DE1960972A1 - Speicheranordnung zum magnetischen Speichern einer Vielzahl von Datenbits und Verfahren zum Schreiben bzw. Lesen in bzw. aus solchen Speicheranordnungen bzw. Mehrfachbit-Mehrfachmagnetschicht-Speicherelementen solcher Speicheranordnungen - Google Patents

Description

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ing. K. HOLZEK

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Augsburg, den 1. Dezember 1969

International Business Machines Corporation, Armonk, Ν.Ϊ. 10 504, Vereinigte Staaten von Amerika

Speicheranordnung zum magnetischen Speichern einer Vielzahl von Datenbits und Verfahren zum Schreiben bzw. Lesen in bzw. aus solchen Speicheranordnungen bzw. Mehrfachbit-Mehrfachmagnetschicht-Speicherelementen solcher Speicheranordnungen

Die Erfindung betrifft Speicheranordnungen zum magnetischen Speichern einer Vielzahl von Datenbits und ein Verfahren zum Schreiben bzw. Lesen in bzw. aus solchen

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Speicheranordnungen bzw. Mehrfachljit-Mehrfachmagnetschicht-Speicherelementen solcher Speicheranordnungen»' Allgemein betrifft die Erfindung Magnetschichtspeicher, in welchen Informationen dadurch gespeichert werden, daß die Magnetisierung von anisotrope Eigenschaften aufweisenden Magnetschichten ummagnetisiert wird. Insbesondere betrifft ■ die Erfindung Mehrfachschicht-Mehrfachschwellenwert-Speicherelemente, in welchen jeweils an einem gemeinsamen Schnittpunkt jeweils einer einzelnen Wortleitung und einer einzelnen Bitleitung Mehrfachinformationsbits gespeichert werden. Bei der erfindungsgemäßen Speicheranordnung bzw. bei dem erfindungsgemäßen Speicherverfahren handelt es sich um Magnetspeicher hoher Bitdichte, bei welchen die gleiche Anzahl von Bit-Leseleitungen wie bei bisherigen Speicheranordnungen verwendet wird, ohne daß jedoch die flächenmäßige Ausdehnung der jeweiligen gegliederten Anordnung von Speicherelementen vergrößert wird.

( Anordnungen bzw. Geräte, mittels welchen Informationen

in verschiedenartiger Weise gespeichert werden, sind seit mehreren Jahren bekannt. Zu diesen bekannten Geräten zählen auch MagnetschichtSpeicheranordnungen. Wegen des starken Anwachsens der Computertechnik und der Rechengeschwindigkeiten werden an die Informationsspeicheranordnungen sowohl in bezug auf eine größere Speicherkapazität als auch in bezug

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auf ein· höhere Datengeschwindigkeit immer größere Anforderungen gestellt. Die Verwendung einer immer größeren Anzahl von bisher bekannten Speichern bedeutet keine praktikable Lösung, weil dadurch die Kosten, der erforderliche Raue, die Kühleinrichtungen und weitere Paktoren proportional ansteigen. Eine Verminderung der Speichergröße bei gleicher Informationsmenge hat nur zu sogenannten Zwischenlösungen geführt. Eine Vergrößerung der Packungsdichte von Speicherelementen in eben gegliederten Anordnungen ohne weitere Größenverminderung hat ein weiteres Ansteigen der Speicherkapazität mit sich gebracht. Die Forderungen nach größerer Speicherkapazität sind jedoch noch im Ansteigen und in der Miniaturisierungstechnik werden selbst für geringe Steigerungen der Speicherkapazität große Anstrengungen gemacht. Aus dem vorhergehend gesagten ist ersichtlich, daß die bekannten Verfahren auf dem Gebiet der Magnetschichtspeicher in bezug auf die erhöhten Speicherkapazitätsanforderungen nicht zu einer Lösung geführt haben und daß jede Lösung, welche diese Forderung auf den Gebiet der Magnetschichtspeicher erfüllt, willkommen geheißen wird'.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,

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ein Magnetschichtspeicherelement derart auszulegen, daß es in der Lage ist, eine Vielzahl von Införmationsbits an einer einzelnen Bitstelle zu speichern.

Demgemäß beinhaltet die Erfindung ein Magnetschichtspeicherelement hoher Bitdichte, welches einfach, billig und· leicht herstellbar ist.

Weiter hat die Erfindung ein Verfahren zum Schreiben von Informationen bzw. zum Lesen von Informationen in bzw. aus geschichteten Speicherelementen zum Gegenstand.

Ferner schließt die Erfindung eine Ausführungsform einer Speicheranordnung in sich, welche wegen der erhöhten Anzahl von während eines Lesezyklus ausgelesener Bits eine höhere Datengeschwindigkeit pro Lesekanal erlaubt.

Schließlich ist gemäß der Erfindung eine gegliederte Dünnschichtspeicheranordnung derart ausgelegt, daß diese ohne Vergrößerung ihrer flächenhaften Ausdehnung eine größere Dichte als bisherige Speicher aufweist und daß sich außerdem keine Singaischwächung aufgrund gegenseitiger räumlicher Beeinflussung der Signale ergibt.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die

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Erfindung eine Speicheranordnung zum magnetischen Speichern einer Vielzahl von Datenbits, welche durch einen Bitleiter, weiter durch einen zu diesem Bitleiter senkrecht angeordneten Wortleiter, und schließlich durch eine jeweils am Schnittpunkt des Wortleiters mit dem Bitleiter angeordnete Vielzahl magnetischer Schichten gekennzeichnet ist.

Die Speicheranordnung nach der Erfindung besteht allgemein aus_veiner Vielzahl übereinander angeordneter Schichten magnetischen Materiales, wobei sich diese übereinander angeordneten Schichten jeweils voneinander dadurch unterscheiden, daß sie eine unterschiedliche magnetische Charakteristik bzw. unterschiedliche körperliche Eigenschaften aufweisen. Die magnetische Charakteristik unterscheidet sich dabei von einer Schicht zur anderen in ihrer Art bzw. weist in bezug auf eine bestimmte magnetische Charakteristik von einer Schicht zur anderen jeweils graduelle Unterschiede auf. Die körperlichen Eigenschaften unterscheiden sich in ihrer Art ebenfalls von einer Schicht zur anderen bzw. es bestehen zwischen den Eigenschaften der einzelnen Schichten graduelle Unterschiede.

Im Sinne der Lösung der oben dargelegten Aufgabe beinhaltet die Erfindung weiter ein Magnetschichtspeicher-

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element, welches durch einen Leiter und durch einen weiteren, zu diesem senkrecht verlaufenden Leiter, weiter durch Schichten, welche am gemeinsamen Schnittpunkt der beiden Leiter angeordnet sind und die eine Vielzahl gesonderter Informationsbits speichern, gekennzeichnet ist. Diese rechtwinkelig zueinander angeordneten Leiter sind mit dem erfindungsgemäß geschichteten Speicherelement magnetisch gekoppelt und das Anlegen koinzidenter Impulse geeigneter Amplitude und Polarität erregt nacheinander jeweils die einzelnen Schichten beispielsweise des Speicherelementes derart, daß entweder eine Binärziffer "Eins" oder "Null" gespeichert wird. Durch das Anlegen von Impulsen geeigneter Amplitude an einen dieser Leiter wird der Speieherzustand jeder der Schichten abgetastet bzw. festgestellt.

Insbesondere beinhaltet die Speicheranordnung nach der Erfindung eine Vielzahl von Ausführungsformen, welche f jeweils eine Vielzahl dünner magnetischer Schichten aufweisen, die symmetrisch zu einem der Leiter angeordnet sind und mit diesem und mit dem anderen, zu diesem rechtwinkelig verlaufenden Leiter magnetisch gekoppelt sind. Bei einer besonderen Ausführungsform der Speicheranordnung nach der Erfindung ist eine Vielzahl dünner magnetischer

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Schichten auf einer Seite eines Leiters angeordnet und eine einzelne Magnetschicht, deren Dicke gleich der Summe der Dicken der Vielzahl dünner magnetischer Schichten ist, auf der anderen Seite dieses Leiters angeordnet. Diese Schichten sind mit diesem Leiter und mit dem anderen, zu diesem Leiter rechtwinkelig verlaufenden Leiter magnetisch gekoppelt. Bei diesen genannten Ausführungsformen unterscheiden sich die einzelnen Schichten jeweils durch Unterschiede ihrer magnetischen Eigenschaften voneinander. Demgemäß wird die Koerzitivkraft bzw. die Permeabilität bzw. eine andere magnetische Eigenschaft des die Schicht bildenden magnetischen Materials durch dessen entsprechende Zusammensetzung gesteuert. Die einzelnen Schichten weisen damit jeweils eine bestimmte Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Impulsamplituden auf, so daß eine Information gespeichert bzw. ausgelesen werden kann. Die magnetischen Schichten bilden einen geschlossenen magnetischen Kreis entweder durch einen kleinen Luftspalt oder durch einen aus magnetischem Material gebildeten Randverschluß, welcher für den magnetischen -Fluß einen Pfad mit niedrigem magnetischem Widerstand darstellt. Die Schichten werden dabei jeweils in ihrer geschlossenen schweren Achse bzw. in ihrer geschlossenen leichten Achse magnetisiert.

Ib Sinne der Lösung der Aufgabe beinhalten weitere

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bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Anordnungen von Schichten unterschiedlicher Breite und Dicke, welche auf einer Seite eines Leiters angeordnet sind, sowie eine einseine Schicht, deren Querschnittsfläche gleich der Summe der einzelnen Querschnittsflächen sämtlicher genannter Schichten ist und welche auf der anderen Seite des Leiters angeordnet ist. Ebenso wie die beiden erstgenannten Ausführungsformen können diese Speieheranordnungen an den Rändern ihrer Schichten magnetisch geschlossen sein und ebenfalls jeweils in ihrer geschlossenen schweren Achse bzw. in ihrer geschlossenen leichten Achse magnetisiert werden.

Bei sämtlichen oben dargelegten Ausführungsformen der Erfindung sind die magnetischen bzw. körperlichen Eigenschaften der Schichten jeweils in getrennter Anwendung erläutert. Es besteht jedoch kein Grund, warum diese Eigenschaften nicht in einer einzelnen Mehrfachschicht-Speicheranordnung gemeinsam angewendet werden sollten.

Ein einzelnes magnetisches Speicherelement weist nach der Erfindung demzufolge Schichten auf, deren Eigenschaften jeweils sowohl durch die Zusammensetzung als auch durch die Dicke bzw. Breite eingestellt worden sind. Die Möglichkeit der Anwendung unterschiedlicher Parameter gestattet

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einen größeren Anderungebereich der magnetischen Eigenschaften und damit einen größeren Steuerbereich.

Im Sinne der Lösung der oben dargelegten Aufgabe beinhaltet die Erfindung ferner ein Verfahren zum Schreiben in Speicheranordnungen nach der Erfindung bzw. zum Schreiben in Mehrfachbit-Mehrfachmagnetschicht-Speicherelemente nach der Erfindung, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Impuls abnehmender Amplitude über rechtwinkelig zueinander angeordnete Leiter und gleichzeitig eine Folge von Impulsen jeweils positiver bzw. negativer Polarität angelegt wird, wobei während der ersten Impulsfolge d.ie Magnetisierung sämtlicher Schichten des betreffenden »Mehrfaehbit-Speiehereleraentes jeweils umgekehrt wird und jeder der aufeinanderfolgenden Impulse'jeweils eine Schiebt weniger als der vorhergehende- I&rals um

Im Sinne der Lösung der* genannten Aufgabe beinhaltet die Erfindung schließlieh ein Verfahren zum Lasen von gespeicherten Informationen aus Spsicheranordnungen nach der Erfindung bzw. sum Lesen aus Mehrfachbit-Mehrfachmagnetsehichc Speicherelementen nach der Erfindung, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Impuls ansteigender Energie an einen von swei rechtwinkelig zue5.nander verlaufenden und magnetisch mit dem Speicherelement

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gekoppelten Leitern derart angelegt wird, daß jede der Schichten des Speicherelementes abwechselnd ummagnetisiert wird unc daß dadurch in dem anderen Leiter dieses Leiterpaares aufeinanderfolgende Signale induziert werden, welche jeweils beispielsweise einen Binärzustand der einzelnen Schichten des Speicherelementes versinnbildlichen.

Insbesondere beinhaltet das Verfahren nach der Erfindung Schritte₃ gemäß welchen entweder Sägesahnimpulse, stufenförmige Impulse oder eine .Polge von Impulsen, welch sämtliche abnehmende Amplituden haben» zusammen mit einer Folge jeweils positiver oder negativer Impulse für jede Schicht sum Schreiben einer* Information in jeweils eine Schicht einer Vielzahl übereinandergeschichteter magnetischer Seiiichten -über rechtwinkelig zueinander angeordnete Leiter angelegt werden. Für ein Lesen aus dem Speicherelement ist insbesondere ein Säge-" sateiiipuis ₉ sin stufenfori&iger Impuls bsw, eine Folge ¥Oii Impulsen, sämtliche mit ansteigender Amplitude*, ex⁵= fordedlielijj welcher bzw. welche an einen der Leiten angelegt wird c

Mit der erfizxdungs gemäße η Speicheranordnung

mit dem Verfahren nach der- Erfindung wird eine hohs In for-mat.ioKsspsieiier-iiogsdiali.ts erreicht-c, ohne da£- ia

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auf bekannte Anordnungen die flächenmäßige Ausdehnung ansteigt und ohne daß der Umfang der erforderlichen elektronischen Hilfsausrüstung beträchtlich erhöht wird. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung unterscheidet sich nicht merklich von den bereits bekannten Herstellungsmethoden. Eine zusätzliche Flexibilität der Eigenschaften der Speicheranordnungen wird durch einfache Einstellungen während des Herstellungsprozesses erreicht.

Die oben beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, welche im einzelnen zeigen: '

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines

Speicherelementes nach der Erfindung, bei welchem eine Vielzahl dünner Magnetschichten symmetrisch um einen Leiter angeordnet und mit diesem und mit einem weiteren rechtwinkelig zu diesem angeordneten Leiter magnetisch gekoppelt ist.

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Pig. 2 eine perspektivische Ansicht einer

weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß der Darstellung in Fig. 1, jedoch mit der Ausnahme, daß die Schichten auf der Unterseite des Leiters durch eine einzelne Magnetschicht ersetzt worden sind, deren Dicke gleich der Summe der einzelnen Dicken der dünnen Schichten auf der Oberseite des Leiters ist,

- Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines

Speicherelementes nach der Erfindung gemäß der Darstellung in Fig. 2, wobei jedoch die Schichten auf der Oberseite des Leiters durch eine Vielzahl magnetischer Schichten jeweils unterschiedlicher Breite ersetzt worden sind,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines

Speicherelementes nach der Erfindung gemäß der Darstellung in Fig. 2, wobei jedoch die Schichten auf der Oberseite des Leiters durch eine

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Vielzahl magnetischer Schichten von jeweils unterschiedlicher Dicke ersetzt sind,

Fig. 5A Drehschwellenwertumschaltkurven für

jede einzelne Schicht einer Vielzahl übereinandergeschichteter magnetischer Schichten gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 4, wobei jede dieser Schwellenwertkurven jeweils die Grenze desjenigen für eine Schicht zulässigen FeIdvektors versinnbildlicht, durch welchen die Schicht keine irreversible Änderung ihres Speicherzustandes erfährt,

Fig. 5B in einem Kurvendiagramm die Änderung

der Magnetisierung in bezug auf die leichte Richtung (AM leicht) von einem Anfangsruhewert aus als Funktion der Feldstärke (H schwer) in der schweren Richtung für jeweils eine Schicht innerhalb einer Vielzahl übereinandergeschichteter magnetischer Schichten gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 4,

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Fig. 6k Impulsrauster, welche zur Erregung

eines geschichteten Speicherelementes sowohl während des Lese- als auch während des Schreibzyklus angelegt werden und bei welchen gesonderte Impulse verwendet werden,

Fig. 6b Muster von treppen- bzw. stufen

förmigen Impulsen, welche sowohl während eines Lese- als auch während eines Schreibzyklus zur Erregung des geschichteten Speicherelements nach der Erfindung angelegt werden, wobei in dieser Figur- außerdem Sägesahnimpulse sowohl für einen Schreib- als auch für einen Lesesyklus durch gestrichelte Linien dargestellt sind, und

ein schematisclies Diagramm einer gegliederten Anordnung von geschichteten Speicherelementen nach der Erfindung, mittels welcher gegenüber bisherigen Speicheranordnungen eine hohe Bitdichte erreicht wird.

