DE1499703A1

DE1499703A1 - Magnetischer Duennschicht-Datenspeicher

Info

Publication number: DE1499703A1
Application number: DE19661499703
Authority: DE
Inventors: Simon Middelhoek
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-07-09
Filing date: 1966-07-08
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3445830A; GB1092986A; FR1485085A

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. H. E. BÖHMER

703 BDBLIMGEN SINDELFINGER STRA83E 49 FERNSPRECHEH (0 7031) 6 6130 40

Böblirgen, S- Ju* t km-hn

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket 10 767

Magnetischer Dünnschicht-Datenspeicher

Magnetischer Dünnschicht-Datenspeicher mit orthogonal zueinander verlaufenden/ einer dünnen, isotropen Magnetschicht benachbarten Treibleitern zum Erzeugen von dem Magnetisierungszustand der Schicht beeinflussenden Magnetfeldern.

Bekannte magnetische Dünnschicht-Datenspeicher verwenden anisotrope Magnetschichten, d.h. Magnetschichten_?die eine Achse schwerer Magnetisierung und eine orthogonal zu dieser verlaufende Achse leichter Magnetisierung aufweisen. Wenn kein Magnetfeld an diese Schichten angelegt wird, nehmen sie stets einen Magnetisierungszustand ein, der parallel zur Achse der schweren Magnetisierung, auch Vorzugsachse genannt, verläuft. Eine Einspeicherung erfolgt in der Weise, daß ein Magnetfeld in Richtung der leichten Magnetisierungsachse angelegt wird, wodurch die Magnetisierung parallel zu dieser Achse ausgerichtet wird. Während des Abklingens dieses Feldes wird ein zweites Feld wirksam, das parallel zur Vorzugsachse verläuft und dessen Richtung den einzuspeichernden Binärwert bestimmt. Eine Magnetisierung entlang der Vorzugsachse in der einen Richtung ist demnach dem einen Binärwert, z.B. eins, zugeordnet und eine Magnetisierung in der entgegengesetzten Richtung dem anderen Binärwert, z.B. null. Mit diesen Schichten ausgerüstete Speicher besitzen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, da die

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Änderung der Magnetisierungsrichtung durch kohärentes Drehschalten der Magnetisierungsvektoren erfolgt. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß der Speicherzustand dieser Magnetschichten relativ störanfällig gegen Streufelder ist, die in der Schicht ein sogenanntes Kriechschalten bewirken. Hierbei werden die Magnetisierungsvektoren kleiner Bereiche nacheinander inkohärent umgeschaltet, so daß die gespeicherte Information nach mehrmaliger Einwirkung derartiger Störfelder verlorengeht. Ein weiterer Nachteil von Speichern dieser Art besteht darin, daß die Vorzugsachsen der verschiedenen Magnetschichtelemente relativ genau zueinander und zur Richtung eines Teiles der Treib- bzw. Leseleitungen ausgerichtet sein müssen. Die Herstellung der Speicher wird hierdurch verteuert.

Es ist auch bereits bekannt (USA-Patent 3 047 423), dünne magnetische Schichten mit isotropen Eigenschaften herzustellen und als multistabile magnetische Speicherelemente zu verwenden. Es wird hierzu die Eigenschaft derartiger Speicherschichten ausgenutzt, jeweils in demjenigen Magnetisierungszustand zu verbleiben, durch den sie durch Anlegen eines Feldes gebracht worden sind. Beispielsweise kann eine derartige Magnetschicht mit Hilfe von zwei orthogonal zueinander verlaufender Treibleitern,denen bipolare Impulse in selektiver Koinzidenz zugeführt werden, in vier stabile Zustände gebracht werden. Die Magne-, tisierungsrichtungen dieser Speieherzustände verlaufen in einer Richtung von 45 zu den Treibleitern. Bei einer derartigen Speichereinrichtung ist es nachteilig, daß sie einen relativ hohen Aufwand an Steuer- und Schaltmitteln zur Erzeugung der bipolaren, koinzidenten Impulse erfordert.

