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Die Erfindung betrifft ein Speicherelement, bestehend gemäß dem Zusatzpatent
1252 739 zum Patent 1247 398 aus mehreren stapelförmig übereinanderliegenden magnetischen
Schichten, die jeweils durch magnetische Zwischenschichten solcher Stärke voneinander
getrennt sind, so daß zwischen den Wänden der Domänen der einzelnen übereinanderliegenden
magnetischen Schichten eine Streufeldkopplung stattfindet und die urmagnetischen
Zwischenschichten derart beschaffen sind, daß durch sie hindurch eine inhomogene
indirekte Kopplung zwischen den Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schichten
besteht. Als Zwischenschichten können dabei Schichten aus Siliciumoxid, Siliciumdioxid,
und vorzugsweise mindestens teilweise elektrisch leitende urmagnetische Zwischenschichten
verwendet werden.
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Untersuchungen haben dabei gezeigt, daß magre= tische Schichten, die
durch Zwischenschichten der vorerwähnten Art voneinander getrennt werden, weitgehend
von Blochlinienverschiebungen und damit von dem zum Informationsabbau führenden
»Kriechen« der Wände frei sind. Die Verwendung von wenigstens teilweise elektrisch
leitenden, urmagnetischen (oder nur sehr schwach magnetischen) Zwischenschichten
ergibt den weiteren Vorteil, daß die untere magnetische Feldstärkegrenze für die
kohärente Rotation, d. h. die Schwellfeldstärke H,or und die Schwellfeldstärke HI".
für den Informationsabbau so nahe zusammengelegt werden, daß damit ein koinzident
ansteuerbarer Informationsspeicher mit genügend weiten Toleranzbereichen für die
Schwellfeldstärken und die Steuerfelder möglich wird. Sofern das Speicherelement,
d. h. dessen magnetische Schichten, nach jedem Steuerimpuls gesättigt werden und
sich somit bei jedem Schaltbeginn im Eindomänenzustand befinden, ist die Schwellfeldstärke
für das kohärente und vollständige Rotationsschalter im wesentlichen nur von der
Kristallitgröße der Schichten abhängig und wird durch die urmagnetischen Zwischenschichten
nicht beeinflußt. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, daß sich ein Speicherelement
während seines Betriebes nie in seinem gesättigten, d. h. Eindomänenzustand befindet,
weil es durch impulsförmige Steuerfelder gleichbleibender Stärke, die zur Sättigung
nicht ausreicht, gegebenenfalls dauernd hin- und hergeschaltet wird. Reicht hierbei
ein Steuerimpuls gerade eben aus, um eine Schicht, die sich in ihrem Eindomänenzustand
befindet, nahezu vollständig zu -schalten, so beobachtet man bei Steuerimpulsen
gleicher- Stärke nach einer Reihe von Schaltvorgängen eine Abnahme des schaltbaren
Gebietes und damit eine Verringerung des Schaltsignals.
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Beispielsweise mit Hilfe des magnetooptischen Kerreffekts kann man
hierbei feststellen, daß eine Eindomänenschicht, die durch einen kurzen Magnetfeldimpuls
geschaltet wird, dessen Stärke ausreicht, um den größten Teil der Schicht umzumagnetisieren,
in ihren zur magnetisch leichten Achse parallelen Randzonen schmale, nicht geschaltete
Streifen beibehält. Wenn durch einen zweiten Impuls gleicher Stärke und entgegengesetzter
Polarität der parallel zur leichten Achse liegenden Feldkomponente der mittlere
Bereich der magnetischen Schicht wieder in seine Ausgangslage zurückgeschaltet wird,
dann lösen sich die Wände, die beim erstmaligen Schalten im Bereich der entsprechenden
Randzonen der Schicht gebildet worden sind, nicht - wie an sich zu erwarten ist
- wieder auf, sondern es bildet sich jeweils eine zweite Wand, die parallel zur
entsprechenden ersten Wand ausgerichtet ist. Dieser Vorgang wiederholt sich bei
jedem Schalten, bis unter Umständen die gesamte magnetische Schicht in schmale streifenförmige
und parallel zur magnetisch leichten Achse gerichtete Domänen aufgespalten ist und
damit kein Schalten mehr stattfinden kann. Weitere Steuerimpulse bewirken nur, daß
die Konfiguration der Magnetisierung regelmäßiger und damit energetisch günstiger
wird.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß es für jede Impulsdauer der Steuerimpulse
eine bestimmte Schwellfeldstärke HBI"k gibt, oberhalb der diese Blockierung der
magnetischen Schicht nicht auftritt. Ebenso wie vom Schichtrand her kann diese Blockierung
auch von Kratzern oder ähnlichen Unregelmäßigkeiten in der Schicht ausgehen.
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Die Ursache für die Bildung der ersten Wand bzw. des ersten nicht
geschalteten Streifens dürfte darin bestehen, daß auf Grund der Steuerfelder, die
sich während der Drehung der Magnetisierung an den parallel zur magnetisch leichten
Achse liegenden Schichträndern einstellen, eine Zone nicht einheitlich orientierter
Magnetisierung entsteht. Unmittelbar am Rand der magnetischen Schicht bleibt nämlich
die Magnetisierung nahezu parallel zum Rand, wodurch eine hohe Oberflächenpoldichte
und die damit verbundene große Streufeldenergie vermieden wird. Der Rand selbst
bleibt deshalb während der Drehung in die Ausgangsrichtung magnetisiert.
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Die Ursache für das Nichtverschwinden der Wand beim Zurückschalten
des Elements in die Ausgangslage ist noch nicht völlig geklärt. Die Umwandlung einer
zunächst sehr breiten Wand in eine schmalere, sehr viel unbeweglichere Wand mag
dabei von Bedeutung sein. Es wurde experimentell festgestellt, daß die Schwellfeldstärke
BBlock für die im Hauptpatent vorgeschlagenen Mehrfachschichten höher liegt als
für bei derselben Temperatur niedergeschlagene Einfachschichten von der gleichen
Gesamt-Nickeleisen-Schichtdicke.
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Der vorliegenden Erfindung liegt in Verbesserung des Gegenstandes
nach dem Patent 1252 739 die Aufgabe zugrunde, Speicherelemente der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, die unter Beibehaltung ihrer vorgenannten Vorteile (relativ hohe
Schwellfeldstärke Hi" für den Informationsabbau; geringer Abstand zwischen der Schwellfeldstärke
H,ot und der Schwellfeldstärke HI" für den Informationsabbau) im Sinne der vorstehenden
Erläuterungen »blockierungsfrei« sind, so daß die Speicherelemente selbst durch
kurze -Steuerimpulse geringer Stärke beliebig oft schaltbar sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Speicherelement
der eingangs erwähnten Art vor, daß zumindest - eine der magnetischen Schichten
in den Bereichen ihrer Randzone, und zwar wenigstens ihrer zur magnetischen leichten
Achse der magnetischen Schichten angenähert parallelen Randzone, eine gegenüber
ihrer Schichtmitte erhöhte Schichtdicke aufweist.
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Die verstärkte Randzone wird dann zwar nicht geschaltet, aber dadurch,
daß ihre Magnetisierung aus der magnetisch leichten Achse herausgedreht wird, wird
das magnetische Streufeld, das gemäß den vorstehenden Ausführungen vermutlich die
Ursache für das Blockieren der magnetischen Schicht bildet,
im Gebiet
geringerer Schichtdicke verringert bzw. kompensiert.
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Da die oben beschriebene Blockierung auch bei einfachen ferromagnetischenSchichten
unter der Einwirkung kurzer Feldimpulse beobachtet wurde, kann somit auch die Anwendbarkeit
eines Speicherelements, das aus einer oder mehreren voneinander entfernten einfachen
ferromagnetischen Schichten besteht, durch Anbringen von Zonen mit erhöhter Schichtdicke
entlang der Schichtränder verbessert werden.
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Zur Vermeidung von blockierten Gebieten, die auf Kratzer in der Schicht
zurückzuführen sind, wird gemäß der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß nicht nur
am Rand, sondern über das ganze Element verteilt jeweils zur magnetisch leichten
Achse parallele, voneinander getrennte Streifen erhöhter Schichtdicke mindestens
einer magnetischen Schicht angebracht sind. Dadurch werden die durch die Kratzer
oder den Rand gestörten Streifen von den ungestörten Streifen der Schicht hinsichtlich
ihrer Streufelder isoliert.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung können die magnetischen
Schichten zusätzlich in den Bereich ihrer Randzonen, und zwar wenigstens ihrer zur
magnetisch leichten Achse der magnetischen Schichten parallelen Randzonen zwischenschichtfrei
sein.
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An dieser Stelle sei erwähnt, daß die deutsche Patentschrift
1168 579, welche ein mit einer Vor- ; zugsachse der remanenten Magnetisierung
versehenes magnetisches Dünnschichtelement zur Speicherung von Binärinformationen
beinhaltet, zur Unterbindung des durch Kriechen an den Schichtkörperrändern bedingten
Informationsabbaues vorschlägt, wenigstens die nahezu senkrecht zur Magnetisierungsrichtung
verlaufenden Schichtränder mit kleinerer Schichtdicke auszubilden oder die Dicke
der magnetischen Schicht durch Zusatz von unmagnetischem Material herabzusetzen.
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Im Unterschied hierzu werden durch die Erfindung sogenannte blockierungsfreie
Speicherelemente geschaffen, bei denen wenigstens eine der magnetischen Schichten
in den Bereichen ihrer Randzone, und zwar ihrer zur Vorzugsachse der remanenten
Magnetisierung der magnetischen Schichten annähernd parallelen Randzone, eine gegenüber
ihrer Schichtmitte erhöhte Schichtdicke aufweist oder zwischenschichtfrei, d. h.
frei von isolierenden Schichten, ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Speicherelement nach der Erfindung im Schnitt,
F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherelements,
ebenfalls im Schnitt, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
in der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ansicht, F i g. 4 eine Draufsicht auf ein
Speicherelement, F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in
der F i g. 1 und 2 dargestellten Ansicht. Mit 2 ist eine auf einen Träger
1 aufgebrachte, z. B. aufgedampfte, dünne magnetische Schicht einer Vorzugsachse
der Magnetisierung bezeichnet. Als Träger kann beispielsweise ein gereinigter und
ausgeheizter Glasträger dienen, auf den beispielsweise bei etwa 200° C eine 25 nm
dicke magnetostriktionsfreie Nickel-Eisen-Schicht einer Vorzugsachse der Magnetisierung
aufgebracht ist. Diese magnetische Schicht ist im Bereich ihrer Randzone verstärkt
und mit einer die gesamte Stirnfläche bedeckenden unmagnetischen, elektrisch leitenden
Schicht 3, z. B. aus Kupfer, bedeckt. Auf ihrer von der magnetischen Schicht 2 abgekehrten
Stirnfläche ist die Zwischenschicht 3 mit einer gegebenenfalls ebenfalls im Bereich
ihrer Randzonen verstärkten weiteren magnetischen Schicht 4 der gleichen Magnetisierungsrichtung
bedeckt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist nur der Rand der zuletzt
aufgebrachten magnetischen Schicht verstärkt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist eine größere Anzahl von
parallel zur leichten Achse orientierten Streifen einer magnetischen Schicht verstärkt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sind die magnetischen Schichten
2 und gegebenenfalls 4 lediglich in ihren zur magnetisch leichten Achse parallelen
Randzonen verstärkt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist die unmagnetische Zwischenschicht
3 in zur magnetisch leichten Achse parallele Streifen zerteilt. Zweckmäßigerweise
wird man diese Teilung der unmagnetischen Zwischenschicht auch bei den in den F
i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen wählen.