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In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Magnetschichtspeicherelementes 1 dar~ gestellt. Das Speicherelement 1 weist eine Anzahl von Magnetschichten 2 auf, welche auf einer Seite eines Leiters 3 symmetrisch zu einer gleichen Anzahl von Magnet* schichten Ί angeordnet ist, welch letztere auf der anderen Seite des Leiters 3 angeordnet sind. Die Magnetschichten 2 bzw. ¹I sind jeweils voneinander durch Schichten 5 aus nichtmagnetischem Material getrennt. Die Schichten 5 sind zwar nichtmagnetisch, sie können jedoch entweder aus einem leitenden oder aus einem isolierenden Material bestehen. Die Magnetschichten 2 bzw. 4 und die Schichten 5 sind sämtlich auf einer leitenden Trägerschicht 6 angeordnet, welche im vorliegenden Fall sowohl als Träger für das Speicherelement 1 als auch als Rückleitung für beispielsweise durch den Leiter 3 fließende Ströme dient. Die Trägerschicht 6 ist von der ihr am nächsten gelegenen Magnetschicht 4 durch eine nichtmagnetische Schicht 5 getrennt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 verläuft ein weiterer Leiter 7 rechtwinkelig zu dem Leiter 3. Der Leiter 7 ist von der ihm am nächsten gelegenen Magnetschicht 2 durch eine nichtmagnetische Schicht 5 getrennt. Jeder der Leiter bzw. .7 baut, wenn er von Strömen aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Quelle durchflossen wird, jeweils für

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die Magnetschichten 2 bzw. ¹I magnetische Felder auf. Jeder Schicht 2 ist eine entsprechend angeordnete Schicht H zugeordnet. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind die beiden dem Leiter 3 jeweils am nächsten gelegenen Schichten 2 bzw. H miteinander gekoppelt, d.h. sie bilden einen magnetischen Kreis, dessen magnetische Kraftlinien geschlossen sind. In gleicher Weise bilden die am weitesten vom Leiter 3.entfernt gelegenen Schichten 2 bzw. ¹I eine gekoppelte Schicht. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Magnetschichtspeichertechnik sind miteinander gekoppelte Schichten an sich bekannt. Die in herkömmlicher Weise gekoppelte Schicht ist derart ausgelegt, daß sie in bezug auf ihre Magnetisierung eine leichte Achse aufweist, welch letztere entweder parallel oder senkrecht zur Längsachse des Leiters 3 verläuft. Diese Schicht stellt damit eine sogenannte "geschlossene leichte Achsel-Schicht dar. Die Orientierung der leichten Achse wird in bekannter Weise während der Herstellung dadurch festgelegt, daß beispielsweise durch Aufdampfen eines geeigneten magnetischen Materiales k in einem gerichteten Magnetfeld eine Magnetschicht ausgebildet wird. Derartige Schichten weisen gegenüber von in Wort- bzw. Bitleitern fließenden Strömen erzeugten magnetischen Feldern eine Empfindlichkeit derart auf, daß ihre Magnetisierungsvektoren durch das Feld in der schweren Richtung zunächst in die schwere Richtung gedreht werden und anschließend während des Abnehmens des Feldes in der

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schweren Richtung durch ein Feld in der leichten Richtung in die eine bzw. andere Richtung parallel zur leichten Achse gedreht werden. Das in Pig. I dargestellte Speicherelement 1 weist demzufolge eine Vielzahl übereinandergeschichteter, einachsiger Schichten auf, welche jeweils durch das Anlegen geeigneter Stromimpulse an die zueinander rechtwinkelig verlaufenden Leiter einer Drehumsehaltung bzw. einer Ümmagnetisierung ausgesetzt werden. Im Hinblick auf den Betrieb des Speicherelementes macht es keinen Unterschied, ob das Speicherelement 1 in bezug auf die geschlossene leichte Achse oder die geschlossene schwere Achse ausgebildet ist. Bei den in den Fig. 1 bis *♦ dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind die verwendeten Speicherelemente gemäß der geschlossenen schweren Achse ausgebildet, d.h. die leichte Achse verläuft parallel zur Längsachse des Leiters 3. Bei dieser Art der Anordnung stellt der Leiter 3 eine Wortleitung und der Leiter 7 eine Bit-Leseleitung dar. Bei einer Ausbildung des Speicherelementes in bezug auf die leichte Achse hingegen verläuft die leichte Achse senkrecht zur Längsachse des Leiters 3. In diesem Falle stellt der Leiter 3 die Bit-Leseleitung und der Leiter die Wortleitung dar.

Bei der Anordnung des Speicherelementes 1 in bezug auf die geschlossene schwere Achse verläuft die leichte Achse gemäß der Darstellung in Fig. 1 parallel zur Längsachse

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der Wortleitung bzw. des Leiters 3· In Fig, I weisen die Magnetschichten 2 bzw. 4 zwar jeweils die gleiche Dicke auf, jedoch unterscheiden sich jeweils zwei dieser Magnetschichten von jedem anderen Magnetschichtpaar in ihrer magnetischen Charakteristik. Das aus den Schichten 2 bzw. *\ gebildete Schichtpaar, welches dem Leiter 3 am nächsten gelegen ist, besteht demgemäß aus einer bestimmten Verbindung magnetischer Materialien, beispielsweise Permalloy, während die anderen Schichtpaare jeweils aus verschiedenen Mengen der gleichen Verbindungsanteile bestehen. Andere Materialien, wie beispielsweise Molybdän, Kobalt, Kupfer bzw. Chrom, deren jeweilige Einflüsse auf die magnetischen Eigenschaften dünner magnetischer Schichten bestens bekannt sind, können dem Schichtmaterial ebenfalls zugesetzt werden. Die Aufgabe besteht selbstverständlich darin, die magnetischen Eigenschaften aller Schichtpaare 2, ¹I jeweils derart zu verändern, daß diese Schichtpaare jeweils durch verschieden starke Magnetfelder umgeschaltet bzw. ummagnetisiert werden. Es möge hinreichen zu sagen, daß sich jedes Schichtpaar 2, 4 des in Pig. I dargestellten Speicherelementes jeweils von den anderen Schichtpaaren in der Zusammensetzung bzw. Herstellungsbedingung unterscheidet und daß deshalb jedes Schichtpaar derart ummagnetisiert werden kann, da jeweils in den einzelnen Schichtpaaren gesonderte Informationsteile gespeichert werden können. Das ergibt sich im folgenden noch

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klarer bei der ausführlichen Beschreibung der Ummagnetisierungsmethode eines geschichteten Speicherelementes.

In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Speicherelementes 1 dargestellt, welches in sämtlichen Einzelheiten dem in Fig. 1 dargestellten Speicherelement entspricht außer, daß die Magnetschichten k su einer einzelnen Magnetschicht 8 vereinigt worden sind, deren Querschnittsfläche gleich der Summe der einzelnen Querschnittsflächen der Magnetschichten 4 ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung dient der ebenfalls eine Oit-Leseleitung darstellende Leiter 7 sowohl zum Einschreiben in die Schichten als auch zum Auslesen aus den Schichten. Da die magnetischen Flußlinien der oberen Magnetschichten 2 fest mit dem Leiter 3 gekoppelt sind, genügt es, die sich aus dem ümmagnetisieren der Magnetschichten ergebenden Signale nur von den oberen Schichten der Magnetschichten 2 festzustellen. Die in Fig. 1 dargestellten unteren Magnetschichten M sind gemäß der Darstellung in Fig. 2 in einer Magnetschicht 8 vereinigt. Die Schicht 8 hat die Aufgabe, für jede der Magnetschichten 2 den Magnetfluß dann su schließen, wenn ein Impuls an die Wortleitung bzw. den Leiter 3 angelegt ist.

