DE1929687A1 - Verfahren zum Herstellen von magnetischen Zylinderschichten fuer Speicherzwecke mit uniaxialer Anisotropie der Magnetisierung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von magnetischen Zylinderschichten fuer Speicherzwecke mit uniaxialer Anisotropie der MagnetisierungInfo
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Description
SIEMENS 'IKTIEHGESSLLSCHAi-1T München 2, 11. JUN11969
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
pa 39(2518'---,
1929687
Verfahren zum Herstellen von magnetischen Zylinderschichten für Speicherzwecke mit uniaxialer Anisotropie der Magneti-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
magnetischen Zylinderschichten mit uniaxialer Anisotropie der Magnetisierung für Speicherzwecke mittels elektrochemischer,
vorzugsweise galvanischer Abscheidung. Außerdem betrifft sie galvanische Bäder zur Durchführung dieses
Verfahrens.
Magnetische Zylinderschichten (Plated Wire) sind für die
elektronische Datenverarbeitung und Vermittlungstechnik
besonders deshalb von großer Bedeutung, weil sie sich einerseits verhältnismäßig einfach und billig im Durchzugs-"
verfahren herstellen und prüfen lassen,, andererseits sich
gut für den sogenannten i,rDRV/-3etrieb (= Non-Des tractive
Read and Write = zerstörungsfreies Lesen und Schreiben),
eignen. Diese Betriebsweise ist deswegen so interessant,
weil sie den Aufbau von großen Speicherblücken mit 2 1/2 D-Ansteuerung
gestattet, was wiederum erhebliche Ersparnisse bei der Anateuerelektronik bedeutet. Die Eigenschaft, nichtzerstörend
lesbar zu sein, muß jedoch besonders eingeprägt werden.
Das Auslesen der Information aus einer dünnen magnetischen
Schicht mit uniaxialer Anisotropie erfolgt in der Regel dadurch, daß man einen Leseiinpuls in schwerer Richtung, d. h.
senkrecht zur Vorzugsachse, anlegt, indem man einen όtromimpuls
durch die Wortleitung schickt. Bleibt sein Magnetfeld genügend weit unterhalb der Anisotropiefeldstärke H^, so
PA 9/491/1246 Bi t/Rl 8AÖ ORJGlNAL "2" '
009882/1780
fällt die Haguetisieruug nach Abschalten des Leseimpulses
wieder in die ursprüngliche leichte Richtung zurück. Liegt das von' dem Leseimpuls erzeugte Feld genügend weit oberhalb
IL, so tritt eine Domänenaufspaltung auf, dergestalt, daß
die Magnetisierung des -gelesenen Lrahtabsehnitts je zur
Hälfte in die positive und die negative leichte Richtung fällt, so daß ein nachfolgender Leseimpuls kein Signal mehr
in den Draht induzieren kann. Es kann auch sein, daß infolge einer ungleichmäßigen Aufspaltung ein kleines Restsignal
übrigbleibt. Selbst wenn dieses Signal noch ausreichend wäre, um die Information sicher auszulesen, so bedeutet der aufgespaltene
Magnetisierungsaustand eine erhebliche Einengung des Bitstrombereiches'. (Als Bitstrom wird der beim Einschreiben durch den Trägerdraht geschickte, informationsbestimmende
Stromimpuls bezeichnet; er erzeugt ein Feld in leichter Richtung.) Die Grenzen der-AufSpaltungsdomänen be- Wegen
sich unter dem Einfluß von Feldimpulsen in leichter Richtung, d. h. von Bitimpulsen und erst recht unter der
kombinierten Einwirkung von Bitimpulsen und einem von der benachbarten Wortleitung herrührenden Streufeld viel leichter als solche Begrenzungsdomänen, welche ein einheitlich
magnetisiertes Gebiet der Zylinderschicht von der Länge einiger Zehntel Millimeter von der entgegengesetzt magnetisierten
liachbarschaft trenne:!.
Beim 2iDRW-Betrieb befinden sich mehrere Speieherworte auf
einer Wortleitung. Diese Anordnung der Speicherworte verbietet es, die oben erwähnte Domänenaufspaltung dadurch zu
vermeiden, daß man mit Wortfeldern <
H, liest und mit solchen έ E, einschreibt, obwohl dieses Verfahren vom Standpunkt
der Signalhöhe noch gangbar wäre. Man muß vielmehr gleiche Wortfeldamplituden zum Lesen und Einschreiben verwenden.
