DE1499676C - Magnetisches Dünnschicht Speicher element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Dünnschicht-Speicherelement mit einer magnetischen Schicht, die aus anisotropen Teilbereichen einer ersten Art und einer zweiten Art besteht, welche parallele Vorzugsachsen und unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wodurch die Teilbereiche der ersten Art wesentlich leichter in die Richtung der harten Magnetisierungsachse auslenkbar sind als die Teilbereiche der zweiten Art, sowie mit der Schicht benachbart verlaufenden Treibleitungen zur Erzeugung von quer zur Vorzugsachse verlaufenden Schreib- und Lesefeldern. Dünnschichtzellen zur Speicherung binärer Informationen kommen bereits in Speichern von Datenverarbeitungsanlagen zur Anwendung. Die verwendeten anisotropen Schichten weisen eine Vorzugsachse der Magnetisierung, die sogenannte leichte Achse, auf, wodurch sich zwei zur Speicherung der binären Werte »1« und »0« geeignete stabile Lagen der Magnetisierung ergeben. Die gespeicherte Information kann durch Anlegen magnetischer Felder, die zu einer Auslenkung oder Umschaltung der Magnetisierung der Schicht führen, ausgelesen werden. Bei Anlegung von Feldern in der zur Vorzugsachse senkrechten, sogenannten harten Richtung erfolgt das äußerst schnelle (Größenordnung Nanosekunden) kohärente Rotationsschalten, während parallel zur Vorzugsachse angelegte Felder ein wesentlich langsamer ablaufendes Wandschalten (Größenordnung Mikrosekunden) bewirken und somit zur Anwendung in Speicheranlagen, die mit extrem hoher Geschwindigkeit arbeiten sollen, ungeeignet sind. Bei den Leseoperationen wird die gespeicherte Information normalerweise gelöscht.

Es wurden auch solche Zellen und Betriebsverfahren entwickelt, die ein zerstörungsfreies Lesen der gespeicherten Informationen gestatten. Bekannte Anordnungen dieser Art weisen zwei über- oder nebeneinander angeordnete Schichten auf, deren leichte Achsen parallel liegen; die beiden durch antiparallele Lage der Magnetisierungen der Schichten gekennzeichneten Zustände werden zur Informationsspeicherung benutzt (L. J. O a k 1 a η d und T. D. R ο s s i η g: »Coincident Current NDRO From Thin Magnetic Films«, Journal of Applied Physics, Suppl. Vol. 30, No. 4, April 1959, S. 54S, 55S). Diese Schichten sind üblicherweise durch eine dünne, nicht magnetische Isolierschicht vorieinander getrennt. Sie können jedoch auch unmittelbar aneinander anliegen (deutsche Patentschrift 1 117 163). Die Magnetisierung der einen Schicht, im folgenden als Schaltschicht bezeichnet, wird bei Ausleseoperationen durch einen auf eine zur leichten Achse der Schichten parallel angeordnete Wortleitung gegebenen Leseimpuls in die harte Richtung gedreht, wobei in einer zur Wortleitung senkrecht angeordneten Leseleitung ein Ausgangsimpuls erzeugt wird. Die zweite* magnetisch »härtere« Schicht, die als Speicherschicht bezeichnet wird, kann nur unter Anlegung größerer oder länger andauernder Magnetfelder geschaltet werden und wird durch einen Leseimpuls nur geringfügig aus der leichten Achse herausgedreht. Die beiden Schichten sind derart angeordnet, daß nach Abklingen des Leseimpulses, bedingt durch die Streufeldkopplung, die Magnetisierung der Schaltschicht in die zur Magnetisierung der Speicherschacht antiparallele Richtung zurückgedreht wird. Diese Ausrichtung der Magnetisierungen entspricht dem binären Wert, der vor der Lescoperation gespeichert war; die Operation ist somit nicht löschend. Eine magnetische Kopplung zweier Schichten, die die Magnetisierungen der Schichten in antiparallele Richtungen zu drehen sucht, wird als negative Kopplung bezeichnet. Doppelschichtzellen mit negativer Kopplung haben den Nachteil, daß die Schreiboperationeh, bei denen die Magnetisierung beider Schichten gegebenenfalls umgeschaltet und in antiparallele Richtungen gebracht werden müssen, entweder relativ komplizierte Schreibimpulsfolgen mit hohem Schaltungsaufwand und langen Schreibzeiten oder aber einen aufwendigen Aufbau der Speicherzelle selbst (Anordnung einer Leitung zwischen den beiden Schichten) erfordern. Bei starker Streufeldkopplung stellt sich zwar die antiparällele Lage der Magnetisierungen von selbst ein, da es sich bei dieser'Ausrichtung der Magnetisierungen jedoch um Wandschaltprozesse handelt, nimmt dieses Schalten für schnelle Speicheranlagen zuviel Zeit in Anspruch. Ferner wird beim Betrieb von Doppelschichtzellen mit negativer Kopplung das Lesesignal dadurch verringert, daß beim Anlegen des Lesefeldes auch die Magnetisierung der Speicherschicht etwas aus der leichten Richtung herausgedreht wird, wodurch in der zur harten Richtung parallelen Leseleitung eine Spannung induziert wird, die die entgegengesetzte Polarität der durch das Schalten der Schaltschicht erzeugten Spannung aufweist.

Es ist ferner ein magnetisches Dünnschichtspeicher-, element bekanntgeworden, das aus einer Magnetschicht besteht, die eine Speicherzone, eine diese umgebende Randzone und eine zwischen Speicher- und Randzone befindliche Trennzone aufweist (deutsche Patentschrift 1 168 579). Bei diesem Speicherelement ist am Übergang von der Trennzone zur Speicherzone die Koerzitivkraft für Wandschalten größer als innerhalb der Speicherzone und der Randzone. Die Trennzone bildet somit eine Barriere gegen ein unerwünschtes Wandschalten, das sogenannte Kriechschalten, das durch Streufelder bei der Auswahl benachbarter Speicherzellen oder durch Halbauswahlfelder bei Koinzidenzauswahl ausgelöst wird und in einheitlichen Schichten von den Schichträndern her die Magnetschicht langsam umschaltet, wobei die gespeicherte Information unkontrolliert zerstört werden kann. Ein solches Speicherelement ist jedoch für ein zerstörungsfreies Lesen gespeicherter Informationen nicht geeignet.

Für Festwertspeicher sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen durch den einzelnen Dünnschichtzellen zugeordnete Magnete den zu speichernden binären Werten entsprechende Vorzugsrichtungen parallel zu einer der beiden leichten Richtungen bestimmt werden, in welche die Magnetisierung nach der unter dem Einfluß eines Wortfeldes erfolgten Auslenkung zurückgedreht wird, wodurch ein zerstörungsfreies Lesen gewährleistet wird (R. E. Ma tick: »Readonly Memory«, IBM Technical disclosure Bulletin, Vol. 5, No. 8, January 1963, S. 67, 68). Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß die die Vorzugsrichtung bestimmenden Felder nicht unter Anwendung elektronischer Schaltungen umgekehrt werden können, wie es für das Einschreiben neuer Informationen wünschenswert wäre.

