DE1296671B - Magnetischer Duennschichtspeicher - Google Patents

Description

schreitet und kleiner ist als die zur Herbeiführung eines blockierten Zustandes erforderliche Sättigungsfeldstärke.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das auf die Zelle einwirkende Magnetfeld durch einen Elektronenstrahl erzeugt. Da nämlich das erforderliche Schaltfeld eine verhältnismäßig geringe Amplitude aufweist, ist das Magnetfeld eines

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich ein magnetischer Dünnschichtspeicher der obengenannten Art dadurch, daß zum Zweck des beim Einschreiben oder Auslesen erfolgenden Umschaltens der Magnetisie-Magnetisierungsachse blockierte Magnetisierung bzw. io rang aus dem blockierten Zustand entlang der schwedurch eine remanente Magnetisierung entlang der ren Achse in einen stabilen Remanenzzustand entlang leichten Magnetisierungsachse dargestellt werden. der leichten Achse ein Magnetfeld angelegt wird, das

Gemäß dem deutschen Patent 1197 503 ist eine zur Richtung des blockierten Magnetisierungszustan-Speicheranordnung vorgeschlagen worden, bei der des entgegengesetzt gerichtet ist und dessen Feldeine dünne Schicht mit uniaxialer magnetischer 15 stärke einen zur Entsperrung des blockierten Magne-Anisotropie zur Speicherung verwendet wird und bei tisierungszustandes erforderlichen Schwellwert überder die Speicherung eines Binärwertes durch einen
quasistabilen Magnetisierungszustand in der schweren Richtung erfolgt. Die Stabilität der Magnetisierung in der schweren Richtung beruht dabei auf so- 20
genannter magnetischer Winkeldispersion, d. h.,
submikroskopische Inhomogenitäten der Schicht verursachen eine Aufteilung in kleine magnetische Teilbereiche innerhalb eines Speicherfleckes, die sich

nach Abschalten eines eine Ausrichtung in der 25 Elektronenstrahls zur Umschaltung bereits ausreischweren Richtung bewirkenden Magnetfeldes zum chend, und es kann auf entsprechende Treiberleitun-Teil zur einen und zum Teil zur anderen leichten gen verzichtet werden.

Richtung hindrehen und sich bald gegenseitig blök- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

kieren. Die Winkeldispersion ist bei der vorgeschla- wird zur Abtastung des Magnetisierungszustandes genen Anordnung verhältnismäßig stark und beträgt 30 einer Speicherzelle auf diese ein Laserstrahl gerichtet, rund 10°. Zur Umschaltung der Magnetisierung aus und in an sich bekannter Weise wird die durch den der schweren in die leichte Richtung werden bei der jeweiligen Magnetisierungszustand bedingte Drehung vorgeschlagenen Anordnung ein sogenanntes Reck- der Polarisationsebene und somit der in der Speicherfeld in der schweren Richtung, das größer ist als die zelle gespeicherte Binärwert in einem den reflektier-Anisotropiefeldstärke und in Richtung der vorliegen- 35 ten Strahl empfangenden Analysator ermittelt. Bei den Magnetisierung liegt, sowie ein schwächeres in dieser Ausführungsform der Erfindung kann in Verdie gewünschte leichte Richtung weisendes Magnetfeld angelegt. Ein der vorliegenden Magnetisierung
entgegengesetztes Magnetfeld bewirkt dagegen keine
Umschaltung der Magnetisierung, sondern lediglich 40
eine sogenannte »Stauchung« der Magnetisierung,
und die Magnetisierung kehrt nach Abschalten des
»Stauchfeldes« in ihre Ausgangslage zurück.

Aus der französischen Patentschrift 1342 489 ist ein sogenannter permanenter Speicher bekannt, bei dem ebenfalls dünne Schichten mit uniaxialer magnetischer Anisotropie zur Speicherung verwendet werden und bei dem außer den stabilen Magnetisierungszuständen in der leichten Richtung ein senkrecht zur leichten Richtung verlaufender stabiler Magnetisierungszustand durch äußere Felder geschaffen werden kann. Die äußeren Felder werden durch ein entsprechendes Muster von Permanentmagneten geliefert. Dieses Muster von Permanentmagneten stellt die

eigentliche Information dar, und die Information 55 während F i g. 3 die Magnetisierung entlang der harbleibt auch nach wiederholter Ablesung unverändert ten Achse in Abhängigkeit von einem parallel zur erhalten. Die Ablesung erfolgt dadurch, daß parallel harten Achse angelegten Magnetfeld zeigt, zur leichten Richtung verlaufende Leitungen ein F i g. 4 idealisierte Magnetisierungskurven der Ma-

Magnetfeld senkrecht zur leichten Richtung erzeugen gnetisierung entlang der leichten Achse in Abhängig- und daß die darauffolgende Drehung der Magneti- 60 keit eines entlang der harten Achse angelegten Masierung in die Richtung senkrecht zur leichten Rieh- gnetfeldes mit einem verhältnismäßig schwachen tung bzw. das Ausbleiben einer solchen Drehung Koinzidenzfeld entlang der leichten Achse für jede einen Impuls bzw. das Ausbleiben eines Impulses in Magnetisierungskurve einer Speicherzelle mit uni-Leseleitungen zur Folge hat. axialer Anisotropie, welche die in den Fig. 2 und 3

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht 65 dargestellten Magnetisierungskurven bezüglich der darin, die Umschaltung aus einem blockierten Ma- leichten bzw. harten Richtungen aufweisen, gnetisierungszustand in der schweren Richtung in F i g. 5 eine Magnetisierungskurve ähnlich der von

einen stabilen Magnetisierungszustand in der leichten Fig. 3, jedoch unter Berücksichtigung auf Disper-

bindung mit einem Elektronenstrahl zum Abtasten der Speicherzellen auf eine Verdrahtung der Speicherzellen vollständig verzichtet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen stellt dar

F i g. 1 ein Magnetschicht-Speichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Elektronenstrahlanordnung zum Einschreiben von Information in die Zellen und einer optischen Anordnung zum Auslesen von im Speicher enthaltener Information,

F i g. 2 und 3 die idealisierten Magnetisierungskurven für eine Magnetschichtzelle mit uniaxialer Anisotropie; Fi g. 2 zeigt die Magnetisierung entlang der leichten Achse in Abhängigkeit der Stärke eines parallel zur leichten Achse angelegten Magnetfeldes,

sionseigenschaften zurückzuführender Veränderungen,

F i g. 6 Magnetisierungskurven ähnlich denen von F i g. 4, jedoch unter Berücksichtigung auf Dispersionseigenschaften zurückzuführender Veränderungen,

F i g. 7 eine charakteristische Kurve für den normalisierten Entsperrungsschwellwert H_T/H_K in Abhängigkeit der Winkeldispersion für eine Magnetschichtzelle mit uniaxialer Anisotropie für die Magnetisierung und einer Winkeldispersion der leichten Richtung,

F i g. 8 A und 8 B vergrößerte Querschnitte eines Teiles einer magnetischen Dünnschicht-Speicherzelle, wie sie in der Anordnung nach Fig. 1 verwendet werden kann,

F i g. 9 eine starke Vergrößerung einer magnetischen Dünnschichtzone mit uniaxialer Anisotropie zur Darstellung der Wirkung eines Elektronenstrahls bei der Veränderung des remanenten Magnetisierungszustandes zum Einschreiben von Information in diese Zone,

Fig. 10 eine starke Vergrößerung einer magnetischen Dünnschichtzone mit uniaxialer Anisotropie zur Darstellung eines »Bits« für die Speicherung von Information und

