DE2457163C3

DE2457163C3 - Magnetische Schaltung

Info

Publication number: DE2457163C3
Application number: DE2457163A
Authority: DE
Inventors: Yeong Show Mount Kisco N.Y. Lin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-12-27
Filing date: 1974-12-04
Publication date: 1981-10-01
Also published as: JPS5099050A; FR2256509B1; CA1033840A; DE2457163B2; JPS5717313B2; US3925768A; DE2457163A1; IT1022797B; GB1479152A; FR2256509A1

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Schaltung zur Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in einer Magnetschicht, die weichmagnetische, unter Einfluß eines sich in der Ebene der Magnetschicht drehenden magnetischen Weiterleitungsfeldvektors stehende Auflagen besitzt, in denen in Abhängigkeit von der Winkellage des Weiterleitungsfeldvektors anziehende und abstoßende Pole für die magnetischen fcylindrischen Einzelwanddomänen in unterschiedlichen Positionen herbeigeführt werden, derart, daß die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen längs vorgesehener Pfade in der Magnetschicht wandern.

Zur Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomanen in einer Magnetschicht, die z. B, aus Granat oder Orthoferrit bestehen kann, werden Üblicherweise aus einem weichrnagrielischeri Material bestehende Streifenelemente benutzt, die an ihren jeweiligen Enden unter dem Einfluß des Weiterleitungsfeldvektors bei dessen Drehung Pole bilden, so daß die Weiterleitung der magnetischen zylindrischen EinzeU wanddomänefi gewährleistet ist.

Die Strukturen bestehen in üblicher Weise aus T-I-förmigen, Y-I-förmigen, Y-Y-förmigen und winkelförmigen Streifenelementen, die in Abständen zuein.inder auf der Magnetschicht angeordnet sind. Hierdurch ϊ ist sichergestellt, daß eine zuverlässige Weiterbewegung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen erfolgen kann.

Diese im Abstand zueinander angeordneten Streifenmuster besitzen jedoch eine Anzahl von bedertsamen

ίο Nachteilen. So besteht ein Nachteil darin, daß der Domänendurchmesser wesentlich größer sein muß, ι η typischer Weise zweimal so groß, als es dem Abstand zwischen zwei Streifenelementen entspricht, damit die Übertragung der Einzelwanddomänen möglich ist.

It Hierdurch wird jedoch die Speicherdichte wesentlich herabgesetzt, die für eine vorgegebene Linienbreite an sich zu erzielen wäre, da unerwünschte magnetische Wechselwirkungen zwischen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen es als notwendig erscheinen lassen, daß die magnetischen Einzelwanddomänen voneinander jeweils um eine Distanz getrennt sind, die großer als das Produkt kü ist, worin D der Domänendurchmesser und k ein systemempfindlicher Parameter, in typischer Weise etwa 4, ist. Hinzu kommt, daß eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in einen höheren Energiezustand gebracht werden muß. um den jeweiligen Abstand zwischen zwei weichmagnetischen Streifenelementen zu überwinden, so daß hierdurch bedingt, eine momentane geringere Stabilität

to der Domäne vorliegt, die natürlich leichter zu einem Zusammenbruch, Aufspaltung oder anderen schädlichen Beeinflussungen der Domäne führen kann, welche durch eine zufällig auftretende Störgröße bedingt ist. Schließlich ist zu erwähnen, daß die einzuhaltenden engen

J5 Toleranzen für die jeweiligen Abstände der Streifenelemente den Herstellungsaufwand solcher Anordnungen erheblich vergrößern, insbesondere auch im Hinblick darauf, die Weiterleilungsfehlermöglichkeiten in diesen Streifenlücken möglichst herabzusetzen.

Es sind bereits weichmagnuische ülreifenstrukturen. die keine Lücken aufweisen, bekanntgeworden, wie es z.B. aus aus den USA-Patentschriften 35 16 077, 35 18 643 und 36 44 908 hervorgeht. Bei all diesen Strukturen treten jedoch eine größere Anzahl von Nachteilen auf wie /. B. geringe Packungsdichte hiermit realisierter Speicher und darüber hinaus die Weiterlei· tungsmöglichkeit der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen nur in einer einzigen Richtung. In der in USA-Patentschrift 35 16 077 bekanntgewordenen Anordnung sind zusätzlich Nickeleisenleisten erforderlich, um die magnetischen zylindrischen Rinzelwanddomänen daran zu hindern, rund um die verwendete N'ckeleisenscheibe zu wandern. Nicht zuletzt wegen des erforderlichen Abstandes zwischen den Scheiben und der Nickeleisenleiste erscheint es unmöglich, die Speicherelementabmaße gegenüber den üblichen T-I-Streifenstrukturen zu verringern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in Behebung der aufgezeigten Nachteile darin, eine lückenlose Streifen struktur zur Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen bereitzustellen, bei der eine Weiterleitung der Domänen in verschiedenen Richlun* gen möglich ist, Wobei außerdem in Anwendung auf Speichersysteme extrem hohe Speicherdichten zu erzielen sein sollen,

Erfindüngsgernäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu beiden Seiten der Magnetschicht genau gegenüberliegend jeweils Kellen vofi einander beruh-

render) weichmagnetischen Scheiben längs einer Linie, die dem vorgesehenen magnetischen Schaltungszug entspricht, angeordnet sind, wobei jedoch die weichmagnetischen Scheiben längs dieser Linie auf der Ober- und Unterseite der Magnetschicht um einen halben Scheibendurchmesser in Linienzugricluung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.

Damit wird eine kontinuierliche Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen längs gerader und gekrümmter Bahnen im Ansprechen auf die jeweilige Lage des sich in der Ebene der Magnetschicht drehenden Weiterleitungsfeldes sichergestellt.

Dabei stellt die Erfindung eine Weiterleitungsstruktur bereit, die fähig ist, die schrittweise Dichte der magnetischen zylindrischen Einzelwanddorrränen um einen Faktor von 64 gegenüber üblichen T-X-förmigen Weiterleitungsstrukturen zu verbessern. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich eine Speicherelementgröße realisieren, die dem Produkt WxW entspricht, worin W die Linienbreite eines Weiterleitungselements darstellt. In dieser Struktur entspricht W = Ad, worin ddem Domanendurchmesser entspricht, so daß ein Domänenabstand von Ad beibehalten werden kann.

Die magnetische Schaltung gemäß der Erfindung kann aus einem beliebigen weichmagnetischen Material, insbesondere einer Nickeleisenlegierung bestehen. Fernerhin läßt sich die erfindungsgemäße magnetische Schaltung mit Hilfe der Ionenimplantation oder mit Hilfe von Diffusionsverfahren in der Magnetschicht realisieren, um die erwünschten Weiterleitungsmuster für die magnetischen zylindrischen Ein/ifclwanddomänen zu erhalten. Eine andere Alternative zur Realisierung der erfindungsgemäßen magnetischen Schaltung besteht darin, öffnungen in einer weichmagnetischen Schicht, die auf die Magnetschicht aufgelegt wird, einzubringen, wobei dann die Löcher anstelle der oben vorgesehenen magnetischen Scheiben die Funktion der Weiterleitung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen übernehmen können. Die zuletzt genannte Anordnung stellt gewissermaßen eine kinematische Umkehr der zuerst erwähnten erfindungsgemäßen Weiterleitungsanordnung dar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Ausführungsbeispielsbeschreibung an Hand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.

Es zeigt

Fig. 1 eine ausschnittsweise Draufsicht auf eine Magnetschicht mit erfindungsgemäßer magnetischer Schaltung,

Fig. 2 und 3 Diagramme für die Drehung von Weiterleitungsfeldvektoren zur Erläuterung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen magnetischen Schaltung.

in der ausschnitlsweisen Darstellung nach F i g. I sind drei nebeneinanderliegende, jeweils aneinanderstoßende Scheiben 10, 12 und 14 dargestellt, die aus irgendeiner weichmagnetischen Substanz wie Nickeleiscn bestehen. Sie sind auf der oberen Oberfläche einer Magnetschicht 20, die aus Orthoferrit, Granat oder einem anderen geeigneten Material besteht und in der Ebene der Zeichenfläche liegt, in gerader Richtung aufgebracht Zwei gleiche Scheiben 16 und 18, die in gestrichelten Linien dargestellt sind, befinden sich, ebenfalls aneinanderstoßend, auf der Unterseite der Magnetschicht 20. Sie sind längs einer Mittellinie angeordnet, die mit der Mittellinie der auf der Oberseite der Magnetschicht angebrachten magnetischen Scheiben 10,12,14 aufeinander fällt. Jedoch sind die Scheiben '. aul der Unterseite gegenüber den Scheiben auf der Oberseite jeweils um einen Radiusabstand versetzt angeordnet. Mit anderen Worten, die magnetischen Scheibenreihen zu beiden Seiten der Magnetschicht 20 liegen übereinander und sind aneinander ausgerichtet,

in wobei lediglich die Scheibenlage längs der Ausrichtung eine Versetzung um den Abstand eines Scheibenradius zeigt.

Für die Zwecke der Beschreibung und des besseren Verständnisses sei auch hier wiederum angenommen,

Ii daß die Zeichenpapierebene die obere Oberfläche der Magnetschicht 20 darstellt und daß weiterhin ein Magnetfeld ausreichender Stärke auf die Magnetschicht einwirkt, um hierin magnetische zylindrische Einzelwanddomänen zu unterhalten, was bedeutet, daß dieses

.•ο Magnetfei'! senkrecht zur Papieroberfläche ausgerichtet ist, wobei die Richtung dieses (/. tjnetfeldes derart ist. daß die mutineiisuhcii /ylindiisdicii ^ririzeiwanddomänen 22 in der Zeichenebene eine negative Polarität, wie angedeutet, besitzen. Die magnetischen Scheiben

>■> 10, 12, 14, 16 und 18 können dabei direkt auf der Magnet chicht 20 oder in geringem Abstand hiervon über eine dünne Zwischenisolierschicht angebracht sein. Die weichmagnetischen Scheiben lassen sich auch durch ein Ionenimplantationsverfahren in die Oberfläche der

ίο Magnetschicht 20 einbringen. Eine äh-iliche Wirkung läßt sich erzielen, wenn in Umkehrung eine weichmagnetische Lochscheibe oder Folie auf die Magnetschicht 20 angebracht wird, wobei dann die Scheiben durch entsprechende runde Löcher im weichmagnetischen

n Material darstellbar sind.

Aus Vereinbarungsgründen sind die Nummernbezeichnungen 1 bis 8 an verschiedenen Punkten längs gegenüberliegenden Kanten der weichmagnetischen Scheiben angebracht, um das Auftreten ein?s negativen

4« Pols anzuzeigen, wenn der Weiterleitungsfeldvektor in den F i g. 2 und 3 sich in gleichartig numerierten Wi ,kellagen befindet. Es sei daran erinnert, daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 22 eine positive Polarität an ihren, den weichmügnetischen Scheiben 16 und 18 auf der Unterseite der Magnetschicht 20 zugerichteten Enden besitzt.

Eine mehr oder weniger große Anzahl von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen läßt sich gleichzeitig in einem kontinuierlichen Pfad längs der

vi äußeren Kanten der weichmagnetischen Scheiben weiterleiten, jedoch soll hier zum Zwecke der besseren Erläuterungsmöglichkeit die Bewegung von nur zwei, allerdings repräsentativen, magnetischen zylindrischen Einzelw-inddomänen 22 und 22' in Betracht gezogen sein. Befindet sich der magnetische Weiterleitungsfeldvektor in der in F ι 5. 2 gezeigten Lage, dann besitzt die weichmagnetische Scheibe 12 einen positiven Pol in der Position 1 und d? das der Oberseite der Magnetschicht 20 zugewendete Ende der magnetischen zylindrischen

ω Einzelwanddomän^ 22 negativ ist, befindet sich dementsprechend auch die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 22 in dieser in Fig. 1 gezeigten Position 1. Sowie sich der magnetische Wdterleitungsvektor in die Winkellage 2 dreht, wird auch die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in die Position 2 verschoben und zwar längs der Umfangskante der weichmagnetischen Scheibe 12. Dreht sich nun der magnetische Weiterleitungsfeldvektor in die Win-

kellagc 3, dann nähert sich auch das entgegengesetzte Ende des magnetischen WeitCflcitungsfeldvcktors, wie in Fig.3 gezeigt, der Winkellage 3. Dies bedeutet aber, daß die Position auf der unteren weichmagnctischcn Scheibe 16 nahe dem Berührungspunkt mit der unteren weichmagneiischen Scheibe 18 mit zunehmender Näherung an die Winkellage 3 ebenfalls zunehmend negativ wird. Zum Zeitpunkt, bei dem der magnetische Wcilerleilungsfeldvektor in Fig.2 die Winkellage 3 erreicht, gelangt das positive Ende der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane in hinreichendem Maße unter den Einfluß der negativen Polarität der unteren weichmagnetischen Scheibe 16, so daß eine weitere Bewegung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane im Gegenuhrzeigersinn längs der Peripheriekante der weichmagnetischen Scheibe 16 verhindert wird.

Dreht sich der magnetische Weiterlcitungsfcldvcktor im Diagramm nach Fig. 2 in die Winkellage 4. dann

.—:«u# ~4:_ \i/ ι ι ;„i -...:.—u_n» A_n- _nn„„i\,._n„

11.HMt Uli. TIt.t||Jl.||TlinUllg Ληυΐ.ΙΙΙ.11 UW II\,gfIC I T^.11 Ladung an der unleren weichmagnetischen Scheibe 16 und der positiven Ladung an dem unteren Ende der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane 22 aus. um diese magnetische zylindrische Einzelwanddomane in die Position 4 in Fig. I zu verschieben. Eine fortgesetzte Drehung des magnetischen Wciierlcitungsfeldvektors in die Winkcllagen 5 und 6 hat zur Folge. daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomane im Gegenuhrzeigersinn längs der Peripheriekante der unteren wcichmagnctischen Scheibe 16 bewegt wird. Sowie sich der magnetische Weiterleitungsfcldvcklor der Winkellage 7 nähen, tritt dann die gleiche Erscheinung auf. wie sie vorhin im Zusammenhang mit der Winkellage 3 beschrieben ist. wobei der Einfluß der positiven Ladung auf der oberen weichmagnetischen Scheibe 10 relativ zum unteren negativen Ende der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane 22 anwächst, so daß bei Erreichen der Winkellage 8 seitens des magnetischen Weiterleitungsfeldvektors die magnetische zylindrische Einze'wanddomäne 22 von der Peripherie der unteren weichmagnetischen Scheibe 16 in Position 6 zur Peripherie-Position 8 der oberen weichmagnetischen Scheibe 10 bewegt wird. Der magnetische Weilerlcitungsfeldvektor kehrt dann in die Winkellage 1 zurück, wobei dann die magnetische zylindrische Einzelwanddomane 22 eine Position auf der weichmagnetischen Scheibe 10 einnimmt, die der vorhin beschriebenen Position 1 auf der weichmagnetischen Scheibe 12 entspricht. Der Pfad, längs dem die magnetische zylindrische Einzelwanddomane wandert. ist durch die stark ausgezogene Linie dargestellt, wobei die Bewegung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 22 kontinuierlich erfolgt mit Ausnahme der jeweiligen Verzögerung in den Winkellagen 3 und 7 des magnetischen Weiterleitungsfeldvektors, wie oben beschrieben.

Gleichzeitig mit der Bewegung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane 22 wird eine zweite magnetische zylindrische Einzelwanddomane 22' in entgegengesetzter Richtung längs der gegenüberliegenden Umfangskanten der weichmagneiischen Scheiben transportiert. Während das obere Ende der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 22' — mit negativer Ladung dargestellt ist. besitzt das untere Ende der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne, das den weichmagneiischen Scheiben 16 und 18 auf der Unterseite der Msgncischieh! 20 gegenüberliegt, eine positive Ladung, die bei Winkellage 1 des in F i g. 3 gezeigten magnetischen Wciterlcilungsfeldvcktors unter dem Einfluß des negativen Endes dieses magnetischen Weiterleilungsfcldvcktors liegt. Die Bewegung der magnetischen zylindrischen Einzclwänddomähe 22' längs der stark ausgezogenen Linien durch die Positionen 1,2,4,5,6 und 8 ist in ihrem Verlauf identisch zu der oben in Zusammenhang mit der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane 22 beschriebenen.

Sobald die magnetische zylindrische Einzelwanddomane 22 die Position 8 verläßt, und längs der Umfangskante der wcichmagnctischen Scheibe 10 in entgegengcRel7ler Richtung zum Uhrzeigersinn wandert, bewegt sich die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne vollständig längs des Umfangs dieser Scheibe, bis sie unter den Einfluß der Ladung auf der unteren wcichmagnctischen Scheibe 16 gelangt. Wird eine gleiche Anzahl von weichmagnetischen Scheiben auf der Ober- und Unterseite der Magnetschicht 20 vorgesehen oder eine zusätzliche weichmagnclischc

C^JinjUn ⁿw{ jrnnn/lninrtr rlot* ίΛΚ*»ΓΠα/»Κί»η Aann läfll CU¹H

eine größere Anzahl von magnetischen zylindrischen Einzclwanddomäncn längs eines geschlossenen Pfades entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn längs der Umfangskanten der Scheibcnketlen bewegen. Obgleich die Gchcibcnkcttc in Fig. I längs einer geraden Linie ausgerichtet dargestellt ist. ist ohne weiteres einzusehen, daß auch eine Anordnung längs einer gekrümmten Linie möglich ist. um die Erfindung zu realisieren. Die Umk "hr der Drehrichtung des magnetischen Weiterleitungsfeldvcktors von einer Gegcnuhrzeigcrsinndrchung. wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet, zu einer Uhrzeigersinndrehung veran'nßt natürlich ebenfalls eine Umkehr in der Bewegungsrichtung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen längs der Scheibenkette.