Es sind auch Dünnschichtzellen mit zwei übereinander angeordneten, durch eine nichtmagnetische metallische Zwischenschicht voneinander getrennte Schichten unterschiedlicher Koerzitivkraft bekannt, bei denen die magnetische Kopplung derart wirkt, daß sie die Magnetisierungen der Schichten in parallele Richtungen zu drehen sucht; eine solche Kopplung

wird als positiv bezeichnet (französische Patentschrift 1 383 012). Der Grund für die in dieser Anordnung erreichte positive Kopplung ist noch nicht genau bekannt; es wird jedoch angenommen, daß sie entweder durch Diffusion kleiner Teilchen magnetischen Materials in die nichtmagnetische Metallschicht oder durch die Elektronen dieser Schicht hervorgerufen wird. Derartige Anordnungen erfordern einen hohen Herstellungsaufwand, da der Grad der magnetischen Kopplung in einem starken Maße von der kristallinen Struktur und der Dicke der Zwischenschicht abhängt.

Es ist außerdem bekannt, zur Erzeugung einer magnetischen Anisotropie in einem Magnetschichtelement über einer ersten Magnetschicht streifenförmige, im Abstand zueinander verlaufende Teile einer zweiten Magnetschicht anzuordnen, die eine andere magnetische Empfindlichkeit wie die erste Magnetschicht aufweisen (französische Patentschrift 1 337 592). Eine Möglichkeit der zerstörungsfreien Informationsentnahme sehen derartige Speicherelemente nicht vor.

Des weiteren wurde auch bereits vorgeschlagen, mit eingetemperten oder zusätzlich aufgebrachten streifenförmigen Zonen erhöhter Anisotropie versehene dünne Speicherschichten zu verwenden, in denen binäre Information durch Dispersionsblockierung der Magnetisierung in Richtung der harten Achse gespeichert wird. Eine magnetische Kopplung zwischen den Zonen erhöhter Anisotropie bzw. zwischen diesen und den dazwischenliegenden Zonen verringerter Anisotropie ist hierbei nur für die Aufrechterhaltung des jeweiligen Speicherzustandes von Bedeutung, während ein zerstörungsfreies Lesen auch bei diesen Schichten nicht möglich ist.

Des weiteren ist es auch bekannt, bei aus Teilbereichen mit unterschiedlicher Koerzitivkraft bestehenden, einschichtigen, dünnen, magnetischen Speicherschichten eine zerstörungsfreie Entnahme dadurch zu erreichen, daß ein mittlerer Teilbereich geringerer Koerzitivkraft und beidseitig von diesem je ein Teilbereich erhöhter Koerzitivkraft vorgesehen wird, deren Grenzlinien mit den magnetischen Vorzugsachsen der drei Teilbereiche parallel verlaufen (USA.-Patentschrift 3 154 768). Die beiden Speicherzustände werden dargestellt, indem der Teilbereich niedrigerer Koerzitivkraft in der einen Richtung und die Teilbereiche erhöhter Koerzitivkraft in der anderen Richtung magnetisiert sind oder umgekehrt. Zur Einspeicherung werden durch ein entsprechendes Impulsprogramm Treibfelder erzeugt, die die Magnetisierung zuerst in eine neutrale Richtung quer zur Vorzugsachse und danach in eine einheitliche Richtung entlang der Vorzugsachse auslenken. Daraufhin wird ein vergleichsweise schwaches Feld quer zur Vorzugsachse angelegt, das nur die Magnetisierung im Teilbereich kleinerer Koerzitivkraft beeinflußt. Dieses Feld wirkt zusammen mit den Streufeldern der benachbarten Teilbereiche erhöhter Koerzitivkraft und stellt die Magnetisierung im Teilbereich geringerer Koerzitivkraft in eine Richtung ein, aus der sie bei Abklingen des Feldes in den gewünschten Speicherzustand einschwenkt. Das Abfragen geschieht durch Anlegen von begrenzten Feldern der letztgenannten Art, durch die nur die Magnetisierung im Teilbereich geringerer Koerzitivkraft ausgelenkt wird, wobei die Streu- oder Demagnetisierungsfelder der anderen Teilbereiche ein völliges Auslenken in die Richtung der harten Magnetisierungsachse verhindern. Nach Abklingen des Feldes kehrt dann die Magnetisierung in den Speicherzustand zurück, den sie vor Beginn des Lesefeldes eingenommen hatte.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß zum Einschreiben von Informationen ein relativ kompliziertes Impulsprogramm benötigt wird. Da zwischen den Teilbereichen unterschiedlicher Koerzitivkraft eine negative Kopplung besteht, tritt außerdem beim Lesen der oben erwähnte Effekt der Schwächung der Lesesignale auf.

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dünnschichtspeicherzelle der letzteren Art, jedoch mit positiver Kopplung der Teilbereiche, anzugeben, die neben dem geringen Herstellungsaufwand solcher Zellen auch eine schnelle Betriebsweise mit einfachem Impulsprogramm und verhältnismäßig starke Lesesignale ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine Anzahl der Teilbereiche der ersten und zweiten Art mit rechtwinklig zur Vorzugsachse verlaufenden Grenzlinien paarweise nebeneinander angeordnet sind, daß die Teilbereiche der ersten und zweiten Art im Speicherzustand parallel magnetisiert sind und daß die Teilbereiche der ersten Art mit den benachbarten Teilbereichen der zweiten Art auf Grund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften eine magnetische Kopplung aufweisen, die nach Anlegen eines Lesefeldes, das in den Teilbereichen der ersten und zweiten Art eine unterschiedliche Auslenkung der Magnetisierung in bezug auf die Vorzugsachse bewirkt, eine Rückstellung der Magnetisierung in den parallelen Zustand zur Folge hat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Ansprüchen ersichtlich. In Verbindung mit mehreren an Hand von Zeichnungen nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematische Darstellungen einer konventionellen Einschlich t-Dünnschichtzelle:

a) in Verbindung mit Eingabe- und Ausgabemitteln;

b) die kritische Kurve einer solchen Zelle,

F i g. 2 Darstellungen des Auf baus und des Verhaltens einer aus Teilbereichen gleicher Dimensionen bestehenden Schicht;

a) einen Schnitt durch eine solche Schicht;

b) das Verhalten der Magnetisierungs- und Kopplungsfeldvt ktoren;

c) ein Diagramm, das die in den Teilbereichen vorhandenen magnetischen Flüsse veranschaulicht,