Fig. 11 eine Matrixanordnung von Speicherzonen, die aus Magnetschichten mit uni axialer Anisotropie bestehen und in die bzw. aus denen Information eingeschrieben bzw. ausgelesen wird unter dem Einfluß von elektrischen Signalen, die durch in unmittelbarer Nachbarschaft der Speicherzonen angebrachten Leitungen hindurchgeführt werden.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt; dort werden Zonen oder Abschnitte von magnetischen Dünnschichtstreifen mit uniaxialer Anisotropie als Speicherelemente oder -zellen verwendet. Die Magnetisierung in diesen Zellen kann in selektiver Weise einen stabilen Remanenzzustand entlang der harten Achse einnehmen und dadurch einen bestimmten binären Informationswert, beispielsweise »Null«, darstellen. Die Zonen können in selektiver Weise auch wieder entsperrt oder aus der Remanenz in der harten, in eine Remanenz entlang der leichten Achse (genauer: in eine oder beide Richtungen entlang dieser Achse) geschaltet werden, wobei an jede der ausgewählten Zonen ein Magnetfeld verhältnismäßig kleiner Amplitude in einer im allgemeinen zur Richtung des remanenten Magnetisierungszustandes oppositionellen Richtung entlang der harten Achse dieser Zonen angelegt wird. Die remanente Magnetisierung entlang der leichten Achse in einer Zone oder Zelle repräsentiert ein Binärbit, beispielsweise vom Wert »Eins«. Es müssen entsprechende Maßnahmen getroffen werden, um die in den Magnetschichtzellen gespeicherte Information auslesen zu können.

Bevor eine Beschreibung der Fig. 1 in allen Einzelheiten erfolgt, wird zunächst auf die F i g. 2 bis 7 Bezug genommen, mit deren Hilfe die Theorie der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Ausführungsformen erklärt wird. Das in Fig. 2 gezeigte Diagramm stellt eine idealisierte Hysteresiskurve dar für eine Magnetschichtzelle mit uniaxialer Anisotropie, wobei M_x, die Magnetisierung entlang der leichten Achse, als eine Funktion von H_x, die Stärke des angelegten Feldes entlang der leichten Achse, dargestellt ist. H_K bezeichnet die Anisotropiefeldstärke; unter der Annahme, daß Domänenwandbewegung ausgeschlossen ist, tritt für die Magnetisierung entlang der leichten Achse ein Sättigungszustand ein, sobald das entlang zur leichten Achse angelegte Feld den Wert +H_K überschreitet; dies wird durch die Sättigungsmagnetisierung +M_s gekennzeichnet oder durch — M_s, wenn das angelegte VtIaH_x die negative Anisotropiefeldstärke — H_K überschreitet. In einer dünnen magnetischen Schicht versteht man ίο unter Domänenwänden die Grenzen zwischen solchen Zonen, wo die magnetischen Dipole nach verschiedenen Richtungen hin ausgerichtet sind. Die Domänenbewegung, d. h. die Verschiebung solcher Grenzen, erfolgt verhältnismäßig langsam und tritt dann ein, wenn die magnetische Schicht aus der Sättigung in einer Richtung in einen Sättigungszustand in der entgegengesetzten Richtung während eines Zeitraumes umgeschaltet wird, der — grob geschätzt — weniger als 1 μβεΰ beträgt. Eine Domänenao wandbewegung kann im allgemeinen nicht stattfinden, wenn die Schaltzeit weniger als 100 Nanosekunden beträgt. Wenn man in F i g. 2 das entlang der leichten Achse angelegte Magnetfeld von einem Wert größer als +H_K (oder —H_K) auf den Wert Null verringert, so bleibt der remanente Magnetisierungszustand in der Schichtzone bei +M_s (oder — M_s) bestehen; der Remanenzzustand der Magnetisierung für H_x-O ist in Fig. 2 durch die Punkte 20a bzw. 20 & gekennzeichnet.

Fig. 3 zeigt für eine gleiche Zone einer dünnen magnetischen Schicht mit uniaxialer Anisotropie die idealisierte Hysteresiskurve für M_y, die Magnetisierung entlang der harten Achse, in Abhängigkeit von H_y, dem entlang der harten Achse angelegten Magnetfeld. In diesem Fall besteht die Kurve aus einer schräg ansteigenden geraden Linie 22, die sich zwischen den Abszissenwerten — H_K und +H_K erstreckt. Sobald H_y den Wert +H_K überschreitet, so tritt für die Magnetisierung eine Sättigung entlang der harten Achse ein mit dem konstanten Wert +M_s (oder —M_s, wenn das angelegte Feld H_y negativ ist und die Anisotropiefeldstärke —H_K überschreitet). Man kann erkennen, daß bei der Magnetisierungskurve von F i g. 3 keine Hysteresis vorliegt; wenn man also das angelegte Feld H_y von einem Wert, der größer ist als +H_K (oder —H_K), auf den Wert Null reduziert, so reduziert sich auch die Magnetisierung M_y entlang der harten Achse auf Null, wobei keine Remanenz für die Magnetisierung entlang dieser Achse bestehen bleibt.

F i g. 4 zeigt idealisierte Magnetisierungskurven für eine Magnetschichtzone mit uniaxialer Anisotropie, für die auch die in F i g. 2 und 3 gezeigten Kurven gültig sind; gezeigt wird M_x, die Magnetisierung entlang der leichten Achse, in Abhängigkeit von H_y, dem entlang der harten Achse angelegten Magnetfeld (unter gleichzeitigem Vorhandensein eines schwachen Koinzidenzfeldes in der leichten Richtung für jede Kurve).

Zur Erläuterung von F i g. 4 wird angenommen, daß zu Beginn die Magnetschichtzone weder einem Feld in der harten noch in der leichten Richtung ausgesetzt ist und daß die in der betreffenden Zone befindlichen magnetischen Dipole nach beiden Richtungen entlang der leichten Achse ausgerichtet sind, so daß die resultierende Magnetisierung entlang dieser Achse gleich Null ist. Der so gekennzeichnete Magnetisierungszustand der dünnen Schicht wird in

F i g. 4 durch den Ursprung dargestellt, d. h., den Schnittpunkt der M_x- und /^,-Achsen. Wenn ein Magnetfeld entlang der harten Achse in der positiven Richtung angelegt wird, so wird der Magnetisierungszustand der Magnetschichtzelle durch den Kurvenabschnitt 23 α dargestellt. Die Magnetisierung entlang der leichten Achse bleibt Null, während das entlang der harten Achse angelegte Magnetfeld bis zum Wert +H_K ansteigen kann, bei welchem Punkt die Magneerklärt ist, neigen magnetische Schichten mit uniaxialer Anisotropie zur Dispersion, d. h., die leichten Achsen in den verschiedenen Domänen einer Schicht sind nicht alle genau in die gleiche Richtung ausgerichtet. Als Dispersionswinkel bezeichnet man die maximale Winkelabweichung zwischen zwei in verschiedenen Domänen der Schicht auftretenden leichten Richtungen. Als Folge dieser Dispersion treten in Wirklichkeit die in den F i g. 3 und 4 gezeigten ideali-

tisierung in der Schichtzone vollkommen entlang der io sierten Magnetisierungskurven nicht auf. Die m harten Achse ausgerichtet ist; es besteht keine Ma- F i g. 2 gezeigte Hysteresisschleif e in bezug auf die

leichte Richtung bleibt unverändert, wenn die Umschaltung der magnetischen Dünnschicht-Speicher-

gnetisierungskomponente entlang der leichten Achse. Zu diesem Zeitpunkt wird ein kleines Feld entlang der leichten Achse in positiver Richtung angelegt, das den Zweck hat, die Richtung der Magnetisierung in der leichten Achse zu beeinflussen. Anschließend wird das in der harten Richtung angelegte Feld von einem den Punkt +H_K überschrittenen Wert auf einen Wert unterhalb +H_K reduziert. Wenn dies stattfindet, so zelle bei Schaltzeiten der magnetischen Felder erfolgt, die so hoch sind, daß das Auftreten von Domänenwandverschiebungen unterbleibt. Die in F i g. 3 gezeigte Magnetisierungskurve mit in der harten Richtung angelegten Feldern nimmt die Form einer Schleife an — wie in F i g. 5 gezeigt —, wobei sich

drehen sich die magnetischen Dipole in der Schicht 20 jetzt Hysteresiseigenschaften zeigen und infolgedessen

nach der positiven Richtung der leichten Achse, und die Magnetisierung folgt dem Kurvensegment 24 α der in F i g. 4 dargestellten Magnetisierungskurve, bis die Magnetisierung vollständig in der leichten Richtung eine Remanenz auftritt, die durch die Punkte 26 a und 26 b gekennzeichnet ist. Ein entlang der harten Achse angelegtes Magnetfeld mit einer Feldstärke größer als +H_K führt also eine Sättigung der Magne-

liegt; wenn nun die entlang der harten Achse und 25 tisierung beim Wert +M_s herbei; wenn das angelegte

entlang der leichten Achse angelegten Magnetfelder auf Null reduziert werden, so nimmt die Magnetisierung den Remanenzzustand +M_s ein.

Wünscht man zu einem Magnetisierungszustand Feld hernach auf den Wert Null vermindert wird, so stellt sich für die Magnetisierung der Remanenzpunkt 26 a ein. Wenn es keine remanente Magnetisierung gibt, und man legt zunächst ein Magnetfeld an, so

zurückzukehren, bei welchem die Dipole in beiden 30 folgt die Magnetisierung der ansteigenden Geraden

Richtungen entlang der leichten Achse ausgerichtet sind, daß also die resultierende Magnetisierung entlang der leichten Achse gleich Null ist, so legt man wieder ein Feld entlang der harten Achse in positiver oder negativer Richtung an, um eine Drehung der Magnetisierung aus dem entlang der leichten Achse befindlichen Remanenzzustand +M_s vollständig in eine harte Richtung entweder entlang dem Kurvenabschnitt 24 a bzw. 24 c hervorzurufen. Wenn das

27, und man erreicht so lange keine maximale Remanenz, bis die Feldstärke den Wert +H_K (oder -H₁^ überschreitet und dann auf den Wert Null vermindert wird.

In F i g. 5 ist mit H_T das kritische Feld der magnetischen Dünnschicht-Speicherzelle bezeichnet, wodurch das zur Entsperrung notwendige anzulegende Feld bezeichnet wird; Entsperrung, d. h., die Magnetschicht aus dem Remanenzzustand entlang der harten entlang der harten Achse angelegte Feld den Wert H_K 40 Achse in einen praktisch keine Remanenz aufweisenüberschreitet, so hat die Magnetisierung in der leich- den Zustand entlang dieser Achse zu versetzen. Wenn ten Achse den Wert Null angenommen. Anschließend
wird das Feld entlang der harten Achse auf Null reduziert, und die Magnetisierung folgt den Kurvenabschnitten 23 α bzw. 23 b zurück zum Ursprung des
Koordinatensystems.

Die Kurve 23 a und der gestrichelt gezeichnete Kurvenabschnitt 24 & kennzeichnen die Betriebsweise der magnetischen Dünnschichtspeicherzelle für ein in die Magnetisierung entlang der harten Achse beispielsweise den Remanenzpunkt 26 a aufweist, so wird ein an den Film entlang der harten Achse in negativer Richtung angelegtes Feld von einer Größe von mindestens die Magnetisierung H_T über den vertikalen Kurventeil 28 auf den ansteigenden Teil 27 treiben. Solange das negative Feld den Wert H_K nicht überschreitet, wird eine Sättigung bei -M₅ in der

der positiven harten Richtung angelegtes Feld, das 50 negativen Richtung entlang der harten Achse nicht

aber zusammen mit einem schwachen, in der negativen leichten Richtung wirkenden Feld angelegt wird, zur Herbeiführung des remanenten Magnetisierungszustandes —M_s entlang der leichten Achse. Die gestrichelt gezeichneten Kurvenabschnitte 23 b und 24 c kennzeichnen zusammen die Betriebsweise der magnetischen Dünnschicht-Speicherzelle für ein in der negativen harten Richtung angelegtes Feld und ein schwaches, entlang der leichten Achse angelegtes eintreten. Wenn also das negative Magnetfeld abgeschaltet wird, spielt sich der Betrieb entlang der Kurve 27 ab, und die Magnetisierung entlang der harten Achse geht auf Null, wenn auch das entlang der harten Achse wirkende Feld zu Null wird. Anschließend spielt sich der Betrieb der Magnetschicht entlang der ansteigenden Kurve 27 ab, so lange, bis der Film wieder durch Anlegen eines Feldes, das größer ist als +H_K bzw. — H^ in seinen Sättigungs-

Feld zur Beeinflussung des remanenten Magnetisie- 60 zustand getrieben wird, um einen Remanenzzustand rungszustandes auf die positive Richtung der leichten bei den Punkten 26 a bzw. 26 b herbeizuführen. Achse hin. Die gestrichelt gezeichneten Kurven 23 b Wenn der blockierte Remanenzzustand entlang der und 24 d kennzeichnen zusammen die Betriebsweise harten Achse entsperrt oder beseitigt ist, so kann die der magnetischen Dünnschicht-Speicherzelle, wenn magnetische Schicht einen Zustand remanenter Madie sowohl entlang der harten als auch der leichten 65 gnetisierung in einer beliebigen Richtung entlang der Achse angelegten Magnetfelder beide in die entspre- leichten Achse einnehmen, wie dies in Fig. 6 gezeigt chenden negativen Richtungen weisen. ist. Unter Bezugnahme auf F i g. 6 wird man sehen, Wie in der deutschen Patentanmeldung J 27226 daß die dort dargestellten »gekreuzten« Magnetisie-

rungskurven (Magnetisierung entlang der leichten Achse in Abhängigkeit eines entlang der harten Achse angelegten Feldes) ähnlich denen von F i g. 4 sind, wobei jedoch gewisse, auf die Winkeldispersion in den dünnen magnetischen Schichten zurückzuführende Änderungen vorliegen.

Zur Erläuterung von F i g. 6 sei angenommen, daß die magnetische Schicht zu Beginn weder in der leichten noch in der harten Richtung angelegten Feldern unterworfen ist und daß die magnetischen Dipole in der betrachteten Magnetschichtzone nach beiden Richtungen entlang der leichten Achse ausgerichtet sind, so daß sich entlang dieser Achse eine resultierende Magnetisierung vom Wert Null darbietet. Dieser Magnetisierungszustand der Schicht wird durch den Koordinatenursprung in Fig. 6 repräsentiert. Wenn beispielsweise ein Magnetfeld in der positiven harten Richtung angelegt wird, so drehen sich in der Schicht die magnetischen Dipole in eine Richtung entlang der harten Achse, wo die Schicht blockiert wird, wenn die Stärke des angelegten Feldes den Wert +H_K überschreitet. Dies wird durch das Kurvensegment 29a dargestellt, und man bemerkt, daß die resultierende Magnetisierung entlang der leichten Achse unverändert Null bleibt. Wenn das entlang der harten Achse angelegte Feld daraufhin zu Null reduziert wird, so bleibt der blockierte Magnetisierungszustand in der harten Richtung aufrechterhalten; dieser Zustand ist — nachdem das angelegte Feld zu Null reduziert worden ist — durch den Koordinatenursprung in F i g. 6 dargestellt. Die remanente Magnetisierung entlang der leichten Achse ist Null, während sie entlang der harten Achse den durch den in Fig. 5 bezeichneten Punkt 26a charakterisierten endlichen Wert aufweist.