Es ist außerdem durch den Artikel vom M. S. Cohen "Anomalous Magnetic Films", Journal of Applied Physics, Volume 33, Nr. 10, Oktober I962, Seiten 2 968 - 2 98O, angegeben worden, wie magnetisch isotrope Dünnschichten so ausgebildet werden können, daß sie nach Anlegen magnetischer Felder eine Anisotropie in einer bestimmten Richtung aufweisen, die in Schichtebene auslenkbar ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen magnetischen Dünnschicht-Datenspeicher anzugeben, der eine isotrope Magnetschicht verwendet und

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dadurch die durch Kriechschalten und Vorzugsachsenabweichungen bedingten Nachteile bekannter Speieher mit anisotropen Schichten vermeidet und der gegenüber den bekannten isotropen Dünnschicht-Speicherelementen einen geringeren Aufwand an Steuer- und Schaltmitteln erfordert, sicherer arbeitet und trotzdem eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit gestattet. Die Erfindung verwendet hierzu eine Speicherschicht von der Art, wie sie in dem oben genannten Artikel beschrieben worden ist.

Die Erfindung besteht darin, daß die Magnetschicht unterschiedliche, in Schichtebene auslenkbare Magnetisierungskoeffizienten aufweist, die von der Richtung vorausgehend angelegte/Magnetfelder, deren Feldstärke größer als die Koerzitivkraft der Magnetschicht ist, abhängig sind, und daß zur Einspeicherung des einen Binärwertes ein erstes, in seiner Feldstärke die Koerzitivkraft übersteigendes Magnetfeld und zur Einspeicherung des anderen Binärwertes das erste Magnetfeld gemeinsam mit einem orthogonal zu diesem.verlaufenden zweiten Magnetfeld dient, dessen Feldstärke wesentlich kleiner als die Koerzitivkraft ist und das gleichzeitig oder später als das erste Magnetfeld abklingt.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus den Ansprüchen in Verbindung mit nachfolgend anhand von Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen zu ersehen. Es zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Darstellung einer isotropen Speicherschicht,

Fig. 2: Eine schematische Darstellung einer isotropen Speicherschicht, wie sie die vorliegende Erfindung verwendet,

Fig. Ji 'Eine Darstellung einer Speichermatrix, die diskrete Speicherelemente nach Fig. 2 verwendet,

Fig. JA:Ein Querschnitt nach Linie JA - JA von Fig. J

Fig. 4: Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speichermatrix, welche eine gemeinsame Speicherschicht gem. Fig. 2 für mehrere Speicherelemente verwendet und die

Fig.5-1OVerschiedene Speicherzustände eines Speicherelementes der

Anordnung nach den Fig. J und 4 zur Erläuterung seiner Wir-

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kungsweise.sowie die Impulsdiagramme zur Herstellung oder zum Ablesen dieser Speicherzustände.

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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine magnetische Dünnschicht 10. Die Schicht 10 hat im wesentlichen isotropische Eigenschaften; damit ist gemeint, daß die Eigenschaften der Schicht in jeder Richtung etwa gleich sind. Insbesondere weist die Schicht von Fig. 1 eine relativ hohe Remanenz auf, und eine Hystereseschleife, die man durch Messen der Magnetisierung in der Schicht als Resultat eines angelegten Feldes in beliebiger Richtung erhält, ist nahezu quadratisch. Z. B. ist die Hystereseschleifej die man durch Anlegen eines Wechselfeldes in vertikaler Richtung (siehe Pfeil 12 in Fig. i)erhält, im wesentlichen quadratisch. Dasselbe gilc, wenn das angelegte Feld und die Messungen in der durch den Pfeil 14 angedeuteten horizontalen Richtung oder in einem beliebigen Winkel zur vertikalen und horizontalen Richtung liegen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die isotropische Schicht 10 von Fig. 1 von den nor-

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malen Schichtarten, die gewöhnlich in Speicherwendungen benutzt werden und die eine einachsige Anisotropie aufweisen; d. h., daß solche Schichten so hergestellt sind, daß sie eine Vorzugsrichtung oder -achse der Magnetisierung aufweisen, entlang welcher die magnetischen Momente in Abwesenheit eines angelegten Feldes ausgerichtet sind. In einer solchen Schicht sind die Hystereseschleifen, die man durch Messungen entlang verschiedener Achsen der Schichten erhält, sehr voneinander verschieden.

Obwohl die Erfindung unter Verwendung rein isotropischer Schichten ausgeübt werden kann, benutzt das hier als Beispiel beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Schicht mit anfänglich drehbaren Magnetisierung§kQeffizl.enten. Diese Schichtart wird nachstehend als RIS-Schicht bezeichnet. Eine solche Schicht weist wie die isotropische Schicht die gleichen Hystereseschleifen in allen Richtungen auf, wenn sie mit einem angelegten Wechselfeld gemessen werden, dessen Intensität die Koerzitivkraft der Schicht übersteigt. Eine RIS-Schicht hat zusätzlich die Eigenschaft, daß der auf kleine Signale hin gemessene Magnetisierungskoeffizient der Schicht von den vorher an die Schicht angelegten Feldern abhängig ist. Wenn z. B. an die in Fig. 2 gezeigte RIS-Schicht 16 in der durch den Pfeil 18 angedeuteten vertikalen Richtung ein die Koerzitivkraft für die Schicht überschreitendes Feld angelegt wird, wird die Magnetisierung in der Schicht in dieser Richtung ausgerichtet. Bei Wegnahme des Feldes

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bleibt die Magnetisierung in dieser Richtung ausgerichtet. Der Magnetisierungskoeffizient der RIS-Schicht nach dem Anlegen eines solchen Feldes ist für in verschiedenen Richtungen angelegte Felder verschieden. So hat der Magnetisierungskoeffizient in der vertikalen Richtung des ursprünglich angelegten Feldes einen Minimalwert nahe null, während der Magnetisierungskoeffizient in der horizontalen Richtung, d. h. in einem Winkel von 90° zu dem ursprünglichen angelegten Feld, einen Maximalwert hat. In dieser Hinsicht verhält sich eine solche Schicht wie eine anisotropische Schicht, deren Vorzugsachse parallel zur Richtung des ursprünglich angelegten Gleichfeldes verläuft. Dieses angelegte Feld erzeugt daher eine Anisotropie in der Schicht.

Dieser Unterschied im Magnetisierungskoeffizienten und in der induzierten Vorzugsachse ist nicht dauerhaft und kann verändert werden durch das Anlegen von Feldern, die die Koerzitivkraft übersteigen, in verschiedenen Richtungen an die Schicht. Wenn ein Feld in der durch den Pfeil 22 angedeuteten Richtung angelegt wird, ist nach Wegnahme dieses Gleichfeldes die Magnetisierung in der Schicht in der Richtung des angelegten Feldes orientiert. Danach ist der Magnetisierungskoeffizient der Schicht bei kleinen Signalen sehr klein parallel zur Richtung des Pfeils 22 und sehr groß in der re-chtwinklig zu diesem Pfeil verlaufenden Richtung. Durch das Anlegen von Feldern, die die Koerzitivkraft übersteigen, in irgendeiner Richtung kann also eine Anisotropie in einer RIS-Schicht induziert werden, wobei diese Anisotropie in Beziehung zu den Magnetisierungskoeffizienten der Schicht steht.