F i g. 3 Diagramme, die die in der leichten Richtung liegenden Magnetisierungskomponenten M_x in Abhängigkeit von in Richtung der leichten Achse wirkenden Feldstärkekomponenten H_x für verschiedene Schichten zeigen:

a) für eine konventionelle Einzelschicht;
b) für eine Mehrbereichsschicht mit Hb_x < Hc',
c) für eine Mehrbereichsschicht mit Hb_x > Hc,

F i g. 4 Darstellungen des Aufbaus und des Verhaltens einer aus Teilbereichen unterschiedlicher Dicke bestehenden Schicht:

a) einen Schnitt durch eine solche Schicht;

b) das Verhalten der Magnetisierungs- und Kopplungsfeldvektoren ;

c) ein Diagramm, das die in den Teilbereichen vorhandenen magnetischen Flüsse veranschaulicht,

F i g. 5 die kritischen Kurven der Schalt- und Speicherbereiche einer Mehrbereichsschicht (gleiche Dimensionen der Bereiche),

5 6

F ig,.6 die kritischen Kurven der Schalt- und als die durch die Astroide bestimmten Werte. So muß

Speicherbereiche einer Mehrbereichsschicht (unter- beispielsweise ein in der harten Richtung angelegtes

schiedliche Dimensionen der Bereiche), Feld den Wert Hk überschreiten, um ein solches Um-

: F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Dünnschicht- schalten zu ermöglichen; eine zusätzliche Feldkompo-

zelle nach der vorliegenden Erfindung, s nente in Richtung der leichten Achse ist erforderlich,

.· F i g. 8 . schematische Darstellungen des Auf baus um ein eindeutiges Schalten in eine der gewünschten

und der Arbeitsweise eines Festwertspeichers mit nach stabilen Lagen zu erreichen. Es sei hier vermerkt, daß

•der. vorliegenden Erfindung ausgebildeten Speicher- diese Komponente auf verschiedene Art erzeugt

elementen: werden kann, so durch einen auf die Bitleitung 16

a) den Aufbau des Festwertspeichers, io gegebenen Bitimpuls, aber auch, wie im weiteren näher ·. b) das Verhalten der Feld- und Magnetisierungs- erläutert werden wird, durch die zwischen verschiedevektoreri bei einer Leseoperation sowie die resul- nen Schichten oder Schichtbereichen einer Dünntierenden Ausgangssignale in Abhängigkeit von schichtzelle bestehenden magnetischen Kopplungen,
der gespeicherten Information, An Hand der F i g. 2 bis 6 werden im folgenden

Fig.9,10 und 11 Ausführungsbeispiele von Dünn- 15 einige grundsätzliche Erläuterungen gegeben, die zum

schichtzellen nach der vorliegenden Erfindung. Verständnis der die Arbeitsweise der erfindungsge-

Zur -.Veranschaulichung des Schaltverhaltens von mäßen Dünnschichtzelle bestimmenden magnetischen

konventionellen, nur eine Schicht aufweisenden Dünn- Kopplungen notwendig sind.

schichtzellen im praktischen Betrieb eines nach dem F i g. 2 a zeigt das Teilschnittbild einer aus masogenannten Orthogonalfeld-Steuerverfahren betriebe- 20 gnetisierbarem Material bestehenden Filmschicht 20; ilen Magnetschichtspeichers wird auf die Fig. la sie kannz. B. aus 80%Ni und20%Fe bestehen, ihre verwiesen. Es ist eine Dünnschichtzelle 10 gezeigt, Dicke kann etwa 500 Ä betragen. Es sei angenommen, deren leichte Achse Rl parallel zu der von den Ein- daß es sich um eine anisotrope Schicht handelt. Der gäbe-, und ·. Ausgabemitteln bestimmten ^-Richtung Schnitt durch die Schicht erfolgt parallel zur leichten verläuft. Wie bekannt, wird beim Orthogonalfeldver- 25 Richtung. Es sei ferner angenommen, daß die Schicht fahren die Magnetisierung der Schicht beim Auslesen aus verschiedenen streifenförmigen, parallel zur harten und. Einschreiben durch ein in der j-Richtung, d. h. Richtung angeordneten Teilbereichen 23 und 24 bewenigstens angenähert in Richtung der harten Achse steht, die sich in ihren H_K-Werten unterscheiden; die i?ji, wirkendes Wortfeld Hy, das durch einen vom »harten« Bereiche 23 weisen ein höheres H_K, die Worttreiber 11 auf die Wortleitung 12 gegebenen 30 »weichen« Bereiche 24 ein niedrigeres H_K auf.
Impuls erzeugt wird und dessen Amplitude größer ist Fig.2b zeigt die Aufsicht eines Teiles dieser als die Sättigungsfeldstärke Hk (s. F i g. 1 b), in die Schicht. Die an den Schichträndern auftretenden Verj>-Richtung ■ ausgelenkt und die Schicht in dieser hältnisse werden nicht näher behandelt, da dies zum Richtung somit magnetisch gesättigt. Die Polarität Verständnis der Arbeitsweise nicht erforderlich ist. einer beim Auslesen dabei in der Leseleitung 13 indu- 35 Wenn kein äußeres Feld auf die Schicht einwirkt, zierten und an den Leseverstärker 14 gegebenen befinden sich die Magnetisierungen der harten (Mj₁) Spannung, die proportional ist der Änderung der und der weichen (M₁) Teilbereiche in der im Ab-Magnetisierungskomponente in der jc-Richtung, also schnitt A der Schicht gezeigten Lage, d. h. parallel zur dMx/dt, ist kennzeichnend für die in der Zelle ge- leichten Richtung + χ der Schicht. Unter der Anspeicherte Information. Beim Einschreiben bestimmt 40 nähme, daß die geometrischen Abmessungen, Breite ein orthogonal zum Wortfeld, also in der jc-Richtung, und Dicke, der Teilbereiche gleich sind und daß auch wirkendes zusätzliches Bitfeld, das durch einen vom die Flußdichte B einheitlich ist, ergeben sich an den Bittreiber 15 auf die Bitleitung 16 gegebenen Impuls Grenzen der Teilbereiche keine Sprungstellen der in der erzeugt wird, durch seine Polarität den einzuschreiben- leichten Richtung liegenden Komponente M_x des den binären Wert (»0« oder »1«). Durch die Achsen der 45 magnetischen Flusses (A M_x = 0), da Mn — M₁; dies im allgemeinen als Bandleitungen ausgeführten Wort-, ist im Abschnitt A der F i g. 2c veranschaulicht.
Bit- und Leseleitungen wird ein orthogonales Koordi- In den Abschnitten B der F i g. 2 b und 2 c sind die natensystem definiert, dessen x-Richtung im Idealfall Verhältnisse gezeigt, die beim Anlegen eines äußeren parallel zur leichten Achse Rl der magnetischen Feldes H_y in der harten Richtung auftreten, wobei Anisotropie der Schicht liegt. 50 H_y größer als der i/^-Wert der weichen Bereiche

F i g. Ib zeigt die sogenannte kritische Kurve 17, (Ηκι), jedoch wesentlich kleiner als der Hk-Wert der

eine Astroide, die bekannterweise das magnetische harten Bereiche (Ηκιΐ) sein soll. Zunächst wird die

Schaltverhalten einer Eindomänenstruktur beschreibt. Beeinflussung der Magnetisierung der harten Bereiche

Für die im folgenden zu betrachtenden Rotations- vernachlässigt. Der Magnetisierungsvektor M₁ dreht

schaltvorgänge kann für die verwendeten magnetischen 55 sich in die mit M₁ bezeichneten Lage, mit der leichten

Schichten ein Eindomänenverhalten angenommen Richtung einen Winkel φ bildend. Die parallel zur

werden; die Astroide ist also auch für diese Schalt- harten Richtung der Schicht verlaufende Kompo-

schichten gültig. Die x-Achse der Astroide entspricht nente M_iy trägt nicht zur magnetischen Kopplung der

der leichten AchseR_L der Schicht; senkrecht zu R_L Teilbereiche bei; sie beeinflußt nur die Verhältnisse

liegt die sogenannte harte Achse R_H. 60 an den parallel zur leichten Achse verlaufenden

Normalerweise werden die durch die Ausrichtung Schichträndern und wird daher hier nicht weiter be-

der Magnetisierung in eine der beiden durch die leichte rücksichtigt. Die in der leichten Richtung liegende

Achse gegebenen Richtungen gekennzeichneten sta- Komponente M_1x ist um den Faktor cos ψ kleiner

bilen Zustände zur Informationsspeicherung benutzt. (M_1x = M₁ -cos9?) als Mj_1x (= Mu); somit ergeben

Dies ist in Fig. Ib durch die beiden mit »1« und »0« 65 sich an den Teilbereichsgrenzen im AbschnittB der

gekennzeichneten Pfeile 18 und 19 angedeutet. Ein F i g. 2c mit A M_x bezeichnete und durch »+«- und

Rotationsschalten der Magnetisierung kann durch »—«-Zeichen hervorgehobene Sprungstellen des Flus-

magnetische Felder erreicht werden, die größer sind ses. Die Kraftlinien der hierdurch entstehenden, von

+ nach — verlaufenden magnetischen Felder verlaufen teilweise in der der Schicht benachbarten Luft bzw. in der nicht gezeigten Grundplatte, auf der die Schicht aufgebracht ist, teilweise aber auch in der Schicht selbst. Die somit in der Schicht erzeugten, die Richtung der Magnetisierung beeinflussenden Kopplungsfelder sind in F i g. 2b mit +Hb (in den weichen Bereichen) und mit — Hb (in den harten Bereichen) gezeigt.

In den Abschnitten C der Fig. 2b und 2c sind wiederum die Verhältnisse gezeigt, die beim Anlegen eines äußeren Feldes H_y auftreten; im Gegensatz zu der für die Abschnitte B getroffenen Annahme, daß die Magnetisierung Mn vom Feld H_y unbeeinflußt bleibt, wird die Auslenkung von Mu hier mitberücksichtigt. Hierbei wird angenommen, daß auch die harten Bereiche gleiches Schaltverhalten, d. h. kohärentes Rotationsschalten bei H_y > Hkh, zeigen wie die weichen Bereiche. Die unter Einwirkung des Feldes H_y erfolgende Auslenkung der Magnetisierung Mn um den Winkel ψ bewirkt die Verringerung der x-Komponente von Mh auf Mu_x- Mh · cosy. Hierdurch verringert sich A M_x und somit auch die Feldstärke Hb-

Die Abschnitte D der F i g. 2 b und 2 c zeigen die Magnetisierungen und Felder für den Fall einer antiparallelen Lage der Magnetisierungen Mh und M₁, ohne daß ein äußeres Feld angelegt wird. Dieser Zustand ist instabil, wenn die Kopplungsfeldstärke -\-Hbx größer wird als die Koerzitivkraft Hc der weichen Teilbereiche; dieses wird an Hand der F i g. 3 veranschaulicht.

In den F i g. 3 a bis 3 c sind für verschiedene Schichten die Kurven aufgetragen, die die Magnetisierungskomponenten M_x in Abhängigkeit von der Feld- stärke H_x von in Richtung der leichten Achse angelegten äußeren Feldern darstellen.

F i g. 3 a zeigt die Kurve 30 für eine konventionelle homogene Schicht: die Durchgänge durch die H_x-Achse liegen symmetrisch zur Μχ-Achse,. Dies bedeutet, daß die für das Umschalten der Magnetisierung einer solchen Schicht erforderliche Feldstärke H_x etwa gleich der Koerzitivkraft Hc des Schichtmaterials ist, und zwar sowohl beim Schalten vom Zustand »1« nach »0« als auch beim Schalten von »0« auf »1«.

F i g. 3 b zeigt die entsprechende M_x = f (H_x)-Kurve 31, die für die weichen Teilbereiche der in F i g. 2a gezeigten Schicht aufgenommen wurde; die angelegten Felder müssen hierbei so gewählt werden, daß in den harten Bereichen kein Schalten erfolgt. Die Magnetisierung Äfft der harten Bereiche ist in Richtung + Jt ausgerichtet. Die Kurve liegt, bedingt durch den Einfluß der Kopplungsfeldstärke Hb_x zur M_x-Achse, unsymmetrisch; es ergibt sich für die Magnetisierung M₁ eine Vorzugsrichtung, und die für das Umschalten der Magnetisierung erforderliche Feldstärke H_x ist beim Schalten von »1« nach »0«

H_x = Hc + Hb_x

und somit größer als die für das Schalten von »0« auf »1« erforderliche Feldstärke, die

H_x = Hc — Hb_x

ist. Da Hc > Hb_x, sind die beiden Lagen »1« und »0« stabil.

F i g. 3c zeigt wiederum die M_x = f (H_x)-Kurve32 für die weichen Teilbereiche einer der F i g. 2 a entsprechenden Anordnung. Im Gegensatz zu dem in F i g. 3 b gezeigten Fall ist hier jedoch angenommen worden, daß Hc < Hb% ist, wodurch die mit »0« bezeichnete Lage instabil wird.

In den F i g. 4 a bis 4 c sind, ähnlich wie in den Fig. 2a bis 2c, der Aufbau einer Schicht40 mit Teilbereichen unterschiedlicher Hk-Werte sowie die Vektoren der Magnetisierungen und der Feldstärken angegeben. Bei der hier gezeigten Anordnung ist die Dicke der harten Teilbereiche, die sich jeweils aus einem Streifen 43 der Schicht 40 und einer auf ihr aufgebrachten zweiten Schicht 42 zusammensetzen, jedoch größer als die der weichen Bereiche 44.