Zu diesem Zeitpunkt wird beispielsweise ein schwaches Magnetfeld in der positiven leichten Richtung angelegt zur Beeinflussung der Umschaltung der Magnetisierung in diese bestimmte leichte Richtung. Als nächstes wird ein Magnetfeld in der negativen harten Richtung angelegt, so daß der Betrieb der Zelle entsprechend dem links vom Ursprung liegenden Kurvenstück 29α (vgl. Fi g. 6) erfolgt. Wenn das entlang der negativen harten Achse angelegte Feld den Wert —H_T erreicht, wird der entlang der harten Achse bestehende blockierte Magnetisierungszustand entsperrt, und die Magnetisierung schaltet entlang des Kurvensegments 30 a in einen remanenten Magnetisierungszustand entlang der positiven leichten Richtung um; daß sie in die positive (und nicht in die negative) Lage übergeht, ist auf das in der positiven leichten Richtung angelegte kleine Feld zurückzuführen. Nach Beseitigung des Feldes in der harten Richtung stellt sich für die Magnetisierung ein Remanenzzustand beim Wert +M_s entlang der leichten Achse ein, wie es in F i g. 6 angedeutet ist.

Wenn man in einen Remanenzzustand entlang der harten Achse zurückzukehren wünscht, so wird wieder ein Magnetfeld beispielsweise entlang der positiven harten Richtung angelegt, so daß die Magnetisierung veranlaßt wird, aus dem Remanenzzustand +M_s in der leichten Richtung durch Drehung in die harte Richtung überzugehen. Dieser Vorgang wird durch das Kurvensegment 31a in Fig. 6 dargestellt. Gleichzeitig wird das entlang der leichten Achse angelegte schwache Feld abgeschaltet. Wenn das in der harten Achse angelegte Feld den Wert +H_K überschreitet, geht die resultierende Magnetisierung in der leichten Richtung auf Null zurück. Anschließend wird das in der harten Richtung angelegte Feld zum Verschwinden gebracht; dabei folgt die Magnetisierung der Kurve 29 a zum Ursprung, wo die resultierende Magnetisierung in der leichten Achse Null ist. Die Remanenz für die Magnetisierung der Zelle entlang der harten Achse wird dabei durch den Punkt 26a in Fig. 5 dargestellt.

Die Kurve 29 a und die gestrichelt gezeichneten

ίο Kurven 306 und 31 & kennzeichnen zusammengenommen die Betriebsweise der magnetischen Dünnschicht-Speicherzelle für ein in der positiven harten Richtung angelegtes Feld, dem noch ein in der negativen leichten Richtung angelegtes schwaches Feld überlagert ist. Man erreicht damit einen magnetischen Remanenzzustand in der positiven harten Richtung und die Entsperrung dieses Zustandes mit einem Übergang in einen magnetischen Remanenzzustand entlang der negativen leichten Richtung. Die gestrichelt gezeichneten Kurven 29 b, 30 c und 31c zusammengenommen kennzeichnen die Betriebsweise des magnetischen Dünnschicht - Speicherelements beim Anlegen eines Magnetfeldes entlang der negativen harten Richtung und eines kleinen Magnetfeldes

as entlang der positiven leichten Richtung; dabei erzielt man einen magnetischen Remanenzzustand in der negativen harten Richtung und die Entsperrung dieses Zustandes mit einem Übergang in eine magnetische Remanenz parallel zur positiven leichten Richtung.

Die gestrichelt gezeichneten Kurven 29 b, 3Od und 31 d zusammen kennzeichnen die Betriebsweise des magnetischen Dünnschicht-Speicherelements beim Anlegen eines Magnetfeldes in der negativen harten Richtung und eines schwachen Magnetfeldes in der negativen leichten Richtung; dabei wird ein magnetischer Remanenzzustand entlang der negativen harten Richtung geschaffen, dieser Zustand anschließend entsperrt und unmittelbar danach die Magnetisierung in einen Remanenzzustand entlang der negativen leichten Richtung übergeführt.

Aus den F i g. 5 und 6 ist ersichtlich, daß H₇ den Entsperrungsschwellwert darstellt, der erreicht werden muß, um die Magnetisierung aus ihrem blockierten Remanenzzustand in der harten Richtung zu entsperren. Man hat gefunden, daß mit zunehmendem Dispersionswinkel der Magnetschicht auch der Wert für H_T zunimmt. F i g. 7 zeigt die Veränderung des normalisierten Entsperrungsschwellwertes H_T/H_K in Abhängigkeit von der Winkeldispersion für eine typische Magnetschichtzone. Ein negativer Wert für H_TIH_K deutet an, daß das Kurvensegment 28 in F i g. 5 auf der rechten Seite von der M^-Koordinatenlinie und nicht wie in der F i g. 5 auf der linken Seite dieser M_y-Achse verläuft. Wenn das der Fall ist, so zeigt sich eine viel geringere Remanenz entlang der harten Achse; dieser Fall ist für die vorliegende Erfindung von keinem Interesse.

In der vorliegenden Erfindung wird der Entsperrungsschwellwert H_T vorteilhaft ausgenutzt zur Umschaltung einer Magnetschichtzone aus ihrem blokkierten Remanenzzustand entlang der harten Richtung einfach durch das Anlegen eines Feldes oder von Feldern ausschließlich entlang der harten Achse. Insbesondere wird bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eine solche magnetische Schicht in fortschrittlicher Weise ausgenutzt, die eine verhältnismäßig kleine Winkeldispersion aufweist im Gegensatz zu einer eine verhältnismäßig große Win-

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ίο

keldispersion aufweisenden Magnetschicht. Eine Magnetschicht mit einer verhältnismäßig kleinen Winkeldispersion in der Größenordnung von 1° ergibt ein verhältnismäßig kleines kritisches Feld H_T in der Größenordnung von 0,01 Oersted, während sich noch immer eine bedeutende Remanenz zeigt. Wenn somit die magnetische Schicht einen Remanenzzustand entlang der harten Achse einnimmt, so genügt schon das Anlegen eines kleinen Feldes in dieser Größenordder gesamten Speicherebene 32 ist am besten aus den Fig. 8A bis 8B zu ersehen.

Fig. 8A zeigt einen Ausschnitt eines Teils der Speicherplatte 32 mit den Bändern 36-2 und 36-3. Als Substrat oder Träger dient eine Glasplatte 38. Vorzugsweise aus Kupfer hergestellte leitende Streifen 40-2 und 40-3 sind auf den Glasträger aufgebracht. Die typische Herstellung besteht im Aufbringen oder Niederschlagen einer vollständigen Kupfer-

nung an die Schicht entlang der harten Achse und in io schicht auf die Glasplatte mit anschließendem Weg

einer Oppositionsrichtung zur Richtung der Remanenz in der harten Achse zur Entsperrung des blockierten Zustandes der Magnetisierung in der Schicht und zu ihrer Umschaltung aus diesem Zuätzen der nicht gewünschten Teile, so daß die gewünschten einzelnen Streifen 40-2, 40-3 übrigbleiben. Als nächstes wird eine Isolierschicht 42, vorzugsweise aus Siliziummonoxyd, auf die Kupferstrei

stand entlang der harten Achse in einen anderen. Das 15 fen 40 aufgebracht, wobei die typische Herstellung

einen Elektronenstrahl begleitende Magnetfeld ist von dieser Größenordnung; infolgedessen gestattet die Erfindung die Anwendung magnetischer Schichten mit uniaxialer Anisotropie, die einen blockierten Zustand in der harten Richtung für eine dispergierte Magnetisierung einnehmen können, für zahlreiche weitere Zwecke als dies sonst möglich ist, wenn man Schaltfelder großer Amplituden braucht, wie das normalerweise bei der Verwendung stromführender Leiter in Magnetschicht-Speicheranordnungen der Fall ist.

