DE1961887C3 - Speichereinrichtung - Google Patents
SpeichereinrichtungInfo
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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.
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.
Claims (12)
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.
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