Die praktische Anwendung der Wciterlcilungsstruklur bzw. magnetischen Schaltung, wie sie hier gezeigt ist. kann in üblicher Weise vorgenommen werden, indem das Auftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane eine logische Eins und das Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomane eine binäre Null darstellt. Die Abfühlung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen läßt sich durch magnetoresistive Abfühlmittel in bekannter Weise durchführen. Weiterhin lassen sich die Weiterleitungspfade zu geschlossenen Schleifen verbinden, so daß Umlaufspeicher bzw. Schieberegister hiermit zu realisieren sind. Diese Schleifen können dabei Unterschlcifen in einem Massenspeicher sein, wobei KontroIIeitungen vorgesehen sind, um entsprechende Feldgradienten zu erzeugen, die ausgewählte magnetische zylindrische Einzelwanddomänen aus den Unterschleifc in den Hauptspeicher bzw. in die Hauptschleifen herüberziehen. Gleiches gilt für den umgekehrten Vorgang.

Als illustratives Beispiel läßt sich anführen, daß eine 20-Bii-Schleife als Schieberegister unter Anwendung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen mit einem jeweiligen Durchmesser von 15 u.m in einer Granatmagnetschicht erstellt und erfolgreich erprobt worden ist. Die hierbei verwendeten weichmagnetischen Scheiben für die Realisierung der magnetischen Schaltung hatten jeweils einen Durchmesser von 60 μπι.

Um eine maximale Speicherdichte unter Voraussetzung eines Domänenabstandes zueinander von etwa 40 Domänendurchmessern d zu erzielen, ist der Scheibendurchmesser so gewählt, daß er W-Ad entspricht, worin W die Linienbreite der Scheibe ist Dam·- ergib! sich eine Speicherelementseinheitsgröße von W χ W.

die 64rnal geringer ist. als die, wie sie mit einer Τ-ϊ-förmige Streifen enthaltenden magnetischen Schaltung zu erzielen ist Diese extrem hohe Speicherdichte läßt sich erfindungsgemäß mit einer Struktur erzielen, die leicht herzustellen ist, wobei ohne weiteres bekannte Herstellungsverfahren Anwendung finden können. Im

Ausführungsbeispiel sind zwar kreisförmige Scheiben angewendet und beschrieben, es ist jedoch ohne weiteres einzusehen, daß auch andere doppelseitige Strukturen verwendet werden können, wenn nur eine analoge Voraussetzung der Elemente auf der Ober- und Unterseite vorgesehen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Schaltung zur Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in einer Magnetschicht, die weichmagnetische, unter Einfluß eines sich in der Ebene der Magnetschicht drehenden magnetischen Weiterleitungsfeldvektors stehende Auflagen besitzt, in denen in Abhängigkeit von der Winkellage des Weiterleitungsfeldvektors anziehende und abstoßende Pole für die magnetischen, zylindrischen Einzelwanddomänen in unterschiedlichen Positionen herbeigeführt werden, derart, daß die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen längs vorgesehener Pfade in der Magnetschicht wandern, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Magnetschicht (20) genau gegenüberliegend jeweils Ketten von einander berührenden weichmagnetischen Scheiben (10. 12, 14, 16, 18) längs einer Linie, die dem vorgesehenen magnetischem Schaltungszug entspricht, angeordnet sind, wobei jedoch die weichmagnetischen Scheiben (10, 12, 14, 16, 18) längs dieser Linie auf der Ober- und Unterseite der Magnetschicht (20) um einen halben Scheibendurchmesser in Linienzugrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der weichmagnetischen Scheiben (10, 12, 14, 16, 18) auf der Ober- und Unterseite der Magnetschicht (20) gleich ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da« die Anzahl der weichmagnetischen Scheiben (10, 12, 14, <6, 18} auf einer Seite der Magnetschicht (20) um fins größer ist als auf der anderen.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetischen Scheiben (10, 12, 14, 16, 18) kreisförmig sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetischen Scheiben (10, 12, 14, 16, 18) jeweils gleiche Abmessungen besitzen.