Den Entsperrungs- und Umschaltschwellwert kann man auch noch bei Schaltfeldern verhältnismäßig geringer Stärke ausnutzen, auch wenn der Schwellwert verhältnismäßig hoch ist, wie beispielsweise in einer Schichtzone, die eine verhältnismäßig große Winkeldispersion aufweist. Insbesondere kann man ein Vorspannfeld entlang der harten Achse in einer zur Remanenzlage oppositionellen Richtung anlegen, um der Magnetschicht eine magnetische Vorspannung bis in die Nähe des Schwellwertes, aber nicht über dieses hinaus zu erteilen. Man kann dann mit Hilfe eines zusätzlichen Steuerfeldes von verhältnismäßig schwacher Amplitude, das in der gleichen Richtung wie das ebenfalls im Niederschlagen besteht. Auf die Isolierschicht 42 werden schließlich die oberen Bänder 36-2 und 36-3, die vorzugsweise aus einer magnetischen Nickel-Eisen-Legierung bestehen, typischerweise auch wieder durch Niederschlagen einer ganzen Schicht über die Isolierung aufgebracht, dem sich ein Ätzprozeß anschließt, mit dessen Hilfe die einzelnen magnetischen Streifen hergestellt werden.

Wie aus Fig. 8B ersichtlich ist, erstrecken sich das Substrat 38 und der elektrisch leitende Streifen 40-2 vorn und hinten über die Schichten 36-2 und 42 hinaus, so daß an die leitenden Streifen Anschlußleitungen 44-2 befestigt (gelötet) werden können. Jeder leitende Streifen 40 ist mit einem zugeordneten Leiter 44 verbunden, so daß der Bandleiter mit Strom beaufschlagt werden kann. Die Bandleiter 40 dienen der Erzeugung eines magnetischen Feldes, das bei Stromdurchgang entsteht, wobei die von den einzelnen Bandleitungen erzeugten Felder auf einen zugeordneten Streifen 36 lokalisiert bleiben. Auf diese Weise können die Streifen 36 selektiv in einen blokkierten Remanenzzustand entlang ihrer harten Richtung versetzt werden. Falls erwünscht, können alle Streifen 36 zusammen dem Einfluß eines einzigen

Vorspannungsfeld angelegt wird, bei gleichzeitiger 40 magnetischen Feldes ausgesetzt werden, das die Mitwirkung des Vorspannungsfeldes den blockierten Überführung aller Streifenzonen in den blockierten

Remanenzzustand entlang der harten Richtung herbeiführt, wobei sich dieses Magnetfeld über die gesamte Speicherebene32 (vgl. Fig. 1) erstreckt; ein

Magnetisierungszustand entsperren und die Magnetisierung aus dem blockierten Remanenzzustand entlang der harten Achse in einen anderen Zustand umschalten. Das Anlegen einer solchen Vorspannung 45 solches Feld wird beispielsweise aufgebracht mit schafft die Möglichkeit, die genannte Magnetschicht- Hilfe der Spulen 52 und 54, die durch eine geeignete zone mit Hilfe eines nur schwachen Steuerfeldes zu
beeinflussen bzw. zu steuern. Es sollte hier jedoch

festgehalten werden, daß eine Variation des EntEnergiequelle (in F i g. 1 nicht dargestellt) aktiviert werden.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die Speicherebene 32 inner-

sperrungsschwellwertes in einer magnetischen Schicht 50 halb des Gehäuses 34 so untergebracht, daß auf sie von einer Zone zur anderen normalerweise mit zu- ein Elektronenstrahl 46 auftreffen kann, der beispielsnehmender Winkeldispersion zunimmt. Zur Erzielung weise eine konventionelle Elektronenstrahlerzeueiner Gleichförmigkeit des Entsperrungsschwellwertes gungs- und -ablenkeinheit 47 durchläuft. Diese Anwird es deshalb als wünschenswert angesehen, Ma- Ordnung kann beispielsweise der von Schlesinger gnetschichten mit einer verhältnismäßig kleinen Win- 55 in IRE Transactions on Electron Devices, Mai 1962, keldispersion zu verwenden. S. 281 bis 287, unter dem Titel »A Microspot Tube

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel with Very High Resolution« beschriebenen Anordder vorliegenden Erfindung, in dem die oben erläuter- nung ähnlich sein.

ten Erkenntnisse berücksichtigt sind. Das Speicher- In der Anordnung 47 wird der Elektronenstrahl in

system verwendet eine Magnetschicht mit uniaxialer 60 einem bekannten Generator 48 erzeugt und mit Hilfe Anisotropie, wobei das Vorhandensein einer relativ des Ablenkjoches 50 in gewünschter Weise abgelenkt.

kleinen Winkeldispersion und die Heranziehung eines blockierten Remanenzzustandes in der harten Richtung für eine dispergierte Magnetisierung zur Informationsdarstellung typisch sind. Im Inneren eines Gehäuses 34 ist eine Speicherplatte 32 untergebracht. Diese Speicherplatte 32 hat eine rechteckige Form mit darauf befindlichen longitudinalen Bändern 36-1, Für dieses Ablenkjoch sind geeignete Schaltkreise (in F i g. 1 nicht dargestellt) erforderlich, in denen die Ablenksteuersignale erzeugt werden, so daß eine ge- 36-2, 36-3 ... 36-n. Jedes dieser Bänder umfaßt ein magnetisches Schichtspeicherelement, dessen verschiedene Zonen die einzelnen Bit-Bereiche zur Informationsspeicherung darstellen. Die Konstruktion

11 12

naue Positionierung des Elektronenstrahls ermöglicht dem Überweisungszeichen 66 angegebene Form anwird; man kann ihn auf eine ausgewählte Zone der nimmt, so wird diese Zone aus ihrem blockierten in der Speicherzone 32 befindlichen Bänder 36-1, Remanenzzustand entlang der harten Achse entsperrt, 36-2 ... 36-n richten. Wie bereits erwähnt, kann man wenn der Elektronenstrahl 46 auf dieses Gebiet aufin jeder dieser Zonen ein bestimmtes Informations- 5 trifft; die so definierte Speicherzelle zur Speicherung bit speichern. eines Bits wird dann durch den Elektronenstrahl in

Bevor man den Elektronenstrahl auf die Speicher- einen Zustand versetzt, der den Binärwert »Eins«

ebene 32 auftreffen läßt, wird sie für einen kurzen repräsentiert.

Augenblick einem starken Magnetfeld ausgesetzt, das Das Entsperren der Magnetschichtspeicherzelle aus beispielsweise mit Hilfe der Spulen 52 und 54 oder io ihrem blockierten Remanenzzustand entlang der durch selektive Strombeaufschlagung der Bandleiter harten Richtung versetzt sie in Bereitschaft zur Um-44 erzeugt wird. Dieses Feld oder diese Felder ver- schaltung in einen anderen Remanenzzustand entlaufen parallel zu den harten Richtungen der Ma- weder in der einen oder anderen Richtung entlang gnetschichtstreifen 36, welche die Speicherebene der leichten Achse oder auch in einen aufgespaltenen bilden, und dienen zur Herstellung eines blockierten 15 Magnetisierungszustand in beide Richtungen der Remanenzzustandes für die Magnetisierung in der leichten Achse 67 (vgl. F i g. 9). Vorspannungsfelder, harten Richtung jedes einzelnen oder der selektiv die beispielsweise mit Hilfe der zusätzlichen Vorausgewählten Zonen der Streifen nach der Entfernung spannungsspulen 68 und 70 in F i g. 1 erzeugt werden des Feldes oder der Felder. Auf diese Weise werden können und die natürlich durch geeignete, nicht näher alle oder die entsprechend ausgewählten Zonen in 20 ausgeführte Stromquellen aktiviert werden müssen, einen Magnetisierungszustand versetzt, der einen können eingesetzt werden zur Bestimmung der Umbestimmten Binärwert, beispielsweise »Null«, reprä- Schaltungsrichtung für die Magnetisierung, d. h., in sentiert. Wenn der Elektronenstrahl 46 auf eine be- welche neue Remanenzlage entlang der leichten stimmte Zone eines Streifens 36 auftrifft, so findet Richtung die Magnetisierung übergehen wird, sobald eine EntSperrung dieses Remanenzzustandes in der 25 die betreffende Zone aus ihrem blockierten Remaharten Richtung statt mit einem gleichzeitigen Über- nenzzustand entlang der harten Richtung mit Hilfe gang in einen anderen Remanenzzustand für die Ma- des Elektronenstrahles 46 entsperrt worden ist.
gnetisierung entlang der leichten Achse in eine oder In dem Ausführungsbeispiel von F i g. 1 wird der in beide Richtungen entlang dieser Achse zum Zweck Elektronenstrahl 46 veranlaßt, die Streifen 36 der der Darstellung des Binärwertes »Eins«, wie mit Hilfe 30 Speicherebene 32 abzutasten und den Magnetisievon F i g. 9 sogleich erklärt wird. rungszustand ausgewählter Zonen in den Streifen