Wie in den Abschnitten/i der Fig. 4b und 4c gezeigt, sind an den Grenzen der verschiedenen Bereiche Sprungstellen des magnetischen Flusses bereits dann vorhanden, wenn kein äußeres Feld H_y angelegt wird; dieses resultiert in Kopplungsfeldstärken Hb₀, zu denen, wie in den Abschnitten B gezeigt, beim Anlegen eines Feldes Hy noch die Felder Hb hinzukommen. Ähnliche Verhältnisse treten ein, wenn die magnetischen Flüsse der harten und weichen Bereiche unterschiedlich sind. Wählt man für die verschiedenen Bereiche unterschiedliche Streifenbreiten bei konstanter Schichtdicke, so wird Hb₀ zu Null; jedoch wird die Größe der Kopplungsfeldstärken + Hb und — Hb differieren.

In F i g. 5 sind für die in F i g. 2 a gezeigte Schicht die kritischen Kurven für die weichen Teilbereiche (Kurve 50), die im folgenden als Schaltbereiche bezeichnet werden, und für die harten Teilbereiche (Kurve 51), im weiteren als Speicherbereiche bezeichnet, gezeigt. Wie bereits beschrieben, gibt es für die Magnetisierung M₁ der Schaltbereiche infolge der Kopplungsfelder eine bevorzugte Richtung, nämlich die parallel zur Magnetisierung Mn der Speicherbereiche. Vorzugsweise können daher die beiden stabilen Zustände »Mh und M₁ in Richtung +x« und »Mh und M₁ in Richtung — x« zur Speicherung von binären Informationen verwendet werden, wie in der Zeichnung mit »1« und »0« angegeben. Für die weitere Betrachtung sei angenommen, daß sich die Magnetisierungsvektoren zunächst in der mit »1« gekennzeichneten Lage befinden. Bei Anlegung eines Feldes H_y von der Größe

Huh >H_y> H_Kl,

wobei HKh und Ηκι die Hk-Werte der Speicher- bzw. der Schaltbereiche sind, werden die Magnetisierungen Ai₁ um den Winkel φ wenigstens annähernd in die harte Richtung ausgelenkt, während die Magnetisierungen Mh nur um den kleinen Winkel ψ gedreht werden. Hierbei wird vorausgesetzt, daß das Material der Speicherbereiche kohärentes Rotationsschalten ermöglicht; andernfalls tritt eine praktisch vernachlässigbar kleine Beeinflussung der Magnetisierung der Speicherbereiche auf, solange die angelegten Felder kein Wandschalten einleiten. Infolge der magnetischen Kopplung wirken zusätzlich zum Feld H_y die Kopplungsfelder + Hb bzw. — Hb', die resultierenden, die Magnetisierungen beeinflussenden Felder sind mit Hh und H₁ bezeichnet. Die Bestimmung der sich ergebenden Richtungen der Magnetisierungen Mh und AZ₁' erfolgt in bekannter Weise, indem von den Endpunkten der Feldvektoren Hn und H₁ die Tangenten an die entsprechenden Astroiden (Kurve 51 bzw. 50) gelegt werden. Wäre das in Richtung + χ wirkende Kopplungsfeld + Hb nicht vorhanden, würde die Magnetisierung M₁ der Schaltbereiche vollständig in

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die harte Richtung (+ y) ausgelenkt, und nach Ab- Richtung der die Vorzugsrichtung bestimmenden klingen des //^-Feldes gäbe es kein Feld, das die Feldstärke Hbx ist abhängig von der Ausrichtung der Magnetisierung M₁ aller Domänen der Schaltbereiche Magnetisierung in den durch die angegebenen Feldeinheitlich entweder in die+ x- und in die—oc-Richtung stärken i/z nicht schaltenden Speicherbereichen. Die zurückführenwürdejeineAufsplitterungwäredieFolge. 5 Feldstärke Hb_x wurde für die beschriebene Dünnin der in Fig. 2a gezeigten Schicht hingegen dreht die Schichtzelle zu 1,5 Oe bestimmt. Es ist leicht nachzu-Magnetisierung Af₁ in ihre Ausgangslage zurück, da weisen, daß es sich um eine positive Kopplung handelt, sie nicht vollständig in die harte Richtung ausgelenkt d. h., die Magnetisierung der Speicherbereiche sucht wurde und daher in die »näher gelegene« leichte die Magnetisierung der Schaltbereiche in eine Richtung Richtung zurückfällt und da sie unter dem Einfluß des io parallel zur Magnetisierung der Speicherschichten Kopplungsfeldes + Hb steht, das erst nach vollstän- auszurichten. Dies ist in F i g. 7 durch die Magnetisiediger Rückführung der Magnetisierung in die leichte rungen in den Teilbereichen darstellende Pfeile 75 Richtung zu Null wird. Auch Mn kehrt in die leichte und 76 veranschaulicht.

Richtung zurück. Unter Anlegung eines Feldes H_v in der harten

Aus den oben gegebenen Erläuterungen wird er- 15 Richtung, dessen Größe zwischen den Hk-Werten

sichtlich, daß die Kopplungsfeldstärke Hb, die für die der Speicher- und Schaltbereiche liegt, wird die

Dünnschichtzelle in Übereinstimmung mit dem ge- Magnetisierung der Schaltbereiche annähernd in die

speicherten binären Wert vorhanden ist, ein zerstö- harte Richtung gedreht, während die Magnetisierung

rungsfreies Auslesen der gespeicherten Information der Speicherbereiche nur wenig aus der leichten Rich-

gewährleistet, da die Magnetisierung der Zelle nach 20 tung herausgedreht wird. Die in F i g. 7 gezeigte Dünn-

jedem Auslesevorgang wieder in die Ausgangslage Schichtzelle zeigt grundsätzlich das gleiche Verhalten,

zurückgedreht wird. wie es an Hand der F i g. 2 und 4 für die dort gezeigten,

In F i g. 6 sind für die in F i g. 4 a gezeigte Anord- vereinfachten Schichten erläutert wurde,
nung die kritischen Kurven für die weichen Schaltbe- Es wird darauf hingewiesen, daß für den Betrieb der reiche (Kurve 60) und für die harten Speicherbereiche 25 beschriebenen Dünnschichtzelle in einem im Ortho-(Kurve 61) gezeigt. In dieser Figur wird der Einfluß gonalsteuerverfahren betriebenen Speicher eine Diffeder im Zusammenhang mit der F i g. 4 beschriebenen renz der Hk-Werte der Schichtbereiche 73 und 74 für Kopplungsfelder Hb₀ veranschaulicht. die Ausbildung von Speicher- und Schaltbereichen In F i g. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der erfin- unbedingt erforderlich ist, während ein Unterschied dungsgemäßen Dünnschichtzelle gezeigt. Auf eine 3° der i/c-Werte bei dieser Betriebsweise zwar vorteilpolierte Grundplatte 71, die aus nichtmagnetisier- haft, aber nicht notwendig ist.

barem Material besteht, ist eine Ni-Fe-Schicht 70 Im folgenden wird an Hand der F i g. 8 a und 8 b (80% Ni, 20% Fe) aufgebracht; die Schichtdicke eine Ausführungsform eines Festwertspeichers erbeträgt etwa 500 Ä, die Koerzitivkraft Hc des Schicht- läutert, in welchem die beschriebene Dünnschichtzelle materials beträgt 3,5 Oe. Mit 72 sind Streifen eines 35 Verwendung findet.

durch ein Gitter direkt auf die Ni-Fe-Schicht aufge- Während des Betriebes eines permanenten Festdampften Kobalt-Nickel-Films (60 % Co, 40 % Ni) wertspeichers werden nur Leseoperationen und keine gekennzeichnet, der eine wesentlich höhere Koerzitiv- Schreiboperationen vorgenommen. Es ist vor Inbekraft als die darunter befindliche Ni-Fe-Schicht auf- triebnahme jedoch erforderlich, die Magnetisierungen weist, sie beträgt Hc — 13 Oe. Auch die Hk-Werte 4° der Speicherzellen in Übereinstimmung mit den binäder beiden Schichten stehen etwa im Verhältnis der ren Werten, die im Festwertspeicher gespeichert und Hc-Werte, d. h., der Äx-Wert der Co-Ni-Schicht ist er- später ausgelesen werden sollen, auszurichten. Dieser heblich höher als der der Ni-Fe-Schicht. Die Abmes- einmalige Einschreibvorgang kann bei Anwendung sungen sind wie folgt: die Dicke der Filme ist 500 Ä, der beschriebenen Dünnschichtzelle unter Anlegung Streifenbreite und Streifenabstand sind mit 500 μ 45 genügend hoher Felder {H_y > Ηκΐι) auf elektrischem gleich. Da die Schichten sehr dünn sind und in direk- Wege vorgenommen werden. Die hierfür erfordertem Kontakt miteinander stehen, besteht zwischen den liehen Schaltanordnungen sind nicht gezeigt,
aufeinanderliegenden Co-Ni- und Ni-Fe-Schichten In F i g. 8 a ist schematisch der Aufbau des Speichers eine starke Austauschkopplung, die ein voneinander gezeigt. Die Speichermatrix 80 besteht aus in Zeilen unabhängiges Drehen der Magnetisierung in nur einer 5° und Spalten angeordneten Dünnschichtzellen 81, die der beiden Schichten verhindert; dies bewirkt, daß die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zelle aufauch die unter dem Co-Ni-FiIm liegenden Bereiche 73 weisen. Wie angedeutet, ist über jeder Speicherschicht der Ni-Fe-Schicht 70 magnetisch hart werden, d. h., eine der leichten Richtung der Schicht parallele Wortdie nach außen hin wirksamen Hk- und Hc-Werte leitung 82 sowie eine dazu senkrecht verlaufende werden erhöht. Die Schicht 70 besteht somit aus Be- 55 Leseleitung 83 vorgesehen. Die Anordnung der Wortreichen 74 mit relativ geringen Hc- und Hk-Werten und Leseleitungen in der Weise, daß diese Leitungen und aus Bereichen 73 mit relativ hohen Hc- und senkrecht aufeinander stehen, reduziert die gegensei-Hk-Werten. Die ersteren werden im folgenden mit tige induktive Kopplung dieser Leitungen und somit »Schaltbereiche«, die letzteren mit »Speicherbereiche« das Auftreten von Störimpulsen auf ein Minimum, bezeichnet. 60 Der Speicher ist wortorientiert, d. h., bei jedem Lese-Unter Anlegung eines Feldes H_x in Richtung der Vorgang werden eine Anzahl von Speicherzellen, die leichten Achse, wobei der maximale Wert von H_x die ein Wort bildenden binären Informationen entgrößer als der //c-Wert der Schaltbereiche und kleiner halten, gleichzeitig ausgelesen. Wie an Hand der als der //c-Wert der Speicherbereiche sein muß, erhält F i g. 5 beschrieben wurde, ist hierfür für jede Zelle ein man eine Kurve 65 Feld in der harten Richtung etwa von der Größe des M _ *rjj \ Wertes Ηκ\ erforderlich; dieses Feld wird durch von

den Worttreibern 84 jeweils auf eine der Wortleitun-

die der in F i g. 3 b gezeigten Kurve entspricht. Die gen 82 gegebene Impulse erzeugt, wobei in Überein-

Stimmung mit der Adresse des auszulesenden Wortes jeweils ein ausgewählter Worttreiber betrieben wird. Sendet beispielsweise der Worttreiber 84-2 einen Leseimpuls auf die Wortleitung 82-2, so werden die Magnetisierungen Af₁ der Schaltbereiche der von dieser Wortleitung erfaßten Speicherzellen angenähert in die harte Richtung ausgelenkt. Die in jeder der zum auszulesenden Wort gehörenden Zellen auftretende Änderung der in der leichten Richtung (x-Richtung) liegenden Magnetisierungskomponente induziert in der über jeder Zelle angeordneten Leseleitung 83 einen Impuls, der von den jeder der Leseleitungen zugeordneten Leseverstärkern 85 empfangen und verstärkt wird. Während einer Leseoperation empfängt somit jeder Leseverstärker einen Impuls bzw. eine Impulsfolge; die Polarität dieser Impulse ist kennzeichnend für den in der entsprechenden Bitposition des ausgelesenen Wortes enthaltenen binären Wert (»1« oder »0«).

In F i g. 8 b sind die bei einem Lesevorgang auf die Magnetisierung der Schaltbereiche wirkenden magnetischen Felder sowie die resultierenden Drehungen der Magnetisierungsvektoren der Speicher- (Mh) und Schaltbereiche (Af₁) dargestellt. Dieser Figur liegt die Annahme zugrunde, daß die Speicherung einer binären »0« durch die Ausrichtung der Magnetisierungen Mn und Af₁ in Richtung — χ gekennzeichnet ist; die binäre »1« entspricht der Ausrichtung in der + Jt-Richtung. Mit /f_B»₀« bzw. HbH^ ^sm<i die Kopplungsfeldstärken, die auf die Magnetisierung der Schaltbereiche in der — x-Richtung bzw. in der + x-Richtung wirken, und mit H_y das vom Leseimpuls erzeugte Wortfeld bezeichnet. H₁ ist das für die Schaltbereiche der Schicht wirksame resultierende Feld. Kurve 86 zeigt den auf eine der Wortleitungen 82 gegebenen Wortimpuls in Abhängigkeit von der Zeit. Kurven 87 und 88 geben den Spannungsverlauf auf den Leseleitungen 83 für den Fall einer in der zugeordneten Speicherzelle gespeicherten »0« bzw. »1« wieder. Diese Spannungsimpulse werden zur Bestimmung des ausgelesenen binären Wertes einer nicht gezeigten Diskriminierungsschaltung zugeführt.

Die beschriebene permanente Festwertspeicheranlage kann zu einem semipermanenten Festwertspeicher, d. h. einem Speicher, in dem Leseoperationen nur sehr kurze Zeiten erfordern und dessen gespeicherte Informationen durch relativ langsame Schreiboperationen geändert werden können, umgebaut bzw. erweitert werden, indem permanent vorhandene Einschreibmittel vorgesehen werden, die ein Umschalten auch der Speicherbereiche der Dünnschichtzellen ermöglichen. Da es hierbei nicht auf extrem schnelles Schalten ankommt, sind die hierfür erforderlichen Schaltanordnungen wenig kostspielig, selbst in Fällen, wo die für die Leseoperationen bereits vorhandenen Leitungen nicht verwendet werden können.

Soll die beschriebene Dünnschichtzelle in einem Speicher mit zerstörungsfreiem Lesen Anwendung finden, in dem auch Schreiboperationen in sehr kurzer Zeit ausgeführt werden müssen, so wird es erforderlich, die Hk- und Hc-Werte der Speicherbereiche der Dünnschichtzellen zu verringern. Da jedoch ein bestimmtes Verhältnis der Hk- und /ic-Werte der Speicher- und Schaltbereiche gewahrt bleiben muß, werden für die Schaltbereiche sehr niedrige Werte Hk und Hc notwendig (z. B. H_K = 0,5 Oe, H_c = 0,2 Oe). Es sind jedoch Herstellungsverfahren bekanntgeworden, mit denen auch solche Werte erzielt werden können.

An Hand der F i g. 9, 10 und 11 folgen die Beschreibungen einiger weiterer Ausführungsbeispiele von Dünnschichtzellen, die die erfindungsgemäßen Eigenschaften aufweisen.

Bei dem in F i g. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Ni-Fe-Schicht 90 von 400 Ä Dicke auf die polierte Grundplatte 91 aufgebracht. Die Koerzitivkraft des Schichtmaterials beträgt 3,0 Oe. Mit 95 sind durch ein Gitter aufgebrachte SiO-Filme von

ίο 50 · 50 μ Abmessung gekennzeichnet; diese Quadrate sind in Zeilen und Spalten auf der Schicht 90 angeordnet, ihr Abstand beträgt ebenfalls 50 μ. Die mit 92 bezeichnete Schicht besteht aus Co-Ni und weist eine Koerzitivkraft von 13 Oe auf, die Schichtdicke beträgt

etwa 400 Ä. In den Bereichen direkten Kontakts (93) zwischen der Ni-Fe- und der Co-Ni-Schicht erhöhen sich die Hk- und Hc-Werte der Ni-Fe-Schicht unter dem Einfluß der magnetisch harten Co-Ni-Schicht; der SiO-FiIm dient zur magnetischen Entkopplung der Schichten, und somit bleiben die vom SiO-FiIm bedeckten Bereiche 94 der Ni-Fe-Schicht von der harten Schicht 92 praktisch unbeeinflußt.

Bei dieser Ausführungsform weist die Schicht 90, ähnlich wie die Schicht70 der an Hand der Fig. 7 bereits beschriebenen Dünnschichtzelle, Bereiche mit unterschiedlichen Hc- und Hk-Werten auf; die Bereiche 93 können als Speicherbereiche, die Bereiche 94' als Schaltbereiche dienen. Zwischen diesen Bereichen besteht wiederum eine positive Kopplung; die FeIdstärke Hbx wurde mit 2,5 Oe gemessen.

Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind dünne, streifenförmige Silberschichten 102 von etwa 200 Ä Dicke auf die als Träger dienende polierte Grundplatte 101 durch ein Gitter aufgedampft.

Mit 100 ist eine Ni-Fe-Schicht von etwa 500 Ä Dicke und einer Koerzitivkraft von 1,5 Oe gekennzeichnet. In den Bereichen 103 liegt zwischen der Ni-Fe-Schicht und der Grundplatte die Ag-Schicht, die bei der geringen Schichtdicke keine durchgehende Schicht darstellt, sondern aus einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen »Inseln« besteht. Die Ni-Fe-Schicht ist somit praktisch auf einer durch das Ag aufgerauhten Oberfläche aufgedampft, und da die Dicke der ebenfalls dünnen Ni-Fe-Schicht angenähert konstant ist, sind in den Bereichen 103 sowohl die Auflagefläche als auch die Oberfläche der Ni-Fe-Schicht uneben; die hierdurch entstehenden Streufelder bewirken eine Erhöhung des Hc-Wertes der Schicht. Ein Hc von 55 Oe wurde gemessen. Das Ag dient hierbei lediglich zur Aufrauhung der Oberfläche; eine solche Aufrauhung kann auch auf anderem Wege, beispielsweise durch Ätzen oder mechanisch, erfolgen. Die Erhöhung von Hc bewirkt, daß die Richtungen der Elementarmagnetisierungen weiter von der nach außen hin meßbaren, unverändert bleibenden Richtung der Gesamtmagnetisierung der Schicht abweichen, womit eine Erhöhung der für die Auslenkung der Gesamtmagnetisierung in die harte Richtung erforderlichen Feldstärke verbunden ist. Makroskopisch entspricht eine solche Schicht einer Schicht mit einem hohen Hk- In den Bereichen 104 liegt die Ni-Fe-Schicht direkt auf der polierten Oberfläche der Grundplatte 101 auf; hier bleiben die magnetischen Eigenschaften der Schicht unverändert.

Auch bei dieser Ausführungsform weist die Schicht 100, ähnlich wie die Schicht 70 der an Hand der F i g. 7 bereits beschriebenen Dünnschichtzelle, Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften auf; die Bereiche 103 können als Speicherbereiche, die

Bereiche 104 als Schaltbereiche dienen. Zwischen diesen Bereichen besteht eine positive Kopplung; die Feldstärke Hsx wurr"e mit 1,25 Oe gemessen.

Bei dem in F i g. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine durchgehende Ni-Fe-Schicht 110 von . etwa 500 Ä Dicke auf die polierte Grundplatte 111 aufgebracht. Mit 112 sind dünne, streifenförmige Kupferschichten gekennzeichnet, die durch ein Gitter auf die Schicht 110 aufgedampft wurden. Durch eine nach dem Aufdampfprozeß vorgenommene Temperaturerhöhung wird eine Diffusion des Cu in die Ni-Fe-Schicht erreicht, woraus in den Bereichen 113 eine lokale Erhöhung des Hc-Wertes und somit auch eine Erhöhung der für die Auslenkung der Magnetisierung in der. harten Richtung erforderlichen Feldstärke resultiert. Die unbeeinflußten Bereiche der Ni-Fe-Schicht sind mit 114 gekennzeichnet.

