DE1564798C

DE1564798C - Verfahren zur Erhöhung der Koerzitivfeldstarke von Speicherelementen aus dünnen magnetischen Schichten

Info

Publication number: DE1564798C
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl.-Phys. 8000 München Littwm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-07-22

Description

1 2

Untersuchungen haben gezeigt, daß aus dünnen Stunde, bei einer Temperatur getempert, die obermagnetischen bzw. ferromagnetischen Schichten, . halb der Temperatur des Trägers der Speichermatrix z. B. vorzugsweise magnetostriktionsfreien Ni-Fe- liegt, die dieser beim Aufdampfen der Speicherele-Schichten, mit einer Vorzugsachse der Magnetisie- mente annimmt.

rung bestehende Speicherelemente sich nicht nur 5 Durch eine Temperung in einem senkrecht zu den

durch ein nach Betrag und Richtung experimentell magnetischen Vorzugsachsen der Speicherelemente

ermitteltes, impulsförmig angelegtes, einmaliges gerichteten magnetischen Gleichfeld lassen sich die

äußeres Magnetfeld (Steuerfeld) ummagnetisieren las- Werte für die Anisotropie und Koerzitivfeldstärke

sen, sondern daß sich bereits unter der Einwirkung der einzelnen Speicherelemente in erhblichem Maße

sehr vieler unterkritischer Steuerfeldimpulse, d. h. bei io steuern. Untersuchungen haben dabei gezeigt, daß

Impulsen einer Feldstärke, deren Betrag unterhalb eine Erniedrigung der Anisotropiefeldstärke H_K und

des bei einmaliger Ansteuerung für die Ummagneti- eine Erhöhung der Koerzitivfeldstärke H_c durch die

sierung der Schicht notwendigen Wertes liegt, uner- Erhöhung der Tempertemperatur und/oder der Tem-

wünschte Ummagnetisierungen ergeben. Unter der perdauer erzielbar ist. Die Anisotropiefeldstärke und

Einwirkung dieser unterkritischen Impulse wird die 15 das Verhältnis der Koerzitivfeldstärke zu dieser kön-

Schicht nämlich durch das Kriechen der Wand- nen hierbei durch geeignete Wahl der Temperbedin-

domänenbereiche ummagnetisiert und hierdurch ein gungen in weiten Grenzen variiert werden. Die Tem-

unerwünschter Abbau der im Speicherelement ge- perung erfolgt im Hochvakuum,

speicherten Information verursacht Der vorliegenden Erfindung liegt ebenfalls die Auf-

Zur Vermeidung dieses Informationsabbaues bei 20 gäbe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das

impulsmäßigem Betrieb eines aus diesen Speicher- Speicherelemente der eingangs genannten Art her-

elementen gefertigten Speichers werden an die magne- stellbar sind, deren gespeicherte Informationen auch

tischen Eigenschaften des Speicherelements bestimmte bei häufiger Teilansteuerung der Speicherelemente,

Forderungen gestellt. So muß z. B. die Koerzitivfeld- d. h. bei Einwirken vieler unterkritischer Steuerfelder

stärke H_c der ferromagnetischen, z. B. Nickel-Eisen- 25 auf die magnetischen Schichten, nicht abgebaut

Schicht genügend groß sein und soll angenähert dem werden.

Betrag der Anisotropiefeldstärke H_K entsprechen, wo- Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung

durch auch die Grenzfeldstärke H_{B max}, durch die der vor, daß auf das aus einer ferromagnetischen Schicht,

Beginn des Informationsabbaues festgelegt ist, erhöht insbesondere wenigstens angenähert magnetostrik-

ist. Darüber hinaus soll die Winkeldispersion <x₉₀, 30 tionsfreien Ni-Fe-Schicht, gefertigte Speicherelement

d. h. die Winkelstreuung der Vorzugsachse der Ma- ein unmagnetisches Metall, eine unmagnetische

gnetisierung in der magnetischen Schicht, niedrige Metallverbindung oder Metallegierung galvanisch auf

Werte annehmen, um zur Erzielung eines genügend die Speicherschicht aufgebracht und während und/

großen Arbeitsbereiches H_Bmax bis H_Bmin einen mög- oder nach dem Auftragen durch einen Tempervor-

lichst niedrigen Wert für die minimal erforderliche 35 gang in diese eindiffundiert wird.

Einschreibfeldstärke H_Bmin zu erhalten. Der Vorschlag nach der Erfindung nützt beispiels-

Zur Erhöhung der Koerzitivfeldstärke H_c bieten weise beim galvanischen Abscheiden eines in die sich verschiedene Möglichkeiten an. Bei gleichzeitiger ferromagnetische Schicht eindringenden Metalls, d. h. Forderung nach niedrigen Werten für die Winkel- eines sogenannten Diffusionsmetalls, den Effekt der dispersion a₉₀ sind jedoch nur beschränkt hohe Werte 40 reduzierenden Wirkung des an der Kathode (ferrofür die Koerzitivfeldstärke erreichbar, da im allge- magnetische Schicht) entwickelten naszierenden Wasmeinen jeder größere Anstieg der Koerzitivfeldstärke serstoffes aus, der die einer Eindiffusion des Diffumit einer steigenden Winkeldispersion a₉₀ verbun- sionsmetalls in die ferromagnetische Schicht hemden ist. mend entgegenstehende Oxidschicht ganz oder teil-

Zur Erhöhung der Koerzitivfeldstärke um einen 45 weise entfernt, während das gleichzeitig abgeschiegewissen Betrag, die ohne eine Änderung der Winkel- dene Metall oder auch die abgeschiedene Metalldispersion Ct₉₀ durchführbar ist, sind bereits söge- verbindung oder Metallegierung eine erneute Oxydanannte magnetische Doppelschichten vorgeschlagen tion der magnetischen Schichtoberfläche verhindert, worden, die vorzugsweise aus zwei jeweils wenigstens Zur Vermeidung einer schädlichen Beeinflussung angenähert magnetostriktionsfreien Ni-Fe-Schichten 50 der ferromagnetischen Speicherschichten und gegemit einer Vorzugsachse der Magnetisierung bestehen, benenfalls der Träger dieser Schichten empfiehlt es die stapeiförmig übereinander aufgebracht und durch sich, unmagnetische Metalle, Metallegierungen oder eine unmagnetische, gegebenenfalls elektrisch leitende Metallverbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt als oder auch elektrisch isolierende Zwischenschicht Diffusionsmetall zu verwenden. Untersuchungen einer Dicke von z. B. 20 A getrennt sind (s. ältere 55 haben gezeigt, daß sich beispielsweise mit Indium, deutsche Patente 1 247 398 und 1252 739). Kadmium, Zinn, Zink oder Wismut äußerst günstige

Darüber hinaus ist bereits ein Verfahren zur Ein- Ergebnisse, d. h. relativ hohe Werte für die Koerzitiv-

stellung der Koerzitiv- und Anisotropiefeldstärke der feldstärke der Speicherelemente, erreichen lassen.

Speicherelemente einer Matrix vorgeschlagen worden, Zweckmäßigerweise erfolgt die Temperung der

durch das die Speicherelemente mit ihren magneti- 60 magnetischen Schichten samt aaufgebrachtem Diffu-

schen Vorzugsachsen zueinander im wesentlichen sionsmaterial bei einer Temperatur, deren Wert nied-

parallel ausgerichtet und in ihrer Anisotropie- und riger ist als die Schmelztemperatur des auf die

Koerzitivfeldstärke noch frei wählbar sind. Die Spei- Speicherschicht aufgebrachten Metalls bzw. der auf

cherelemente der Matrix werden hierbei im Hoch- die Speicherschicht aufgebrachten Metallverbindun-

vakuum in.; einem parallel zu den untereinander zu- 65 gen oder Metallegierungen. Durch die Wahl des

mindest angenähert gleichen magnetischen Vorzugs- unterhalb der Schmelztemperatur des jeweiligen

achsen der Speicherelemente gerichteten magnetischen .. Diffusionsmaterials verweilenden Temperaturbereichs

Gleichfeld eine bestimmte Zeitdauer, z. B. eine £! wird ein Schmelzen des galvanisch oder elektro-

chemisch auf die magnetische Schicht aufgebrachten Diffusionsmaterials und damit dessen unkontrollierte Verteilung auf der magnetischen Schicht verhindert.

Ein erheblicher, insbesondere fertigungstechnisch beachtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vor-Schlags besteht darin, daß die Temperung in Luft durchführbar ist. Hierdurch erübrigen sich die bei den bisher bekannten Verfahren zur Erhöhung der Koerzitivfeidstärke erforderlichen Vakuum-, d. h. vor allem Hochvakuumanlagen, ohne daß dieser Verzicht zu ungünstigen magnetischen Schichten führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es darüber hinaus, daß in einfacher Weise die Dauer der Temperung und die Tempertemperatur entsprechend der gewünschten Koerzitivfeldstärke gewählt und beispielsweise durch eine laufend den Wert der Koerzitivfeldstärke messende Einrichtung gesteuert wird.

Nach beendeter Temperung empfiehlt es sich, den ao auf der Speicherschicht verbleibenden, nicht in diese eindiffundierten Metall-, Metallverbindungs- oder Metallierungsrest beispielsweise galvanisch oder durch eines der an sich bekannten, geeigneten Ätzverfahren wieder abzutragen, um den Diffusionsprozeß wirksam zu unterbrechen und dadurch eine Konstanz des durch die Diffusion des Diffusionsmaterials in die magnetische Schicht eingestellten Wertes für die Koerzitivfeldstärke zu erreichen. Nach erfolgter vollständiger Abtragung des restlichen Diffusionsmaterials führt selbst eine weitere Erhöhung der Temperatur zu keiner Änderung der eingestellten Werte für die Koerzitivfeldstärke.

In diesem Zusammenhang durchgeführte Untersuchungen haben z. B. gezeigt, daß eine auf einen Glasträger aufgebrachte magnetische Schicht, deren Koerzitivfeldstärke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei 52° C in zwei Minuten von 1,7Oe auf 4 Oe erhöht worden ist, nach einer Lagerung von 240 Stunden bei 80° C noch keine Änderung der eingestellten Koerzitivfeldstärke H_c und Winkeldispersion (X₉₀ aufwies. Diese Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß selbst bei den im späteren Speicherbetrieb auftretenden und beispielsweise durch benachbarte, wärmeabstrahlende Bauelemente bedingten, relativ hohen Betriebstemperaturen des Speichers keine Abweichungen von den einmal eingestellten Werten für die Koerzitivfeldstärke erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Durch Bedampfung auf eine Trägerunterlage aufgebrachte, wenigstens angenähert magnetostriktionsfreie Ni-Fe-Schichten wurden in einem schwefelsauren Zinnbad bzw. in einer alkalischen Zinnchlorid (NaOH-SnCl₂)-Lösung bei einer Stromdichte von 0,1 bis 0,6 A/dm² mit Zinn beschichtet und anschließend in Luftatmosphäre bei 57° C (Fig. 1) bzw. 56° C (Fig. 2) getempert. Hierbei wurde der Einfluß der Diffusion des Zinns in die Ni-Fe-Schicht auf die Koerzitivfeldstärke H_c, die Anisotropiefeldstärke H_K, die Winkeldispersion a₉₀ und die Änderung des magnetischen Flusses bzw. der dazu äquivalenten magnetischen Schichtdicke d_m untersucht. Beispiele für das Verhalten dieser Größen geben die F i g. 1 und 2 wieder, in denen H_c und H_K (gemessen in Oe), d_m (gemessen in 10²A) und <x₉₀ (gemessen in Grad) über der Temperdauer (min) aufgetragen sind. Die magnetischen Schichten wurden teils bei 185° C

(s. Fig. 1), teils bei 272° G (s.- F ig. .2) auf -die Träger dieser Speicherschichten aufgedampft. Die Koerzitivfeldstärke H_c steigt mit zunehmender Temperdauer· an. Die..Anisotropiefeldstärke H_K -ändert sich hierbei nicht, während die magnetisch wirksame Schichtdicke d_m mit fortschreitender Eindiffusion des Zinns in die magnetische Schicht langsam abnimmt. Bemerkenswert ist unter anderem, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar im Unterschied zu den beispielsweise mit Kupfer bedampften und getemperten Nickel-Eisen-Schichten, die Winkeldispersion a₉₀ bis zu einem Verhältnis der Koerzitivfeldstärke zur Anisotropiefeldstärke H_c zu H_K von fast 1 klein bleibt und erst danach anwächst, wie aus den Kurven a₉₀ beider Figuren ersichtlich ist. Der in diesen Figuren gezeigte Verlauf der Winkeldispersion a₉₀ mit ansteigenden Werten für die Koerzitivfeldstärke ist sehr vorteilhaft und bewirkt, daß die eingangs genannte minimale Einschreibfeldstärke H_Bmin bis zu einem HJH^-V&rhältnis von 1 weitgehend konstant bleibt, wodurch sich der erfindungsgemäß erzielte Anstieg der Koerzitivfeldstärke zugunsten einer Vergrößerung des Arbeitsbereichs H_Bmax bis H_Bmin auswirkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhöhen der Koerzitivfeldstärke eines aus einer ferromägnetischen Ni-Fe-Schicht bestehenden Speicherelements mit uniaxialer Anisotropie der Magnetisierung, dadurch gekennzeichnet, daß ein unmagnetisches Metall, eine unmagnetische Metallverbindung oder Metallegierung galvanisch auf die Speicherschicht aufgebracht und während und/oder nach dem Auftragen durch einen Tempervorgang in diese eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmagnetische Metalle, Metallegierungen oder Metallverbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt auf die Speicherschicht aufgebracht werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Indium, Kadmium, Zink, Zinn oder Wismut auf die Speicherschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur getempert wird, deren Wert niedriger ist als die Schmelztemperatur des auf die Speicherschicht aufgebrachten Metalls bzw. der auf die Speicherschicht aufgebrachten Metallverbindungen oder Metallegierungen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung in Luft durchgeführt wird.

6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Temperung und die Tempertemperatur durch den gewünschten Wert der Koerzitivfeldstärke bestimmt und durch eine diesen Wert messende Einrichtung gesteuert werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach beendeter Temperung der auf der Speicherschicht verbliebene, nicht in die

Speicherschicht eindiffundierte Metall-, Metallverbindungsoder Metallegierungsrest abgetragen wird. '"''"." ' ¹V ·■ ^: · ^r ^

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall-, Metallverbindungs- oder Metallegierungsrest galvanisch oder durch Ätzen abgetragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen