DE1242692B

DE1242692B - Bistabile Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE1242692B
Application number: DEJ22822A
Authority: DE
Inventors: Firooz Partovi; Charles Pettus; Thomas Young
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1961-12-18
Filing date: 1962-12-12
Publication date: 1967-06-22
Also published as: GB988189A; US3160863A; GB986555A; DE1174837B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GlIc

H03k
Deutsche Kl.: 21 al - 37/66

Nummer: 1242 692

Aktenzeichen: J 22822IX c/21 al

Anmeldetag: 12. Dezember 1962

Auslegetag: 22. Juni 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabile Speichervorrichtung.

Bei einer bestimmten Art von elektrischen Leitern, insbesondere solchen aus ferromagnetischen Metallen, wie Eisen, Nickel, Kobalt und deren Legierungen, wird unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes deren elektrischer Widerstand verändert. Der vorgenannte Effekt unterscheidet sich wesentlich vom Hall-Effekt, bei dem ein Stromfluß in einer ersten Richtung bei einem hierzu senkrecht angelegten Magnetfeld eine Ausgangsspannung in einer dritten Richtung, die sowohl senkrecht zu der Stromrichtung als auch der Magnetfeldrichtung liegt, entsteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Speichervorrichtung zu schaffen, die ein zerstörungsfreies Auslesen gestattet und bei der die Umschaltzeit im Nanosekundenbereich erfolgen soll.

Die Erfindung besteht darin, daß ein flächenhaftes magnetoresistives Leitungsstück, insbesondere bestehend aus den ferromagnetischen Metallen Eisen, Nickel, Kobalt und deren Verbindungen, von einem Strom bestimmter Richtung durchflossen wird und über zwei zueinander senkrecht liegenden Windungen wahlweise mit Hilfe von Impulsen einmal in Stromrichtung und zum anderen senkrecht zur Stromrichtung magnetisiert wird, so daß sich je nach der Magnetisierungsrichtung ein anderer Widerstandswert des magnetoresistiven Leitungsstückes ergibt, welcher jeweils bis zum Anlegen eines Magnetfeldes anderer Richtung beibehalten wird.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine bistabile Speichervorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm der Funktion der Spannung in Abhängigkeit vom Phasenwinkel zwischen Strom und Magnetfeld,

F i g. 3 eine Speichervorrichtung gemäß der Erfindung in einer Anordnung zum Schreiben und Löschen von Informationen,

F i g. 4 mehrere Speichervorrichtungen, die über einen Vielfachverteiler mit einer Entschlüsselungsvorrichtung verbunden sind,

Die in F i g. 1 gezeigte Speichervorrichtung 10 besteht gemäß der Erfindung aus einem dünnen Film 11, der in bekannter Weise auf eine Unterlage, z. B. Glas aufgedampft ist. Die Zuführungsleitungen 15 a und ISb sind entsprechend mit den Punkten A und B an entgegengesetzten Enden des dünnen Films 11 angeschlossen. In einem Ausführungsbeispiel besteht Bistabile Speichervorrichtung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Firooz Partovi, Boston, Mass.;

Charles Pettus, Vestal, N. Y.;

Thomas Young, Apalachin, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1961
(160 179)

der Film 11 aus einer ferromagnetischen Schicht mit den Abmessungen 12 · 12 mm, die ungefähr 500 A dick ist. Die elektrischen Kontakte an dem Film 11 werden durch Anlöten von Wood-Metall-Kontakten längs entgegengesetzter Seiten des Films angebracht.

Eine Stromquelle 17 dient zum Anlegen eines

Gleichstroms oder impulsförmigen Stroms über die Leitungen 15 a und 15 & an den Dünnschichtfilm 11.

Der Dünnschichtfilm 11 besitzt einen bestimmten Widerstand, der in Reihe mit den Zuführungsleitungen 15 a und 15 & und dem Widerstand 18 liegt.

An den Dünnschichtfilm 11 werden Magnetfelder angelegt, deren Kraftlinien durch die strichpunktierten Linien 19 a und 21a angedeutet sind.

Die Magnetfelder werden durch Spulen hervorgerufen, die eine oder mehrere Windungen um den Dünnschichtfilm aufweisen. Die Richtung des Magnetfeldes, das durch die strichtpunktierte Linie 19 a angedeutet ist, liegt parallel zum Stromfluß, der über die Zuführungsleitungen 15 a und 15 & durch den Dünnschichtfilm gerichtet ist. Die Richtung des Magnetfeldes, das durch die strichpunktierte Linie 21 α angedeutet ist, liegt transversal zur Richtung des Stromflusses durch den Dünnschichtfilm 11. An den Dünnschichtfilm 11 wird entweder das eine oder das andere oder überhaupt kein Feld, wie unten näher erläutert, angelegt.

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Die Wirkungsweise der Speichervorrichtung 10 soll nunmehr beschrieben werden. Zunächst wird ein Strom von der Quelle 17 über die Leitungen 15 a und 15 b dem Film 11 zugeführt. Wird ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung, z. B. das durch die strichpunktierte Linie 19 a angedeutete, angelegt, dann kann der Spannungsabfall über dem Dünnschichtfilm 11 (zwischen den Punkten A und B) infolge des inneren Widerstandes durch folgende Gleichung angegeben werden:

schichtfilms 11 befindet. Beim wahlweisen Anlegen der Magnetfelder ruft die Veränderung des inneren Widerstandes des Dünnschichtfilms 11 eine Störung des Brückengleichgewichts hervor, die durch die Decodiervorrichtung 23 abgefühlt wird. Die Spannung an der Decodiervorrichtung 23 weist entweder einen ersten Wert Vl oder einen zweiten Wert E/2 auf.

wobei i der Strom durch den Dünnschichtfilm, R der statische Widerstand des Films und r_k der dynamische Widerstand des Dünnschichtfilms ist, wenn das angelegte Magnetfeld in seiner Richtung parallel zum Stromfluß durch den Dünnschichtfilm liegt.

Wird ein Magnetfeld in hierzu senkrechter Richtung, wie durch die gestrichelte Linie 21a angedeutet ist, angelegt, dann ist der Spannungsabfall über dem Dünnschichtfilm zwischen den Punkten A und B durch folgende Gleichung gegeben:

EIb = i(R + r_k') ,

wobei r_k' der dynamische Widerstand ist, wenn das angelegte Magnetfeld senkrecht zum Stromfluß gerichtet ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die Widerstände r_k und r_k ^f zwar verschieden groß sind, aber doch in der gleichen Größenordnung liegen und daß R ^> r_k oder r_k' ist. Des weiteren ist r_k = γH und r_k' = β H, wo γ und β magnetoresistive Koeffizienten sind, die sich in ihrer Polarität unterscheiden. H ist die magnetische Feldstärke.

Wird nun ein Magnetfeld in Richtung des Stromflusses angelegt, dann ergibt sich ein erster Wert des inneren Widerstandes des Dünnschichtfilms 11. Wenn das Magnetfeld zusammenbricht, dann bleibt der Widerstandswert des Dünnschichtfilms erhalten. In gleicher Weise stellt sich ein Widerstand eines zweiten Wertes ein, wenn ein Magnetfeld senkrecht zur Richtung des Stromflusses angelegt wird. Ebenso wie vorher bleibt dieser Widerstandswert bestehen, wenn das Magnetfeld zusammenbricht. Der Spannungsabfall über dem Dünnschichtfilm 11 ist unabhängig davon, ob die Magnetfelder in der angegebenen Richtung oder einer hierzu entgegengesetzten Richtung angelegt werden. Diese Tatsache ergibt sich aus dem Spannungsdiagramm nach Fig. 2.