Gemäß der Erfindung wird eine RIS-Schicht der in Fig. 2 gezeigten Art als Speichervorrichtung mit zwei stabilen Zuständen remanenter Magnetisierung verwendet. Der erste hier als O-Zustand bezeichnete Zustand liegt in der durch den Pfeil 18 angedeuteten vertikalen Richtung. Der zweite hier als 1-Zustand bezeichnete Zustand verläuft in der durch den Pfeil 22 angezeigten Richtung, die um einen Winkel von etwa 14° gegenüber der Vertikalen gedreht ist. Die Schicht wird in den O-Zustand versetzt, indem ein die Koerzitivkraft der Schicht übersteigendes vertikales Feld an sie angelegt wird, wodurch die Magnetisierung remanent in der durch den Pfeil 18 angedeuteten vertikalen Richtung orientiert wird. Soll eine 1 in die Schicht

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eingeschrieben werden, wird das gleiche die Koerzitivkraft übersteigende vertikale Feld in Verbindung mit einem kleinen horizontalen Feld in der in Fig. 2 nach rechts weisenden Richtung angelegt. Für den oben beschriebenen Winkel von 14 zwischen den Magnetisierungszuständen einer binären 0 und einer binären 1 beträgt die Intensität des horizontalen Feldes ein Viertel von derjenigen des vertikalen Feldes und ist wesentlich kleiner als die Koerzitivkraft.

Durch die vorstehende Kombination vertikaler und horizontaler Felder wird die Magnetisierung in der Schicht in Richtung des Pfeiles 22 orientiert, und da wegen Überschreitens der Koerzitivkraft die Schicht im wesentlichen isotropisch ist, bleibt die Magnetisierung nach Beendigung dieser Felder in dieser Richtung orientiert. Das vertikal angelegte Feld, das an sich die Koerzitivkraft übersteigt, kann vor oder gleichzeitig mit der Beendigung des kleineren horizontal angelegten Feldes beendet; werden, aber nie-mais danach.

Das Auslesen der Dünnschichtvorrichtung 16 in Fig 2 erfolgt dadurch, daß ein Wortfeld angelegt wird, das etwa dem oben in vertikaler Richtung'beschriebenen Feld gleicht. Wenn dieses Feld angelegt wird, während die Schicht im binären O-Zustand ist, d. h., wenn die Magnetisierung in der dem Pfeil 18 entsprechenden vertikalen Richtung orientiert ist, wird keine wahrnehmbare Flussänderung erzeugt, denn der Magnetisierungskoeffizient in dieser Richtung ist nahezu gleich null. Es wird dann auf einer neben der Schicht angeordneten AbfÜhlleitung kein Ausgangssignal erzeugt. Wenn jedoch das dem Auslesen dienende vertikale Feld an die Schicht angelegt wird, solange sie eine binäre 1 speichert und in Richtung des Pfeils 22 magnetisiert ist, verändert das Entnahmefeld die Magnetisierung zur vertikalen Richtung hin. Diese Flussänderung kann durch eine Abfühlleitung festgestellt werden, die neben der Schicht angeordnet ist und parallel zu der durch den Pfeil 18 angezeigten vertikalen Richtung verläuft.

Für Lese-, Schreib- und Abfühloperationen in einer die Schicht 16 von Fig. 2 verwendenden Speichervorrichtung sind nur zwei Leitungen nötig. Weiter braucht jede Leitung mit nur einem einpoligen Signal-

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typ erregt zu werden. Die erste Leitung wird mit einpoligen Signalen erregt, welche die Koerzitivkraft für die Schicht übersteigende vertikale Felder erzeugen. Die zweite Leitung wird mit einpoligen Signalen erregt, durch welche die erforderlichen horizontalen Felder an die Schicht angelegt werden. Die Entnahme erfolgt dadurch, daß allein die erste Leitung erregt wird, und in diesem Falle kann die zweite Leitung als Abfühlleitung benutzt werden. Nach Belieben kann auch eine besondere Abfühlleitung verwendet werden, die parallel zur Ziffernleitung verläuft.

