DE1774058B2 - Zerstoerungsfrei auslesbarer ruhender magnetschichtspeicher - Google Patents
Zerstoerungsfrei auslesbarer ruhender magnetschichtspeicherInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen zerstörungsfrei auslesbaren ruhenden Magnetschichtspeicher für
binäre Informationen, mit einer eine Speicherebene bildenden Magnetschichtstruktur, die wenigstens eine
*5 dünne ferromagnetische Schicht mit einachsiger Anisotropie
enthält, in welcher die Binärzeichen durch unterschiedliche Magnetisierungszustände von Speicherpunkten
aufgezeichnet sind, und mit Einrichtungen zum zerstörungsfreien Ablesen der aufgezeichneten
Binärzeichen.
Unter dünnen Schichten sind hier, im Gegensatz zu den dicken Schichten der Aufzeichnungsträger von
beweglichen Magnetspeichern, wie Magnetplatten, Magnettrommeln und Magnetbändern, Schichten zu
verstehen, deren Dicke in der Größenordnung von einigen hundert bis einigen tausend Angström liegt;
falls in der Magnetschichtstruktur außerdem noch »sehr dünne« Schichten oder »Filme« enthalten sind,
ist deren Dicke noch um wenigstens eine Größenordnung kleiner.
Bei derartigen Magnetschichtstrukturen weisen die Speicherpunkte, an denen jeweils ein Binärzeichen
aufgezeichnet ist, je nach dem Ziffernwert »0« oder »1« verschiedene Magnetisierungszustände auf. Es ist
insbesondere bekannt, die Binärzeichen dadurch aufzuzeichnen, daß die rechteckige Hysteresisschleife
entlang der Achse leichter Magnetisierbarkeit in der einen oder der anderen Richtung verschoben wird.
Es ist auch bekannt, ein zerstörungsfreies Ablesen des Inhalts solcher Speicher entweder durch Ausnutzung
des magneto-optischen Kerr-Effekts vorzunehmen, oder durch eine teilweise Drehung der Magnetisierungsvektoren
von ausgewählten Speicherpunkten um einen Winkel von weniger als 90°, so daß der Magnetisierungsvektor
nach dem Aufhören der Erregung je nach der vorhergehenden Orientierung in die Richtung
der leichten Magnetisierungsachse zurückfällt. Derartige Leseverfahren werden nachstehend »zerstörungsfreies
Ablesen« genannt.
Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Magnetschichtspeichern dieser Art, die als Festwertspeicher
betrieben werden, also mit Speichern, die im Betrieb nicht mit Einschreibeinrichtungen ausgestattet
sind, deren Inhalt aber durch außerhalb des Speichers befindliche Einschreibeinrichtungen bei Bedarf geändert
werden kann. Vom Standpunkt der Verwendung aus handelt es sich also um sogenannte »read only
memories«.
Bei den ruhenden Magnetschichtspeichern dieser Art bestehen, im Gegensatz zu den Magnetspeichern
mit dicken Schichten auf beweglichen Aufzeichnungsträgern die beiden nachstehend angegebener. Hauptschwierigkeiten·.
a) Die Erscheinung der Bloch-Waud-Bewegungen:
Unter der wiederholten Einwirkung von Magnetfeldern auf einen Speicherpunkt (und zwar
sowohl von äußeren Störfeldern als auch von Magnetfeldern, die sich aus dem Betrieb des
Speichers ergeben, wie Entmagnetisierungsfeldern benachbarter Speicherpunkte, vorübergehenden
Feldern bei der Koinzidenzansteuerung von Informationen usw.) verändert sich der Magnetisierungszustand
des Speicherpunktes langsam infolge einer Verschiebung der Wände zwischen den Magnetisierungsbereichen, wodurch
eine gewisse Verschlechterung der im Speicher aufgezeichneten Information eintritt. Diese Erscheinung
ist besonders bei Festwertspeichern nachteilig, bei denen die Information nicht bei
jedem Lesen erneuert oder von Zeit zu Zeit »aufgefrischt« wird.
b) Die unzureichende Größe der Koerzitivfeldstärke
bekannter anisotroper fcrromagnetischer Materialien: Diese Erscheinung begünstigt einerseits
die Neigung zu Bloch-Wand-Bewegungen und verhindert andererseits die Erzielung einer
großen Informationsdichte, denn das von einem Speicherpunkt ausgehende Entmagnetisierungsfeld
muß kleiner als die Koerzitivfeldstärke
des Materials sein. Nun ist aber bekanntlich das Entmagnetisierungsfeld in erster Annäherung
proportional zu der Länge des Speicherpunktes in der Richtung der leichten Achse und
umgekehrt proportional zu der Dicke der Schicht: somit können nur verhältnismäßig große
Speicherpunkte als einigermaßen stabil angesehen werden.
In dem Aufsatz »Magneto-Optic Computer Memory-Element«
in der Zeitschrift »The elektronic Engineer«, vol. 25, No. 12, Dezember 1966, Seite 23
ist ein Festwertspeicher beschrieben, der aus einer Schicht von ferrimagneüschen Granatkristallen gebildet
ist. Bekanntlich hat eine ferromagnetische Substanz, im Gegensatz zu einer ferromagnetischen Substanz,
nur bei einer einigen Temperatur, nämlich der sogenannten »Kompensationstemperatur« eine stabile
kristalline Struktur, während sie diese Stabilität bei einer Abweichung in der einen oder der anderen
Richtung von diesem Kompensationswert sofort-verliert.
Ein Speicher, dessen Temperatu' sehr genau auf einen konstanten Wert geregelt werden muß, ist jedoch
in der Praxis wenig brauchbar. Das Einschreiben in diesen bekannten Speicher erfolgt auf magnetothermischem
Wege, doch kann das Lesen nur auf optischem Wege erfolgen.
In dem Aufsatz »Magneto-Optical Variable Memory based upon the Properties of a Transparent Ferrimagnetic
Garnet at its Compensation Temperature« von J. T. Chang usw. in der Zeitschrift »Journal of
Applied Physics« vol. 36, No. 3, Teil 2, März 1965 ist ein weiterer wichtiger Nachteil der Magnetschichtspeicher
aus Granatkristallen angegeben: zur Verringerung der thermischen und magnetischen Wechselwirkungen
zwischen den Speicherzellen müssen Barrieren ausgebildet werden. Bei einem Granatkristall-Magnetschichtspeicher
kann also eine echte magnetische Stabilität nur auf Kosten einer Verringerung der Speicherdichte infolge der Ausbildung solcher
Barrieren erreicht werden.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen
zerstörungsfrei auslesbaren ruhenden Magnetschichtspeicher der eingangs angegebenen Art zur Verwendung
als Festwertspeicher zu schaffen, der beliebig oft auslesbar ist und dabei vollkommen gegen die Auswirkungen
der Wandverschiebungen und äußerer Entmagnetisierungsfelder geschützt ist, ohne daß er
den Einschränkungen der Speicher mit Granatkristallen unterworfen ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Magnetschichtstruktur aus einer dün-
•5 nen Schicht aus einem antiferromagnetischenMaterial
besteht, dessen Neel-Temperatur oberhalb der normalen Lesebetriebstemperatur des Speichers liegt,
daß die antiferromagnetische Schicht wenigstens an den einem bestimmten Binärzeichen zugeordneten
Speicherpunkten in enger Austauschkopplung mit der anisotropen ferromagnetischen Speicherschicht steht,
und daß die Binärzeichen auf magnetothermischem Wege in die Magnetschichtstruktur einschreibbar
sind.
a5 Die erfindungsgemäße Ausbildung des Magnetschichtspeichers
ergibt die Wirkung, daß der Magnetisierungszustand der anisotropen Speicherschicht nach
dem Einschreiben der Information durch die enge Austauschkopplung mit einer antiferromagnetischen
Schicht wenigstens an den Stellen, an denen bestimmte Binärzeichen gespeichert sind, »blockiert*
wird. Hinsichtlich der Betriebstemperatur für einen solchen Speicher bestehen keine Einschränkungen,
vorausgesetzt, daß das Material der antiferromagnetisehen Schicht so gewählt ist. daß die Betriebstemperatur
beim Lesen stets unter der Neel-Temperatur liegt. Ferner ist eine vollkommene Stabilität der gespeicherten
Information gewährleistet, so daß die Mangel der klassischen Magnetschichtspeicher mit dünnen
ferromagnetischen Schichten und auch die Mängel der Magnetschichtspeicher mit ferrimagnetischen Kristallen
beseitigt sind. Infolge der erzielten magnetischen Stabilität besteht auch keine Beschränkung hinsichtlich
der erzielbaren Speicherdichte.
Selbst wenn die antiferromagnetische Schicht über ihre ganze Ausdehnung in enger Austauschkopplung
mit der ferromagnetischen Schicht steht, kann ein solcher Speicher jederzeit auf optischem Wege abgelesen
werden.
so Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
ermöglichen aber auch ein Ablesen in der bei ruhenden Magnetschichtspeichern bevorzugten
Weise durch vorübergehende Ummagnetisierung mit Hilfe von Strömen, die durch bestimmte Leiter von
sich kreuzenden Leiternetzen geschickt werden, die der Magnetschichtstruktur zugeordnet sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Magnetschichtspeichers nach der Erfindung geschieht dies
dadurch, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leiterr
auf die Speicherebene aufgebracht sind, und daß dit antiferromagnetische Schicht in direktem Kontakt mi
der ferromagnetischen Schicht steht, an allen Stellen die der Speicherung eines bestimmten Binärzeichem
dienen und an denen die ferromagnetische Schicht ge sättigt ist, von dieser entkoppelt ist und nur an allei
übrigen Stellen in enger Austauschkopplung mit de ferromagnetischen Schicht steht.
Bei dieser Ausführungsform können die beiden Binärzeichen beim Ablesen dadurch unterschieden werden,
daß bei dem einen Binärzeichen (z.B. dem Binärzeichen 1) ein Drehen des Magnetisierungsvektors
möglich ist und somit ein Ausgangssignal erhalten wird, während bei dem anderen Binärzeichen (also
dem Binärzeichen 0) ein Drehen des Magnetisierungsvektors durch die Blockierung verhindert wird.
Eine zweite Ausführungsform des Magnetschichtspeichers nach der Erfindung besteht darin, daß zum
Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern auf die Speicherebene
aufgebracht sind, daß die antiferromagnetische Schicht in direktem Kontakt und in enger Austauschkopplung
mit der ferromagnetischen Schicht steht, und daß eine zweite ferromagnetische Schicht mit der
ersten Schicht über eine dazwischen eingefügte, sehr dünne Schicht aus einem nichtmagnetischen Material
gekoppelt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es durch Anlegen von Wählströmen möglich, die gespeicherte Information
durch Drehung des Magnetisierungsvektors der zweiten ferromagnetischen Schicht um 90° in der
üblichen Weise zu lesen; nach dem Abschalten der Ströme fällt der Magnetisierungsvektor der zweiten
ferromagnetischen Schicht wieder in die durch den Magnetisierungszustand der »blockierten« ferromagnetischen
Schicht bestimmte Richtung zurück.
Schließlich besteht eine dritte Ausführungsform des
Magnetschichtspeichers nach der Erfindung darin, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei
Netze von zueinander senkrechten Leitern auf die Speicherebene aufgebracht sind, und daß eine sehr
dünne Schicht aus einem nichtmagnetischen Material zwischen die antiferromagnetische Schicht und die
ferromagnetische Schicht eingefügt ist, um die Austauschkopplung zwischen diesen beiden Schichten auf
einen Grad herabzusetzen, der eine gewisse Freiheit der Drehung der Magnetisierungsvektoren der ferromagnetischen
Schicht unter der Einwirkung der nach Bedarf in den Leiternetzen erzeugten Auswahlfelder
ermöglicht.
Bei dieser Ausführungsform ermöglicht die sehr dünne Schicht im Ruhezustand das Blockieren des
Magnetisierungszustandes der ferromagnetischen Speicherschicht durch die antiferromagnetische
Schicht, sie läßt aber dem Magnetisierungsvektor der ferromagnetischen Speicherschicht einen gewissen
Freiheitsgrad, der für das Lesen der Information mit Hilfe von angelegten Strömen ausreicht; nach dem
Abschalten der Ströme bringt der starre Magnetisie rungszustand der antiferromagnetischen Schicht den
Magnetisierungsvektor der ferromagnetischen Speicherschicht wieder in die »blockierte« Richtung zurück.
In diesem Zusammenhang ist noch zu erwähnen, daß die Verwendung von sehr dünnen nichtmagnetischen Zwischenschichten in Magnetschichtstrukturen
von ruhenden Magnetschichtspeichern aus der FR-PS 1383012 an sich bekannt ist; diese bekannten nichtmagnetischen Zwischenschichten, die beispielsweise
aus Silber, Indium, Chrom, Mangan, Palladium oder Platin bestehen, dienen dabei zur Erzielung einer begrenzten magnetischen Kopplung zwischen zwei anisotropen ferromagnetischen Schichten, ohne daß jedoch eine antiferromagnetische Schicht vorgesehen
ist.
weise näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 bei (a) eine Hystereseschleife in der normalen
Vorzugsrichtung der Magnetisierung einer Schichl oder einer Anordnung aus dünnen magnetischer
Schichten, bei (b) eine solche, nach links verschobene
Hystereseschleife und bei (c) eine solche, nach rechts verschobene Hystereseschleife,
Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen von Speicheranordnungen mit dünnen ferromagnetischen und
antiferromagnetischen Schichten und einaxialer Anisotropie,
Fig. 4 eine Ausführungsform einer solchen Anordnung,
welche durch eine zweite ferromagnetische Schicht vervollständigt ist, die an derjenigen der beispielsweise
in Form des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 zugrunde gelegten Anordnung befestigt ist,
Fig. 5 die Verteilung der magnetischen Momente in einer ferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie,
Fig. 6 die Verteilung der magnetischen Momente in einer antiferromagnetischen Schicht mit einaxialer
Anisotropie,
Fig. 7 und 8 die Verteilungen der magnetischen Momente in zwei gekoppelten Schichten, welche aus
»5 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, Fig. 9 eine Ausführungsform eines halbpermanenten
Speichers mit Netzen von Leseleitungen, wobei der senkrechte Schnitt (α) bei (b) durch einen Teilschnitt
eines vorübergehenden Zustandes der magnetischen Anordnung im Verlauf ihrer Herstellung
vervollständigt ist,
Fig. 10 und 11 zwei mögliche Lesearten mit einem
Speicher, welcher Netze von Leseleitungen aufweist, Fig. 12 eine andere Ausführungsform eines halbpermanenten Speichers zum Lesen durch optisch-
elektronische Abtastung,
Fig. 13 und 14 eine erste Ausführungsform einer Schreibanordnung,
Fig. 15 eine zweite Ausführungsform einer Speicherschreibanordnung
und
Fig. 16, 17 und 18 graphische Darstellungen, welche die Erläuterung der Wirkungsweise der Speicher
erleichtern.
Zur klareren Darstellung sind die gegenseitigen Abmessungen der Bestandteile in der Zeichnung nicht
berücksichtigt.
Fig. 1 dient zur Erläuterung des Zwecks der Erfindung, nämlich die Darstellung der Binärziffern 0 und
1 durch Hystereseschleifen zu gewährleisten, welche in der Vorzugsrichtung 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 Binärziffem in derselben durch verschiedene magnetische Zustände dargestellt werden, welche einem der Paare
von Hystereseschleifen (α) und (b) oder (6) und (c) oder (α) und (c) entsprechen, und zwar je nach dem
der magnetischen Anordnung bei diesem Einschreiben der zwei Ziffern 0 und 1 erteilten Zustand.
Um dies durchzuführen, wird eine Kopplung zwi schen einer ferromagnetischen Schicht 2 und einer
antiferromagnetischen Schicht 1 vorgesehen (Fig. 2, 3, 4 oder 12). In den Fig. 2, 3 und 12 stehen die
Schichten 1 und 2 in direkter Berührung (wenn auch bezüglich des dielektrischen Trägers 3 in den Fig. 2
und 3 umgekehrt wie in Fig. 12). In Fig. 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 Fig. 3 stehen die Schichten 1 und 2 in Wechselwirkung durch eine
sehr dünne Zwischenschicht 4 aus einem nicht magnetischen leitenden Material. Die Stärke der
Schicht 4 liegt beispielsweise in der Größe von einigen Zehn Angström.
Bekanntlich sind in einem ferromagnetischen Stoff, ·5
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 Fig. 5 dargestellt.
Wie ebenfalls bekannt, ist in einem antiferromagnetischen Stoff die Austauschwechselwirkung bei einem
gleichen Zustand negativ. Wenn man den Stoff a5 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 Fig. 6 dargestellt. Eine Eigenschaft dieser antiferromagnetischen Stoffe, welche in Hinblick
auf die vorliegende Erfindung bemerkenswert ist, ist die Stabilität ihres magnetischen Zustands, 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, Umordnungstemperatur oder Neel-Temperatur genannt
wird und eine Eigenschaft dieser Stoffe im festen Zustand ist.
Wenn man daher beispielsweise eine zusammengesetzte Anordnung gemäß Fig. 2 betrachtet (das
gleiche gilt auch für eine Anordnung gemäß Fig. 3), in welcher die ferromagnetische Schicht durch ihren «
Aufbau eine leichte Magnetisierungsachse an sich bekannter Lage aufweist, so bringt man zunächst diese
Anordnung auf die gewöhnlich mit Tn bezeichnete Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials
1 in Anwesenheit eines äußeren Magnetfelds, welches auf die zwei Schichten einwirkt und gemäß
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 Magnetisierungsrich
tung des dem äußeren Feld ausgesetzten fe'rroma- So
gnetischen Materials ausrichten. Die Fig. 7 und 8 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 gan
zen Dicke den magnetischen Oberflächenzustand 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 (ft) in Fig. 1 bei der Anordnung gemäß F i g. 7 und im Sinn der graphischen
DaiStellung (c) in Fig. 1 für die Anordnung gemäß Fig. 8 verschoben. Dies alles tritt ein, wie wenn die
dünne ferromagnetische Schicht 2 gemäß Fig. 2, 3, 4,9 und 12, welche in Wechselwirkung mit der dünnen
antiferromagnetischen Schicht 1 gemäß den gleichen Figuren steht, einem fiktiven Kopplungsfeld, beispielsweise
Hit unterworfen worden wäre, welches gemäß
einer der beiden Richtungen der Vorzugsachse der Magnetisierung ausgerichtet ist und dessen Stärke
von den die Schichten 1 und 2 bildenden Stoffen und ihren Herstellungsbedingungen abhängt.
In Fig. 16 ist bei (a) die in Vorzugsrichtung der
Magnetisierung gemessene Hystereseschleife einer einaxialen, normalen ferromagnetischen Schicht und
bei (ft) die Hystereseschleife dieser Schicht in senkrechter Richtung dargestellt. H1, ist das Magnetfeld
in Vorzugsrichtung der Magnetisierung und Hjl ist das
Magnetfeld in der senkrechten Richtung, wobei auf der Ordinate die Komponente M der Magnetisierung
der Schicht in Feldrichtung abgetragen ist.
In Fig. 17 sind bei (α) bzw. (ft) die Hystereseschleifen in der Vorzugsrichtung der Magnetisierung
und in der senkrechten Richtung einer schwach gekoppelten Schicht dargestellt, d.h. einer Schicht, deren
Kopplungsfeld H1 kleiner als oder von gleicher Größenordnung wie das Anisotropiefeld HK der ferromagnetischen
Schicht ist. In der graphischen Darstellung (α) ist das Kopplungsfeld H1 eingezeichnet,
welches durch die Verschiebung der Hystereseschleife
in Richtung der leichtesten Magnetisierung gegeben ist. In der graphischen Darstellung (ft) ist in einer ausgezogenen
Linie die Hystereseschleife der schwach gekoppelten Schicht eingezeichnet.
In Fig. 18 sind bei (α) und (fc) die Hystereseschleifen in den Richtungen der leichten Magnetisierung
und der schwierigen Magnetisierung einer stark gekoppelten ferromagnetischen Schicht dargestellt, d.h.
einer Schicht, deren Kopplungsfeld H1 weit über dem
Anisotropiefeld HK liegt.
In diesen Figuren ist mit Ms der Sättigungswert dei
Magnetisierung bezeichnet. Die Hysteresekurve ir der schwierigen Magnetisierungsrichtung der nichtgekoppelten Schicht, OAB in Fig. 16, Darstellung (ft]
zeigt den Punkt A, welcher den Wert des Anisotropiefeldes Hx definiert, und den Punkt B, welcher dem
Wortfeld Hu entspricht. Der Punkt ß ist in den Darstellungen (ft) der Fig. 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
Nullpunkt oder die Anfangssuszeptibiiitäten der gekoppelten
ferromagnetischen Schicht werden durch das Verhältnis MSI(HK + //,) definiert, siehe die
These des Staatsdoktorats, welches im Juli 1966 an der Universität 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 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 Fig. 9 gezeigt, welche für den Speicheraufbau
die zusammengesetzte Anordnung gemäß Fig. 4 wiedergibt, an diesem Aufbau zwei Leitungsnetze,
Zeilen 8 und Spalten 9, hinzufügt, 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 Fig. 10 bzw. il angegeben
sind.
Wie zunächst aus Fig. 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
9 wird als Spaltenleitung betrachtet, d.h. eine zur
ersten Leitung senkrechte Leitung, welche so viele Leitungen überdeckt, wie viele Wörter man im Speicher
haben kann.
Um das Lesen eines Wortes durchzuführen, gibt man außerdem auf die gewählte Leitung 8 einen
Strom IM, welcher in der darunter liegenden magnetischen
Anordnung ein Magnetfeld HM 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 HK der
ferromagnetischen »Lese«-Schicht,beispielsweise der Schicht 5 in Fig. 9, hat. Die Magnetisierung des im
Schema der Fig. 8 gezeigten Speicherpunktes ist beispielsweise durch einen Pfeil mit der gleichen Orientierung
wie die Richtung des Stroms IM angezeigt. Sie entspricht beispielsweise dem Schreiben einer
Binärziffer 1 und hat die umgekehrte Richtung wie beim Schreiben einer Binärziffer 0. Unter der Wirkung
dieses »Wort«-Feldes HM 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 offensichtlich von den relativen Orientierungen der ursprünglichen
Magnetisierung bei 12 und des Stroms abhängt. Ein elektrischer Strom, dessen Polarität
von dieser Drehrichtung abhängt, wird daher in der Leitung 9 induziert, von welcher er als Lesesignal des
Inhalts des Speicherpunktes 12 entnommen wird. Ein
Strom mit genau der gleichen Amplitude, jedoch ent gegengesetzter Polarität, wird über jeder Leitung'
der Wortleitung 8 entnommen, welche eine entgegen gesetzte erste Magnetisierungsrichtung in der damn
ter liegenden ferromagnetischen Schicht hat. Wem der Strom lM aufhört, wird die Magnetisierung de
Speicherpunktes in der ferromagnetischen Schicht mi ihrer ersten Orientierung wiederhergestellt, da natür
hch der Vorgang bei einer Temperatur unterhalb de Neel-Temperatur der dieser ferromagnetische!
Schicht an dieser Stelle zugeordneten antiferroma gnetischen Schicht stattfindet. Die antiferromagneti
sehe Schicht hat daher die Orientierung der magneti sehen Momente in ihrem mit der ferromagnetischei
Schicht in Berührung stehenden Gitter unbeeinfluß beibehalten, wodurch die Magnetisierung des Spei
cnerpunktes vollständig in diese Orientierung zurück
1311t.
,n r> D.er JederLeitung 9 entnommene Strom hängt vorr
Drehwmkel der Magnetisierung der unter dem Spei cherpunkt liegenden ferromagnetischen Schicht untei
der Einwirkung des »Wort«-Feldes HM ab, desset
Starke etwas größer als oder gleich HxIsX. Bei eine,
nicht gekoppelten ferromagnetischen Schicht ist de,
*5 Drehwmkel gleich 90° und der der Leitung 9 entnommene
Strom, das Lesesignal, ist bekanntlich maximal In diesem Fall ist die während des Lesens von de,
Magnetisierung beschriebene Kurve bei (b) in Fi g. 1 f
durch die Kurve OAB dargestellt.
^wLemeJch^ch 8ek°PPeIte ferromagnetische schicht ,st die unter den gleichen Bedingungen vor der Magnetisierung beschriebene Kurve bei (b) in vlL \ TCu,die Kurve OB' dargestellt. In diesem
^wLemeJch^ch 8ek°PPeIte ferromagnetische schicht ,st die unter den gleichen Bedingungen vor der Magnetisierung beschriebene Kurve bei (b) in vlL \ TCu,die Kurve OB' dargestellt. In diesem
« n? f ie Magnetisierung der schwach gekop-
FS??h on™Ii?agnetischen Schicht um einen etwas uncrhaib
90 hegenden Winkel und der von einer Leijung
» aufgenommene Strom ist etwas kleiner als der Maximalstrom, welcher der gleichen, nicht gekoppelte
ordn, H e"tSPricht· Dieser Fall entspricht der Anschil
· ι8" 9'wobei die ferromagnetische Leseenettch
T? tmCT Metallschicht 6 an der ferroma-SSn
hlCht 2 SChwach gekoppelt ist, wie in der
eingangs genannten französischen Patentschrift erläu-
feiom» 10K 2 ist im Gegensatz dazu an der antiferromagnetischen
Schicht stark gekoppelt.
Schirh, Cine ltark 8ek°PPelte ferromagnetische
Fan t · Γ," bei der Anordnung gemäß Fig. 2 der
oben vn η e χ?'" den 8leichen Bedingun|en wie
rig. 18, Darstellung (fo)wie-FaIl
ist der Drehwinkel der ;netischen Schicht und
« Stärk,- *~7v T" durch eine Vergrößerung der
werden w PlUngSfeldeS H' so sch^ach gemacht
Sefühn I" erWünscht Bt. Es wird weiter unten
ausgeführt, w,e man d,ese letzteren Bedingungen aus-
dicke deidmb a erae t rkt'Kdaß es bei gegebener Gesamtringls?
oh^SISChen Anordn^g. welche sehr ge-Enet
sehe ςΐ KdlUtUng ist' ob sich die antiferromaodfr
imerhS bef 8lich der Leitungen oberhalb
Bei einer! η Anord™ng befindet.
ein" anderen Ausführungsfonn kann man die
Ev ti WortIei^ngen und der Leselei-
<r
Achse A und zwei Leseleitungen 9' und 92 parallel
zu dieser Achse dargestellt, welche zusammen mit der Leitung 8 zwei Speicherpunkte 121 und 122 bilden.
Um ein Informationswort zu lesen, wendet man ein Polarisationsfeld HR senkrecht zur Anisotropieachse
an und läßt, wie vorher, in der Leitung 8 einen Strom fließen, welcher sodann ein induziertes Feld H'M hervorruft,
das parallel zur leichten Magnetisierungsachse der darunter liegenden ferromagnetischen
Schicht orientiert ist. Sodann dreht sich die Magnetisierung der Speicherpunkte der ferromagnetischen
Schicht um fast 180° in der einen oder anderen Richtung je nach der ursprünglichen Orientierung bezüglich
der leichten Magnetisierungsachse A. Man erhält daher an den Ausgängen der Leitungen 91 und 92 Lesesignale
des Inhalts der Speicherpuntke 121 und 122. deren Polaritäten beispielsweise den Werten der Binärziffern
0 und 1 entsprechen, welche vorher in diese Speicherstelle »geschrieben« wurden. Wenn das Lesen
beendet ist, fallen die Magnetisierungen bei 121 und 122 in ihre ursprünglichen Orientierungen zurück,
deren Speicherung in der bereits beschriebenen Art durch die antiferromagnetische 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 Leseanordnung auf optischem
Wege zu arbeiten, wie sie schematisch in Fig. 12 dargestellt ist. Ein Lesekopf weist beispielsweise eine Bclichtungslampe
oder eine andere Lichtquelle 13 und eine Photozelle oder einen Photoleiter 14 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 34 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« der mosaikartigen Anordnung fällt, oder eine Quelle polarisierten 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 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 Fig. 1 aufweisen, insbeson
dere 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 (fc) oder (α) und (c) gibt
die Unterscheidung ohne weiteres jedes Signal für die Zahlen, welche an den Stellen dargestellt sind, deren
Magnetisierung dem Zyklus (α) 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 Fig. 10 beschriebenen Verfahren sind
die Zyklen oder Kurven in Richtung senkrecht zur leichten Magnetisierungsrichtung so wie bei der Darstellung
(b) der Fig. 16 für die nicht gekoppelten Speicherstellen und wie in der Darstellung (b) der
Fig. 18 für die Speicherstellen mit starker Kopplung,
wobei die Kopplung in der einen oder anderen Richtung der leichten Magnetisierungsrichtung ausgeübt
wird.
Das Schreiben in eine Speicheranordnung gemäß der Erfindung beruht offensichtlich auf gesteuerten
a5 Erwärmungen in Anwesenheit eines orientierenden
Magnetfelds. Die Fig. 13 und 14 einerseits und Fig. 15 andererseits zeigen zwei Ausführungsformen,
weiche im übrigen keine Einschränkung darstellen sollen.
Im Fall der Fig. 13 und 14 arbeitet man mit einer perforierten Maske 17, 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 ist 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 ihren ferromagnetischen und antiferromagnetischen,
nicht magnetisch angeordneten Schichten ausgebildet ist, obwohl diese übereinander angeordnet
sind (oder mit ihrer Zwischenschicht, wenn die Anordnung gemäß Fig. 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 Rich-
tungen 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 ab-
kühlen, während das magnetische OrientierungsfeJd
aufrechterhalten wird. Dieser Vorgang führt zum gemeinsamen Beschreiben aller entsprechenden Liformationselemente
mit eirem der Binärziffernwerte, d'jrch Übereinkunft bcöpielsweise 1, welche durch die
Richtung des magnetischen Orientierungsfeldes definiert wird.
Dieser einzige Schreibvorgang kann in den Fällen als ausreichend betrachtet werden, daß Anordnungen
mit starker Kopplung der ferromagnetischen und antirerromagnetischen
Schichten verwendet werden wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt sind, denn nach
Anbringen der Netze von Leitungen und beispielsweise
gemäß einem der in Verbindung mit den Fig. 10 und 11 eeschildert™ verfahren ergibt das Lesen des
ι jede so geschriebene Ziffer bestimmten Polarität
eTnTn "«schwac^ Kopplung, wie sie
durch die transparente Folie und graviert sodan durch den Angriff einer geeigneten Säure, wobei dies
nur an den nicht durch die belichteten Teile d Schicht geschützten Steilen angreift. e
Beispielsweise ist bei einer magnetischen Anord nung mit einem Träger 3 aus einem wärmebeständi
gen Glas, einer ferromagnetischen Schicht aus eine Legierung aus Nickel und Eisen mit relativen A η teuer
von 80% bzw. 20% dieser Metalle, mit einer Dick in der Größenordnung von beispielsweise 2000 A so
wie einer antiferromagnetischen Schicht aus einei dreifachen Legierung aus Eisen-Nickel-Mangan nvt
einer Dicke in der Größenordnung von beispielsweise 500 bis 600 A (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 ei ner Dauer in der Größenordnung von Millisekunden
welche vom Rubinlaser erzeugt wird, nur in d<
Sn
wekhe S
wekhe S
sehen
dem anderen
sne«ativee Maske erset- Zum Schreiben in den Speicher kann man bei einPr
Π Slellen aufwdSt>
a5 anderenAusführungsfonneinFolgeschrdbsys?emde
anderen Binärelemente, beispielsweise mit der schema Sh fn
Fig· 15 dar8estellte« Anordnung «nweSn^
A?ordnu"g weist zwei a«f Gleitschienen 25 und
gelagerte Platten 21 und 22 auf, welche bei ihren Ver
r maßnetl" entIe8engesetzter
nachdem man jedoch i
vollständige Au
vollständige Au
des «tilAum^neti^
eines ersten magnetischen OitonS^e^SS^
kühlt hat. Dieser erste ArbeitseansMSRt innL 5
Speicheranordnung vollst geeint Zm™bt
spie sweise 0, entsprechenden BinärdemSfen^e
schneben. zurück. Der zweite Arbeitsgang is' derk"
mge mit Maske, wie oben besdhSben^ zurr|
Registrieren der der anderen Binärztffer 1 "ήι8ηΓ
chenden Elemente anstatt der vorh i?P
Ziffern 0 an allen PclSZotlteS^
Es wird bemerkt, daß die Herstellnno Z
kein besonderes Probte*Γ au?wS Wdches fa^
Technik nicht bekannt wäre, und z^aTauch für efne
nJrÄe !"^niationsdichte, bSjSüS fur eZ
Oberflache der Speicherpunkte mit eineTseftenlänie
in der Größenordnung von 10 Mikron! Man kann bdspielsweise
ein bekanntes Verfahren zum Drucken
won Schaltungen anwenden. Man ste!i das^us er der
Maske in großem Maßstab her, überträgfdSbe Ϊ
^hotographischer Verkleinerung SÄ
ent^F^e. nimmt andererseits eine Fo„
d ^er Lochstreifen 32 trägt (bei
daS Schreib-»Programm« der Binär' .
Band '" Ϊ7™ Speich?:MiX ande™ Worten, dieses
5S2liS?3 r "f? ^f ^Γ" Weise durch eine"
AbJastkoPf 31 lauft, ist so vorbereitet, daß es nachein-
l^Z** ??«? ^"nd Y Jeder SpeicheipunkS
Ä' H ?" ^' 2 darSte"en So11· Nach dem
ü\er,eh J"de%Groß,f nPaares ^i 31 und dessen vor-λ^Α"
^1«*15"111« ^ » steuert eine auf
Sn f I a,nsPrechende Steuerschaltung 29 die
^ellung der Schrittmotoren 23 und 24 (allgemeiner
ZifTT™ J??0™ 23 und 24>
wob^ d e >>Schntte« tatsächlich nur durch die Steuerung defi-
* ^Γ S H ein können· welche ^ bekannter Weisealrder
f ck°i!lerune numerischer Kodes in Xund in Y beru-
E^^lT V°" ΐ^ Ba"d 32 abgetastet werden)· Jede
Sm I -"S ™ϊ.beu5Pielsweise d«rch eine besondere,
ZifSul ™*^Μ* Verbindun8 "η^ durch
°fmit verbundene Schaltungen für die aufeinander-
?", Abtast"n8en des Ba«d«, eine Impulszün-
t & T™, M Und daher die lokalisierte ErwärmuiigemesPunktesder
magnetischen Anordnung mil
££ϊSf" * ™* K'die b^ Jedem Schri.f des
-beständigen Schicht, beuchte, £?%&
yrdming 18 angewendet wird, entspricht jede Abtatungoder
Ablesung des Bandes genau dem Schreiben :ines Binärelement mit dem Wert 1 in einen Spei-
:herpunkt. Die Motoren steuern die Bewegungen der jeiden Platten über geeignete Mikrometerschrauben.
Es sind bereits numerische Steuerungen bekannt, wel- ;he aus sich selbst die gewünschte Genauigkeit für
ias Schreiben in eine 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 *5
emittierten Wellenlänge von 0,6 bis 1 Mikron abgibt. Diese Größen sollen als Beispiel dienen.
Wie im Fall eines gemeinsamen oder globalen Ein-Schreibens
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 »5
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 Binärzahlwerte »beschrieben«
worden ist.
Aus dem Vorangehenden ist zu entnehmen, daß der Inhalt eines solchen Speichers je nach Wunsch
geändert werden kann, da ein »Löschen« darin besteht, daß die magnetische Anordnung über die
Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials gebracht wird, und da dieses Löschen gleichzeitig
mit einem Schreiben durchgeführt werden kann, wenn man es in Anwesenheit eines magnetischen Onentierungsfeldes
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, werden diese daher nach dem Schreiben
des Informationsinhalts des Speichers in die magnetisehe 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 Folie hergestellt, 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 tragenden Folie auf der Speicherebene kann
kili für eine Oberfläche von 10x10 cm2
eine Toleranz der gegenseitigen Anordnung von weniger als 3 bis 4 Mikron eingehalten werden. Da man
schon Flächen von Speicherpunkten in der Größenordnung
von 3 00 Mikron für ausreichend halten kann, eine gute Informationsdichte irn 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 Materialien genannt werden. Das gleiche gilt 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/Kobaltoxyd, Eisen-Nickel/Chromoxyd
und Eisen-Nickel/Eisen-Nickel-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
Auf dampf ungen so gesteuert werden, daß die gewünschten gegenseitigen Verhältnisse dieser Bestandteile
gewährleistet sind.
Wenn man beispielsweise die Anordnung gemäß Fig. 9, Darstellung (α) betrachtet, so wird eine erste
dünne Schicht 5 aus Eisen-Nickel mit einem Verhältnis von etwa 80%/20 % auf 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 A. Sie wird in Anwesenheit
eines Magnetfelds niedergeschlagen, welches die Orientierung ihrer Anisotropieachse festlegt und
während aller folgenden Verfahrensschritte beibehalten wird. Sodann bringt man stets durch Aufdampfen
auf die Oberfläche der Schicht 5 eine dünne Schicht aus einem nicht magnetischen Metall, beispielsweise
Gold, mit einer einer gewünschten Kopplung entsprechenden Stärke, beispielsweise in der Größenordnung
von 45 A auf. Die Kopplung wird durch eine zweite, sodann auf die Goldschicht aufgebrachte Eisen-Nikkel-Schicht
gewährleistet, welche beispielsweise bis zu einer Stärke in der Größenordnung von 300 A geht.
Diese Niederschlagung wird beispielsweise bei einer Temperatur von 300° C durchgeführt. Sodann führt
man bei der gleichen Temperatur, Darstellung (b) in Fig. 9, die Niederschlagung einer Manganschicht 7
mit einer Stärke in der Größenordnung von 150 bis 200 A durch. Man erhitzt sodann die Anordnung bei
ungefähr 300° C während einer Zeit 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 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
tna «οχ/170
Eisen-Nickel-Schicht geschützt wird, während bei der
zur Darstellung (α) der Fig. 9 führenden Herstellungsart
besondere Vorsichtsmaßnahmen in der Auswahl der Atmosphäre während des Erhitzens getroffen
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 Mangans in der Schicht mit der Dicke ändert. Es ist daher zu bedenken, daß die
Neel-Temperatur, von welcher die Rede war, tatsächlich nicht als präziser Wert definiert ist, sondern in
einem Bereich von Werten besteht, beispielsweise zwischen einer minimalen Temperatur Tn, die die maximale
Temperatur ist, die die Anordnung im Verlauf ihrer Speicherauswertur.g durch ein r,icht zerstörendes
Lesen nicht erreichen kann, und einer maximalen Temperatur Tn, 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 100° C und 200° C gelegen
sein, wobei diese Werte direkt durch die Herstellungs- und Erhitzungstemperaturen, die Erhitzungsdauer und die obenerwähnten 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 0,15
erg/cm2.
Wenn sich die Stärke des Kopplungsfeldes mit der Diffusionszeit 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 O. Massenet, R. Montmory, L. Neel, veröffentlicht unter dem Titel
»Magnetic properties of multilayer films of Fe-Ni-Mn, Fe-Ni-Co and of Fe-Ni-Cr« in den »Proceedings of
IntermagnConference«, 1964, nl2-2, siehe insbesondere
Fig. 2 dieses Artikels und den dazugehörigen Text.
Man kann weiter eine antiferromagnetische Schicht vom ternären Typ, beispielsweise aus Fe-Ni-Mn,
durch gleichzeitige Aufdampfung der drei Bestandteile in den erforderlichen Verhältnissen herstellen,
die den obenerwähnten 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 Neel-Temperatur des erhaltenen Materials bestimmt, da bei konstanter Temperatur eine Veränderung
der gegenseitigen Konzentrationen von Eisen, Nickel und Mangan um einen Faktor 4 die Stärke des
Kopplungsfeldes und die Verteilung der Neel-Temperatur innerhalb merklicher Grenzen wenigstens in
Hinsicht 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-Nickel- und der
Eisen-Nickel-Mangan-Schicht eine Austauscher scheinung zwischen benachbarten Spins ist und sich
daher im Maßstab atomarer Abstände abspielt. Der verwertbare Berührungsbereich zwischen den beidei
Schichten ist tatsächlich auf einige Atomabstände be schränkt, während die gegenseitige Diffusion de
Atome von Mangan und Eisen-Nickel bei den betref fenden Temperaturen sich über wesentlich größen
Abstände abspielt.
Bei einer Anordnung gemäß Fig. 9 oder Fig. ί verbindet man mit den gekoppelten Schichten 1 um
2 eine ferromagnetische Schicht 5, welche an de Schicht 2 durch eine dünne Zwischenschicht 6 gekop
pelt ist, deren Dicke die Größe der Kopplung be stimmt. Da die Schicht 2 an der Schicht 1 stark gekop
pelt ist, ist es tatsächlich die Schicht 5, weicht eigentlich als Leseschicht dient, d.h. die Magnetisie-
»5 rung der Speicherpunkte der Schicht 5 ändert die Ori
entierung b:im Lesen in der beschriebenen Weise unc
nicht die Magnetisierung der Schicht 2.
Bei dem nun zu beschreibenden AusführungsbeispieJ, demjenigen der Fig. 9, hat das verwertbare Lesesignal
eine Amplitude oberhalb ein Millivolt bei Feldimpulsen HM mit einer Anstiegsflanke in der
Größenordnung von 10 Nanosekunden.
Wenn man eine solche »Lese«-Schicht wegläßt, so müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden
a5 um die direkte Verwendung der ferromagnetischen
Schicht als Leseschicht zu ermöglichen, da das Kopplungsfeld H1 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 Fig. 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) birgt jedoch die Gefahr einer Speicherinstabilität und
eines langsamen Ansprecuens.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß beim Abkühlen einer gekoppelten Anordnung von ferromagnetischen
und antiferromagnetischen Schichten in Anwesenheit eines magnetischen Wechselfeldes,
nachdem die Anordnung auf die Neel-Temperatur gebracht worden war, wobßi dieses Feld vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise längs der leichtesten Magnetisierungsachse orientiert ist, die Kopplung
zwischen den beiden 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 wiederherzustellen.
Zur Herstellung einer Anordnung gemäß Fig. 1 oder Fig. 12, welche ausgezeichnet für ein Lesen mit
elektrischen Impulsen geeignet ist, wenn die Anordnung mit Netzen von Leseleitungen verbunden ist,
wird das folgende Herstellungsverfahren für die Speicheranordnung vorgeschlagen:
Nach der Herstellung der Anordnung aus zwei Schichten in einer der oben beschriebenen Weisen und
vordem 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 vnn
20 Oerstedt liegt. Die beiden Schichten werden daher in der geschilderten Weise entkoppelt. Sodann wird
eine Gesamtheit von Binärziffern mit einem einzigen Wert, beispielsweise 0, in die Anordnung durch lokalisierte
Erwärmung der entsprechenden Speicherpunkte unter Einwirkung einer kontinuierlichen und
orientierten äußeren Magnetfelds eingeschrieben, welches zur vollständigen Sättigung der ferromagnetischen
Schicht in einer einaxialen Richtung ausreicht, wonach unter die Neel-Temperatur unter Einwirkung
dieses Feldes abgekühlt wird, woduich wieder eine Kopplung zwischen den Stellen der »beschriebenen«
Speicherpunkte hergestellt wird, so daß die Blockierung der Magnetisierung in der ferromagnetischen
Schicht an diesen Stellen gewährleistet wird. Die Speicheranordnung stellt schießlich 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 0 ergibt ein Signal Null, ein Lesen des Werts 1 ergibt ein Ausgangssignal des Speichers. Bei
dieser Ausführungsform muß jedoch die magnetische /Il
Anordnung wählend ihrer Verwendung einem schwachen
Magnetfeld unterworfen werden, welches längs einer der beiden Richtungen der leichten Magnetisierungsachse
der ferromagnetischen Schicht orientiert
isi, damit die Magnetisierung der nicht gekoppelten Speicherpunkte nach jedem Lesezeitpunkt in ihre
Ausgangsstellung zurückgeführt wird.
Außer diesem Vorteil kann festgestellt werden, daß diese letztere Ausführungsform keine entmagnetisie-
renden Felder an den Stellen der Speicherpunkte aufweist, da die ferromagnetische Schicht im Ruhezustand
in einer Richtung gesättigt ist, woraus sich die Möglichkeit einer größeren Informationsdichte des
Inhalts als bei den vorher beschriebenen Ausfüh-
rungsformen mit zwei Richtungen längs der leichten Maenetisieiunesachse zur Darstellung der eingeschriebenen
Ziffern ergibt, bei welchen infolgedessen solche Entmagnetisierungsfelder auftreten.
Da darüber hinaus die ferromagnetische Schicht im
Ruhezustand unabhängig vom Informationsinhait 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
leichten Magnetisierungsachse gesättigt worden ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Zerstörungsfrei auslesbarer ruhender Magnetschichtspeicher für binäre Informationen, mit
einer eine Speicherebene bildenden Magnetschichtstruktur, die wenigstens eine dünne ferromagnetische
Schicht mit einachsiger Anisotropie enthält, in welcher die Binärzeichen durch unterschiedliche
Magnetisierungszustände von Speicherpunkten aufgezeichnet sind, und mit Einrichtungen
zum zerstörungsfreien Ablesen der aufgezeichneten Binärzeichen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetschichtstruktur eine dünne Schicht aus einem antiferromagnetischen
Material enthält, dessen Neel-Tempera»ur oberhalb der normalen Lesebetrieb«temperatur des
Speichers liegt, daß die antiferromagnetische Schicht (1) wenigstens an den einem bestimmten
Binärzeichen zugeordneten Speicherpunkren in enger Austauschkopplung mit der anisotropen
ferromagnetischen Speicherschicht (2) steht, und daß die Binärzeichen auf magnetothermischem
Wege in die Magnetschichtstruktur einschreibbar sind.
2. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der antiferromagnetischen
Schicht (1) in an sich bekannter Weise eine ferromagnetische Legierung ist, die ein
eindiffundiertes zusätzliches Element enthält, das ihr die antiferromagnetische Eigenschaft erteilt.
3. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische
Schicht (2) und die in enger Austauschkopplung mit dieser stehende antiferromagnetische Schicht
(1) aus einer gemeinsamen Schicht dadurch gebildet sind, daß das zusätzliche Element nur über einen
Teil der Dicke der gemeinsamen Schicht eindiffundiert ist.
4. Magnetschichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern (8, 9) auf die
Speicherebene aufgebracht sind, und daß die antiferromagnetische Schicht (1) in direktem Kontakt
mit der ferromagnetischen Schicht (2) steht, an allen Stellen, die der Speicherung eines bestimmten
Binärzeichens dienen und an denen die ferromagnetische Schicht (2) gesättigt ist, von dieser
entkoppelt ist und nur an allen übrigen Stellen in enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen
Schicht (2) steht.
5. Magnetschichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern (8, 9) auf die
Speicherebene aufgebracht sind, daß die antiferromagnetische Schicht (1) in direktem Kontakt
und in enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen Schicht (2) steht und daß eine zweite
ferromagnetische Schicht (5) mit der ersten Schicht über eine dazwischen eingefügte, sehr
dünne Schicht (6) aus einem nichtmagnetischen Material gekoppelt ist.
6. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ablesen der Binärzeichen
wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern (8, 9) auf die Speicherebene
aufgebracht sind, und daß eine sehr dünne Schicht (4) aus einem nichtmagnetischen Material zwischen
die antiferromagnetische Schicht (1) und die ferromagnetische Schicht (2) eingefügt ist, um die
Austauschkopplung zwischen diesen beiden Schichten auf einen Grad herabzusetzen, der eine
gewisse Freiheit der Drehung der Mafenetisierungsvektoren der ferromagnetischen Schicht (2)
unter der Einwirkung der nach Bedarf in den Leiternetzen (8, 9) erzeugten Auswahlfelder ermöglicht.
7. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zerstörungsfreie
Ablesen der Binärzeichen in an sich bekannter Weise auf elektrooptischen! Wege erfolgt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR100738A FR1524309A (fr) | 1967-03-29 | 1967-03-29 | Mémoires d'informations binaires à structures magnétiques en couches minces |
FR100738 | 1967-03-29 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1774058A1 DE1774058A1 (de) | 1971-11-25 |
DE1774058B2 true DE1774058B2 (de) | 1976-06-24 |
DE1774058C3 DE1774058C3 (de) | 1977-02-10 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SU411692A3 (de) | 1974-01-15 |
SU444381A3 (ru) | 1974-09-25 |
NL141317B (nl) | 1974-02-15 |
NL6804350A (de) | 1968-09-30 |
US3582912A (en) | 1971-06-01 |
DE1774058A1 (de) | 1971-11-25 |
FR1524309A (fr) | 1968-05-10 |
GB1224495A (en) | 1971-03-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |