DE1774058A1 - Magnetische Anordnung fuer Informationsspeicher,diese Anordnung enthaltender Informationsspeicher und Verfahren zur Herstellung der magnetischen Anordnung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-Ing. Gottfried Leiser

Patentanwälte

Telegramme: Labyrinth München

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

8000 MOnch.n 60, 2 ß, Maß 1968

Ernsbergersfrasse 19 ■■ "·"**·

Unser Zeichen: C 2503

Centre National de la Recherche Scientifique 15 Quai Anatole France, 75 Paris 7e / Frankreich

und

Societe d'Electronique et d'Automatisme 31 rue de la Baume, 75 Paris 8e / Frankreich

Magnetische Anordnung für Informationsspeicher, diese Anordnung enthaltender Informationsspeicher und Verfahren zur Herstellung der magnetischen Anordnung.

Die Erfindung betrifft magnetische Anordnungen mit dünnen Schichten, welche einaxiale Anisotropie und in Richtung

Bu/Gr.

der

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~²' 1774050

der Anisotropieachse eine quasirechteckige Hystereseschleife aufweisen, sowie Speicher für Binärinformationen, welche durch die Hinzufügung dieser Anordnungen zu Schreibund Leseeinrichtungen für diese Informationen erhalten v/erden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung von Speichern für Binärinformationen, deren magnetische Anordnungen mit

^ dünnen Schichten Hystereseschleifen aufweisen, welche in beiden Richtungen der Anisotropieachse oder der Vorzugsachse oder Achse der leichtesten Magnetisierung seitlich verschoben werden können, was die selektive und lokalisierte Einstellung dieser Anordnungen in den einen oder anderen von zwei Zuständen ermöglicht, welche Übereinkunftsgemäß für die numerischen Kennzeichnungen O und 1 bestimmt sein können. Diese Einstellung ist permanent, da bei diesen Speichern der Vorgang des Lesens dieselbe nicht zerstört. Sie ist jedoch, wenn es nötig

* ist, durch eine besondere Lösch- und Wiedereinschreibbehandlung veränderlich und infolgedessen können die erfindungsgemäßen Speicher für Binärinformationen "halbpermanent" genannt werden.

Ein erfindungsgemäßer Speicher für Binärinformationen ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß er eine magnetische Anordnung mit dünnen Schichten aufweist, welche

in 109848/1533

BAD ORIGINAL

in magnetischer Wechselwirkung mindestens eine ferromagnetische und eine ant!ferromagnetische Schicht umfaßt ·

Bei einer Ausführungsform einer solchen Anordnung stehen diese Schichten in direkter.Berührung miteinander. Bei einer anderen Ausführungsform ist zwischen die Schicht eine sehr dünne Schicht aus einem nichtmagnetischen Material eingelegt.

Mit dem Ausdruck "dünne Schicht¹¹ werden Schichten mit einer Dicke oder Stärke bezeichnet, deren Größenordnung von einigen hundert bis zu einigen tausend Angstrom geht, wobei eine "sehr dünn" genannte Schicht eine noch darunter liegende Stärke besitzt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die die beiden genannten Schichten mit ferromagnetischer und anti- . (j ferromagnetische^ Eigenschaft aufweisende Grundanordnung durch eine weitere ferromagnetische Schicht vervollständigt werden, welche an die ferromagnetische Schicht der Grundanordnung nach der Lehre der französischen Patentschrift 1 383 012 vom 18.Oktober 1963 angekoppelt ist. Gemäß dieser Patentschrift wird eine solche Kopplung durch Zwischenlegen einer sehr dünnen, nichtmagnetischen, genauer nichtferromagnetischen Metallschicht, beispielsweise aus Silber, Indium,

Chrom 109848/1533

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Chrom, Mangan, Palladium oder Platin, zwischen die beiden ferromagnetisch^ Schichten hervorgerufen.

Da es sich um halbpermanente Speicher handelt, ist die Schreibeinrichtung für die Binärinformationen, wie sie auch ausgebildet sein mag, vorteilhafterweise von der Anordnung mit dünnen Schichten getrennt. Genauer gesagt, diese Einrichtung ist nicht in dem Erzeugnis enthalten, P welches den ganzen erfindungsgemäßen Speicher bildet. Im Gegensatz dazu ist die Leseeinrichtung tatsächlich ein Bestandteil desselben, entweder in Form von Netzen von Leseleitungen oder in Form eines oder mehrerer optischelektronischer Abtastköpfe für den Inhalt von "Speicherpunkten" für Binärelemente, welche in die genannte magnetische Anordnung mit dünnen Schichten geschrieben worden sind.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 bei (a) eine Hystereseschleife in der normalen Vorzugsrichtung der Magnetisierung einer Schicht oder einer Anordnung aus dünnen magnetischen Schichten, bei (b) eine solche, nach links verschobene Hystereseschleife und bei (c) eine solche, nach rechts verschobene Hystereseschleife,

Figuren 109848/15 33

Figuren 2 und 3 zwei Ausführungsformen von Speicheranordnungen mit dünnen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten und einaxialer Anisotropie,

Figur 4 eine Ausführungsform einer solchen Anordnung, welche durch eine zweite ferromagnetische Schicht vervollständigt ist, die an derjenigen der beispielsweise in Form des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 zugrunde gelegten Anordnung befestigt ist, (J

Figur 5 die Verteilung der magnetischen Momente in einer ferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie,

Figur 6 die Verteilung der magnetischen Momente in einer antiferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie,

Figuren 7 und 8 die Verteilungen der magnetischen Momente in zwei gekoppelten Schichten, welche aus einer ferromagnetischen und einer antiferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie bestehen, wobei die dargestellte Orientierung in der ferromagnetischen Schicht für die Zeitpunkte gilt, in welchen in den Speicher geschrieben wird,

Figur 9 eine Ausführungsform eines halbpermanenten Speichers mit Netzen von Leseleitungen, wobei der senkrechte Schnitt (a)

bei 1098 4 8/153 3

bei (b) durch einen Teilschnitt eines vorübergehenden Zustandes der magnetischen Anordnung im Verlauf ihrer Herstellung vervollständigt ist,

Figuren 10 und 11 zwei mögliche Lesearten mit einem Speicher, welcher Netze von Leseleitungen aufweist,

Figur 12 eine andere Ausführungsform eines halbpermanenten Speichers zum Lesen durch optisch-elektronische Abtastung,

Figuren 13 und l4 eine erste Ausführungsform einer Schreibanordnung,

Figur 15 eine zweite Ausführungsform einer Speicherschreibanordnung und

Figuren l6₉ 17 und 18 graphische Darstellungen, welche die Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Speicher erleichtern.

Zur klareren Darstellung sind die gegenseitigen Abmessungen der Bestandteile in der Zeichnung nicht berücksichtigt.

Figur 1 dient zur Erläuterung des Zwecks der Erfindung, nämlich die Darstellung der Binärziffern 0 und 1 durch Hystereseschleifen zu gewährleisten, welche in der Vorzugs-

richtung 109848/1533

richtung der Magnetisierung in einem Material gegeneinander versetzt sind. Jede Hystereseschleife ist so eingezeichnet, daß die Induktion B auf der Ordinate und das Magnetfeld H in der Vorzugsrichtung der Magnetisierung auf der Abszisse abgetragen ist. Wenn einmal die Speicheranordnung "beschrieben" ist, so ist einzusehen, daß die Binärziffern in derselben durch verschiedene magnetische Zustände dargestellt werden, welche einem der Paare von Hystereseschleifen (a) und (b) oder (b) und (c) oder (a) und (c) entsprechen, und zwar Je nach dem der magnetischen Anordnung bei diesem Einschreiben der zwei Ziffern O und 1 erteilten Zustand.

Um dies durchzuführen, wird erfindungsgemäß eine Kopplung zwischen einer ferromagnetischen Schicht 2 und einer antiferromagnetischen Schicht 1 vorgesehen (Figuren 2, 3,4 oder 12). In den Figuren 2, 3 und 12 stehen die Schichten 1 und in direkter Berührung - (wenn auch bezüglich des dielektrischen Trägers 3 in den Figuren 2 und 3 umgekehrt wie in Figur 12). f In Figur 4 ist die Anordnung durch eine zweite ferromagnetische Schicht 5 vervollständigt, welche mit der Schicht 2 durch eine dünnere Schicht 6 aus einem nicht ferromagnetischen Metall verbunden ist. In Figur 3 stehen die Schichten und 2 in Wechselwirkung durch eine sehr dünne Zwischenschicht 4 aus einem nicht magnetischen leitenden Material. Die Stärke der Schicht Ά liegt beispielsweise in der Größe von einigen Zehn 8ngstr«5m.

Bekanntlich 109848/153 3

BAD ORJSlNAL

Bekanntlich sind in einem ferromagnetischen Stoff, welcher in einer Richtung gesättigt ist, die den Atomen zugehörigen magnetischen Momente durch das Vorhandensein eines Molekularfeldes mit einer Stärke von mehreren Millionen Gauss alle parallel ausgerichtet. Zwischen zwei benachbarten Atomen besteht daher eine positive Austauschwechselwirkung. Ein solcher Zustand ist in Figur 5 dargestellt.

P Wie ebenfalls bekannt, ist in einem antiferromagnetischen Stoff die Austauschwechselwirkung bei einem gleichen Zustand negativ. Wenn man den Stoff in ebene Gitter unterteilt, in welchen Atome der gleichen Art angeordnet sind, so sind die magnetischen Momente in jeder Ebene gegenseitig parallel ausgerichtet, aber die Magnetisierungsrichtung wird periodisch von einem Gitter zum nächsten umgekehrt. Dieser Zustand ist in Figur 6 dargestellt. Eine Eigenschaft dieser antiferromagnetischen Stoffe, welche in Hinblick

^ auf die vorliegende Erfindung bemerkenswert ist, ist die Stabilität ihres magnetischen Zustande, welcher nur verändert werden kann, nachdem man die betreffende Probe dieses Stoffes auf eine Temperatur gebracht hat, welche mindestens gleich einem für seine Zusammensetzung charakteristischen Wert ist, Unordnungstemperatur oder Neel-Temperatur genannt wird und eine Eigenschaft dieser Stoffe im festen Zustand ist.

Wenn 109848/1533

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Wenn man daher beispielsweise eine zusammengesetzte Anordnung gemäß Figur 2 betrachtet (das gleiche gilt auch für eine Anordnung gemäß Figur 3)> in welcher die ferromagnetische Schicht durch ihren Aufbau eine leichteste Magnetisierungsachse an sich bekannter Lage aufweist, so bringt man zunächst diese Anordnung auf die gewöhnlich mit Τ,, bezeichnete Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials 1 in Anwesenheit eines äußeren Magnetfelds j welches auf die zwei Schichten einwirkt und gemaß einer Richtung der genannten Vorzugsachse ausgerichtet ist. Wenn man die Anordnung in Anwesenheit dieses Magnetfelds sich abkühlen läßt, stellt sich in der Verteilung der magnetischen Momente des antiferromagnetischen Stoffs eine solche Ordnung ein, daß in der mit der ferromagnetischen Schicht in Berührung stehenden Gitterebene dieses Stoffs die magnetischen Momente sich in der Magnetisierungsrichtung des dem äußeren Feld ausgesetzten ferro-· magnetischen Materials ausrichten. Die Figuren 7 und 8 (j

zeigen einen solchen Zustand für zwei entgegengesetzte Orientierungen des äußeren angelegten Magnetfelds. Der magnetische Zustand der antiferromagnetischen Schicht bleibt dabei bei jeder Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur fest und infolge der starken Wechselwirkung zwischen den beiden Schichten hält das ferromagnetische Material in seiner ganzen Dicke die Speicherung des magnetischen

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BAD

sehen Oberflächenzustands der antiferromagnetischen Schicht aufrecht. Mit anderen Worten, der stabile Zustand minimaler Energie der Magnetisierung in der ferromagnetischen Schicht ist an die Richtung der magnetischen Momente des Oberflächengitters der antiferromagnetischen Schicht gebunden, welche in Berührung mit dieser ferromagnetischen Schicht steht.

Diese Stabilität des Magnetisierungszustandes zeigt an, daß die Vorzugsachse der Magnetisierung des ferromagnetischen Materials einseitig nach der Richtung des äußeren, angelegten Magnetfelds während der geschilderten Behandlung ausgerichtet worden ist und daß infolgedessen die Hystereseschleife der ferromagnetischen Schicht entsprechend seitlich verschoben worden ist. Beispielsweise ist die Hystereseschleife im Sinn der graphischen Darstellung (b) in Figur 1 bei der Anordnung gemäß Figur 7 und im Sinn der graphischen Darstellung (c) in Figur 1 für die Anordnung gemäß Figur 8 verschoben. Dies alles tritt ein, wie wenn die dünne ferromagnetische Schicht 2 gemäß Figuren 2, 3y ^j 9 und 12, welche in Wechselwirkung mit der dünnen antiferromagnetischen Schicht 1 gemäß den gleichen Figuren steht, einem fiktiven Kopplungsfeld, beispielsweise H., unterworfen worden wäre, welches gemäß einer der beiden Richtungen der Vorzugsachse der Magnetisierung

ausgerichtet 1098A8/ 1533

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ausgerichtet ist und dessen Stärke von den die Schichten 1 und 2 bildenden Stoffen und ihren Herstellungsbedingungen abhängt.

In Figur 16 ist bei (a) die in Vorzugsrichtung der Magnetisierung gemessene Hystereseschleife einer einaxialen, normalen ferromagnetischen Schicht und bei (b) die Hystereseschleife dieser Schicht in senkrechter Richtung dargestellt. E,/ ist das Magnetfeld in Vorzugsrichtung der Magnetisierung und H/ ist das Magnetfeld in der senkrechten Richtung, wobei auf der Ordinate die Komponente M der Magnetisierung der Schicht in Feldrichtung abgetragen ist.

In Figur 17 sind bei (a) bzw. (b) die Hystereseschleifen

in der Vorzugsrichtung der Magnetisierung und in der senken
recht/Richtung einer schwach gekoppelten Schicht dargestellt, d.h. einer Schicht, deren Kopplungsfeld H. kleiner als oder von gleicher Größenordnung wie das Anisotropiefeld H_K der ferromagnetischen Schicht ist. In der graphischen Darstellung (a) ist das Kopplungsfeld E^ eingezeichnet, welches durch die Verschiebung der Hystereseschleife in Richtung der leichtesten Magnetisierung gegeben ist. In der graphischen Darstellung (b) ist in einer ausgezogenen Linie die Hystereseschleife der schwach gekoppelten Schicht eingezeichnet.

In

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BAD ORfGfNAL

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In Figur 18 sind bei (a) und (b) die Hystereseschleifen in den Richtungen der leichtesten Magnetisierung und der schwierigen Magnetisierung einer stark gekoppelten ferromagnetischen Schicht dargestellt, d.h. einer Schicht_a deren Kopplungsfeld E^ weit über dem Anisotropiefeld H_K liegt.

In diesen Figuren ist mit M_g der Sättigungswert der W Magnetisierung bezeichnet. Die Hysteresekurve in der schwierigen Magnetisierungsrichtung der nichtgekoppelten --

den Schicht, OAB in Figur 16, Darstellung (b), zeigte«· Punkt A,

welcher den Wert des Anisotropiefeldes EL· definiert, und den Punkt B, welcher dem Wortfeld HL· entspricht. Der Punkt B ist in den Darstellungen (b) der Figuren 17 und 18 zum Vergleich gestrichen angegeben. Die Punkte B' und B" entsprechen bei den verschiedenen wirklichen Hysteresekurven dem Punkt B. Die Steigungen der Tangenten im NuIlk punkt oder die Anfangssuszeptibilitäten der gekoppelten ferromagnetIschen Schicht werden durch das Verhältnis „/(H„+H.) definiert, siehe die These des Staatsdoktorats,

ο SS. 1

welches im Juli 1966 an der Univerisät Grenoble von einem der Erfinder, Jean-Claude Bruyere, abgelegt wurde.

Durch verschiedene Verfahren, welche weiter unten beschrieben werden, ist es möglich, eine Anzahl von Binärinformationen

in

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BAD

in eine zusammengesetzte Anordnung der beschriebenen Art "zu schreiben", wobei jedes Informationselement an einem Ort angeordnet ist, welcher nachfolgend "Speicherpunkt" genannt wird. Vorzugsweise wird dieses Schreiben so durchgeführt, daß die Elemente der Information in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wie es bei Speichern für binäre Informationen üblich ist, wobei jede Zeile einem "Wort" der Information entspricht.

Wenn man nun, wie beispielsweise in der Darstellung (a) der Figur 9 gezeigt, welche für den Speicheraufbau die zusammengesetzte Anordnung gemäß Figur 4 wiedergibt, an diesem Aufbau zwei Leitungsnetze, Zeilen 8 und Spalten 9, hinzufügt_a deren Kreuzungspunkte an den Stellen der binären Informationselemente angeordnet sind, so kann das Lesen der Informationen in einer der Weisen vorgenommen werden, welche in den Figuren 10 bzw. 11 angegeben sind.

Wie zunächst aus Figur 10 ersichtlich, ist ein Speicherpunkt 12 gezeigt, welcher durch die Überkreuzung der zwei Leitungen 8 und 9 gebildet wird, wobei die leichte Magnetisierungsachse mit A bezeichnet ist. Die Leitung 8 wird als Wortleitung betrachtet, d.h. eine Leitung, über die die Binärziffern eines Informationswortes (im üblichen Sinn dieses Ausdrucks im numerischen Rechnen) geschrieben werden. Die

Leitung

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Leitung 9 wird als Spaltenleitung betrachtet, d.h. eine zur ersten Leitung senkrechte Leitung, welche soviele Leitungen überdeckt, wieviele Wörter man im Speicher haben kann.

Um das Lesen eines Wortes durchzuführen, gibt man außerdem auf die gewählte Leitung 8 einen Strom I_M, welcher in der darunter liegenden magnetischen Anordnung" ein Magnetfeld H^ P erzeugt, dessen Orientierung senkrecht zu derjenigen der Leitung 8 und damit senkrecht zu derjenigen der leichten Magnetisierungsachse der ferromagnetischen Schicht dieser Anordnung ist und eine Stärke in der Größenordnung von derjenigen des Anisotropiefeldes H„. der ferromagnetischen "Lese"-Schicht, beispielsweise der Schicht 5 in Figur 9» liegt. Die Magnetisierung des im Schema der Figur 8 gezeigten Speicherpunktes ist beispielsweise durch einen Pfeil mit der gleichen Orientierung wie die Richtung des Stroms I.. angezeigt. Sie entspricht beispielsweise dem Schreiben einer Binärziffer 1 und hat die umgekehrte Richtung wie beim Schreiben einer Binärziffer O. Unter der Wirkung dieses "Wort"-Feldes H_M dreht sich die Magnetisierung der unter dem Speicherpunkt liegenden und diese Stelle umgebenden ferromagnetischen Schicht um einen Winkel, welcher weiter unten definiert wird, wie durch die Pfeile in ausgezogenen Linien angegeben, und zwar in einer Richtung,

welche

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welche offensichtlich von den relativen Orientierungen der ursprünglichen Magnetisierung bei 12 und des Stroms I_M abhängt. Ein elektrischer Strom, dessen Polarität von dieser Drehrichtung abhängt, wird daher in der Leitung induziert, von v/elcher er als Lesesignal des Inhalts des Speicherpunktes 12 entnommen wird. Ein Strom mit genau der gleichen Amplitude, jedoch entgegengesetzter Polarität, wird über jeder Leitung 9 der Wortleitung 8 entnommen, weiche eine entgegengesetzte erste Magnetisierungsrichtung in der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht hat. Wenn der Strom I^ aufhört, wird die Magnetisierung des Speicherpunktes in der ferromagnetischen Schicht mit ihrer ersten Orientierung wiederhergestellt, da natürlich der Vorgang bei einer Temperatur unterhalb der Neel-Temperatur der dieser ferromagnetischen Schicht an dieser Stelle zugeordneten antiferromagnetischen Schicht stattfindet. Die antiferromagnetische Schicht hat daher die Orientierung der magnetischen Momente in ihrem mit der ferromagnetischen Schicht in Berührung stehenden Gitter unbeeinflußt beibehalten, wodurch die Magnetisierung des Speicherpunktes vollständig in diese Orientierung zurückfällt.

Der jeder Leitung 9 entnommene Strom hängt vom Drehwinkel der Magnetisierung der unter dem Speicherpunkt liegenden ferromagnetischen Schicht unter der Einwirkung des "Wort"-Feldes H_M ab, dessen Stärke etwas größer als oder gleich H_K

ist

109 848/1533 _{BAD 0RfG(NjU}

ist. Bei einer nicht gekoppelten ferromagnetischen Schicht ist der Drehwinkel gleich 90° und der der Leitung 9 entnommene Stromj das Lesesignal, ist bekanntlich maximal. In diesem Fall ist die während des Lesens von der Magnetisierung beschriebene Kurve bei (b) in Figur 16 durch die Kurve OAB dargestellt.

Für eine schwach gekoppelte ferromagnetische Schicht ist die unter den gleichen Bedingungen von der Magnetisierung beschriebene Kurve bei (b) in Figur 17 durch die Kurve OB' dargestellt. In diesem Fall dreht sich die Magnetisierung der schwach gekoppelten ferromagnetischen Schicht um einen etwas unterhalb 90° liegenden Winkel und der von einer Leitung 9 aufgenommene Strom 1st etwas kleiner als der Maximalstrom·, welcher der gleichen, nicht gekoppelten Schicht entspricht. Dieser Fall entspricht der Anordnung

5 der Figur 9, wobei die ferromagnetische Leseschicht/mittels

einer Metallschicht 6 an der ferromagnetischen Schicht 2 schwach gekoppelt ist, wie in der eingangs genannten französischen Patentschrift erläutert. Die Schicht 2 ist im Gegensatz dazu an der antiferromagnetischen Schicht stark gekoppelt.

Für eine stark gekoppelte ferromagnetische Schicht, wie es bei der Anordnung gemäß Figur 2 der Fall ist, ist die

unter

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unter den gleichen Bedingungen wie oben von der Magnetisierung beschriebene Kurve durch die Kurve OB" in Figur 18, Darstellung (b) wiedergegeben. In diesem Fall ist der Drehwinkel der Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht und daher das von einer Leseleitung aufgenommene Signal sehwach und kann durch eine Vergrößerung der Stärke des Kopplungsfeldes H. so schwach gemacht werden, wie es erwünscht ist. Es wird weiter unten ausgeführt, wie man diese letzteren Bedingungen ausnützt. ™

Es wird bemerkt, daß es bei gegebener Gesamtdicke der magnetischen Anordnung, welche sehr gering ist, ohne Bedeutung ist, ob sich die antiferromagnetische Schicht bezüglich der Leitungen oberhalb oder unterhalb der Anordnung befindet.

Bei einer anderen Ausführungsform kann man die Orientierungen der Wortleitungen und der Leseleitungen bezüglich der Aniso- λ tropieachse der ferromagnetischen Schicht der Speicheranordnung umkehren. In Figur 11 ist eine Wortleitung 8 senk-

12 recht zu dieser Achse A und zwei Leseleitungen 9 und 9 parallel zu dieser Achse dargestellt, welche zusammen mit

12 der Leitung 8 zwei Speicherpunkte 12 und 12 bilden. Um

ein Informationswort zu lesen, wendet man ein Polarisationsfeld H_R senkrecht zur Anisotropieachse an und läßt, wie vorher, in der Leitung 8 einen Strom fließen, welcher sodann

ein 10 3 848/1533

BAD ORiGiNAL

- is - 1774050

ein induziertes Feld H' hervorruft, das parallel zur leichtesten Magnetisierungsachse der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht orientiert ist. Sodann dreht sich die Magnetisierung der Speicher-'punkte der ferromagnetischen Schicht um fast 180° in der einen oder anderen Richtung je nach der ursprünglichen Orientierung bezüglich der leichtesten Magnetisierungsachse A. Man erhält daher an den Aus-

12
gangen der Leitungen 9 und 9 Lesesignale des In-

1 2

halts der Speicherpunkte 12 und 12 , deren Polaritäten beispielsweise den Werten der Binärziffern 0 und 1 entsprechen, welche vorher in diese Speicherstelle "geschrieben" wurden. Wenn das Lesen beendet

l 2 ist j fallen die Magnetisierungen bei 12 und 12 in ihre ursprünglichen Orientierungen zurück, deren Speicherung in der bereits beschriebenen Art durch die ant!ferromagnetische Schicht der Anordnung erhalten geblieben ist, jedoch vorausgesetzt, daß das Kopplungsfeld H. eine größere Stärke besitzt als die Koerzitivkraft der ferromagnetischen Schicht.

Bei einer anderen Ausführungsform ist es entsprechend dem für das Lesen von Speichern in Form von Magnetschichten jeder Art bekannten Prinzip nicht nötig, der magnetischen Anordnung zum Zweck des Lesens Netze von Leitungen zuzuordnen, sondern es ist möglich, mit

einer

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BAD ORiGiNAL

einer Leseanordnung auf optischem Wege zu arbeiten, wie sie schematisch in Figur 12 dargestellt ist. Ein Lesekopf weist beispielsweise eine Belichtungslampe oder eine andere Lichtquelle 13 und eine Photozelle oder einen Photoleiter lh auf. Das Licht der Lichtquelle, welches beispielsweise bei 33 polarisiert wird, wird auf die Oberfläche der magnetischen Anordnung geworfen und fokussiert, wobei die Außenfläche der ferromagnetischen Schicht 2 belichtet wird. Das reflektierte Licht wird durch einen Analysator 3^ auf die Photozelle zurückgeworfen. Der Lesekopf wird von einem nicht näher beschriebenen Träger.15 mitgeführt, so daß er die Oberfläche der magnetischen Anordnung abtastet. Diese Abtastung kann in jeder gewünschten, bekannten mechanischen Weise durchgeführt werden und man kann, wie ebenfalls bekannt, diesen einheitlichen Kopf durch eine mosaikartige Anordnung von Photozellen oder Photowiderständen und entweder eine Quelle polarisierten Lichts, welche die magnetische Anordnung abtastet und deren reflektiertes Bündel durch einen Analysator auf eine Lese-"Zeile^u der mosaikartigen - Anordnung fällt, oder eine Quelle pakrisierten Lichts ersetzen, welche die gesamte Oberfläche der magnetischen Anordnung überdeckt und deren reflektiertes und "analysiertes" Licht auf die gesamte Oberfläche der mosaikartigen Anordnung fällt, in welcher sodann eine elektrische Abtastung

der 10 9848/1533

BAD

der Elemente stattfindet, wenn nicht so viele einzelne Ausgänge wie Elemente vorhanden sind. Solche Anordnungen sind in Prinzip und Ausführung zur Abtastung von "bedruckten" Oberflächen beim optisch-elektronischen Lesen bekannt.

Die Erläuterung der Lesemethoden wurde unter der Annahme gegeben, daß das Schreiben so stattgefunden hat, daß die Speicherpunkte Hystereseschleifen gemäß (b) und (c)- in Figur 1 aufweisen, insbesondere für den Fall, daß man Netze von Leseleitungen verwendet, wobei die Ziffernsignale 0 und 1 durch ihre Polaritäten unterschieden werden. Bei einem Schreiben gemäß (a) und (b) oder (a) und (c) gibt die Unterscheidung ohne weiteres jedes Signal für die Zahlen, welche an den Stellen dargestellt sind, deren Magnetisierung dem Zyklus (a) folgt, und ein Signal für die Ziffern, welche an den Stellen dargestellt sind, deren Magnetisierung dem Zyklus (b) bzw. dem Zyklus (c) folgt, je nach der Wahl des Schreibens. Dies ist nur möglich, wenn die Verschiebung der Zyklen gemäß (b) oder (c) groß ist und daher einer starken Kopplung entspricht, wie oben definiert. Beim Lesen gemäß dem in Figur 10 beschriebenen Verfahren sind die Zyklen oder Kurven in Richtung senkrecht zur leichtesten Magnetisierungsrichtung so wie bei der Darstellung (b) in Figur 16 für die nicht gekoppelten Speicherstellen und wie in der Darstellung (b) der Figur für die Speicherstellen mit starker Kopplung, wobei die

Kopplung 109848/1533

BAD OBlGiNAL

Kopplung in der einen oder anderen Richtung der leichtesten Magnetisierungsrichtung ausgeübt wird.

■ Das Schreiben in eine Speicheranordnung gemäß der Erfindung beruht offensichtlich auf gesteuerten Erwärmungen in Anwesenheit eines orientierenden Magnetfelds. Die Figuren und Ik einerseits und Figur 15 andererseits zeigen zwei Ausführungsformen, welche im übrigen keine Einschränkung darstellen sollen.

Im Fall der Figuren 13'und l4 arbeitet man mit einer perforierten Maske 17j welche ein Gitter mit vorbestimmter Kodierung darstellt. Die in vereinfachter Form bei 19 dargestellten Perforationen entsprechen beispielsweise den Speicherstellen, in welchen die Ziffern 1 eingeschrieben werden müssen. Die magnetische Anordnung einschließlich ihres dielektrischen Trägers ist mit 18 bezeichnet. Mit 20 ist eine Wärmequelle, wie ein Rubinlaser, bezeichnet, welcher mit einer Membran 21 versehen is.t und dessen Bündel durch die Optik 22 in eine parallele Lichtfläche umgewandelt wird, welche die Maske 17 überdeckt, wenn diese dicht an der Anordnung 18 liegt. Vorzugsweise besitzt diese Maske die gleiche Oberfläche wie 18, um eine zusätzliche Projektion zwischen der Maske und der zu beeinflussenden Oberfläche zu vermeiden.

Zunächst wird die Anordnung 18 betrachtet, welche mit

109848/ 1533 Ihren

BAD

ihren ferromagnetische]! und antiferromagnetischen, nicht magnetisch angeordneten Schichten ausgebildet ist, obwohl diese übereinander angeordnet sind (oder mit ihrer Zwischenschicht, wenn die Anordnung gemäß Figur 3 verwendet wird). Sodann wird der Rubinlaser eine erforderliche Zeit aktiviert, so daß durch die Maske 17 die gewählten Stellen mittels der Perforationen 19 auf die Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials der aus dünnen Schichten )) bestehenden Anordnung gebracht werden, während auf die ganze Anordnung ein magnetisches Orientierungsfeld mit vorbestimmter Richtung einwirkt, und zwar vorzugsweise mit einer der zwei Richtungen der Anisotropieachse der ferromagnetischen Schicht oder Schichten der Anordnung parallel zu einer Seite dieser Anordnung. Die Maske kann beispielsweise aus Nickel bestehen. Man läßt die Quelle nur die zur lokalen Erwärmung der durch die Maske hindurch erreichten Stellen der Anordnung erforderliche Zeit belichten, um die Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials zu erreichen und zu überschreiten, sodann läßt man die Anordnung abkühlen, während das magnetische Orientierungsfeld aufrechterhalten wird. Dieser Vorgang führt zum gemeinsamen Beschreiben aller entsprechenden Informationselemente mit einem der Binärziffernwerte, durch Übereinkunft beispielsweise 1, welche durch die Richtung des magnetischen Orientierungsfeldes definiert wird.

Dieser

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Dieser einzige Schreibvorgang kann in den Fällen als ausreichend betrachtet werden, daß Anordnungen mit starker Kopplung der ferromagnetIschen und antiferromagnetischen Schichten verwendet werden, wie sie beispielsweise in Figur 2 dargestellt sind, denn nach Anbringen der Wetze von Leitungen und beispielsweise gemäß einem der in Verbindung mit den Figuren 10 und 11 geschilderten Verfahren ergibt das Lesen des Speichers kein Signal für Jede so geschriebene Ziffer und ergibt ein Signal mit einer bestimmten Polarität für die andere Ziffer.

Bei Anordnungen mit schwacher Kopplung, wie sie beispielsweise in Figur 9 dargestellt sind, kann man zur Erzielung des Lesens von Signalen mit entgegengesetzten Polaritäten zur Bezeichnung der beiden Werte der Binärziffern 0 und 1 die gezeigte Maske 17 durch eine "komplementäre" oder "negative¹¹ Maske ersetzen, welche Perforationen an den Stellen aufweist, welche die Informationselemente mit dem anderen Wert der Binärziffer, beim betrachteten Beispiel O, besitzen müssen. Durch Anwendung eines magnetischen Orientierungsfeldes mit entgegengesetzter Richtung wie das erstgenannte und zeitweise Belichtung In der oben genannten Art sowie anschließende Abkühlung bei Einwirkung des Magnetfelds erreicht man daher, daß in den Speicher alle Informatiönselemente geschrieben werden, welche der Ziffer 0

entsprechen 10984 8/153 3

entsprechen, ohne Jedoch das vorhergehende Schreiben der Ziffern 1 zu stören, da bei diesem zweiten Vorgang deren Stellen nicht die Ne"el-Temperatur des antiferromagnetischen Materials erreichen.

Eine andere Art des Schreibens der Binärelemente zur Erzielung von zwei Signalen mit entgegengesetzten Polaritäten zur Darstellung der Ziffern 1 und O be-P steht darin, daß man nur eine Maske verwendet, nachdem man jedoch in einem ersten Arbeitsgang die vollständige Anordnung von der Ne*el-Temperatur des antiferromagnetischen Materials in Anwesenheit eines ersten magnetischen Orientierungsfeldes abgekühlt hat. Dieser erste Arbeitsgang läßt sodann die Speicheranordnung vollständig mit einer Ziffer, beispielsweise O, entsprechenden Binärelementen "beschrieben" zurück. Der zweite Arbeitsgang ist derjenige mit Maske, wie oben beschrieben, zum Registrieren der der anderen Binärziffer 1 entsprechenden Elemente anstatt der vorher registrierten Ziffern 0 an allen Perforationsstellen der Maske 17.

Es wird bemerkt, daß die Herstellung der Maske kein besonderes Problem aufwirft, welches in der Technik nicht bekannt wäre, und zwar auch für eine sehr große Informationsdichte, beispielsweise für eine Oberfläche

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der Speicherpunkte mit einer Seitenlänge in der Größenordnung von 10 Mikron. Man kann beispielsweise ein bekanntes Verfahren zum Drucken von Schaltungen anwenden. Man stellt das Muster der Maske in großem Maßstab her, überträgt dasselbe mit photographischer Verkleinerung auf eine transparente Folie, nimmt andererseits eine Folie aus Nickel oder ähnlichem Stoff mit der erforderlichen Abmessung, bedeckt dieselbe mit einer lichtempfindlichen, säurebeständigen Schicht, belichtet diese Schicht ' durch die transparente Folie und graviert sodann durch den Angriff einer geeigneten Säure, wobei diese nur an den nicht durch die belichteten Teile der Schicht geschützten Stellen angreift (nachdem beispielsweise die nicht belichteten Teile dieser Schicht ausgewaschen worden sind).

Beispielsweise ist bei einer magnetischen Anordnung mit

einem Träger 3 aus einem wärmebeständigen Glas, einer ί

ferromagnetischen Schicht aus einer Legierung, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Permalloy bekannt ist (eine Legierung aus Nickel und Eisen mit relativen Anteilen von 80% bzw. 20/1 dieser Metalle), mit einer

Dicke in der Größenordnung von beispielsweise 2000 8 sowie einer antiferromagnetischen Schicht aus einer dreifachen Legierung aus Eisen-Hickel-Mangan mit einer

Dicke in der Größenordnung von beispielsweise 500 bis 600

(ein

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(ein Verfahren zur Herstellung dieser Legierung wird weiter unten angegeben), wobei die Anordnung eine Seitenlänge von 10 cm besitzt, die für einen Schreibimpuls erforderliche Energie mit einer Dauer in der Größenordnung von Millisekunden, welche vom Rubinlaser erzeugt wird, nur in der Größenordnung von 8 Joule gelegen. Die Ebene der Maske 17 kann von der Oberfläche der magnetischen Anordnung einen Abstand in der Größenordnung von 10 mm aufweisen.

Zum Schreiben in den Speicher kann man bei einer anderen Ausführungsform ein Folgeschreibsystem der Binärelemente, beispielsweise mit der schematisch in Figur 15 dargestellten Anordnung anwenden. Diese Anordnung weist zwei auf Gleitschienen 25 und 26 gelagerte Platten 21 und auf, welche bei ihren Verschiebungen längs der Richtungen X und Y einzeln durch Schrittmotoren 23 und 24 gesteuert werden. Die magnetische Speicheranordnung 18 kann an einer genau gekennzeichneten Stelle auf der oberen Platte 21 aufgebracht sein. Ein Schreibkopf weist eine Quelle 20, wie beispielsweise einen Gaslaser, bei 27 eine Blende sowie eine Optik 28 zur Bündelung und Fokussierung der Strahlung auf, so daß bei Aktivierung ein Wfirmefleck erzeugt wird, dessen Durchmesser von der gleichen Größenordnung ist wie der für einen Speicherpunkt auf der Oberfläche der magnetischen Anordnung 18 gewünschte Durchmesser.

Ein 109848/1B33

ORIGINAL INSPECTED

Ein Magnetband oder Lochstreifen 32 trägt (beispielsweise) das Schreib-"Programm" der Binärziffern 1 in einem Speicher. Mit anderen V/orten, dieses Band, welches in an sich bekannter Weise durch einen Abtastkopf 31 läuft, ist so vorbereitet, daß es nacheinander die Größen X und Y jeder Speicherpunktstelle angibt, welche den Wert 1 darstellen soll. Nach dem Abtasten Jedes Größenpaares bei 31 und dessen vorübergehender Speicherung bei 30 steuert eine auf diese Größen ansprechende Steuerschaltung 29 die Stellung der Schrittmotoren 23 und 2k (allgemeiner der gesteuerten Motoren 23 und 24, wobei die "Schritte" tatsächlich nur durch die Steuerung definiert sein können, welche in bekannter Weise auf der Dekodierung numerischer Kodes in X und in Y beruhen, die von dem Band 32 abgetastet werden). Jede Einstellung ruft, beispielsweise durch eine besondere, vom Speicher 30 ausgehende Verbindung und durch damit verbundene Schaltungen für die aufeinanderfolgenden Abtastungen des Bandes, eine Impuls- t zündung des Lasers 20 und daher die lokalisierte Erwärmung eines Punktes der magnetischen Anordnung mit den Koordinaten X und Y, die bei jedem Schritt des Bandes definiert werden, über die Ne*el-Temperatur der antiferromagnetischen Schicht hervor. Da ein magnetisches Orientierungsfeld dauernd während des Schreibvorgangs parallel zu einer der Seiten der Anordnung 18 angewendet wird, entspricht jede Abtastung oder Ablesung des Bandes genau dem

Schreiben

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Schreiben eines Binärelements mit dem Wert 1 in einen Speicherpunkt. Die Motoren steuern die Bewegungen der beiden Platten über geeignete Mikrometerschrauben. Es sind bereits numerische Steuerungen bekannt, welche aus sich selbst die gewünschte Genauigkeit für das Schreiben in eine erfindungsgemäße Speicheranordnung besitzen. Es muß daher der genaue Aufbau dieser Steuereinrichtungen nicht beschrieben werden.

Bei einer magnetischen Anordnung mit den oben beschriebenen Eigenschaften genügt es, daß der Gaslaser bei jedem Impuls eine Spitzenleistung in der Größenordnung von 0,2 Watt bei einer Impulsdauer in der Größenordnung von Millisekunden und einer emittierten Wellenlänge von 0,6 bis 1 Mikron abgibt. Diese Größen sollen als Beispiel dienen.

Wie im Fall eines gemeinsamen oder globalen Einschreibens kann das Schreiben mit einem solchen numerischen Steuersystem in zwei Verfahrensschritten verwirklicht werden, wenn man von einer Anordnung ausgeht, in welcher die ferromagnetische und antiferromagnetische Schicht vor dem Schreiben nicht geordnet sind und wenn man beim Lesen Signale mit entgegengesetzten Polaritäten zur Darstellung der Werte 1 und 0 zu erhalten wünscht. Es ist nur ein Verfahrensschritt nötig, wenn diese letztere Bedingung nicht gefordert wird oder wenn die Anordnung vorher ganz mit einem der Binär-

zahlwerte 10 9 8 4 8/1533

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zahlwerte "beschrieben" worden ist.

Aus dem Vorangehenden ist zu entnehmen, daß der Inhalt eines erfindungsgemäßen Speichers Je nach Wunsch geändert v/erden kann, da ein "Löschen" darin besteht, daß die magnetische Anordnung oberhalb die Ne*el-Temperatur des antiferromagnetischen Materials gebracht wird, und da dieses Löschen gleichzeitig mit einem Schreiben durchgeführt werden kann, wenn man es in Anwesenheit eines magnetischen ™ * Orientierungsfeldes bewirkt, entweder um die ganze Anordnung in einen einzigen Zustand zu bringen, wenn nicht eine Auswahl der gelöschten Stellen stattfindet, oder um gleichzeitig ein neues Schreiben durchzuführen, wenn gleichzeitig mit der Löschung eine Auswahl stattfindet. Im Fall eines Speichers, welcher mit Netzen von Leseleitungen ausgestattet ist, muß man jedoch vor dem Löschen und Wiedereinschreiben die Leitungen abnehmen.

Wenn der Speicher die Netze von Leitungen aufweisen soll,

diese
werden/daher nach dem Schreiben des Informationsinhalts

des Speichers in die magnetische Anordnung angebracht. Die Ausbildung und Anbringung der Leitungsnetze kann mit an sich bekannten Mitteln und beispielsweise nach einem Herstellungsverfahren für gedruckte Leiter durchgeführt werden. Die rechtwinkligen Netze werden beispielsweise durch Metallisierung der zwei Flächen einer dünnen isolierenden 109848/1533

bad

lierenden Folie hergestellt, beispielsweise einer unter der Handelsbezeichnung "Mylar" bekannten Kunststofffolie, deren Metallisierungen sodann graviert werden. Danach wird die die Netze tragende Folie auf die Oberfläche der "beschriebenen" magnetischen Anordnung geklebt, wobei diese Oberfläche und die Folie Markierungen für ihre richtige Anordnung tragen. Es können leicht Toleranzen von weniger als 10 Mikron sowohl bei der Anordnung der Leitungen in diesen Netzen als auch bei der Anordnung der Speicherpunkte in der Anordnung eingehalten werden. Für die Anbringung der die Netze tragen den Folie auf der Speicherebene kann beispielsweise für

eine Oberfläche von 10 χ 10 cm eine Toleranz der gegenseitigen Anordnung von weniger als 3 bis 4 Mikron eingehalten werden. Da man schon Flächen von Speicherpunkten in der Größenordnung von 100 Mikron für ausreichend halten kann, eine gute Informationsdichte im Speicher zu gewährleisten, sind die oben angegebenen Toleranzen daher zufriedenstellend. Sie können beim gegenwärtigen Stand der Technik noch weiter getrieben werden, wenn man größere Informationsdichten wünscht.

Was die ferromagnetischen Stoffe betrifft, würde eine Aufzählung zu weit führen, da sie an sich gut bekannt sind. Lediglich zur Erläuterung können hier das Kobalt, die Eisen-Nickel-Legierung und Zusammensetzungen dieser

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Materialien genannt werden. Das gleiche eilt für die antiferromagnetischen Stoffe, man kann das Kobaltoxyd, das Chromoxyd und die ternäre Legierung Eisen-Nickel-Mangan unter anderen nennen. Man kann auch Paare zusammenstellen und verwirklichen, wie Kobalt/Köbaltoxyd, Eisen-Nickel/Chromoxyd und Eisen-Nickel/Eisen-ilickel-Mangan. Dieses letztere Paar wird infolge der Verwandtschaft seiner Grundbestandteile zur beispielsweisen Beschreibung: bestimmter Ausführungsbeispiele der Speicheranordnungen herangezogen. Allgemein ™ können die magnetischen Schichten dieser Anordnungen beispielsweise durch Aufdampfen ihrer Bestandteile niedergeschlagen werden, indem diese Aufdampfungen so gesteuert werden, daß die gewünschten gegenseitigen Verhältnisse dieser Bestandteile gewährleistet sind.

Wenn man beispielsweise die Anordnung gemäß Figur 9, Darstellung (a) betrachtet, so wird eine erste dünne Schicht aus Eisen-Nickel mit einem Verhältnis von etwa 80*/20* auf g den Träger 3 aufgedampft, welcher aus einer schlecht wärmeleitenden und einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Glasplatte besteht. Diese Schicht hat beispielsweise eine Stärke in der Größenordnung von 1250 8. Sie wird in Anwesenheit eines Magnetfelds niedergeschlagen, welches die Orientierung ihrer Anisotropieachee festlegt und während aller folgenden Verfahrensschritte beibehalten wird. Sodann bringt man stets durch Aufdampfen auf die Oberfläche der Schicht 5 eine dünne

Schicht 109848/1533

_ 32 - 177Α05Π

Schicht aus einem nicht magnetischen Metall, beispielsweise Gold, mit einer einer gewünschten Kopplung entsprechenden Stärke, beispielsweise in der Größenordnung von ^5 8 auf. Die Kopplung wird durch eine zweite, sodann auf die Goldschicht aufgebrachte Eisen-Nickel-Schicht gewährleistet, welche beispielsweise bis zu einer Stärke in der Größenordnung von 300 8 geht. Diese Niederschlagung wird beispielsweise bei einer Temperatur von 300⁰C dureh-

" geführt. Sodann führt man bei der gleichen Temperatur, Darstellung (b) in Figur 9, die Niederschlagung einer Hanganschicht 7 mit einer Stärke in der Größenordnung von 150 bis 200 8 durch. Man erhitzt sodann die Anordnung bei ungefähr 300⁰C während einer Zelt in der Größenordnung von einer Stunde. Das Mangan diffundiert dabei auf thermischem Wege in den oberen Teil der Schicht 2, wodurch man die an die ferromagnetische Schicht 2 gekoppelte antiferromagnetische Schicht 1 erhält. Natürlich können die obigen Schritte

t umgekehrt werden, so daß zuerst das Mangan auf die Glasplatte aufgebracht, darüber die Eisen-Nickel-Schicht niedergeschlagen, die thermische Diffusion des Mangans in das Eisen-Nickel bewirkt wird usw. Dieses letztere Vorgehen bringt den Vorteil, daß die Manganschicht während der Erhitzung direkt durch die Eisen-Nickel-Schicht geschützt wird, während bei der zur Darstellung (a) der Figur 9 führenden Herstellungsart besondere Vorsichtsmaßnahmen in der Auswahl der Atmosphäre während des Erhitzens getroffen 109848/1533

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troffen werden müssen, da das Mangan in gewöhnlicher Atmosphäre instabil ist.

Es ist klar, daß bei einem solchen Herstellungsverfahren einer antiferromagnetischen Schicht sich die Konzentration des liangans in der Schicht mit der Dicke ändert. Es ist daher zu bedenken, daß die Neel-Teinperatur (temperature de uesordre), von welcher die Rede war, tatsächlich nicht als präziser Wert definiert ist, sondern in einem Bereich f

,,von Werten besteht, beispielsweise zwischen einer minimalen Temperatur T.,, die die maximale Temperatur ist, die die Anordnung im Verlauf ihrer Speicherauswertung durch ein nicht zerstörendes Lesen nicht erreichen kann, und einer maximalen Temperatur T_n, welche jedoch ausreichend tief sein muß, um das Schreiben mittels der oben beschriebenen Verfahren zu ermöglichen. Ein solcher Bereich kann beispielsweise für die Durchführung der vorliegenden Erfindung zwischen 10O⁰C und 200⁰C gelegen sein, wobei diese Werte direkt durch die Herstellungs- und Erhitzungstemperaturen, die Erhitzungsdauer und die oben erwähnten relativen Dicken erhalten werden. Für diese Werte erhält man dabei ein Kopplungsfeld in der Größenordnung von 60 Oerstedt bei einer Kopplungsenergie zwischen den Schichten 2 und 1 in der Größenordnung von

ρ
0,15 erg/cm .

Wenn sich die Stärke des Kopplungsfeldes mit der Diffusionszeit 109848/1533

zeit vergrößert, was offensichtlich durch wiederholte Erhitzungen erreicht werden kann, so ist zu bemerken, daß die Neel-Temperatur praktisch unverändert bleibt und nicht von der betreffenden Diffusionszeit abhängt. Diese Zusammenhänge sind erläutert in einem Artikel 0. Massenet, R. Montmory, L. Ne*el, veröffentlicht unter dem Titel "Magnetic properties of multilayer films of Pe-Ni-Mn, Pe-Ni-Co and of Pe-Ni-Cr" in den "Proceedings of Intermagn Conference", 1964, nl2-2, siehe insbesondere Figur 2 dieses Artikels und den dazugehörigen Text.

Man kann weiter eine antiferromagnetische Schicht vom ternären Typ, beispielsweise aus Pe-NI-Mn, durch gleichzeitige Aufdampfung der drei Bestandteile in den erforderlichen Verhältnissen herstellen, die den oben erwähnten Dicken und Zusammensetzungen entsprechen. Man erhält dabei eine Schicht mit (wenigstens relativ) homogener Verteilung des Mangans in der festen ternären Lösung, aber man stellt fest, daß die an der magnetischen Anordnung während des Vorgangs aufrechterhaltene Temperatur zuletzt die N^el-Temperatur des erhaltenen Materials bestimmt, da bei konstanter Temperatur eine Veränderung der gegenseitigen Konzentrationen von Eisen, Nickel und Mangan um einen Paktor die Stärke des Kopplungsfeldes und die Verteilung der Ne*el-Temperatur innerhalb merklicher Grenzen wenigstens in Hinsicht

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sieht auf die erfindungsgemäße Ausnutzung der magnetischen Anordnungen nicht beeinflußt.

Eine solche Tatsache kann man dadurch erklären, daß nur das Profil der gegenseitigen Diffusion zwischen Eisen-Nickel und Mangan wichtig ist und daß die Kopplung zwischen der" Eisen-IIickel- und der Elsen-Hickel-Mangan-Schicht eine Austauscherscheinung zwischen benachbarten Spins ist und sich daher im Haßstab atomarer Abstände abspielt. Der ver- ^ wertbare Berührungsbereich zwischen den beiden Schichten ist tatsächlich auf einige Atomabstände beschränkt, während die gegenseitige Diffusion der Atome von Mangan und Eisen-Nickel bei den betreffenden Temperaturen sich über wesentlich größere Abstände abspielt.

Bei einer Anordnung gemäß Figur 9 oder Figur h verbindet man mit den gekoppelten Schichten 1 und 2 eine ferromagnetische Schicht 5, welche an der Schicht 2 durch eine dünne Zwischen- g schicht 6 gekoppelt ist, deren Dicke die Größe der Kopplung bestimmt. Da die Schicht 2 an der Schicht 1 stark gekoppelt ist, ist es tatsächlich die Schicht 5, welche eigentlich als Leseschicht dient, d.h. die Magnetisierung der Speicherpunkte der Schicht 5 ändert die Orientierung beim Lesen in der beschriebenen Weise und nicht die Magnetisierung der Schicht 2.

Bei dem nun zu beschreibenden Ausführungsbeispiel, demjenigen

der

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der Figur 9, hat das verwertbare Lesesignal eine Amplitude oberhalb ein Millivolt bei Feldimpulsen H„ mit einer Anstiegsflanke in der Größenordnung von 10 Nanosekunden..

Wenn man eine solche "Lese"-Schicht wegläßt, so müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die direkte Verwendung der ferromagnetischen Schicht als Leseschicht zu ermöglichen, da das Kopplungsfeld H. zwischen der ferromagnetischen und der antiferromagnetischen Schicht ohne weiteres für einen solchen Betrieb einen zu hohen Wert besitzt. Wie erwähnt, kann eine Verringerung der Kopplung, wie in Figur 3 angedeutet, durch Zwischenlegen einer dünnen, nicht magnetischen Schicht 4 zwischen die Schichten 1 und 2 erreicht werden. Die praktische Verwendung einer solchen Anordnung in einem Impulsspeicher (diese Auseinandersetzungen betreffen wohlgemerkt nicht das Lesen auf optischem Weg)

jedoch die Gefahr einer Speicherinstabilität und eines langsamen Ansprechens.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß beim Abkühlen einer gekoppelten Anordnung von ferromagnetischen und antiferromagnetlschen Schichten in Anwesenheit eines magnetischen Wechselfeldes, nachdem die Anordnung auf die Ne'el-Teraperatur gebracht worden war, wobei dieses Feld vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise längs der leichtesten Magnefclslerungeachse orientiert 1st, die Kopplung zwischen den beiden

Schichten 109848/1533

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Schichten in Richtung der leichtesten Magnetisierungsachse verschwindet. Im Gegensatz dazu genügt es, von neuem die Anordnung auf die Neel-Temperatur der antiferromagnetischen Schicht zu erhitzen und unter der Einwirkung eines kontinuierlichen Orientierungsfeldes abzukühlen, um die Kopplung wieder herzustellen.

Zur Herstellung einer Anordnung gemäß Figur 1 oder Figur 12, welche ausgezeichnet für ein Lesen mit elektrischen Impulsen geeignet ist, wenn die Anordnung mit Netzen von Leseleitungen verbunden ist, wird erfindungsgemäß das folgende Herstellungsverfahren für die Speicheranordnung vorgeschlagen:

Mach der Herstellung der Anordnung aus zwei Schichten in einer der oben beschriebenen Weisen und vor dem Schreiben eines Inhalts von Binärinformationen wird die Anordnung auf die Neel-Temperatur oder darüber hinaus erhitzt und in Anwesenheit eines magnetischen Wechselfeldes abgekühlt, welches längs der Richtung der Anisotropieachse der ferromagnetischen Schicht orientiert ist, wobei die Amplitude dieses Feldes beispielsweise In der Größenordnung von 20 Oerstedt liegt. Die beiden Schichten werden daher in der geschilderten V/eise entkoppelt. Sodann wird eine Gesamtheit von Binärziffern mit einem einzigen Wert, beispielsweise 0, in die Anordnung durch lokalisierte Erwärmung der entsprechenden Speicherpunkte unter Einwirkung eines kontinuierlichen und orientierten

äußeren 109848/1533

äußeren Magnetfelds eingeschrieben, welches zur vollständigen Sättigung der ferroraagnetischen Schicht in einer einaxialen Richtung ausreicht, wonach unterhalb der Neel-Temperatur unter Einwirkung dieses Feldes abgekühlt wird, wodurch wieder eine Kopplung zwischen den Stellen der "beschriebenen" Speicherpunkte hergestellt wird, so daß die 31ockierung der Magnetisierung in der ferromagnetischen Schicht an diesen Stellen gewährleistet wird. Die Speicheranordnung stellt schließlich eine Anordnung mit einaxialer Anisotropie und gesättigter ferromagnetischer Schicht dar, welche jedoch lediglich an allen Stellen eines der Binärziffernwerte, in diesem Fall 0, blockiert und im Gegensatz dazu frei zum vorübergehenden Ummagnetisieren an den Stellen des anderen Binärziffernwertes, in diesem Falle 1, ist. Ein Lesen des Werts ergibt ein Signal Null, ein Lesen des Werts 1 ergibt ein Ausgangssignal des Speichers. Bei dieser Ausführungsform muß jedoch die magnetische Anordnung während ihrer Verwendung einem schwachen Magnetfeld unterworfen werden, welches längs einer der beiden Richtungen der leichtesten Magnetisierungsachse der ferromagnetischen Schicht orientiert ist, damit die Magnetisierung der nicht gekoppelten Speicherpunkte nach jedem Lesezeitpunkt in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird.

Außer diesem Vorteil kann festgestellt werden, daß diese

letztere 109848/1533

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letztere Ausfuhrungsform keine entmagnetisierenden Felder an den Stellen der Speicherpunkte aufweist, da die ferromagnetische Schicht im Ruhezustand in einer Richtung gesättigt ist, woraus sich die Ilöglichkeit einer größeren Informationsdichte des Inhalts als bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen mit zwei Richtungen längs der leichtesten Magnetisierungsachse zur Darstellung der eingeschriebenen Ziffern ergibt, bei welchen infolgedessen solche Ent- ™

magnetisierungsfelder auftreten.

Da darüber hinaus die ferromagnetische Schicht im Ruhezustand unabhängig vom Informationsinhalt des Speichers gesättigt bleibt, muß die Anordnung beim Schreiben nicht einem äußeren Magnetfeld unterworfen werden, vorausgesetzt, daß die ferromagnetische

Schicht vorher in" einer der beiden Richtungen ihrer

leichtesten Magnetisierungsachse gesättigt worden 1st. ä

Patentansprüche 109848/1533

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Claims (1)

1774053

Patentansprüche

1. Magnetische Anordnung mit einaxiale Anisotropie besitzenden dünnen Schichten, welche als Aufzeichnungs-

P träger in einem Speicher für Binärinformationen mit

nicht zerstörendem Lesen auf elektrischem oder optischem Weg dient, gekennzeichnet durch eine Schicht aus antiferromagnetlschem Material, welche in Wechselwirkung mit einer einaxiale Anisotropie besitzenden Schicht aus einem ferromagnetischen Material steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus antiferromagnetischem Material und die Schicht aus ferromagnetischem Material in direkter Berührung miteinander stehen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in Berührung stehenden Schichten über ihre gesamte Berührungsfläche stark magnetisch gekoppelt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß

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BADORlOINAk

daß die beiden Schichten nur an bestimmten Stellen ihrer Berührungsfläche stark magnetisch gekoppelt sind und keinerlei gegenseitige magnetische Kopplung außerhalb dieser bestimmten Stellen starker Kopplung aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht in Richtung ihrer Anisotropieachse gesättigt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite ferromagnetische Schicht mit gleicher Anisotropieachse wie die erste auf diese erste Schicht unter Zwischenlegung einer sehr dünnen Schicht eines nicht magnetischen Materials aufgebracht ist.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die antiferromagnetische Schicht aus einem ferro- |

magnetischen Material besteht, welches mit einem Element dotiert ist, welches derselben diese antiferromagnetische Eigenschaft erteilt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht aus diesem nicht dotierten ferromagnetischen Material besteht.

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9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von dem nicht dotierten ferromagnetischen Material zu dem zur Erzielung von Antiferromagnetismus dotierten ferromagnetischen Material in der Dicke der Anordnung allmählich stattfindet,

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkung zwischen ferromagnetischer und antiferromagnetischer Schicht durch eine Kopplung gewährleistet ist, welche durch Zwischenlegung einer sehr dünnen Schicht aus einem nicht magnetischen Material zwischen die beiden Schichten hervorgerufen ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material dieser sehr dünnen Kopplungsschicht elektrisch leitend ist.

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrer ferromagnetischen Schicht und in der Ebene der dieser ferromagnetischen Schicht benachbarten antiferromagnetischen Schicht eine Anzahl von Stellen von Speicherpunkten, deren Magnetisierung länge einer der beiden Richtungen der Aniaotropieächse des ferromagnetischen Materials orientiert 1st, sowie eine weitere Anzahl von Stellen von Speicherpunkten aufweist, deren

magnetische 109848/1533

BADORiGlNAL

- /43 -

17 7 A O 5 8

magnetische Eigenschaft sich von derjenigen der ersten Anzahl solcher Stellen unterscheidet.

13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese unterschiedliche magnetische Eigenschaft aus einer Orientierung der :iap;netislerun£- liinf-s der Anisotropieachse in der entgegengesetzten Richtung wie bei den Stellen der ersten Anzahl besteht.

Ik. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch jrokennzeichnet, daß diese unterschiedliche macnetische Eigenschaft in der Abwesenheit einer Ordnung; der ilaf.netisierunp in der von dem ferromagnetischen Material entkoppelten antiferromacnetischen Ebene an solchen Speicherpunktstellen der zweiten Anzahl besteht.

15. Speicher für Biniirinformationen, v/elcher eine Anordnunc nach einem der Ansprüche 1 bis Ik enthalt, mit Leseeinrichtungen, Vielehe den Inhalt der Stellen von Speicherpunkten der Anordnung nicht zerstören.

16. Speicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtungen einen optischen Lesekopf für die Magnetisierunftszustände der Speicherpunkte in der ferromayietischen Schicht der Anordnung aufweisen.

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17. Speicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtungen zwei Netze von senkrecht aufeinander stehenden, an der Anordnung angebrachten Leitungen, eine Einrichtung zur wahlweisen Erregung der Leiter eines dieser Netze und eine Einrichtung zum Sammeln der in den Leitungen des anderen Netzes erhaltenen Signale aufweisen.

18. Speicher nach Anspruch 17_a dadurch gekennzeichnet, daß ein permanentes magnetisches Orientierungsfeld längs einer Richtung der Anisotropieachse des ferromagnetischen Materials auf die Anordnung wenigstens während der Erregungszeiten dieser Leitungen angewendet wird.

19· Speicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein permanentes magnetisches Orientierungsfeld senkrecht zur Richtung der Anisotropieachse des ferromagnetischen Materials auf die Anordnung gleichzeitig mit der Anwendung des selektiven Erregerstroms der Leitungen, welche gleiche Orientierung besitzen wie das Feld, angewendet wird.

20. Vorrichtung zum Schreiben von Binärinformationen in eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis I¹J, dadurch gekennzeichnet, daß sie die genannte Anordnung

mit 1098A8/1533

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mit Einrichtungen zur Erwärmung der Anordnung im Bereich der Neel-Ternperatur des in derselben enthaltenen antiferromagnetischen Materials und mit Einrichtungen zur anschließenden Abkühlung der Anordnung in Anwesenheit wenigstens eines magnetischen Orientierungsfeldes verbindet, welches längs der Anisotropieachse des ferromagnetischen Materials der Anordnung orientiert ist.

„21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erwärmung aus Einrichtungen zur selektiven Erwärmung bestimmter Stellen der Anordnung bestehen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur selektiven Erwärmung wenigstens eine perforierte Maske und eine Wärme enthaltende Lichtquelle zur kurzzeitigen Belichtung der Maskenfläche aufweisen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur selektiven Erwärmung mindestens eine Wärme enthaltende Lichtquelle, eine Einrichtung zur selektiven gegenseitigen Verschiebung der Lichtquelle und der Anordnung und eine Einrichtung zur vorübergehenden Aktivierung der Lichtquelle in ausgewählten

Stellungen 109848/1533

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-Abstellungen der Anordnung in bezug auf die Lichtquelle aufweisen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Ersetzen des Orientierungsfeldes durch ein magnetisches Wechselfeld wenigstens bei bestimmten Schreibvorgängen aufweist.

25. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Anordnung mit dünnen Schichten nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die die Anordnung bildenden Schichten durch Aufdampfung ihrer Bestandteile in Anwesenheit eines magnetischen Orientierungsfeldes und bei einer Temperatur oberhalb der Neeltemperatur (temperature de de"sordre) des antiferromagnetischen Materials aufbringt und sodann die erhaltene Anordnung in Anwesenheit eines Magnetfelds abkühlt, welches längs einer der Richtungen der Anisotropieachse der ferromagnetischen Schicht der Anordnung orientiert ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeld ein permanentes Magnetfeld verwendet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als während der Abkühlung angewendetes Magnetfeld ein Wechselfeld verwendet wird.

28» 10984 8/1533

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28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude dieses magnetischen Wechselfeldes die ferromagnetische Schicht der Anordnung sättigt.

29. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man sodann die Anordnung an bestimmten Stellen von neuem erwärmt und anschließend unter Einwirkung eines Magnetfeldes wieder abkühlt, dessen Orientierung derjenigen des während der ersten Abkühlung ange- ™ wendeten Magnetfelds entgegengesetzt ist.

30. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufbringen des ferromagnetischen und des antiferromagnetischen Materials eine metallische und nicht magnetische Zwischenschicht aufgebracht wird.

31. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch- gekennzeichnet, ä daß das Aufbringen der dünnen Schichten der Anordnung darin besteht, daß man eine Schicht aus einem ferromagnetischen Material und eine Schicht aus einem Dotierungselement für dieses Material aufbringt, wobei diese beiden Schichten in beliebiger Reihenfolge übereinander liegen, daß man diese übereinander liegenden Schichten auf eine Temperatur oberhalb der Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials erhitzt, welches

109848/1533 —

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man durch thermische Diffusion des genannten Elements in einen Teil des ferromagnetischen Materials bei dieser Erhitzung erhält, und daß man die Anordnung nach dieser Erhitzung abkühlt.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß als ferromagnetisches Material eine Eisen-Nickel-Legierung und als das genannte Element Mangan ver-P wendet wird.