In Fig. 3 ist ein Speicherelement 1 dargestellt, welches dem in Fig. 2 dargestellten Speicherelement entspricht, außer,

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daß die Magnetschichten 2 durch Magnetschichten 9> 10 bzw. ersetzt sind, von welch letzteren zwar jede aus einem magnetischen Material gleicher Zusammensetzung besteht, jedoch jeweils eine unterschiedliche Breite aufweist. Im Hinblick auf einen größeren Anwendungsb ereich bzw. eine bessere Steuermöglichkeit besteht natürlich kein Grund, die Zusammensetzung bzw. die Herstellungsbedingung des magnetischen Materiales jeder der Schichten 9» 10 bzw. Ϊ1 nicht unterschiedlich auszuführen. Die Magnetschicht 8 in Fig. 3 weist eine Querschnittsfläche auf, welche gleich der Summe der Querschnittsflächen jeweils der Magnetschichten 9, 10 bzw. 11 ist. Die Änderung der Breite und/oder der Zusammensetzung bewirkt, daß jede der Schichten auf unterschiedliche Werte des Magnetflusses anspricht, so daß jede Schicht jeweils gesonderte Binärinformationsbits speichern kann. Das wird im folgenden anhand der Betriebsmethode der erfindungsgemäßen Mehrschichtspeicherelemente noch ausführlicher erläutert.

Bei einer weiteren, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung gleicht die Anordnung der in Fig. 2 dargestellten Anordnung, außer, daß die Schichten 2 durch Magnetschichten 12, 13 bzw. 14 ersetzt sind, welche jeweils untereinander eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Durch eine derartige Einstellung der jeweiligen Dicke der Schichten 12, 13 bzw. 14, welche jeweils aus der gleichen Verbindung

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magnetischen Materials bestehen, spricht jede Schicht jeweils auf unterschiedlich starke magnetische Felder an und eine Vielzahl von Bits binärer Information wird an einer einzelnen Speicherstelle gespeichert, welch letztere durch den gemeinsamen Schnittpunkt der rechtwinkelig zueinander verlaufenden Leiter 3 und 7 definiert ist. Wie bei den anderen, vorher beschriebenen Ausführungsformen können sich die Materialverbindungen bzw. Herstellungsbedingungen jeweils der Magnetschich.ten 12, 13 bzw. 14 voneinander unterscheiden, so daß sich ein größerer Bereich für die Anwendung bzw. die Steuerung ergibt.

Im vorhergehenden ist eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung nur in bezug auf die verschiedenen Schichten, die leichte Achse und die Leiter derart beschrieben worden, daß diese gemeinsam jeweils "geschlossene schwere Achse"· Speicherelemente bilden. Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die in den Figuren dargestellten bzw. oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienen und daß sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Bei einer weiteren Abwandlung der Ausführungsformen der Erfindung, welche beispielsweise darin besteht, daß ein Teil aus magnetischem Material zwischen den Rändern jeweils der oberen und der unteren Magnetschicht angeordnet ist und einen Pfad

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niedrigen magnetischen Widerstandes bildet, wird ein verbesserter Betrieb der Speicherelemente 1 erreicht. Beispielsweise sind durch gestrichelte Linien in Pig. ¹J magnetische Teile 15 dargestellt, welche jeweils die Ränder der Schichten 13 bzw. 14 mit der Magnetschicht 8 verbinden und damit einen magnetischen Kreis niedrigen magnetischen Widerstandes bilden, welcher frei von Luftspalten ist.

Es ist bereits erwähnt worden, daß es lediglich von der Wahl abhängt, ob geschlossene schwere Achse-Speicherelemente oder geschlossene leichte Achse- Speicherelemente verwendet werden. Die in den Fig. 1 bis H dargestellten Ausführungsformen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Erläuterung so dargestellt worden, als seien die Speicherelemente 1 jeweils in bezug auf die geschlossene schwere Achse ausgebildet. Wenn geschlossene leichte Achse-Anordnungen verlangt werden, bei welchen die leichte Achse der Magnetschichten gemäß der Darstellung in Fig. Ί senkrecht zur Richtung der leichten Achse verläuft, wird gewöhnlich eine Schicht 16 aus magnetischem Material verwendet, welche auf dem Leiter 7 angeordnet ist. Bei derartigen geschlossene leichte Achse-Anordnungen bildet der Leiter 7 die Wortleitung, an welche ein Stromimpuls angelegt wird, welcher die magnetische Orientierung bzw. Richtung der Schichten 12, bzw. I¹I in die schwere Richtung umschaltet bzw. ummagnetisiert. Die Magnetschicht 16, welche man allgemein als Magnetanker

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bezeichnen kann, ist in Fig. M durch gestrichelte Linien dargestellt. Sie hat die Aufgabe, daß von einem an den Leiter 7 angelegten Impuls hervorgerufene Magnetfeld auf die unmittelbar unter ihr gelegenen Magnetschichten 8, 12, 13 und I¹I zu beschränken. Dadurch werden die magnetischen Verluste beträchtlich vermindert und außerdem wird die magnetostatische Kopplung verbessert. Es sei noch erwähnt, daß die Magnetschicht 16 bei geschlossene schwere Achse-Anordnungen den gleichen Nutzen erbringt und meistens auch bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten geschlossene schwere Achse-Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird.

In Fig. 5A sind die Schwellenwertkurven bzw. die Astroiden für die Ummagnetisierung für ein drei Magnetschichtpaare aufweisendes Speicherelement dargestellt. Das Umschaltverhalten der Magnetisierung bzw. das Ummagnetisierungsverhalten der Magnetschichtpaare wird durch eine Betrachtung der in Fig. 5A dargestellten Kurven verständlich. Die Vorzugsrichtung der Magnetisierung,, d.h. die leichte Achse der Schichten, welche sich wegen einachsiger magnetischer Anisotropie in,den Schichten ergibt, ist in Fig. 5A mit "H leicht" bezeichnet. Die Richtung senkrecht zu der leichten Achse, d.h. die schwere Achse, ist in Fig. 5A mit "H schwer" bezeichnet. Die Drehumschaltkurven, d.h. die kritischen Kurven für die Ummagnetisierung, welche jeweils aus vier Teilen

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bestehen und welche jeweils bestimmte Flächen einschließen, stellen Astroide dar und legen die Minimalgrenzen angelegter äußerer Magnetfelder fest, welche jeweils zur irreversiblen Umkehrung durch Drehung bzw. durch ümmagnetisierung des magnetischen Zustandes jedes der magnetischen Schichtpaare erforderlich sind. Ein magnetisches Feld bzw. eine Kombination magnetischer Felder, welches bzw. welche eine resultierende, außerhalb der Astroiden fallende Größe aufweist, magnetisiert die Schichten durch einen schnellen Drehprozeß irreversibel um. Ein Magnetschichtpaar, welches eine kritische ümmagnetisierungskurve a gemäß der Darstellung in Fig. 5A aufweist, benötigt demgemäß ein resultierendes Feld, welches größer ist als die durch die Grenzlinien der Astroide festgelegten Grenzen, damit dessen zugeordnete Magnetschicht irreversibel ummagnetisiert wird. Astroiden b und c definieren in gleicher Weise diejenige Kombination magnetischer Felder, welche jeweils erforderlich sind, damit die diesen Astroiden jeweils zugeordneten Schichten jeweils irreversibel ummagnetisiert werden. In Fig. 5A ist die Anisotropiefeldstärke bzw. Sättigungsmagnetisierung in der schweren Richtung, welche allgemein mit Hk bezeichnet ist, jeweils für die Astroiden a, b bzw. c jeweils durch Hka, Hkb bzw. durch Hkc dargestellt. Die aufeinanderfolgenden einachsigen Magnetschichten gemäß der Darstellung in Fig. 1 weisen jeweils aufeinanderfolgend höhere Anisotropiefeldstärken auf, welche sich jeweils entweder durch Unterschiede der Zusammensetzung oder durch

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Unterschiedliche körperliche Eigenschaften der Schichten ergeben. Aus Fig. 5A geht daher klar hervor, daß an zwei aufeinanderfolgende Schichten, deren Anisotropiefeldstärken sich genügend unterscheiden, eine Kombination von Magnetfeldern angelegt werden kann, welche eine mit einer niedrigen Anisotropiefeldstärke versehene Schicht vollständig ummagnetisiert, jedoch eine Schicht mit einer höheren Anisotropiefeldstärke nicht ummagnetisiert. Gemäß der Darstellung in Figi 5A kann damit eine Kombination von Feldern angelegt werden, welche außerhalb der Grenzen der Astroide a fällt und die dieser Astroiden zugeordnete Schicht der Anisotropiefeldstärke Hka vollständig umschaltet, dabei jedoch die der Astroiden b zugeordnete Schicht mit der «Änisotropiefeidstärke Hkb im wesentlichen ungestört läßt bzw.'nicht ummagnetisiert.

