DE2539795B2 - Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomanen - Google Patents

Description

chronologischer Reihenfolge die Wirkungsweise des Generators gemäß Fig.2 bei der Erzeugung magnetischer Blasendomänen veranschaulichen, und

Fig.4 ein Schaubild der Betriebskennwerte des Generators gemäß Fig. 2.

In Fig.! ist ein aus der US-PS 3824 565 bekannter Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen dargestellt Dieser Generator weist eine magnetische Schicht 100 auf, die sich zur Bildung von Blasendomänen eignet. Ferner weist der bekannte Generator Bereiche aus weichmagnetischem Werkstoff, z. B. aus einer unter dem Handelsnamen »PermaJloy« bekannten Nickel-Eisen-Legierung, auf, die auf der dünnen magnetischen Schicht 100 musterartig angeordnet sind und aus einem flächenförmigen Bereich 10 mit einem Vorsprung 10Λ sowie zwei streifenförmigen Bereichen 12 und 13 bestehen, weiche zwischen dem flächenförmigen Bereich 10 und dem Ende einer Blasendomänen-Verschiebungsbahn 16 liegen, die aus (nicht dargestellten) weiteren Bereichen aus weichmagnetischem Werkstoff besteht. Ein Vormagnetisierungsfeld oder Stützfeld Hb ist in geeigneter Weise zur Ausbildung magnetischer Blasendomänen in der magnetischen Schicht 100 angelegt, wie es F i g. 1 zu entnehmen ist Außerdem liegt ein in der Schichtebene rotierendes magnetisches Drehfeld W_r(nicht dargestellt) an, mit dessen Hilfe die Bereiche der Domänenverschiebungsbahn 16 selektiv magnetisiert werden, so daß die Blasendomänen auf diese Weise gesteuert verschoben werden können.

Im Betrieb wird bei diesem bekannten Generator >ur Erzeugung magnetischer Blasendomänen durch das Vormagnetisierungsfeld oder Stützfeld Hb in der magnetischen Schicht 100 am Unterteil des flächenförmigen Bereichs 10 eine sogenannte Mutterdomäne 14 (im Umriß gestrichelt dargestellt) erzeugt, die sich unter dem Einfluß des rotierenden Magnetfeldes H_r um den flächenförmigen Bereich 10 herumbewegt Weist das rotierende Magnetfeld H_r entsprechende Richtungen auf, so werden die oberen Abschnitte der streifenförmigen Bereiche 12 und 13 magnetisiert und dehnen oder strecken die Mutterdomäne in Richtung der Domänenverschiebungsbahn aus. Sodann wird einem zumindest über dem streifenförmigen Bereich 12 ausgebildeten, relativ breiten streifenförmigen Leiter 11 ein geeigneter Stromimpuls zugeführt, der den gestreckten Teil der Mutterdomäne 14 abtrennt so daß dieser als Tochterdomäne entlang der Domänenverschiebungsbahn 16 verschoben werden kann, während sich die Mutterdomäne 14 weiterhin um den flächenförmigen Bereich 10 herumbewegt.

Mittels der winklig zueinander angeordneten streifenförmigen Bereiche 12 und 13 und des breiten streifenförmigen Leiters 11 lassen sich eine einfache Abspaltung von Tochterdomänen und ausgezeichnete Betriebseigenschaften erzielen. Wie F i g. 1 zu entnehmen ist, stellt der bekannte Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen jedoch eine zweistufige Anordnung dar, die in einem sogenannten Zwei-Masken-Verfahren hergestellt werden muß, da der Leiter 11 zumindest einen Bereich (Bereich 12) der streifenförmigen Bereiche überdeckt bzw. überlagert

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen einstufigen Generators 20 zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen schematisch veranschaulicht. Der Generator 20 weist einen flächenförmigen Bereich 21, der kreisförmig ausgebildet sein kann, sowie einen relativ schmalen, im wesentlichen geradlinigen Leiter 22 auf. Der erfindungsgemäße Generator 20 ist ebenfalls auf einer dünnen magnetischen Schicht 100 ausgebildet, in welcher Blasendomänen erzeugt werden, wie dies vorstehend in Verbindung mit dem bekannten Generator gemäß F i g. 1 beschrieben wurde.

