DE1816340A1 - Magnetschichtspeicherelement - Google Patents

Description

IBM Deutschland internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH I V I U 3 4 Q

Böblingen, 20. Dezember 1968 km-oc-sr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N, Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket OW 912 193

Mägnetschichtspeicher element

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetschichtspeicherelement mit einem zylindrischen Träger, der nicht magnetisch und elektrisch.leitend ist.

Es ist bekannt, sowohl auf einem ebenen Träger als auch auf einem zylindrischen Träger angeordnete anisotrope Magnetschichtelemente zur Speicherung binärer Informationen zu verwenden. Ebenso sind auch Speicherelemente bekannt, die aus mehreren übereinanderliegenden anisotropen Magnetschichten bestehen. (Steinbuch: "Taschenbuch der Nachrichtentechnik¹', Berlin 1962, Seiten 582, 583.) Ein Nachteil dieser f

bekannten Magnetschichtspeicherelemente ist ihre magnetische Unstabi-

in lität. Der Grund für diese Unstabilität wird zum großen Teil der Existenz eines relativ starken Demagnetisierungsfeldes innerhalb der Magnetschicht eines Speicher elemente s gesehen. Bei den bekannten Magnetschichtspeicherelementen ist das Demagnetisierungsfeld parallel und entgegengesetzt der den jeweiligen Informations speicher zustand darstellenden remanenten Sättigungsmagnetisierung der Schicht gerichtet. In einer rechteckförmigen planaren Schichtstruktur besitzt das Demagnetisierungsfeld außerdem auch

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orthogonal zur magnetischen Vorzugsachse gerichtete Komponenten, die ein unkontrollierbares Umschalten in den Eckbereichen der Schicht einleiten. In den als geschlossene Schleife auf einem.zylindrischen Träger angeordneten Magnet schichten ist zwar der Einfluß des orthogonalen Demagnetisierungsfeldes minimal. Sofern die Vorzugsachse jedoch in Rieh·· tung der Längsachse des zylindrischen Trägers verläuft, existieren nach wie vor die parallel zur Vorzugsachse ausgerichteten Komponenten des Demagnetisierungsfeldes.

Es wurde gefunden, daß die Intensität des Demagnetisierungsfeldes sich nicht linear über die Fläche des Speicherelementes verteilt und direkt proportional zur Schichtdicke sowie umgekehrt proportional zur Länge der Schicht in Magnetisierungsrichtung ist. Zur Vermeidung der unerwünschten Einflüsse des Demagnetisierungsfeldes wurden demzufolge die Schichten relativ dünn und lang gehalten. Es wurde eine Schichtdicke von 1000 A oder weniger und eine Speicherelementenlänge von 0,75 bis 1,25 mm bevorzugt. Derart bemessene Speicherelemente liefern jedoch bei einer Abfrageoperation wegen den geringen Flußquer schnittes nur relativ . schwache Lesesignale. Außerdem sind diese Schichten empfindlich gegen Streufelder, Ihre Verwendung in informations ζ er störend oder informationszerstörungsfrei auslesbaren Datenspeichern war daher nicht zufriedenstellend.

Das Demagnetisierungsfeld wii&fc sich jedoch nicht nur nachteilig auf die magnetostatischen Eigenschaften der Magnetschicht aus, sondern beeinflußt auch ihre dynamischen Eigenschaften. So sind bei den bekannten Magnetschichtspeicherzellen relativ starke und in ihrer Amplitude genau bemessene T reib Stromimpulse notwendig, um die für eine Abfrage des Speicher element es erforderlich Auslenkung der Magnetisierung aus der magnetischen Vorzugsachse in Richtung der orthogonal zu ihr verlaufenden harten Magnetisierungsachse zu bewirken. Dies hat seinen Grund darin, daß den durch die Treibstromimpulse erzeugten Treibfelder die Demagnetisierungsfeldkomponenten entgegen wirken. Im Falle der orthogonal zur

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magnetischen Vorzugsachse verlaufenden Demagnetisierungsfeldkomponenten verstärkt sich diese Gegenwirkung mit zunehmender Auslenkung in Richtung der harten Magnetisierungsachse. Andererseits sind der Treibstromarnplitude durch das Erfordernis der Geringhaltung von Streufeldern, welche auf benachbarte Speicherzellen als Störfelder einwirken, Grenzen gesetzt.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein Magnetschichtspeicherelement anzugeben, das eine hohe magnetische Stabilität aufweist und die oben angegebenen Einschränkungen hinsichtlich der geometrischen Formgebung vermeidet. Das Magnetschichtspeicherelement soll außerdem einen Spe'icherbetrieb mit verringerter T reib Stromstärke gestatten. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Magnetschichtspeicherelement mit einem zylindrischen Träger, der nicht magnetisch und elektrisch leitend ist, dadurch erreicht, daß auf dem Träger wenigstens drei in sich geschlossene Schichten angeordnet sind, die in Längsrichtung des Trägers etwa die gleiche Länge aufweisen und von denen die erste eine Magnetschicht, die zweite eine nichtmagnetische Schicht und die dritte wiederum eine Magnetschicht ist, auf die gegebenen-falls eine weitere nichtmagnetische Schicht folgt usw., daß die nichtmagnetische Schicht dick genug ist, um eine Auetauschkopplung zwischen den Magnetschicht zu verhindern, und daß wenigstens eine der Magnetschichten magnetisch anisotrop ist.

Bei einem derart ausgebildeten Speicherelement löschen sich die Demagne« tisierungsfeldkomponenten in den Magnetschichten in Richtung der Vorzugsachse gegenseitig aus, und wegen der in sich geschlossenen Schichtstruktur orthogonal zur Verzugsachse fallen auch die Demagnetisierungskomponenten in dieser Richtung weg. Es können daher dickere Schichten verwendet werden, die größere Lesesignalamplituden liefern. Insbesondere ist ein zerstörungsfreier Lesebetrieb möglich, da die für eine Unstabilität der Abfrage auslenkung verantwortlichen orthogonal zur Vorzugsache verlaufenden Demagnetisierungsfelder unterdrückt sind. Durch die mit Weg-

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fall der Demagnetisierungsfelder erzielte erhöhte Stabilität ergibt sich eine bessere Funktionssicherheit und eine größere Störsignalunempfindlichkeit. Z. B. hat sich eine gemäß dem Prinzipien der Erfindung hergestellte Speicherzelle als unempfindlich gegen Störfelder in der Größenordnung von einem Oersted erwiesen. Im gesamten Bereich der Magnetschicht bleibt die Magnetisierung trotz der Störfelder einheitlich ausgerichtet, so daß beim Lesebetrieb ein kohärentes,Drehschalten über die gesamte Schicht erfolgen kann, was ebenfalls zu einer Verbesserung des Ausgangssignales führt. Dabei der Magnetisierungsauslenkung während einer Einschreib- oder Leseoperation kein Demagnetisierungsfeld zu überwinden ist, kann die Treibstromstärke relativ klein gehalten werden.

