DE2159980B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Magnetdomänenfortbewegungssystem, bestehend aus einem aus einem Substrat angeordneten Fortbewegungskanal aus Magnetdomänenmaterial in Form von aneinandergereihten engen und weiten Bereichen mit jeweils unterschiedlicher Haltekraft für Magnetdomänen.The invention relates to a magnetic domain locomotion system, consisting of a transport channel made of magnetic domain material and arranged on a substrate in the form of narrow and wide areas strung together, each with different Holding force for magnetic domains.
Aus der DT-OS 1910584 ist ein Magnetdomänenfortbewegungssystem bekannt, das auf einem Substrat aus Thuliumorthof errit mit einem Belegungsmuster in Form miteinander verbundener Keile aus einem magnetischen Material besteht, die einen Fortbewegungskanal für Magnetblasendomänen darstellen.From DT-OS 1910584 is a magnetic domain locomotion system known that errit on a substrate made of Thuliumorthof with an occupancy pattern in Form of interconnected wedges made of a magnetic material that form a locomotion channel represent for magnetic bubble domains.
Durch ein variables, einem konstanten Feld überlagertes Magnetfeld wird die Größe der Domäne variiert und die Domäne in jedem Variationszyklus in Keilspitzenrichtung um eine Keillänge verschoben. Das Keilmuster kann eine Domäne in jedem dritten Kanal aufnehmen. Derartige Kanäle werden z. B. als Schieberegister verwendet.The size of the domain is varied by a variable magnetic field superimposed on a constant field and the domain shifted one wedge length in the wedge tip direction in each variation cycle. The wedge pattern can accommodate a domain in every third channel. Such channels are z. B. as Shift register used.
Nachteilig ist, daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Domänen mindestens ungefähr drei Domänen-Durchmesser betragen muß, da sonst die gegenseitige Beeinflussung für diese Anordnung zu groß wird und sich nachteilig auswirkt. Zudem ist die Steuerung der Domänen vollständig durch das Muster der Keile festgelegt und wenig anpassungsfähig. The disadvantage is that the distance between two consecutive Domains must be at least about three domain diameters, otherwise the mutual influence for this arrangement is too great and has a detrimental effect. In addition, is the control of the domains is completely determined by the pattern of the wedges and is not very adaptable.
Aufgabe der Erfindung ist ein Magnetdomänenfortbewegungssystem, das auch einen kleineren Abstand zwischen den Domänen zuläßt und anpassungsfähiger ist.The object of the invention is a magnetic domain locomotion system that also has a smaller distance between domains and is more adaptable.
Die Aufgabe wird eriindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bereiche mit der größeren Haltekraft eine Länge aufweisen, welche ausreicht, um eine oder mehrere Magnetdomänen darin aufzunehmen.According to the invention, the object is achieved by that the areas with the greater holding force have a length which is sufficient to one or to include several magnetic domains in it.
Dadurch wird nicht nur ein engerer Abstand zwischen den Domänen ermöglicht (z. B. können gemäß der Erfindung in einem Bereich zwei Domänen existieren, siehe Fig. 1), sondern durch die Verschiebungsmöglichkeit in beide Richtungen ist die Anordnung viel anpassungsfähiger.This not only enables a closer spacing between the domains (e.g. according to According to the invention, two domains exist in one area, see FIG. 1), but rather through the possibility of shifting in both directions the arrangement is much more adaptable.
In den Unteransprüchen werden zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung beansprucht.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Darstellung von
Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigtExpedient developments of the invention are claimed in the subclaims.
Further advantages and possible applications of the invention emerge from the illustration of exemplary embodiments and from the following description. It shows
Fig. 1 in teilweise geschnittener perspektivischer J5 Ansicht das Magnetdomänenfortbewegungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. 1 is a partially sectioned perspective view of the magnetic domain locomotion system according to one embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Struktur gemäß Fig. 1,FIG. 2 shows a cross-sectional view of the structure according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht gemäß einer anderen Ausführungsform, und3 is a cross-sectional view according to another embodiment, and FIG
F i g. 4 eine Querschnittsansicht einer noch weiteren Ausführungsform.F i g. 4 is a cross-sectional view of yet another embodiment.
Gemäß den Fig. 1 und 2 wird ein monokristallines Substrat 10 einem chemischen Aufdampfprozeß unterworfen, um einen dünnen Film eines magnetischen Blasenbereichsmaterials aufzubringen, das nachfolgend geätzt wird, um einen Streifen oder Kanal 12 zu erhalten.According to FIGS. 1 and 2, a monocrystalline substrate 10 is subjected to a chemical vapor deposition process, to apply a thin film of magnetic bubble region material, the following is etched to obtain a strip or channel 12.
Das Substrat 10 ist vorzugsweise aus einem monokristallinen Granat mit einer J3Q5O12-Zusammensetzung, wobei der J-Bestandteil aus mindestens einem der folgenden Elemente bestehen kann: Zerium, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium, Calcium und Wismut. Der Q-Bestandteil kann aus mindestens einem der folgenden Elemente bestehen: Indium, Gallium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Rhodium, Zirkon, Hafnium, bo Niobium, Tantal, Aluminium, Phosphor, Arsen und Antimon.The substrate 10 is preferably made of a monocrystalline garnet with a J 3 Q 5 O 12 composition, wherein the J component can consist of at least one of the following elements: cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, Dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, lanthanum, yttrium, calcium and bismuth. The Q component can consist of at least one of the following elements: indium, gallium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, rhodium, zirconium, hafnium, bo niobium, tantalum, aluminum, phosphorus, arsenic and antimony.
Beispiele für geeignete Substratmaterialien sind:Examples of suitable substrate materials are:
Ym5> Gd255, Ga5O12, Dy065Gd235Ga5O12 und SnIjGa5012.Ym5> Gd 255 , Ga 5 O 12 , Dy 065 Gd 235 Ga 5 O 12 and SnIjGa 5 0 12 .
Der Kanal 12 besteht vorzugsweise aus einem Magnetdomänenmaterial, nämlich einem 1 + 2-Granat mit einer J3Q5O12-Zusammensetzung, wobei der J-Bestandteil aus mindestens einem der folgenden EIe-The channel 12 preferably consists of a magnetic domain material, namely a 1 + 2 garnet with a J 3 Q 5 O 12 composition, the J component being composed of at least one of the following EIe-
mente besteht: Zerium, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium. Der Q-Bestandteü kann aus Eisen bestehen oder aus einer Zusammensetzung von Eisen mit Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom odsr Mangan.elements: cerium, praseodymium, neodymium, promethium, Samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, Lutetium, lanthanum, yttrium. The Q component may be made of iron or a composition of iron with aluminum, gallium, indium, scandium, titanium, vanadium, chromium and manganese.
Mit einer aus Substrat und darüber liegendem FUm bestehenden Anordnung aus einem Eisengranat (s. Fig. 4) entstehen im FUm und im unteren Substratsteil >° unterschiedliche magnetostrictive Konstanten und unterschiedliche Gitterkonstanten.With an arrangement of an iron garnet consisting of a substrate and an overlying FUm (s. Fig. 4) arise in the FUm and in the lower part of the substrate> ° different magnetostrictive constants and different lattice constants.
Zwar steUen die Granate besonders günstige Materialien für die aus FUm und Substrat bestehende Struktur dar, doch können auch andere Oxydmateria-Iien für das Substrat verwendet werden, insbesondere dann, wenn der FUm aus einem Orthoferritmaterial gebildet wird.It is true that the grenades control particularly favorable materials for those consisting of film and substrate Structure, but other Oxydmateria-Iien can be used for the substrate, in particular when the FUm is formed from an orthoferrite material.
Der Kanal 12 wird vorzugsweise durch Ätzen hergestellt, z. B. durch ein aus der Halbleiter-Industrie -° bekanntes photolithographisches Ätzverfahren oder auch durch Ätzen mit heißer Phosphorsäure. Durch das Ätzen werden die Kanten 14 und 15 des Bereiches mit geringerer Haltekraft 16 sowie die Kanten 15 undThe channel 12 is preferably made by etching, e.g. B. by one from the semiconductor industry - ° known photolithographic etching process or by etching with hot phosphoric acid. By the etching are the edges 14 and 15 of the area with lower holding force 16 and the edges 15 and
19 des Bereiches mit größerer Haltekraft 20 hergestellt. Statt der besonders vorteilhaften chemischen Ätzung kann auch ein anderes Ätzverfahren zur Herstellung des Kanals 12 dienen, wie z. B. Spritzätzen oder Laserbearbeitung.19 of the area with greater holding force 20 is made. Instead of the particularly beneficial chemical Etching can also serve another etching process for producing the channel 12, such as, for. B. Injection Etching or laser processing.
Eine andere, nicht dargestellte Ausführungsform des Kanals 12 würde darin bestehen, daß die Seiten des gemäß Fig. 1 dargestellten Kanals nicht vollständig durch die Filmdicke hindurch bis zur Substrafoberfläche hindurchgeätzt sind. Statt dessen wären Einschnitte in den Film geätzt, die 10 bis 95% der » Gesamtdicke des Films umfassen.Another, not shown embodiment of the channel 12 would be that the sides of the channel shown in FIG. 1 not completely through the film thickness to the sub-surface are etched through. Instead, incisions would be etched into the film, which would cover 10 to 95% of the » Include total thickness of the film.
Die Breite des Bereiches mit geringer Haltekraft 16, d. h. der Abstand zwischen den Kanten 14 und 15, beträgt vorzugsweise ungefähr 1,5- bis 2mal den Durchmesser der in dem Film vorhandenen Blasen- -to domäne. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Breite des Bereichs 16 ungefähr 0,015 mm und der Domänendurchmesser ungefähr 0,076 mm. Indem die Breite des Bereiches 16 den Domänendurchmesser übertrifft, wird der Domäne ίγ> ermöglicht, von einem Bereich größerer Haltekraft 18 des Kanals durch einen Bereich 16 mit geringerer Haltekraft zu einem weiteren Bereich 20 mit größerer Haltekraft zu wandern.The width of the region with a low holding force 16, ie the distance between the edges 14 and 15, is preferably approximately 1.5 to 2 times the diameter of the bubble-to-domain present in the film. According to one embodiment of the invention, the width of region 16 is approximately 0.015 mm and the domain diameter is approximately 0.076 mm. Since the width of the area 16 exceeds the domain diameter, the domain ί γ > is enabled to migrate from an area of greater holding force 18 of the channel through an area 16 with lower holding force to a further area 20 with greater holding force.
Die Breite des Bereiches mit größerer Haltekraft wThe width of the area with greater holding power w
20 übertrifft die Breite des Bereiches mit geringer Haltekraft 16. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Breite des Bereiches mit größerer Haltekraft 20 zu der Breite des Bereiches mit geringerer Haltekraft 16 größenordnungsmäßig 3:2, obwohl auch andere r>5 Werte möglich sind. Vorzugsweise besitzt der Bereich 16 mit geringerer Haltekraft eine Breite von 0,015 mm, während der Bereich mit größerer Haltekraft 20 0,025 mm breit ist.20 exceeds the width of the area with low holding force 16. The ratio of the width of the area with greater holding force 20 to the width of the area with lower holding force 16 is on the order of 3: 2, although other r > 5 values are also possible. The area 16 with the lower holding force preferably has a width of 0.015 mm, while the area with the greater holding force 20 is 0.025 mm wide.
Magnetdomänen 22 werden auf herkömmliche Art ω> durch das Anlegen von geeigneten magnetischen Feldern über der in der Figur dargestellten Struktur hergestellt. Im allgemeinen haben diese Domänen eine Größe von (in substituierten Eisengraten) ungefähr 0,076 mm.Magnetic domains 22 are ω> in a conventional manner produced by the application of suitable magnetic fields over the structure shown in the figure. In general, these domains are approximately (in substituted iron fins) in size 0.076 mm.
Die Magnetdomänen 22 werden von den Kanten 14,15,18 und 19 des Kanals 12 abgestoßen. Da die vorzugsweise Breite des Bereichs 16 mit geringerer Haltskraft den Durchmesser der Domäne um einen kleinen Wert übersteigt, können die Domänen 22 durch den Bereich 16 mit geringerer Haltskraft hindurchbewegt oder gedrückt werden, indem sie von den Kanten 14 und 15 in den breiteren Bereich 20 größerer Haltekraft gestoßen werden. Die Ausmaße eines Bereichs 20 mit größerer Haltekraft zwischen zwei angrenzenden Bereichen 16 mit geringerer Haltekraft ordnet wirksam eine oder mehrere Domänen in dem Bereich 20 mit größerer Haltekraft an. Der Bereich mit größerer Haltekraft besitzt eine Länge, die ausreicht, um eine oder mehrere Domänen aufzunehmen.The magnetic domains 22 are repelled by the edges 14, 15, 18 and 19 of the channel 12. Since the preferably the width of the region 16 with a lower holding force the diameter of the domain by one If the value exceeds a small value, the domains 22 can be moved through the region 16 with a lower holding force or be pushed by the edges 14 and 15 in the wider area 20 larger Holding force. The dimensions of an area 20 of greater holding force between two adjoining areas 16 with lower holding force effectively aligns one or more domains in the Area 20 with greater holding force. The area with the greater holding force has a length that is sufficient to accommodate one or more domains.
Die Domänen 22 können durch geeignetes Anlegen von magnetischen Feldgradienten von einem Bereich größerer Haltekraft 20 zu einem zweiten oder dritten Bereich größerer Haltekraft 20 verschoben werden.The domains 22 can by suitably applying magnetic field gradients from an area greater holding force 20 can be moved to a second or third area of greater holding force 20.
Das beschriebene Magnetdomänenfortbewegungssystem, bestehend aus zwei Bereichen 20 mit größerer Haltekraft, die durch einen Bereich 16 mit geringerer Haltekraft getrennt sind, kann zum Aufbau eines Speichers mit beliebigem Zugriff dienen. Werden drei oder mehr Bereiche mit größerer Haltekraft 20 angeordnet, können Schieberegister mit multiplen Stellungen aufgebaut werden.The magnetic domain locomotion system described, consisting of two areas 20 with larger Holding force, which are separated by a region 16 with a lower holding force, can be used to build a Serve memory with any access. If three or more areas with a greater holding force 20 are arranged, Shift registers with multiple positions can be set up.
Statt den Kanal gemäß den Fig. 1 und 2 auf dem Substrat anzuordnen, ist es gemäß Fig. 3 auch möglich, diesen Kanal in einer Einsenkung des Substrats unterzubringen, oder den Kanal mit einem Material zu umgeben, das andere magnetische Eigenschaften besitzt, wie in Fig. 4.Instead of arranging the channel according to FIGS. 1 and 2 on the substrate, it is also possible according to FIG. 3, to accommodate this channel in a recess in the substrate, or the channel with a material which has different magnetic properties, as in Fig. 4.
Die Anordnung gemäß Fig. 3 kann dadurch hergestellt werden, daß ein Substrat 30 mit einer Maske abgedeckt und geätzt wird, um eine Einsenkung zu schaffen, in die mittels eines chemischen Dampfablagerungsverfahrens ein Kanal 33 aus Magnetdomänenmaterial abgelagert wird.The arrangement according to FIG. 3 can be produced in that a substrate 30 with a mask is covered and etched to create a depression in it by means of a chemical vapor deposition process a channel 33 of magnetic domain material is deposited.
Die Anordnung gemäß Fig. 4, die aus einem Substrat 40 und einer zweiteUigen, aus einem Teil 41 und einem Teil 42 bestehenden Schicht aus Magnetdomänenmaterial besteht, läßt sich dadurch herstellen, daß zunächst durch Ablagerung auf einem Substrat 40 die Filmschicht 41 erzeugt wird, worauf eine öffnung in die Schicht 41 geätzt und daraufhin das Material 42 in der öffnung abgelagert wird. Ein anderes Verfahrenbestände darin, in dem Film 41 ein Element einzudiffundieren oder mittels Ionenimplantationsverfahren zu implantieren und damit den Teil 42 zu bilden. Dazu geeignete Elemente wären beispielsweise Gallium und Aluminium. Durch diese Eindiffusion oder Implantation wird der Magnetisierungsgrad des Materials des Teils 41 vermindert und der den Ausbreitungskanal bildende Teil 42 erzeugt.The arrangement according to FIG. 4, which consists of a substrate 40 and a second unit, a part 41 and a a portion 42 consisting of a layer of magnetic domain material can be produced in that the film layer 41 is first produced by deposition on a substrate 40, whereupon an opening in the layer 41 is etched and then the material 42 is deposited in the opening. Another stock of proceedings in diffusing an element in the film 41 or by means of ion implantation methods to implant and thus to form part 42. Suitable elements for this would be gallium, for example and aluminum. This diffusion or implantation determines the degree of magnetization of the material of the part 41 is reduced and the part 42 forming the propagation channel is generated.
Statt die Bereiche mit größerer bzw. kleinerer Haltekraft dadurch zu erzeugen, daß die Breite des Streifens verändert wird, ist es auch möglich, statt dessen oder zusätzlich die Dicke des Films zu ändern, beispielsweise durch unterschiedliche Höhe oder Tiefe des Kanals oder des umgebenden Films.Instead of generating the areas with greater or lesser holding force by increasing the width of the strip is changed, it is also possible instead or in addition to change the thickness of the film, for example by varying the height or depth of the channel or the surrounding film.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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