Fig.3 zeigt eine Matrix, die aus Schichten mit den RIS-Merkmalen 16 von Fig. 2 besteht. In dieser Figur sind neun solche Schichten 16 koordinatenmäßig angeordnet. Es sind drei Wortleitungen 24 A, 24 B, und 24 C vorgesehen, je eine für jede horizontale Reihe des Speichers. Weiter sind drei Ziffernsteuerleitungen 26 A, 26 B und 26 C vorgesehen, je eine für jede vertikale Spalte des Speichers. In dem.in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind außerdem besondereAbfühlleitungen 28 A, 28 B und 28 C vorgesehen, je eine für jede vertikale Spalte. Die Wortleitungen 24 A, 24 B und 24 C werden wahlweise durch die allgemein mit 30 bezeichnete Wortauswahl- und Steuerschaltung gesteuert. Ebenso werden die Ziffernsteuerleitungen durch die allgemein mit 352 bezeichnete Ziffernauswahl- und Steuerschaltung gesteuert. Die Ausgangssignale des Speichers werden an den Belastungen 34 A, 34 B und 34 C abgenommen, welche an die Abfühlleitungen 28 A, 28 B und 28 C angeschlossen sind.

In Fig. 3 A ist ein Querschnitt durch eine der Speichervorrichtungen von Fig. 3 dargestellt. Die Speichervorrichtung ist über einer Grundebene 40 formiert, die mit einer Schicht aus Isoliermaterial 42 bedeckt ist. Die RIS-Magnetschicht 16 liegt auf der Isolierschicht Die Abfühlleitung 28 A ist auf der Schicht 16 abgebildet und von ihr durch eine Schicht aus Isoliermaterial 44 getrennt. Eine weitere Isolierschicht 46 trennt die Abfühlleitung 28 A von der Ziffernsteuerleitung 26 A. Die oberste Leitung ist die Wortsteuerleitung 2.4 A, die von der Abfühlleitung 26 A durch eine weitere isolierschicht 48 getrennt ist. Beim Betreiben einer magnetischen Speichermatrix der in Fig. 3 gezeigten Art müssen bestimmte Kriterien er-

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füllt sein. Erstens muß es möglieh sein, an jeder Speicherstelle der Matrix entweder eine binäre 1 oder eine binäre 0 zu speichern; zweitens muß es möglich sein, die in jedem Element der Matrix gespeicherte Information auszulesen, und drittens muß es möglich sein, bezüglich jedes Wortes in der Matrix wiederholte Lese- und Schreiboperationen auszuführen (ein Wort wird durch die Kombination von Speichervorrichtungen entlang einer horizontalen Reihe gebildet), ohne daß die in anderen horizontalen Reihen der Matrix gespeicherten Informationen irgendwie beeinträchtigt werden.

Wie diese Kriterien in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 realisiert werden, geht hervor aus den Impulsmustern und magnetischen Orientierungen, die in Fig. 5, 6, 7, 8, 9 und 10 dargestellt sind. Wenn zum Zwecke der Veranschaulichung angenommen wird, daß die die Schicht 16 verwendende Speichervorrichtung an der linken oberen Ecke der Matrix von Fig. 3 ursprünglich eine vertikal orientierte Magnetisierung aufweist und daher eine binäre 0 speichert, entspricht der magnetische Zustand dieser Vorrichtung der Darstellung von Fig. 5 A. Wenn jetzt die Leitung 24 A erregt wird (siehe Fig. 6), so daß ein vertikales Feld parallel zu der Richtung der anfänglichen Magnetisierung angelegt wird, erfolgt keine Änderung. Wenn jedoch dann die Ziffernsteuerleitung 26 A erregt wird (Fig. 6) und dadurch ein magnetisches Feld in horizontaler Richtung angelegt wird, das etwa ein Viertel der Intensität des in vertikaler Richtung angelegten Feldes aufweist^ erzeugen diese kombinierten Felder eine Orientierung der Magnetisierung, die um etwa 14° gegenüber der Vertikalen verdreht ist, wie es Fig. 5 B zeigt. Wenn der der Leitung 24 A zugeführte Wortsteuerstrom und der der Leitung 26 A zugeführte Ziffernsteuerstrom abgetrennt werden, bleibt die Magnetisierung in der Richtung bestehen, welche durch die dem Dünnschichtelement 16 als Ergebnis der Erregung dieser Leitungen angelegten komibinierten Felder erzeugt worden ist. Dies ist in Fig. 5 C dargestellt und bildet den binären 1-Zustand der Vorrichtung.