•Als Trägerdraht wird üblicherweise ein Kupferdraht mit Susätzen
von ca. 2 -o Beryllium verwendet, weil dieser besonders
gute mechanische Eigenschaften besitzt. Dieser Tr'ägerdraht
PA 9/491/1246 009882/1780 ßAD 01^AL -3-
weist im Anlieferungszustand eine Reihe von Unregelmäßigkeiten,
v/ie z. 3. Kerben, Ziehriefen und oxydierte Ausscheidungen
von beryllium an seiner überfläche auf, welche bei direkter Abscheidung der magnetisierbaren Schicht, z. B.
Permalloy, auf den Trägerdraht die Speicherfähigkeit der Magnetschicht stellenweise stark beeinträchtigen wurden.
Es ist nun ein bekanntes Verfahren, durch elektrolytischen Niederschlag einer feinkörnigen Kupfer- oder Goldschicht
von einigen /um Dicke aus einem entsprechenden, z, E. schwefelsauren
Bad mit Glättungszusätzen diese Unregelmäßigkeiten der Trägeroberflache einzuebnen. Die '.?einkörnigkeit dieser
Glättungsschicht bewirkt, daß- die darauf niedergeschlagene
Perinalloyschicht sich zwar leicht, d. h. mit einem verhältnismäßig
kleinen Bitstrom (und Y/ortstrom) einschreiben läßt,
aber auch eine kleine Koerzitivfeidstärke besitzt. Das führt
dazu, daß sich kein Eitstrom finden läßt, bei dem die Information
einerseits sicher eingeschrieben und andererseits beim Umschreiben einer anderen Speicherstelle auf demselben
Draht nicht gestört wird.
Es ist bekannt, daß die Überflächenrauhigkeit der Unterlage
auf die Koersitivfeidstärke aufgedampfter Permalloyschichten
einen Einfluß ausübt. 3s ist daher üblich, Substrate mit
einer rauhen Oberfläche mit einer glätter.den, z. 3. Siliziumoxidschicht
zu bedampfen, bevor die eigentlichen Speicherschichten aufgebracht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Gefahr der
Domänenaufspaltung bei Feldstärken >H1 von auf einem Trägerdraht
elektrochemisch, vorzugsweise galvanisch abgeschiedenen magnetischen Zylinderschichten mit uniaxialer Anisotropie
der Magnetisierung durch eine passende Struktur der Trägerdrahtoberfläche
au mindern und gleichzeitig die Schwelle, bei .der sich die magnetischen Bereichsgrenzer, zu bewegen
beginnen, heraufzusetzen.
ΡΛ V491/1246 '· ^g882n 780 _4_
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst," daß zwischen die nichtmagnetische
Metallschicht und die Speicherschicht eine weitere nichtmagnetische Metallschicht mit einer rauhen
Oberfläche elektrochemisch, vorzugsweise galvanisch aufgebracht wird, .
Damit werden die Vorteile erzielt, daß die Koerzitivfeldstärke
so weit erhöht wird, daß die Störanfälligkeit der einmal eingeschriebenen Information erheblich gemildert
und ein einwandfreier 2JDRW-Betrieb des aus nach der Srfindung
behandelten Plated-V/ire-Drähten aufgebauten liagnet-■
Speichers möglich wird, daß die übrigen magnetischen Schichtfc
parameter, wie Anisotropiefeldstärke, Winkeldispersion, Höhe der zum Schreiben oder Lesen benötigten Wort- und .Bitströme,
sich vergleichsweise nur geringfügig ändern und daß sich das erfindungsgemäße Verfahren einfach, schnell und zuverlässig
durchführen läßt.
Als nichtmagnetische Metalle kommen vorteilhaft Kupfer oder Gold zur Anwendung. ,
Ein erstes Verfahren zur·Erzeugung der gewünschten Oberfläehenrauhigkeit
besteht darin, eine grobkristalline Metallschicht auf dem Trägerdraht abzuscheiden. Diese grobkristalline Schicht ergibt die gewünschte zerklüftete öber-
f fläche. Vorteilhaft wählt man das elektrochemische, "vorzugsweise
galvanische Abscheidungsverfahren so, daß die"Vi'ellenlänge"
der Oberflächenrauhigkeit, d. h. die Korngröße der Aufrauhschicht, etwa doppelt so groß wie die Dicke einer
Bereichsgrenze der Magnetisierung der Zylinderschicht, z, B, einer Blochwand, wird. Diese Wände haben im allgemeinen eine
Dicke von 500 bis 1000 S. Das schließt nicht aus, daß auch
noch längere oder kurzwelligere Komponenten in der Oberflächenrauhigkeit existieren dürfen, jedoch haben diese
einen geringeren Einfluß auf die Koerzitivfeidstärke.
PA 9/491/1246 009882/1780
BAD ORIGINAL
lieben der Wellenlänge der überfläehenrauhigkei>t hat auch
die Rauhtiefe einen Einfluß auf die Koerzitivfeldatärke
der darüberliegenden Speicherschicht. Im allgemeinen wächst die Koeraitivfeldstärke mit zunehmender Rauhigkeit, doch,
setzt der gleichzeitige Anstieg des Ivlagnetisierungsripples
der Rauhtiefe eine obere Grenze, welche bei ca. 15 ',·>
der ■Dicke der Magnetschicht liegt. Auch steht die Rauhtiefe
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufrauhen der Oberfläche durch Abscheiden einer grobkristallinen Metallschicht
mit der Wellenlänge der Oberflächenrauhigkeit in einem engen, durch die verwendeten galvanischen .Bäder bedingten Zusammenhang.
Besonders geeignet hat sich die Verwendung eines cyanidischen Kupferbades zur Erzeugung der zweiten ' nichtmagnetischen
Schicht erwiesen. Ein solches Bad ist vorteilhaft aus folgenden Komponenten zusammengesetzt:
40 bis 60 g/l KClT
20 bis 40 g/l CuCIi
10 bis 50 g/l -IaKC4II4O6.4H2O
Die Abscheidung erfolgt bei folgenden' Bedingungen:
pH = 11,5 Badtemperatur = 15 bis 60 0C
stromdichte = 4 bis 16 A/dm
Ein weiteres, sehr vorteilhaftes Verfahren, eine Drahtoberfläche
mit der gewünschten Rauhigkeit au erhalten, besteht darin, durch Abscheiden einer sehr dünnen Metallschicht auf·
dem zuvor geglätteten Träger eine Inselstrukfcur auf der
Trifygfjpoberflache zu erzeugen, welche ihrerseits die benötigte
optimale, oben beschriebene Oberflächenstruktur erzeugt.
PA 9/491/1246 - 6 -
OQS882/f?0O
' 8ÄD OfHGlNAL
Vorzugsweise verwendet man hierzu ein schwefelsaures Bad mit der Zusammensetzung
180 bis 220 g/l GuSO4.5H3O
10 bis 30 g/l H2SO4 ,
das im Arieehlufi an eine Glättungsverkupferung bei folgenden
Bedingungen angewendet wird:
Badtemperatür * 20 bis 30 0C
Stromdichte = 2 bis 4 A/dm
Damit ergeben sich die Vorteile, da3 weniger Metall abgeschieden wird, so daß der Trägerdraht aich in. seinem Durchmesser
praktisch nicht verändert und daß die Gefahr bleibender Veränderungen nach einer meehanischea Beanapruchung
verringert wird. .
Anhand von zwei AuefUhrungsbeispielen und mit Bezug auf die
Zeichnung eoll die Erfindung näher erläutert werden.
Pig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäS hergestellten
Plated-Wire-Speicherdraht. Auf den Trägerdraht 1,
z. 3. einen Kupfer-Beryllium-Draht, der im Anlieferungesust&nd
eise Reihe voa Unregelmäßigkeitan aufweist, ist
sutt&e!$et nach bekaitettsi Verfahren, 2. B. aua einen Hoch-.'^«ΙΙΜίΒβνerkaufrü»i|»b#d «it eiaebnender Wirkußg, «in«
i*:fl»tt«öd· Kapitriscbißht 2 aufgebracht worden. Darauf
In diesem speziellen AuifUhrungBbeiapiel wurde
folgende Badzusammensetzung
55 g/l KCN ,
33 g/l QuCTi
25 g/l Natrium-Xal ium tar trat.
pH =11,5
-I
T= 35 0C
^eschichtungsstromdichte 12 A/dm''
Auf den doppelt verkupferten Ou-Be-Braht 1 wurde dann aus
einem schwefelsauren Bad eine 0,5/uin dicke Permalloyschicht
4 niedergeschlagen. Die Badzusammensetzung und die Abscheidebedingungeη waren
215 g/l :iickelsulfat; UiSO.,6H2O
8 g/l Ammoniurneisen(II)-sulfat; (XH^ Jpi'siSO . Jg.öHgC
25 g/l Borsäure; H,30,
10 g/l 'iatriumchlorid; HaCl
80 mg/1 Thioharnstoff;
10 g/l 'iatriumchlorid; HaCl
80 mg/1 Thioharnstoff;
0,3 g/l !Tatriumlaurylsulfat.
Der pH-Wert betrug 3,1; die Badtemperatur 31 0G und die an-
gelegte Stromdichte 9,8 A/dm ,
i^in anderer Badtyp für die Abscheidung der Permalloy schicht
hat folgende Zusammensetzung:
385 g/l nickelsulfomat; Ni(NH2SO-)2.43g0
8 g/l Eisensulfat; PeSO^.7HgO
5 g/l Xickelchlorid; !iiClg.öHgC
30 g/l Bor saure; TI -,-30 ^
5 ml/l Glanzzusatü.
5 ml/l Glanzzusatü.
Der pH-'.Vert beträgt 4,0; die 3ad tempera tür 60 0C. Die augelegte
Stromdichte ist zwischen 15 und 30 A/dm variabel.
Das Ergebnis zeigt Fig. 3: Aufgetragen sind dort der minimale Einschreibstrom i-0±t min» der Koerzitivstrom i der
Wandbewegung und der liulldurchgang der Einschreibhysterese-I
PA 9/491/1246 -1^ ■ - - 8 -
'009882/1780
als. Punktion des Beechichtungsstromeß i^u in der Verkupferungsselle.
Wie man leicht erkennt, streben ic und
i,., . mit wachsendem i„ zunächst stark auseinander,
bit ram Uu
bis die. Differenz, ebenso wie ic, i^^ min und i^ bei iCu =
12 mA, einem Sättigungswert zustrebt.
Fig. 4 zeigt die Einschreibkennlinie eines Plated-Wire-Eleiaents.
Aufgetragen ist die Abhängigkeit dar Signalspannung U . in Abhängigkeit vom Bit-Strom i^-j+· Eingetragen
sind auch die Ströme i^ und i^it min· ^er Hysteresestrom
i. ist der minimale Strom, der beim Schreiben als Bit-Strom fließen muß, um eine früher singeschriebene Information
so weit überschreiben zu können, daß beim Auslesen die alte Information nicht mehr als Ausgangssignal
erscheint. Z>er tatsächliche Bit-Strom oeim Schreiben muß
also auf jeden Fall höher sein als dieser minimale Strom. Um eine möglichst geringe Ansteuerleistung aufwenden au
müssen, ist einerseits ein geringer Wei-.-t dieses Hysteresestromes
.erwünscht", andererseits darf i aber auch nicht au
klein werden, da sonst nicht mehr zerstörungsfrei gelecen
werden kann. Es wird angestrebt, ih dicht unterhalb x, .. ^n
au legen, wobei "i,.+ . zwischen 30 u/.d 50 mA liegen soll.
Ij1 wird durch die Oberflächenstruktur der erfind.mgsgemäß
zweiten Verkupferung, aber auch durch die kristalline Struktur
der Magnetschicht beeinflußt. ibit jjjin hängt außerdem
noch von der Leitergeometrie und der Schichtdicke ao.
Der Koeraitivstrom der Wandbewegung iö lot der durch den
trSgerdraht als Bit-Strom fließende 3tro», der ein Feld -\
in leichter Richtung eraeugt, das ohne ßleichaeitig#e
handenaein eines ?eldeo in harter 'Sichtung;,
äurch einen 3trom im Wortleiter, eine einmal
Infonaation durch Wandbewegung zerstört.
Der S^tro» ibit min etellt die untere Grenee .ies für d«tt
praktischen Betrieb zulässigen Bit~3tromes «iar und teenft-
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0Q9882/178Q
8AD OfIiGiNAL
zeichnet zusammen mit dem nichtdargestellten maximalen
Bit-Strom den verfügbaren Arbeitsbereich der Magnetschicht.
