DE1474393A1 - Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichereinrichtung - Google Patents

Description

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Böblingen, 21. Dezember 1965
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Anmelderin: International Business Machines Corporatin,

Armonk 10 504, N. Y.

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenz. d. Anm. : Docket 10 794

Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichereinrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichereinrichtung für Binärwerte, insbesondere eine Speichereinrichtung, die aus dünnen magnetischen Schichten aufgebaut ist. Es sind magnetische Speichereinrichtungen bekannt, bei denen auf einem in regelmäßigen Abständen gelochten Metallstreifen magnetisches Material um die Lochstelle aufgetragen ist. Durch jedes Loch führt ein Leiter. Die Einstellung eines Speicherwertes erfolgt mittels überlappender Ströme durch den Metallstreifen und durch die
die Löcher durchsetzenden Leiter. Die Ablesung erfolgt durch einen Strom
durch den Metallstreifen; die Leiter durch die Löcher dienen dabei als Ausgangsleitungen.

Wenn bei derartigen Speicherzellen der Metallstreifen allseitig mit magnetischem Material begleitet ist, so existieren geschlossene Flußpfade, für das vom Strom durch den Metallstreifen und für das vom Strom durch den Leiter

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im Mittelloch verursachte Magnetfeld. Ein solcher Zustand ist für die Betriebsweise des Speicherelementes erwünscht. Zur Herstellung solcher Speicherelemente muß aber jeder Metallstreifen separat allseitig mit magnetischem Material umgeben werden. Für die Massenherstellung solcher Speicherelemert e, wie sie für Speicher großen Fassungsvermögens in großen Stückzahlen erforderlich sind, ist ein solches Verfahren jedoch sehr aufwendig.

Zur Verbesserung des Herstellungsverfahrens für solche Speicher unter möglichst vollständiger Wahrung der Forderung nach geschlossenen magnetischen Flußpfaden für beide Erregerfelder wird erfindungsgemäß das Speicherelement durch aufeinanderfolgende Ablagerung einer magnetischen, einer elektrisch leitfähigen und einer weiteren magnetischen Schicht hergestellt. Der magnetische Flußpfad für das vom Leiter durch das Mittelloch erzeugte Feld ist dabei vollständig geschlossen. Für das vom Strom durch den Streifen erzeugte Magnetfeld ist der Flußpfad nur durch die sehr geringe Schichtdicke dieses Streifens unterbrochen. Es ergibt sich ein geringerer Erregerstromaufwand.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichereinrichtung für Binärwerte mit Speicherelementen aus je zwei bandförmigen, durch ein kreisförmiges mit Mittelloch versehenemZwischenstück verbundenen Teilen, die aus elektrisch leitendem Material bestehen und mit magnetisierbarem, Remanenz aufweisendem Material überzogen sind und die durch Ströme in dem elektrisch leitenden Material und in einem das

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Mittelloch durchsetzenden Leiter betrieben werden, mit dem Merkmal, daß auf einen elektrisch isolierenden, mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckten und in regelmäßigen Abständen mit Löchern versehenen Träger übereinander eine erste magnetische, eine elektrisch leitende und eine zweite magnetische Schicht von jeder einem Speicherelement entsprechenden geometrischen Form aufgetragen werden, wobei die Mitiellöcher der kreisförmigen Zwischenstücke mit den Löchern des Trägers fluchten.

Bei dem erfindur^sgemäßen Verfsh ren werden vorteilhaft Schichtdicken von der Größenordnung 10 A benutzt.

Das nachfplgend beschriebene Ausführungsbeispiel und dessen Anwendung werden durch Zeichnungen erläutert.

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.sir-

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Speichersystems;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch Fig. 1 längender Linie 2-2;

. Fig. 3 zeigt ein Inapuls diagramm für den Betrieb der Speicher-

einrichtung und

Fig. 4 zeigt eine Speichereinrichtung mit mehreren Speicher

elementen.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicheranordnung ist nur ein Speicherelement 10 enthalten. Dieses ruht auf dem Träger 12, der aus einer Isolierschicht 14, z. B. einer Glasplatte, mit einer leitfähigen Schicht 16 z. B. aus Silber besteht. Das Speicherelement selbst besteht aus einem ersten Streifen 18 aus magnetischem Material, z. B.

ο Permalloy, mit einer Dicke von etwa 5.000 A , der auf der leitfähigen Schicht aufliegt; aus einer zweiten ^elektrisch leitfähigen Schicht 20, die auch aus Silber bestehen kann, eine Dicke von etwa 2.000 A hat und auf dem magnetischen Streifen 18 aufgetragen ist; sowie aus einem weiteren Streifen 22 aus magnetischem Material, z. B. auch Permalloy, mit einer

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Dicke von 5.000 A, der auf dem zweiten leitfähigen Streifen 20 liegt.

Die Streifen 18, 20 und 22 auf dem Träger 12 bestehen vorzugsweise aus bandförmigen Teilen 24 und 26 mit einem kreisförmigen Zwischenstück 28, dessen Durchmesser größer ist als die Breite der bandförmigen Teile. Das kreisförmige Zwischenstück enthält eine Mittelöffnung 30 beliebiger Form, die sich durch die drei Streifen und den Träger erstreckt; dieses geht noch deutlicher aus der Fig. 2 hervor. Das kreisförmige Zwischenstück dient zur Speicherung.

Der zweite Streifen 20, der die Wortleitung der Anordnung bildet, ist an einer Seite mit einem Wort-Leitungstreiber 32 und am anderen Ende mit dem Abschlußwiderstand 34 verbunden. Ein Leiter 36, der als Bit- und als Abfühl-Leitung dienen kann, durchsetzt die öffnung 30 und ist an einem Ende mit einem Schalter 38 , am anderen Ende mit einem Schalter 40 verbunden. Mit dem Schalter 38 kann der Leiter 36 entweder an einen Bittreiber 42 oder an Erde angeschlossen werden; der Schalter 40 verbindet das Leitungsende entweder mit Erde oder mit einer Belastung, die ein üblicher Abfühlverstärker sein kann. Die Schalter 38 und 40 werden vorzugsweise gleichzeitig betätigt, derart, daß der Treiber 42 und Erde bzw. die Last und Erde gleichzeitig angeschlossen sind. Dank der Schalter kann der Leiter 36 gleichzeitig als Treiber und als Abfühlleitung benutzt werden· Bei Verzicht auf die Schater müßte eine separate Leitung für jeden Verwendungszweck vorgesehen werden. Es ist ohne weiteres möglich, die Öffnung

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30 groß genug für die Aufnahme zweier Leiter auszubilden.

Die in Fig. 3 gezeigte Impulsfolge kann für den Betrieb der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung benutzt werden. Zum Eintragen eines Binärwertes in das Speicherelement 10, d« h. in das kreisförmig Zwischenstück 28 der beiden magnetischen Streifen 18 und 22, wird vom Worttreiber 32 der Fig. 1 ein positiver Wortstrom (obere Zeile von Fig. 3) durch die Wortleitung 20 geschickt; dieser verursacht in den beiden magnetischen Streifen ein Magnetfeld, das in Fig. 2 durch die mit 46 bezeichneten Teile angedeutet ist und das senkrecht zur Stromrichtung verläuft. Durch die Leitung 36 wird aus dem Bittreiber 42 ein positiver oder negativer Bitstrom (mittlere Zeile der Fig. 3) geschickt, der um die Öffnung 30 herum ein im Uhrzeigersinn oder entgegen Uhrzeigersinn verlaufendes magnetisches Feld hervorruft. Der von der Wortleitung 20 hervorgerufene magnetische Fluß umschlingt die Wortleitung, wobei die mit den Zeilen 48 (Fig. 2) angedeuteten Streufelder den Flußpfad schließen. Da die Wortleitung 20 sehr dünn ist, besteht eine starke magnetische Kopplung zwichen den beiden Streifen 18 und 20 in Richtung des Wortstromes. Aue Fig. 3 ist zu ersehen, daß sich der Wortstrom und der Bitstrom zeitlich teilweise überläppen· Der Wortstrom richtet die Elementarmagnete der Streifen 18

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und 22 aue, ohne daß eine Kopplung mit der Bitleitung 36 besteht. Vor dem Ende des Wortimpulses setzt der Bitstrom ein und das von ihm hervorgerufene !Magnetfeld ruft im kreisförmigen Zwischenstück 28 beider Streifen ein die öffnung 30 umschlingendes Magnetfeld hervor, dessen Richtung von der Polarität des Bitstromes abhängt. Dem durch den Pfeil 50 angedeuteten Uhrzeigersinn der Flußrichtung kann der Bitwert 1, der Gegenrichtung der Bitwert 0 zugeordnet werden. Die Ausrichtung der Elementarmagnete im Speicherelement 10 geschieht durch einen Drehvorgang, der bekanntlich sehr schnell verlaufen kann. Wortstrom und Bitstrom können auch gleichzeitig einsetzen, dabei muß der Bitstrom nach dem Wortstrom enden. Es können indessen auch andere Impulsfolgen benutzt werden.

Während des Schreibvorgange β befinden sich die Schalter 38 und 40 der Fig. 1 in der durch ausgezogene Linien dargestellten Lage. Zum Lesen nehmen die Schalter die durch gestrichelte Linien dargestellte Lage ein. Es wird dann der Wortleitung 20 ein Wortstrom zugeführt, wie er in Fig. 3 in der oberen Zeile dargestellt ist. In der (jetzt) AbfühUeitung 36 wird beim Einsetzen des Wortstromes eine Spannung induziert, die in der Fig. in der unteren Zeile dargestellt ist. Die Polarität dieser abgefühlten Spannung hängt vom Speicherwert, 1 oder 0, ab, der vorher eingetragen wurde. Bei diesem "orthogonalen" Schaltvorgang (die erzeugenden Felder stehen senkrecht aufeinander) kann durch Anlegen eines Wortimpulses, dessen

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Magnetfeld kleiner ist als der Schwell wert, zerstörungsfreies Lesen bewirkt werden. Unter Schwellwert ist dabei ein solches Magnetfeld zu verstehen, das eine reversible Beeinflussung der Elementarmagnete verursacht, jedoch keine bleibenden Flußänderungen des Speicherelementes bewirken kann.

Es ergibt sich also, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung praktisch jederzeit ein geschlossener Flußpfad vorhanden ist, wodurch die Anforderung an den Wortstrom und den Bitstrom vermindert werden. Weiterhin ist für den eigentlichen Speicherfluß infolge der Formgebung der dünnen Schicht ein vollständig geschlossener Flußpfad vorhanden; diese Form-"Anisotropie" kann durch die Schichtdicke,die Wahl des Schichtmaterials und durch den Abstand zwischen den Streifen 18 und 22 beeinflußt werden«

Das magnetische Material der Streifen 18 und 22 kann, wie gesagt. Permalloy sein. Es kann jedoch auch ein anderes bekanntes Matrial mit zwei stabilen Remanenzzuständen, mit oder ohne magnetischer Anisotropie benutzt werden. D ie verschiedenen Schichten können, falls erforderlich, in Gegenwart eins s Magnetfeldes nacheinander auf der Isolierschicht 14 des Trägers 12 durch bekannte Verfahren, z. B. Aufdampfen oder Elektroplattierung, aufgebracht werden. Die leitfähigen Schichten 16 und 20 können anstatt aus Silber auch aus Kupfer, Aluminium oder Gold bestehen und erforderlichenfalls in be-

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kannter Weise mit glättenden oder isolierenden Zwischenschichten, ζ. Β. Silicium-Monoxyd, bedeckt werden. Die geometrische Form der beiden bandförmigen Teile 24 und 26 und des kreisförmigen Zwischenstückes kann durch bekannte Verfahren, z. B. die Anwendung von Masken, Benutzung vorgestanzter Streifen oder durch Ätztechnik aus größeren Schichten magnetischen bzw. leitfähigen Materials hergestellt werden. Die Isolierschicht 14 und der Träger 12 können vorgestanzte oder vorgebohrte Öffnungen haben, welche die Lage des Speicherelementes 10 bestimmen. Die Länge der bandförmigen Teile 24 und 26 kann bis zum Wert 0 verkleinert werden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 enthält Speicherelemente 10.1 bis 10. 9, die in Seitenansicht dargestellt sind. Die Speicherelemente ruhen aif den Trägern 12.1, 12.2 und 12. 3. Dieses Speicherelement kann ebenso beschaffen sein wie das in den Fig. 1 und 2 gezeigte. Ebenso kann der Träger gleichen Aufbau besitzen wie dort. Das Speichersystem ist wortorganisiert; es hat eine Reihe von waagerechten Wortleitern 20.1, 20. 2 und 20. 3 und mehrere, vertikalverlaufende Bit- und Abfühlleitungen 36.1, 36.2 und 36.3. Diese Wortleitung speist mehrere Speicherelemente z. B. die Wortleitung 20.1, die Elemente 10.1, 10.2 und 10.3, usw. Alle Wortleitungen sind auf einer Seite an die Auswahl- und Treiberschaltung 52

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auf der anderen Seite über einen Abschlußwiderstand, 34.1, 34. 2 bzw. 34. 3 an Erde angeschlossen. Die Schaltung 52 wählt eine bestimmte Leitung aus und liefert auf diese Stromimpulse wie der Worttreiber der Fig. 1. Jede der Bitleitungen 36.1 bis 36. 3 ist über Schalter an Belastung oder Erde bzw. an einen Treiber oder Erde genauso angeschlossen, wie es in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Lediglich die Bit-Auswahl- und Treiberschaltung 54 hat zusätzlich noch die Funktion der Auswahl einer der Bitleitungen zu übernehmen.

