DE2357301C3

DE2357301C3 - Anordnung für Licht- und/oder wärmegesteuerte magnetooptische Speicher

Info

Publication number: DE2357301C3
Application number: DE2357301A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Hill; Jens- Peter Dr. Krumme
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1973-11-16
Filing date: 1973-11-16
Publication date: 1978-09-07
Also published as: US3944992A; CA1033062A; GB1483775A; JPS5420297B2; NL7414707A; DE2357301B2; FR2251883B1; DE2357301A1; FR2251883A1; JPS5081642A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für licht- und/oder wärmegesteuerte magnetooptische Speicher in einem äußeren Magnetfeld.

Die Verwendung von magnetooptischen Speichermaterialien, wie z. B. Mangan-Wismut'i oder Eisengranat in Form von dünnen Filmen zur löschbaren Speicherung von optisch angebotener Information in optischen Speichersystemen ist bekannt (IEEE Trans Mag-9, 66 (1973), MnBi Films for Magnetooptic Recording; Appl. Phys. Lett 20,451 (1972), Thermomagnetic Recording in Thin Garnet Layers). Das Speichermaterial wird senkrecht zur Speicherebene entweder in positiver oder negativer Richtung magnetisiert. Einer bestimmten Verteilung der Magnetisierung in der Schicht entspricht ein bestimmter Informationszustand, z. B. stellt ein in positiver Richtung magnetisierter Bereich eine binäre Informationseinheit »1« dar, während ein in umgekehrter Richtung magnetisierter Bereich eine binäre »0« repräsentiert oder umgekehrt.

Das Speichermaterial wird dabei in eine Vielzahl von magnetischen Domänen, die Speicherplätze, unterteilt, deren Magnetisierungszustand den Informationszustand darstellt. In der Praxis liegt die Ausdehnung eines Speicherplatzes im Bereich von 1 bis 10 μΐη. Es werden also Speicherdichten von 10* bit/cm² oder mehr erreicht.

Das Einschreiben von Information geschieht dadurch, daß ein fokussierter Laserstrahl auf einen Speicherplatz gerichtet wird. Dabei wird durch die absorbierte l.ichtenergie das Speichermaterial im Bereich der beleuchteten Zone erwärmt. Die Erwärmung bewirkt eine starke Krniedrigung des Anisotropiefeldes im beleuchteten Hereich. Die Stabilität der Richtung der vorhandenen Magnetisierung verringert sich dadurch. Das ermöglicht ein Umschalten der Magnetisierungsrichtung in den beleuchteten Bereichen durch ein pauschales äußeres Magnetfeld. In der Praxis arbeitet man dabei vornehmlich im Bereich des Curiepunktes (Mangan-Wismuth). Vorteilhaft kann das örtliche iherniomagnetische Umschalten auch an einem eventuell vorhandenen Kompensationspunkt erfolgen (z. B. in Granaten). Nach Abschalten des Laserstrahles während der Abkühlung wird eine hohe Stabilität der neuen Magnetisierungsrichtung wiederhergestellt Dieser Vorgang der Erwärmung und Abkühlung muß wegen der Kleinheit eines Speicherplatzes sehr schnell erfolgen, damit eine Magnetisierungsumkehr in einem Speicherplatz erreicht wird, ehe die zugeführte Wärmeenergie in Nachbarbereiche abgeflossen ist Bei praktischen Materialien wie z. B. bei Eisengranaten liegt diese Zeit für die angestrebte Größe eines Speicherplatzes unter 10 us. Dabei muß typisch etwa eine Energie von 0.1 bis 1 erg pro Speicherplatz zugeführt werden, um die benötigte Temperaturerhöhung zu erzielen. Dies bedeutet daß für das Einschreiben von Information in einen Speicherplatz, z. B. innerhalb von 1 μ5 eine Laserleistung von wenigstens 10—100 mW erforderlich ist In praktischen Speichersystemen wird angestrebt, große Informationsmengen in kurzer Zeit einzuschreiben. Dies wird dadurch erreicht daß z. B. eine größere Zahl von Speicherplätzen parallel geschaltet werden. Man erkennt, daß wegen der erforderlichen Schaltleistung dann aber sehr große Laserleistungen erforderlich werden, die nur noch von teuren Lasern hoher Ausgangsleistung geliefert werden können.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die zum Schalten bekannter magnetooptischer Materialien erforderliche Lichtenergie herabzusetzen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das magnetooptische Material des Speichers mit einer vom Steuerstrahl beaufschlagbaren photoleitenden Schicht versehen ist, die mittels auf ihr aufgebrachter Elektroden durch eine Strom- oder Spannungsquelle steuerbar ist. Mit Hilfe eines Photoleiters als lichtempfindlichem Schaltelement wird die eigentliche Energie zum Schalten eines Speicherplatzes nicht mehr aus der Lichtenergie, sondern aus einer elektrischen Quelle bezogen.

Neben der Erhöhung der Lichtempfindlichkeit liegt der besondere Vorteil der Anordnung noch darin, daß durch die elektronische Erwärmung die zum Schalten erforderliche Leistung nicht mehr durch Absorption von Licht im magnetooptischen Material gewonnen werden muß und daher die Zusammensetzung des magnetischen

^r)0 Materials im Hinblick auf ein maximales Auslesesignal optimiert werden kann, also z. B. in Richtung auf möglichst geringe Lichtabsorption bei möglichst großem Faraday-Effekt.
Dieses ist z. B. von besonderem Vorteil bei Bi-substi-

^r>^r> tuierten ferrimagnetischen Granatfilmen, die bisher für thermomagnetisches Schalten in Pb-haltigen Schmelzen gezüchtet wurden, um eine für die Erwärmung genügende Lichtabsorption durch Pb-Einbau zu erreichen. Diese Schichten können nun Pb-frei hergestellt

Mt werden, wodurch das Lesesignal wesentlich erhöht wird, da dieses wesentlich durch den Bi-Gehalt bestimmt ist.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Es zeigt:

F i g. 1 eine magnetooptische Speicheranordnung zur

»ι Erläuterung

F i g. 2 und i Speichel anordnungen mit Photoleitern. Hei der Speicheranordnung nach F i g. 1 ist die inagnetooptische Speicherplatte SP von einer Spule SM

zur Erzeugung eines äußeren Magnetfeldes umgeben. Die Speicherplatte SP kann je nach Stromrichtung der Stromquelle SQ in positiver oder negativer Richtung magnetisiert v/erden.

Der auf einen Speicherplatz, z. B. eine Domäne SD ■> gerichtete Laserstrahl LS dient zum Einschreiben von Information. Die Umschaltung der Magnetisierungsrichtung in den beleuchteten Bereichen erfolgt durch das von der Spule SMerzeugte pauschale Magnetfeld.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das auf ι ο einem Substrat i angebrachte magnetooptische Material 2, z. B. das erwähnte Eisengranat, zunächst mit einer für das Licht durchlässigen Elektrode 3 versehen. Auf der Elektrode 3 befindet sich ein Photoleiter 4, wie z. B. Cadmiumsulfid, der auf seiner Oberfläche erneut mit einer transparenten Elektrode 5 beschichtet ist. Zum Schalten des magnetooptischen Materials 2 wird nun die zu schaltende Fläche der Mehrschichtanordnung durch einen ablenkbaren Laserstrahl 6 belichtet. Dadurch wird der Photoleiter 4 an der belichteten Stelle leitend. Wird nun an die transparenten Elektroden 3,5 eine Spannung angelegt, dann fließt im Photoleiter 4 ein Strom, dessen Stärke von der eingestrahlten Lichtleistung abhängt. Hierbei wird angenommen, daß der Widerstand des Photoleiters 4 im unbeleuchteten Zustand einen so hohen Wert besitzt, daß unbeleuchtete Zonen nichtleitend bleiben. Entsprechend dem Produkt Strom χ Spannung wird im Photoleiter 4 eine Leistung umgesetzt, die zur Erwärmung des Photoleiters an der beleuchteten Stelle führt. Neben dem Schalten mit einer so Gleichspannungsquelle 7 ist eine effektive Erzeugung von Verlustwärme in Photoleitern auch mit Wechselspannung bzw. Hochfrequenzspannung möglich, besonders dann, wenn dadurch Resonanzbewegungen der durch Licht freigesetzten Ladungsträger angeregt werden. Dadurch kann das Verhältnis von elektrischer Leistung zur Lichtleistung noch erhöht werden. Die produzierte Wärme fließt durch Wärmeleistung in den angrenzenden Bereich des magnetooptischen Speichermaterials, so daß dieses ebenfalls erwärmt wird. Durch «> die anliegende Spannung kann dabei die erzeugte Wärmeenergie so eingestellt werden, daß eine genügende Temperaturerhöhung im Speichermaterial 2 entsteht. Eine kurzzeitige Temperaturerhöhung wird dadurch erreicht, daß die Spannung am Photoleiter 4 nur kurzzeitig eingeschaltet wird.

Die Energie zum Schalten des Speichermaterials 2 wird damit also aus der elektrischen Quelle bezogen, wobei das eingestrahlte Licht nur noch als Steuerparameter benutzt wird. Die beschriebene Anordnung verbindet also die Speicherfähigkeit des magnetooptischen Materials mit der bekanntermaßen hohen Lichtempfindlichkeit eines Photoleiters, so daß mit sehr geringer Lichtleistung Information eingeschrieben werden kann.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 skizziert kammartigen ist das magnetooptische Material 2 mit einer kammerartigen Struktur von Elektroden 8, 9 beschichtet, die zur Zuführung der elektrischen Energie dienen. Der Abstand benachbarter Kammelemente 8', 9' sei kleiner als der Fokus-Durchmesser des Steuerstrahls. Der Photoleiter 4 ist adf diese Struktur aufgetragen. Wird der Photoleiter 4 belichtet, dann fließt im Bereich der beleuchteten Zone 10 ein Strom durch den Photoleiter 4 jeweils zwischen zwei benachbarten Elektroden der Kammstruktur, die an die beiden Pole der Spannungs- bzw. Stromquelle T angeschlossen siid. In gleicher Weise wie oben bereits beschrieben, wird dadurch eine lokale Erwärmung des magnetooptischen Materials 2 erreicht. Im Sinne der besprochenen Ausführungsbeispiele sind natürlich noch andere Elektrodenformen denkbar.

Um ein Auslesen der gespeicherten Information über •1en Faraday-Effekt in Transmission zu ermöglichen, muß der Photoleiter 4 einen Teil des eingestrahlten Lichts hindurchlassen. Bei Verwendung von nicht-transparenten Photoleitern kann der Magnetisierungszustand optisch in Reflexion erkannt werden. Sowohl teil-transparente wie nicht-transparente Photoleiter sind daher im Prinzip anwendbar.

Außer Licht und Magnetfeld steht somit ein 3. Steuerparameter zur Verfugung, wodurch ein weiterer Freiheitsgrad, besonders hinsichtlich einer blockweisen optischen Adressierung gewonnen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für licht- und/oder wärmegesteuerte magnetooptische Speicher in einem äußeren Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Material des Speichers mit einer vom Steuerstrahl beaufschlagbaren photoleitenden Schicht versehen ist, die mittels auf ihr aufgebrachter Elektroden durch eine Strom- oder Spannungsquelle steuerbar ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht zwischen transparenten Elektroden liegt

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden nur auf einer Fläche der photoleitenden Schicht aufgebracht sind, vorzugsweise auf der dem Speichermaterial anliegenden Fläche.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial aus Eigengranat mit Domänenbildung besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht transparent ist

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht nicht transparent ist und die der photoleitenden Schicht abgewandte Oberfläche des Speichermaterials reflektierend ist.