In Fig. 5B ist ausgehend von einem Anfangsruhewert die Magnetisierungsänderung in der leichten Richtung (z\M leicht) als Funktion eines Magnetfeldes (H schwer) in der schweren Richtung für jede einzelne Schicht einer Vielzahl übereinandergeschichteter Magnetschichten dargestellt, deren jeweilige kritische Kurven für die Ummagnetisierung in Fig. 5A dargestellt sind. Wie in bezug auf Fig. 5A bereits erläutert, weisen die aufeinanderfolgend angeordneten einachsigen Magnetschichten jeweils aufeinanderfolgend höhere

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Anisotropiefeldstärken Hka, Hkb bzw. Hkc auf. Gemäß der Darstellung in Fig. 5B ist die Magnetisierungsänderung in der leichten Richtung ( M leicht) in erster Näherung proportional der Lesespannung Vs und die Feldstärke in der schweren Richtung (H schwer) proportional zu einem Wortstrom Iw. Aus einer Betrachtung der in Fig. 5B dargestellten Kurven geht klar hervor, daß, wenn die Anisotripiefeldstärken zweier aufeinanderfolgender Schichten sich genügend stark voneinander unterscheiden, ein Zwischenfeldstärkewert nur die ψ mit dem niedrigeren Anisotropiefeldstärkewert versehene Schicht vollständig ummagnetisiert und dabei die Schicht mit dem höheren Anisotropiefeldstärkewert nur unmerklich stört.

Die obige Beschreibung befaßt sich hauptsächlich mit einachsigen Schichten, es ist jedoch klar, daß die Speicherelemente nach der Erfindung ebensogut auch mit anderen Arten von Schichten, wie beispielsweise zweiachsigen Schichten, betrieben werden können. Tatsächlich ist bei Verwendung zweiachsiger Schichten zu erwarten, daß der Anisotropiefeldstärkewert einer Schicht mit bezug auf die vorangehende bzw. nachfolgende Schicht derart genau eingestellt werden kann, daß nur geringe Änderungen des Wertes der Anisotropiefeldstärke Hk ein äußerst schnelles ümmagnetisieren dieser Magnetschicht ohne Einwirkung auf die in ihrer Nähe befindlichen Magnetschichten bewirken.

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In den Fig. 6A und 6B sind Impulsmuster sowohl für Schreib- als auch für Lesezyklen eines geschichteten Magnetschichtspeicherelementes dargestellt. Zum Zwecke der Erläuterung dieser beiden Figuren sei angenommen, daß irgendeines der in den Fig* I bis 4 dargestellten Speicherelemente ausgewählt worden ist und daß gepulste Stromquellen mit dem Leiter bzw. der Wortleitung 3 und mit dem Leiter bzw. der Bit-Leseleitung 7 verbunden sind. Da jede der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung jeweils drei ummagnetisierbare Schichten aufweist, kann weiterhin angenommen werden, daß ein derartiges Speicherelement 1 drei Schichten mit jeweils den Anisotropiefeldstärken Hka, Hkb bzw. Hkc aufweist, welche jeweils eine Empfindlichkeit für unterschiedliche Werte eines Magnetfeldes aufweisen. In Fig. 6A ist die Amplitude des Wortstromes Iw sowohl für einen Schreib- als auch für einen Lesezyklus in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Da der Strom Iw der Anisotropiefeldstärke proportional ist, sind auf der Iw-Achse Ströme aufgetragen, welche jeweils den Feldstärkewerten Hka, Hkb bzw. Hkc entsprechen, wodurch eine Beziehung zwischen diesen Parametern in den Fig. 6A bzw. 6B und den in den Fig. 5A bzw. 5B dargestellten Anisotropiefeldstärkewerten hergestellt ist. In Fig. 6A ist außerdem die Amplitude des Bitstromes Ib in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Wenn zum Einschreiben einer Information

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in die Schichten gemäß der Darstellung in Pig. 6A jeweils gesonderte Impulse verwendet werden, wird ein Impuls 17, dessen Amplitude größer ist als der Wert von Hka aus einer in den Figuren nicht dargestellten Impulsquelle an die Wortleitung 3 eines Speicherelementes 1, beispielsweise gemäß der Darstellung in Fig. 4, angelegt. Ein Strom durch die Wortleitung 3 baut ein magnetisches Feld auf, welches senkrecht zur leichten Achse des Speicherelementes gerichtet ist und das Speicherelement 1 in die schwere Richtung um-

' magnetisiert.

Das Anlegen eines Stromimpulses 17, dessen Amplitude größer ist als die der Feldstärke Hkc, bewirkt, daß sämtliche Schichten 12, 13 und 14 jeweils in die schwere Richtung ummagnetisiert werden. Ein aus einer in den Figuren nicht dargestellten Impulsquelle an die Bitleitung 7 angelegter Bitimpuls baut in Abhängigkeit von der Polarität des angelegten Bitimpulses parallel zur leichten Achse eines Speicherelementes 1 in der einen bzw. in der anderen Richtung ein Magnetfeld auf, so daß sämtliche Schichten 12, 13 und 14 entweder in ihren binären "Eins"-Zustand oder in ihren "Null"-Zustand ummagnetisiert werden. Da Impuls 18 positiv ist, kann angenommen werden, daß sämtliche Schichten des Speicherelementes in einen binären "Eins"-Zustand ummagnetisiert sind. Eine bestimmte Zeitspanne später wird ein Stromimpuls 19, dessen Amplitude größer ist als Hkb, an die Wortleitung 3 angelegt

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und in Verbindung mit einem Bitstromimpuls 20 negativer Polarität auf der Bitleitung 7 werden die Magnetschichten und 13 jeweils in ihren binären "Nullⁿ-Zustand ummagnetisiert. Noch eine bestimmte Zeitspanne später wird ein Stromimpuls 21, dessen Amplitude größer ist als Hka, an die Wortleitung 3 angelegt und in Verbindung mit einem Bitstromimpuls 22 positiver Polarität auf der Bitleitung 7 wird die Magnetschicht 12 in ihren binären ^wEins"-Zustand ummagnetisiert. Daraus ist ersichtlich', daß zum Einschreiben einer Information in ein Speicherelement 1 Impulse abnehmender Amplitude gleichzeitig mit Impulsen positiver bzw. negativer Polarität über rechtwinkelig zueinander verlaufende Leiter geschickt werden, so daß in den einzelnen Speicherschichten jeweils koinzidente Felder erzeugt werden. Die Impulse auf der Wortleitung weisen eine jeweils abnehmende Amplitude auf wegen der Erkenntnis, daß, wenn die Anisotropiefeldstärke einer bestimmten Schicht nicht überschritten wird, nachdem diese einmal einen Dauerzustand eingenommen hat, die Schicht nicht durch Impulse beeinflußt werden kann, deren jeweilige Amplitude einer niedrigeren Anisotropiefeldstärke entspricht.

