch Betriebsverfahren zum Einschreiben oder Ablesen von Bits bei einem derartigen Speicherelement bzw. einer Speichermatrix.

Es ist bekannt, daß dünne magnetische Schichten die Aussicht bieten, mit ihrer Hilfe große, relativ billige Speicher kurzer Zugriffszeit zu entwickeln. Eine Übersicht über den Stand der Technik ist z. B. in der Veröffentlichung von W. Kays er in der Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen«, Heft 2,1962, S. 60 bis 70 mit dem Titel »Übersicht über Speicherverfahren für Speicher mit dünnen magnetischen Schichten«, gegeben worden.

Die magnetischen Schichten, die üblicherweise aus Nickel-Eisen, z. B. 80% Nickel und 2O°/o Eisen bestehen, werden bei der Herstellung mit einer Vorzugsrichtung in der Schichtebene versehen. In der folgenden Beschreibung wird stets angenommen, daß die Vorzugsrichtung oder leichte Richtung mit der X"-Achse des rechtwinkligen Koordinatensystems übereinstimmt. Die Vorzugsrichtung wird meistens dadurch erzielt, daß man den Fleck in einem äußeren Magnetfeld für eine Weile auf über 300° C erhitzt. Sie wird dadurch in derjenigen Richtung eingetempert, in der der Magnetisierungsvektor während des Eintemperns liegt. Bei allen bekannten derartigen Speichern wird als Kennzeichen für die Speicherung eines Bits in der Schicht die Tatsache verwendet, daß die Magnetisierung nach dem Einspeichern in der positiven oder negativen magnetischen Vorzugsrichtung liegenbleibt. Es gibt also zwei stabile Lagen.

Zum nicht zerstörenden Ablesen der in einem Speicherelement gespeicherten Information kann man nach der deutschen Patentschrift 1146107 durch ein Feld senkrecht zur leichten Richtung die Magnetisierung bis nahe zur Y-Richtung, der sogenannten schweren Richtung, hin drehen. Dabei wird, je nach vorher gespeichertem Bit, in einer Leseleitung ein positives oder negatives Signal induziert. Falls die Magnetisierung bei diesem Lesevorgang um weniger als 90° aus der Ausgangslage herausgedreht wurde und die Schicht sehr homogen ist, so dreht der Magnetisierungsvektor nach Abschalten des in schwerer Richtung angelegten Feldes wieder in die alte Ausgangslage zurück, und die gespeicherte Information bleibt damit erhalten. Je inhomogener die

Speicherelement mit einer dünnen magnetischen
Schicht und Verfahren zu seiner Herstellung und
Anwendung

Anmelder:

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der

Wissenschaften e.V.,

Göttingen, Böttinger Str. 4

Als Erfinder benannt:

Dr. Heinz Billing, München

Schicht ist, desto weiter muß man bei diesem Leseverfahren der Drehung um volle 90° fernbleiben, da

ao der Magnetisierungsvektor sonst nicht einheitlich zurückdreht, sondern die Schicht in magnetische Teilbereiche zerfällt, wie weiter unten beschrieben wird. Damit wäre bei diesem Speichern eine Zerstörung der gespeicherten Information verbunden.

Wie aus der obenerwähnten Arbeit hervorgeht, gibt es zur Ansteuerung von Matrixspeichern, die aus einer großen Anzahl von reihenweise und spaltenweise angeordneten fleckförmigen magnetisierbaren Schichten bestehen, zwei Möglichkeiten. Man kann entweder mit Wortauswahl durch Feldkoinzidenz arbeiten oder eine direkte Wortauswahl vornehmen. Bei Großspeichern ist die Wortauswahl durch Feldkoinzidenz wesentlich weniger aufwendig und daher zu bevorzugen.

Bei der Wortauswahl durch Feldkoinzidenz muß man verlangen, daß jedes der beiden Teilfelder für sich allein auch bei vielfacher Anwendung noch keine wesentliche irreversible Änderung der Magnetisierung in den betreffenden Flecken hervorruft, die Koinzidenz beider Felder soll jedoch ein kohärentes Umschalten der Magnetisierung bewirken.

Bei der direkten Wortauswahl sind die Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften der Schichten geringer, da hier das eine Teilfeld, welches alle Bits des Wortes betrifft, beliebig stark sein darf, während nur das zweite Teilfeld für sich allein keine irreversible Änderungen hervorrufen darf. Die Koinzidenz beider Teilfelder soll wiederum ein kohärentes Umschalten bewirken. Nach diesem zweiten Verfahren sind bereits Matrixspeicher gebaut worden.

Die Wortauswahl durch Feldkoinzidenz ließ sich

mit den bisher zur Verfügung stehenden Magnet-

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schichten noch nicht verwirklichen, da die Sum- feldimpuls angelegt werden. Zum Einschreiben eines mierung aller Störeffekte, das sind insbesondere die Bits können nacheinander ein Reck- und ein Stauch-Abbaueffekte und Wandbewegungen, ferner das un- impuls und gleichzeitig ein sich nur über den Reckvollständige Rotationsschalten und schließlich unter- impuls erstreckender- Querfeldimpuls bzw. gar kein schiedliche magnetische Eigenschaften der einzelnen 5 Querfeldimpuls angelegt werden.
Flecke einer Matrix die Erfüllung der gestellten For- Zur Erzeugung der Felder genügt es, wenn über derungen nicht zuließen. die Schicht in der leichten Richtung ein Leiter zur

Es ist bekannt, daß viele Magnetschichten mit Erzeugung der Reck- bzw. Stauchfelder und in der

Vorzugsrichtungen in der Schichtebene neben den schweren Richtung ein Leiter zur Erzeugung des

beiden stabilen Lagen in der positiven oder negativen io Querfeldes und ein weiterer Leiter zum Ablesen ge-

X-Richtung der Magnetisierung noch zwei weitere führt wird.

quasistabile Lagen der Magnetisierung aufweisen. Wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird, Diese beiden quasistabilen Lagen liegen senkrecht kann es zweckmäßig sein, die eingetemperte Vorzur Vorzugsriehtung, also in der sogenannten schwe- zugsrichtung der Schicht in zur mittleren Vorzugsren oder F-Richtung. 15 richtung parallelverlaufenden Streifen abwechselnd

Der Grund für diese beiden quasistabilen Lagen in der einen bzw. der anderen Richtung um einen ergibt sich aus folgender Beobachtung: Magnetisiert Winkel gegenüber der mittleren Vorzugsriehtung zu man eine Schicht durch ein Feld H_y, das größer als drehen und diesen Winkel größer zu machen, als die die Anisotropiefeldstärke H_k ist, so dreht die Magne- durch lokale Störungen unvermeidlichen Schwankuntisierung in die schwere Richtung. Schaltet man das ao gen der leichten Richtung innerhalb des Streifens. Feld Hy ab, so bewirken bereits submikroskopische Eine derartige Ausbildung der Schicht hat den VorInhomogenitäten der Schicht infolge der damit ver- teil, daß es nicht notwendig ist, die Schaltfelder ganz bundenen örtlich streuenden Ablage der leichten genau parallel zur schweren Achse sämtlicher Flek-Richtung eine Aufteilung in mikroskopisch kleine ken eines Matrixspeichers zu halten. Es können also magnetische Teilbereiche, und es dreht sich die 25 Winkelabweichungen in gewissem Umfang zugelassen Magnetisierung in manchen Teilbereichen im Uhr- werden. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird zeigersinn zur +X-Richtung, in den anderen Teil- ein Verfahren angegeben, das sich besonders zur bereichen entgegen der Uhrzeigerrichtung zur —X- Herstellung derartiger gestreifter oder gerippelter Richtung hin. Durch Streufelder blockieren sich Schichten eignet.

beide Teilbereichgruppen recht bald gegenseitig unter 30 Weitere Einzelheiten und Merkmale des ErAufbau von Bloch- oder Neelwänden, wie z. B. aus findungsgegenstandes gehen aus der folgenden Be-F ig. 1 hervorgeht. Die mittlere Magnetisierung bleibt Schreibung hervor, in der auf die Zeichnung Bezug annähernd in schwerer + y-Richtung erhalten, wenn genommen wird. In der Zeichnung zeigt
auch ihr Absolutwert ein wenig abnimmt. Dieser Fig. 1 schematisch die magnetische Bereichs-Magnetisierungszustand der Schicht wird im folgen- 35 struktur und den Magnetisierungszustand in der den als blockierte +Γ-Lage bezeichnet. Durch einen blockierten + F-Lage;

Feldimpuls —H_y entgegengesetzter Richtung könnte Fig. 2 zeigt die Magnetisierungsvektoren bei ver-

die Magnetisierung entsprechend in die blockierte schiedenen Magnetisierungszuständen;