Die Abspaltung und Verschiebung von Tochterdomänen sowie die einstufige Ausführung werden durch das strukturelle Zusammenwirken des flächenförmigen Bereichs 21, des Leiters 22 und einer zugehörigen Domänenverschiebungsbahn 23 ermöglicht. Der flächenförmige Bereich 21 ist in der Nähe der Domänenverschiebungsbahn 23 angeordnet, die beispielsweise aus nebeneinanderliegenden Bereichen aus jeweils V-förmigen (Winkel-)Elementen 24 besteht. Der Leiter 22 kann aus dem gleichen Material (z. B. aus einer Ni-Fe-Legierung) wie der flächenförmige Bereich 21 und die V-förmigen Bereiche 24 bestehen. Der Leiter 22 bildet im wesentlichen einen schmalen, geradlinig verlaufenden Streifen, der annähernd orthogonal zu einer einzelnen Reihe der V-förmigen Elemente angeordnet ist und diese sowie den flächenförmigen Bereich 21 schneidet bzw. durchläuft, so daß er diese eine Reihe der V-förmigen Elemente 24 mit dem flächenförmigen Bereich 21 verbindet. Bei der dargestellten, vorzugsweise verwendeten Ausführungsform der Erfindung durchläuft der Leiter 22 die Scheitel der einzelnen V-förmigen Elemente 24 und halbiert den fiächenförmigen bzw. kreisförmigen Bereich 21. Gewisse Änderungen dieser Konfiguration sind natürlich möglich, jedoch wurde die in F i g. 2 dargestellte Konfiguration gewählt, da sie optimale Betriebseigenschaften gewährleistet.

Die Wirkungsweise des Generators 20 ist in den Fig.3A bis 3D veranschaulicht. Bei Anlegen eines Vormagnetisierungsfeldes oder Stützfeldes Hh wird eine Mutterdomäne 26 in der magnetischen Schicht 100 unter dem flächenförmigen Bereich 21 ausgebildet und bewegt sich um den flächenförmigen Bereich 21 in Phase mit dem in der Schichtebene rotierenden magnetischen Drehfeld H_r herum. Dies ist in Fig.3A veranschaulicht, wobei die Position der Mutterdomäne 26 entlang des Umfangs des flächenförmigen Bereichs 21 der Richtung 180° des sich im Uhrzeigersinne drehenden, durch den Pfeil in Fig.3A gekennzeichneten rotierenden Magnetfeldes W_rentspricht.

Nimmt das rotierende Magnetfeld H_r eine Richtung von annähernd 225° ±20° an, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist, wird die Mutterdomäne 26 entlang der Peripherie des flächenförmigen Bereiches 21 bewegt, wobei außerdem an den linken Enden der mit dem Leiter 22 verbundenen V-förmigen Elemente 24 Magnetpole ausgebildet werden, so daß sich die Mutterdomäne ausdehnt und sich von dem flächenförmigen Bereich 21 bis zu den Magnetpolen an den V-förmigen Bereichen 24 erstreckt. Wenn aufgrund des Abstandes zwischen dem flächenförmigen Bereich 21 und den V-förmigen Elementen 24 ein zusätzliches Magnetfeld zur Ausdehnung der Mutterdomäne erforderlich oder wünschenswert ist, wird ein Stromimpuls I₅ der dargestellten Polarität dem Leiter 22 von einer (nicht dargestellten) Stromquelle zugeführt. Das von dem Stromimpuls I₅ in dem Leiter 22 induzierte Magnetfeld vergrößert die Energie-Potentialmulde um den Leiter und den aus den V-förmigen Elementen bestehenden Bereich der Domänen-Verschiebungsbahn. Die vergrößerte Energie-Poientialmulde bewirkt im wesentlichen eine Anziehung der Mu'.terdomäne 26, so daß diese sich ausdehnt, über die V-förmigen

Elemente der Dornänenverschiebungsbahn erstreckt und unter dem Einfluß des rotierenden Magnetfeldes eine Verschiebungsbewegung beginnt.

Wie in F i g. 3C dargestellt ist, werden Magnetpole an den rechten Enden des nächsten Bereiches der V-förmigen Elemente 24 gebildet, wenn das rotierende Magnetfeld H_r eine Richtung von ungefähr 315° ±20° aufweist. Außerdem hat sich die Mutterdomäne 26 in der dargestellten Weise entlang der Peripherie des flächenförmigen Bereiches 21 bewegt. Die Mutterdomäne 26 hat somit eine weitere Ausdehnung erfahren und erstreckt sich nun über den Leiter 22 hinaus. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem Leiter 22 ein Strom /_cmit einer zu derjenigen des Stromes I_s entgegengesetzten Richtung zum Abspalten einer Tochterdomäne von der auseinandergezogenen bzw. gestreckten Mutterdomäne erzeugt. Durch den Stromimpuls l_c wird ein Magnetfeld um den Leiter 22 gebildet, das die Mutterdcmäne abstößt. Durch diese Abstoßung werden die entgegengesetzten Enden der Mutterdomäne von dem Leiter 22 und voneinander fortgezogen, so daß die Mutterdomäne getrennt und auf diese Weise eine Tochterdomäne 27 abgespalten wird. Wie Fig.3D zu entnehmen ist, wird die Tochterdomäne 27 sodann unter dem Einfluß des rotierenden Magnetfeldes H_r entlang der Domänenverschiebungsbahn 23 in Richtung des Pfeiles verschoben, während sich die Mutterdomäne 26 weiter um den flächenförmigen bzw. kreisförmigen Bereich 21 herumbewegt und für einen neuen Operatiönszyklus bereit ist.

Ausgezeichnete Betriebseigenschaften für den Generator 20 ergaben sich bei Verwendung einer aus V-förmigen Winkelelementen bestehenden Domänenverschiebungsbahn 23 mit einer Breite der einzelnen Bereiche von ungefähr 24 μιη (siehe F i g. 2), eines kreisförmigen Bereiches 21 aus Permalloy von ungefähr 24 um Durchmesser, der von der Domänenverschiebungsbahn 23 durch einen Abstand von ungefähr 6 bis 10 um getrennt war, sowie eines Leiters 22 aus einer Ni-Fe-Legierung mit einer Breite von etwa 4 μηι. Für die Bauelemente mit den obigen Abmessungen, die lediglich eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators kennzeichnen und keinesfalls die Möglichkeiten der Erfindung erschöpfen, wurde eine 7,5 μιη dicke magnetische Schicht 100 mit der Zusammensetzung Y2.54Smo.45Gai.i7Fe.i,8jOi2 verwendet, die Blasendomänen eines Durchmessers von 6 μιη erzeugte, sowie eine Schicht aus S1O2 mit einer Dicke von 1,0 μιη, die zwischen den weichmagnetischtn Bereichen und der Granatschicht 100 angeordnet war. Die quasi-statischen Betriebsgrenzwerte dieser Anordnung sind in Fig.4 dargestellt. Die Werte wurden bei Verwendung eines Stromes h von 75 mA und einer Dauer von 2 bis 3 Mikrosekunden erhalten. Mit der Größe der Blasendomänen ändern sich natürlich auf die Art der magnetischen Schicht, die Geometrie der weichmagnetischen Bereiche der Abstand der Bauelemente der Domänenverschiebungsbahn und dergleichen.

Die durch Rechtecke gekennzeichnete Kurve 30 in Fig.4 veranschaulicht die Betriebsgrenzwerte des Generators 20 bei hohen Treiberfrequenzen von z. B. 100 kHz für die Domänenverschiebungsbahn und ist allgemein repräsentativ für derartige Anordnungen. Das heißt, für einen Bereich des rotierenden Magnetfeldes / Ir von etwa 20 bis 50 Oersted liegen die Grenzwerte des Vormagnetisierungsfeldes oder Stützfeldes Hb bei ungefähr 80 sowie 95 bis 100 Oersted. In der Nähe des unteren Grenzwertes von 80 Oersted des Stützfeldes wird der weitere Betrieb durch die dann erfolgende Bildung von Blasendomänenausdehnungen, d. h., Streifenbildung bei den Blasendomänen begrenzt, während in der Nähe der oberen Grenzwerte von 95 bis 100 Oersted des Stützfeldes die Blasendomänen zusammenzufallen beginnen.

Wie durch die durch Kreise gekennzeichnete Kurve 40 gemäß F i g. 4 dargestellt ist, arbeitet der Generator

20 im Frequenzbereich von etwa 100 kHz sehr zuverlässig und umfaßt den Bereich der Antriebsfelder für die Domänenverschiebungsbahn. Wie ferner der Kennlinie 40 zu entnehmen ist, liegen bei Verwendung eines Stromes I₅ von 75 mA die oberen und unteren Grenzwerte des Stützfeldes, für die der flächenförmige bzw. kreisförmige Bereich 21 eine Mutterdomäne festhält, außerhalb der betrieblichen Grenzwerte der Domänenverschiebungsbahn. Somit ist eine Erzeugung magnetischer Blasendomänen innerhalb des gesamten Betriebsbereiches der Domänenverschiebungsbahn möglich. Darüber hinaus sind die Phasenkennwerte des einstufigen Generators 20 ähnlich denjenigen eines ebenfalls einen flächenförmigen Bereich zur Bildung einer Mutterdomäne aufweisenden Generators eines anderen Typs, wobei die Position des Trennimpulses Λ relativ zu dem Ausdehnungsimpuls /_s insbesondere bei niedrigen Frequenzen unkritisch ist.

Der für den hier beispielhaft beschriebenen Generator 20 verwendete Strom von 75 mA ist sehr niedrig verglichen mit den Strömen von 100 bis 300 mA, die für die sogenannten Kernbildungsgeneratoren erforderlich sind. Darüber hinaus sollte eine Verringerung des Abstandes zwischen dem flächenförmigen Bereich 21 und der Domänenverschiebungsbahn 23 sowie eine Verringerung der Dicke der magnetischen Schicht 100 eine Verringerung des Stromes /_s auf zumindest 50 mA ermöglichen.

Bei dem einstufigen, einen flächenförmigen bzw. kreisförmigen Bereich aus weichmagnetischem Material zur Erzeugung einer Mutterdomäne aufweisender Generator 20 ist somit der Leiter 22 derart angeordnet daß die Abspaltung von Tochterdomänen ohne Behinderung oder gar Verhinderung der Domänenverschiebung ermöglicht wird. Auch gestattet die Anordnung des flächenförmigen bzw. kreisförmigen Bereichs

21 und des den kreisförmigen Bereich halbierenden und die Domänenverschiebungsbahn entlang der Scheitel einer Reihe V-förmiger Winkelelemente durchlaufen den Leiter 22 eine optimale Ausnutzung der Fähigkeiter und Möglichkeiten des Generators 20 bei relativ niedrigen Betriebsströmen. Mittels dieser Konfiguratior des Leiters 22 und des flächenförmigen bzw. kreisförmi gen Bereichs 21 wird somit ein sehr effizientei Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomä nen erhalten, bei dem der Leiter 22 sowie dei flächenförmige bzw. kreisförmige Bereich 21 und die Domänenverschiebungsbahn 23 aus einem einziger Werkstoff und in einem einstufigen Herstellungsverfah ren unter Verwendung lediglich einer Abdeckmaske hergestellt werden können, so daß die bei den bishei erforderlichen verschiedenen Abdeckfolgen unter Ver Wendung unterschiedlicher Masken auftretenden Aus

<>5 richtungsprobleme vermieden werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen in einer magnetischen Schicht, bestehend aus einem auf der magnetischen Schicht angeordneten Muster dünner Schichten aus weichmagnetischem Werkstoff mit einem flächenförmigen Bereich zur Bildung einer magnetischen Mutterdomäne und einer benachbart angeordneten Domänenverschiebungsbahn, die aus in Verschiebungsrichtung hintereinanderliegenden Bereichen besteht, und ferner bestehend aus einem quer zur Verschiebungsrichtung angeordneten streifenförmigen elektrischen Leiter, wobei durch die bei stromdurchflossenem Leiter auftretenden Magnetfelder jeweils eine magnetische Tochterdomäne von der sich in einem in der Schichtebene rotierenden Magnetfeld um den flächenförmigen Bereich herumbewegenden Mutterdomäne abgespalten wird und in die Domänenverschiebungsbahn gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenförmige Bereich (2!), die Bereiche (24) der Domänenverschiebungsbahn (23) und der streifenförmige Leiter (22) aus einem weichmagnetischen metallischen Werkstoff bestehen und auf gleichem Niveau liegend ausgebildet sind, und daß der streifenförmige Leiter (22) den flächenförmigen Bereich (21) und einen der hintereinanderliegenden Bereiche (24) der Domänenverschiebungsbahn (23) durchläuft und einen Strom zwischen dem flächenförmigen Bereich (21) und dem Bereich (24) der Domänenverschiebungsbahn (23) hindurchführt.

2. Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenförmige Bereich (21), die Bereiche (24) der Domänenverschiebungsbahn (23) und der streifenförmige Leiter (22) aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehen.

3. Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinanderliegenden Bereiche der Domänenverschiebungsbahn (23) jeweils aus nebeneinanderliegenden V-förmigen Elementen (24) bestehen.

4. Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter (22) eine geradlinige Verbindung zwischen dem flächenförmigen Bereich (21) und der Domänenverschiebungsbahn (23) bildet und die Scheitel der V-förmigen Elemente (24) des von ihm durchlaufenden Bereichs der Domänenverschiebungsbahn (23) schneidet, wobei die Scheitel der V-förmigen Elemente (24) entlang des streifenförmigen Leiters (22) angeordnet sind und in die Richtung des flächenförmigen Bereiches (21) weisen.

5. Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter (22) eine Breite von etwa 4 μπι aufweist, während die Breite der nebeneinanderliegenden Bereiche der Domänenverschiebungsbahn (23) jeweils etwa 24 μπι beträgt, und daß der flächenförmige Bereich (21) einen Kreisdurchmesser von etwa 24 μιη aufweist, in einem Abstand von 6 μΐη bis 10 μηι von der Domänen Verschiebungsbahn (23) angeordnet ist und von dem streifenförmigen Leiter i22) halbiert wird.

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Generator ist aus der US-PS 38 24 565 s bzw. der DE-OS 23 17 326 bekannt.

Die bei diesem Blasendomänengenerator verwendeten elektrischen Leiter und magnetischen Bereiche überdecken sich und weisen darüber hinaus unterschiedliche magnetische und elektrische Eigenschaften auf, was zu einer unterschiedlichen Dimensionierung und/ oder zur Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe führt. Aus diesem Grunde sind mehrere Verfahrensschritte zur Herstellung bzw. Aufbringung der einzelnen Bauelemente unter Verwendung verschiedener Abis deckmasken erforderlich, so daß das Herstellungsverfahren nach der Anzahl der Verfahrensschritte als Zwei-Masken-Verfahren oder Mehrmasken-Verfahren bezeichnet werden kann, während der auf diese Weise hergestellte Generator zweistufiger oder mehrstufiger Generator genannt wird.

In der Blasendomänen-Technologie wird insbesondere angestrebt, die Speicherkapazität von Blasendomänen-Speich?ranordnungen zu steigern und die erforderlichen Domänengeneratoren und Domänenverschiebungsanordnungen zu verkleinern, um damit die Kosten für jedes verarbeitete Bit zu senken und eine wirtschaftlichere Datenverarbeitung zu erzielen. Werden jedoch Blasendomänen-Anordnungen verkleinert, so wird die Ausrichtung zwischen den verschiedenen Stufen oder Niveaus der jeweiligen Anordnung mit zunehmender Verkleinerung immer schwieriger. Aus diesem Grunde weisen einstufige, mittels eines sehr wirtschaftlichen Ein-Masken-Verfahrens herstellbare Blasendomänen-Anordnungen, bei denen dieses Problem nicht auftritt, wesentliche Vorteile auf.

Bekannt sind zwar auch einstufige Generator-Ausführungsformen anderer Art, jedoch arbeiten diese mit wesentlich höheren Schaltströmen, was wiederum nachteilig ist.

Sogenannte zweistufige Generatoren der in Rede stehenden Art, wie sie auch z. B. aus dem Buch »Datenspeicher« (H. Kaufmann, Oldenburg-Verlag 1973, Seiten 321 und 322) sowie aus der bereits genannten US-PS 38 24 565 bzw. der DE-OS 23 17 326 bekannt und in F i g. 1 der Zeichnung als Stand der Technik veranschaulicht sind, können dagegen mit beträchtlich niedrigeren Schaltströmen betrieben werden, nämlich mit Strömen von ungefähr 50 mA im Gegensatz zu 100 bis 300 mA.

so Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Blasendomänengenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der als einstufige Anordnung durch ein Ein-Masken-Verfahren herstellbar und mit niedrigen Schaltströmen betreibbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die weiteren Patentansprüche lehren vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden nähet beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten zweistufigen Generators zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen einstufigen Generators zur Erzeugung magnetischer Blasendomänen; F i g. 3A bis 3D schematische Darstellungen, die in