DE1282804B - Ferromagnetisches Speicherelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIf

Deutsche KI.: 21g -31/02

Nummer: 1 282 804

Aktenzeichen: P 12 82 804.5-33 (T 21176)

Anmeldetag: 25. November 1961

Auslegetag: 14. November 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Speicherelement, bestehend aus einer Trägerschicht und einer darauf aufgebrachten ferromagnetischen Speicherschicht geringer Dicke.

Allgemein setzen sich dünne Magnetschichten zur Speicherung von Informationen mehr und mehr durch. Erforderlich ist dazu, daß ihr Magnetisierungsvektor, der entweder die Zahl 1 oder die Zahl 0 des binären Zahlensystems speichern soll, wobei diese Speicherung durch eine parallele oder antiparallele Lage des Magnetisierungsvektors ausgedrückt wird, eine feste Vorzugsachse besitzt. Für diese Vorzugsachse wird verlangt, daß sie sich bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes zeitlich nicht ändert, und außerdem ist es erwünscht, eine Beeinflussung des Magnetisierungsvektors bzw. seine Drehung aus der Parallellage in die Antiparallellage schon durch niedrige äußere Felder erreichen zu können.

Die Vorzugsachse der dünnen Magnetschicht wird nach bekannten Vorschlägen durch Erzeugung einer Anisotropie in dem magnetischen Verhalten der Schicht erzielt. Für die Erzeugung einer derartigen Anisotropie sind bereits eine Reihe von Methoden bekanntgeworden. So wird beispielsweise die Niederschlagung der Schicht auf einer nicht magnetisierbaren Unterlage während der gleichzeitigen Einwirkung eines Magnetfeldes vorgenommen, so daß eine sogenannte magnetfeldinduzierte Anisotropie der Schicht erhalten wird. Diese Anisotropie ist jedoch zeitlich nicht hinreichend beständig, sie verändert sich nämlich durch Platzwechselvorgänge im Gitter, die insbesondere unter dem Einfluß schon geringfügig erhöhter Temperaturen auftreten. Die Schicht weist also Alterungseffekte auf. Daneben machen sich aber auch äußere Magnetfelder, unter Umständen bereits das Erdfeld, schon bei Zimmertemperatur störend bemerkbar. So kann sich noch nach Wochen nach der Herstellung der Schicht Größe und Richtung der Anisotropie merklich ändern. Andere äußere Alterlingsfelder sind beispielsweise bei Einsatz der Magnetschichten in Magnetspeichern die Schaltfelder.

Der beschriebene Effekt ist darauf zurückzuführen, daß durch die Schicht unter dem Einfluß der Feldimpulse Wände magnetischer Elementarbereiche wandern.

Hand in Hand mit der zeitlichen Änderung der Anisotropie der Schicht geht naturgemäß auch eine Änderung ihrer Speicher- und Schalteigenschaften, so daß entsprechende Magnetspeicher nicht hinreichend zuverlässig in ihrem Verhalten sind. Weiter hat sich gezeigt, daß Schaltfelder von sehr kurzer Ferromagnetisches Speicherelement

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Otto Stemme, 7900 Ulm

Dauer, deren Amplitude wenig größer als die Grenzfeldstärke für Rotationsschalten ist, nur zu einem teilweisen Rotationsschalten führen. Es bedarf also wesentlich höherer Impulsfelder, um eine vollständige Drehung der Speicherschicht zu bewirken. Dazu kommt noch ein weiterer Nachteil, der den Einsatz der bekannten Schichten in Magnetspeichern erschwert. Es kann nämlich bereits eine größere Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen, bei denen die einzelne Amplitude unter der für eine Ummagnetisierung der Schicht erforderlichen Feldstärke liegt, zu deren völliger Ummagnetisierung führen. Das hat wiederum zur Folge, daß in einer Speichermatrix nach einer Anzahl von Impulsen nicht nur die in Koinzidenz befindlichen Schichten umklappen, sondern ganze Matrixzeilen bzw. Matrixspalten.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird die magnetische Anisotropie der Magnetschicht durch äußere mechanische Spannungen hervorgerufen. Man spricht dann von Spannungsanisotropie. Auch die nach diesem Verfahren hergestellten Schichten behalten ihre magnetischen Eigenschaften nicht mit hinreichender zeitlicher Konstanz, da die mechanischen Spannungen zeitlichen Änderungen unterworfen sind. Dazu kommt noch, daß mechanische Spannungen unmittelbar einen stärkeren Einfluß auf die Koerzitivkraft ausüben, der ebenfalls unerwünscht ist. Außerdem bereitet die definierte Herstellung von mechanischen Spannungen bei dünnen Schichten erhebliche Schwierigkeiten, so daß sich auch diese bekannten Magnetschichten in der Praxis nicht einführen konnten.

