DE2713764C3 - Magnetischer Domänentransportspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Domänentransportspeicher mit einem die Domänenfortpflanzung unter der Wirkung elektrischer Ströme ausführenden, durch ein Band anisotroper, weicher magnetischer Substanz geformten Kanal, wobei die Substanz auf einem isolierenden Substrat aufgebracht ist, mit einem einzigen, mäanderförmigen Domänenverschiebeleiter mit einer harten Magnetschicht, einer Stromleitungsschicht Und leitenden, relativ zur Mäanderachse dezentrierten Auflagen.

Ein Domänentransportspeicher oder -register besteht aus einem oder mehreren Schieberegistern auf einem ebenen Substrat. Die Information wird durch magnetische Domänen dargestellt, die sich in innerhalb einer dünnen magnetischen Schicht ausgebildeten Forfpflanzungskanälen unter der Wirkung wechselnder Magnetfelder bewegen können, die durch Stromjmpulse erzeugt werden, welche an einen Versehiebejeiter angelegt werdet), wie es beispielsweise in der französischen Patentanmeldung 74 08 011, Veröffentliohungsnummer 22 63 577, beschrieben ist, die einen Domänentransportspeicher betrifft, bei dem unter dem Einfluß elektrischer Ströme ein synchronisierter Domänenvorschub in einem durch eine auf einem isolierenden Substrat aufgebrachte anisotrope Weichmagnetschicht

ίο gebildeten Kanal erreicht wird, in dem ein vom Kanal durch eine Isolierschicht getrennter Mäanderleiter sich entlang des Fortpflanzungskanals erstreckt und Zusatzschichten oder Auflagen auch Weichmagnetsubstanz zumindest teilweise die Länge der Segmente des M5.anderleiters bedecken, die sich senkrecht zur Geraden des Fortpflanzungskanals erstrecken, wobei allerdings zwei verschiedene Leitungsschichten benötigt werden, um die Funktionen des Verschiebens, des Schreibens und des Lesens der Domänen zu gewährleisten, die erst eine Nutzung der Register erlauben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Produktionskosten von Domänentransportspeichern zu reduzieren und insbesondere eine Anzahl bei der Herstellung solcher miniaturisierter Elektronikteile gegebener, schwieriger Einstellvorgänge von Relativpositionen verschiedener Elemente zu vermeiden.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist der magnetische Domänentransportspeicher der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die harte

jo Magnetschicht an der Basis des Leiters angebracht ist; daß eine andere magnetische, harte Schicht mit der weichen magnetischen Grundschicht gekoppelt ist; und daß die Teile der leitenden Auflagen den Rand des Mäanders an der Seite des Domäneneingangs dieses Mäanders überborden.

Die Domänen werden gemäß der Lage der Schicht magnetisiert und sind während der Abwesenheit eines Einwirkungsstroms stabil; das Gedächtnis des Speichers ist also nicht flüchtig. Die Informationsdichte liegt bei 15 000 Bits/cm² und kann bis auf 100 000 Bits/cm² ohne beachtenswerte Modifikation der Ausführungsart gesteigert werden.

Die vorliegende Erfindung erlaubt die Ausführung der Funktionen des Verschiebens, Schreibens und Lesens der Domänen mit einer einzigen Leitungsschicht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Teil eines Fortpflanzungselementes mit einem mäanderförmigen Verschiebeleiter;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Segment des mäanderförmigen Verschiebeleiters entlang der Linie 11-11 der Fig. I;

Fig.3 im Detail einen mäanderförmigen Kanal und die Mittel zum Einschreiben, Verschieben und Lesen eines vollständigen Registers;

Fig.4 die Geometrie der Kanäle und Absetzfelder; und

F i g. 5 die Anordnung einer einzigen Leseschleife für beide Phasen eines Registers, die es erlaubt, bei jedem Wechsel des Verschiebungsstroms ein Signal zu erhalten.

Mit Bezug auf die F i g. I und 2 werden im folgenden

h5 die Konstruktionsweise und der Domänentransport analysiert.

Die Domänen bilden Zonen im Inneren der Kanäle 2a, in denen die in Fig. I mit dem Vektor M\

bezeichnete Magnetisierung antiparallel zur anfänglichen Magnetisierungsrichtung Mo der gesamten weichen magnetischen Grundschicht 2 ist.

Die Fortpflanzungskanäle sind durch die Bänder oder Kanäle 2a definiert, auf denen ein fotosensibles Harz das Absetzen einer harten Schicht 3 mit einem Koerzitivfeld H'_c = 600 Oe verhindert hat, wobei die harte Schicht 3 über Austauschkräfte mit der weichen Grundschicht 2 mit einem Koerzitivfeld von H_c - 1,5 Oe gekoppelt ist Die weiche Grundschicht wird also in ihrer Magnetisierung im Bereich der aufliegenden harten Schicht 3 — also außerhalb der Kanäle 2a — durch das Koerzitivfeld der harten Schicht 3 bestimmt. Erst bei einem externen Feld von etwa 50Oe findet eine Entkopplung und im Falle, daß das externe Feld dem Koerzitivfeld entgegengesetzt ist, eine Umkehrung oder Umwandlung der Richtung der Magnetisierung der weichen Schicht 2 statt; die über den Verschiebeleiter ausgeübten Felder sind in der Größenordnung von 15Oe; es kann sich also keine Domäne in der gekoppelten Schicht außerhalb der Fortpflanzungskanäle 2a bilden.

Fig. I illustriert die Grundstruktur der Register. Ein gewinkelter Kanal 2a mit zwei parallelen Kanalteilen ist ebenso dargestellt wie die Position einer Domäne Di, die bei Abwesenheit von Strom im Verschiebeleiter 5—6 erhalten bleibt, und die den Speicher eines Informationsbits bildet. Man bemerkt, daß der Kanal 2a am Umkehr- oder Absetzpunkt ein verbreitertes Durchgangsfeld Di, bildet. jo

Die Aufrechterhaltung von Domänen kleiner Größe mit etwa 5 μ Breite und 25 μ Länge wird durch ein magnetostatisches Feld gewährleistet, das durch eine harte magnetische Schicht 3 mit einem Koerzitivfeld H_c = 150Oe erzeugt wird, die auf der Isolierschicht 4 entsprechend der Zeichnung des in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten Mäanders aufliegt. Eine. Leitschicht 6, beispielsweise aus Elektrolytkupfer, ist anschließend auf diesen Mäander zur Herstellung des Hauptteils des Verschiebeleiters aufgelegt.

Der Abschluß des Verschiebeleiters ist schließlich durch die zur Achse der Mäandersegmente dezentrierte Auflage überdicken Leitermaterials gebildet. Diese Überdicken, beispielsweise durch eine Abscheidung von Elektrolytkupfer gebildet, überborden den Rand der Mäandersegmente senkrecht zum Do-.nänenfortpflanzungskanal und an der Seite des Domäneneingangs in E und Fder Fig. I.

Der vollendete Verschiebeleiter ist im Schnitt in F i g. 2 dargestellt, wobei der Teil 7 deutlich dicker als der Teil 6 ist, praktischerweise in einem Verhältnis von 2:3.

Die Magnetisierungsrichiung in der harten Magnetschicht 3, die an die Grundschicht 2 gekoppelt ist, ist bei der Herstellung durch die Anwendung eines 1300Oe starken Feldes in Richtung von Mogegeben.

Die Magnetisierungsrichtung der zweiten harten Magnetschicht 5 auf der Isolierschicht 4 ist ebenso fabrikationsmäßig durch die Anwendung eines Feldes von 300 Oe in der zu Mo antiparallelen Richtung von Mi eo gegeben.

Derart resultieren Linien der magnetischen Pole » + « und » —« auf den Rändern der zweiten harten Magnetschicht 5, wie in Fig. I angezeigt, die ein demagnelisierendes Feld Hd unterhalb der Bänder oder h5 Kanäle und ein maguetisierendes FeW H_n, zwischen diesen Bändern erzeugen.

Es ist da* statische, magnetisierende Feld, das die Domärienerhaltung an den teilweise zwischen den Leitern gelagerten Stellen der Kanäle 2a erlaubt, wie es die Zeichnung der Domäne D₂ in der F i g, 1 andeutet.

Wenn ein Strom k geeigneter Polarität im Verschiebeleiter fließt, wächst die Domäne D₂ unter dem Leiter, dort wo sie sich in der Fig, 1 nach rechts erstreckt, bis sie den benachbarten Platz der Domänenerhaltung in Di erreicht

Indessen wird der linke Teil der Domäne durch die Inversion des Stroms am Anfang des folgenden Zeittakts gelöscht, und zwar um so besser, als die Löschzeit einer Domäne vielfach kürzer ist a!s die Wachstumszeit Es ergibt sich hier sozusagen ein Vorgehen um einen halben Schritt bei jedem Zeittakt, d. h. bei jedem Wechsel eines bipolaren Impulszugs.