F i g. 9 zeigt einen Ausschnitt aus einem der zum Zweck des Einschreibens binärer Information Streifen 36. Die Pfeile 60 kennzeichnen den rema- zu verändern. Nach Beendigung dieses Einschreibenenten Magnetisierungszustand in dem Streifen, wo- Vorgangs kann die Information aus dem Speicher bei eine Blockierung der Magnetisierung in Richtung 35 mit Hilfe einer beliebigen, geeigneten Anordnung der mittleren harten Achse 62 der Magnetschicht ausgelesen werden. F i g. 1 zeigt eine mögliche Ausvorliegt. Die Pfeile 60 entsprechen durchaus nicht führungsform unter Anwendung optischer Ausleseder mittleren harten Achse 62 und liegen auch nicht verfahren. Im einzelnen handelt es sich um eine parallel zu ihr, sondern bilden mit dieser Achse einen Lasereinrichtung 71, die einen polarisierten Licht-Winkel a; dieser Winkel α kennzeichnet die Disper- 40 strahl 72 erzeugt, der durch eine Ablenksteuerung 74 sion der Schicht. hindurchgeschickt wird; als Ablenkmittel wird vor-

Dem auf den Streifen 36 auftreffenden Elektronen- teilhafterweise ein aus Kalzit bestehender Deflektor strahl 46 ist ein Magnetfeld zugeordnet, das durch benutzt. Auch für die Ablenksteuerung 74 muß eine den den Strahl 46 umgebenden Vektor 64 dargestellt eigene Schaltung (nicht näher dargestellt) vorgesehen wird. Der Strahlvektor 64 ist auf der rechten Seite im 45 werden, mit deren Hilfe das Auftreffen des polarigroßen und ganzen den Vektoren 60 der remanenten sierten Lichtstrahls in der Speicherebene 32 bestimmt Magnetisierung gleichgerichtet; auf der linken Seite wird. Eine Linse 76 dient der Fokussierung des Lichtdes Strahls ist der Strahlvektor 64 im großen und Strahles auf die Speicherebene,
ganzen den Vektoren 60 der remanenten Magneti- Das durch die Linse 76 hindurchtretende Licht sierung entgegengerichtet. Auf der Ober- und Unter- 50 wird von der Speicherebene 32 reflektiert und gelangt sehe des Strahls (die Bezeichnung erfolgt entspre- in einen Analysator 78. Die Art und Weise, in weichend der Darstellung in F i g. 9) verläuft der Strahl- eher das Licht reflektiert wird, hängt vom Magnetivektor 64 im großen und ganzen zu den Vektoren 60 sierungszustand der die Speicherzelle repräsentierender remanenten Magnetisierung unter einem rechten den dünnen magnetischen Schicht ab, auf die der Winkel. Es ist offensichtlich, daß auf der linken Seite 55 Lichtstrahl auftrifft. Insbesondere wird die Ebene des des Strahls 46 das vom Strahl erzeugte Magnetfeld polarisierten Lichts in einem verschieden großen der remanenten Magnetisierung in den entsprechen- Ausmaß gedreht, je nachdem, ob die Magnetisierung den Streifenzonen entgegenwirkt und deshalb eine in der Schicht entlang der harten oder entlang der EntSperrung dieser Zone aus ihrem blockierten Re- leichten Achse ausgerichtet ist. Man kann den Anamanenzzustand entlang der harten Achse herbei- 60 lysator 78 so einstellen, daß er von der Speicherebene führen wird. Insbesondere überschreitet das Magnet- 32 reflektiertes Licht nur dann weiterleitet oder Überfeld des Elektronenstrahls die kritische Feldstärke H_T trägt, wenn dieses Licht von einer Zone reflektiert (vgl. hierzu F i g. 6) und schaltet die betreffende Zone wurde, deren remanente Magnetisierung entlang der aus ihrem Remanenzzustand entlang der harten Rieh- leichten Achse ausgerichtet ist und somit einen Binärtung um, wie es bereits früher unter Hinweis auf 65 wert »Eins« repräsentiert. Das vom Analysator 78 F i g. 6 erläutert wurde. übertragene oder hindurchgelassene Licht wird von

Unter der Annahme, daß die zur Speicherung eines einem Fotovervielfacher 80 aufgenommen, der ein

Informationsbits bestimmte Zone die in Fig. 10 mit geeignetes Signal erzeugt, das charakteristisch ist für

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den Magnetisierungszustand der durch den Licht- feldes wechselt allerdings von Speicherzelle zu

strahl abgetasteten Schichtzone. Speicherzelle. Beispielsweise erzeugt ein im Leiter

Wie weiter vorn schon festgestellt wurde, werden 100-2 von oben nach unten fließender Strom in bezug in dem Speicher nach Fig. 1 vorzugsweise dünne auf die Speicherzelle92-a2, oberhalb welcher der magnetische Schichten mit uniaxialer magnetischer 5 Strom von links nach rechts fließt, ein nach oben Anisotropie verwendet, für die eine verhältnismäßig gerichtetes Magnetfeld. Derselbe Strom fließt oberkleine Winkeldispersion typisch ist. Infolgedessen ist halb der Speicherzelle 92-b 2 von rechts nach links das den Elektronenstrahl 46 begleitende Magnetfeld und erzeugt deshalb in bezug auf diese Speicherzelle allein für sich ausreichend, die entsprechenden ein nach unten gerichtetes Magnetfeld. So kommt Speicherzellen der Streifen 36 in der Speicherebene io es, daß die durch Strombeaufschlagung eines Leiters zu entsperren und damit den Remanenzzustand ent- 100 erzeugten Magnetfelder in bezug auf benachbarte lang der harten Achse zu beseitigen. Wenn die Speicherzellen immer von entgegengesetzter Richtung Winkeldispersion in diesen Streifen so groß sein entlang der mittleren harten Achse sind,
sollte, daß das Magnetfeld des Elektronenstrahls Jede Speicherzelle 92 ist durch ein bestimmtes allein zur Entsperrung dieser Zonen nicht ausreicht, 15 Leitungspaar 98, 100 definiert, d. h., für je einen so kann man ein auf die ganze Speicherebene 32 Leiter aus der Leitungsgruppe 98 und je einen Leiter einwirkendes Vorspannungsfeld anlegen. Ein solches aus der Leitungsgruppe 100 gibt es immer nur eine Feld kann durch die Spulen 52 und 54 aufgebracht einzige Speicherzelle 92, die von diesem Leitungspaar werden, wobei die Feldrichtung entgegengesetzt zur überdeckt ist. Beispielsweise erstrecken sich der Leiter Remanenzrichtung entlang der harten Achse ver- 20 98-& und der Leiter 100-2 zusammen nur über die laufen muß. Die Größe des Vorspannungsfeldes ist Zelle92-ö2. Durch Paarung der Leiter 98 und 100 jedoch kleiner als der Entsperrungsschwellwert H_T läßt sich also jede beliebige Zelle der Speichermatrix (vgl. Fig. 6); aus diesem Grund wird jede Speicher- selektiv und eindeutig wählen,
zelle nur dann umgeschaltet, wenn das den Elek- Definitionsgemäß sei angenommen, daß für jede tronenstrahl 46 begleitende Magnetfeld in Kombi- 35 Speicherzelle ein remanenter Magnetisierungszustand nation mit dem Vorspannungsfeld einwirkt, wobei entlang der harten Achse mit Ausrichtung nach unten diese beiden Felder in ihrem Zusammenwirken den den Binärwert »Eins« darstellen soll. Eine remanente Entsperrungsschwellwert überschreiten. Magnetisierung in irgendeiner leichten Richtung oder

Fig. 11 zeigt einen Speicher, in dem Magnet- auch ein aufgespaltener Magnetisierungszustand, bei schichten mit uniaxialer Anisotropie verwendet wer- 30 dem die magnetischen Dipole nach beiden Seiten

den und Information mit Hilfe von Signalen einge- entlang der leichten Achse ausgerichtet sind, soll

schrieben und ausgelesen wird, die sich in diesem einen Binärwert »Null« darstellen. Es wird ange-

FaIl über elektrische Leitungen fortpflanzen im nommen, daß alle Speicherzellen 92 sich zu Beginn

Gegensatz zu Fig. 1, wo ein Elektronenstrahl- in ihrem »Null«-Zustand befinden.
Schreib- und ein optisches Lesesystem angewendet 35 Durch selektive Strombeaufschlagung gewisser

wurden. Der Speicher nach Fig. 11 umfaßt eine Leiter98 und 100 wird in bestimmten Speicherzellen

dünne magnetische Schicht 90 mit uniaxialer Aniso- 92 ein der binären »Eins« entsprechender remanenter

tropie, die in einzelne, zu einer Matrixanordnung zu- Magnetisierungszustand hergestellt, wobei die Ma-

sammengefaßte Zonen oder Speicherzellen 92 unter- gnetisierung in diesen ausgewählten Zellen nach teilt ist. Die Speicherzellen sind in Zeilen a, b und c 40 unten weist. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, in

und Spalten 1, 2 und 3 angeordnet; die Anzahl der der Zelle 92-b 2 eine binäre »Eins« zu speichern,

Zeilen und Spalten ist willkürlich. Die Kennzeichnung so wird durch den Leiter 98-b ein Strom von rechts

der Speicherzellen innerhalb dieser Matrixanordnung nach links und durch den Leiter 100-2 ein Strom von

erfolgt durch Angabe von Zeile und Spalte; beispiels- oben nach unten hindurchgeschickt. Die in diesen

weise trägt die genau in der Mitte der Matrix befind- 45 Leitern fließenden Ströme fließen in bezug auf die

liehe Zelle die Bezeichnung 92-& 2. Die harten Achsen Zelle 92-£2 von rechts nach links und, da die Zelle

der Zellen 92 verlaufen im allgemeinen parallel zu sich unterhalb der Leiter befindet, erzeugen infolge-

der durch den Pfeil 94 gekennzeichneten mittleren dessen in bezug auf die Zelle ein nach unten gerich-

harten Richtung. In analoger Weise verlaufen die tetes Magnetfeld parallel zur mittleren harten Achse

leichten Achsen der Filmzonen allgemein parallel zu 50 94. Die durch die Leiter fließenden Ströme erzeugen

der durch den Pfeil 96 angedeuteten mittleren leich- gemeinsam ein Magnetfeld entlang der mittleren

ten Richtung. harten Achse, dessen Feldstärke größer ist als H_K

Oberhalb der Speicherzellen 92 verlaufen die Leiter (vgl. Fig. 5 und 6), so daß die Zelle 92-b 2 in einen

98-a, 98-6 und 98-c; jeder dieser Leiter erstreckt sich blockierten Remanenzzustand in der harten Richtung

über eine Zeile von Speicherzellen 92 und verläuft 55 versetzt wird, wobei die Richtung der magnetischen

parallel zur mittleren leichten Richtung 96. Ein durch Remanenz nach unten weist. Jeder der beiden Ströme

diese Leiter fließender Strom erzeugt ein magnetisches für sich reicht nicht aus zur Erzeugung eines den

Feld, das in der harten Richtung wirkt. Wert H^ übersteigenden Magnetfeldes, und folglich

Auch die Leiter 100-1,100-2 und 100-3 erstrecken wird nur in derjenigen Zelle der blockierte Rema-

sich über die magnetischen Speicherzellen 92, wobei 60 nenzzustand in der harten Richtung erzeugt, über die

jedoch jeder dieser Leiter immer mit einer Spalte beide stromführenden Leiter hinwegführen,

von Speicherzellen zusammenwirkt. Durch eine Auch das Auslesen von Information aus dem

mäanderförmige Leitungsführung wird erreicht, daß Speicher wird mit Hilfe der Leiter 98 und 100 be-

diese Leiter im Bereich der Speicherzellen 92 parallel werkstelligt. Wenn man beispielsweise den Magneti-

zur mittleren leichten Richtung 96 verlaufen, so daß 65 sierungszustand der Zelle 92-b 2 abfragen möchte, so

ein durch diese Leiter fließender Strom in bezug auf wird ein Abfragestrom von unten nach oben durch

die Speicherzellen ein in der harten Richtung wirken- den Leiter 100-2 geschickt. Der Strom ist von aus-

des Magnetfeld erzeugt; die Richtung dieses Magnet- reichender Stärke zur Erzeugung eines nach oben

gerichteten Magnetfeldes entlang der mittleren harten Richtung 94 mit einer den Wert H_T (vgl. F i g. 6) übersteigenden Feldstärke. Wenn die Zelle 92-b 2 einen nach unten ausgerichteten blockierten Remanenzzustand entlang der harten Achse aufweist, so wird die Zelle durch das vom Auslesestrom erzeugte Magnetfeld entsperrt, und es kommt in dieser Zelle zu einer Ausrichtung der magnetischen Dipole entlang der leichten Achse. Das Verschwinden der remanenten Magnetisierung entlang der harten Achse in der Zelle 92-b 2 bewirkt die Induktion eines Stromimpulses im Leiter 98-b; dieses induzierte Lesesignal kann mit Hilfe eines geeigneten Leseverstärkers und -detektors (in Fig. 11 nicht dargestellt) ermittelt werden; sein Auftreten zeigt an, daß die Zelle 92-6 2 sich vor dem Abfragen in einem dem Binärwert »Eins« entsprechenden Magnetisierungszustand befunden hat. Wenn die magnetischen Dipole in der Zelle 92-b 2 bereits entlang der leichten Achse ausgerichtet waren, d. h., daß in der Zelle eine binäre »Null« gespeichert war, so tritt keine Veränderung des Magnetisierungszustandes entlang der harten Achse auf, und infolgedessen wird auch kein Lesesignal in die Leitung 98-b induziert. Diese Art des Abfragens des Speichers hat die Zerstörung der vorher in der Zelle gespeicherten Information zur Folge; d. h., nach erfolgter Abfrage befindet sich die Zelle in einem der binären »Null« entsprechenden Magnetisierungszustand, unabhängig davon, welche Information vor dem Abfragen in der Zelle gespeichert war.

Jeder durch einen Leiter 100 hindurchgeschickte Abfrageimpuls erzeugt in bezug auf eine ganze Spalte von Speicherzellen entsprechende magnetische Abfragefelder. Es werden auf allen Leitungen 98 irgendwelche Impulse auftreten. Durch bloße induktive Kopplungseinfiüsse zwischen den Leitern 100 und 98 entstandene Störimpulse sind jedoch in ihrer Amplitude wesentlich niedriger als die in den Leitungen 98 auftretenden Lesesignale, die durch die Entsperrung einer Zelle aus ihrem blockierten Remanenzzustand entlang der harten Achse entstehen. Man kann diese verschiedenen Impulse auf Grund ihrer Größe voneinander unterscheiden, so daß man effektive Ausgangsimpulse nur dann auftreten lassen kann, wenn eine Zelle aus ihrem blockierten Remanenzzustand entlang der harten Achse entsperrt worden ist, d. h. wenn in ihr eine »Eins« gespeichert war.

