DE1271188B - Zerstoerungsfrei auslesbarer Magnetschichtspeicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int α.:

GlIc

Deutsche Kl.: 21 al-37/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1271188
P 12 71 188.5-53
22. September 1964
27. Juni 1968

Die Erfindung bezieht sich auf zerstörungsfrei auslesbare Magnetschichtspeicher mit eine magnetische Vorzugsachse aufweisenden Dünnschicht-Speicherzellen, die aus je zwei übereinander angeordneten Magnetschichtelementen bestehen, zwischen denen sich eine die Ausbildung von Wirbelströmen ermöglichende leitende Schicht befindet, und mit in unmittelbarer Nachbarschaft der Magnetschichtelemente angeordneten Treibleitungen.

Um eine zerstörungsfreie Informationsentnahme zu ermöglichen, ist es bei Magnetschichtspeichern bekannt (USA.-Patent 3 092 812), ein Wort-Treibfeld zu verwenden, das die Magnetisierung der dünnen Schichtelemente nicht ganz in die harte Richtung auslenkt, so daß nach Aufhören des Wort-Treibfeldes die Magnetisierung eindeutig in die ursprünglich eingenommene Ruhelage zurückkehrt. Dies kann man z. B. durch die Anwendung schwächerer Wort-Treibfelder, als sie beim zerstörenden Lesen verwendet werden, erreichen. Es ist auch bekannt (USA.-Patent 3 077 586), dieses Verfahren bei Speicherzellen anzuwenden, von denen jede aus einer Anzahl übereinander angeordneter dünner Schichten besteht, die von Schicht zu Schicht abwechselnd eine hohe und eine niedrige Koerzitivkraft aufweisen. Die Amplitude der auf diese Weise erzielbaren Leseimpulse ist jedoch wegen der geringeren Magnetisierungsauslenkung wesentlich kleiner als die Amplitude derjenigen Leseimpulse, die bei Abfrage mit einem Wort-Treibfeld voller Stärke erhalten werden. Insbesondere bei Speichern größerer Kapazität, wo die Leseimpulse aus Störimpulsen auszusieben sind, deren Amplitude zum Teil größer als die der durch zerstörende Entnahme gewonnenen Lesesignale ist, erfordert eine sichere Auswertung der durch nichtzerstörende Entnahme gewonnenen kleineren Leseimpulse eine beträchtliche Erhöhung des Schaltungsaufwandes. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß bei dieser Betriebsart unterschiedliche Amplituden für das Wort-Treibfeld beim Einschreiben und Lesen benötigt werden und daß das Maß dieser Amplitudenunterschiede sehr genau eingehalten werden muß. Auch hierdurch wird der Schaltungsaufwand vergrößert. Es ist auch bekannt (USA.-Patent 3 015 807), zum Zweck der zerstörungsfreien Informationsentnahme aus Magnetschichtspeichern für jedes Speicherelement zwei übereinanderliegende Magnetschichten unterschiedlicher Koerzitivkraft vorzusehen, von denen die eine als Speicherschicht und die andere als Leseschicht verwendet wird. Die Vorzugsachse der Speicherschicht ist rechtwinklig zur Vorzugsachse der Leseschicht angeordnet, so daß die Speicherschicht,

Zerstörungsfrei

auslesbarer Magnetschichtspeicher

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Bittighofer, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Dr. Wilhelm Jutzi, Adliswil;

Dr. Gerhard Kohn, Thalwil (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 27. September 1963 (11 943)

die durch höhere Koerzitivkraft von den Abfrageimpulsen unbeeinflußt bleibt, ein Querfeld für die Leseschicht erzeugt, welches je nach Informationsinhalt das Abfragefeld unterstützt oder diesem entgegengerichtet ist. Eine andere Ausführungsform (Journal of Applied Physics, Supplement to Volume 30, Nr. 4, April 1959, S. 54 S, 55S) einer derartigen Doppelschicht-Speicherzelle sieht vor, daß die Vorzugsachse der Speicherschicht parallel zur Vorzugsachse der Leseschicht verläuft. Die Speicherschicht, die auch hier wegen ihrer höheren Koerzitivkraft von den Abfrageimpulsen nicht ummagnetisiert wird, erzeugt in der Leseschicht ein Vormagnetisierungsfeld in Speicherrichtung, durch welches die Leseschicht nach Beendigung des Abfrageimpulses in ihre Ausgangslage zurückgebracht wird. Nachteilig ist es bei diesen Anordnungen, daß sie auf Grund der benötigten Koerzitivkraftunterschiede zwischen Speicher- und Leseschicht hohe Anforderungen an die Beschaffenheit der Magnetschichten stellen.

