DE1961887C3 - Speichereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von binären Informationen in Form von magnetischen Zuständen in einem magnetisierbaren Material, dessen Koerzitivkraft sich in einem relativ kleinen Temperaturbereich stark ändert, wobei das als dünne Schicht auf einen Träger aufgebrachte Material auf einer Temperatur unterhalb des genannten Temperaturbereichs gehalten und zum Einspeichern einer binären Information nur ein Flächenelement der Schicht durch einen einstellbaren Energiestrahl über den genannten Temperaturbereich erwärmt wird, so daß sich die Magnetisierung des bestrahlten Flächenelements in der von der binären Information gesteuerten Richtung eines äußeren Magnetfeldes einstellt.
Derartige Speichereinrichtungen sind bekannt. Als Energiestrahl wird z. B. ein Elektronenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre verwendet, der durch Spannungen an den Ablenkplatten auf jeden beliebigen Punkt der Schirmfläche eingestellt werden kann. Auf der Innenseite des Schirms bzw. auf einem besonderen Träger davor ist die dünne Schicht aus magnetisierbarem Material aufgebracht. Das von der Information gesteuerte äußere Magnetfeld wird durch eine außerhalb der Röhre angeordnete Spule erzeugt. Wegen der großen Fläche der Spule hat diese eine große Induktivität, und da außerdem für die Erzeugung eines zum Ummagnetisiercn eines ausgewählten Flächenelementes ausreichenden magnetischen Feldes ein großer Strom notwendig ist, wird die Ansteuerung der Spule bzw. das schnelle Umschalten des hohen Stromes schwierig. Es wird daher zunächst das betreffende Flächenelement oder ein ganzer Flächenbereich gelöscht, wobei der Strom in der Spule nicht umgeschaltet werden muß, und danach wird bei entgegengesetztem Feld oder bei Magnetschichten mit Verzugsrichtung ohne Feld der Energiestrahl nur auf die Flächenelemente gelenkt oder freigegeben, in denen eine »1« eingeschrieben werden soll. Ein direktes Umschreiben der Information eines Flächenelementes mit hoher Geschwindigkeit ist jedoch nicht möglich.

Andere bekannte Speichereinrichtungen verwenden als Energiestrahl einen Laserstrahl, der durch Spiegel oder durch einen digitalen Lichtablenker eingestellt wird. Die Schwierigkeiten bei der Erzeugung des Magnetfeldes treten hier jedoch ebenso auf, so daß auch erst gelöscht und dann der einschreibende Laserstrahl mit der Information moduliert wird, um eine schnelle Stromumschaltung in der Spule zu vermeiden.

Die Erfindung gibt nun einen Weg an, die Information in einem Flächenelement direkt schnell umzuschreiben, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Magnetfeldes eine Leiterbahn mäanderförmig zwischen den Flächenelementen aufgebracht ist. Durch diese mäanderförmige Führung der Leiterbahn

wird die Verteilung des magnetischen Feldes in der Speicherschicht wesentlich gleichmäßiger, so daß ein geringerer Strom ausreichend ist. Außerdem ist die Induktivität der Leiterbahn in dieser Anordnung geringer, so daß sich der Strom in der Leiterbahn rasch umschalten läßt Dadurch ist ein schnelles, direktes Einschreiben möglich, indem der Strom durch die Information unmittelbar moduliert wird und der Energiestrahl nur noch die Aufgabe der Adressenauswahl hat.

Ausführufigsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 die mäanderförmig geführte Leiterbahn zwischen den Flächenelementen,

F i g. 2a die Leiterbahn umschließende magnetische Flächenelemente,

Fig.2b einen Querschnitt durch zwei solcher Flächenelemente,

F i g. 3a eine Speicherebene für einen wortorganisierten Speicher,

F i g. 3b den Aufbau einer Bitebene eines derartigen Speichers,

Fig.4 schematisch die Ansteuerung des Speichers mit einem Laserstrahl und die Informationsabtastung.

In Fig. 1 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einige Flächenelemente 1 gezeichnet, zwischen denen die Leiterbahn 2 mäanderförmig aufgebracht ist. Die einzelnen Flächenelemente 1 sind hier nämlich durch einen Zwischenraum voneinander getrennt. Dies ist zwar nicht unbedingt notwendig, hat aber den Vorteil, daß die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Flächenelemente 1 und die Induktivität der Leiterbahn 2 geringer sind. Ein Strom / in der Leiterbahn 2 erzeugt dann in den einzelnen Flächenelementen senkrecht zur Oberfläche stehende Magnetfelder, deren Richtung von Spalte zu Spalte der Flächenelemente abwechselt. Diese Tatsache muß entweder beim Einschreiben oder beim Auslesen berücksichtigt werden, was über die Adresse in der waagerechten Koordinate leicht möglich ist. Dieses Auslesen kann z. B. durch Ausnutzen des Farady-Effektes geschehen, indem das ausgewählte Flächenelement mit einem polarisierten Laserstrahl bestrahlt und die Drehung der Polarisationsebene des durchdringenden Lichtes ausgewertet wird. Für einen solchen Speicheraufbau müssen magnetische Werkstoffe mit großer magnetischer Anisotropie oder mit kleiner Magnetisierung verwendet werden, wie z. B. MnBi, Gd3FesOi2, Al-Ferroxdure und YFeO₃.

Eine andere Ausführung ist in F i g. 2 dargestellt, wo die Flächenelemente als die Leiterbahn 2 umschließende Speicherelemente 3 ausgebildet sind, so daß sich ein geschlossener magnetischer Fluß ergibt. Fig.2b stellt einen Schnitt durch zwei solcher nebeneinanderliegender Speicherelemente dar, um den genauen Aufbau besser zu zeigen. Der Träger 6 ist im Bereich des Speicherelementes 3 mit einer magnetisch wirksamen Schicht 5 bedeckt. Statt dessen kann der Träger 6 auch über die ganze Fläche mit einer solchen Schicht bedeckt sein oder selbst aus magnetisch wirksamem Material bestehen.

Auf dieser unteren Schicht wird nun die Leiterbahn 2 so aufgebracht, saß sie in der Draufsicht einen mäanderförmigen Verlauf zeigt. Die Leiterbahn kann auch isoliert auf der Unterschicht aufgebracht und auch mit einer weiteren Isolierschicht, z. B. S1O2, bedeckt werden, besonders wenn d?.s Material der Unter- und der Deckschicht 4 und 5 einen kleinen spezifischen Widerstand besitzen. Zum Schluß wird die Deckschicht 4 aufgebracht, so daß sie die untere Schicht 5 auf beiden Seiten der Leitbahn 2 gut berührt Nur diese letztere Deckschicht 4 muß aus einem Material bestehen, dessen Koerzitivkraft sich in einem schmalen Temperaturbereich stark ändert Wegen des geschlossenen magnetischen Kreises kann das Material aber relatiy weichmagnetisch mit größerer Magnetisierung sein, wie z. B. Silizium-Eisen. Die untere Schicht 5 oder der Träger 6

ίο selbst können als magnetischer Rückschluß aus beliebigem weichmagnetischem Material bestehen.

Das zerstörungsfreie Auslesen mit Hilfe des Faraday-Effektes ist in diesem Fall ungünstig, da die Strahlung durch die mehreren Schichten, insbesondere durch die Leiterbahn, völlig absorbiert wird und die Randschicht neben der Leiterbahn 2 zu schmal ist Außerdem ist die Deckschicht 4 nicht mehr senkrecht zur Oberfläche, sondern parallel dazu magnetisiert, wie in F i g. 2b durch die Pfeile angedeutet ist, wobei die Richtung der Magnetisierung bei einer bestimmten Stromrichtung von Spalte zu Spalte wechselt Das Auslesen kann hier aber durch Ausnutzen des magneto-optischen Kerr-Effektes geschehen, demzufolge ein polarisierter Lichtstrahl bei Reflexion an einer magnetisierten Oberfläche in der Polarisationsebene gedreht wird. Viele Materialien lassen sich jedoch nur schwer mit einer glatten Oberfläche aufbringen. In diesem Fall kann der Speicher auch von der Rückseite her abgetastet werden, da die untere Schicht 5 auf die sehr glatte Oberfläche des Trägers 6 aufgebracht ist und somit zwangsläufig selbst sehr glatt ist.

Für die Auswertung des optischen Signals, d. h. für die Umwandlung in ein elektrisches Signal ist für alle Flächenelemente nur ein Detektor ausreichend, da immer nur ein Flächenelement bestrahlt wird. Dies gilt auch für das Auslesen mittels Farady-Effekt.

Um die Kapazität eines solchen Speichers zu vergrößern, können einmal entsprechend mehr Flächenelemente angeordnet werden. Damit steigt jedoch die Gesamtlänge der mäanderförmigen Leiterbahn so weit, daß wieder Schwierigkeiten bei der Ansteuerung dieser Leiterbahn entstehen können. In diesem Falle kann die Leiterbahn in zwei oder mehrere Abschnitte geteilt werden, die getrennt voneinander ansteuerbar sind. Eine andere Möglichkeit ist, die Flächenelemente in eine Anzahl gleich großer Gruppen 9 aufzuteilen, wie in F i g. 3b angegeben ist. Jede Gruppe 9 hat dann etwa die in F i g. 3a gezeigte Anordnung der Flächenelemente 1. Eine derartige Speicherebene 8 wird mit einer Auswahlanordnung gemäß F i g. 4 betrieben. Darin wird der Energiestrahl 14, in diesem Fall aus einem Laser 10, nach dem Durchlaufen der Einstellmittel 11 wie z.B. einen digitalen Lichtablenker durch einen Strahlteiler 12 (beam splitter) geleitet, der den Energiestrahl 14 in mehrere, vorzugsweise parallele Ausgangsstrahlen 15 etwa gleicher Intensität aufspaltet. Die Abstände dieser aufgespaltenen Ausgangsstrahlen 15 sind gleich den Abständen der Gruppen 9 (»11« bis »pq«) von Flächenelementen, so daß die Ausgangsstrahlen bei einer bestimmten Ablenkung in allen Gruppen 9 das gleiche, z. B. das linke obere Flächenelement treffen. Es werden also so viele Flächenelemente gleichzeitig eingeschrieben oder ausgelesen, wie Gruppen vorhander¹ sind, so daß für jede Gruppe eine eigene Leiterbahn mit Ansteuerungs- bzw. Auswahlmitteln und auch ein eigener Detektor vorhanden ist. In F i g. 4 sind dabei nur für eine Gruppe 9 die notwendigen elektrischen oder optischen Mittel gezeigt. Wie schon erwähnt, wird hier

als Energiestrahlquelle 10 ein Laser angenommen, der einen fokussierten Lichtstrahl in einen digitalen Lichtablenker 11 sendet. An diesen werden die aus der gegebenen Adresse gebildeten elektrischen Signale angelegt, so daß der austretende Lichtstrahl 14 auf das zur Adresse gehörige Flächenelement 1 gelenkt wird. Vorher durchläuft der Lichtstrahl 14 noch einen Strahlteiler 12, der den Lichtstrahl so aufteilt, daß die einzelnen Teilstrahlen 15, von denen hier nur einer dargestellt ist, in jeder Gruppe auf das gleiche Flächenelement gelenkt wird. Zum Einschreiben einer Information wird nun der Laserstrahl auf hohe Energie geschaltet und am Ausgang 18 ein Strom durch die Leiterbahn 2 geschickt, der aus der am Eingang 19 in das Informationsregister 17 eingegebenen Information erzeugt wird. Zum Auslesen eines Speicherplatzes wird der Laserstrahl, jetzt mit geringer Energie, um die eingeschriebene Information nicht zu zerstören, polarisiert und das reflektierte Licht mit der Linse 13 gesammelt und über einen nicht dargestellten Analysator auf den photoelektrischen Verstärker 16 geleitet, dessen Ausgangssignal ebenfalls auf das Informationsregister 17 führt. Diese gelesene Information kann an anderer Stelle in der gleichen Gruppe 9 wieder eingeschrieben werden, d. h. ein bit wird innerhalb des Speichers übertragen, oder diese Information kann an dem Ausgang 20 abgenommen werden. Das gewünschte Flächenelement kann dann durch elektrische Auswahl der Leiterbahn bzw. des photoelektrischen Verstärkers der betreffenden Gruppe erhalten werden. Auf diese Weise kann eine gewünschte Information sehr schnell und einfach aus einer großen Menge von Informationen ausgewählt werden.

Die zuletzt beschriebene Struktur der Speicherebene 8 nach F i g. 3b kann auch sehr vorteilhaft als wortorganisierter Speicher verwendet werden. In diesem Falle enthält die Speicherebene 8 vorzugsweise so viele Gruppen 9, wie ein Datenwort an bits enthält, oder ein Vielfaches davon. Bei der in Fig.3b dargestellten Speicherebene 8 können also Datenworte mit je m = ρ χ q bits gespeichert werden. Wenn die einzelnen Gruppen 9 entsprechend Fig.3a aufgebaut sind, wobei je Flächenelemente 1 ein bit gespeichert sein möge, so kann der Speicher 8 also r ■ s = η Datenworte speichern. Für jede Gruppe 9 ist dabei entsprechend Fig.4 eine eigene Sammellinse 13 sowie eine elektronische Steuereinheit mit einem photoelektrischen Verstärker 16 und einem Informationsregister 17 mit Stromgenerator für den Strom durch die Leiterbahn 2 je Gruppe 9 vorhanden entsprechend jedem bit des Wortes.

Bei allen diesen Anordnungen wird vorausgesetzt, daß die Einstellmittel den Energiestrahl genau auf alle Speicherelemente einstellen können. Schon bei kleinen Ungenauigkeiten in den Ablenkmitteln, z. B. einem digitalen Lichtablenker, oder bei Speichern mit Wortorganisation auch bei Ungenauigkeiten im Strahlteiler trifft der Energiestrahl nur in einigen Bereichen des Speichers die Speicherelemente genau, in anderen Bereichen fällt der Energiestrahl dann zwischen die Speicherelemente oder sogar auf falsche. Auch müsser die Speicherelemente sehr genau auf den Traget angeordnet sein, damit sich auch keine Toleranzer addieren können. Es sind daher also sehr aufwendige und teuere Einstellmittel oder, z. B. bei Laserstrahlen optische Korrekturmittel erforderlich. Diese Schwierigkeiten können vermieden werden, wenn der Energie-Strahl mit den Ablenkeinheiten und gegebenenfalls mi dem Strahlteiler zur Herstellung der Speicherebene selbst verwendet wird, z. B. durch eine Folge vot Beschichtungen und photolithographischen Verfahren Dadurch wird erreicht, daß der Energiestrahl zwangs läufig alle Speicherelemente richtig trifft, wenn er nui auf ein Speicherelement bzw. auf zwei z. B. diagona gegenüberliegende genau eingestellt ist. Es könnei dann auch Einstellmittel und Strahlteiler mit großei Ungenauigkeiten verwendet werden, die entspreche™ billiger sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Speichereinrichtung zum Speichern von binären Informationen in Form von magnetischen Zuständen in einem magnetisierbarer! Material, dessen Koerzitivkraft sich in einem relativ kleinen Temperaturbereich stark ändert wobei das als dünne Schicht auf einen Träger aufgebrachte Material auf einer Temperatur unterhalb des genannten Temperaturbereichs gehalten und zum Einspeichern einer binären Information nur ein Flächenelement der Schicht durch einen einstellbaren Energiestrahl über den genannten Temperaturbereich erwärmt wird, so daß sich die Magnetisierung des bestrahlten Flächenelementes in der von der binären Information gesteuerten Richtung eines äußeren Magnetfeldes einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Magnetfeldes eine Leiterbahn (2) mäanderförmig zwischen den Flächenelementen (1) aufgebracht ist.

2. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (2) in mehrere Teile unterteilt ist

3. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Flächenelemente (1) durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind.

4. Speichereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente als die Leiterbahn (2) umschließende Speicherelemente (3) ausgebildet sind.

5. Speichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (6) zumindest in dem Bereich der Speicherelemente (3) aus vorzugsweise weichmagnetischem Material besteht bzw. mit solchem Material bedeckt ist und einen Teil (5) der Umschließung bildet.

6. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl (14) ein Laserstrahl ist.

7. Speichereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Laserstrahls durch einen digitalen Lichtablenker (11) erfolgt.

8. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen einer Information in entsprechender Weise wie das Einschreiben mit einem einstellbaren Strahl polarisierter elektromagnetischer Wellen geringerer Intensität erfolgt und die Drehung der Polarisationsebene des durchgehenden oder reflektierten Strahls die Information enthält.

9. Speichereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Flächenelemente (1) nur ein optischer Detektor (13,16) vorgesehen ist.

10. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (1) in mehrere Gruppen (9) mit gleicher Anzahl und Anordnung eingeteilt sind und der Energiestrahl (14) nach Durchlaufen der Einstellmittel (11) einen Strahlteiler (12) durchläuft, der den eingestellten Energiestrahl (14) in so viele Energiestrahlen (IS) etwa gleicher Intensität aufspaltet wie Gruppen (9) vorhanden sind, wobei die ausgehenden Energiestrahlen (15) bei verschiedenen Einfallspunkten des einfallenden Energiestrahls (14) konstante, den Abständen der Gruppen (9) entsprechende Abstände voneinander haben.

11. Speichereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (9) in jeweils dem gleichen Flächenelement (1) je ein bit eines Datenwortes speichert

12. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß die Herstellung der Flächenelemente (1) und der Leiterbahnen (2) mit Hilfe derselben Einstellmittel (11) und gegebenenfalls Strahiteiler (12) erfolgt die auch für den Betrieb der Speichereinrichtung vorgesehen sind.