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Die Erfindung betrifft ein magnetisches Speicherelement mit hoher
Spindämpfungskonstante, mit einer auf einem Schichtträger aufgebrachten dünnen magnetisierbaren
Schicht.
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Die magnetisierbaren Schichten dieser Speicherelemente weisen eine
Vorzugsrichtung der Magnetisierung auf, so daß im allgemeinen zwei Zustände eingespeichert
und abgefragt werden können. Der eine magnetische Zustand entspricht einer positiven
Vorzugsrichtung der magnetisierbaren Schicht und der andere Zustand der entgegengesetzten,
also negativen Vorzugsrichtung.
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Die magnetisierbaren dünnen Schichten mit einer Schichtdicke in der
Größenordnung von etma 1000A gestatten es, die Speicher- bzw. Schaltaufgaben durch
kohärente Drehung bzw. völliges Umklappen des magnetischen Zustandes auszuführen.
Die dünnen magnetisierbaren Schichten, z. B. aus einer magnetostriktionsfreien Nickel-Eisen-Legierung,
werden auf verschiedene Unterlagskörper wie Glas, Aluminium und ähnlichem z. B.
durch elektrolytische Abscheidung, Aufdampfung, Kathodenzerstäubung od. dgl. niedergeschlagen.
Dabei legte man bisher auf eine in mikroskopischen Bereichen ebene Unterlage großen
Wert.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die Schalt- bzw. Speichervorgänge in
magnetisierbaren dünnen Schichten nicht nur durch eine bestimmte Zeitkonstante charakterisiert
sind, sondern daß beim Einspeichern bzw. Abfragen des Speicherelements abklingende
Schwingungen um die neue Ruhelage ausgeführt werden, die sehr lange, bis zur zehnfachen
Schaltzeit andauern können. Da diese Nachschwingungen unter Umständen die Zykluszeit
erhöhen, ist es erwünscht, die Nachschwingungszeit möglichst klein zu halten bzw.
ein überschwingen über den Sollwert vollständig zu vermeiden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Nachschwingen bei der Einstellung
oder Abfragung eines magnetischen Zustandes in einer auf eine Unterlage aufgebrachten
dünnen magnetisierbaren Schicht und den für die Schaltung od. dgl. erforderlichen
elektrischen Leitungszügen abzukürzen, d. h. ein Speicherelement mit hoher Spindämpfungskonstante
zu schaffen.
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Bei einem Speicherelement der eingangs erwähnten Art sieht die Erfindung
vor, daß die dünne magnetisierbare Schicht in viele kleine magnetische Teilbereiche,
z. B. einer Ausdehnung von 100 Eim2, aufgeteilt ist, indem ihre Oberfläche in mikroskopischen
Bereichen rauh ausgebildet ist, wobei die mittlere Rauhtiefe in der Größenordnung
der Schichtdicke liegt. Weist die Oberfläche der Unterlage der dünnen magnetisierbaren
Schicht diese Rauhigkeit auf, dann kann sich die dünne magnetisierbare Schicht z.
B. bereits während ihrer Aufbringung auf die Unterlage in derartige magnetische
Teilbereiche einer relativ geringen Ausdehnung aufteilen.
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Es hat sich gezeigt, daß eine weiterverbesserte Aufteilung und damit
eine erhöhte Spindämpfungskonstante des Speicherelements erzielbar ist, wenn auch
die Oberfläche des Schichtträgers eine mittlere Rauhtiefe in der Größenordnung der
Dicke der magnetisierbaren Schicht aufweist. Infolge der Wechselwirkung der Teilbereiche
erhöht sich die Gesamtdämpfung der Schicht. Wird z. B. eine etwa 800 A dicke Schicht
aus einer Ni-Fe-Legierung auf eine 0,2 mm dicke Unterlage mit einer Rauhtiefe im
Mikrobereich von kleiner als etwa 200 A aufgedampft, dann ergibt sich eine Spindämpfungskonstante
dieser auf dem Mikroskopdeckgläschen als »optisch ebene« Unterlage befindlichen
dünnen magnetisierbaren Schicht von etwa 9. = 0,9- 10-$ s-1 bis 1,3 - 10-$
s-1 bei etwa f = 1 GHz.
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Wird an Stelle dieser optisch ebenen Unterlage eines Mikroskopdeckgläschens
ein Schichtträger mit geschliffener Oberfläche, z. B. ein geschliffenes Glasplättchen
mit einer mittleren Rauhtiefe von etwa 600 A verwendet und eine ebenso dicke magnetisierbare
Schicht aus einer Ni-Fe-Legierung in der gleichen Weise auf diese Unterlage aufgedampft,
dann wird diese dünne Schicht in eine Vielzahl kleiner magnetischer Teilbereiche
aufgeteilt. Die Spindämpfungskonstante ist dann hoch gegenüber der oben angegebenen
bei einer »optisch ebenen« Unterlage gemessenen. Eine Abschätzung ergibt, daß die
geschliffene Oberfläche des Glasplättchens Flächenelemente aufweist, die weit mehr
als 10° gegen die geometrische Oberfläche geneigt sind.
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Der Einfluß der Oberflächenrauhigkeit des Unterlagskörpers wird auch
dadurch deutlich gemacht, daß die Spindämpfungskonstante wiederum vermindert wird,
wenn die starke Rauhigkeit dieser Oberfläche durch kurze Abätzung der scharfen Kanten
und Ecken reduziert wird. Auf diese Weise kann die Spindämpfungskonstante nahezu
bis auf Werte einer unbehandelten Unterlage vermindert werden. Bei einer derartigen
Spindämpfungskonstante führen aber die Nachschwingungseffekte zu einer Verlängerung
der Zykluszeit des magnetischen Speichers. Diese geebneten Unterlagen sind deshalb
bei kurzen Zykluszeiten nicht erwünscht.
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Es ist dagegen möglich, bei optisch ebenen Unterlagen auch dadurch
eine Vergrößerung der Spindämpfungskonstante zu erzielen, daß man diese Unterlagen
einer längeren Ätzbehandlung unterzieht. Wird z. B. ein optisch ebenes Mikroskopdeckgläschen
längere Zeit, z. B. 45 Minuten, einer Ätzbehandlung mit verdünnter Flußsäure unterzogen,
dann bilden sich Ätzgruben aus, die zu einer Vergrößerung der Oberflächenrauhigkeit
führen. Auf diese Weise ist es möglich, die Spindämpfungskonstante um etwa das Doppelte
wie bei einem unbehandelten Mikroskopdeckgläschen zu vergrößern. Durch die Art der
Rauhigkeit kann also die Dämpfung beeinflußt werden. Die gewünschte Rauhigkeit läßt
sich durch Sandstrahlen der Schichtträgeroberfläche erzielen.
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Es hat sich überdies gezeigt, daß auch die elektrischen Eigenschaften
des Unterlagskörpers in der Lage sind, das Dämpfungsverhalten der dünnen magnetisierbaren
Schicht zu beeinflussen. So kann z. B. durch Wahl des spezifischen elektrischen
Widerstandes des Unterlagskörpers eine weitere Dämpfungserhöhung erreicht werden.
Erfindungsgemäß sind besonders Schichtträger aus einem Werkstoff mit einem spezifischen
elektrischen Widerstand zwischen etwa 10-4 und 10-1 Ohm - cm, z. B. eine Chrom-Nickel-Legierung,
dotiertes Zinnoxid (Sn02) oder Kohle, z. B. Retortenkohle, Graphit od. dgl., in
der Lage, die Dämpfung um etwa mehr als das Zweifache zu erhöhen.
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Man hat es durch die geschilderten Möglichkeiten in der Hand, durch
entsprechende Anätzung und gegebenenfalls entsprechend gewähltes Material der
Unterlagen
die Dämpfung auf einen bestimmten Wert einzurichten.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die nachstehend erläuterten
F i g. 1 bis B.
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In F i g. 1 ist eine Größe A in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen.
Die Aufgabe bei einem magnetischen Speicherelement besteht z. B. darin, kurzzeitig
von einem Anfangswert A1 zu einem Endwert A, zu gelangen. Der gewünschte Verlauf
dieses Speicherelements ist durch die Kurve angegeben. Zum Zeitpunkt to soll die
Umschaltung von A1 auf A, vorgenommen sein. Eine derart exakte Durchführung der
Umschaltung ist in der Praxis nicht möglich. Die Speicherelemente benötigen im allgemeinen
eine gewisse Zeit, um den Endzustand A, zu erreichen. Der Schaltverlauf eines bekannten
Speicherelementes aus einer dünnen magnetisierbaren Schicht wird z. B. durch die
Kurve b dargestellt. Mit einer gewissen Verzögerungszeit t1' und einer Anstiegszeit
T" = t2 - t,' nimmt die Kurve einen derartigen Verlauf, daß sie über den
Sollwert Abis zu einem Wert A2, überschwingt und sich erst nach einiger Zeit des
Nachschwingens zwischen den Werten A., und A., in die neue Ruhelage begibt.
Gemäß der Erfindung soll das Nachschwingen abgekürzt, eventuell sogar das überschwingen
über den Sollwert A, vermieden werden. Die Kurve c gibt an, daß durch- Dämpfung
dieses überschwingen vermieden werden kann, wenn eine Vergrößerung der Anstiegszeit,
in diesem Beispiel Tb = t2" - t,", vertretbar erscheint.
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In F i g. 2 ist der Ausschnitt aus einem bereits bekannten Speicherelement
aus einer dünnen magnetisierbaren Schicht dargestellt, bei dem die dünne magnetisierbare
Schicht in einzelne magnetische Bereiche 1 aufgeteilt ist.
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In F i g. 3 ist demgegenüber gezeigt, wie die erfindungsgemäße Aufgabe
durch Aufteilen des Speicherelements in eine Vielzahl kleinerer magnetischer Teilbereiche
2 gelöst werden kann.
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In F i g. 4 ist das Dämpfungsverhalten von dünnen magnetisierbaren
Schichten der Schichtdicken von etwa 800 A dargestellt, die auf einem geschliffenen
Glasplättchen mit einer Rauhigkeit von etwa 600 A aufgetragen sind. Die Kurve d
gibt an, wie die Spinkonstante a, abfällt, wenn die dünnen magnetisierbaren Schichten
auf Glasplättchen niedergeschlagen sind, die vor dem Niederschlagen verschieden
lang durch Flußsäure abgeätzt worden sind. Die große Rauhigkeit wurde also reduziert.
Mit t ist die Abätzzeit in Minuten angegeben. Bei einer Abätzzeit von etwa 30 Minuten
ist die Oberfläche des Glasunterlagskörpers bereits derart in mikroskopischen Bereichen
eingeebnet, daß die Spinkonstante A, einen Wert von etwa 1,3 # 10-a s-1 erreicht.
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In F i g. 5 ist angegeben, wie durch Abätzung optisch ebener Unterlagskörper
- in diesem Beispiel ein Mikroskopdeckgläschen - die Oberfläche des Unterlagskörpers
durch Ausbildung von Ätzgruben derart aufgerauht wird, daß sich die Spindämpfungskonstante
bei auf derart durch weitere Abätzung aufgerauhten Deckgläschen niedergeschlagenen
Ni-Fe-Schichten um etwa das Doppelte bei einer 45 Minuten dauernden Abätzzeit erhöht.
Die Kurve e gibt das Dämpfungsverhalten magnetisierbarer dünner Schichten an, die
auf verschieden lang einer Ätzbehandlung mit verdünnter Flußsäure unterzogenen Glasunterlagen
niedergeschlagen sind.
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In F i g. 6 ist schematisch die Oberflächenbeschaffenheit einer geschliffenen
Unterlage dargestellt, die etwa dem Punkt M der in F i g. 4 dargestellten Kurve
entspricht. Durch kurze Abätzung der Oberfläche der Unterlage vor der Aufbringung
der magnetisierbaren Schicht auf eine Rauhigkeit entsprechend der F i g. 7 wird
die Dämpfung etwa entsprechend dem Punkt N gemäß F i g. 4 vermindert. Durch weitere
Abätzung erhält die Oberfläche der Unterlage einen im mikroskopischen Bereich ebenen
Verlauf entsprechend der F i g. B. Auf diese Weise ist die Dämpfung einer auf einer
derart abgeätzten Unterlage niedergeschlagenen dünnen magnetisierbaren Schicht gemäß
Punkt O entsprechend F i g. 4 weiter vermindert.