Die Speichervorrichtung kann abgefragt werden dprch das Erregen der

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Wortleitung 24 A für die oberste Reihe der Speichermatrix von Fig. 3 mit einem Impuls, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Zunächst ist gemäß Fig. 7 A die Magnetisierung in einem kleinen Winkel zur Vertikalen orientiert als Resultat einer Schreiboperation für die binäre 1. Wenn die Leitung 24 A unter der Steuerung der Auswahl- und Steuerschaltung 30 von Fig. 3 A erregt wird, erzeugt der dieser Leitung zugeführte Impuls ein vertikales Feld, das die Koerzitivkraft für das Magnetisierungsmaterial der Schicht 1ό übersteigt. Dieses Feld orientiert die Magnetisierung zur vertikalen Richtung hin (Fig. 7 B), und diese Orientierungsanderung des Flusses bewirkt eine Änderung in der Flussverkettung mit der vertikal verlaufenden Abfühlleitung 28 A, wodurch ein eine binäre 1 darstellender Ausgangsimpuls erzeugt wird. Bei Beendigung des der Leitung 24 A zugeführten Treibersignals bleibt die Magnetisierung in der vertikalen Richtung orientiert, und daher ist die Abfrage-, oder Entnahmeoperation insofern löschend, als nach jeder Entnahmeoperation die magnetische Speichervorrichtung in ihren binären 0-Zustand zurückgestellt wird.

Wenn im binären O-Zustand der Speichervorrichtung eine Abfrageoperation dadurch ausgeführt wird, daß wieder die Leitung 24 A erregt wird, finden die in Fig. 9 und 10 gezeigten Vorgänge statt. Fig. 9 A zeigt die Schicht in ihrem ursprünglichen binären O-Zustand, und Fig. 9 B zeigt, daß das vertikal angelegte Feld keine wahrnehmbare Änderung in der Magnetisierung erzeugt und daß daher kein wahrnehmbares Ausgangssignal auf der Abfühlleitung 28 A entsteht. Bei Beendigung des Abfragesignals auf der Leitung 24 A bleibt die Speichervorrichtung im binären O-Zustand. Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß beim Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Matrix ein wortweises Einschreiben- oder lesen erfolgt. Damit ist gemeint, daß bei jeder Erregung einer der Leitungen 24 A, 24 B und 24 C für eine Lese- oder Schreiboperation alle Speicherelemente in der den erregten Leitungen entsprechenden Reihe beeinflußt werden. Wenn also die Leitung 24 A erregt wird, wird jede der Speichervorrichtungen in der obersten Rei-he des Speichers abgefragt und in den binären O-Zustand gebracht, es sei denn, die zugeordnete Ziffern-Steuerleitung 26 A, 26 B bzw. 26 G wird ebenfalls erregt, um eine

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binäre 1 zu schreiben.

Wenn eine binäre 1 in irgendwelche Speichervorrichtungen in derselben Spalte, aber in anderen Reihen der Matrix eingeschrieben werden soll, werden während der Schreiboperation die diesen Reihen angetßrenden/Speichervorrichtungen dem horizontalen Feld ausgesetzt, das durch Erregung der Ziffernsteuerleitung erzeugt wird. Wenn also z. B. eine 1 in der Speichervorrichtung 16 in der linken oberen Ecke von Fig. 3 gespeichert werden soll, werden die Wortsteuerleitung 24 A und die Ziffernsteuerleitung 26 A erregt, wie es Fig. 6 zeigt. Als Ergebnis der Erregung der Leitung 26 A wird ein horizontales Feld an die beiden anderen nichtgewählten Speicherschichten in der ersten Spalte des Speichers angelegt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Leitungen 24 B und 24 G nicht erregt, so daß die nichtgewählten Speicherschichten jetzt nur diesem kleinen horizontalen Feld und einem auf der Erregung der Leitung 24 A beruhenden kleinen Störfeld ausgesetzt werden. Da jedoch die Kombination des Störwortfeldes und des Ziffernfeldes nicht stark genug ist, um eine umkehrbare Änderung in der Magnetisierung hervorzurufen, werden die in diesen beiden Speichervorrichtungen gespeicherten Informationen, ob binäre 1 oder binäre 0, nicht gestört.

Die Speieherschichten gemäß der Erfindung wirken wie Schichten mit einer Vorzugsachse entlang der Richtung des zuletzt angelegten, die Koerzitivkraft übersteigenden Gleichfeldes. Die angelegten horizontalen Felder erzeugen nur kleine umkehrbare Drehungen der Momente, und bei^Abtrennung der horizontalen Felder kehren die Schichten in den Anfangszustand zurück, in dem die Momente entweder in vertikaler Richtung ausgerichtet sind und eine binäre 0 darstellen oder in einem kleinen Winkel zur vertikalen Richtung ausgerichtet sind und eine binäre 1 darstellen. Wegen der Merkmale dieser Schichten ist es möglich, wiederholte Schreiboperationen in einer beliebigen Reihe oder in beliebigen Reihen des Speichers auszuführen, ohne die in den übrigen Speieherreihen gespeicherten Infpr_{mationen zu s}tören.

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Weiter sei darauf hingewiesen, daß bei den kleinen Winkeln, um welche die Orientierung geändert wird> um eine Umschaltung der Schichten von einem Speicherzustand zum anderen zu bewirken, eine schnelle Umschaltung durch vohärente Rotation der Magnetisierungsvektoren erreicht wird und daher der Speicher in schnellen Computeranwendungen benutzt werden kann.

Weil die isotropischen RIS-Dünnschichtspeichervorrichtungen nach der Erfindung relativ hohe Koerzitivkräfte und einen hohen Remanenzgrad aufweisen, ist es möglich, eine größere Magnetisierung in diesen Schichten zu speichern, so daß bedeutende Ausgangsimpulse selbst dann erhalten werden, wenn das Magnetschichtelement sehr klein ist. Durch die hohe Koerzitivkraft der Schicht wird natürlich die Möglichkeit der Änderung von Informationen als Ergebnis von Entmagnetisierungskräften sehr gering. Daher werden "Kriech"-Probleme, die den Verlust gespeicherter Informationen in den herkömmlichen Magnetschichten zur Folge haben, vermieden. Weiter werden wegen der isotropischen Beschaffenheit der Schichten, wobei die einzige Anisotropie durch die angelegten Felder hervorgerufen wird, auch Schräglauf- und Dispersionsprobleme ausgeschaltet. Wegen der hohen Koerzitivkraft der magnetischen dünnen Schichten, auf welche die Erfindung gerichtet ist, ist es auch möglich, eine Speichermatrix unter Verwendung einer einzigen dünnen Schicht aus magnetischem Material herzustellen, anstatt einzelne, getrennte Elemente des bei 16 in Fig. 35 gezeigten Typs zu verwenden.

Ein eine durchgehende Schicht verwendendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt, wo entsprechende Elemente die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 3 tragen. Der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen von Fig. 3 und 4 besteht darin, daß in Fig. 4 eine durchgehende Platte 50 aus magnetischem Material statt der diskreten Elemente 16 von Fig. j5 vorgesehen ist. Die Speichervorrichtung in der Platte sind an den Schnittpunkten der vertikal verlaufenden Ziffernsteuer- und Abfühlleitung 26 A, 26 B und 26 G und 28 A, 28 B und 28 C mit den horizontal verlaufenden Wortsteuerleitungen 24 A, 24 B und 24 C definiert. Wegen der Eigenschaften der

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oben beschriebenen in der Erfindung verwendeten magnetischen Dünnschichten ist es möglich, diese Leitungen sehr nahe zueinander anzuordnen und daher eine hohe Diene von Speichervorrichtungen zu erreichen. Da der Betrieb der Vorrichtungen nicht auf anisotropischen Eigenschaften der Schicht in einer bestimmten physikalischen Richtung abhängig ist, bestehen keine Fluchtungsprobleme zwischen den Leitungen und den Schichten. Weiter wird, wie oben besprochen worden ist, insbesondere in Verbindung mit Fig. 5 bis 10, die Schicht gänzlich unter Verwendung einpoliger Wortsteuersignale und einpoliger Ziffernsteuersignale betrieben. Auch die Ausgangssignale sind insofern einpolig, als das Ausgangssignal für eine binäre 1 stets den selben Sinn hat und das für eine binäre 0 im wesentlichen gleich null ist.

Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die binären 1- und 0- Zustände nur um einen Drehwinkel von 14° getrennt waren, wobei das horizontale Ziffernfeld etwa ein Viertel der Intensität des vertikal angelegten Wortfeldes hatte, ist es möglich, Speichervorrichtungen gemäß der Erfindung zu benutzen, bei denen die der binären 1 und der binären 0 entsprechenden Zustände durch einen größeren Winkel getrennt sind. Z. B. können die Ziffernsignale sich in ihrer Intensität der halben Intensität der Wortsignale nähern. Man erhält dann eine Drehung von ca. 26 . Je größer die Winkeldifferenz zwischen der der binären 1 entsprechenden Magnetisierung und der der binären 0 entsprechenden Magnetisierung ist, desto größer ist das Ausgangssignal. Vorzugsweise wird jedoch dieser Winkel bei einem so kleinen Wert gehalten, damit ein schnelles Umschalten zwischen den Speicherzuständen und eine gute Ansprechempfindlichkeit beim Betrieb der Speichermatrix sichergestellt werden

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Claims

U99703 PATENTANSPRÜCHE

1. Magnetischer Dünnschicht-Datenspeicher mit orthogonal zueinander verlaufenden, einer dünnen isotropen Magnetschicht benachbarten Treibleitern zum Erzeugen von den Magnetisierungszustand der Schicht beeinflussenden Magnetfeldern, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetschicht unterschiedliche, in Schichtebene auslenkbare Magnetisierungskoeffizienten aufweist, die von der Richtung vorausgehend angelegter Magnetfelder, deren Stärke größer als die Koerzitivkraft der Magnetschicht ist, abhängig sind, und daß zur Einspeicherung des einen Binärwertes ein erstes, in seiner Feldstärke die Koerzitivkraft übersteigendes Magnetfeld und zur Einspeicherung des anderen Binärwertes das erste Magnetfeld gemeinsam mit einem orthogonal zu diesem verlaufenden zweiten Magnetfeld dient, dessen Feldstärke wesentlich kleiner als die Koerzitivkraft ist und das gleichzeitig oder später als das erste Magnetfeld abklingt.

2. Datenspeicher nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des zweiten Magnetfeldes kleiner als die Koerzitivkraft der Magnetschicht und gleich oder kleiner als die halbe Feldstärke des ersten Magnetfeldes ist.

3. Datenspeicher nach Anspruch eins und zwei, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des zweiten Magnetfeldes im Bereich von etwa ein Viertel bis zu einer Hälfte der Feldstärke des zweiten Magnetfeldes liegt.

4. Datenspeicher nach Anspruch eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Magnetfeld oder ein diesem gleiches Magnetfeld zum Ausl^;ösen von Informationen dient.

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5. Datenspeicher nach Anspruch eins bis vier, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche, in Schichtebene auslenkbare
Magnetisierungskoeffizienten aufweisende Magnetschicht mehreren binären Speicherstellen, die in für sich bekannterweise durch
sich kreuzende Treibleiter definiert sind, gemeinsam ist.

6. Datenspeicher nach den Ansprüchen eins bis fünf, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Magnetfelder Stromimpulse gleicher Polarität dienen.

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