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

Fig. la eine schematische Darstellung eines bekannten Magnet

schichtelementes mit ebener Schichtstruktur zur Erläuterung-der Wirkung des Demagnetisierungsfeldes H ,

Fig. Ib eine Darstellung der theoretischen Hysteresisschleife

des Magnetschichtelementes von Fig» la, wenn der Einfluß des Demagnetisierungsfeldes vernachlässigt wird,

Fig. 2 ein anderes bekanntes planar es Magnetschichtspeich'erele-

ment, das gegenüber dem Element von Fig. la verbesserte Eigenschaften aufweist,

Fig. 3 ein bekanntes Magnetschichtspeicherelement mit zylindri

scher Schichtetruktur,

■ Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Abhängigkeit des Demagneti

sierungsfeldes von der Länge des Speicherelementes für

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verschiedene Schichtdicken,
Fig. 5 ein Magnetschichtspeicherelement gemäß der Erfindung,

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Speicherelement von Fig. 5

zur Erläuterung seiner Wirkungsweise,

Fig. 7 ein Speicherelement, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, in

Verbindung mit einer Bit-Leseschleife,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Drehschaltzeitkonstante der *

Magnetisierung in Abhängigkeit von der Schichtdicke für ein Speicherelement, wie es Fig. 5 zeigt,

Fig. 9 u. 10 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speicherelementes, welche die Verwendung einer isotropen und einer anisotropen Magnetschicht vorsieht,

Fig. 11 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speicherelementes, bei welcher zwei isotrope Magnetschichten beiderseits einer anisotropen Magnetschicht angeordnet sind, %

Fig. 12 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindunge-

mäßen Speicherelementes, bei welcher drei anisotrope Magnet schicht en verwendet werden,

Fig. 13 ein Impuls diagramm für die Lesesignale des Speicherelementes von Fig. 5,

Fig. 14 eine Kurvendarstellung der Abhängigkeit zwischen der Ausgangssignalamplitude und der Schichtdicke für ein Speicher-

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element gemäß Fig. 5 und

Fig, 15 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Speicherelementes nach der Erfindung, wobei zwei konzentrische . Magnetschichten mit in Umfang srichtung verlaufenden Vorzugsachsen verwendet werden.

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Ein Problem bei der Verwendung diskreter, magnetischer Dünnschichtelemente für Speicherzwecke besteht darin, daß ein Demagnetisierungsfeld H , das proportional zur Schichtdicke und umgekehrt proportional zur Längsausdehnung der Schicht ist, innerhalb der Schicht entsteht und an den Enden der Schicht -in. Längsausdehnung besonders stark ist. Die zur Verwendung in Speichern geeigneten Magnetschichten haben üblicherweise eine niedrige Koerzitivkraft H_, so daß das Demagnetisierungsfeld H in diesen Endbereichen die Koerzitivkraft H„ überschreiten kann, wodurch die Schicht für

Vy

die Verwendung als sicheres Speicherelement unbrauchbar wird. In Fig. 1 ist ein ebenes, anisotropes Magnetschichtelement 10 dargestellt, das eine leichte Magnetisierungsachse 12 für die .Sättigungsmagnetisierung M₀ aufweist. Die Schichtlänge L und die Dicke d können beispielsweise 0, 75 mm und 10 000 Ä sein. Wenn das Element 10 entlang der angegebenen Richtung im magnetischen SIttigungszustand ist, kann es als eine Ladung magnetischer Dipole aufgefasst werden, welche zum Demagnetisierungsfeld H_n führen, das sich über die Länge des Elementes 10 ausdehnt. Das Demagnetisierungsfeld hat im Bereich der Mittellinie 14 seine geringste Stärke, die mit H_n definiert ist. Wenn die Wirkung des Demagnetisierungsfeldes ignoriert wird, ist ein externes Feld erforderlich, um den Magnetisierungsvektor M_c um 90 aus der leichten Achse auszulenken, das gleich der Anisotropiefeldstärke H₁^ des Schichtelementes

κ.

ist. Das praktisch notwendige externe Magnetfeld H_w, das durch einen Wortstrom L_. erzeugt werden muß, um ein kohärentes Drehschalten in einem wesentlichen Teil des Elementes 10 trotz der Existenz des Demagnetisierungsfeldes auszulösen, kann wie folgt ausgedrückt werden:

worin A eine Konstante ist, die den Abstand zwischen der Schichtmitte und den Schichtkanten in Richtung des Feldes H_Q definiert. In einer typischen Speicherschicht ist der Ausdruck AH mehrmals größer als H

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\ C-

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Fig. Ib stellt eine recheckige Hysteresis schleife eines ideal magnetisieren Schichtelementes 10 dar, das gleichförmig über seine Flächenausdehnung magnetisiert ist, indem alle Magnetisierungsvektoren M in Richtung der leichten Achse 12 zeigen. Wegen der Magnetpolladungsverteilung entlang der oberen und unteren Oberfläche des Elementes 10 treten jedoch Demagnetisierungsfeider orthogonal zur leichten Achse 12 in den Eckbereichen des Elementes 10 auf, wie durch die Pfeile 16 angegeben ist. Diese Orthogonalfelder bewirken ein irreversibles Umschalten der Eckbereiche der anisotropen Schicht, wenn der Magnetisierungsvektor M- aus seiner leichten Achse in die orthogonal zur leichten Achse 12 verlaufende harte Achse verdreht wird. Ein verstellungsfreies Auslesen des Elementes 10 wird ausgeführt durch Drehung des Magnetisierungsvektors M_ mittels eines externen Feldes H" , das orthogonal zur leichten Achse 12 angelegt wird. Durch die damit verbundene Flußänderung wird eine Spannung in einer Lesewicklung erzeugt, die in der Nähe des Schichtelementes verläuft. Wenn das Feld EL. abklingt, kehrt _: die Magnetisierung in ihre ursprüngliche Richtung zurück. Die orthogonalen Demagnetisierungsfeider 16 bewirken, daß die Magnetisierung in den Eckbereichen des Schichtelementes 10 die harte Magnetisierungsachse passieren, wodurch eine Umschaltung des Magnetisierungszustandes in diesen Bereichen auftritt und damit die Zuverlässigkeit der. zerstörungsfreien Entnahme des Elementes herabgesetzt wird. Die orthogonalen Demagnetisierungsf eider fe existieren auch, wenn mehrere planare Schichten übereinander angeordnet

werden, wie es beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, wo anisotrope Schichten 20 und 21 Übereinander angeordnet sind. Die Pfeile 22 und 24 zeigen die Richtung der Sättigungsmagnetisierungsvektoren in den zugeordneten Schichten an. In dieser Anordnung ist das Demagnetisierungsfeld H_D im wesentlichen in jeder der Schichten eliminiert, mit Ausnahme der Randbereiche. In den Ecken der Schichten 20 und 21 existieren noch immer orthogonale Demag- netisierungsfelder, die durch die Pfeile 26 dargestellt sind· Diese Felder Sind unter Umständen in der Lage, daß vorerwähnte irreversible Umschalten auszulösen·

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. Fig» 3 zeigt ,ein zylindrisches Speicherelement 30, das eine einzelne Mag ._netqehichtej| 3i aufseiet, die aufider Oberfläche eines zylindrischen Lei- ters angeordnet ist, Pie Schicht hat eine axiale Anisotropie, deren leichte Achse parallel zur Längsachse des Leiters 32 verläuft, wie durch den Pfeil 33 angegeben ist. ΏΪ4 Sättigungs magnetisierung M₀ in der Schicht ist entlang .4er leichten Achse orientiert. Ein longitudinals Demagnetisierungefeld H-., dessen Richtung in Fig. 3 für den Bereich innerhalb und außerhalb der Schicht angegeben ist* ea id ritt auf als Folge der

■ Γ M ■ ■ '' .