Es existiert auch bereits ein älterer Vorschlag, wonach die bei den Schaltvorgängen der dünnen Magnetschichten in diesen benachbarten elektrischen Leitern auftretende Wirbelströme zum Wiedereinschreiben einer entnommenen Information ausgenutzt

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werden, indem das von den Wirbelströmen erzeugte führungsbeispielen wird die Erfindung näher erläu-Magnetfeld auf die Speicherzellen einwirkt und diese tert. Es zeigt

nach Beendigung des Abfrageimpulses in den Magne- F i g. 1 eine schematische Darstellung eines be-

tisierungszustand zurückschaltet, den sie vor Beginn kannten Magnetschichtspeichers, des Abfrageimpulses eingenommen haben. 5 F i g. 2 eine perspektivische Ansicht in stark ver-

Bei Doppelschichtspeichern mit orthogonalem Ver- größertem Maßstab eines nur eine Speicherzelle auflauf der Vorzugsachsen ist es ferner bekannt, zwi- weisenden Teiles des bekannten Magnetschichtspeischen der Speicherschicht und der Leseschicht eine chers nach F i g. 1,

leitende Schicht anzuordnen, die so dick ist, daß sie F i g. 3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß

für die von außen an eine der beiden Schichten ange- io ausgebildeten Speicherzelle, in Richtung der Bitleilegten Treibfelder als magnetischer Isolator wirkt, tang gesehen, wobei das magnetische Material aus andererseits aber das statische Streufeld der einer zweiten dünnen magnetischen Schicht besteht, Speicherschicht auf die Leseschicht einwirken die unterhalb der ungeschlitzten Bitleitung angeordläßt (französisches Patent 1306 495). Hierdurch wird net ist,

verhindert, daß das an die Leseschicht angelegte 15 F i g. 4 eine Seitenansicht mehrerer Speicherzellen Abfragefeld den Magnetisierungszustand der Spei- nach Fig. 3, in Richtung quer zur Bitleitung 10, wocherschicht beeinflussen kann. Nachteilig ist dagegen, bei die Leseschleife weitgehend von der Bitleitung daß für den Lese- und Schreibvorgang getrennte entkoppelt ist,

Treibleitungssätze vorzusehen sind, da wegen der F i g. 5 eine Seitenansicht mehrerer erfindungsge-

leitenden Abschirmschicht die der Leseschicht be- 20 maß ausgebildeter Speicherzellen, ähnlich der F i g. 4, nachbarten Treibleitungen für die Speicherschicht wobei die Leseschleife außerdem elektrisch von der und die der Speicherschicht benachbarten Treibleitun- Bitleitung isoliert ist,

gen für die Leseschicht unwirksam sind. Durch den Fig. 6 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß

Umstand, daß bei einer Abfrageoperation stets nur ausgebildeten Speicherzelle, in Richtung der symmeeine Magnetisierungsänderung in der Leseschicht er- 25 trischen Bitleitung gesehen, wobei das magnetische folgt, liefert die Speicherschicht keinen Beitrag zur Material aus einer zweiten dünnen magnetischen Lesesignalamplitude. Außerdem müssen auch hier Schicht besteht, die unterhalb des Innenleiters der die beiden Magnetschichten unterschiedliche magne- Bitleitung angeordnet ist, und tische Eigenschaften aufweisen, woraus sich die wei- F i g. 7 eine Seitenansicht mehrerer Speicherzellen

ter obengenannten Nachteile ergeben. 30 nach Fig. 11, in Richtung quer zur Bitleitung ge-

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, sehen.

bei einem zerstörungsfrei auslesbaren Magnetschicht- In den Fig. 1 und 2 ist schematisch die Anord-

speicher der zuletzt erläuterten Art unter Vermei- nung eines Magnetschichtspeichers dargestellt, von dung der erwähnten Nachteile den Treibleitungsauf- der die Erfindung ausgeht. Die F i g. 1 deutet im wand und den Herestellungsaufwand für die Magnet- 35 Grundriß die Anordnung der Speicherzellen, Treibschichten zu reduzieren sowie die Lesesignalampli- leitungen und äußeren Schaltkreise des Magnettude zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird dies Schichtspeichers an, während die Fig. 2 die perspekdadurch erreicht, daß eine der Leseschicht benach- tivische Ansicht eines stark vergrößerten Abschnitts barte Treibleitung den beiden Magnetschichtelemen- eines Teils des Magnetschichtspeichers von Fig. 1 ten gemeinsam ist und daß die leitende Schicht so 40 ist, welcher nur eine einzige Speicherzelle umfaßt, dünn ausgebildet ist, daß sie ein Durchdringen des Auf einer metallischen Grundplatte 10 ist eine isolievon einem Abfrage-Stromimpuls auf dieser Treiblei- rende Schicht 12 aufgebracht, auf welcher sich die tang erzeugten Magnetfeldes gestattet, jedoch durch Speicherzellen 14 befinden. Die Speicherzellen 14 den Wirbelstromeffekt die Ummagnetisierung in der bestehen aus uniaxialen anisotropen dünnen Magnet-Speicherschicht gegenüber der Ummagnetisierung in 45 schichten und sind in einer Matrix aus Bitzeilen und der der Treibleitung näher liegenden Leseschicht in Wortspalten angeordnet. Jede Speicherzelle 14 ist aus einem solchen Maß verzögert, daß nach Beendigung ferromagnetischem Material hergestellt, wie z. B. aus des Magnetfeldes noch eine ausreichend große, in die einer Legierung aus 80% Nickel und 20% Eisen, ursprüngliche Speicherrichtang zeigende Kompo- und hat etwa eine Schichtdicke von 500 bis 2000 A. nente der Magnetisierung in der Speicherschicht vor- 50 Die Speicherzellen 14 können nach irgendeinem der handen ist. bekannten Verfahren hergestellt sein, wie z. B. durch

Da das Streufeld der Speicherschicht nur im Mo- Aufdampfen im Vakuum, Kathodenzerstäubung, ment des Rückschaltens für die Leseschicht von Be- chemischer Ausfällung oder elektrolytischem Niederdeutung ist, im übrigen aber die Magnetisierung bei- schlag auf die metallische Grundplatte 10. Während der Schichten allein durch die Lage der Vorzugs- 55 des Herstellungsprozesses ist die dünne Schicht einem achsen bestimmt ist, brauchen die beiden Schichten magnetischen Feld ausgesetzt, das ihr die uniaxiale keine unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften Anisotropie einprägt. Dadurch wird eine leichte aufweisen; es können somit völlig gleichartige Ma- Achse der Richtung des remanenten Magnetflusses gnetschichten für die Leseschicht und die Speicher- definiert, die in Fig. 2 durch den Doppelpfeil E Schicht verwendet werden. 60 bezeichnet ist. Die Speicherzellen 14 können in der

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Form rund, oval, quadratisch oder rechteckig sein; Speichers besteht darin, daß an der Bildung des die hier gezeigte Form ist rechteckig, wobei die Lesesignals sowohl die Leseschicht als auch die Spei- leichte Achse E jeder Speicherzelle parallel zur läncherschicht teilnimmt, wodurch eine Verbesserung geren Kante verläuft. Die Länge jeder Speicherzelle der Lesesignalamplitude erzielt werden kann. 65 14 ist ungefähr 0,5 bis 1 mm, während die Breite

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin- etwa 0,3 mm beträgt.

dung sind aus den Unteransprüchen zu ersehen. An Die Matrix der in Zeilen und Spalten angeord-

Hand von in den Zeichnungen dargestellten Aus- neten Speicherzellen 14 kann auf verschiedene Weise

hergestellt werden. Zum Beispiel kann während des Herstellungsprozesses im Vakuum durch eine Maske aufgedampft werden, wodurch die Teilchen nur an bestimmten Stellen und in besonderer Anordnung durch die Öffnungen in der Maske niedergeschlagen werden. Nach einer anderen Methode kann die metallische Legierung durch irgendeinen der obenerwähnten Herstellungsprozesse in einer vollständigen zusammenhängenden Schicht niedergeschlagen werden, und anschließend sind die unerwünschten Teile dieser zusammenhängenden Schicht, d. h. die Zwischenräume zwischen den Speicherzellen, zu beseitigen, z. B. durch einen Photoätzprozeß.

Die Grundplatte 10 ist aus einem elektrisch leitenden Material wie Silber hergestellt und an der Oberfläche, welche die Isolierschicht 12 trägt, gut poliert. Die Isolierschicht 12 besteht z. B. aus einer dünnen Schicht von aufgedampftem Siliziummonoxyd (SiO), das nicht nur die Speicherzellen 14 von der Grundplatte 10 isoliert, sondern auch restliche Ober- ao flächenrauhigkeiten der Grundplatte 10 ausgleicht. Auch werden die Adhäsionseigenschaften durch derartige Zwischenschichten verbessert.

Eine Anzahl von in Zeilenrichtung verlaufenden Bitleitungen B₁ bis B₅ sind vorgesehen, von denen jede mit allen Speicherzellen 14 in einer entsprechenden Zeile der Speichermatrix verkoppelt ist. Die Bitleitungen erstrecken sich quer zur Richtung der leichten Achse E der Magnetschichtspeicherzellen. Jede Bitleitung B ist mit ihrem einen Ende leitend mit der Grundplatte 10 verbunden, und das andere Ende führt über eine Einrichtung 18 zu einer Anordnung 16, die Mittel zur Bitansteuerung sowie Bit-Treibverstärker enthält. Die Einrichtungen 18.1 bis 18.5 in jeder Bitleitung B₁ bis B₅ dienen dazu, daß jede Bitleitung sowohl zum Einschreiben von Informationen als auch zum Auslesen verwendet werden kann. Während des Einschreibens von Informationen werden die Bitleitungen B zu den Bit-Treibverstärkern in der Anordnung 16 durchgeschaltet. Zum Ablesen werden die Bit-Treibverstärker abgetrennt und die in den Einrichtungen 18 vorhandenen Leseverstärker mit der jeweiligen Bitleitung B verbunden. Die Bitleitungen B können durch einen Aufdampfprozeß hergestellt worden sein. Sie sind durch eine dünne Schicht 22 von den Speicherzellen 14 elektrisch isoliert. Die Leitungen sind zweckmäßig Streifenleitungen, die auf irgendeine der bekannten Arten hergestellt sind. Auch können sie geschlitzt sein, so daß jede Treibleitung aus mehreren parallelgeschalteten schmalen Streifenleitungen besteht.

Eine Anzahl von Wortleitungen W₁ bis W_e ist in der Speichermatrix in Spaltenrichtung vorgesehen. Auch diese Wortleitungen sind zweckmäßig Streifenleitungen, die nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt sind. Sie können z. B. wie die dazwischenliegende Isolierschicht 24 unter Verwendung von Masken durch einen Aufdampfprozeß im Vakuum hergestellt sein. Auch ist es möglich, das Muster der Leitungen aus einer zusammenhängenden Metallschicht herauszuätzen. Diese Metallschicht kann auch auf einer Oberfläche bzw. Seite einer dünnen Isolierfolie angebracht sein. Die Wortleitungen W verlaufen in Richtung der leichten Achse E der Speicherzellen 14, orthogonal zu den Bitleitungen B. Jede Wortleitung W ist mit den in einer Spalte der Speichermatrix angeordneten Speicherzellen 14 eines Wortes verkoppelt. Ein Ende jeder Wortleitung W ist mit der Grundplatte 10 leitend verbunden, während das andere Ende zu einer Anordnung 20 geführt ist, welche die Mittel zur Wortansteuerung und die Wort-Treibverstärker enthält. Eine Steuereinrichtung 21 ist sowohl mit der Anordnung 16 zur Bitansteuerung als auch mit der Anordnung 20 zur Wortsteuerung verbunden. Sie dient zur zeitlichen Steuerung der für die Speicheroperation erforderlichen Impulsfolgen entsprechend den Anforderungen der Rechenanlage.

Die Einrichtungen 18 werden dazu verwendet, die Bitleitungen B während des Teils des Speicherzyklus, der zum Einschreiben von Information dient, mit den Einrichtungen zur Bitansteuerung und den Bit-Treibverstärkern in der Anordnung 16 zu verbinden und um sie während des Teils des Speicherzyklus, der zum Lesen der Information dient, an die entsprechenden Leseverstärker anzuschalten. Auf diese Weise dienen die Bitleitungen B zu der doppelten Funktion, während des Schreibzyklus Bit-Treibleitung zu sein und während des Lesezyklus Leseleitung. Die Einrichtungen 18 können wegfallen, wenn in Richtung der Bitleitungen weitere Leitungen vorgesehen sind, die nur als Leseleitung verwendet werden. Auch können die Bitleitungen B aus mehreren parallellaufenden Streifenleitungen hergestellt sein. Die Längsschlitze dienen dazu, das Wort-Treibfeld besser zu den Speicherzellen 14 durchdringen zu lassen und um Wirbelströme in den Leitungen zu vermeiden.

Ein durch eine Wortleitung W geschickter Stromimpuls schaltet durch sein Magnetfeld die Magnetisierung der gekoppelten Speicherzellen 14 in die harte Richtung. Um möglichst gut diese Funktion erfüllen zu können, müssen die Wortleitungen W möglichst genau in Richtung der leichten Achse der Magnetisierung der Magnetschicht-Speicherzellen 14 verlaufen. In der Wahl der Richtung der Bitleitungen B ist man an sich frei; jedoch hat sich eine Anordnung orthogonal zu den Wortleitungen als zweckmäßig erwiesen. Weil die Bitleitungen B während des Lesezyklus auch als Leseleitungen verwendet werden, wird durch die Anordnung orthogonal zu den Wort-Treibleitungen die beste Entkopplung zwischen diesen beiden Leitungssystemen erzielt.

Es ist die Aufgabe der Wortleitungen W, die Magnetisierung der Speicherzellen 14 des angesteuerten Wortes in die harte Richtung zu schalten, während es die Aufgabe der Bitleitungen B ist, in Richtung der leichten Achse wirkende Feldkomponenten bereitzustellen, damit die in die harte Richtung geschaltete Magnetisierung in eine vorbestimmte Ruhelage zurückfallen kann. Die Polarität der Bit-Treibimpulse richtet sich daher nach der zu speichernden Information. Die durch die Bit-Treibimpulse gelieferten Treibfelder sind wesentlich schwächer als die Wort-Treibfelder. Sie können daher nur auf die Magnetisierung der Speicherzellen einwirken, die durch ein Wort-Treibfeld in die harte Richtung geschaltet worden waren. Die in den Speicherzellen der nicht angesteuerten Worte enthaltene Information bleibt ungestört.

Der bei einer wortorganisierten Speicheranordnung gebräuchliche Arbeitszyklus ist daher folgender: Zum Schreiben wird mittels eines Treibimpulses in der Wortleitung eines ausgewählten Wortes die Magnetisierung der betreffenden Speicherzelle zu gleicher Zeit in die harte Richtung geschaltet. Nahezu gleichzeitig, doch etwas später führen die Bitleitungen je

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nach der zu speichernden binären Information pola- Magnetisierung in den Speicherschichtelementen

risierte Schreibimpulse, deren Feld nach Abklingen mehr gebremst als in den Leseschichtelementen. Zum des Wort-Treibimpulses die Rückstellmomente für Einschreiben binärer Information durch gleichzeitige

das eindeutige Rotationsschalten der Magnetisierung Anwendung von Wort-Treibfeldern und Bit-Treib-

der betreffenden Speicherzellen in die vorbestimmte 5 feldern in der in Verbindung mit den F i g. 1 und 2

Ruhelage (0 oder 1) liefert. Zum Lesen der in den beschriebenen Weise müssen beide Felder eine

Speicherzellen der Binärstellen eines Wortes ge- längere Zeit auf die Speicherzelle einwirken, als das

speicherten Information ist ein Treibimpuls in der Speicherschichtelement am magnetischen Umschalten

Wortleitung notwendig, der in jeder Speicherzelle durch die induzierten Wirbelströme gehindert wird, dieses Wortes gleichzeitig die Magnetisierung in die io Das Bit-Treibfeld muß gegebenenfalls stärker sein

harte Richtung schaltet. Je nach der vorher einge- als in dem Fall, wenn eine nur aus einer einzigen

nommenen Ruhelage (0 oder 1) entsteht in jeder zu dünnen Magnetschicht bestehende Speicherzelle zu

einer Binärstelle gehörigen Leseleitung ein ent- schalten ist. Auch hier erfolgt der Schaltvorgang der

sprechendes Signal, das als binäre 0 oder 1 ausge- Magnetisierung beim Einschreiben binärer Informa-

wertet wird. 15 tion in der Weise, daß zunächst durch das Bit-Treib-

Durch den Lesevorgang wird bei diesen bekannten feld die Magnetisierung in beiden Magnetschichten

Speichern die gespeicherte Information zerstört, da in die gleiche Richtung geschaltet wird. Nach Auf-

ohne die Anwesenheit zurücktreibender äußerer Feld- hören der von außen einwirkenden Treibfelder sucht

komponenten die Rückkehr der Magnetisierung der sich dann die Magnetisierung in die energetisch gün-

Speicherzellen in die Ruhelage nicht eindeutig be- 20 stigere Ruhelage mit antiparallel gerichteter Orientie-

stimmt ist. Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung rung der Magnetisierung in beiden Schichten einzu-

durch die Ausnutzung von Wirbelstromeffekten be- stellen. Da durch die auftretenden Wirbelströme die

seitigt, die in einer Leiterschicht entstehen, die zwi- Magnetisierung gegenüber Richtungsänderungen in

sehen zwei eine Magnetschicht-Speicherzelle bilden- dem Speicherschichtelement mehr abgebremst wird,

den Magnetschichtelementen angeordnet ist. 25 bleibt dort die Magnetisierungsrichtung erhalten, und

Gemäß der Erfindung besteht jede Speicherzelle die Magnetisierungseinrichtung in den Leseschichtaus einer als Speicherschicht verwendeten dünnen elementen wird durch die Streufeldkopplung zwischen Magnetschicht und einer deckend darüber angeord- den beiden Magnetschichten umgekehrt, neten, als Leseschicht verwendeten zusätzlichen dün- Parameter, die auf die Ausbildung der Wirbeinen Magnetschicht. Beide Magnetschichtelemente 30 ströme und das magnetische Schaltverhalten der Maweisen gleiche magnetische Eigenschaften auf. Die gnetschicht den Einfluß haben und deren Änderung Speicherschichten sind mit entsprechenden Zwischen- die Eigenschaften des Magnetschichtspeichers ändert, schichten zur Isolierung und zur Verbesserung der sind die elektrische Leitfähigkeit der leitenden Adhäsion auf einer metallischen Grundplatte, die Schichten und der Streifenleitungen, die Geometrie beispielsweise aus Silber besteht, aufgedampft. Dar- 35 der Anordnung, vor allem die Dicke der leitenden über befindet sich eine zusammenhängende leitende Schichten, und die magnetischen Eigenschaften der Metallschicht, die aus Kupfer hergestellt sein kann. dünnen Magnetschichten. Die elektrische Leitfähig-Auf dieser leitenden Schicht und entsprechenden keit kann durch die Wahl des zur Herstellung der Isolierschichten sind die oberen dünnen Magnet- Leiter dienenden Materials geändert werden. Einen schichten angeordnet. Sowohl die oberen als auch 40 großen Einfluß haben die Abmessungen der magnedie unteren Magnetschichtelemente haben beispiels- tischen dünnen Schichten und ihr Abstand von beweise die gleiche Orientierung der leichten Magneti- nachbarten elektrischen Leitern, deren Breite oder sierungsachse. Die Speicherelementenpaare sind da- deren Einteilung in mehrere parallelgeschaltete her untereinander stark magnetostatisch gekoppelt. schmalere Leiter.

Wegen der praktisch geschlossenen magnetischen 45 In den F i g. 3 und 4 ist eine vorteilhafte Ausfüh-

Kreise sind auch die Kriecheffekte verringert. rungsform für einen Magnetschichtspeicher gemäß

Wenn das sich durch die Ströme in den Streifen- der Erfindung gezeigt, bei dem die Leseschleife weitleitungen ausbreitende Wort-Treibfeld am Ort eines gehend von der Bit-Treibleitung entkoppelt ist. Das Paares von gekoppelten Magnetschichtelementen an- ist für diese Art Speicher wichtig, denn die stärkeren kommt, schalten die beiden dünnen Magnetschichten 50 Bit-Treibströme, die zum Schalten der gekoppelten nicht völlig gleichzeitig, sondern wegen der in der Lese- und Speicherschichtelemente notwendig sind, dazwischenliegenden leitenden Schicht induzierten können auch stärkere Störsignale in die Schaltkreise Wirbelströme erfolgt die Ummagnetisierung des zum Ablesen der gespeicherten binären Information Speicherschichtelements langsamer als die des Lese- induzieren. Es sind nur die wesentlichen Teile geschichtelements. Diese Verzögerung soll länger als 55 zeichnet. Auf der metallischen Grundplatte 10 sind die Dauer des Wort-Treibimpulses sein, doch sollte übereinander angeordnet die Speicherschichtelemente sie kurz genug sein, um hohe Impulsfrequenzen für 15, eine breite ungeschlitzte Bitleitung B, die Lesedie Speicheroperationen zuzulassen. Für die Lese- Schichtelemente 14, eine geschlitzte Leseleitung S und operation sollte das Wort-Treibfeld so kurz wie die geschlitzte Wortleitung W. Die F i g. 3 ist eine möglich auf die Magnetschicht-Speicherzellen ein- 60 Seitenansicht, in Richtung der Bitleitung gesehen; wirken, um einmal ausreichende Lesesignale zu er- die F i g. 4 ist eine Seitenansicht in Richtung quer zeugen, zum anderen aber das dynamische magne- zur Bitleitung gesehen. An Stelle einer zusammentische Feld der ummagnetisierenden dünnen Schicht hängenden Metallschicht hat hier die breite Bitdes Lesespeicherelements daran zu hindern, allzu leitung B die Funktion zur Bereitstellung der Wirbelstark durch die leitende Metallschicht durchzudrin- 65 ströme. Das Bit-Treibfeld ist hauptsächlich auf die gen. Die Speicherschichtelemente halten die binäre Umgebung der Speicherschichtelemente 15 konzen-Information gespeichert. Durch die Wirbelströme in triert, wo auch ein relativ stärkeres Treibfeld zum der Metallschicht wird das Rotationsschalten der Schalten der Magnetisierung erforderlich ist, um die

bremsende Wirkung der Wirbelströme zu überwinden. In der Umgebung der Leseschichtelemente 14 ist das Bit-Treibfeld wesentlich kleiner, und es ist antiparallel zum Bit-Treibfeld in der Umgebung der Speicherschichtelemente 15 gerichtet. Die Konzentration des Bit-Treibfeldes auf das Gebiet der Speicherschichtelemente 15 zusammen mit dem richtigen Vorzeichen der Wirkungsrichtung oberhalb und unterhalb der Bit-Leitung B trägt erheblich dazu bei, den Schaltprozeß zu vereinfachen. Jetzt schalten bereits beim Anlegen der Bit-Treibfelder die Magnetisierungsvektoren in den oberen (14) und den unteren (15) Magnetschichtelementen in die antiparallele Ruhelage.

Die ungeschlitzte Bitleitung B ist beispielsweise etwa 700 μΐη breit, und der Abstand von der als Rückleitung dienenden Grundplatte 10 ist in der Größenordnung von 10 μΐη. Das Bit-Treibfeld ist in diesem Fall fast nur im Bereich der Speicherschichtelemente 15 wirksam. Infolgedessen liegt die Leseleitung S in einem Bereich, der von den Bit-Treibfeldern nur sehr wenig beeinflußt werden kann. Weiter wird zur besseren Entkopplung der Leseschleife von der Leitungsanordnung zum Bereitstellen der Bit-Treibfelder die Grundplatte 10 für die Leseleitung nicht als Rückleitung benutzt. Vielmehr ist die Anordnung so getroffen, daß die Bit-Treibimpulse von einer Seite der Speichermatrix her der Bitleitung B zugeführt werden, wobei hier die metallische Grundplatte 10 als Rückleitung dient, und daß die Leseschleife nach der anderen Seite der Speichermatrix herausgeführt ist, wobei als Rückleitung für die Leseleitung S eine Fläche der streifenförmigen Bitleitung B verwendet wird. In F i g. 4 werden der Bitleitung B die Bit-Treibimpulse von der linken Seite her zugeführt. Die Bitleitung B überdeckt die Speicherschichtelemente 15.1 bis 15.4. An der rechten Seite der Speichermatrix, die hier durch nur vier Speicherzellen angedeutet ist, ist die Bitleitung B an der Stelle 90 mit der Grundplatte 10 leitend verbunden. Auf der Bitleitung B sind oberhalb der Speicherschichtelemente 15 die Leseschichtelemente 14.1 bis 14.4 angeordnet. Die Leseleitung S verläuft über den Leseschichtelementen 14. Sie ist an der linken Seite der Speichermatrix an der Stelle 92 mit der Bitleitung B leitend verbunden, so daß eine nach rechts laufende Leseschleife gebildet wird. Die Rückleitung für die Leseleitung S ist die obere Seite der Bitstreifenleitung B, die an der Stelle 94 für den Anschluß der Schaltkreise zum Ablesen gespeicherter Informationen weitergeführt wird. Auf diese Weise liegt die gesamte Leseschleife in dem Bereich, wo die Bit-Treibfeder schwach sind, so daß die Wahrscheinlichkeit des Eindringens von Störspannungen in die Leseschaltkreise stark reduziert wird. Die einzige Störspannung, die noch eindringen kann, ist der Ohmsche Spannungsabfall der Bit-Treibströme in dem Teil der Bitstreifenleitung B, der mit der Leseschleife gemeinsam ist.

In F i g. 5 ist eine Anordnung gezeigt, die auch diese Möglichkeit einer Störspannung vermeidet, indem die Leseschleife nun auch elektrisch von der Bitleitung isoliert wird. Die Darstellung entspricht der Fig. 3; gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die an der Stelle 100 geschlossene Leseschleife ist durch eine isolierende Schicht 102 elektrisch von der Bitleitung B getrennt. Mit dieser Anordnung ist eine Reduzierung der von den Bit-Treibimpulsen her in die Leseschleife eindringenden Störspannungen auf einen Wert kleiner als 10 Millivolt erreichbar.

In den F i g. 6 und 7 ist in zwei, unter rechtem Winkel gesehenen Seitenansichten schematisch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicheranordnung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die notwendige Bitstromamplitude unabhängig von der Bitimpulslänge. Durch Anwendung einer im wesentlichen symmetrischen Bitleitung wird auch bei kurzen Bitimpulsen die Feldverteilung auf beiden Seiten des Mittelleiters gleich. Gleiche Teile oder Teile mit gleicher Funktion wie in den übrigen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auf der metallischen Grundplatte 10 sind übereinanderfolgend angeordnet: die Speicherschichtelemente 15, der Innenleiter BSI der Bitstreifenleitung, die Leseschichtelemente 14, der Außenleiter BSO der Bitstreifenleitung, die gemeinsam als Bit-

ao Treibleitung und als Leseleitung verwendet wird, und die Wortleitungen W. Der Außenleiter BSO ist zweckmäßig durch Längsschlitze in mehrere parallel geschaltete Streifenleitungen unterteilt, damit die Wort-Treibfelder besser zu den Speicherzellen durchdringen können. Außerdem wird dadurch oben die Ausbildung von Wirbelströmen erschwert; denn die Schaltprozesse der Magnetisierung in den Leseschichtelementen 14 soll weniger behindert werden. Für diesen Zweck kann man auch den Abstand zwischen Innenleiter BSI und Außenleiter BSO größer machen als den Abstand zwischen Innenleiter BSI und der Grundplatte 10.

Zum Betrieb einer derartigen Anordnung müssen naturgemäß die Einrichtungen 18 (F i g. 1) vorgesehen sein, mit deren Hilfe eine Bitleitung sowohl als Bit-Treibleitung als auch als Leseleitung ausgenutzt werden kann. An einer Seite der Speichermatrix, z. B. auf der rechten Seite, besitzt der Innenleiter BSI einen Anschluß 120 für die Einrichtungen 18. Am Ende 124, auf der anderen Seite der Speichermatrix, ist die Bitstreifenleitung mit Impedanzen 126 und 128 abgeschlossen. Zweckmäßig liegen die Werte der Abschlußimpedanzen in der Größenordnung des Wellenwiderstandes der Bitstreifenleitung. Die Impedanz 126 ist zwischen dem Innenleiter BSI und dem oberen Außenleiter BSO angeordnet, die Impedanz 128 zwischen dem Innenleiter BSI und der als Außenleiter dienenden Grundplatte 10. Die durch die Leseschichtelemente 14 und die Speicherschichtelemente 15 induzierten Lesesignalspannungen addieren sich nicht am Ausgang 120 der Leitung BSI; aber der Innenwiderstand der Signalspannungsquelle wird auf diese Weise herabgesetzt. Das magnetische Feld der Bit-Treibimpulse ist hauptsächlich zwischen den Streifen der symmetrischen Leitung ausgebildet. Daher sind auch die Streufelder, welche Nachbarleitungen beeinflussen könnten, beträchtlich verringert.

Die Arbeitsweise des Magnetschichtspeichers ist folgende: Für alle Speicheroperationen besteht der erste Schritt des Arbeitszyklus darin, daß die Magnetisierung in den Speicherzellen aller Binärstellen eines nach einer Adresse ausgewählten Wortes durch einen Wort-Treibimpuls in der zugehörigen Wortleitung gleichzeitig und kohärent in die harte Richtung geschaltet wird. Zum Schreiben binärer Information (gleichzeitig und parallel in alle Speicherzellen der Binärstellen des durch einen Wort-Treibimpuls aktivierten Wortes) wird in einem zweiten Schritt des

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Arbeitszyklus nach beendigter Einwirkung des Wort-Treibimpulses das kohärente Zurückschalten der Magnetisierung aus der harten Richtung in eine vorbestimmte Ruhelage (0 oder 1) in der leichten Richtung durch Treibfelder veranlaßt, die von entsprechend polarisierten Schreibimpulsen in den Bitleitungen herrühren und die zeitlich gegenüber den Wort-Treibimpulsen verschoben sind. Zum Lesen binärer Information wird durch den Wort-Treibimpuls des ersten Schrittes des Arbeitszyklus die Magnetisierung der Speicherzellen der Binärstellen des abgefragten Wortes aus der dem gespeicherten Binärwert entsprechenden Ruhelage (0 oder 1) kohärent in die harte Richtung geschaltet. Die durch das Rotationsschalten der Magnetschichtspeicherzellen in den Leseleitungen induzierten Spannungssignale werden gleichzeitig und parallel in zugeordneten Leseverstärkern als Binärwerte 0 oder 1 identifiziert.

Nach beendigter Einwirkung des Wort-Treibimpulses wird die Rückkehr der Magnetisierung der Speicherzellen aus der harten Richtung in eine vorbestimmte Ruhelage (0 oder 1) in der leichten Richtung durch die Wirkung zurücktreibender Feldkomponenten veranlaßt, die durch die von den Wirbelströmen am Umschalten gehinderten Speicherschichtelemente erzeugt werden. Bei einer Speicheroperation »Lesen mit Auslöschen der gespeicherten Binärwerte« wird nach dem ersten Schritt des Arbeitszyklus die Rückkehr der Magnetisierung der Speicherzellen aus der harten Richtung in eine einzige yorbestimmte Ruhelage, z. B. die O-Lage, in der leichten Richtung durch die Wirkung zurücktreibender Feldkomponenten veranlaßt, die von einer während der Operation zusätzlich angelegten magnetischen Vorspannung in dieser Richtung herrühren.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zerstörungsfrei auslesbarer Magnetschichtspeicher mit eine magnetische Vorzugsachse aufweisenden Dünnschicht-Speicherzellen, die aus je zwei übereinander angeordneten Magnetschichtelementen bestehen, zwischen denen sich eine die Ausbildung von Wirbelströmen ermöglichende leitende Schicht befindet, und mit in unmittelbarer Nachbarschaft der Magnetschichtelemente angeordneten Treibleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Leseschicht benachbarte Treibleitung den beiden Magnetschichtelementen gemeinsam ist und daß die leitende Schicht so dünn ausgebildet ist, daß sie ein Durchdringen des von einem Abfrage-Stromimpuls auf dieser Treibleitung erzeugten Magnetfeldes gestattet, jedoch durch den Wirbelstromeffekt die Ummagnetisierung in der Speicherschicht gegenüber der Ummagnetisierung in der der Treibleitung näher liegenden Leseschicht in einem solchen Maß verzögert, daß nach Beendigung des Magnetfeldes noch eine ausreichend große, in die ursprüngliche Speicherrichtung zeigende Komponente der Magnetisierung in der Speicherschicht vorhanden ist.

2. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine breite ungeschlitzte Bitleitung (B) zwischen den Leseschichtelementen (14) und den auf einer Grundplatte (10) angeordneten Speicherschichtelementen (15) verläuft und daß die in Bitrichtung verlaufende Leseleitung (S) oberhalb der Leseschichtelemente (14) und isoliert darüber die zugleich als Abfrage-Treibleitung dienende Wortleitung (W) angeordnet sind.

3. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitleitungen (B) und die Leseleitungen (5) weitgehend voneinander entkoppelt in der Weise angeordnet sind, daß die Bit-Treibimpulse von einer Seite der Speichermatrix her der Bitleitung zugeführt werden, und daß die Leseschleife nach der anderen Seite der Speichermatrix herausgeführt ist, wobei als Rückleitung für die Leseleitung ein Teil der streifenförmigen Bitleitung verwendet wird.

4. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseschleife durch eine dünne Schicht (102) elektrisch von der Bitleitung (B) isoliert angeordnet ist.

5. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen symmetrische Bitstreifenleitung vorgesehen ist, deren Innenleiter (BSI) zwischen den Leseschichtelementen (14) und den auf der Grundplatte (10) angeordneten Speicherschichtelementen (15) verläuft, und daß über den Leseschichtelementen der durch Längsschlitze unterteilte Außenleiter (BSO) der Bitstreifenleitung und darüber die Wortleitung (W) angeordnet sind.

6. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die gemeinsame Verwendung als Bit-Treibleitung und als Leseleitung der Innenleiter (BSI) der symmetrischen Bitstreifenleitung an einer Seite der Speichermatrix einen Anschluß (120) besitzt und daß am anderen Ende (124) die Bitstreifenleitung mit zwischen den Außenleitern (BSO, 10) angeordneten Impedanzen (126, 128) abgeschlossen ist.

7. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseschicht und die Speicherschicht gleiche magnetische Eigenschaften aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1306495;
USA.-Patentschriften Nr. 3 015 807, 3 077 586,

092 812;
»Journal of Applied Physics«, Suppl., April 1959,

S.54Sund55S.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1236 576, 1239 733.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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