DE1524770A1

DE1524770A1 - Magnetischer Duennschichtspeicher

Info

Publication number: DE1524770A1
Application number: DE19671524770
Authority: DE
Inventors: English Thomas Dunstan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-01-14
Filing date: 1967-01-07
Publication date: 1970-05-06
Also published as: ES335591A1; GB1099980A; CH451244A; BE692587A; NL6700513A; FR1508596A; SE342933B; US3456247A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Dünnschichtspeicher mit Speicherzellen, die aus je zwei übereinander angeordneten, anisotropen, uniaxialen Magnetschichtelementen bestehen, von denen jedes eine magnetische Vorzugsachse aufweist, die parallel zu einer zwischen den beiden Elementen angeordneten Worttreibleitung verläuft.

Bei magnetischen Dünnschichtspeichern ist es bekannt, die Ausbildung von Streu- und Demagnetisierungsfeldern in Speicherzellen, die aus einem einzelnen Magnetschichtelement bestehen und daher einen offenen Magnetflußpfad aufweieen, dadurch zu reduzieren, daß zwei anisotrope, uniaxiale Magnetschichtelemente übereinander angeordnet sind, deren Magnetisierungerichtung entgegengesetzt verläuft (Journal of Applied

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Physics, Band 35, Nr. 3, März 1964, Seiten 748 bis 753). Das Streufeld eines jeden dieser Magnetschichtelemente wird vom anderen Magnetschichtelement aufgenommen, so daß sich für beide Elemente ein gemeinsamer Magnetflußpfad ergibt, der entweder vollkommen geschlossen ist oder nur noch kleine durch Zwischenschichten bedingte Lücken an den Rändern der Speicherzellen aufweist. Eine solche Magnetflußkopplung kann a in Richtung der parallel zueinander verlaufenden magnetischen Vorzugsachsen beider Magnetschichtelemente oder quer zu diefe ser Richtung, also entlang der harten Magnetisierungsachsen bestehen.

In einem Falle ist die Magnetisierung in den beiden Magnetschichtelementen in Richtung der leichten Achsen und im anderen Falle in Richtung der harten Achsen entgegengesetzt orientiert. Es sind durch die oben erwähnte Veröffentlichung auch bereits Anordnungen bekannt, bei denen eine Magnetflußkopplung entlang den leichten und den harten Achsen erfolgt. Bei Verwendung derartiger Speicherzellen in matrixförmigen Speicheranordnungen können jeweils in derjenigen Koordinatenrichtung, die mit der Magnetflußkopplung übereinstimmt, die Speicherzellen wegen des Fehlens von Streufeldern dicht benachbart angeordnet sein. Ideale Verhältnisse bezüglich der möglichen Packungsdichte ergeben sich daher bei Speicherzellen, die sowohl der leichteren als auch entlang der harten Achse eine Magnetflußkopplung aufweisen.

Magnetische Doppelschicht-Speicherzellen mit Magnetflußkopplung haben jedoch auch verschiedene Nachteile, die im wesentlichen durch ihren

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gegenüber Einschichtzellen komplizierteren Aufbau bestimmt werden. Ein besonderer Nachteil besteht darin, daß sich bei diesen Speicherzellen wenigstens eine der beiden Treibleitungen (Worttreibleitung oder Zifferntreibleitung) zwischen den zu einer Speicherzelle gehörenden Magnetschichtelementen befindet. Andererseits soll der Abstand der Magnetschichtelemente voneinander so gering wie möglich sein, um eine intensive Magnetflußkopplung zu erhalten. Da die Stärke der Treibleitungen in erster Linie von der Stärke der durch sie fließenden Treibströme abhängt, wurde bisher der Magnetflußkopplung in Richtung der leichten Achsen der Magnet- Λ Schichtelemente der Vorrang gegeben. Dies erklärt sich aus dem Umstand, daß bei wortorganisierten Matrixspeichern, die nach der bekannten Orthogonal-Feldmethode betrieben werden, der Worttreibstrom wesentlich stärker sein muß als der Zifferntreibstrom. Der Worttreibstrom hat nämlich die Aufgabe, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Magnetisierung der Speicherzelle entlang der harten Achse ausrichtet, während r¹..?? bei Abklingen des Worttreibfeldes wirksame Bittreibfeld lediglich die Ri ■·.·:·- tung steuert, in welche die Magnetisierung bei ihrer Rückdrehung in die Vorzugsachse eingestellt werden soll. Hinzu kommt, daß die für Doppelschichtspeicherzellen gegenüber Zellen mit nur einem Magnetschichtelement aufzubringende Schaltleistung doppelt so groß ist, wodurch insbesondere die Anforderungen an die Wortstromstärke weiter steigen. Es sind daher bei derartigen Speicherzellen im allgemeinen relativ starke Worttreibleitungen notwendig.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, durch die

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die Worttreibströme bei Doppelschichtspeicherzellen reduziert werden können. Bei einem magnetischen Dünnschichtspeicher der eingangs erläuterten Art wird dies dadurch erreicht, daß durch eine außerhalb der beiden Magnetschichtelemente angeordnete zusätzliche magnetfelderzeugende Leiteranordnung ein Vorspannungsfeld an die Speicherzellen entlang der harten Achse angelegt wird, das dem Worttreibfeld in einem der beiden Magnetschichtelemente gleich - und dem anderen entgegengerichtet ist.

Es ergibt sich daraus der Vorteil, daß bei Doppelschichtspeichern mit .viagnetflußkoppjung entlang der harten Achse die Worftreibstromstärke gegenüber bekannten Doppelschichtspeichern etwa auf die Hälfte gesenkt werden kann. Da in der Pra.xis in wortorganisierten Matrixspeichern zu- -iieist mehr Speicherzellen einer Bitleitung als einer Wortleitung zugeordnet sind, ergibt die mit Verwendung einer Magnetflußkopplung in 5er harten Achse verbundene Streuflußverringerung in Richtung der Bitleitnngen die Möglichkeit, die Packungsdichte der Speicherzellen eines derartigen Speichers durch Verringerung der Abstände zwischen den Wortleitern wesentlich zu erhöhen.

VZs ist zwar bereits vorgeschlagen worden (Patentanmeldung J 27 317 IXc/Zlal), bei magnetischen Dünnschichtspeichern ein Vorspannungsfeld an die Speicherzellen parallel zur harten Achse anzulegen, um ein Kriechschalten zu vermeiden. Dieser Vorschlag umfaßt jedoch keine

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Doppelschichtspeicherzellen mit einer Magnetflußkopplung entlang der harten Achse, wie sie gemäß der Erfindung verwendet Werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Ansprüchen zu ersehen. Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten magnetischen Dünnschichtspeicher,

Fig. 2 u. 3: Schnittdarstellungen des Dünnschichtspeichers nach Fig. 1,

Fig. 4A, 4B eine schematische Darstellung des Dünnschichtspeichers nach und 4C:

Fig. 1 zur Veranschaulichung von dessen Wirkungsweise,

Fig. 5 u. 6: zwei matrixförmige Speicheranordnungen, die Speicherzellen
der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Art verwenden, und

Fig. 7: eine Schnittdarstellung durch eine Speicherzelle der Speicheranordnung nach Fig. 6.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines magnetischen Dünnschichtspeichers dargestellt, der zum Zwecke der einfachen Darstellung lediglich ein einzelne β Dünnschicht-Speicherelement aufweist, das entsprechend den Prinzipien

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vorliegender Erfindung ausgebildet ist. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besteht dieses Speicherelement aus einer Anzahl Schichten von elektrisch leitenden, isolierenden oder magnetischen Material, die von einer Grundplatte 10 getragen werden. Der Grundplatte zunächst befinden sich zwei aufeinanderfolgende isolierende Schichten 12 und 14. Die Schicht 12 besteht aus einem polymeren Material, welches gute Isolations eigenschaften aufweist, und die Isolationsschicht 14 besteht aus Silizium-Oxyd, das neben seiner Eigenschaft als Isolator die Fähigkeit besitzt, eine relativ glatte Oberfläche zu bilden, so daß es sich gut als Grundlage für die im Schichtpaket folgende Magnetschicht 16 eignet, die durch Vakuum -Aufdampfung hergestellt wird. Die Schicht 16 bildet die eine Hälfte des aus zwei miteinander verbundenen Teilen bestehenden Speicherelementes,. Als zweite Hälfte des Speicherelementes dient eine Magnetschicht 18, die von der Schicht 16 durch eine elektrisch leitende Schicht 20 getrennt ist. Die Schicht 20 bildet die Worttreibleitung des Speichers. Eine Isolationsschicht 22 befindet sich zwischen der Worttreibleitung 20 und der oberen Magnetschicht 18.

Oberhalb der Magnetschicht 18 ist eine weitere Isolierschicht 24 angeordnet, die die Magnetschicht 18 von einer zweiten Leiterschicht 26 trennt, die sowohl als Zifferntreibleiter als auch als Ziffernieseleitung dient und im folgenden Ziffernleitung genannt wird. Oberhalb der Ziffernleitung 26 befindet sich eine Ferritplatte 28, die den Zweck hat, einen

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geschlossenen Magnetflußpiad für den Streufluß zu ermöglichen, der während der Operation des Speicherelei aerates entsteht.

Die dünnen magnetischen Schichten 16 und 18, die zusammen das Magnetschi chtelement bilden, besitzen uniaxiale, anisotropische Eigenschaften. Die leichten Achsen dieser Schichten, die durch den Pfeil 30 angezeigt sind, verlaufen parallel zur Längs ausdehnung der Worttreibleitung 20 und rechtwinkelig zur Längsausdehnung der Ziffernleitung 26. Die Magnetisierung in beiden Schichten ist bei Abwesenheit äußerer Magnetfelder % entlang der magnetischen Vorzugsachse oder leichten Achse orientiert. Binäre Information wird selektiv im Magnetschichtelement gespeichert indem die miteinander gekoppelten Schichten 16 und 18 entweder in der einen oder in der anderen Richtung entlang ihrer leichten Achse magnetisiert sind. Eine biriäre Eins kann beispielsweise dadurch gespeichert werden, daß die Magnetisierurgsvektoren. in beiden Schicht· Ic und 18 in bezug auf Fig. 3 nach rechts gerichtet sind. In Überair. Stimmung damit wird dann eine binäre Null durch Ausrichtung der M₁^g- λ netisierungsvektoren beider Schichten nach links gespeichert.

Während des Betriebes des Speicherelementes vorliegender Erfindung wird eine kontinuierliche magnetische Vorspannung durch ein reditwinkelig zur leichten Achse verlaufendes Vorspannungsfeld, das durch den Pfeil 32 angedeutet ist, angelegt. Die magnetische Orientierung im Eins- und Null-Speicher zustand ist daher nicht genau entlang der leichten

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Achse ausgerichtet, sondern auf Grund der Wirkung des entlang der harten Achse verlaufenden Vor Spannungsfeldes geringfügig aus der leichten Achse herausgedreht. Die Stärke des Vorspannungsfeldes ist kleiner als diejenige Feldstärke, die entlang der harten Magnetisierungsachse angelegt werden muß, um eine Änderung des Speicher zustande s der Schichten 16 und 18 zu erreichen. Die Auslenkung der Magnetisierungsvektoren aus der Richtung der leichten Achse ist daher im fc Ruhezustand (Speicherung einer binären Eins oder einer binären Null)

relativ klein und liegt in der Größenordnung von etwa 20 . Wenn daher die Anordnung der miteinander gekoppelten Schichten 16 und 18 so getroffen ist, daß sie sich kontinuierlich oberhalb und unterhalb der Worttreibleitung 20 ausdehnen, wobei die Magnetisierung in beiden Schichten in der gleichen Richtung um einen kleinen Winkel aus der leichten Achse herausgedreht ist, weisen die Schichten zumindest in Richtung der Vorzugsachse keinen gemeinsamen, geschlossenen Magnetflußpfad auf. Wie die Fig. 2 zeigt, können die Schichten 16 und 18 lediglich in Richtung ihrer harten Achsen einen für beide Schichten gemeinsamen, geschlossenen Magnetflußpfad bilden, d. h. also in einer Richtung, die rechtwinkelig zur leichten Achsen der Schichter^erläuft. Obgleich das Vorspannungsfeld eine Auslenkung der Magnetisierung aus der leichten Achse der Schichten erzeugt, wenn »ich diese im Ruhezustand befinden, bilden die Schichten in diesem Zustand einen im wesentlichen offenen Magnetflußpfad, da die erwähnte Auslenkung nur sehr gering ist« Jedoch kann sich über die Ferritplatte 28 ein geschlossener Fluß-

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pfad für die im Ruhezustand befindlichen Speicherelemente einstellen. Aus diesem Grunde können die beiden Schichten in ihren Sp ei eher zuständen die beschriebene einheitliche Orientierung entlang einer der beiden Richtungen der leichten Achse einnehmen und nicht zueinander

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entgegensetzte magnetische Orientierungen, wie es geschehen müßte, wenn die Schichten im Ruhezustand miteinander einen geschlossenen Flußpfad entlang ihrer leichten Achsen bilden würden.

Die Lese- und Schreiboperationen des Speichers nach den Fig. 1 bis 3 erfolgen unter Steuerung von Impulsen, die an die Worttreibleitung 20 durch einen Worttreiber 36 und an die Ziffernleitung 26 durch einen Worttreiber 38 angelegt werden. Die Ziffernleitung 26 dient, wie bereits erwähnt, auch als Leseleitung, Die jeweilige Funktion der Ziffernleitung 26 wird durch die S ehalt stellung von Schaltern 40A und 40B bestimmt. Diese Schalter verbinden im dargestellten Zustand die Ziffernleitung 26 mit dem Bittreiber 38 zur Ausführung einer Schreiboperation und werden in die strichliert eingetragene Postion gebracht, um die Ziffernleitung 26 während einer Leseoperation mit einer Le se signal-Auswerts chaltung 42 zu verbinden.

Während einer Schreiboperation liefert der Worttreiber 26 einen Impuls zur Worttreibleitung 20, wie durch den Pfeil 44 in Fig. 1 dargestellt, um in den Magnets chi chten 16 und 18 ein Magnetfeld entlang der harten Achse zu erzeugen, welches das uniaxiale Aniaotrqpiefeld der Schichten

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übersteigt. Das durch die Pfeile 32 dargestellte Vorspannungsfeld wirkt mit dem Worttreibfeld in einer in Verbindung mit den Fig. 4A bis 4C noch näher zu erläuternden Weise zusammen. Vor Beendigung des Worttreibfeldes wird ein Impuls vom Bittreiber 38 über den Schalter 4OA zur Zifferrüeitung 36 gesandt. Die Polarität dieses Impulses bestimmt die Richtung eines Magnetfeldes, das entlang der leichten Achse an die Magnetschichten 16 und 18 angelegt wird, und damit auch, welchen Speicherzustand (binäre Eins oder binäre Null) diese Schichten bei Abklingen des Worttreibfeldes einnehmen. Der Impuls auf der Ziffernleitung 26 wird erst dann beendet, wenn das Worttreibfeld bereits abgeklungen ist, so daß die Magnetisierungsvektoren der Schichten 16 und 18 in bezug auf Fig. 3 entweder nach rechts zur Speicherung einer binären Eins oder nach links zur Speicherung einer binären Null entlang der leichten Achse orientiert werden.

Die Leseoperationen können entweder in Form einer zerstörenden oder nicht zerstörenden Informationsentnahme erfolgen. Ein zerstörendes Lesen kann dadurch erfolgen, daß der erste Teil einer Schreiboperation verwendet wird, wobei sich jedoch die Schalter 40A und 40B in den strichliert gezeichneten Stellungen befinden, während ein Impuls vom Worttreiber 36 zur Wortleitung 20 geliefert wird. Das in Richtung der harten Achse entstehende Worttreibfeld dreht die Magnetisierungsvektoren beider Schichten 16 und 18 aus der leichten Achse in Richtung der harten Achse. Die hierbei auftretende Magnetflußänderung wird

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durch die Ziffernleitung 26 abgefühlt. Die Polarität des dabei in diese Leitungen induzierten Signales zeigt an, ob der gespeicherte Wert eine binäre Eins oder eine binäre Null ist. Das Lesesignal wird zur Auswertschaltung 42 geleitet. Nachdem dies geschehen ist, werden die Schalter 4OA und 40B in die in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellte Schaltstellung gebracht, um eine Zuführung eines Ziffernimpulses vom Bittreiber 38 zur Bitleitung 26 zu ermöglichen. Während dieser Ziffernimpuls auftritt, ist das durch den Impuls vom Worttreiber 36 erzeugte Wortfeld noch wirksam. Der Ziffernimpuls wird erst dann beendet, wenn das Wortfeld bereits abgeklungen ist, so daß seine Polarität das Einschreiben einer binären Eins oder einer binären Null bestimmt.

Eine nicht zerstörende Entnahme wird ausgeführt, indem der Worttreiber 36 einen Impuls zur Wortleitung 20 sendet, dessen Amplitude kleiner ist, als die .Amplitude des bei einem zerstörenden Lesen verwendeten Wortimpulses und der ein Magnetfeld entlang der harten Achse erzeugt, das zwar ausreicht, um eine Verdrehung der Magnetisierungsvektoren in den Schichten 16 und 18 zu erzeugen, die ein Ausgangssignal in der Ziffernleitung 26 induziert, aber das nicht ausreichend ist, um den Koerzitivkraft-Schwellwert der Schicht zu überschreiten. Nach Beendigung dieses Wortimpulser Vehrt daher die Magnetisierung beider Schichten in ihren Speicher zustand zurück, den sie- vor Beginn dee Wortimpulses eingenommen haben.

Eine jede der beschriebenen Speicheroperationen kann ohne Verwendung

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des Vorspanimngsfeld.es 32 ausgeführt werden. Aber die Anwendung eines derartigen Feldes verbessert die Betriebsbedingungen des Speichers, indem die Stärke der an die Worttreibleitung 20 anzulegenden Impulse verringert und die Herstellungs- und Betriebstoleranzen der Speicherzellen vergrößert werden können. Auf diese Weise können Speicher mit einer großen Anzahl Speicherzellen wirtschaftlicher als bisher hergestellt werden.

In den Fig. 4A, 4B und 4C ist dargestellt, wie das Vorspannungsfeld mit den von der Worttreibleitung 20 erzeugten Feldern zusammenwirkt. Eine jede dieser Figuren ist eine schematische Darstellung der Speicherzelle in einer Seitenansicht, die der Ansicht von Fig. 2 entspricht. Der Einfachheit halber sind lediglich die vier wesentlichen Teile, nämlich die Grundplatte 10, die Worttreibleitung 20 und die beiden Magnetschichten 16 und 18 dargestellt.

* In Fig. 4A sind der Strom, das Magnetfeld und die Magnetisierungsrichtungen angegeben, wenn die Wortleitung 20 erstmals durch einen Strom erregt wird, der zur Zeichnungsebene hin fließt und mit 2OA bezeichnet ist, und wenn die Schichten 16 und 18 eine binäre Eins speichern. In diesem Spei eher zustand verläuft die Magnetisierung in den beiden Schichten 16 und 18 senkrecht zur Zeichnungsebene in diese hinein, wie durch die kreuzförmigen Symbole bei 16A und 18A dargestellt ist. Dieser Magnetieierungszustand entspricht in Fig. 3 einer nach rechts gerichteten Magnetisierung. Die Magnetisierung in den Schichten 16 und 18 wird

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durch das mittels der Pfeile 14 dargestellte Vorspannungsfeld aus den leichten Achsen der Schichten herausgedreht. Wenn der Wortstrom 2OA auftritt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das mit 2OB bezeichnet ist. Dieses Feld fließt durch beide Schichten 16 und 18 und ist bestrebt, die Magnetisierung in diesen Schichten in die harte Achse auszulenken. Jedoch wird bei Auftreten des Stromes 2OA in der Leitung 20 eine sog. Stromabbildung in der Grundplatte 10 erzeugt, indem ein Wirbelstrom in entgegengesetzter Richtung in der Grundplatte 10 fließt. Dieser Strom ist durch 1OA dargestellt und erzeugt ein Magnetfeld, das mit 1OB bezeichnet ist. Dieses Magnetfeld verläuft ebenfalls entlang der harten Achse beider Magnets chichten 16 und 18. Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird vorerst das Vorspannungsfeld 14 außer Betracht gelassen, so als wäre dieses Feld nicht vorhanden.

Es ist aus Fig. 4A ersichtlich, daß die Felder 2OB und 1OB in der Nähe der oberen Magnetschicht 16 additiv und in der Nähe der unteren Magnetschicht 18 subtraktiv zusammenwirken. Es ist ferner ersichtlich, daß ursprünglich, da die Schichten 16 und 18 in Richtung der •harten Achse und nicht in Richtung der leichten Achse in magnetischer Kopplung stehen, kein bedeutsames Demagnetisierungsfeld von einer Schicht auf die andere Schicht ausgeübt wird. Als Ergebnis des Umstände 8, daß sich die Felder 1OB und 2OB in der Nähe der unteren

in Schicht 16 addieren, wird die Magnetisierung dieser Schicht zuerst in die Richtung der harten Achse umgeschaltet, wie es durch die Eintragung 16A in Fig. 4B zu ersehen ist. Wenn dieser Umschaltvorgang auftritt, erzeugt die Magnetisierung 16A in der Schicht 16 Docket 10 899

ein Demagnetisierungsfeld 16B in der oberen Schicht 18. Dieses Feld addiert sich zum Magnetfeld 2OB, das durch den Wortstrom 2OA auf der Worttreibleitung 20 hervorgerufen worden ist, um die Umschaltung der Magnetisierung 18A in der Schicht 18 in die Richtung der harten Achse zu beschleunigen. Der in diesem Sinne umgeschaltete Magnetisierungszustand der Schicht 18 ist in Fig. 4C mit 18A bezeichnet.

t Es ist aus der obigen Beschreibung erkennbar, daß trotz der Abwesenheit des Vorspannungsfeldes ein Strom auf der Wortleitung 20 ursprünglich eine intensivere Magnetfeldwirkung auf die untere Schicht 16 ausübt, die zwischen der Worttreibleitung 20 und der Grundplatte 10 angeordnet ist. Die untere Schicht schaltet daher zuerst und liefert nach ihrem Umschalten ein Demagnetisierungsfeld, welches das Wortfeld 2OB beim Umschalten der oberen Schicht unterstützt.

Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß das Vorspannungsfeld ein von außen an die Speicherzelle angelegtes Feld ist und in gleicher Richtung auf die beiden Schichten 16 und 18 einwirkt. Das Vorspannungsfeld unterstützt daher das Worttreibfeld 2OB in der Nähe der unteren Schicht 16 und ist dem Worttreibfeld 2OB in der Nähe der oberen Schicht 18 entgegengesetzt gerichtet. Es könnte daher erwartet werden, daß der Vorteil, der durch die Mitwirkung des Vorspannungsfeldes bei der Umschaltung der unteren Schicht 16 beispielsweise durch eine mögliche Reduzierung der Wortimpuls stärke erreicht werden kann, durch den Nachteil aufgehoben wird, der aus einer subtraktiven^Wirkung des Vor span uv

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feldes in der Umgebung der oberen Schicht 18 entsteht. Dies ist jedoch nicht der Fall. Auf Grund des oben erläuterten Umständes, daß die Magnetisierung der beiden Schichten 16 und 18 nicht gemeinsam in die Richtung der harten Achse geschaltet wird, da die untere Schicht zuerst umgeschaltet wird und das Demagnetisierungsfeld dieser Schicht die Umschaltung der oberen Schicht unterstützt, hängt die Arbeitsweise der Speicherzelle in einem kritischen Maße von der anfänglichen Umschaltung der unteren Schicht 16 ab. Das Vorspannungsfeld 14 verläuft Λ in einer Richtung, die diese Umschaltung unterstützt. Da außerdem die Streufeldwirkung 16B der Schicht 16 auf die Schicht 18 stärker als das in entgegengesetzter Richtung auf die Schicht 18 einwirkende Vorspannungsfeld 14 ist, bleibt der subtraktive Einfluß des Vorspannungsfeldes beim nachfolgenden Umschalten der oberen Schicht 18 ohne nachteiligen Einfluß. Der Vorteil des Vorspannungsfeldes in Richtung der harten Achse besteht daher, ohne daß es notwendig ist, dafür zu sorgen, daß dieses Feld in der Nähe beider Schichten additiv mit dem Worttreibfeld zusammenwirkt. Letzteres kann nur erreicht werden durch eine Grunderregung des Worttreibers 36 oder durch eine Vorspannungsleitung, die zwischen den beiden Schichten angeordnet ist. Insbesondere die zuletztgenannte Ausführungsform würde notwendigerweise einen größeren Abstand zwischen den Schichten 16 und 18 erfordern, durch den eine größere FeIdstreuung auftreten würde. Im anderen Falle würde der Vor spannungsstrom in der sehr düanen Worttreibleitung 20 eine etarke Erwärmung erzeugen.

Die beiden Magnetschichten 16 und 18 können gleiche magnetische Eigen-

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schäften aufweisen. Es ist daher möglich, daß beide Schichten aus dem gleichen Material und in der gleichen Dicke hergestellt sein können.

Die Speichereinrichtung nach Fig. 1 hat jedoch nicht nur den Vorteil, daß sie zu ihrem Betrieb nur eine geringe Wortstromstärke erfordert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Vorspannungsfeld die Parameter für eine sichere Arbeitsweise einer Speicheranordnung, die eine größere Anzahl Speicherzellen gemäß Fig. 1 benutzt, so erweitert, daß eine wirtschaftliche Massenfabrikation eines derartigen Speichers möglich ist. Z. B. kann durch den Umstand, daß ein geschlossener Flußpfad in Richtung der harten Achse besteht, der Abstand zwischen den verschiedenen Wortleitungen einer derartigen Speicheranordnung kleiner als bei denen herkömmlicher Weise aufgebauten Speichern sein. Allerdings bedingt dies, daß durch den nicht geschlossenen Flußpfad in Richtung der leichten Achse ein etwas größerer Abstand zwischen den Ziffernleitungen der Anordnung erforderlich ist als bei bekannten Doppelschichtspeichern, die einen .geschlossenen Flußpfad in Richtung der leichten Achse aufweisen. Diese Abstandsvergrößerung ist jedoch nicht erheblich, da die Stärke der Bittreibimpulse wesentlich geringer ist als die Stärke der Worttreibimpulse.

In Fig. 5 ist eine Speicheranordnung dargestellt, die 3 mal 3 Speicherzellen der in Fig. 1 dargestellten Art aufweist und gemäß vorliegender Erfindung arbeitet* Es handelt sich dabei lediglich um eine beispielswei-

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se Ausführung einer Speichermatrix; in der Praxis würde eine derartige Speichermatrix natürlich wesentlich mehr Speicherzellen aufweisen. Die in Fig. 5 verwendeten Bezugszeichen entsprechen, soweit es sich um gleiche Teile handelt, den Bezugszeichen von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Buchstabe X hinzugefügt ist. Die Speicheranordnung umfaßt drei Worttreibleitungen 2OX, die durch eine Wortauswahl- und Treiberschaltung 36X gesteuert werden, und drei Ziffernleitungen 26X, die durch Schalter 40AX und 40BX mit einer Bitauswahl- und Treiberschaltung ™

38X oder einer Le se signal-Auswertschaltung 42X verbunden werden können. Die eigentlichen Speicherzellen der Anordnung werden an den Kreuzungsstellen der Ziffernleitungen 26X und der Worttreibleitungen 2OX gebildet. Die obere Magnetschicht 18X und die darunter befindliche untere Schicht, die der Magnetschicht 16 von Fig. 2 und 3 entspricht und in Fig. 5 nicht zu sehen ist, er strecken^ ich kontinuierlich über die gesamte Länge der Worttreibleitungen 2OX, wodurch eine weitere Herabsetzung der Worttreibströme möglich ist. Das Vorspannungsfeld, \

das durch einen Pfeil 14X dargestellt ist, wird mit Hilfe von Spulen 5 erzeugt, die sich zu beiden Seiten der Anordnung befinden. Dieses Vorspannungsfeld verläuft in einer Richtung, in der es das Worttreibfeld in der Nähe der unteren Magnetschicht einer jeden Speicherzelle additiv unterstützt. Die Speicheranordnung arbeitet in einer herkömmlichen Orthogonal-Feld -Betriebsart, wie sie beispielsweise auch vorausgehend an Hand der Einrichtung nach Fig* 1 erläutert wurde. Wie bd dieser Einrichtung, so kann auch bei der Anordnung nach Fig. 5 die

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Informations entnahme durch zerstörendes oder nicht zerstörendes Lesen erfolgen.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicheranordnung, die sich von der Anordnung 5 lediglich in der Erzeugung des Vorspannungsfeldes unterscheidet. In Fig. werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 für entsprechende ^ Teile verwendet, wobei jedoch der Buchstabe Y zur Unterscheidung

hinzugefügt wird. Das Vorspannungsfeld parallel zur harten Achse wird bei der Anordnung nach Fig. 6 durch eine Vorspannungsleitung 60 erzeugt, die parallel zu den Worttreibleitungen 2OY verläuft. Die Leitung 60 wird kontinuierlich durch einen Strom erregt, der von einer Stromquelle 64 erhalten wird und in Richtung des Pfeiles 62 fließt. Die Anordnung ist im Querschnitt in Fig. 7 dargestellt. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß die Leitung 60 zwischen der Ferritplatte 28Y und der Ziffernleitung 26Y verläuft und von der Ziffernleitung 26Y durch eine Isolierschicht 26 getrennt ist. Da in der dargestellten Anordnung die Leitung 60 als einheitliche Leitung über sämtliche Wortspalten führt, wobei sie in benachbarten Wortspalten in entgegengesetzter Richtung verläuft, werden durch die Wortauswahl- und Treiberschaltung benachbarten Worttreibleitungen die Worttreibströme in unterschiedlichen Richtungen zugeführt. Dies ist erforderlich, da der Strom in den Worttreibleitungen 2OY die gleiche Richtung haben muß wie der Strom in der das Vorspannungefeld erzeugenden Leitung 60,

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damit das Vorspaimungsfeld in der Nähe der unteren Schicht 16Y einer jeden Speicherzelle in der gleichen Richtung wirkt wie das Worttreibfeld. Wie aus den Pfeilen 68-1, 68-2 und 68-3 zu ersehen ist, fließt der Strom in der mittleren Worttreibleitung 2OY in einer entgegengesetzten Richtung als der Strom in den beiden äußeren Worttreibleitungen 2OY. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung die gleiche, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Vorspannungsleitung 60 in der Anordnung nach Fig. 6 außerhalb der Magnetschichtzellen verläuft und daher relativ dick ausgebildet sein kann, um Erwärmungeverluste zu vermeiden, ohne daß dadurch der Abstand zwischen den Magnetschichten 16Y und 18Y vergrößert/rerden muß.

Des weiteren können bei den Anordnungen nach den Fig. 5 und 6, die nicht maßstäblich gezeichnet sind, die Wortleitungen sehr eng nebeneinander angeordnet sein, da die Magnets chichten 16 und 18 einen im wesentlichen geschlossenen Flußpfad um diese Leitungen bilden, so daß Streuflüsse weitgehend beseitigt werden. Als ein Ergebnis dieser relativ engen Packungsdichte der Wortleitungen erhöht eich die Speicherzellendichte entlang der Ziffernleitungen, wodurch diese relativ kurz ausgebildet werden können. Da die Dicke der außerhalb der Speicherzellen befindlichen Ziffernleitungen in gewissen Grenzen erhöht werden kann, kann dadurch der Widerstand dieser Leitung weiter gesenkt werden, ohne

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daß dies auf Kosten des Abstandes zwischen den Magnetschichten 16 und 18 geht. Dies ist von erheblicher Bedeutung, da in großen Matrixspeichern einer jeden Ziffernleitung zumeist eine wesentlich größere Anzahl Speicherzellen zugeordnet sind als einer jeden Wortleitung.

Obwohl die vorausgehend erläuterte Erhöhung der Speicherzellendichte entlang der Ziffernleitungen und die Veringerung des elektrischen Widerk Standes der Ziffernleitungen von einer Erhöhung des Bitstromes und einer

Vergrößerung der Abstände der Speicherzellen entlang der Wortleitungen begleitet sein kann, ergibt sich doch beim Vergleich mit Speicheranordnungen, die Doppelschichtzellen mit entlang der leichten Achse geschlossenem Flußpfad verwenden, daß die erfindungsgemäßen Vorteile die erwähnten Nachteile in den meisten Fällen aller Anwendungen überwiegen. Dies rührt daher, daß, wie bereits erwähnt, die Ziffernleitungen zumeist eine größere Anzahl Speicherzellen steuern als die Wortleitungen und daß die Worttreibströme im allgemeinen wesentlich stärker sind als die Bittreibströme. Z, B. sind in einer ,Speichermatrix mit 512 mal 288 Speicherzellen, von denen jede als magnetische Doppelschichtzelle mit einem geschlossenen Flußpfad in Richtung der leichten Achse ausgebildet ist, 512 Speicherzellen entlang einer jeden Ziffernleitung und 288 Speicherzellen entlang einer jeden Wortleitung angeordnet. Die bei dieser Anordnung benötigten Wortströme liegen über 200 Milliampere, und die notwendigen Bitströme liegen über 15 Milliampere. In einem erfindungs -gemäß aufgebauten Speicher gleicher Größe können die Ziffernleitungen

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wesentlich kürzer sein, und die Wortströme können bis auf 100 Milliampere verringert werden, während sich die Bitströme nur auf 50 Milliampere erhöhen. Sowohl die Worttreibleitungen als die Ziffernleitungen können daher von Treiberschaltungen gesteuert werden, die nur einen relativ geringen Aufwand erfordern.

Auf Grund der erhöhten Packungsdichte der Speicherzellen entlang der Ziffernleitung können kürzere Ziffernleitungen verwendet werden, wodurch

sich die ErwärmungsVerluste und die Impulslaufzeiten auf diesen Lei- ^

tungen verringern, so daß die Speicherzyklus-Zeit verkürzt werden kann. Da des weiteren die Ziffernleitungen nicht zwischen den Speicherschichten verlaufen, können sie relativ dick ausgebildet sein und einen verhältnismäßig großen Abstand von der leitenden Grundplatte aufweisen.

Dies hat zur Folge, daß ein abschwächender Einfluß der Grundplatte sowohl auf die in den Ziffernleitungen induzierten Lesesignale als auch auf die Bittreibsignale zu einem Minimum reduziert werden kann.

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OPJGiMAL !NTrF-C

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Magnetischer Dünnschichtspeicher mit Speicherzellen, die aus je zwfci übereinander angeordneten anisotropen, uniaxialen Magnet-Schichtelementen bestehen, von denen jedes eine magnetische Vorzugsachse aufweist, die parallel zu einer zwischen den beiden Elementen angeordneten Worttreibleitung ausgerichtet ist, und mit einer Ziffernleitung, die außerhalb der beiden Magnetschichtelemente orthogonal zur leichten Achse in Richtung der harten Achse verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine außerhalb der beiden Magnetschichtelemente angeordnete magnetfelder zeugende Leiteranordnung (50, 60) ein Vorspannungefeld an die Speicherzellen entlang der harten Achse angelegt wird, das dem Worttreibfeld in einem der beiden Magnetschichtelemente gleich" und im anderen entgegengerichtet ist. ,

009819/1517
2. Dünnschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetschichtelemente auf einer leitenden Trägerplatte (10) angeordnet sind.
3. Dünnschichtspeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannungsfeld wesentlich schwächer als das zur Auslenkung der Magnetisierung in die Richtung der harten Achse benutzte Worttreibfeld ist.
4. Dünnschichtspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannungsfeld von zwei Spulen (50) erzeugt wird, die in Richtung der harten Achse der Magnets chichtelernente zu beiden Seiten einer aus mehreren Speicherzellen bestehenden Speichermatrix angeordnet sind.
5. Dünnschichtspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannungsfeld durch einen Dauerstrom in einen außer- | halb der Magnets chi chtelemente parallel zur Worttreibleitung verlaufenden zusätzlichen Leitung (60) erzeugt wird.
6. Dünnschichtspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Leitung (60) in wechselnder Richtung über alle Wortspalten bzw. Wortzeilen einer Matrix führt und daß einander benachbarten Wortleitungen die Treibetröme in unterschiedlicher Polarität entsprechend der Richtung der zusätzlichen Leitung zugeführt werden.

009819/1S17

Docket 10 899
7. Dünnschichtspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Worttreibleitung zugeordneten Speicherzellen durch zwei die Wortleitung kontinuierlich einhüllende, streifenförmige Magnet schichte η (16, 18) an den Kreuzungs stellen mit den Zifferntreibleitungen gebildet werden.

009819/1617

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