-
Die Erfindung betrifft ein aus dünnen ferromagnetischen Schichten
bestehendes Speicherelement mit weitgehend unterdrückten Wandprozessen.
-
Es ist bekannt, dünne ferromagnetische Schichten als Elemente für
Informationsspeicherung zu verwenden. Dabei benutzt man eine zusammenhängende ferromagnetische
Schicht mit einachsiger Anisotropie, über die Schreib- und Leseleitungen hinweggeführt
werden. In solchen dünnen ferromagnetischen Schichten kommt es jedoch zur Ausbildung
von störenden Wandprozessen, z. B. durch Unmagnetisierungskeime, wobei die Wände
über die ferromagnetische Schicht hinweglaufen können. Zur Behinderung dieses »Wandkriechers«
ist es bekannt, an Stelle einer einzigen ferromagnetischen Schicht Mehrfachschicht
zu benutzen, wobei z. B. -zwischen zwei Permalloyschichten einer jeweiligen Dicke
von z. B. 250 A eine sehr dünne nichtferromagnetische Schicht, z. B. eine Kupfer-
oder Goldschicht einer Dicke von z. B. 20 A angeordnet wird; bei einer solchen Anordnung
wird dann eine erhöhte Koerzitivkraft festgestellt (E. F e 1 d t k e 11 e r, Zeitschrift
»Angew. Physik«, 18 [1965], S. 532, und E. Feldtkeller, K. U. Stein und H. Harms,
»Proc. Intermag. Conference«, Washington, 1965). Die nichtferromagnetische Schicht
besitzt hierbei eine optimale Dicke, welche durch die »Amplitude« der Schicht- bzw.
Trägerrauhigkeit gegeben ist.
-
In diesem Zusammenhang ist fernerhin vorgeschlagen worden, magnetische
Schichten stapelförmig anzuordnen und durch urmagnetische Zwischenschichten -voneinander--m
- trennen. In Weiterbildungdieses Vorschlags ist fernerhin vorgeschlagen worden,
die - unmagnetischeri Zwischenschichten derart auszubilden, daß durch sie hindurch
eine inhomogene indirekte Kopplung zwischen den magnetischen Schichten besteht,
und schließlich die Inhomogenitäten in der urmagnetischen Schicht im wesentlichen
parallel zur magnetisch leichten Achse der Magnetisierung anzuordnen (deutsche Patentschriften
1247 398, 1252 739, 1258 465).
-
Allen drei zuletzt genannten Vorschlägen ist gemeinsam, daß die nichtmagnetischen
Zwischenschichten, verglichen mit den ferromagnetischen Schichten, verhältnismäßig
dick sind. Die mit ihnen erzielte Wirkung beruht auf eine Erhöhung der Streufeldkopplung
zwischen den magnetischen Schichten.
-
Eine andere bekanntgewordene Maßnahme zur Verhinderung des Wandkriechers
besteht darin, in eine zusammenhängende Permalloyschicht z. B. Kupfer einzudiffundieren,
wodurch ebenfalls eine beträchtliche Erhöhung der Koerzitivkraft erzielt wird (T.
S. C r o w t h e r, »Proc. Intermag. Conference«, Washington, 1965). Eine kupferdotierte
Permalloyschicht besitzt nämlich bekanntermaßen eine hohe Koerzitivkraft; durch
die. Kopplung der kupferdotierten Permalloyschicht mit dem darunterliegenden urdotierten
Permalloyschichtbereich werden dann die störenden Wandprozesse in diesem Bereich
behindert.
-
Um das Entstehen störender Wandprozesse in ferromagnetischen Schichten
zu vermeiden, ist weiterhin vorgeschlagen worden, die ferromagnetische Schicht in
eine Vielzahl einheitlich magnetisierter Mosaikflecken zu unterteilen, wobei die
Informationsmenge von 1 Bit in einen größeren Fleckenhaufen gespeichert wird. Zur
Erhöhung der Lesespannungen in der Leseleitung wurde vorgeschlagen, die Mosaikschicht
aus mehreren übereinander angeordneten, durch nichtferromagnetische Zwischenschichten
voneinander getrennten ferromagnetischen Schichten aufzubauen, wobei diese nichtferromagnetischen
Zwischenschichten in ihrer Dicke wesentlich über den ferromagnetischen Schichten
liegen. Diese Zwischenschichten wirken im Sinne einer magnetostatischen Entkopplung
der ferromagnetischen Schichten. Zur besseren geometrischen Trennung der Mosaikflecken
wurde ferner vorgeschlagen, diese schachbrettartig in gegeneinander versetzte Ebenen
anzuordnen.
-
Es hat sich jedoch, gezeigt, daß bei den bekannten bzw. vorgeschlagenen
Mehrfachschichten und Mosaikschichten noch störende Wandprozesse auftreten können.
So ergaben Bitterbeobachtungen, daß bei den Mosaikschichten die Wände bevorzugt
in den Fleckkanten liegen; bei Feldänderungen springen die Wände meist um eine Fleckbreite
von einer Kantenlinie zur anderen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speicherelement, bestehend
aus dünnen ferromagnetischen Schichten, anzugeben, bei dem das Entstehen störender
Waridprdzesse über da- s bekannte Maß hinaus vermieden wird.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Speicherelement
vorgeschlagen wird, das durch die Kombinätiön folgender Merkmale gekennzeichnet
ist: -a) Die ferromagnetischen -Seichten sind als Mosaikschichten mit einer Vielzahl
von Mosaikflecken ausgebildet; b) die Mosaikflecken weisen jeweils eine durch Dotierung
mit einer Dotierungssubstanz in. ihrer Koerzitivkraft erhöhte Oberflächenzone auf,
deren Dicke kleiner ist als die Dicke derjenigen Teile der Schicht, die ferromagnetische
Eigenschaften aufweisen.
-
Die Unterdrückung der Wandprozesse beim erfindungsgemäßen Speicherelement
hat seine Ursache darin,,daß durch die Unterteilung der ferromagnetischen- Schicht
in einzelne Mosaikflecken das Wandkriecher schon stark herabgesetzt wird und durch
das Anbringen einer dotierten Zone an der Oberfläche der ferromagnetischen Schicht
bzw. einer nichtferromagnetischen Zwischenschicht im Inneren der ferromagnetischen
Schicht das Auftreten störender Wandprozesse zusätzlich stark behindert wird.
-
Wenn gleichzeitig: eine dotierte Oberflächenzone und nichtferromagnetisehe
Zwischenschichten bei als Mosaikschichten ausgebildeten ferromagnetischen Schichten
vorgesehen sind, so läßt sich eine weitere Verbesserung der Wandprozeßunterdrückung
erreichen.
-
Im folgenden soll näher darauf eingegangen werden, mit welchen Verfahrensschritten
das erfindungsgemäße Speicherelement hergestellt werden kann.
-
Es ist bekannt, für die Herstellung eines solchen Speicherelementes
leitende oder - nichtleitende Substrate geringer Oberflächenrauhigkeit zu verwenden.
Gegebenenfalls kann die Oberflächenrauhigkeit durch Aufbringen von z. B. Siliziumoxyd
weiter herabgesetzt werden. Grundsätzlich sind aber auch Lacküberzüge geeignet,
die gewünschte Wirkung zu erreichen.
-
Es sind Fotolacke bekannt, die durch Belichtung ausgehärtet werden
können, so daß mit Hilfe von geeignet ausgebildeten, in den Belichtungsstrahlengang
eingeschobenen Masken und durch Entfernen
nichtausgehärteter Lackteile
Oberflächenstrukturen erzeugt werden können, die in einer der Maske entsprechenden
teilweisen Bedeckung des Substrates mit dem Fotolack bestehen.
-
Von diesen bekannten Voraussetzungen ausgehend, werden nun zur Erzeugung
eines Speicherelementes, wie es im Querschnitt in F i g. 1 dargestellt ist, auf
ein Substrat 1, welches z. B. aus Glas besteht, schachbrettartig angeordnete Trägermosaikflecken
2 aus nichtferromagnetischem Material, z. B. Fotolack, aufgebracht. Danach ist das
Substrat 1 in einigen Teilen durch die Trägermosaikflecken 2 bedeckt, in anderen
jedoch frei gelassen.
-
Sowohl die frei gelassenen Teile des Substrates 1
als auch die
Trägermosaikflecken 2 werden nun mit einer dünnen ferrornagnetischen Schicht 3,
die z. B. aus Permalloy mit einer Dicke von 250 bis 500 A bestehen kann, bedeckt.
Auf diese Schicht wird die Dotierungssubstanz 4, z. B. Kupfer, aufgebracht. Anschließend
wird das Kupfer durch einen Temperungsprozeß in die Schicht 3 eindiffundiert. Dieser
Temperungsprozeß kann z. B. bei 300° C eine Stunde lang vorgenommen werden. Es entsteht
dadurch die kupferdotierte ferromagnetische Oberflächenzone 5 unterhalb des Kupfers
4.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, auf die ferromagnetische
Schicht 3 direkt eine Kupferpermalloyschicht aufzubringen, z. B. aufzudampfen. Dieses
Verfahren empfiehlt sich dann, wenn die Trägermosaikflecken 2 aus einer solchen
nichtferromagnetischen Substanz bestehen, die gegenüber Temperaturen, wie sie beim
Temperungsprozeß auftreten, empfindlich ist.
-
Ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Erzeugung des
erfindungsgemäßen Speicherelementes wird an Hand der F i g. 2 erläutert. Nachdem,
wie eben beschrieben, eine ferromagnetische Schicht 3 mit Schachbrettstruktur erzeugt
ist, wird diese Schicht mit einer dünnen nichtferromagnetischen Zwischenschicht
6 bedeckt, die z. B. aus Kupfer oder Gold bestehen kann. Die Dicke dieser Zwischenschicht
6 kann z. B. 20 bis 50 A betragen. Auf diese Zwischenschicht 6 wird dann eine weitere
ferromagnetische Schicht 7 aufgebracht, die in ihrer Dicke der ferromagnetischen
Schicht 3 entspricht. Durch einen alternierenden Aufbau aus ferromagnetischen Schichten
und nichtferromagnetischen Zwischenschichten läßt sich dann bei Bedarf ein Speicherelement
größerer Dicke erzeugen.
-
Die oberste der ferromagnetischen Schichten kann dann, wie oben beschrieben,
mit Kupfer dotiert werden oder mit einer Dotierungsschicht bedeckt werden.