— y-Lage gebracht werden. Fig. 3 zeigt eine magnetische Schicht in Form

Gemäß der Erfindung wird nun zur Kennzeich- 40 eines runden Fleckes mit darübergeführten Leitern; nung der Speicherung eines Bits in der Schicht die Fig. 4 zeigt Schreib- und Leseimpulse in AbMagnetisierung in der positiven bzw. negativen hängigkeit von der Zeit;

schweren Richtung, d.h. zur Vorzugsriehtung an- Fig. 5 zeigt Impulse, die für ein Lesen ohne

nähernd senkrechten Richtung verwendet. Vorzugs- Löschen benutzt werden können;

weise werden solche Magnetschichten oder Flecke 45 F i g. 6 zeigt einen Teil der magnetischen Schicht

aus Magnetschicht«! benutzt, bei denen infolge na- mit parallel zur mittleren Vorzugsriehtung verlaufen-

türlicher submikroskopischer Inhomogenitäten oder den Streifen, und

künstlich hergestellter streifenförmiger Inhomogeni- Fig.7 zeigt einen Teil einer streifenförmig auftäten die Richtung der Gesamtmagnetisierung nach gebrachten hartmagnetischen Schicht.
Abschalten der äußeren Magnetfelder in dieser quasi- 50 Wenn man eine in Fig. 1 ausschnittsweise darstabilen Lage durch gegenseitiges Blockieren vieler gestellte Schicht, die in schwerer Richtung blockierschmaler Teilbereiche in guter Annäherung verbleibt. bar ist, näher untersucht, so ergeben sich folgende Die Ausnutzung dieser bislang als Störung empfun- Eigenschaften, die für das Umschalten, d. h. für denen Erscheinung zur Speicherung der einzelnen das Einschreiben bzw. Auslesen der Bits wichtig Bits in den Speicherelementen hat den Vorteil, daß 55 sind.

sich sicher arbeitende Matrixspeicher mit Wort- Die Magnetisierung einer in + F-Richtung blok-

auswahl durch Feldkoinzidenz herstellen lassen und kierten Schicht läßt sich dadurch in eine leichte Rich-

daß sich auch die Verfahren des Schreibens und tung kohärent drehen, daß man gleichzeitig ein Im-

Lesens der Aufzeichnungen weitgehend vereinfachen pulsfeld +H_y größer als H_k und ein kleineres

und sicher gestalten lassen. 60 Querfeld +H_x anlegt. Das Feld +H_y richtet die

Zum Einschreiben oder Ablesen von Bits in einem Magnetisierungsvektoren der Teilbereiche, die in

Speicherelement dieser Art kann z. B. an das EIe- F i g. 1 durch Pfeile 1 und 2 angedeutet sind, zunächst

ment gleichzeitig ein Impulsfeld in der schweren in +Γ-Richtung aus. In Fig.2 sind diese Magne-

Richtung als Reckfeld und ein kleineres, quer dazu tisierungsvektoren herausgezeichnet, und wenn man

liegendes Feld angelegt werden. Zum Lesen eines 65 Fig. 2a als Ausgangszustand annimmt, so folgt

Bits können nacheinander ein positives und ein durch Anlegen des Feldes +H₃, eine Reckung, d. h.

negatives Impulsfeld in schwerer Richtung und ein die Vektoren nehmen den Verlauf nach Fig. 2b an.

sich über diese beiden Impulse erstreckender Quer- Daher wird ein in Richtung der vorhandenen Ge-

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samtmagnetisierung der Schicht angelegtes Magnet- Zum Lesen kann das in F i g. 4 angegebene Impulsfeld H₃, als »Reckfeld« bezeichnet. Bei Verringerung programm benutzt werden, Die Magnetisierung des des Reckfeldes bis zum Wert Null unter gleich- Fleckes liegt zunächst in den blockierten Lagen, wozeitigem Anlegen eines Querfeldes +H_x, drehen alle bei die Lage + Y die Information 1 bzw. — Y die Magnetisierungen der Teilbereiche kohärent in die S Information O darstellen soll. Die oberste Linie leichte Richtung +X, so daß sich der Zustand nach kennzeichnet den Stromverlauf in der Leitung 4, die Fig. 2c ergibt. Für diesen Vorgang ist bereits ein zweite Linie den Stromverlauf in der Leitung 5, wäh-FeId H_x ausreichend, welches für sich allein auch bei rend die dritte Linie den Spannungsverlauf in der Leivielfacher Wiederholung keine irreversiblen Magne- tang 6 für den Fall der gelesenen 0 und die vierte tisierungsänderungen auslöst. io Linie den Spannungsverlauf in der Leitung 6 für den

Wird dagegen eine in Η-Γ-Richtung blockierte Fall einer gelesenen 1 darstellt. Schicht einem Impulsfeld — H_y (wiederum mit H_y Beim Beginn des ersten Stromimpulses +i_y wird größer als H_K) ausgesetzt, so werden während des die Magnetisierung reversibel ein wenig der +X-Feldimpulses alle Magnetisierungen der Teilbereiche Richtung zugedreht, und am Ende des Impulses weiter den +X-Richtungen entgegengedreht, d.h. 15 kehrt sie in die Γ-Richtang zurück. Dies ruft zu diesie werden, bildlich gesprochen, in die inFig. 2dge- sen Zeiten in der Leitung 6 die eingezeichneten zeichnete Lage gestaucht. Ein solches der vorhande- Störimpulse 7 und 8 hervor. War in dem Fleck eine 0 nen Gesamtmagnetisierung entgegengesetztes Magnet- gespeichert, so erzeugt der erste Stromimpuls +i_a feld -Hy wird daher als »Stauchfeld« bezeichnet. ein Stauchfeld. Die X-Komponente der Magnetisie-Die Energie der die Teilbereiche begrenzenden ma- 20 rung wird dabei nicht geändert und die y-Kompognetischen Wände läßt beim Abschalten des Stauch- nente nur reversibel. Das Stauchfeld erzeugt dabei feldes — H₃, die Magnetisierungen wieder in die Aus- kein Lesesignal. Der zweite Impuls —i_xt erzeugt ein gangslage nach F i g. 2 a zurückkehren. Dies geschieht Reckfeld. Er dreht die Magnetisierung dabei wieder unabhängig davon, ob gleichzeitig ein Querfeld H* zurück zur Richtung — Y und erzeugt dabei im Lesevorhanden war oder nicht. 25 draht 6 ein kleines Störsignal 9. Am Ende des zwei-Ein Feldimpuls +H_y ohne gleichzeitiges Querfeld ten Impulses ~i_xt dreht die Magnetisierung wegen überführt den Magnetisierungszustand nach F i g. 2 a gleichzeitiger Einwirkung des Feldes H_x in die leichte in den Zustand nach Fig. 2b, und am Ende des Richtung. Dies ruft im Lesedraht6 ein großes AusImpulses wird wieder der Zustand nach F i g. 2 a ein- gangssignal 10 hervor.

genommen. 30 War im Fleck eine 1 gespeichert, so erzeugt bereits

Ein Feldimpuls +H_x, bzw. ~H_y dreht die Magne- der erste Impuls +i_xl ein Reckfeld. Am Ende dieses tisierung kohärent aus der leichten +X-Lage der Impulses wird die Magnetisierung in die leichte Rieh« Fig. 2c oder auch der —X-Lage in die blockierte _tung gedreht. Dabei entsteht das erste Lesesignal 11. + Y- bzw. - r-Lage nach F i g. 2 a bzw. F i g. 2 e. Der zweite Impuls - i_xl dreht die Magnetisierung zur

Wenn man die Impulsfelder +H_y während hin- 35 —y-Richtung hin. Am Ende des —z^-Impulses reichend kurzer Zeit anlegt, z. B. nur H)-⁸ Sekunden, kehrt die Magnetisierung in die +X-Lage zurück, da so lassen sich Feldstärken finden, welche als Reck- das Querfeld H_x noch anliegt. Dabei werden die felder einerseits ausreichen, um die Magnetisierung Lesesignale 12 und 13 erzeugt. Die Lesesignale 11 kohärent aus der leichten in die blockierte Lage zu bzw. 12 können zur Erkennung der Information verdrehen bzw. bei gleichzeitigem Querfeld H_x aus der ₄o wendet werden. Am Ende des Leseprogramms ist die blockierten +Γ-Lage in die leichte Lage, welche Magnetisierung durch die Feldkoinzidenz; unabhängig aber andererseits nicht so groß sind, daß sie als von der vorher gespeicherten Information in die Stauchfeld allein eine in — T-Richtung blockierte —X-Richtung gedreht. Die Magnetisierungen aller Schicht merklich in -hF-Richtung irreversibel um- anderen Flecke in der Matrix sind unbeeinflußt in magnetisieren. 45 +Γ-Lage verblieben.

Bei den bisher bekannten Schichten bereitet es Zum Einschreiben der Information 1 bzw. 0 in

zwar Schwierigkeiten Feldimpulse H_y zu finden, den gerade abgelesenen Fleck würde es genügen, welche als Reckfeld ausreichen und bei vielfacher _ej_nen Stromimpuls +i_x bzw. —i_x durch den Draht 4 Einwirkung als Stauchfeldimpuls keine irreversiblen _zu leiten, wobei i_y gleich Null gehalten wird. Da nur Magnetisierungsänderungen veranlassen. Wenn man 50 der gerade abgelesene Fleck sich im entblockierten jedoch gemäß der Erfindung einen Fleck gleich Zustand befindet, wird nur er beeinflußt und seine vielen abwechselnden Reck- und Stauchfeldimpulsen Magnetisierung in den gewünschten Zustand ge- +H_y von gleicher absoluter Größe aussetzt, so tritt bracht. Dieses Verfahren ist jedoch ungünstig, da es auch bei beliebig viel Impulspaaren keine wesentliche beim Matrixaufruf verursachen würde, daß je nach irreversible Magnetisierungsänderung ein. 55 i_n derselben Zeile zu speichernder Information, die

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausfüh- nicht aufgerufenen Flecke der Matrixzeile einer unrungen wird zum Lesen der Information aus einer gleichen Anzahl von positiven und negativen H_y-lmaus fleckförmigen Schichten aufgebauten Matrix föl- pulsen ausgesetzt wären. Zum Einschreiben dient dagendes Verfahren benutzt, das an Hand von F i g. 3 her das in F i g. 4 angegebene Programm, man läßt näher beschrieben wird. Der Kreis 3 stellt einen 60 nämlich dem Lesen ein zweites Paar von ± Z_x-Im-Magnetfleck einer Matrix dar, dessen leichte Vor- pulsen folgen. Sie sind als + i_xs bezeichnet. Zum Einzugsrichtung in der X-Richtung liegt. Zum Aufruf schreiben einer 1 schaltet man den Strom i_y unmitteldienen die rechtwinklig angeordneten Drähte 4, 5 bar nach dem Lesevorgang ab. Dies ist in dem und 6. Der durch den Draht 4 fließende Strom i_x ruft zweiten Kurvenverlauf durch die ausgezogene Linie am Ort des Reckens das FeldH_y hervor. Der den 65 dargestellt. Dann dient der +^-Impuls zum EinDraht 5 durchfließende Strom i_s ruft das Feld H_x schreiben, der zweite Impuls —i_xs erzeugt lediglich hervor. Parallel zu der schweren Richtung läuft der ein Stauchfeld und bleibt ohne Einfluß. Zum Ein-Lesedraht 6. schreiben einer 0 schaltet man dagegen den Strom i_y

erst nach dem Impuls +i_xs ab, wie dies die ge- schwierig, in der ganzen Matrix die Schaltfeder H_y strichelte Linie in der zweiten Impulsfolge angibt. hinreichend parallel zur schweren Achse aller Am Ende des +j_xs-Impulses kehrt die Magnetisie- Flecken zu erzeugen. Zur Vermeidung dieser Schwierung dann in die leichte +Z-Lage zurück. Der Im- rigkeiten ist es möglich, die magnetischen Eigenpuls —i_xi bewirkt anschließend das Einschreiben der 5 schäften der Schicht durch ein weiter unten be-Information. schriebenes Eintemperungsverfahren in der Weise zu

Bei dem bisher beschriebenen Verfahren wurde verbessern, daß die Richtung der Reckfelder zur

die im Fleck gespeicherte Information durch den Erzielung der Blockierung in der gesamten Schicht

Lesevorgang gelöscht. Soll sie erhalten bleiben, so eine größere Winkeltoleranz haben darf und daß das

muß sie nachträglich wieder eingeschrieben werden. io zulässige Stauchfeld wesentlich größer als das not-

Hierzu muß man das abgelesene Signal zur Steuerung wendige Reckfeld gemacht werden darf,

des Wiedereinschreibprozesses verwenden. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung wird von

Die beschriebenen Eigenschaften des Fleckes er- folgender Überlegung ausgegangen: Die bisherigen

lauben ein Lesen ohne zu löschen auf folgende in Schwierigkeiten rühren daher, daß es infolge unver-

F i g. 5 erläuterte Weise: 15 meidlicher lokaler Störungen unmöglich ist, die Vor-

Durch die Leitung 4 schickt man nacheinander Zugsrichtungen in allen Teilgebieten eines Fleckes zwei Stromimpulse +i_xi, von denen nur der erste exakt parallel zueinander einzutempern. Dies hat zur sich mit einem Querfeldimpuls +i_y zeitlich über- Folge, daß der Fleck beim Blockieren in mehr oder deckt. War im Fleck eine 1 gespeichert, so wirkt der weniger große Teilgebiete zerfällt, deren Grenzen, erste Impuls +i_xil als Reckimpuls und die Magneti- 20 wie in Fig. 1 angedeutet, auch nur im allgemeinen sierung dreht wegen des Querfeldes anschließend in parallel zur leichten Richtung verlaufen. An den die leichte Richtung und erzeugt dabei ein Lese- Grenzen der größeren Teilgebiete treten bei Stauchsignal 23. War hingegen eine 0 gespeichert, so wirkt feldern die unerwünschten irreversiblen Ummagnetider erste Impuls +i_{x( x} als Stauchimpuls, und der sierungen auf. Um diesen Zerfall in Gebiete unter-Zustand des Fleckes erleidet dabei keine irreversiblen 25 schiedlicher Größe und schrägverlaufende Grenzen Magnetisierungsänderungen. Die 0 bleibt also ge- zu vermeiden, wird gemäß der weiteren Erfindung in speichert. Man erhält kein Lesesignal. Der zweite die Schicht als streifenförmige Inhomogenität ein Impuls +i_xi_s wirkt in letzterem Fall lediglich wie Streifenmuster oder ein sogenannter »Rippel« der ein nochmaliger Stauchimpuls, beeinflußt also die leichten Richtung eingetempert, derart, daß in pargespeicherte 0 nicht irreversibel. Im ersteren Fall 30 allel zur mittleren Vorzugsrichtung verlaufenden schreibt er eine neue 1 ein, da die Magnetisierung Streifen die Vorzugsrichtung von Streifen zu Streifen des Fleckes vorher ja in die leichte Richtung gedreht abwechselnd im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrwar. Auf diese Weise ist nach dem zweiten Impuls zeigersinn bleibend um einen Winkel ε gedreht wird. +i_xi₂ der vorhergehende Zustand des Fleckes Als günstige Streifenbreite ergab sich eine Abmeswiederhergestellt, ohne daß dabei das abgelesene 35 sung von etwa 10 μ, als Winkel ε etwa 10°. Der Signal zum Wiedereinschreiben benötigt wird. Dies Winkel ε sollte größer sein als die durch lokale bewirkt eine erhebliche Beschleunigung des Lese- Störungen unvermeidlichen Schwankungen der leichvorganges. ten Richtung innerhalb eines Streifens. F i g. 6 zeigt

Um den Fleck einer gleichen Anzahl von +i_xp für ein Teilgebiet eines Feldes schematisch die Strei- und — i^f-Impulsen auszusetzen, kann man noch 40 fen 14, 15, 16 und 17 und die durch die Linien 18 zwei Impulse — i_xl nachfolgen lassen. Dies ist jedoch markierten Vorzugsrichtungen. Die Pfeile 19 sind die nicht nötig, bei Magnetflecken, deren Eigenschaften Magnetisierungsrichtungen nach einem +^-Impuls, nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren Wie eingangs erwähnt wurde, läßt sich eine Vorverbessert wurden. zugsrichtung in die Schicht dadurch eintempern, daß

Es wurden eine große Anzahl unter den verschie- 45 man die Schicht im Magnetfeld auf über 300° C er-

densten Bedingungen aufgedampfter Magnetschichten hitzt. Die Vorzugsrichtung tempert sich dabei jeweils

verschiedenster Dicke und Zusammensetzung auf in derjenigen Richtung ein, in welcher die Magneti-

ihre Eignung für das beschriebene Speicherverfahren sierung an der jeweiligen Stelle der Schicht während

untersucht. Dabei zeigten sich folgende Schwierig- des Temperns ausgerichtet war. Um die Streifung

keiten: Um eine Blockierung zu erhalten, muß das 50 oder den Rippel nach F i g. 6 a einzutempern, muß

Reckfeld etwa auf ± 2° genau senkrecht zur leichten man daher die Schicht während der Erhitzung einem

Richtung des Fleckes angelegt werden. Da es Schwie- inhomogenen äußeren Magnetfeld aussetzen, dessen

rigkeiten macht, bereits innerhalb eines Fleckes in Richtung gemäß Fig. 6b von Streifen zu Streifen

allen Teilregionen die Richtung der leichten Achse abwechselnd um einen solchen positiven bzw. nega-

bis auf solche kleine Winkelfehler konstant einzu- 55 tiven Winkel/J aus der X-Achse herausgedreht ist,

tempern, bleiben meist irgendwelche Teilregionen daß die Magnetisierungen in der Schicht sich um

nach einem Reckfeld unblockiert. Diese Teilregionen den gewünschten Winkel ± ε herausdrehen. Von den

geben beim Lesen der Information unerwünschte Magnetisierungsvektoren der einzelnen Streifen des

Störsignale. Weiterhin zeigte es sich, daß Reckfeld Flecks ausgehende magnetische Streufelder, die die

und Stauchfeld bis auf etwa 5% miteinander über- 60 Nachbarstreifen beeinflussen, machen es nötig, den

einstimmen müssen, da sonst selbst bei paarweiser Winkel β größer als den erwünschten Rippelwinkel ε

Anwendung von Reck- und Stauchimpulsen durch zu machen. Nur bei unendlich dünnen Magnetschich-

einige tausend bis zehntausend Paare die eingeschrie- ten würde ε — ß.

bene Information zerstört werden konnte. __ Um das streifenweise inhomogene Magnetfeld

Wenn man eine ganze Speichermatrix mit sehr 65 während des Eintemperns zu erzeugen, hat sich fol-

vielen Flecken herstellt, so kann es vorkommen, daß gendes, besonders einfaches Verfahren bewährt: Auf

sich die einzelnen Flecke in ihren Eigenschaften ein eine ebene Platte, z. B. eine Glasplatte, wird eine

wenig voneinander unterscheiden. Ferner ist es dünne Sicht eines hartmagnetischen Materials, z. B.

aus Kobalt, in einer solchen Weise in parallelen Streifen aufgebracht, daß die Streifenbreite und Streifenabstände etwa gleich sind. F i g. 7 zeigt einen Teil einer solchen Strichplatte, welche im folgenden als Streifenmatrize bezeichnet wird.

Die Streifenmatrize weist Kobaltstreifen 20 auf, zwischen denen freie Streifen 21 vorhanden sind. Diese Streifenmatrize wird durch ein kräftiges Magnetfeld in der Glasplattenebene senkrecht zu den Streifen 20 bis zur Sättigung in Γ-Richtung magnetisiert. Infolge der Remanenz bleiben nach Abschalten des magnetisierenden Feldes in den Streifen 20 sämtliche Magnetisierungen in +Γ-Richtung stehen. Dies ist durch die Pfeile 22 der Fig. 7a angedeutet. In einer Ebene unmittelbar über der Matrizenebene ergeben die Streufelder der Kobaltstreifen das in Fig.7b gezeichnete Magnetfeld. Unmittelbar über dem Kobaltstreifen ist es gegensinnig, über den Streifenlücken gleichsinnig zu den Magnetisierungsvektoren der Fig. 7a. Überlagert man diesen Streu- feldern ein äußeres homogenes Magnetfeld in +X-Richtung, so ergibt sich durch Vektoraddition die in Fig. 7c gezeichnete Feldverteilung. Sie hat eine solche Form, wie sie in F i g. 6 b verlangt wird.

Das Verfahren zur Eintemperung der Streifen besteht darin, daß man die einzutempernde Schicht direkt oder in geringem Abstand über die Streifenmatrize legt. Durch ein zusätzliches homogenes Gleichfeld in X-Richtung stellt man den gewünschten Rippelwinkel β des inhomogenen äußeren Magnetfeldes am Ort der Schicht ein. Bei dickeren Schichten kann der gewünschte Rippelwinkel /? bis zu 90° betragen, so daß man auf das zusätzliche homogene Gleichfeld in X-Richtung verzichten kann, wenn man nur die Schicht vor dem Eintempern in eine der beiden leichten Richtungen magnetisiert. Schicht und Matrize bzw. auch die Sicht allein werden dann auf über 300° C erhitzt, bis das Eintempern beendet ist. Zur Schonung der Schicht kann das Eintempern im Hochvakuum vorgenommen werden.

Bei nach diesem Verfahren eingetemperten Magnetschichten ergibt sich eine Toleranz für die Richtung der Reckfelder zur Erzielung der Blockierung bis zu + 10°. Die Stauchfelder durften bis zu 70% größer sein als die zum Einschreiben bzw. Auslesen notwendigen Reckfelder. An die Konstanz und Gleichheit der Felder in positiver und negativer schwerer Richtung sind daher nur geringe Anforderungen zu stellen.

Bei einer derartigen Magnetschicht kann man die Stauchfelder beliebig häufig und für beliebig lange Dauer des einzelnen Stauchimpulses anlegen, ohne daß eine Zerstörung der Information auftritt. Die bisher notwendige Forderung, daß die Stauchfelder und Reckfelder paarweise angelegt werden müssen, entfällt. Es ist daher möglich, bei Verwendung dieser Schichten das Einschreiben der Information dadurch zu vereinfachen, daß man nur einen einzelnen ±H_y-Impuls an Stelle eines Impulspaares benutzt.