Bei dieser Ausführungsform weist die Schicht 110, ähnlich wie die Schicht70 der an Hand der Fig. 7 bereits beschriebenen Dünnschichtzelle, Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften auf; die Bereiche 113 können als Speicherbereiche, die Bereiche 114 als Schaltbereiche dienen. Zwischen diesen Bereichen besteht ebenfalls eine positive Kopplung.

Die Erfindung wurde an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß die hierbei gewählten Anordnungen, Abmessungen und Materialien lediglich bevorzugte Beispiele darstellen. Bei der Ausführung der Dünnschichtzellen lassen sich durch Änderungen der Dimensionierung (der Schichtdicken, der geometrischen Abmessungen und der Anordnung der jeweils durch Gitter aufgebrachten Schichten) sowie durch die Wahl der Hc- und Hk-Werte der verwendeten Schichten andere, den jeweiligen Anwendungszwecken angepaßten Werte, z. B. der Kopplungsfeldstärke, erzielen. Bei der Herstellung der Dünnschichtzellen können zur Erzielung geringerer Hc- und Hk- Werte der Schichten beim Auf dampf ungsprozeß beispielsweise die in nachfolgend angeführten Literaturstellen angegebenen Verfahren verwendet 4c werden: Verfahren zur Verringerung von He'· »Nature«, Vol. 194 (1962), S. 1035, und »IBM Research«, RZ 154 (1964); Verfahren zur Verringerung von Hk' »Proceedings of the Intermag Conference 1964«, Kapitel 9.3.

Weiterhin können bei den im Zusammenhang mit F i g. 10 und 11 erläuterten Ausführungsbeispielen die genannten Materialien, wie das zur Aufrauhung der Grundplatte dienende Silber oder das zur Diffusion verwendete Kupfer, durch andere Stoffe ersetzt werden, so beispielsweise das Silber durch Aluminium, das Kupfer durch Gold. Auch können die in den Beispielen aus 80% Ni/20% Fe bzw. 60% Co/40% Ni bestehenden magnetischen Schichten anderer Zusammensetzung sein.

Als Anwendungsbeispiel wurde ein Festwertspeicher gewählt, für den die Dünnschichtzellen in der beschriebenen Ausführungsform vorzugsweise Anwendung finden können; jedoch können mit ebenfalls der Erfindung entsprechenden, lediglich andere Werte als die der gezeigten Beispiele aufweisende Zellen auch andere Speicheranlagen, wie Speicher mit schnellen Lese- und Schreiboperationen, aufgebaut werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Dünnschicht-Speicherelement mit einer magnetischen Schicht, die aus anisotropen Teilbereichen einer ersten Art und einer zweiten Art besteht, die parallele Vorzugsachsen und unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wodurch die Teilbereiche der ersten Art wesentlich leichter in die Richtung der harten Magnetisierungsachse auslenkbar sind als die Teilbereiche der zweiten Art, sowie mit der Schicht benachbart verlaufenden Treibleitungen zur Erzeugung von quer zur Vorzugsachse verlaufenden Schreib- und Lesefeldern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der Teilbereiche der ersten und zweiten Art mit rechtwinklig zur Vorzugsachse verlaufenden Grenzlinien paarweise nebeneinander angeordnet sind, daß die Teilbereiche der ersten und zweiten Art im Speicherzustand parallel magnetisiert sind und daß die Teilbereiche der ersten Art mit den benachbarten Teilbereichen der zweiten Art auf Grund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften eine magnetische Kopplung aufweisen, die nach Anlegen eines Lesefeldes, das in den Teilbereichen der ersten und zweiten Art eine unterschiedliche Auslenkung der Magnetisierung in bezug auf die Vorzugsachse bewirkt, eine Rückstellung der Magnetisierung in den parallelen Zustand zur Folge hat.

2l Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche (76, 75) als parallel zur harten Magnetisierungsachse verlaufende Streifen ausgebildet sind.

3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung von Teilbereichen der ersten und zweiten Art auf eine magnetische Schicht (70) in begrenzten Bezirken eine weitere aus magnetisierbarem Material bestehende Schicht (72) aufgebracht wird, deren Hk-Wert höher ist als der der ersten Schicht und in den betreffenden Bezirken eine erschwerte Auslenkbarkeit gegenüber dem restlichen Teil der Schicht verursacht.

4. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung von Teilbereichen der ersten und zweiten Art auf eine magnetische Schicht (90) in begrenzten Bezirken eine aus nichtmagnetisierbarem Material bestehende Schicht (95) und anschließend auf die gesamte durch die magnetische Schicht (90) bestimmte Fläche eine weitere aus magnetisierbarem Material bestehende Schicht (92) aufgebracht wird, derart, daß die beiden magnetischen Schichten in den begrenzten Bezirken (94) durch die nichtmagnetische Schicht voneinander getrennt sind und eine erschwerte Auslenkbarkeit gegenüber dem restlichen Teil (93) aufweisen.

5. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Schicht (95) in gleichmäßigen, z. B. quadratischen Flächenteilen gleichmäßig über die erste Magnetschicht (90) verteilt ist.

6. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung von Teilbereichen der ersten und zweiten Art die Oberfläche des Trägers (101) vor dem Aufbringen der aus magnetisierbarem Material bestehenden Schicht (100) in begrenzten Bezirken entweder durch Aufbringen einer dünnen Schicht (102) aus nichtmagnetisierbarem Material eine mikroskopisch rauhe Oberfläche erhält oder durch die Oberflächenstruktur des Trägers örtlich verändernde Maßnahmen

aufgerauht ist, wodurch diese Bezirke eine erschwerte Auslenkbarkeit gegenüber dem restlichen Teil der Schicht aufweisen.

7. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung von Teilbereichen der ersten und zweiten Art auf eine magnetische Schicht (110) in begrenzten Bezirken eine aus nichtmagnetisierbarem Material bestehende Schicht (112), deren Material zumindest teilweise in die darunterliegende Magnetschicht diffundiert, aufgebracht ist, wodurch diese Bezirke eine erschwerte Auslenkbarkeit gegenüber dem restlichen Teil der Schicht aufweisen.

8. Speicherelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Anisotropieunterschied der verschiedenen Teilbereiche hervorgerufene Koppelfeld-

stärke kleiner als die Koerzitivkraft der leichter auslenkbaren Teilbereiche ist, so daß sich bei Abwesenheit äußerer Felder durch die Kopplung eine gemeinsame Magnetisierungsrichtung entlang der Vorzugsachsen der Teilbereiche einstellt, die zur Informationsspeicherung dient.

9. Speicherelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lesefelder so bemessen sind, daß die Magnetisierung der Teilbereiche leichterer Auslenkbarkeit wenigstens angenähert in Richtung der harten Magnetisierungsachse ausgelenkt werden, aus der sie nach Abklingen des Lesefeldes unter dem Einfluß der zwischen den Teilbei eichen der ersten und zweiten Art bestehenden magnetischen Kopplung in die vor Beginn der Leseoperation eingenommene Lage zurückgedreht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

009 545/366