Diskontinuität der Magnetisierung an den Enden 34 der Schicht 31. Die Ih-

' I

tensität dieses Demagnetisierungsfeldes variiert über die Ausdehnung der Schicht 31 und hat seine größte Stärke in- der Nähe der Kanten 34. Die in Fig. 3 dargestellte Magnetschicht ist als binäres Speicherelement nicht brauchbar,' wenn die Intensität von H_n, gemessen im Inneren der Schicht in einem Beijeich gleichen Abstandes von jeder Kante 34, gleich der Koerzitivkraft H des Schichtmaterials ist.

Die Fig. 4 zeigt die Veränderung der Intensität des Demagnetisierungsfeldes H_ in derj Mitte der zylindrischen Schicht 31 als Funktion der Magnetschichtlänge und der Schichtdicke für gegebene Werte. Dabei ist eine Sättigungsmagnetisierung M„ für die Schicht 3l mit 10 000 Gauß angenommen worden. Für die in der Praxis verwendeten Bitlängen kann die Dicke einer einlagigen Magnetschicht mit axialer Orientierung der Magnetisierung nicht wesentlich über 1 000 A liegen. Die Amplitude des Lesesignals, das von einer derartigen Schicht erzeugt wird, ist meistens⁵ einige wenige mmV. Eine erhebliche Beschränkung in der Anwendung derariger einschichtiger Speicherelemente 30 besteht darin, daß ein zuverlässiges ζ erstörungsfreiee Lesen auch bei idealen Magnetschichteigenschaften nur sehr schwer zu er- . reichen ist· ' ·

ein
In Fig. 5 ist /iint Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung au§- gebildetes Speicherelement 50 dargestellt, das einen leitenden zylindrischen Träger 51 umfa0t, auf dem ein Paar konzentrische Magnetschichten 55t und

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53 durch eine nichtmagnetische Schicht 54 voneinander getrennt angeordnet sind. Die Magnetschichten 52 und 53 sind beide uniaxial anisotrop; ihre leichten Achsen verlaufen parallel zur Längsachse des Trägers 51, wie durch den Pfeil 55 angegeben ist. Jede der Schichten 52 und 53 besteht aus einem Magnetmaterial, das ein Verhältnis von Koerzitivkraft zu Anisotropiefeldstärke (H_c/H ) im Bereiche von 0, 5 bis 1, 3 aufweist und das einen Schrägstellungswinkel der leichten Achse von weniger als 3 sowie eine Magnetostriktion von weniger als 2 . 10 oder vorzugsweise eine annähernde Null-Magnetostriktion besitzt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind beide Schichten 52 und 53 gleich dick und haben auch die gleiche Anisotropiefeldstärke. Ίη-einer derartigen Struktur bildet der zirkuläre Querschnitt der Schichten 52 und 53 eine geschlossene Schleife bzw. eine divergenzlose magnetische Kontur, die alle Demagnetisierungsfelder orthogonal zur leichten Achse eliminiert, so daß der Demagnetisierungseffekt infolge des orthogonalen Demagnetisierungsfeldes verschwindet. Folglich ist in Gleichung (1) A gleich Null.

Obwohl ein .massiver Träger, wie beispielsweise ein Kupferdraht, die bevorzugte Form für den Träger 51 ist, kann auch ein zusammengesetzter Träger verwendet werden, der einen dielektrischen Kern und eine leitende Oberfläche aufweist» Es kann auch eine nicht dargestellte dielektrische Schicht zwischen den verschiedenen Schichten und dem Träger angeordnet werden.

Eine besondere Charakteristik des Speicherelementes 50 besteht darin, daß die Magnetschichten 52 und 53 antiparallel magnetostatisch gekoppelt sind, d.h. der Sättigungsmagnetisierungsvektor M^₁ der Schicht 52 ist parallel und entgegengesetzt gerichtet zum S ättigungsmagnetisierungs vektor M„₂ der Schicht 53, wie in Fig. 6 angegeben.

Als eine Folge der antiparallelen magnetischen Kopplung in Richtung der leichten Achsen wird das longitudinale Selbstdemagnetisierungsfeld H , das in jeder der Schichten 52 und 53 erzeugt wird;, so ausgerichtet, daß sich der · Effekt dieser Felder in den Schichten gegenseitig auslöscht. Diese Bedingung kann unabhängig von der Schichtdicke erhalten werden unter der Voraussetzung,

M im

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daß die folgende Bedingung eingehalten wird:

^Msl-^Dl^=Ms2-^D2

worin D₁ die Dicke der Schicht 52 und D„ die Dicke der Schicht 53 sind.

Um eine adäquate gegenseitige Auslöschung der Demagnetisierungsfelder zu erhalten^ sollte die Dicke D der nicht magnetischen Schicht 54 kleiner als

-4
1, 3 . 10 .L sein« wobei L die Länge der Speicherschichten 52 und 53 in Millimeter ist. Der gegenseitige Auslöschungseffekt wird nicht erhalten, wenn die Schichten 52 und 53 miteinander in Kontakt stehen. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat sich eine nicht magnetische Schicht 54 von mehr als annähernd 200 A als zweckmäßig erwiesen. ™

Eine der Funktionen der Sperrschicht 54 besteht darin« eine Auetauschkopp·*, lung zwischen den Magnetschichten 52 und 53 zu verhindern« Unter Austauschkopplung wird dabei der Zustand verstanden, der als Resultat einer starken Wechselwirkung zwischen benachbarten magnetischen Momenten innerhalb des Magnetmaterials existiert· Als Ursprung dieser Austauschkopplung wird ein kombinierter Effekt der Spinn-Umlauf-Wechselwirkung und der Austausch- oder Coulomb-Wechselwirkung zwischen benachbarten Umlaufbahnen, angenommen. , ■ ·

Einer der Effekte der Austauschkopplung besteht darin, daß ein Drehmoment zwischen benachbarten Dipolmomenten existiert, welches der unabhängigen ™

Rotation der Magnetisierungsvektoren M_g. und M_g2 der Magnetschichten 52 und 53 entgegengesetzt ist, wenn keine Sperrschicht 54 vorhanden int. Durch Anordnung der nichtmagnetischen Sperrschicht 54 wird eine magnetische Austauschkopplung verhindert, wodurch die Magnetisierungsvektoren M^₁ und M_q2 frei gemacht werden für eine unabhängige Rotation innerhalb der entsprechenden Schichten. Es wurde experimentell ermittelt, daß ein Abstand zwischen den Magnetschichten von 200 A oder größer ausreichend ist, um die Austauschkopplung zwischen den Magnetschichten zu eliminieren·

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Eine zusätzliche Funktion der Sperrschicht 54 besteht in Verbindung mit der Erfindung darin, daß ein dynamisches Solenoidfeld erzeugt wird, das zur Beeinflussung der Winkelrotationsrate der Magnetisierungsvektoren M^₁ innerhalb der Schicht 52 dient. Hierzu ist es jedoch erforderlich, daß die Sperrschicht 54 nicht nur nichtmagnetisch und leitend ist, sondern auch eine Dicke aufweist, die groß genug ist, um zirkuläre Wirbelströme als Folge der Rotation der Magnetisierungsvektoren zu gestatten.

Dae Prinzip des Solenoidfeldeffektes als Mittel zur Steuerung des Rotations Vektors Mq₁ innerhalb der Magnetschicht 52 wird nachfolgend anhand der Fig. 7 erklärt. Das Speicherelement 50 von Fig. 7 ist eines einer Vielzahl derart gleicher Elemente, die eine wortorganisierte Speichermatrix bilden. In dieser Matrix sind eine Vielzahl diskreter Magnetschichtelemente an voneinander getrennten Stellen entlang des zylinderförmigen Trägers 51 angeordnet, und eine Vielzahl derartiger Träger, von denen jeder die gleiche Anzahl Speicherelemente 50 aufweist, sind zu einer ebenen Matrix vereinigt. Derartige Matrixanordnungen sind bekannt, so daß sich eine detailliertere Beschreibung in dies em.Zusammenhange erübrigt. Eine Bit-Leseschleife 56 besteht aus leitenden Schichten 57 und 58, die vorzugsweise a auf einer Folie 59 aus Isolations material angeordnet sind. Die Anschlüsse dieser Bit-Leseschleife sind mit einem geeigneten Leseverstärker und einer Bit-Treiberechaltung (beides nicht dargestellt) verbunden. Der Träger 51 dient vorzugsweise als Wortleitung und ist mit einer geeigneten Treiberschaltung verbunden, die Wortimpulse L- erzeugt. Ein unipolarer Wortimpuls L^ wird beispielsweise der Wortleitung 51 zugeführt, wenn eine zerstörungsfreie Entnahme eines Wortes erfolgen soll· Dieser Impuls erzeugt ein Magnetieierungsfeld H_w in Umfangsrichtung, das orthogonal zur leichten Achse der Magnetißierungsvektoren Mg₁ und M₃₃ verläuft. Dieses Umfangsfeld H bewirkt eine Auslenkung der Magnetisierungsvektoren M^₁ und M^ in entgegengeseteten Richtungen zur harten Magnetisierungsachse hin. Die Amplitude des Leeesignals in der Bit-Lese-Schleife 56 ist proportional zur Zeitrate der Mägnetisierungsänderung im Bereich der Schleife. Da die

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Magnetisierungsvektoren M₀, und Μ_σο innerhalb der Schichten 52 und 53

οχ οΔ

• antiparallel zueinander angeordnet sind und da die Bit-Lese-Schleife 56 für beide Schichten symmetrisch ist, wird eine Nettomagnetisierung von Null im Bereich der Schleife erhalten, sofern die Magnetschichten 52 und identische magnetische Eigenschaften haben. Um daher ein Lesesignal in der Bit-Lese-Schleife 56 zu erzeugen, ist eine Differenz in der Rotation'srate zwischen den Magnetisierungsvektoren Μ«- und M^₉ notwendig, wenn diese von der leichten Achse 55 in Richtung der harten Achse verdreht werden. Da die Magnetisierungsvektoren aufgrund des orthogonalen Wortfeldes Η_~ rotieren, wird ein Wirbelstrom in Umfangsrichtung in die Sperrschicht 54 induziert, die daraufhin ein Solenoidfeld parallel zur Längsachse des Trägers 51 und parallel zur leichten Achse der inneren Magnetschicht 52 erzeugt. Das Solenoidfeld wirkt der Rotation der Magnetisierungsvektoren M^₁ der inneren Schicht 52 entgegen, während sein Einfluß auf die Rotatiorisrate der Magnetisierung Μ_σ in der äußeren Schicht 53 im wesentlichen -vernachlässigbar ist» Die Rotationsgeschwindigkeit der Magnetisierung M^₁ in der inneren Magnetschicht 52 wird daher relativ zur Rotationsgeschwindigkeit der Magnetisierung M-- in der äußeren Schicht 53 verzögert. Die Bit-Lese-Schleife 56 spricht auf diese Differenz in den Rotationsraten an, und ein Lesesignal wird an den Anschlüssen der Bit-Lese-Schleife 56 erzeugt. In Fdg. 8 ist eine Zeitkonstante T, von der die Rotationsrate der Magnetisierung abhängt, als .Funktion der Dicke der Sperrschicht 54 für verschiedene Schichtdicken der Magnetschicht 52 dargestellt. Es wurde mathematisch bestimmt, daß eine maximale Dämpfungszeitkonstante erreicht wird, wenn die Winkelverdrehung der Magnetisierung in der unteren Schicht 52 annähernd 54° in Bezug auf die leichte Achse erreicht. Für die Rechnung wurde angenommen, daß die Sättigungsmagnetisierung der Magnetschicht 52 10 000 Gauß und der spezifische Widerstand der Sperrschicht 1, 73 . 1O"⁶ Ohm - cm (Wert für Kupfer) betragen. Wie aus der Darstellung in Fig. 8 zu ersehen ist, war für eine Sperrschicht von 6 000 ADicke jede der aus NiFe bestehenden Magnetschichten 8 000 Ä dick. Die Dämpfungszeitkonstante ist 70 Nanosekunden, wenn die Magnetisierung in der unteren

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OAOOFiIGtNAt

Schicht 52 um 54 aus der leichten Achse herausgedreht ist. Ein Dämpfungseinfluß auf die untere Schicht 52 wird auch durch die zweite Magnetschicht 53 erzeugt. Dieser Einfluß ist jedoch wenigstens eine Größenordnung kleiner als die Dämpfung, die durch eine Kupfersperrschicht 54 gleicher Dicke erzielt wird.

Um das Speicherelement 50 entsprechend einem einzuschreibenden Binärwert einzustellen, wird ein Bitstromimpuls I der Bit-Lese-Schleife 56 zugeführt, wenn die Magnetisierungsvektoren beider Schichten die harte Achse erreichen. Das vom Bitimpuls ]_ erzeugte Bitfeld BL bewirkt eine Magnetisierung innerhalb der Schicht 53, durch die die Magnetisierungsvektoren dieser Schicht über die harte Achse hinaus um 180 in eine Richtung verdreht werden, de antiparallel zu der ursprünglich eingenommenen Richtung ist. Die Richtung des Bitstromes bestimmt somit den Informationsspeicher» zustand des Elementes. Hierzu wird bei jeder Einschreiboperation das Bitfeld H erst nach Beendigung des Wortfeldes H_w abgeschaltet.

Dynamisch gesehen, wird das Wortfeld EL-, das zum Einspeichern von Bits für eine Rotation der Magnetisierungsvektoren Μ_ς notwendig ist, durch die Gleichung (1) bestimmt. In der Anordnung von Fig. 7, wo das Demagnetisierungsfeld H entlang der harten Achse null ist, muß jedoch das Wortfeld H lediglich stärker sein als die der Schicht 53 innewohnende Anisotropiefeldstärke H„, um eine Rotation der Magnetisierungsvektoren aus der leichten Achse in die harte Achse zu bewirken. Der Schreibström L^ zur Erzeugung des Feldes H_w kann folglich viel kleiner sein als bei den vorbeschriebenen bekannten Einrichtungen, bei denen das vom Wortstrom erzeugte Feld auch das Demagnetisierungsfeld in Richtung der harten Achse überwinden muß„ Die Eliminierung von H sowohl in Richtung der harten als auch in Richtung der leichten Achse gestattet auch die Verwendung dickerer Magnetschichten, die in der Lage sind, einen größeren Magnetfluß zur Erzeugung größerer Lesesignale bereitzustellen.

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BAO ORIGINAL

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In Pig. 13 sind die Lesesignale dargestellt, die bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß Fig_e 5 erhalten wurden. Die Kurve 110 zeigt das Lesesignal in der Bit-Leseleitung 56 (Fig. 7) für ein 1-Datenbit, während die Kurve 1.11 das Lese signal für ein Q-Dateribit zeigt. Beide Lesesignale wurden mit einem Wortstrom L^. - 720 mA gewonnen bei einer Anstiegszeit von annähernd 9 Nanosekunden. Die 1- und 0-Kurven sind zum Zwecke der einfacheren Darstellung übereinander gezeichnet. Die Kurve 112 stellt den Störsignalpegel dar, der auf der B it-Leseleitung erscheint. Im dargestellten Beispiel wurde die Speicheranordnung zur Ausführung einer zerstörungsfreien Wertentnahme betrieben, wobei die Wie- ■ derholungsrate 10 MHz betrüg· Das praktische Ausführungsbeispiel, dessen Lesesignale die Fig. 13 zeigt, wurde unter Verwendung eines 0, 5 mm starken polierten Beryllium-Kupfer-Drahtes als Träger 51 hergestellt. Auf diesem Träger wurden zwei Magnetschichten aus a.chzig-.'zwanzig NiFe aufgetragen^ jede mit einer Dicke von 12 500 A. Beide Magnetschichten hatten einenH„-und EL·.-Wert von annähernd 4„ 0 Oersted₄ und die leichte Achse beider Schichten war in Richtung der Längsachse des Trägerdrahtes" ausgerichtete Die Schrägstellungs - und Dispersionswinkel für beide ScMchten waren weniger als 1 und die Magnetostriktion war u&terhalb 2 . 10 · Die Magnetschichten waren voneinander getrennt durch eine feinkörnige Kupferschicht mit einer Dicke von 12 000 A₀ Die Speicherelemente auf dem Trägerdraht wurden durch Ätzung mit einer ßpeicherelementen«Länge von I₀S- mm geformt«

Die Fig_e 14 zeigt für verschiedene weitere praktische Ausführungen der erfindungsgemäßen Speicheranordnung die Abhängigkeit des Lesesignals von der Dicke der magnetischen Schichten für verschiedene Wortströme· Die Magnetschichtparameter dieser Beispiele sind die gleichen, wie sie in Verbindung mit dem vorher beschriebenen Beispiel angegeben wurden. Die Anstiegszeit des Wortimpulses L~ betrug annähernd 10 Nanosekunden.

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Es ist zu bemerken, daß die Lesesignalamplitude und die erforderliche Wortstromstärke direkt proportional zum Durchmesser des Trägers sind. Bei Verwendung eines Trägers mit.einem Durchmesser von nur 0,13 mm beträgt die Lesesignalamplitude und der erforderliche Wortstrom nur 1/4 der im vorausgehenden Beispiel genannten Werte,

Im obigen Beispiel wurde ein Magnetmaterial verwendet, das aus 80 % Nickel und 20 % Eisen.besteht· Abweichend hiervon können Materialien mit anderen Niekel-Eisen-Verhältnissen Anwendung'finden. Das Nickel-. Eisen-Verhältnis kann im Bereich von 70 %^Ni/Fe ^68 % variieren« Wenn Kobaid zur Erhöhung der Anisotropiefeidstärke eines oder beider Magnetechichten verwendet werden soll, so ist ein Kobaldanteil von 10 % oder weniger zweckmäßig. Eine Schicht mit 78 % Ni, 19 % Fe und 3 % Co wurde ale vorteilhaft gefunden.

In finer anderen Aueführungeform der Anordnung von Fig. 5 und' 7 sind die Magnetechichten 52 und 53 des Elementes 50 ebenfalls anisotrop und mit ihren leichten Achsen parallel zur Längsachse des Trägers 51 ausgerichtet ■owie antiparallel.gekoppelt» Jedoch ist die nichtmagnetische Trennschicht Si; die zur Separierung der beiden Magnetschichten dient, nichtleitend* Um ein AuigftngMignal bei Auftreten eines Wortimpulses zu erzeugen, weist due Magnetmaterial der inneren Magnetschicht einen anderen Anisotropiefeldetärkewert auf ale das Magnetmaterial der äußeren Magnetschicht. Zum Beispiel kann die Magnetschicht 52 eine NijFeDo-Schicht sein, die eine Koerzitivkraft und eine Anisotropiefeidstärke von annähernd 7,0 Oersted besitzt. Die äußere Magnetschicht 53 ist dagegen eine NiFe-Schicht mit einer Koerzitivkraft und einer Anisotropiefeldstärke von annähernd 4,0 Oersted«

In feiner derartigen Ausführung besteht die Trennschicht 54 beispielsweise au» dielektrischem Material, wie Siliziummonoxyd. Die Dicke der dielektrischen Schicht ist groß genug, um eine magnetische Austauschkopplung «wischen dtn Magnetschichten zu verhindern. Diese Schicht braucht jedoch

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ORtGiNAU »NSPECTEO

nicht so dick zu sein, wie eine entsprechende leitende Schicht, da eine Wirbelstrombildung zur Erzeugung einer unterschiedlichen Rotati'onsrate der Magnetisierung in den Schichten nicht notwendig ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die unterschiedliche Rotationsrate als Folge der unterschiedlichen Anisotropiewerte der Schichten 52 und 53 erzeugt, wenn die Magnetisierungsvektoren unter Wirkung des Wortfeldes antiparallel aus der leichten Achse in Richtung der harten Achse verdreht werden.

In Fig. 9 ist eine andere Äusführungsform der Erfindung anhand eines Speicherelementes $0 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine von zwei konzentrischen Magnetschichten 62 und 63, die auf einem leitenden Träger 61 angeordnet sind, isotrop und die andere anisotrop. Die beiden Magnetschichten sind durch eine Trennschicht 64 separiert. Die leichte Achse 65 der anisotropen Schicht 63 verlauf t parallel zur Imngsactise des Trägers

61. Ein longitudinaler Magnetisierungsvektor Μ_σ. stellt sich in der isotropen

■ bi

Schicht 62 in einer Richtung ein, die entgegengesetzt dem Magnetisierungs vektor M_q der anisotropen Schicht 63 verläuft. Es liegt somit eine antiparallele magnetische Kopplung vor, welche die longitudinalen Demagnetisierungsfeldkomponenten in beiden Schichten auslöscht.

Wie im Falle der oben erläuterten Ausführungsform, wobei die Schichten anisotrop waren, ist die Trennschicht 64 stark genug, um in Umfangsrichtung fließende Wirbelströme in der Trennschicht zu gestatten. Diese Wirbelströme werden in der Schicht 64 durch die Rotation der Magnetisierungsvektoren M„. und M^ in den Schichten 62 und 63 erzeugt, wenn das Speicherelement 60 einem im Umfangsrichtung verlaufenden Wortfeld ausgesetzt wird, das durch einen durch den leitenden Träger 61 fließenden Wortstrom L verursacht wird. S obald das Wortfeld angelegt wird, beginnt der Magnetisierungsvektor; M₀. der Schicht 62 aus der leichten Achse herauszudrehen, noch bevor eine Verdrehung des Magnetisierungsvektors Mg_a der Schicht 63 anfängt. Wenn jedoch der Magnetisierungsvektor Mg. seine Drehung beginnt, .werden Wirbelströme in der Trennschicht 64 erzeugt, die daraufhin als ein

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Solenoid wirken und ein Solenoidfeld erzeugen, das die weitere Rotation von M_gi verzögert» Der Magnetisierungsvektor M_g. bleibt folglich in seiner Drehung hinter dem Magnetisierungsvektor M₄- zurück, und die resultierende Phasendifferenz erzeugt eine Flußänderung, durch die ein Ausgangs signal in einer dem Element 60 zugeordneten Bit-Lese-Schleife erzeugt. Die Bit-Lese-Schleife kann entsprechend der in Fig, 7 dargestellten Schleife 56 ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung von Fig* 9 können die Magnetschichten 62 und 63 im <Dickeribereich von 1 000 Ä "bis 50 000 A liegen und eine Länge von 0, 25 mm oder größer aufweisen. Die Dicke der

ο -4

Trennschicht 64 kann von 200 A bis 1, 3 . 10 L variieren, wobei L die diskrete Länge der Magnetschichten 62 und 63 des Elementes 60 in Millimetern ist.

In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung haben beide Magnetschichten 62 und 63 vorzugsweise die gleiche Dicke. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig; die Schichten können eine ungleiche Dicke aufweisen und die Sättigungsmagnetisierung kann ungleich sein, solange die folgende Gleichung erfüllt ist:

M_c t = M_c. t. Cos O. (3)

Sa a Si ι ι

worin M^ die Sättigungsmagnetisierung der anisotropen Schicht, M„. die S ättigungs magnetisierung der isotropen Schicht, t und t. die Dicke der anisotropen Schicht und der isotropen Schicht und a ι

0. der Winkel zwischen der Längsachse des Trägers 61 und dem Magnetisierungsvektor der isotropen Schicht im Ruhezustand sind.

Eine andere Form dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht darin, • daß die Trennschicht 64 etwa 200 Ädünn gemacht wird. Diese Stärke ist gerade ausreichend, um eine Austauschkopplung zwischen den beiden Magnetschichten zu verhindern. Obwohl in einer derartigen Trennschicht nur

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iA^ «AD OfWGHNAL,

.to geringem Maße Wirbelströme erzeugt werden, wird doch durch den Anisoiropieunterschied zwischen beiden Schichten ein Zurückbleiben dee Magnetisierungevekiors M₃ verursacht^ wenn das Speicherelement einem Wortfeld 'HL·^ ausgesetzt wird. Die resultierende Phasenverschiebung erzeugt einen Flußweehsel, der zu einem Lesesignal in einer geeignete» Lesewicklung führt· III weiterer Abwandlung dieses Beispiels kann die Trennschicht au3 den gleichen Gründen nichtleitend gemacht werden.

Me Fig» 1Θ zeigt ein Speicherelement« bei dem eine innere Magnetschicht 1.Z anisotrop ist und eine longitudinals leichte Achse 75 aufweist« während

die äußere Magnetschicht 73 isotrop ist· Dies ist die umgekehrte Anordnung ·

wie beim Speicherelement 60 in Fig. 9· Außerdem besteht der Träger 71 aus einem massiven dielektrischen Kern 76« auf welchem eine leitende

Schicht 77 aufgebracht ist. Die ArI? ausweise des Speicherelementes 70 ist _:

ähnlich der des Speieherelementes 60 von Fig. 8· Es wird ebenfalls ein

Soietioidfeld erzeugt durch die in Umfangerichtung fließenden Wirbelströme

in der Trennschicht 74, um ein Zurückbleiben ier Eotetion des Magnet!- _:

sierungavektors IL in der Schicht 72 zu verursachen· Ό& «Ear Magnet!» ;

sierttngsvektor IAL. der isotropen Schicht 73 ohnehin bereite dazu ienöi&rt,

dem Magnetisierungsvektor Mg der Schicht 72 vorauszueilen, wenn der ₍

Wortstrom L_x. an den Leiter 77 angelegt wird, erzeugt das Solenoidfeld j

der Trennschicht 74 eine noch größere Phasendifferenz zwischen M~ und

Μ-., und das Lesesignal L· in einer entsprechenden Bit-Lese-Schleife wird ™

dementsprechend ebenfalls verbessert*

Bei einer weiteren Ausführungsform bei de.'i erfindungsgemäßen Speicherelement 80 in Fig, 11 werden drei konzentrisch Magnetschichten 82, 83 und 84 verwendet, die auf einem zylindrischen, leitenden Träger 81 niedergeschlagen sind. Die innere und die äußere Schicht 82 und 84 sind isotrop, während die dazwischen befindliche Schicht 83 anisotrop ist und eine leichte Achse 85 parallel zur Längsachse des Ts-ägers 81 aufweist. Leitende Trennschichten 86 und 87 separierest die anisotrope Schicht 83 von den isotropen Schichten 82 und 84. Es bildet sich eine antiparallele magnetische Kopplung

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zwischen den Magnetschichten in der Weise aus, daß die Magnetisierungsvektoren der isotropen Schichten 82 und 84 gemeinsam parallel zur Längsachse des Leiters 81 verlaufen. Die Summe der Dicke der isotropen Schichten 82 _#und 84 ist wenigstens gleich der Dicke der anisotropen Schicht 83« Hierdurch wird sichergestellt, daß die induzierte Winkelgeschwindigkeit der Magnet!- eierungsvektoren innerhalb der anisotropen Schichten 82 und 84 größer ist ale die Winkelgeschwindigkeit des Magnetisierungsvektors in der anisotropen Schicht 83. Die Winkelgeschwindigkeit bzw« Rotationsrate in den isotropen Schichten 82 und 84 kann bei Auftreten eines Wortstromes L.. einen Wert erreichen, der bis zu 4 mal größer ist als die Winkelgeschwindigkeit in der anisotropen Schicht 83· Dies hat seine .Ursache in der Unterteilung der isotropen Schicht durch die anisotrope Schicht, sofern das oben erwähnte Dicken-Verhältnis gewäWteistet ist. Durch die Trennschichten 86 und 87 kann die . Rotationsrate in den Schichten 82 und 83 beeinflußt und damit die Lesesignal-Amplitude bestimmt werden.

'Did Fig, 12 teigt eine weitere Aueführungsform der Erfindung in Gestalt eines Speicherelementes 90, Dieses Speicherelement enthält zwei uniaxiale MajmetechicHten 92 und 93« die gemeinsam als magnetostatischee Joch für. »ine AinlaxUle Magnetschicht wirken· Die leichten Achsen der genannten Schichten Bind alle parallel tür Längsachse eines leitenden Trägers 91 Ausgerichtet» leitende Sperrschichten 95 und 96 verhindern eine Austauschko£>ßlung «wischen den Magnetschichten 92, 93 und 94. Die Magnetisierung ill Um Magnetschichten 92 und 93 verläuft parallel und antiparallel zur Magnettslerung in der Magnetschicht 94. Die magnetostatischen Bedingungen diesek* Aueführungsform können durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

« ^St92 ^{+ M}S93 ^St93 ■ ^Μβ94 ^St94 " (4)

worin Mq, den Magnetisierungsvektor der Schicht 92, M »j der Magnetisierungsvektör der Schicht 93, ' M ß. der Magnetisierungsvektor der Schicht 94,

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COPY

St_Q2* St_g3 und St_g4 die Dicken der Schichten 92, 93 und 94 sind.

. " Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist sehr ähnlich der Arbeitsweise der in den Fig· 5 und 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Der Hauptunterschied liegt in der Steuerung der Wandbewegungsverhältnisse innerhalb der Schichten 92 und 93, die akut werden, wenn der Magnetisierungszustand des Elementes 90 während einer Einschreiboperation geändert wird. In einem bevorzugten Beispiel dieser Ausführungsform ist die Dicke der Magnetsehichten 92 und 93 untereinander gleich. Sie erfüllen die gemeinsame Bedingung für die Schichtdicke gemäß Gleichung (4). Die leitenden Trennschichten 95 und 98 brauchen nicht untereinander die gleiche Dicke aufweisen, sie haben jedoch die vorausgehend beschriebenen Kriterien für -eine Verhinderung der Austauschkopplung zwischen den Magnetsehichten zu erfüllen.

Das Speicherelement 100 in Fig. 15, das eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung verkörpert, besitzt einen zylindrischen Träger 101, auf dem ein Paar konzentrischer Magnetsehichten 102 und 103 durch eine nichtmagnetische Trennschicht 104 voneinander getrennt angeordnet sind. Die Iviagnetschichten 102 und 103 sind uniaxial anisotrop; ihre leichten Achsen 105 verlaufen zirkulär um den Träger 101. Das Element 100 besitzt daher eine geschlossene leichte Achse für beide Magnetsehichten 102 und 103. Die Trennschicht 104 besteht vorzugsweise aus Kupfer. Die Magnetis ie rungs -

vektoren M _{1 o} und M _{1 Q} sind während der Speicherung binärer Werte SJU SxUo

parallel ausgerichtet, und die Trennschicht 104 ist dünn genug, um eine_; transversale Wandkopplung zwischen beiden Magnetsehichten zu gestatten* wodurch die Magnetisierungsvektoren dieser Schichten bei Anlegen eines Wortimpulses gemeinsam ausgelenkt werden- In diesem Ausführungsbeispiel dient der Träger 101 als Bit-Leseleitung, währenddie nicht dargestellten Wortleitungen die gleiche Form haben, wie die Bit-Lese-Schleife 56 von Fig. 7, also orthogonal zum Träger 101 verlaufen. Die Magnetsehichten 1Q2 und 103 besitzen untereinander vorzugsweise die gleiche Dicke und haben im wesentlichen identische magnetische Eigenschaften;

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beide Schichten bestehen aus der gleichen NiFe-Legierung. Obwohl in Fig. 14 nur zwei Magnetschichten dargestellt sind« können zusätzliche konzentrische Magnetechichten vorgesehen werden, wobei die Gesamtzahl aller Magnetschichten geradzahlig sein muß. Die Magnetschichten haben vorzugsweise eine Koerzitivkraft H_, die gleich oder kleiner der Anisotropiefeldstärke H_K des Magnetmaterials ist· Die Sperrschichten bestehen vorzugsweise aus feinkörnigem Kupfer, das in einer Dicke von 100 bis 1 000 Jl aufgetragen wird. Ein bevorzugter Wert für die Dicke der Trennschicht ist ca. 600 A. Die Gesamtdicke der Magnetschichten des Speicherelementes 100 liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 600 A, Wenn es erwünscht ist, eine Magnetschicht größerer Dicke zu haben, um die Lesesignalamplitude zu verbessern, kann eine zusätzliche geradzahlige Anzahl von Magnetschichten vorgesehen werden. Eine praktische Ausführung des Elementes 100 entsprechend den oben angegebenen Werten zeigte eine gute Störsignalunempfindlichkeit, wo wechselnde Störsignalströme auf dem Träger 101 auftreten. Letzteres ist der Fall, wenn mehrere Elemente 100 auf einem gemeinsamen Träger 101 innerhalb einer wortorganisierten Speichermatrix angeordnet sind. Obgleich der Grund für diese hohe Störsignalunempfindlichkeit noch nicht völlig aufgeklärt ist, wird angenommen, daß die dünne Trennschicht eine transversale Wandkopplung zwischen den Magnetschichten 102 und 103 zuläßt, wodurch ein Blochwandkriechen beim.Auftreten von Störsignalfeldern verhindert wird.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung der Magnetschichten bekannt, die bei den obigen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden. Eine bevorzugte Technik zur Herstellung der zylindrischen Elemente besteht in der Verwendung eines stromlosen elektrolytkischen Bades, das sich aus einer wässrigen Lösung von Eisen- und Nickel-Salzen sowie Reduktionsmitteln, 'wie Sodium Hypophosphil sowie einem komplexen Agens, wie beispielsweisei Natrium-Kalium-Tartrat zusammensetzt. Das Bad enthält vorzugsweise auch einen Betrag NH.C1 und !NH₄OH sowie einen pH-Wert im Bereich von 7 bis 13, vorzugsweise von ca. 10, 5, während die

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COPY BAD ORIGINAL

I Temperatur d*s Bades im Bereich von 15 bis 45°C, vorzugsweise zwischen 32 und 38 C, fehalten wird. Zum Niederschlag von NiFeCo-Schichten wird dem Bad ein KobaldrSalz zugefügt. Weitere Details zur Herstellung eines geeigneten stromlosen Bades sind in der Patentanmeldung P 17 71 902. 7

; angegeben.

Die isotrope Eigenschaft der verschiedenen Magnetschichten kann vorzugsweise dadurch erzeugt werden, daß während des Plattierungsvorganges an die Zylinderstruktur abwechselnd ein zirkuläres und ein longitudinalös Magnetfeld angelegt wird. Das longitudinal Feld wird durch ein Heimholte-Spulenpaar gewonnen. Ein zirkuläres Feld wird durch einen Strom erzeugt,. der in gegebenen Intervallen durch den zylindrischen Träger des jeweiligen Speicherelementes, der vorzugsweise die in Fig. 11 dargestellte hohle Form aufweist, geschickt wird. Eine im wesentlichen magnetisch anisotrope Nickel-Eisen-Schicht kann erhalten werden, wenn die erläuterten Magnetfelder sich* für 100 A Niederschlag jeweils mindestens einmal abwechseln. In entsprechender Weise wird eine uniaxial anisotrope Schicht erhalten durch kontinuierliches Anlegen eines externen Feldes fester Richtung während de« Niederschlages der Magnetschicht.

Zur Herstellung antiparalleler Magnetisierungsvektoren in benachbarten Magnetschichten der erläuterten Speicherelemente sind verschiedene Methoden anwendbar. Eine bevorzugte Methode, die besonders bei Speicherelementen der in Fig. 5 dargestellten Struktur verwendet werden kann, wo beide Magnetschichten leichte Achsen parallel zur Längsachse des Trägers 51 haben, besteht darin, daß ein Wortimpuls an die Wortleitung, d. h.an den Träger 51 angelegt wird für eine Dauer; die groß genug ist, damit der Wortimpuls eine Folge Bitimpulse auf einer Bit-Leseleitung, ζ.Ή. 56 in Fig. T, überlappt, wobei sich die Polarität der Bitimpulse von Impuls zu Impuls ändert. Diese Impulskombination bewirkt eine Umschaltung der äußeren anisotropen Magnetschicht 53 (Fig. 5), während der Magnetisierungsvektor der inneren Schicht (52) durch das von der äußeren Schicht erzeugte Demagnetisierungsfeld, dessen Ruherichtung durch die Polarität der Bitimpulse bestimmt Wird,

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COPY

. in den antiparallelen Zustand gebracht und in diesem Zustand gehalten wird.

Die zwischen den Magnetschichten befindlichen Trennschicht wird vorzugsweise durch Elektroplattieren hergestellt. Hierbei hat sich die Verwendung

* einer Plattierungs stromdichte, bezogen auf die Substratfläche des Speicher-

2
elementes, von 2, 5 mA/cm in einem elektrolythischen Kupferbad als zweckmäßig erwiesen, das 107 bis 644 g Cu₀P₀O--Lösung enthält, wozu 9-56 g NaCl hinzugefügt sind. Das Bad wird auf einem pH-Wert gehalten, der leicht oberhalb 7 liegt, beispielsweise 7, 75, und in einem Temperaturbereich von 20 bis 50 C betrieben.

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Claims (15)

P A''TE NTA N SP R UCHE

1. MagnetscMchtspeicherelement mit einem zylindrischen Träger, der nichtmagnetisch und elektrisch leitend ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger wenigstens drei in sich geschlossene Schichten (52, 54, 53) angeordnet sind, die in Längsrichtung des Trägers etwa die gleiche Länge aufweisen und von denen die erste eine Magnetschicht, die zweite eine nichtmagnetische Schicht und die dritte wiederum eine Magnetschicht ist, auf die gegebenenfalls eine weitere'nichtmagnetische Schicht folgt usw., daß die nichtmagnetische Schicht dick genug ist, um eine Austauschkopplung zwischen den Magnetschichten zu verhindern, und daß wenigstens eine der Magnetschichten magnetisch anisotrop ist.

2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrope Magnetschicht (z.B, 62) eine magnetische Vorzugs achse parallel zur Längsachse des Trägers aufweist.

3. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide bzw« alle Magnetschichten naagnetiseh anisotrop sind und parallel zur Längsachse des Trägers verlaufende Vorzugsachsen aufweisen und daß imSpeicherzustand.je zwei durch eine nichtmagnetische Schicht (54) getrennte MagnetscMchten antiparallele Magnetisierungszustände einnehmen«,

4. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Schicht (54) elektrisch leitend ist und eine solche Dicke aufweist, daß sich bei einer Magnetisierungs änderung in den Magnetschichten (52, 53) in der elektrisch leitenden Schicht in Umfangsrichtung verlaufende Wirbeiströme ausbilden, die eine Phasendifferenz der Magnetisierungs änderung zwischen den beiden durch die leitende Schicht getrennten MagnetscMchten hervorrufen.

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5. · Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Schicht (54) eine solche Dicke aul-. weist, daß zwischen den Magnetschichten (52 und 53) eine Austauschkopplung verhindert, jedoch eine magnetische Wandkopplung zugelassen wird.

6. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschichten (52 und 53) im wesentlichen die gleiche Koerzitivkraft aufweisen«

7. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Koerzitivkraft zu Anisotropiefeldstärke der Magnetschichten (52 und/ oder 53) im Bereich von o, 5 bis 1, 3 Hegt.

8. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzei 3hnet, daß die innere Magnetschicht (82) magnetisch isotrop ist und daß die äußere Magnetschicht (84) eine Anisotropie mit einer magnetischen Vorzugs achse parallel zur Längsachse des Trägers (81) aufweist,

9. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste isotrope Magnetschicht (82) eine mittlere anisotrope Magnetschicht (83) und eine äußere isotrope Magnetschicht (84) auf dem Träger.(81) angeordnet sind, daß sich zwischen je zwei dieser Magnetschichten eine nichtmagnetische Trennschicht (86 bzw. 87) befindet und daß die Dicke der inneren und der äußeren Magnetschicht zusammen wenigstens gleich der Dicke der mittleren Magnetschicht ist.

10. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere, eine mittlere und eine äußere anisotrope Magnetschicht (92, 93, 94) vorgesehen sind, daß je zwei dieser

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Magnetschichten durch eine Jüchtmagneiisehe Schicht {95 bzw· 96) getrennt sind, und daß die Dicke der äußeren Magnetschicht im wesentlichen gleich der Summe der Dicke der innesrSE. und der mittleren Magnetschicht ist·

11. Speicherelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung in der inneren und in der mittleren Magnetschicht (92 und 93) zueinander parallel und antiparallel zur Magnetisierung in der äußeren Magnetschicht (94) ausgerichtet ist.

12. Speicherelement nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Schicht (54) eine Dicke aufweist, die nicht größer ist als 1, 3 . 10~⁴ _β L, wobei L die La

und 53), gemessen in Millimeter, ist.

-4
ist als 1, 3 · 10 « L, wobei L die Länge der Magnetschichten (52

13« Speicherelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Magnetschicht (62) anisotrop und die äußere Magnetschicht (63) isotrop ist.

14« Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnetechichtpaare (z.B. 52, 53) Übereinander angeordnet sind und daß jedes Magnetschichtpaar sowie die beiden Magnetschichten eines jeden Paares durch je eine nichtmagnetische Schicht (54) voneinander getrennt sind»

15. Speicherelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung in benachbarten Magnetschichtpaaren antiparallel ausgerichtet ist·

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