Aus der Fig. 1 erkennt man noch in der Magnetschicht 4- .
eine Blochwand 5. Diese Wand liegt in einer energeti-seh
ungünstigen Lage, in einem "Tal" der- Oberfläche der
'Schicht 3. Beim Verschieben der magnetischen Bereichsgrenze
müßte die Wand 5 sozusagen erst die benachbarten "Berge" hinaufsteigen, wozu eine größere Energie r.ötig ist als bei
einer ebenen Unterlage.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einer. erf:!.ndungsgemäß behandelten
Speicherdraht, wobei die gewünschte Rauhigkeit der überfläche durch die inselartige Struktur einer abgeschiedenen
zweiten Kupferschicht 6 erzeugt wird. Auch hier ist der Abstand der Inseln so gewählt, daß eine Bereichsgrenze der I.Iagnetisierung, z. B. eine ülochwand 5, möglichst
genau in diesen Zwischenraum hineinpaßt.
Die inselartige Struktur der zweiten Bietallschicht war in
einem 3äd mit der Zusammensetzung '
200 g/l CuSO4.5H2O
15 g/l H2SO4
15 g/l H2SO4
bei 25 0C und bei wechselnder Stromdichte erzeugt worden.
Die Magnetschicht 4 war wie beim ersten Beispiel hergestellt worden.
Fig. 5 zeigt i-uj.. . und i als Punktion der Beschich«*
DX C IuXZi O
tungs s tr oms tärke i.QU>
iG besitzt demnach ein ausgesprochenes
Maximum bei 3 mA. Dieses Maximum deutet auf eine optimale Oberflächenaufrauhung hin.
Zum Schluß sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen»
daß die Absolutbeträge der gemessenen und in den
PA 9/491/1246 009882/1780 " 10 '
Figuren, graphisch dargestellten Ströme sich selbstverständlich auf einen bestimmten Versuchsspeicher, der mit erfindungsgemäß
beschichteten Drähten aufgebaut worden war, beziehen. Der prinzipielle Verlauf der Kurven ist jedoch von
dem jeweiligen Versuchsafubau unabhängig.
12 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
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Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen von magnetischen Zylinderschichten
für Speich'er^v/ecke mit uniaxialer Anisotropie
der Magnetisierung, wobei auf einen Trägerdraht zunächst
eine feinkörnige, einebnende, nichtmagnetische Metallschicht, insbesondere Kupferschicht, und darauf die
eigentliche magnetische Speicherschicht aufgebracht, vorzugsv/eise aufgalvanisiert wird, dadurch
gekennzeichnet , daß zwischen die.nichtmagnetische Metallschicht und die Gpeicherschieht eine
weitere nichtmagnetische Metallschicht mit einer rauhen Oberfläche elektrochemisch, vorzugsweise galvanisch
aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet,
daß als nichtmagnetische Metallschicht Kupfer verwendet wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic.hnet,
' αε.ιΒ als niehtmagnetische
Metallschicht Gold verwendet wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als zweite niehtmagnetische Schicht eine grobkristalline Metallschicht abgeschieden wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß als zweite niehtmagnetische Schicht eine Metallschicht
mit inselartiger Struktur abgeschieden wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Wellenlänge der Oberflächenrauhigkeit, d. h. der ·
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8AD ORIGINAL
Abstand der einzelnen Oberfläcnenberge bzw. -täler voneinander,
etwa doppelt so groß eingestellt wird wie- die Breite einer magnetischen Bereichsgrenze, insbesondere
Blochwand.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet
, dai3 die Wellenlänge der Oberflächenrauhigkeit in einem 3ereich zwischen 1000
und 2000 A eingestellt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rauhtiefe der Oberfläche maximal 15 ";'ί der Dicke
der Magnetschicht beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7 und/oder 8, da
durch gekennzeichnet, daß ein
cyanidisches ICupferbad verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 5, 6, 7 und/oder 8, d a
durch gekennzeichnet, daß ein
schwefelsaures Kupferbad verwendet wird.
11. Galvanisches Bad zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende
Zusammensetzung und Badbedingungen:
40 bis 60 g/l KON
20 bis 40 g/l GuOII
10 bis 30 g/l JTaKG4H4O6.4K2O
(Natrium-Kaliuratartrat)
pH =11,5; Badtemperatur 15 bis '50 0O;
Stromdichte 4 bis 16 A/dm .
12. Galvanisches Bad zur Durchführung des Verfahrens nach
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. BAD ORtGlNAL
Anspruch 10, gekennzeichnet durch
folgende Zusammensetzungen und ßadbedingungen:
180 bis 220 g/l CuSO..5HgO
10 bis 30 g/l H2SO4
Badtemperatur 20 bis 30 C;
ο Stromdichte 2 bis 4 A/dm .
9/491/1246
009882/ 1780
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