Auf Grund der Tatsache, daß R^> r_k oder r/, wird als Ausgangsschaltung 25 für die Speichervorrichtung 10, wie in F i g. 3 dargestellt, eine übliche Brückenschaltung verwendet. Die so als Ausgangsschaltung ausgebildete Brückenschaltung 25 enthält die Widerstände 27 und 29 im ersten und zweiten Brückenzweig, einen veränderbaren Widerstand 31 im dritten Brückenzweig und die Speichervorrichtung 10 oder genauer den Dünnschichtspeicher 11 im vierten Brückenzweig. Die Stromquelle wird so an die eine Briickendiagonale angeschlossen, daß ein Stromfluß durch den Widerstand 27 und den Dünnschichtspeicher 11 und parallel hierzu ein zweiter Stromfluß durch den Widerstand 29 und den veränderbaren Widerstand 31 stattfindet. Der Widerstand 31 ist so abgeglichen, daß die Brücke sich im Gleichgewicht mit dem Ruhewiderstand des DünnDie Speichervorrichtung 10 dient so als bistabile Speichervorrichtung, die je nach der auftretenden Spannung eine binäre »1« oder »0« speichert. Da sie somit in der Lage ist, entweder eine »1« oder »0« zu speichern, kann sie so in einer Übertragungsvorrichtung verwendet werden, um eine »1« oder »0« auf ein weiteres Speichermittel einzuschreiben.

In F i g. 3 wird die Spule mit den Zuführungsleitungen 19 zum Schreiben einer »1« durch einen geeigneten Generator 16 erregt, so daß ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Richtung parallel zum Stromfluß durch den Dünnschichtspeicher 11 ist.

Hierdurch wird die Brücke aus dem Gleichgewicht gebracht, so daß die Decodiervorrichtung 23 eine Spannungsänderung feststellt und eine binäre »1« abgibt bzw. auf ein weiteres Speichermittel schreibt Zum Schreiben einer »0« bzw. zum Löschen der Information, die durch die obengenannte Spule über-' tragen wurde, erzeugt die »0«-Spule, die über die Leitungen 21 erregt wird, ein Magnetfeld, dessen Richtung senkrecht zum Stromfluß ist, so daß ein zweites Spannungsniveau, das der binären »0« entspricht, durch die Decodiervorrichtung 23 abgefühlt wird. Wie oben bereits ausgeführt, behält die Speichervorrichtung 10 den angenommenen Widerstandswert, der beim Schreiben einer »1« in der Decodiervorrichtung 23 entstand, bei, selbst wenn die Spule 19 nicht mehr erregt ist.

Um die genannte Speichervorrichtung in einem Rechner verwenden zu können, kann z. B. eine Schaltung, die in F i g. 4 gezeigt ist, aufgebaut werden, bei der mehrere solcher Speichervorrichtungen wahlweise in den entsprechenden Brückenzweig der Brückenschaltung nach F i g. 3 eingeschaltet werden. Hierzu wird eine elektronische Verteilervorrichtung verwendet, durch die die verschiedenen Speichervorrichtungen 1, 2... η in den vierten Zweig der Brückenschaltung 25 eingeschaltet werden (s. F i g. 4). Die Decordiervorrichtung 23 spricht auf das jeweilige Spannungsniveau an, um entweder eine binäre »1« oder binäre »0« darzustellen bzw. abzugeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Bistabile Speichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein flächenhaftes magnetoresistives Leitungsstück, insbesondere bestehend aus den ferromagnetischen Metallen Eisen, Nickel Kobalt und deren Verbindungen, von einem Strom bestimmter Richtung durchflossen wird, und über zwei zueinander senkrecht liegenden Windungen wahlweise mit Hilfe von Impulsen einmal in Stromrichtung und zum anderen senkrecht zur Stromrichtung magnetisiert wird, so daß sich je nach der Magnetisierungsrichtung ein anderer Widerstandswert des ma-

gnetoresistiven Leitungsstückes ergibt, welcher jeweils bis zum Anlegen eines Magnetfeldes anderer Richtung beibehalten wird.

2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ferromagnetische dünne Schicht als Zweig einer Brückenschaltung ausgebildet ist, wobei die Dünnschicht durch zwei zueinander senkrecht stehende Spulen wahlweise magnetisch erregt wird, so daß die Brückenschaltung je nach dem angelegten Magnetfeld unterschiedlicher Brückenspannung aus dem Gleichgewicht gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »ElectronicEngineering«, Oktober 1961, S. 642 bis 645.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 607/376 6.67 0 Bundesdruckerei Berlin