Eine gespeicherte Information wird aus dem Speicherelement 1 gemäß der Darstellung in Pig. 4 derart ausgelesen, daß jeweils Impulse ansteigender Amplitude 23» 2¹I, 25, welche

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jeweils Anisotropiefeldstärken größer als Hka, Hkb bzw. Hkc entsprechen, an die Wortleitung 3 angelegt werden, so daß jede der Schichten 12 bzw. 13 bzw. 14 aufeinanderfolgend in die schwere Richtung des Speicherelementes 1 ummagnetisiert wird. Die Flußänderung in der einen bzw. in der anderen Richtung, welche jeweils vom Binärzustand der einzelnen Schichten abhängig ist, induziert im Leiter 7 eine Spannung positiver bzw. negativer Polarität, welche während eines Lesezyklus auf einen in den Figuren nicht dargestellten Leseverstärker gegeben wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 6A erzeugen die angelegten Impulse 23 bzw. 24 bzw. 25 jeweils an den Schichten 12 bzw. 13 bzw. 14 jeweils Ausgangsimpulse 26 bzw, 27 bzw. 28. Der Ausgangsimpuls 27 weist eine negative Polarität auf, da die Richtung der Flußänderung zur Richtung der die Ausgangsimpulse 26 bzw. 28 erzeugenden Flußänderung entgegengesetzt gerichtet ist. Die Ausgangsimpulse 26 bzw. 27 bzw. 28 weisen jeweils die gleiche Polarität wie die Impulse 18 bzw. 20 bzw. 22 auf und versinnbildlichen die ) gleiche, ursprünglich gespeicherte Information.

In Fig. OB sind Schreib- bzw. Lesezyklen dargestellt, bei welchen treppenförmige Impulse bzw.., gemäß einer anderen Ausführungsform, Sägezahnimpulse verwendet werden und bei welchen· Informationen in gleicher Weise gespeichert werden wie beim bereits beschriebenen Speichern mittels gesonderter Impulse. Anstelle des Anlegens gesonderter Impulse, welche jeweils

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einen bestimmten zeitlichen Abstand voneinander aufweisen, ist es möglich, einen ansteigenden bzw. abfallenden treppenförmigen Impuls anzulegen, so daß bestimmte Amplitudenwerte festgelegt sind und angelegt bleiben, während außerdem BitStromimpulse geeigneter Polarität angelegt werden, so daß aufeinanderfolgend jede der Magnetschichten eines Speicherelementes jeweils ummagnetisiert wird. In Fig. 6B ist demgemäß ein treppenförraiger bzw. stufenförmiger Impuls 29 dargestellt, welcher Amplitudenwerte Hka, Hkb bzw. Hkc aufweist und über eine Wortleitung 3 gemäß der Darstellung in Fig. 4 gleichzeitig mit Über die Bitleitung 7 geschickten, aufeinanderfolgenden Impulsen 30, 31» 32 geschickt wird und das gleiche Ergebnis erbringt wie die mit Bezug auf Fig. 6a beschriebe: ^n ge^v iertan Impulse.

In gleicher Weise wird das Auslesen mittels einer in Fig. 6b dargestellten fallenden treppenförmigen Impulskurve 33 vorgenommen, welche Aus gangs impulse 3¹*, 35, 36 erzeugt, die von einem in den Figuren nicht dargestellten Leseverstärker festgestellt werden. Bei Verwendung dieser treppenförmigen Impulse körnen sowohl ein Schreibzyklus als auch ein Lesezyklus in bedeutend kürzerer Zeit ausgeführt werden.

Eine Vereinfachung der erforderlichen Impulsgeneratoren wird dadurch erreicht, daß während des Einschreibens ein

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fallender Sägezahnimpuls 37 bzw. während des Auslesens ein ansteigender Sägezahnimpuls 38 über die Wortleitung 3 geschickt wird. Die Amplitude dieser Sägezahnimpulse muß während der Zeit, während welcher ein Bitimpuls angelegt ist, der aufeinanderfolgend jede Schicht ummagnetisiert, die Anisotropiefeldstärke der jeweiligen Schichten übersteigen. Die Sägezahnimpulse 37 bzw. 38 sind durch gestrichelte Linien in Fig. 6B dargestellt.

In Fig. 7 ist schematisch eine gegliederte Anordnung von Speicherelementen 1 dargestellt, welch letztere jeweils durch den gemeinsamen Schnittpunkt rechtwinkelig zueinander verlaufender Wortleitungen 3 und Bitleitungen 7 definiert sind. Die Wortleitungen 3 sind jeweils durch Widerstände abgeschlossen. Die Bitleitungen 7 sind jeweils während eines Schreibzyklus mit Widerständen 42 bzw. während eines Lesezyklus mit Leseverstärkern 43 verbunden. Die entsprechenden •Schaltverbindungen werden während des Lese·» bzw. Schreibzyklus jeweils durch betätigbare Schalter hergestellt, welche in Fig. 7 schematisch dargestellt und mit der Bezugszahl versehen sind. Das Speicherelement 1 und die Leiter 3 bzw. 7 sind auf der leitenden Trägerschicht 6 angeordnet. Die zum Schreiben bzw. Lesen erforderlichen, entsprechend geformten Impulse werden jeweils von Wort- bzw. Bit- Ansteuer- und Treiberschaltkreisen 45 bzw. 46 gemäß der Darstellung in Fig. 7 geliefert. Diese beiden Schaltkreise 45 bzw. 46

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legen jeweils die in den Pig. 6A und 6B dargestellten Wellen bzw. Impulse an die Speicheranordnung an, so daß im Speicherelement 1 eine Information gespeichert wird. Die gegliederte Anordnung 40 ist Wort-organisiert. In einem bestimmten Augenblick steuert demgemäß der Wortansteuer- und Treiberschaltkreis 45 beispielsweise die am weitesten links gelegene Wortleitung 3 an und liefert dabei einen treppenförmigen Impuls 29 gemäß der Darstellung in Fig. 6b aus einem Impulsgenerator, welch letzterer ein Teil des Schaltkreises 45 ist. Unter der Annahme, daß jedes der Speicherelemente 1 aus jeweils drei übereinandergeschichteten Magnetschichterr besteht, wird in jeder dieser Schichten nach dem Anlegen von Impulsen 30 bzw» 31 bzw. 32 gemäß der Darstellung in Fig. 6B aus dem Bitansteuer- und Treiberschaltkreis 46" jeweils an die Bitleitungen 7 jeweils eine Information gespeichert. Der Schaltkreis 46 weist Impulsgeneratoren auf, welche in geeigneter Weise von einem Register oder dergl. angesteuert bzw. getriggert werden. Das gesamte Speicherelement 1, welches der am weitesten links gelegenen Wortleitung 3 bzw. der am weitesten unten gelegenen Bit-Leseleitung 7 zugeordnet ist, speichert demgemäß, wenn es von den in Fig. 6B dargestellten Schreibimpulsen angesteuert wird, in den drei, das Speicherelement 1 bildenden Magnetschichten eine binäre "1", eine binäre "0™ bzw. eine binäre ⁿlⁿ. Jede der anderen Speicherstellen an der am weitesten links gelegenen Wortleitung speichert in gleicher

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Weise dann jeweils drei Bits einer Information, wenn sie jeweils von geeigneten Schreibimpulsen in der jeweils entsprechenden Bitleitung angesteuert wird.

Beim Auslesen der Information steuert der Schaltkreis die am weitesten links gelegene Wortleitung 3 an bzw. schickt über diese Wortleitung den treppenförmigen Impulse 33 gemäß der Darstellung in Fig. 6B, so daß jeweils Ausgangsimpulse ^ bzw. 35 bzw. 3β jeweils über Schalter 44 jeweils an die Leseverstärker 43 abgegeben werden.

Bei Verwendung der gegliederten Speicheranordnung 40 hat es sich ergeben, daß Mehrfachinformationsbits an einem einzigen gemeinsamen Schnittpunkt einer Bitleitung mit einer Wortleitung gespeichert werden können, ohne daß dadurch die flächenmäßige Ausdehnung der gegliederten Speicheranordnung im Vergleich zu einer gegliederten Speicheranordnung, welche an einem gemeinsamen Schnittpunkt einer Wortleitung mit einer ' Bitleitung nur ein einzelnes Bit speichert, vergrößert wird. Das erreicht man durch zeitlich aufeinanderfolgendes Ansteuern der Wortleitungen bzw. der Bitleitungen.

Die Herstellung der gegliederten Speicheranordnung 40 gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist zwar nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch sei hier bemerkt, daß derartige Anordnungen unter Anwendung von dem Fachmann bestens bekannten

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Verfahren hergestellt werden können· Demgemäß werden die, die Speicherelemente 1 bildenden Magnetschichten 2 und 4, die nichtmagnetische Schicht 5 und die Leiter 3 und 7 dadurch hergestellt, daß Schichten aus verschiedenen Materialien in bekannter Weise durch Aufdampfen und durch Anreißen bzw. durch Ätzen unter gleichzeitiger Anwendung von Fotolitographieverfahren oder dgl. ausgebildet werden.

Bei einem als Beispiel gewählten Verfahren seien die verschiedenen Schichten des Speicherelementes 1 gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis ¹I durch Aufdampfen bzw. Xtzen hergestellt. Beispielsweise werden bei Anwendung herkömmlicher Verdampfungsgeräte Tiegel erhitzt, welche jeweils Nickel bzw, Si sen -:;;«. Kobalt bzw. ein Dielektrikum bzw. Kupfer enthalten, so das jeweils Schichten aus einem einzigen Material oder aber Schiebten au^ eine? Kombination dieser Materialien gebildet werden. Das erreicht man dadurch, daß Quellen in geeigneter Weise geschlossen werden. Zunächst wird eine Trägerschicht vorbereitet, auf welche das Dielektrikum bzw. das nichtmagnetische Material aufgebracht wird. Ir dem daran anschließenden Arbeitsgang werden abwechselnd Schichten aus magnetischem bzw. nichtmagnetischem Material aufgebracht. Danach wird eine Schicht aus Kupfer aufgebracht und anschließend werden wiederum abwechselnd Schichten aus magnetischem bzw. nichtmagnetischem Material aufgebracht. Abschließend wird eine Schicht aus isolierendem

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Material bzw. aus nichtmagnetischem Material aufgebracht. Wenn die Schichtaufträge nicht jeweils über Masken erfolgt sind, welche jeweils nur einen Auftrag in bestimmten Flächenbereichen zulassen, müssen die einzelnen Schichten jeweils derart geätzt werden, daß die Schichtaufträge jeweils in gesonderte Schichten bzw. Leiter unterteilt sind. Nach jeder derartigen Ätzung bzw. Schichtunterteilung werden Kupferstreifen in jeweils rechtwinkeliger Anordnung mit Bezug auf die geätzten Magnetschichten bzw. mit Bezug auf die Kupfer- ^ leiter aufgebracht.

In richtiger Anwendung der Erfindung werden die entweder zweiachsig oder einachsig ausgeführten Magnetschichten mit dem jeweils niedrigsten Wert von Hk je nach Ausführungsform am weitesten entfernt von dem Wort- bzw. Bitleiter aufgebracht, während die Magnetschichten mit dem jeweils höheren Wert von Hk in nächster Nähe der Leiter angeordnet werden. Wenn demgemäß Magnetschichten aus Permalloy (8O % Ni, 20 % Fe) aufgebracht werden, so weist die Magnetschicht in der Nähe w der Trägerschicht den niedrigsten Gehalt an Kobalt auf. Jede, bis hin zum Kupferleiter folgende Magnetschicht weist jeweils einen höheren Gehalt an Kobalt auf. Die an den Kupferleiter unmittelbar anschließende magnetische Schicht weist den gleichen Gehalt an Kobalt auf, wie die letzte Magnetschicht vor dem Kupferleiter. Der Gehalt

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an Kobalt der folgenden Schichten nimmt weiter ab, bis abschließend die letzte Schicht aufgebracht wird. Wenn nur eine einzelne Schicht aus magnetischem Material aufgebracht ist, deren Querschnittsfläche gleich der Summe der Querschnittsflächen der genannten Vielzahl magnetischer Schichten der Darstellung in Fig. 2 ist, so wird diese Schicht ebenfalls aus Permalloy hergestellt.

Die oben beschriebenen Magnetschichtspeieherelemente,

welche gemäß der Darstellung in Fig. 7 zu einer gegliederten Anordnung zusammengefaßt sind, bringen in bezug auf die hinsichtlich einer Verringerung der Dämpfung letztlich erreichbare Datengeschwindigkeit bzw. letztlich erreichbare Dichte.der Speicherelemente bestimmte Vorteile mit sich.

Mit Bezug auf die genannte letztliche Datengeschwindigkeit ist die Datengeschwindigkeit pro Lesekanal gleich dem Kehrwert des Produktes aus der Zykluszeit und der Anzahl paralleler Lesekanäle. Der Zugriff und die Zykluszeit hängen nicht nur von der Ummagnetisierungszeit des Speicherelernentes ab, sondern auch von Übertragungsverzögerungen bzw. Schaltkreisverzögerungen. Bei Schichtspeichern ist die ummagnetisierungszeit mehr durch die verfügbare Laufzeit in praktisch verwendeten Schaltkreisen als durch deren eigentliche bzw» innere Geschwindigkeit beschränkt. Bei den Ausführungs-

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formen der Erfindung ist es möglich, die einzelnen Stufen in dsm Wortstrom derart zu trennen, daß jeweils die Lesespannungen der aufeinanderfolgenden Schichten bzw. die Bits einander eng folgen bzw. sich beinahe überlappen. Die volle Länge der Leseleitung ist demzufolge durch die hindurchgeschickten Lesesignale in brauchbarer Weise besetzt bzw. ausgenutzt. Wenn die Leseschaltkreise in der Lage sind, schnell aufeinanderfolgende Ereignisse festzustellen, so ist die wirksame .Übertragungsverzögerung pro Informations- ^ bit praktisch gleich Null.

Eine HauptSchaltkreisverzögerung bei Magnetschichtspeichern stellt beim zerstörenden Auslesen die Leseschaltkreis-Rückgewinnungszeit dar. Diese folgt aus der Tatsache, daß die in dem Wiedereinschreibbitstrom enthaltene Energie die Energie des Lesesignales um einige Größenordnungen übersteigt und deshalb den Leseverstärker sättigt. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß der Darstellung in Fig. 7 findet ein Wiedereinschreiben einer Vielzahl von W Bits eines Speicherelementes 1 gleichzeitig statt, so daß der Leseverstärker nur einmal gesättigt wird. Die Rückgewinnungszeit pro Bit ist dadurch stark vermindert.

Aus den oben angeführten Gründen erreicht die erfindungs- ; gemäße Speicheranordnung eine maximale Datengeschwindigkeit pro Lesekanal. Höhere Datengeschwindigkeiten sind selbst-

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verständlich auch mittels Parallelbetrieb von Leitungen bzw. Speichermodulen erreichbar. Bei der Speicheranordnung nach der Erfindung ist jedoch die Datengeschwindigkeit pro Lesekanal, besonders bei großen Speichern, bereits um mehrere Größenordnungen gesteigert und es kann zusätzlich noch der Parallelbetrieb von Leitungen bzw. Speichermodulen angewendet werden.

Eine höhere Dichte von Speicherelementen wird aus verschiedenen Gründen angestrebt. Im folgenden wird jedoch dieses Problem nur daraufhin untersucht, wie diese Dichte von der Dämpfung beeinflußt wird bzw. umgekehrt. Durch eine Dimensionsanalyse kimn nachgewiesen werden, daß sich bei Miniaturisierung -!er ebenen Dimensionen die Dämpfung pro Bit nach D und das Signal /thermische, Rauschen-Verhältnis

1 5
nach D * änaert, wobei D eine lineare Ausdehnung der Speicheranordnung ist. Es ist offensichtlich, daß am besten zunächst durch Miniaturisierung die Dämpfung pro Bit vermindert wird, bevor das Signal /Rauschen-Verhältnis unter einen Wert zuverlässiger Signalfeststellung vermindert wird. Unterhalb dieses Wertes zuverlässiger Signalfeststellung müssen jedoch andere Lösungen gefunden werden. Eine derartige. Lösung stellt die Erfindung dar. Bei N Schichten in einem Speicherelement wird bei der Anordnung nach der Erfindung die Dämpfung pro Bit bei gleichen ebenen Abmessungen um einen Paktor N reduziert.

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Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen sind weitere Vorteile das Teilen von Wort- und Bittreiberschaltkreisen sowie von Leseverstärkern und außerdem die Verringerung der Anzahl von Schaltverbindungen, wenn die Speicher elemente nach der Erfindung in gegliederter Anordnung hergestellt werden.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über die beschriebenen Ausführungsbeispiele hinaus selbstverständlich eine Vielzahl von Vereinfachungs- und Ver-. besserungsmöglichkeiten sowohl hinsichtlich des Aufbaues als auch der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Schaltung.

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Claims (32)

1. Patentansprüche

   1, Speicheranordnung zum magnetischen Speichern einer Vielzahl von Datenbits, gekennzeichnet durch einen Bitleiter, weiter durch einen zu diesem Bitleiter senkrecht verlaufenden Wortleiter und schließlich durch eine jeweils am Schnittpunkt des Wortleiters mit dem Bitleiter angeordnete Viel-

   v,

   zahl magnetischer Schichten.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch magnetische Teile (15), welche den Weg des Magnetflusses schließen und jeweils in der Nähe eines der beiden Leiter angeordnet sind.
3. 3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Schichten der genannten Vielzahl von Schichten voneinander dadureh unterscheiden, daß sie jeweils Unterschiede der ihnen jeweils eigentümlichen körperlichen Eigenschaften aufweisen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadureh gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Schichten der genannten

   - kl -

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   Hl

   Vielzahl von Schichten jeweils durch graduelle Unterschiede ihrer magnetischen Charatkeristik voneinander unterscheiden.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl magnetischer Schichten aus jeweils einachsigen magnetischen Schichten besteht.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,- daß die genannte Vielzahl magnetischer Schichten aus jeweils zweiachsigen magnetischen Schichten besteht.
7. 7· Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6» dadurch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß schließenden magnetischen Teile (15) in der Nähe des Wortleiters und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der magnetischen Schichten angeordnet sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Magnetfluß schließenden magnetischen Teile (15) von den magnetischen Schichten räumlich getrennt sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Teile (15) zum Schließen

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   des magnetischen Flusses magnetische Schichten aufweisen, welche die Ränder der magnetischen Schichten miteinander verbinden.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Teile (15) zum Schließen des magnetischen Flusses von einem Magnet* anker gebildet werden.
11. 11. Magnetschichtspeicherelement für eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Leiter und durch einen weiteren, eu diesem senkrecht verlaufenden Leiter, weiter durch Schichten, welche am gemeinsamen Sehni;^yunk' !?? beiden Leiter angeordnet sind und die eine Vielzahl gesonderter Informationsbits speichern.
12. 12. Element nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine sowohl während eines Lesezyklus als auch während eines Schreibzyklus mit einem der beiden Leiter gekoppelte Einrichtung, -welche an diesen Leiter mindestens einen Impuls wechselnder Amplitude anlegt, und durch eine während des Sehreibzyklus mit dem anderen der beiden Leiter gekoppelte Einrichtung, welche an diesen anderen Leiter eine Folge gesonderter Impulse anlegt.

    009830/1586

    HH
13. 13. Element nach Anspruch 12, gekennzeichnet, durch eine weitere, während des Lesezyklus mit dem zweitgenannten der beiden Leiter gekoppelte Einrichtung, welche auf das Vorhandensein von Strömen in diesem zweitgenannten Leiter anspricht.
14. I¹I. Element nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten zur Speicherung einer Vielzahl gesonderter Informationsbits eine Vielzahl magnetischer Schichten aufweisen, welche mit den beiden Leitern jeweils magnetisch gekoppelt sind.
15. 15. Element nach Anspruch Ik₉ dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Magnetschichten durch jeweils unterschiedliche körperliche Eigenschaften voneinander unterscheiden.
16. 16. Element nach Anspruch Ik₉ dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Schichten durch jeweils unterschiedliche magnetische Charakteristiken voneinander unterscheiden.
17. 17· Element nach Anspruch Ik₉ dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten sich jeweils durch eine Ab-

    -M-009830/1586

    weichung in ihren magnetischen und körperlichen Eigenschaften voneinander unterscheiden.
18. 18. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl magnetischer Schichten jeweils eine Vielzahl von Paaren magnetischer Schichten aufweist, welche jeweils in bezug auf einen der beiden Leiter symmetrisch angeordnet sind.
19. 19. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl magnetischer Schichten mehrere magnetische Schichten aufweist, welche in der Nähe von einem der beiden Leiter angeordnet sind, und daß eine einzelne- Magnetschicht, deren Querschnitt mindestens gleich dem Gres amt querschnitt dieser Vielzahl magnetischer Schichten ist, auf der mit Bezug auf diese Vielzahl magnetischer Schichten abgewandten Seite des Leiters angeordnet ist.
20. 20. Element nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schichten aus der Vielzahl magnetischer Schichten und die genannte einzelne magnetische Schicht in bezug aufeinander verschiedene Querschnittsflächen aufweisen.
21. 21. Verfahren zum Schreiben in Speicheranordnungen

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    nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bzw. zum Schreiben in Mehrfaehbit-Mehrfachmagnetschicht-Speicherelemente nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Impuls abnehmender Amplitude über rechtwinkelig zueinander angeordnete Leiter und gleichzeitig eine Folge von Impulsen jeweils positiver bzw. negativer Polarität angelegt wird, wobei während der ersten Impulsfolge die Magnetisierung sämtlicher Schichten des betreffenden Mehrfachbit-Speicherelementes jeweils umgekehrt wird und jeder der aufeinanderfolgenden Impulse jeweils eine Schicht weniger als der vorhergehende Impuls ummagnetisiert.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Impuls abnehmender Amplitude ein Sägezahnimpuls ist.
23. 23· Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Impuls abnehmender Amplitude ein stufenförmiger Impuls ist.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt mindestens eines Impulses abnehmender Amplitude eine Folge von Impulsen abnehmender Amplitude Anwendung findet. ■·-·

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25. 25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß über einen der sich rechtwinkelig kreuzenden Leiter mindestens ein Impuls ansteigender Amplitude derart angelegt wird, daß jeweils die Schichten des Speicherelementes ummagnetisiert und dadurch in dem anderen Leiter jeweils aufeinanderfolgend den jeweiligen Speicherzuständen der einzelnen Magnetschichten versinnbildlichende Ströme induziert werden.
26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Impuls ansteigender Amplitude ein Sägezahnimpuls ist.
27. 27· Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Impuls ansteigender Amplitude ein stufenförmiger Impuls ist.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt mindestens eines Impulses ansteigender Amplitude eine Folge von Impulsen ansteigender Amplitude Anwendung findet.
29. 29. Verfahren zum Lesen von gespeicherten Informationen aus Speicheranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bzw. zum Lesen aus Mehrfachbit-Mehrfachmagnetschicht-

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    196097?

    Speicherelementen nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet^ daß mindestens ein Impuls ansteigender Energie an einen von zwei rechtwinkelig zueinander" ver- . laufenden und magnetisch mit dem Speicherelement gekoppelten Leitern derart angelegt wird, daß jede der Schichten des

    Speicherelementes abwechselnd ummagnetisiert wird und daß dadurch in dem anderen Leiter dieses Leiterpaares aufeinanderfolgende Signale induziert werden, welche jeweils beispielsweise einen Binärzustand der einzelnen Schichten des Speicherelementes versinnbildlichen.
30. 30. Verfahren nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Impuls ansteigenden Energieinhaltes ein Sägezahnimpuls ist.
31. 31. Verfahren nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Impuls ansteigenden Energieinhaltes ein stufenf'ömriger Impuls ist.
32. 32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt mindestens eines Impulses ansteigender Energie eine Folge von Impulsen ansteigender Amplitude Anwendung findet.

    33· Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,

    - 48.-■:
    0 0 9 8 3 0/1586 .

    daß mindestens ein Impuls abnehmender Energie an den erstgenannten Leiter des Leiterpaares und gleichzeitig eine Folge von Impulsen jeweils positiver bzw. negativer Polarität an den aweitgenannten Leiter des Leiterpaares angelegt wird, so daß sämtliche magnetische Schichten deö Speicherelementes während des Anliegens des ersten Impulses der Impulsfolge magnetisch gedreht werden und daß während des Anliegens eines jeweils folgenden Impulses jeweils eine Schicht weniger magnetisch gedreht wird als während des Anliegens des jeweils vorausgehenden Impulses.

    - 49 00 9 830/1586

    FO.

    Leerseite