In der Speicheranordnung nach Fig. 11 werden binäre Werte »Eins« in die Zellen eingeschrieben durch selektive Impulsbeaufschlagung von entsprechenden Paaren von Leitern 98 und 100 mit Strömen, die in bezug auf die Zahlen in der gleichen Richtung fließen und in ihrem Zusammenwirken Magnetfelder von einer den Wert H_K übersteigenden Feldstärke erzeugen. Das Auslesen wird erzielt durch Impulsbeaufschlagung eines Leiters mit einem Strom, der ein Magnetfeld erzeugt mit einer zwischen H_T und H_K liegenden Feldstärke; die Richtung dieses Abfragefeldes ist entgegengesetzt zur Richtung des Einschreibefeldes, durch das die Zelle in den Speicherzustand »Eins« versetzt wurde.

In der Beschreibung ist bisher davon ausgegangen worden, daß es nicht notwendig ist, Maßnahmen vorzusehen zum selektiven Einschreiben von »Null« in die Zellen, da diese ohnehin bei jeder Abfrage in den »Null«-Zustand versetzt werden. Ein solches selektives Einschreiten von »Null« kann jedoch für manche Fälle durchaus wünschenswert sein; man kann dies auf folgende Weise erzielen: Betrachtet sei beispielsweise wieder die Speicherzelle 92-b2. Man kann diese Zelle selektiv aus dem »Eins«-Zustand in den »Null«- Zustand versetzen durch Strombeaufschlagung der Leiter 98-b und 100-2; der Strom im Leiter 98-£> fließt von links nach rechts, während der Strom im Leiter 100-2 von unten nach oben fließt. Oberhalb der Zelle 92-62 fließen beide Ströme von links nach rechts und erzeugen in ihrem Zusammenwirken ein Magnetfeld, das parallel zur mittleren harten Achse 94 nach oben gerichtet ist. Das von beiden Strömen erzeugte Feld ist ausreichend zur Entsperrung der Zelle aus ihrem blockierten Remanenzzustand in einer nach unten weisenden Richtung entlang der harten Achse. Unter Hinweis auf F i g. 6 muß das auf den Stromfluß in den Leitern 98-b und 100-2 zurückgehende kombinierte Magnetfeld mindestens so groß sein wie das kritische Feld H_T, aber kleiner als die Anisotropiefeldstärke H_K. Ein Strom allein, sei es der des Leiters 98 oder der des Leiters 100, reicht zur Erzeugung eines den Wert H_T (vgl. F i g. 6) übersteigenden Magnetfeldes nicht aus. Es wird also nur die dem betreffenden stromführenden Leitungspaar 98 und 100 zugeordnete Speicherzelle aus dem entlang der harten Achse nach unten gerichteten blokkierten Remanenzzustand entsperrt.

Wie bereits früher erwähnt, eignet sich für die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als uniaxiale magnetische dünne Schicht vorzugsweise eine solche, die eine verhältnismäßig kleine Winkeldispersion aufweist, so daß (vgl. F i g. 6) das kritische FeIdZi₇- verhältnismäßig klein ist, während gleichzeitig die Hysteresiskurve der Schicht eine ziemlich bedeutende remanente Magnetisierung entlang der harten Achse aufweist. Eine solche Schicht kann beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt werden.

Die in der Nickel-Eisen-Schicht auftretende Winkeldispersion läßt sich beeinflussen und auf einen verhältnismäßig kleinen Wert, wie er für die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erwünscht ist, reduzieren durch entsprechende Beeinflussung irgendwelcher der folgenden Faktoren:

1. Substrattemperatur während des Auf dampf Vorganges (s. hierzu A. J. Hardwick, »Interrelationsship of Substrate Temperature and Angle of Incidence Effects upon Anisotropy Variations in Evaporated Nickel-Iron Thin Films«, Journal of Applied Physics 34, Nr. 4, Teil 1, S. 818 (April 1963), und J. Engleman und A. J. Hardwick, American Vacuum Society 1962 Proceedings, S. 103).

2. Rauhigkeit der Substratoberfläche.

3. Niederschlagsrate der magnetischen Nickel-Eisen-Schicht (vgl. hierzu J. Engleman und A. J. Hardwick, American Vacuum Society 1962 Proceedings, S. 103).

4. Einführen von Störstellen oder Verunreinigungen in die magnetische Schicht, beispielsweise Chrom, Kupfer und Molybdän (vgl. hierzu K. Y. Ahn, W. R. Beam, »Properties of Molybdenum Permalloy Films«, 9th Annual Conference Magnetism and Magnetic Materials, Atlantic City, November 1963).

909 523/370

5. Feldrichtungsänderungen während der Bildung der Magnetschicht.

6. Zeitdauer der Aufrechterhaltung einer verhältnismäßig hohen Temperatur für die magnetische Schicht nach der Aufdampfung.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Dünnschichtspeicher mit eine uniaxiale magnetische Anisotropie aufweisenden Speicherzellen, deren Magnetisierung sowohl entlang der leichten Magnetisierungsachse als auch infolge von Blockierung durch schwache Dispersion der Magnetisierung entlang der schweren Magnetisierungsachse stabile Zustände einnehmen kann und bei denen die beiden Binärwerte (»Null«, »Eins«) durch eine entlang der schweren Magnetisierungsachse blockierte Magnetisierung bzw. durch eine remanente Magnetisierung entlang der leichten Magnetisierungsachse dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck des beim Einschreiben oder Auslesen erfolgenden Umschaltens der Magnetisierung aus dem blockierten Zustand entlang der schweren Achse (62, 94) in einen stabilen Remanenzzustand entlang der leichten Achse (67, 96) ein Magnetfeld angelegt wird, das zur Richtung des blockierten Magnetisierungszustandes entgegengesetzt gerichtet ist und dessen Feldstärke einen zur Entsperrung des blockierten Magnetisierungszustandes erforderlichen Schwellwert (H₁) überschreitet und kleiner ist als die zur Herbeiführung eines blockierten Zustandes erforderliche Sättigungsfeldstärke (H_K).

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Zelle (66) einwirkende Magnetfeld durch einen Elektronenstrahl (46) erzeugt wird.

3. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Zelle (66, 92) einwirkende Magnetfeld durch die Überlagerung zweier Magnetfelder zustandekommt, die zumindest in dem Bereich der Zelle parallel zueinander und zur Richtung des blockierten Magnetisierungszustandes entlang der schweren Achse (62, 94) entgegengesetzt gerichtet sind, wobei die Feldstärke jedes einzelnen Feldes für sich allein unterhalb des zur Entsperrung erforderlichen Schwellwertes (H₇) liegt.

4. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Feld durch das einen Elektronenstrahl (46) begleitende Magnetfeld und das andere Feld durch ein auf mehrere Speicherzellen (66) einwirkendes Vorspannungsfeld gebildet wird.

5. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetfelder mit Hilfe von matrixförmig angeordneten, selektiv stromdurchflossenen Leitern (98, 100) gebildet werden, die im Bereich der Speicherzelle (92) parallel zueinander und parallel zur leichten Magnetisierungsachse (96) geführt sind.

6. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten der Magnetisierung aus dem blockierten Magnetisierungszustand entlang der schweren Achse (62, 94) in eine vorbestimmte Richtung entlang der leichten Achse (67, 96) zusätzlich ein in diese vorbestimmte Richtung gerichtetes schwaches magnetisches Feld vorgesehen ist.

7. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung des Magnetisierungszustandes einer Speicherzelle (66) auf diese ein Laserstrahl (72) gerichtet wird und in an sich bekannter Weise die durch den jeweiligen Magnetisierungszustand bedingte Drehung der Polarisationsebene und somit der in der Speicherzelle gespeicherte Binärwert in einem den reflektierten Strahl empfangenden Analysator (78) ermittelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen