DE1197507B - Speicherelement aus duennen ferromagnetischen Schichten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ÄW^SS PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 37/06

T25252IXc/21al
13. Dezember 1963
29. Juli 1965

Die Erfindung betrifft ein Speicherelement aus dünnen ferromagnetischen Schichten mit einachsiger Anisotropie der Magnetisierung, über das Schreibund Leseleitungen hinweggeführt sind.

Es ist bekannt, dünne ferromagnetische Schichten, insbesondere der Zusammensetzung 80 %> Nickel— 20% Eisen, zur Speicherung der Dualziffem L und 0 zu benutzen. Zu diesem Zweck werden die Schichten mit einer einachsigen Anisotropie hergestellt, so daß die Magnetisierung bei Abwesenheit eines äußeren Feldes nur zwei antiparallele Lagen in Richtung der Vorzugsachse einnehmen kann. Diesen zwei Lagen werden die Dualziffern L bzw. 0 zugeordnet. Über die Schicht werden Schreib- und Leseleitungen hinweggeführt. Das Einschreiben geschieht dabei, indem die Magnetisierung durch das Magnetfeld der Schreibleitungen in die den Dualziffern L bzw. 0 zugeordnete Lage in die Vorzugsachse VA gebracht wird. Zum Lesen wird die Magnetisierung mit Hilfe der Schreibleitungen aus der stabilen Lage herausgelenkt; das dadurch in der Leseleitung induzierte Signal bzw. seine Polarität zeigt die gespeicherte Dualziffer L oder 0 an. Die einzelnen Elemente eines Speichers werden in Form einer Matrix in einer Ebene auf einer Platte angeordnet. Dabei werden die Leitungen als Zeilen und Spalten dieser Matrix über die einzelnen Schichtelemente hinweggeführt, so daß sich jeweils am Kreuzungspunkt der Zeilen und Spalten ein Element befindet, in dem die Informationsmenge »ein bit« gespeichert werden kann.

Neben der Speichermatrix, die aus einzelnen Schichtelementen besteht, ist eine Anordnung bekannt, bei der als Speicherplatte eine zusammenhängende Schicht benutzt wird. Die Speicherelemente bilden sich dann unter dem Einfluß der Schaltfelder jeweils unter dem Kreuzungspunkt zweier Schaltleitungen, nämlich dem Kreuzungspunkt der Zeilen und Spalten.

In beiden bekannten Speicheranordnungen wird unter einem Kreuzungspunkt jeweils die Informationsmenge von einem bit in einem zusammenhängenden Gebiet der Schicht gespeichert. Bei den bekannten Anordnungen werden die Schichtelemente zum Einschreiben bzw. zum Lesen einzeln nacheinander oder zu mehreren gleichzeitig »aufgerufen«. Die erste Methode wird als Koinzidenzaufrufverfahren, die zweite als Wortaufrufverfahren bezeichnet. Dabei wird ein einzelnes Element nach den zwei Koordinaten, nämlich nach Zeile und Spalte, aufgerufen, während ein Wort nach der Zeile und gleichzeitig nach allen Spalten, in denen die Elemente des betreffenden Wortes liegen, aufgerufen wird. Die beiden Speicherelement aus dünnen ferromagnetischen Schichten

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Otto Stemme, Ulm/Donau

bekannten Aufrufverfahren sollen im folgenden an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert werden.

Beim Koinzidenzverfahren handelt es sich um ein von der Kernspeichertechnik her bekanntes Halbstromverfahren. Eine entsprechende Anordnung ist in der F i g. 1 a schematisch dargestellt. Die Arbeitsweise dieser Anordnung kann mit Hilfe der in Fig. Ib dargestellten »kritischen Kurve« erläutert werden. Wie die F i g. 1 a zeigt, sind über die einzelnen Schichtelemente 1 Zeilenleitungen 2, Spaltenleitungen 3 und Leseleitungen 4 hinweggeführt, so daß sich die Schichtelemente unter den Kreuzungspunkten der Zeilenleitungen 2 und der Leseleitungen 4 befinden, wobei die Spaltenleitungen 3 derart geführt sind, daß sie an diesen Kreuzungspunkten parallel zu den Zeilenleitungen 2 über die Schichtelemente 1 hinweggeführt werden. Eine Ummagnetisierung eines Schichtelementes 1 erfolgt, sobald der auf die Schicht wirkende Feldstärkevektor die eingezeichnete Astroide

H_x* + H₃,¹'* = H_k*/>

erreicht. Dabei liege die Magnetisierung z. B. in der —iij-Richtung, die Zeilenleitung erzeuge ein Feld H₁. Findet nun Koinzidenz unter einem Leitungskreuzungspunkt mit dem Feld H₂ einer Spaltenleitung statt, so liegt der resultierende Feldstärkevektor außerhalb der Astroide im Gebiet des schnellen kohärenten Drehschaltens, wie es erwünscht ist.

Leider zeigen die bisher verwendeten Schichten nicht das dargelegte ideale Verhalten. So genügen insbesondere bereits sehr kleine Werte eines Feldes H₁, die noch weit von der Astroide entfernt sind,

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zur Ummagnetisierung der Schicht durch Wand- Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, prozesse, sofern die Felder H₁ impulsartig angelegt ein Speicherelement aus dünnen ferromagnetischen werden. Im allgemeinen sind einige 10³-Impulse aus- Schichten zu schaffen, bei dem ein Auftreten von reichend. Dieser störende Effekt macht die Anwen- Wänden weitgehend vermieden wird,
dung des billigen, aus_rder Kernspeichertechnik be- 5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch kannten Koinzidenzverfahrens praktisch unmöglich. gelöst, daß das Speicherelement als Mosaikschicht Hinzu kommt das. Auftreten des langsamen inko- ausgebildet ist, deren Mosaikteile vorzugsweise härenten Drehschaltens, das in einem Gebiet erfolgt, quadratisch sind und eine größte eindimensionale welches in F i g. 1 b angedeutet ist. Dieses langsame Ausdehnung von etwa der halben Wellenlänge der inkohärente Drehschalten ist durch den wellenför- io Magnetisierungswelle haben. Dabei hat sich die rechtmigen Verlauf der Magnetisierung in dünnen Schich- eckige, vorzugsweise die quadratische Form der ten bedingt. Durch diesen Verlauf wirken auf die Mosaikteile als besonders günstige Ausführungsform einzelnen Spins in der Schicht wegen des unterschied- erwiesen. Selbstverständlich können die Mosaikteile liehen Winkels zum Schaltfeld unterschiedliche Dreh- aber auch andere Formen haben, wenn nur ihre momente, so daß die Magnetisierung einzelner 15 größte Ausdehnung etwa in der Größenordnung der Gebiete der Schicht nicht mehr mit gleicher Ge- halben Wellenlänge der Magnetisierungswellenlänge schwindigkeit und Phaae gedreht wird. Zwischen den liegt, nämlich etwa bei 10 bis 20 μ; so können sie beiunterschiedlich drehenden Gebieten entstehen so spielsweise Ellipsen sein, deren große Achse in der Bereichsgrenzen, deren Streufelder eine weitere vorstehenden Größenordnung liegt.
Drehung in diesen Gebieten stark behindern, so daß 20 Die störenden Wände entstehen in Schichten, insniedrigere Schaltgeschwindigkeiten erzielt werden. besondere infolge der schon erwähnten Wellen-Wegen der daraus resultierenden praktischen Un- struktur der Magnetisierung 5Pi, wie sie in F i g. 3 a durchführbarkeit des Koinzidenzverfahrens wird fast schematisch dargestellt ist. Beim Anlegen eines Umdurchweg das »Wortaufrufverfahren« angewandt. magnetisierungsfeldes werden die Amplituden der Seine Wirkungsweise soll an Hand der Fig.2 erläu- 25 Wellen verstärkt, so daß schließlich, wie aus Fig.3b tert werden. Die entsprechende Anordnung ist in ersichtlich, Wände W auftreten. Das Entstehen dieser Fig.2a dargestellt. Die Arbeitsweise der Anordnung Wände wird bei dem erfindungsgemäßen Speicherkann wiederum mit Hilfe der in F i g. 2 b dargestellten element, welches in F i g. 4 dargestellt ist, vermieden, »kritischen Kurve« erläutert werden. Wie in F i g. 2 a Die Herstellung einer solchen Anordnung kann durch dargestellt, befinden "sich die einzelnen Schicht- 30 Aufdampfen durch ein Netz hindurch erfolgen. Dabei elemente 1 unter den Kreuzungspunkten der Wort- muß das Netz auf dem Aufdampfträger gut aufliegen, leitungen 5 und der senkrecht zu ihnen geführten Der Abstand zwischen dem Aufdampfträger und der bit-Leitungen 6, wobei die Leseleitungen 4 parallel Verdampfungsquelle muß dabei so groß gewählt zu den bit-Leitungen 6 geführt sind. Durch die Wort- werden, daß mit ausreichender Genauigkeit die leitungen 5 wird ein Feld H₁ erzeugt, das die Magneti- 35 Dampfstrahlen parallel auf den Träger auftreffen,
sierung der Schicht in ieine Lage senkrecht zur Vor- Die Vermeidung der Wandentstehung bei dem zugsachse VA treibt,, wobei H₁ außerhalb der erfindungsgemäßen Speicherelement bewirkt ferner, Astroide liegt. Ein kleines bit-Feld H₂, das mit Hilfe daß infolge der fehlenden Streufelder der Wände das einer bit-Leitung 6 angelegt wird, erzeugt einen resul- inkohärente Drehschalten nunmehr mit der gleichen tierenden Feldvektor H₁ + H₂, der im Gebiet des 40 hohen Geschwindigkeit wie das kohärente Drehschalkohärenten Drehschaltens liegt, und sorgt so bei ten erfolgt; dabei liegen die Schaltzeiten in der einem Abschalten des Feldes H₁ dafür, daß die Größenordnung von 10~⁹ Sekunden.
Magnetisierung in die positive oder negative Um mit niedrigen Schaltfeldern auszukommen, Hj-Richrung fällt. Dadurch wird eine Dualziffer L muß der Entmagnetisierungsfaktor der Schichtele- oder 0 eingeschrieben. Zum Lesen wird die Magneti- 45 mente niedrig gehalten werden. Deshalb ist eine sierung durch das FeIdH₁ aus der Vorzugsachse in besonders günstige Ausführungsform eines erfindie dazu senkrechte Lage getrieben. Die Polarität des dungsgemäßen Speicherelementes dadurch gekenndabei in der Leseleitung 4 erhaltenen Signals ent- zeichnet, daß die Dicke der Mosaikschicht sehr gering scheidet darüber, ob eine Dualziffer L oder 0 gespei- gehalten ist; sie liegt z. B. bei etwa 150 A.
chert war. Bei diesem Verfahren kommt man jedoch 50 Um in diesem Fall noch möglichst große Lesenicht mit beliebig kleinen Feldern H₂ aus. Der Grund spannungen in der Leseleitung zu erhalten, hat es sich dafür liegt in der bereits erwähnten Schwankung der weiterhin als sehr günstig erwiesen, daß die Mosaik-Magnetisierung. Die Drehung der Magnetisierung schicht aus mehreren aufeinandergedampften, durch durch H₂ muß daher größer als die Schwankung der unmagnetische Zwischenschichten voneinander geMagnetisierung sein. Größere Werte von H₂ führen 55 trennten ferromagnetischen Schichten besteht. Diese aber wieder zu den bereits genannten Ummagneti- unmagnetischen Zwischenschichten bestehen z. B. sierungen durch Wandprozesse. Hinzu kommt, daß aus Aluminium und weisen eine Dicke von etwa die von den bit-Impulsen in der Leseleitung 4 erzeug- 500 A auf. Während in üblichen, über größere ten Störsignale mit dem Feld H₂ anwachsen. Die er- Gebiete zusammenhängenden Schichten Wände auch zielbare Zykluszeit eines Speichers ist aber wesentlich 60 durch Bildung von Ummagnetisierungskeimen entdurch die Abklingzeit dieses Störsignals in der Lese- stehen können, ist dies bei den erfindungsgemäßen leitung 4 bedingt. sehr kleinen Mosaikteilchen nicht mehr möglich, da Aus dem bisher Gesagten ist ersichtlich, daß das ihre Abmessungen unterhalb der nötigen Mindest-Auftreten von Wänden in dünnen ferromagnetischen größe für Ummagnetisierungskeime bei sehr niedrigen Schichten und die Ummagnetisierung durch Wand- 65 Schichtdicken liegen.

prozesse eine Anwendung solcher Schichten zur Eine Speicherplatte mit derartigen erfindungs-

Speicherung nach den bekannten Anordnungen nicht gemäßen Mosaikschichten besteht nun aus den ein-

als günstig erscheinen läßt. zelnen Mosaikschichten und den in der üblichen

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Weise nach Fig. la oder Fig.2a darüber hinweggeführten Schalt- und Leseleitungen. Diese Leitungen haben im allgemeinen eine Breite von etwa 1 mm, so daß unter einen Kreuzungspunkt jeweils eine sehr große Zahl, beispielsweise 400 Schichtflecken zu liegen kommt. Die Informationsmenge von einem bit wird also jetzt nicht mehr in einem zusammenhängenden Schichtgebiet, sondern erfindungsgemäß in einer großen Zahl sehr kleiner Schichtflecken gespeichert.

Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß eine Störung in einem oder mehreren dieser Flecken unter einem Kreuzungspunkt noch nicht zu einer Störung der gesamten Information führen kann, so daß die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Speicheranordnung allein schon aus diesem Grunde wesentlich größer ist als die der bekannten Anordnungen. Vor allem erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung die Anwendung des günstigen Koinzidenzverfahrens, da nunmehr keine unerlaubten Wandprozesse ablaufen können. Auch beim Wortaufrufverfahren können diese Prozesse nicht mehr von bit-Feldern ausgelöst werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Speicherelement aus dünnen ferromagnetischen Schichten mit einachsiger Anisotropie der Magnetisierung, über das Schreib- und Leseleitungen hinweggeführt sind, dadurchgekennzeichnet, daß das Speicherelement als Mosaikschicht ausgebildet ist, deren Mosaikteile vorzugsweise quadratisch sind und eine größte eindimensionale Ausdehnung von etwa der halben Wellenlänge der Magnetisierungswelle haben.

2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Mosaikschicht gering ist, und zwar etwa 150 A.

3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mosaikschicht aus mehreren aufeinandergedampften, durch unmagnetische Zwischenschichten voneinander getrennten ferromagnetischen Schichten besteht.

4. Speicherelement nach Anspurch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Zwischenschichten aus Aluminium von etwa 500A Dicke bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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