DE2264967A1 - MAGNETIC DOMAIN MOVEMENT SYSTEM - Google Patents
MAGNETIC DOMAIN MOVEMENT SYSTEMInfo
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Description
P 22 64 967.8 12. August 1975 P 22 64 967.8 August 12, 1975
NORTH AMERICAN ROCKWELL CORPORATION ^ Gzs/goeNORTH AMERICAN ROCKWELL CORPORATION ^ gzs / goe
Magnetdomänen-Portbewegungssystem. (Ausscheidung aus P 22 11 358.2-53 )Magnetic Domain Port Movement System. (Eliminated from P 22 11 358.2-53)
Die Erfindung betrifft ein Magnetdomänen-Portbewegungssystem mit örtlichen Gebieten von räumlicher Stabilität für Magnetdomäne, bestehend aus einem Substrat und aus einem auf dem Substrat abgelagerten dünnen Film aus Magnetdomänenmaterial*The invention relates to a magnetic domain port movement system with local areas of spatial stability for magnetic domains, Consists of a substrate and a thin film of magnetic domain material deposited on the substrate *
Magnetbereiche und deren Fortpflanzung in einem Magnetmedium sind bekannt und wurden in den US-Patenten Nr. 3,460,116; Nr. 3,470,546J Nr. 3,508,225 und ^anderen beschrieben. Im allgemeinen beschreiben diese Patente die Bewegung einer einwandigen Magnetdomäne in einem Schieberegister mittels der Verwendung eines engen Metallmusters, um die Stellung der Domäne zu steuern* Die in diesen Patenten beschriebenen Verfahren versuchen, die abstoßenden oder Zwischenwirkungskräfte zwischen den einzelnen Domänen möglichst klein zu machen, indem die einzelnen Domäne voneinander durch eine Distanz getrennt werden, die mindestens das Drei- oder Mehrfache eines Domänendurchmessers beträgt. Diese Verfahren versuchen, die Zwischenwirkungskräfte zwischen den Domänen im wesentlichen zu beseitigen oder so klein wie möglich zu machen* Magnetic domains and their propagation in a magnetic medium are known and are described in US Pat. Nos. 3,460,116; No. 3,470,546J No. 3,508,225 and ^ others. In general, these patents describe the movement of a single-walled magnetic domain in a shift register by using a narrow metal pattern to control the position of the domain the individual domains are separated from one another by a distance which is at least three or more times a domain diameter. These methods attempt to eliminate the intermediate forces between the domains substantially or to make as small as possible *
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Ein Magnetdomänen-Portbewegungssystem kann aus einem oder mehreren Kanälen oder Streifen aus Magnetdomänenmaterial bestehen, die auf einem stützenden Substrat angeordnet sind. Jede Zahl von einzelnen Kanälen können miteinander verbunden oder mit einem Hauptkanal verbunden werden. Die Bewegung der Domäne entlang einem Kanal wird von abstoßenden Kräften zwischen den Domänen beeinflußt , die in einem Kanal anwesend sind, wenn eine Domäne gebildet oder in der Nähe einer anderen Domäne verschoben wird. Die Bewegung von Domänen von einem gegebenen Kanal in einen von mehreren möglichen angrenzenden Kanälen zur Bildung einer Verknüpfungsfunktion kann durch die Anwesenheit oder Abwesenheit von Domänen in einen oder mehreren angrenzenden Kanälen gesteuert werden.A magnetic domain port movement system can consist of one or more Channels or strips consist of magnetic domain material disposed on a supporting substrate. Any number of individual channels can be connected to each other or connected to a main channel. The movement of the domain along one Channel is affected by repulsive forces between domains that are present in a channel when a domain is formed or moved near another domain. The movement of domains from a given channel into one of several possible adjacent channels to form a linkage function can be controlled by the presence or absence of domains in one or more adjacent channels will.
Der Kanal oder Streifen aus Magnetdomänenmaterial wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ätzen von zwei Nuten gebildet, die vollständig durch den dünnen Film von Magnetdomänen hindurchreichen, wodurch ein im wesentlichen isolierter Kanal entsteht. Der isolierte Kanal hat sich als eine wesentliche Verbesserung gegenüber ien herkömmlichen Systemen erwiesen, die in den vorgenannten Patenten beschrieben wurden. Während diese isolierten Kanäle in der Lage sind, in Verbindung mit einer Anzahl von Fortpflanzungssystemen zu arbeiten, gibt es Anwendungen, bei denen der isolierte Kanal nicht vollständig befriedigend ist. DieThe channel or strip of magnetic domain material is formed in accordance with the present invention by etching two grooves which extend completely through the thin film of magnetic domains, thereby creating a substantially isolated channel. The isolated channel has been found to be a significant improvement over the conventional systems described in the aforementioned patents. While these isolated channels are capable of working in connection with a number of reproductive systems, there are applications in which the isolated channel is not entirely satisfactory. the
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plötzliche Veränderung in den Pegeln^, von der Oberseite des Kanals zur angrenzenden Fläche kann Probleme im Hinblick auf metallische Oberschichten verursachen, die dabei verwendet werden. sudden change in levels ^, from the top of the channel to the adjacent surface can cause problems with the metallic top layers used therein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetdomänen-Fortbewegungssystem zu schaffen, das mit metallischen Oberschichten zusammenarbeiten kann.The object of the invention is to provide a magnetic domain locomotion system to create that can work with metallic top layers.
Pas Ziel der Erfindung wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs dadurch erreicht, daß die Kanäle von einem dünnen Filmdomänenmaterial auf einem stützenden Substrat von Nuten definiert werden, die sich über eine kurze Entfernung in den Film erstrecken, wobei die Nuten sich über 1 bis 99% des Films erstrecken können. Der Energiepegel der Domäne ist in dem Kanalteil des Films niedriger und in dem Film unterhalb der Nut höher. Als Folge davon wirkt der höhere "Energiepegel des Magnetdomänmate:· rials unterhalb der Nut als eine zurückhaltende Barriere, um die Domäne des Kanals innerhalb der Nuten zu halten.The object of the invention is achieved according to the characterizing part of the main claim in that the channels are defined by a thin film domain material on a supporting substrate by grooves extending a short distance into the film, the grooves extending over 1 to 99% of the range Films can extend. The energy level of the domain is lower in the channel part of the film and higher in the film below the groove. As a result, the higher "energy level" of the magnetic domain: rials below the groove acts as a restraining barrier to hold the domain of the channel within the grooves.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung, Further advantages and possible applications of the invention emerge from the attached illustration of an exemplary embodiment and from the following description,
Die einzige Figur zeigt einen „Querschnitt durch das erfindungsgemäße Magnetdomänen-FortpflanzungssystenwThe single figure shows a “cross section through the inventive Magnetic Domain Reproduction Systems, etc.
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Die Erfindung beschreibt allgemein ein MagnetÖomänen-Fortbewegungssystem mit einem oder mehreren Kanälen eines dünnen Films aus Magnetdomänenmaterial auf einem Stützsubstrat. Die Kanäle werden durch Nuten gebildet, die sich' in den Magne tdomän be reich sfilm erstrecken bis zu einem Ausmaß von 1 bis 9956 der Dicke des Films. Vorzugsweise beträgt die Tiefe der Nuten 5 bis 25?» der Filmdicke.The invention generally describes a magnetic domain locomotion system with one or more channels of a thin film of magnetic domain material on a support substrate. The channels are formed by grooves in the magnetic domain film extend to an extent of 1 to 9956 the thickness of the Films. The depth of the grooves is preferably 5 to 25? » the film thickness.
Wie in der einzigen Figur gezeigt, wird ein monokristallines •Substrat 10 einem chemischen Aufdampf-Ablagerungsverfahren ausgesetzt, um einen dünnen Film 12 aus Magnetdomänenmaterial aufzubringen. As shown in the single figure, a monocrystalline • substrate 10 is subjected to a chemical vapor deposition process, to deposit a thin film 12 of magnetic domain material.
Der Ablagerungsschritt wird in Übereinstimmung mit der US-Patentanmeldung Nr. 833,268 ausgeführt.The deposition step is carried out in accordance with the US patent application No. 833,268.
Das Substrat 10 1st vorzugsweise ein monokristalliner Granat mit einer J^QcO.p-Zusammensetzung, wobei der J-Anteil der Plattenzusammensetzung aus mindestens einem Element der folgenden Gruppe besteht: Cerium, Praseodymium, Neodymium, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Litetium, Lanthan Yttrium, Calcium und Wismut; und der Q-Antell der Plattenzusammensetzung besteht aus mindestens einem der folgenden Elemente: Indium, Gallium,The substrate 10 is preferably a monocrystalline garnet with a J ^ QcO.p composition, the J portion of the plate composition consisting of at least one element from the following group: cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, Dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, litetium, lanthanum yttrium, calcium and bismuth; and the Q-Antell of the plate composition consists of at least one of the following elements: indium, gallium,
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Scandium, Titan Vanadium, Chrom, Mangan, Rhodium, Zirkonium, Hafnium, Niobium, Tantal, Aluminium, Phosphor, Arsen und Antimon.Scandium, titanium vanadium, chromium, manganese, rhodium, zirconium, Hafnium, niobium, tantalum, aluminum, phosphorus, arsenic and antimony.
Beispiele für geeignete Substratmaterialien sind: Y0,ü5» Gd2,55» Ga5°12* Dyo,65Gd2,35Ga5°12 und Sm3 Examples of suitable substrate materials are: Y 0, ü5 » Gd 2.55» Ga 5 ° 12 * D yo, 65 Gd 2.35 Ga 5 ° 12 and Sm 3
Der Filmstreifen oder Kanal 12 aus Domänenmaterial ist vorzugsweise ein Einkristallgranat mit einer J3Q5O. ,,-Zusammensetzung, wobei der J-Anteil der Pilmzusammensetzung aus mindestens einem Element der folgenden Gruppe besteht: Cerium, Praseodymium, Neodymium, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium. Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium; der Q-Anteil der Pilmzusammensetzung wird aus der folgenden Gruppe genommen: Eisen, Eisen und Aluminium, Eisen und Gallium, Eisen und Indium, Eisen und Scandium, Eisen und Titan, Eisen und Vanadium, Eisen und Chrom, Eisen und Mangan.The film strip or channel 12 of domain material is preferably a single crystal garnet with a J 3 Q 5 O. ,, composition, the J portion of the pilm composition consisting of at least one element from the following group: cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, Europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium. Erbium, thulium, ytterbium, lutetium, lanthanum, yttrium; the Q portion of the pilm composition is taken from the following group: iron, iron and aluminum, iron and gallium, iron and indium, iron and scandium, iron and titanium, iron and vanadium, iron and chromium, iron and manganese.
Vorzugsweise Pilmmaterialien sind Eisengranate, wie z.B.: Y3Gal,2re3,8°12 und Tb3Pe5°12V ■ .Iron grenades, such as: Y 3 Ga l, 2 re 3.8 ° 12 and Tb 3 Pe 5 ° 12V ■ are preferred.
Die zusammengesetzte Eisengranab-Filmsubstratstruktur besitzt einen Film mit einer gegebenen magnetostriktiven· Konstanten und einer gegebenen Differenz zwischen der Gitterkonstante des Films und des Substrats*The composite iron granab film substrate structure has a film with a given magnetostrictive constant and a given difference between the lattice constant of the Film and substrate *
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Während Granate vorzugsweise Materialien für den dünnen Substratfilm sind, können auch andere Materialien für das Substrat verwendet werden, insbesondere, wenn der Film aus einem Orthofe rritmaterial gebildet wird.During grenade preferably materials for the thin substrate film other materials can be used for the substrate, especially if the film is from an ortho rritmaterial is formed.
Die Nuten 14 werden vorzugsweise in einem Ätzverfahren unter Verwendung von photolithographischen Ätztechniken derart gebildet, die allgemein in der Halbleiterindustrie verwendet wird, öder indem ein Ätzverfahren mit z.B. heißer Phosphorsäure verwendet wird. Die heiße Phosphorsäure würde in diesem Falle die von einer Maske freien Gebiete des Films 12 ätzen, um die Nuten llJA, I1IB, 1*JC, I1JD zu bilden. Während chemisches Ätzen eine vorzugsweise Art ist, um die Nuten zu bilden, können auch andere Verfahren verwendet werden, wie z.B. Spritzätzen, Laserbearbeitung und dergleichen. ■The grooves 14 are preferably formed in an etching process using photolithographic etching techniques such as are commonly used in the semiconductor industry, or by using an etching process with, for example, hot phosphoric acid. In this case, the hot phosphoric acid would etch the areas of the film 12 free of a mask in order to form the grooves 11JA, I 1 IB, 1 * JC, I 1 JD. While chemical etching is a preferred way of forming the grooves, other methods such as spray etching, laser machining, and the like can also be used. ■
Die Tiefe der Nuten HlA, I1JB, l4C, IiID beträgt ungefähr 1 bis der Dicke des Films 12. Die vorzugsweise Tiefe der Nut liegt zwischen 5 und 25i? der Dicke des Films 12. Reduzierung der Dicke des Films bei Bildung einer Nut vergrößert die Energie, die nötig ist, um eine Domäne in diesem Gebiet unterhalb der Nut existieren zu lassen, wodurch die Domäne vorzugsweise in dem nicht-geätzten oder dem nicht-genuteten Gebiet vorkommt.The depth of the grooves HLA I 1 JB, L4c, IIId is approximately 1 to the thickness of the film 12. The preferred depth of the groove is between 5 and 25i? the thickness of the film 12. Reducing the thickness of the film when a groove is formed increases the energy required to allow a domain to exist in that area below the groove, thereby making the domain preferential in the non-etched or non-grooved Area occurs.
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Zwischen den Nuten I1IA, I1IB, l4C, l^D>befinden sich Kanäle l6A, 18, 20, 22 und 2k» Diese Kanäle können Jedes gewünschte Muster oder jede Geometrie aufweisen. Ein Kanal kann vollständig von den anderen Kanälen isoliert sein, oder er kann mit einem oder mehreren der anderen Kanäle verbunden sein, z.B. kann der Kanal 20 mit den Kanälen l6A, 18 und 2k verbunden sein.Between the grooves I 1 IA, I 1 IB, 14C, 1 ^ D> there are channels 16A, 18, 20, 22 and 2k. These channels can have any desired pattern or geometry. One channel can be completely isolated from the other channels, or it can be connected to one or more of the other channels, for example channel 20 can be connected to channels 16A, 18 and 2k .
Der Energiepegel in den Kanälen l6A, 18, 20, 22 und 2k ist niedriger als der Energiepegel des Films 12 unterhalb der Nuten I1IA, I1IB, I1IC und I1ID. Der höhere Energiepegel des Films 12 unterhalb der Nuten bewirkt eine zurückhaltende Barriere, um den Domäneninhalt der Kanäle l6A, 18, 20, 22 und 2k zu halten. Der Energiepegel unterhalb der Nuten ist umgekehrt proportional zu ihrer Dicke, d.h., je dicker der Film unterhalb der Nuten, desto niedriger der Energiepegel. Wenn sich z.B. die Nut IkD bis zu etwa 80? in den Film 12 erstreckt*, liefert der Film darunter einen Energiepegel, der deutlich höher ist als der des Films unter der Nut I1IA, die sich nur bis zu 2555 in den Film 12 erstreckt. The energy level in channels 16A, 18, 20, 22 and 2k is lower than the energy level in film 12 beneath grooves I 1 IA, I 1 IB, I 1 IC and I 1 ID. The higher energy level of film 12 beneath the grooves creates a restrained barrier to contain the domain contents of channels 16A, 18, 20, 22 and 2k . The energy level below the grooves is inversely proportional to their thickness, that is, the thicker the film below the grooves, the lower the energy level. If, for example, the groove IkD is up to about 80? extends into film 12 *, the film below provides a level of energy significantly higher than that of the film below groove I 1 IA, which extends only up to 2555 into film 12.