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Claims (16)

Patentansprüche:

1. Speicherelement mit einer dünnen magnetischen Schicht, die durch äußere Magnetfelder beeinflußbar ist und eine mittlere Vorzugs- oder leichte Richtung sowie eine dazu annähernd senkrecht stehende mittlere schwere Vorzugsrichtung in der Schichtebene aufweist, und das mit Vorrichtungen zum Einschreiben oder Ablesen von Bits ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Magnetschicht für die Magnetisierung außer mit den stabilen Lagen in der leichten Richtung, infolge von natürlichen submikroskopischen oder durch künstlich hergestellte streifenförmige Inhomogenitäten mit zwei weiteren stabilen Lagen ausgestattet ist, die in die eine bzw. in die entgegengesetzte schwere Richtung zeigen, daß für die Darstellung eines in der Schicht gespeicherten Bits der Verbleib einer Magnetisierungskomponente in einer der beiden stabilen Lagen in der schweren Richtung kennzeichnend ist und daß das Einschreiben und Ablesen durch Impulsfelder vorgenommen wird, die durch über der Schicht in der leichten und schweren Richtung geführte Leiter erzeugt werden.

2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter in der leichten Richtung das Impulsfeld in schwerer Richtung und ein Leiter in der schweren Richtung das Impulsfeld in leichter Richtung erzeugt, während ein weiterer Leiter in schwerer Richtung das Ablesen gestattet.

3. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur künstlichen Herstellung streifenförmiger Inhomogenitäten die eingetemperte Vorzugsrichtung der Schicht in parallel zur mittleren Vorzugsrichtung verlaufenden Streifen abwechselnd in der einen bzw. in der anderen Richtung um einen Winkel gegenüber der mittleren Vorzugsrichtung gedreht ist.

4. Speicherelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel größer ist als die durch lokale Störungen unvermeidlichen Schwankungen der leichten Richtung innerhalb eines Streifens.

5. Verfahren zum Einschreiben von Bits in ein Speicherelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Element ein Feldimpuls in positiver oder negativer schwerer Richtung angelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander ein Impulsfeld in positiver schwerer Richtung und negativer schwerer Richtung und gleichzeitig ein sich nur über den ersten Impuls erstreckender Querfeldimpuls in leichter Richtung bzw. gar kein Querfeldimpuls angelegt wird.

7. Verfahren zum Ablesen von Bits aus einem Speicherelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Element gleichzeitig ein Impulsfeld in der schweren Richtung als Reckfeld und ein kleineres, quer dazu liegendes Feld angelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander ein Impulsfeld in positiver schwerer Richtung und in negativer schwerer Richtung und gleichzeitig ein sich über diese beiden Impulse erstreckender Querfeldimpuls in leichter Richtung angelegt wird.

9. Verfahren zum Ablesen von Bits ohne zu löschen nach den Ansprüchen 5 und 7 aus einem Speicherelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Element zunächst gleichzeitig ein Impuls-

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feld in der positiven schweren Richtung und ein kleineres, quer dazu hegendes Feld und daß darauffolgend ein Impulsfeld in der positiven schweren Richtung allein angelegt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element nacheinander gleich vielen Feldimpulsen in positiver und negativer schwerer Richtung von annähernd gleicher absoluter Größe ausgesetzt wird.

11. Matrixspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Speicherelementen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 und 4 aufgebaut ist.

12. Verfahren zum Ablesen von Bits aus einem Matrixspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch Impulsfelder nur das abzulesende Speicherelement in die leichte Richtung ummagnetisiert wird, während alle anderen Speicherelemente der Matrix in der positiven bzw. negativen schweren Richtung magnetisiert ao bleiben.

13. Verfahren zum Einschreiben von Bits in einen Matrixspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewählte Speicherelement zunächst nach dem Verfahren nach An- as spruch 12 ausgelesen wird und anschließend an alle oder einen Teil der Speicherelemente der

Matrix ein Feldimpuls in positiver bzw. negativer schwerer Richtung ausgelegt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Speicherelements nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht während des Erhitzens einem rasterförmigen Magnetfeld ausgesetzt wird, dessen Richtung von Streifen zu Streifen abwechselnd um einen positiven bzw. negativen Winkel aus der Längsachse der Streifen herausgedreht ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus permanentmagnetischen Streifen geformte Streifenmatrize beim Tempern auf die Schicht oder dicht darübergelegt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Tempern gleichzeitig ein zusätzliches über die Schicht homogenes Gleichfeld angelegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1098 994,
992, 1081502;
französische Patentschrift Nr. 1262 343.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1146107.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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