DE1296195B - Speicherelement - Google Patents

Speicherelement

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DE1296195B
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DE
Germany
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magnetic
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layer
magnetic layers
storage element
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Application number
DE1965S0096581
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Dr Ernst
Feldtkeller
Dipl-Ing Dr Karl-Ulrich
Stein
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist nur der Rand der zuletzt aufgebrachten magnetischen Schicht verstärkt.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist eine größere Anzahl von parallel zur leichten Achse orientierten Streifen einer magnetischen Schicht verstärkt.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Speicherelement, bestehend aus mehreren stapelförmig übereinanderliegenden magnetischen Schichten, die jeweils durch unmagnetische Zwischenschichten solcher Stärke voneinander getrennt sind, so daß zwischen den Wänden der Domänen der einzelnen übereinanderliegenden magnetischen Schichten eine Streufeldkopplung stattfindet und die unmagnetischen Zwischenschichten derart beschaffen sind, daß durch sie hindurch eine inhomogene indirekte Kopplung zwischen den Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schichten besteht, nach Zusatzpatent 1252739, dadurch gekennz e i c h n e t, daß zumindest eine der magnetischen Schichten in den Bereichen ihrer Randzone, und zwar wenigstens ihrer zur magnetisch leichten Achse der magnetischen Schichten angenähert parallelen Randzone, eine gegenüber ihrer Schichtmitte erhöhte Schichtdicke aufweist.
  2. 2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten jeweils in zur magnetisch leichten Achse parallele, voneinander getrennte Streifen zerteilt sind.
  3. 3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schichten in den Bereichen ihrer Randzone, und zwar wenigstens ihrer zur magnetisch leichten Achse der magnetischen Schichten parallelen Randzone, zwischenschichtfrei sind.
  4. 4. Speicherelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Randzonen noch weitere parallel zur leichten Achse liegende Streifen mindestens einer magnetischen Schicht verstärkt sind.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB845604A (en) * 1956-12-07 1960-08-24 Sperry Rand Corp Methods and apparatus for switching magnetic material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB845604A (en) * 1956-12-07 1960-08-24 Sperry Rand Corp Methods and apparatus for switching magnetic material

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