Ein weiterer bekannter Weg zur Erzeugung magnetischer Anisotropie ist unter dem Begriff »Kristallanisotropie« einzuordnen. Voraussetzung für die

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Claims (1)

1. Gangbarkeit dieses Weges ist jedoch die Herstellung kann man jeden gewünschten Anisotropiegrad leicht monokristalliner Schichten, wie man sie unter Be- und bequem einstellen.

   achtung gewisser Vorsichtsmaßnahmen einigermaßen Das Ausfüllen der Oberflächenunebenheiten kann

   sicher durch Niederschlagen auf einkristalline Metall- ebenso wie das Aufbringen von Streifen oder Plättunterlagen erhalten kann, wenn das Gitter des Unter- 5 chen auf die unverletzte Oberfläche durch Aufdamplagenmetalls demjenigen des Schichtmetalls ähnlich fen vorgenommen werden. Man bringt dabei zwiist. Eine allgemeine Anwendung dieses Verfahrens sehen die Verdampfungsquelle, die sich in großem zur Herstellung dünner Magnetschichten verbietet Abstand von der Schicht befinden soll, um eine Parsich jedoch, da meist nicht Metall, sondern andere allelität der Dampfstrahlen zu erreichen, und die Stoffe, wie beispielsweise Glas, als Unterlage Ver- io Schicht selbst eine oder mehrere Spaltblenden, so daß wendung finden sollen, auf deren amorpher Struktur nur an diesen Blendenöffnungen Material auf die sich derartige monokristalline Schichten aber nicht Schicht bzw. auf die Unebenheiten aufgedampft wird, herstellen lassen. Daneben sind aber naturgemäß noch sämtliche

   Es ist bekannt, ein Speicherelement aus dünnen bekannten Wege zur Aufbringung von Oberflächenmagnetischen Schichten dadurch herzustellen, daß 15 schichten auf eine Unterlage für die Herstellung des zwei magnetische Schichten unmittelbar aufeinander Speicherelements nach der Erfindung anwendbar, aufgebracht werden, wobei beide Schichten fest- Vor allem ist es aber auch möglich, die Unebengelegte magnetische Vorzugsrichtungen aufweisen. heiten bzw. die aufgebrachten Streifen schon auf die

   Ferner ist es bekannt, eine ferromagnetische Unterlage aufzubringen und erst anschließend die Schicht auf eine mit einer größeren Anzahl paralleler so Niederschlagung bzw. Aufdampfung der eigentlichen Rillen versehene Unterlage aufzubringen. Schicht vorzunehmen. Auch in diesem Fall erhält

   Während bei dem erstgenannten Verfahren die man dann an der Oberfläche der Schicht eine Föftn-Vorzugsrichtung der so erzeugten Speicherelemente anisötropie gemäß der Erfindung, durch die Vorzugsrichtung der Einzelschichten fest- In den Figureii sind einige mögliche Ausführüngs-

   gelegt ist, so daß eine nachträgliche Veränderung 35 foröien für erfindungsgemäße magnetische Schichten nicht oder nur schwer möglich ist, wird bei der zweit- näher dargestellt, aus denen zum Teil auch gleich genannten Methode die Vorzugsrichtung durch die die Art ihrer Herstellung ersichtlich ist. Ausgestaltung der Unterlage, nicht aber durch die F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine auf eine

   Eigenschaften der Speicherschicht selbst, bewirkt. Unterlage 1 aufgebrachte magnetische Schicht 2, die Auch hierbei ist die Anisotropie durch die Rillen- 30 an ihrer Oberfläche mit flachen Streifen 3 entweder struktur der Trägerschicht von vornherein festgelegt. aus dem gleichen Material oder auch aus einem Eine nachträgliche Veränderung ist nicht vor- Material mit anderer magnetischer Suszeptibilität als gesehen. die Schicht 2 versehen ist. Diese Streifen 3 werden

   Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit Hilfe der Verdampfungsquelle 4 und den Uflmitmagnetische Schicht zu entwickeln, die sich zum 35 telbar vor der Schicht 2 angeordneten Spaltblenden 5, einen durch große zeitliche Konstanz ihrer Anisotro- die eine Bedampfung der Schicht 2 nur an bestimmpie auszeichnet, sich fernerhin auf einfache und da- ten Oberflächenteilen gestatten, aufgebracht, mit billige Weise herstellen läßt und schließlich eine In Fig. 2 ist eine weitere magnetische Schicht gebesondere Vorzugsrichtung noch nach dem Abschei- maß der Erfindung in Aufsicht dargestellt, die an den der eigentlichen Schicht auszubilden gestattet. 40 ihrer Oberfläche mit einem netzartigen Streifen-Bei dem Speicherelement gemäß der Erfindung system versehen ist. Quer über die Schicht 2 verläuweist die Trägerschicht auf der der Speicherschicht feri in dem vorliegenden Beispiel zwei unter sich pärzugewandten Seite eine im wesentlichen glatte Ober- allele Streifensysteme 6 und 7, die gegeneinander fläche und die Speicherschicht an ihrer der Träger- unter einem gewissen Winkel stehen. Die Erzeugung schicht abgewandten Oberfläche Erhöhungen und/ 45 eines derartigen Gittersystems läßt sich ohne weite- oder Vertiefungen auf. res durch die Verwendung von Gitterblenden, die

   Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des zwischen die Verdampfungsquelle und die zu be-Speicherelements gemäß der Erfindung besteht dar- dampfende Schicht gebracht werden, erreichen, in, daß auf die Oberfläche der Schicht dünne Streifen In Fig. 3 ist schließlich auf einer niehtmagneti-

   öder flache Plättchen» vorzugsweise aus dem glei- 50 sierbaren Unterlage 1 eine magnetische Schicht 2 chen Material wie die Speicherschicht, aufgebracht aufgebracht, die mit Rillen 8 versehen ist, die minsind, die nur einen geringen Anteil der Oberfläche, destens teilweise durch ein Material 9 mit anderer beispielsweise 10 bis 30%, vorzugsweise 15 bis 20%, magnetischer Suszeptibilität als die Schicht 2 ausbedecken, gefüllt sind. Auch die Ausfüllung der Rillen 8 kann Daneben lassen sich aber auch Unebenheiten min- 55 mit Hilfe von entsprechend gestalteten Blenden gedestens auf der Oberfläche der Schicht anbringen, schehen.

   indem man beispielsweise diese Oberfläche mit RiI- Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des

   len, Kratzern oder Löchern versieht. Von besonde- Speicherelements gemäß der Erfindung eignen sich rem Vorteil hat es sich dabei erwiesen, diese Rillen alle für magnetische Speicherschichten bekannten unter einem gewissen Winkel, der beispielsweise nur 60 ferromagnetischen Werkstoffe, wie beispielsweise wenig von 90° verschieden sein kann, verlaufen zu Nickel, Kobalt, Eisen oder Nickel-Eisen-Legierüngen lasseh, wodurch man je nach der Bemessung dieses mit vorzugsweise etwa 80% Nickel, die alle auch für Winkels den gewünschten Anisotropiegrad bequem die Herstellung der Oberfläehenunebenheiten bzw. auf jeden Wert einstellen kann. Zu dem gleichen zu deren Ausfüllung Verwendung finden können. Zweck kann man aber auch einige oder alle Un- 65

   ebenheiten zumindest teilweise mit einem Material Patentansprüche:

   ausfüllen, das eine andere magnetische Suszeptibilität 1. Speicherelement, bestehend aus einer Trä-

   besitzt als die Speicherschicht. Auch auf diese Weise gerschicht und einer darauf aufgebrachten ferro-

   magnetischen Speicherschicht geringer Dicke, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht auf der der Speicherschicht zugewandten Seite eine im wesentlichen glatte Oberfläche aufweist, und daß die Speicherschicht an ihrer der Trägerschicht abgewandten Oberfläche Erhöhungen und/oder Vertiefungen aufweist.

   2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der Schicht dünne Streifen oder flache Plättchen aufgebracht sind, die nur einen Anteil der Oberfläche von etwa 10 bis 30% bedecken.

   3. Speicherelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen oder Plättchen aus dem gleichen Material wie die Speicherschicht bestehen.

   4 Speicherelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen oder

   IO Plättchen nur einen Anteil der Oberfläche von 15 bis 20"/o bedecken.

   5. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht an ihrer Oberfläche mit Rillen oder Löchern versehen ist.

   6. Speicherelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten aus zwei unter einem Winkel zueinander verlaufenden Systemen von zueinander parallelen Rillen bestehen.

   7. Speicherelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten mit einem Material anderer magnetischer Suszeptibilität als die Speicherschicht ausgefüllt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschriften Nr. 1117163,
   088.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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