Wenn beim Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Anordnung Bits vom Wert 1 und 0 in Speicherelemente einzuschreiben sind, z. B. in die Elemente 10.7 , 10. 8 und 10.9 der Wortleitung 20. 3 dann wird die Auswahl- und Treiberschaltung 52 veranlaßt, einen in Fig. 3 gezeigten Wortstrom durch diese Wortleitung zu schicken und die entsprechende Schaltung für die Bitleitungen 54_t liefert zu den Bitleiturg en 36.1, 36.2 und 36. 3 Ströme der in Fig. 3 mittlerer Zeile gezeigten Art, wobei die Polarität von dem Wert des einzutragenden Bits abhängt. Die Größe der Bit ströme und der Wortströme wird dabei so prahlt, daß ein B it-Magnetfeld, das zu einer nicht ausgewählten Wortleitung gehört, nicht gestört wird. Zum Lesen der in den Speicherelementen 10.7, 10. 8 ujid 10.9 gespeicherten Werte wird, wiederum von

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der Schaltung 52 aus, ein Wortstrom durch die Leitung 20. 3 geschickt, des· sen Größe ausreichend ist, das die Öffnung eines Speicherelementes umschlingende Magnetfeld zu verändern. Die infolge dieser Flußänderung in den Bit- AbfühUeitern 36.1, 36. 2 und 36. 3 induzierten Spannungen sind abhängig vom Speicherwert und gelangen zu den Belastungen 44. 1, 44.2 und 44. 3, welche Abfühlverstärker für die Verarbeitung bipolarer Signale sein können. Bei den eben beschriebenen Vorgängen s ind natürlich die Schalter 38 und 40 jeweils entsprechend einzustellen. Für die Benutzung der übrigen Speicherelemente ist die Arbeitsweise analog.

Die Herstellung der in Fig. 4 gezeigten Anordnung kann folgendermaßen vor sich gehen. Auf eine etwa 0, 75 mm dicke Isolierschicht, z. B. eine Glasplatte, mit entsprechenden Löchern wird eine dünne Schicht leitfähigen Materials, ζ . B. Silber, aufgetragen. Darüber folgt eine Schicht aus magnetischem Material, z. B. Nickel-Eisen, mit einer Dicke von 5.000 Ä, dann folgt eireetwa 2.000 R dicke leitfähige Schicht, z. B. Silber. Schließlich wird eine zweite magnetische Schicht von wieder etwa 5.000 A, z. B. Nickel-Eisen, als zweiter magnetischer Film aufgetragen. Während des Auftragens der Schichten wirkt ein Magnetfeld ein, das parallel zu der Rihe von Öffnungen gerichtet ist, welche einer Wortleitung zugeordnet sind.

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Die zwei magnetischen und die zweite leitf-ähige Schicht werden so geätzt, daß die in Fig. 1, mit den Bezugszeichen 24, 28 und 26 bezeichnete Form entsteht'. Die Gesamtdicke der Anordnung beträgt mit den angegebenen Einzelmaßen 0,1 mm. Wenn mehrere solche Anordnungen mit einem Mitten-Abstand von 0,125 mm angeordnet werden, lassen sich 200 Speicherstellen auf eine in Richtung der Bitleitung gemessene Strecke von 25 mm anordnen.

In Fig, 4 sind nur neun Speicherelemente gezeigt. Selbstverständlich kann die Zahldbr Speicherelemente sowohl in Richtung der Bitleitungen als auch der Wortleitungen beträchtlich vergrößert werden. Statt aus zwei bandförmigen und einem kreisförmigen Teil können die ein Speicherelement bildenden beiden magnetischen Schichten auch Rechteckform haben mit einer öffnung in ihrer Mitte. Um aber die Kopplung zwischen den einzelnen Bits durch magnetische Streufelder zu vermindern, ist es vorteilhaft, das magnetische Material zwischen den die Öffnung umgebenden Teilen möglichst zu vermindern wenn nicht ganz zu beseitigen.

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Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichereinrichtung

   für Binärwerte mit Speicherelementen aus je zwei bandförmigen, durch ein kreisförmiges mit Mittelloch versehenem Zwischenstück verbundenen Teilen, die aus elektrisch leitendem Material bestehen und mit magnetisierbarem, Remanenz aufweisendem Material überzogen sind und die durch Ströme in dem elektrisch leitenden Material und in einem das Mittelloch durchsetzenden Leiter betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen elektrisdx isolierenden mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckten und in regelmäßigen Abständen mit Löchern versehenen Träger mit an sich bekannten Verfahren übereinander eine erste magnetische, eine elektrisch leitende und eine zweite magnetische Schicht von je der einem Speicher element entsprechenden geometrischen Form aufgetragen werden, wobei die Mittellöcher der kreisförmigen Zwischenstücke mit den Löchern des Trägers fluchten.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schichten eine Dicke von etwa 5.000 A , die elektrisch leitende Zwischenschicht eine Dicke von etwa 2.000 & haben.

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