Domäne, die in den einzelnen Kanälen l6A, 18, 20, 22 und 2k erzeugt werden, werden entlang diesen Kanälen mittels herkömmlicher Methoden fortgepflanzt oder bewegt. Die Domäne können von einem Kanal zum anderen Kanal durch Verbindungskanäle oderDomains generated in the individual channels 16A, 18, 20, 22 and 2k are propagated or moved along these channels using conventional methods. The domain can pass from one channel to another channel through connecting channels or
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" 8 " 226Λ967" 8 " 226Λ967
Passagen zwischen den einzelnen Kanälen bewegt werden, z.B.Passages between the individual channels are moved, e.g.
>
kann Kanal l6A mit Kanal 18 verbunden werden, indem die Nut>
channel l6A can be connected to channel 18 by removing the groove
durch einen Kanal unterbrochen wird, der l6A und 18 verbindetinterrupted by a channel connecting 16A and 18
Bei einer anderen Ausführungs form dieser Erfindung können die Kanäle verbunden werden, indem ausreichende Energie den Domänen in einem Kanal zugeführt wird, z.B. Kanal 18, um den Energiepegel unterhalb der Nut 1*JA zu überwinden, d.h. zu überschreiten, und die Domänen in den Kanal 20 zu bewegen. Bei dieser Ausführungsform ist es wünschenswert, eine verhältnismäßig flache Nut zu haben, wie z.B. derart, wie sie bei Nut l4A gezeigt ist, bei der die Tiefe in der Größenordnung von vorzugsweise 5 bis 25% der Filmtiefe 12 liegt.In another embodiment of this invention, the channels can be connected by applying sufficient energy to the domains in a channel, e.g., channel 18, to overcome, ie exceed, the energy level below the groove 1 * JA, and the domains into the channel 20 to move. In this embodiment, it is desirable to have a relatively shallow groove, such as that shown at groove 14A , where the depth is on the order of preferably 5 to 25% of the film depth 12.
Die Tiefe der Nuten lHA, l4B, lic und 14D kann bei jeder Nut gleich sein, oder es können eine,oder mehrere der Tiefen verändert werden, um sich der jeweiligen Anwendung anzupassen. Die Kanaltiefe kann sich auch vollständig durch den Film 12 bis zum Substrat 10 erstrecken.The depth of the grooves lHA, l4B, lic and 14D can be for each groove be the same, or one or more of the depths can be changed to adapt to the respective application. The channel depth can also extend completely through the film 12 to the Substrate 10 extend.
Als Beispiel wurde ein Film aus Yttrium-Gallium-Eisen-Granat auf einem Dysprosium-Gadolinium-Gallium-Granatsubstrat mit heißer Phosphorsäure geätzt, um zwei Nuten zu schaffen, die sich in den Film bis zu einer Tiefe von ungefähr 50* der FiIm-As an example, a film of yttrium gallium iron garnet on a dysprosium gadolinium gallium garnet substrate was etched with hot phosphoric acid to create two grooves that cut into the film to a depth of approximately 50 * of the film.
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dicke erstreckten. Dann wurden Domärfe in dem Film erzeugt. Die Nuten wirkten als eine zurückhaltende Barriere und hielten die Domänen in dem Kanal zwischen den Nuten«thick stretched. Dome sharpness was then created in the film. the Grooves acted as a restraining barrier and held the domains in the channel between the grooves «
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