Wenn die Domäne in der Position Di beim folgenden Wechsel anlangt, dringt die Domäne in das Durchgangsfeld Da, wo sie sich unter der Einwirkung des durch den Strom gleicher Richtung in den Leitungssegmenten At, B4, G, Di, und As, Bs, Cs, Ds erzeugten Fn-tpflanzungsfeldes verbreitert. Das durch den Strom bewirkte Feld der Größenordnung von 15 Oe ist ausreichend, um das durch das der Domäne und den Rändern des Durchgangsfeldes eigene entmagnetisierende Feld vergrößerte Koerzitivfeld der weichen Schicht zu übertreffen. Die Domäne wächst, bis sie in den oberen Kanal bei der Position Ds eindringt. Beim folgenden entgegengesetzten Polaritätswechsel wird die Domäne im Feld Dt, ausgelöscht und besteht nur noch fort in Ds und D₆. Die Domäne hat so den Absetzknick des Kanals überwunden. Die Fortsetzung der Domänenfortpflanzung nach links im oberen Kanal ist ähnlich der Fortpflanzung nach rechts im unteren Kanal, die gerade beschrieben wurde.

Ein ausreichend angehobener Wert des Anisotropiefeldes Hk 30 Oe vermeidet die Bildung neuer Domänen während der Ausübung des Wachstumsfeldes für die Domänen.

Da die Unterlage zweiphasig gestaltet werden kann, sind bei jedem Zeittakt eine Lesung und ein Einschreiben erreichbar; beispielsweise ist der Durchfluß bzw. die Datenrate pro Leselinie 1 Mb/s.

Mit bezug auf F i g. 3 wird nunmehr ein vollständiges Register beschrieben. Die Verschiebeschleifen 6—7 und die Leseschleifen 9 sind durch die Aufbringung einer einzigen gleichen Schicht, beispielsweise aus Kupfer, auf der Isolierschicht 4 realisiert.

In F i g. 3 ist weiter die Anordnung der Schreibschleife 8 relativ zu den Verschiebeschleifen 6—7 gezeigt. Die Verengung 8a der Schleife über dem Kanal 2a erlaubt, lokal ein Magnetfeld von ungefähr 20Oe im Mittel bei einem Strom von 100 mA anzuwenden, das um 45° zur leichten« Achse geneigt ist. Das Transversalfeld kehrt lokal die Magnetisierung im Fortpflanzungskanal 2a um, was das Schreiben eines Bits »1« bewirkt.

Die in Fig.3 gezeigte Verbreiterung des Kanals 2b erlaubt, die Schreibschwelle durch Verminderung der Formanisotropie zu erniedrigen.

Die F i g. 3 zeigt ei~en gewundenen oder mäanderförmigen Kanal 2a, in dem die Domänenfortbewegung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird. Die Verschiebeschleife 6—7 umläuft einen ihrer Eingangskontakte 6a, um doppelte Durchgänge dort auszuführen, wo der Strom gleichgerichtet über den Durchgangsfeldern 2c eines Kanalsi-gments zu einem benachbarten Segment geschickt wird, wie es die auf der Schleife dargestellten Pfeile anzeigen.

Die Fie. 3 zeigt bei 2d eine Verbreiterung des

Fortpflanzungskanals 2a, über dem der Verschiebeleiter 6—7 in doppelten Durchgängen zur Vergrößerung der DomänengröQe angeordnet ist. Tatsächlich ist die Verbreiterung einer Domäne von einem der Domäne eigenen entgegengerichteten Demagnetisierungsfeld begleitet.

Das angewandte Feld von ungefähr 15Oe wäre ungenügend, um die Domäne auf eine Länge von 50 μ zu vergrößern. Die doppelten Durchgänge, in denen der Strom in benachbarten Durchgängen einsinnig ist, erlauben die Vergrößerung einer Domäne auf ungefähr IOO μ Länge bei gleichem Feld von 15 Oe.

Für einen kurzen Stromimpuls, beispielsweise von einer MikroSekunde, ist das seitliche Wachsturn der Domäne schwach — in der Größenordnung von 100 μ. Es sind also mehrere Stufen zur Verbreiterung der Domänen nützlich. Die Fig. 3 zeigt zwei Verbreiterungsstufen.

Es ist notwendig, die Domäne bis zu 1 mm zu vergrößern, um ein brauchbares Signal der Größenordnung einiger mV durch die Änderungen des magnetischen Flusses in einer solchen flachen Schleife, wie die über dem Durchgang des Domänenwachstums angeordnete Schleife 9 der F i g. 3, zu erhalten.

Diese Flußvariation wird beim Durchgang der magnetischen Ladungen, die am Ende der Domäne während ihres Wachstums existieren, unterhalb der Verbreiterung 2c/unter der Leseschleife 9 induziert.

Um diese Domänenvergrößerung in einer beschränkten Stufenzahl zu erhalten, ist es notwendig, mehrere

■i Verbreiterungen 2c/ parallel anzuordnen, die vom Eingangspunkt eine gleiche Stufenzahl haben, wie es das Schema der F i g. 5 zeigt.

Die Fig.4 zeigt die Geometrie der Umlenk- oder Absetzfelder 2c des Kanals 2a, die verschiedene

ίο Verzweigungen der Domäne erlaubt. Die Fig. 5 zeigt die Anordnung einer einzigen flachen Leseschleife für beide Phasen φι. qrj eines Registers, das ein Signal bei jedem Vorstromwechsel zu erhalten erlaubt.

Die Leitschicht 6 ist in den F i g. 4 und 5 nicht

i^r> dargestellt, um die Schemata nicht zu überladen. Das beim Domänenlöschcn existierende Signal stört nicht, da das Löschen viel schneller vor sich geht als die Fortpflanzung und es während der Stromwachstumszeit stattfindet, wogegen das Domänenlesen während des

2n Fortpflanzen? der Domänen stattfindet, d. h. also bei einem Stromniveau außerhalb der Übergangsstörung.

Die Erfindung erlaubt magnetische Domänentransportspeicher herzustellen, die gestatten, eine große Zahl von Informationen bei reduziertem Raumbedarf zu erhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Magnetischer Domänentransportspejcher mit einem die Domänenfortpflanzung unter der Wirkung elektrischer Ströme ausführenden, durch ein Band anisotroper, weicher magnetischer Substanz geformten Kanal, wobei die Substanz aus einem isolierenden Substrat aufgebracht ist, mit einem einzigen, mäanderförmigen Domänenverschiebeleiter mit einer harten Magnetschicht, einer Stromleitungsschicht und leitenden, relativ zur Mäanderachse dezentrierten Auflagen, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Magnetschicht (5) an der Basis des Leiters (16) angebracht ist; daß eine andere magnetische, harte Schicht (3) mit der weichen magnetischen Grundschicht (2) gekoppelt ist; und daß die Teile (7) der leitenden Auflagen den Rsind des Mäanders an der Seite des Domäneneingangs dieses Mäanders überborden.

2. Magnetischer Domänentransportspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (2a) zwei in der weichen magnetischen Schicht (2) benachbart angeordnete Kanalteile aufweist, die über ein Durchgangsfeld (2c, D₄) verbunden sind; und daß der Domänenvorschub in den beiden benachbarten Kanalteilen mittels einer Versetzung der leitenden Oberdicken am Rande des Mäanders zum Domäneneingang hin erreichbar ist.

3. Magnetischer Domänentrcnsportspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eiine einzige Leitun^sschicht zur Sicherstellung aller zur Nutzung des Speichers notwendigen Funktionen, wie Schreiben, Verschieben, Aufrechterhalten und Lesen der die Information tragenden Domänen unter Ausschluß der Anwendung t .terner statischer oder pulsierender Magnetfelder gegeben ist.

4. Magnetischer Domänentransportspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Kanalteile verbindende Durchgangsfeld (2c, D₄) ein gegenüber der Breite der Kanalteile verbreitertes Durchgangsfeld (2c, D₄) ist.

5. Zweiphasiger Speicher mit zwei identischen magnetischen Transportspeichern nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Speicher auf dem gleichen Substrat angebracht sind, so daß eine einzige Leseschleife (9) beiden Speichern gemeinsam ist, um ein Signal bei jedem Vorstromwechsel zu erhalten.