DE2736156A1

DE2736156A1 - Magnetische blasendomaeneneinrichtung mit einer gitterstapelstruktur

Info

Publication number: DE2736156A1
Application number: DE19772736156
Authority: DE
Inventors: John Lilburn Archer; Michael Thomas Elliott; Tsutomu Kobayashi
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1977-08-11
Publication date: 1978-03-02
Also published as: CA1104252A; DE2736156B2; FR2362469B1; NL7708636A; US4059828A; GB1546310A; JPS5731235B2; JPS5326537A; DE2736156C3; FR2362469A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Blasendomäneneinrichtung mit einer Gitterstapelstruktur gemäss dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung bezieht sich somit im allgemeinen auf eine magnetische Blasendomänen-Einrichtungsstruktur und im speziellen auf einen verbesserten magnetischen Blasendomänenspeicher, der die Blasen-Gitter-Stapel-Technik benutzt.

Bei konventionellen magnetischen Blasendomäneneinrichtungen wird die Information durch das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Blasen dargestellt und die Bit-Positionen werden durch Einrichtungsstrukturen» wie beispielsweise Permalloy- T-Bar- Anordnungen und Chevronmuster, vorgegeben. Die Speicherdichte der solche Einrichtungen verwendenden Speicher ist jedoch begrenzt. Das heisst, die gegenseitige Beeinflussung der Domänen macht eine Bit-Trennung von mindestens vier Blasendurchmessern netwendig, und die minimalen Dimensionen der Einrichtungsstrukturen (die typischprweise die Hälfte des Blasendurchmessers betragen) bringen ein niedrigeres Limit für die Blasengrösse an.

Diese Beschränkungen werden durch eine neue Entwicklung, die sogenannte!Blasen-Stapel, entspannt, die durch "Voegeli 1974 auf der Konferenz für Magnetismus und magnetische Materialien vorgestellt wurde. Bei dieser Verbesserung sind die Blasen dicht beieinander in einer hexagonalen Gitter-Konfiguration eingepackt, und die Information wird dargestellt durch das Vorhandensein oder das NichtVorhandensein eines Paares von Bloch-Linien innerhalb der Domänenwand der Blase. Dies wirkt sich hinsichtlich der Speicherdichte aus, die, für einen gegebenen Blasendurchmesser, im Vergleich zu konventionellen Blaseneinrichtungen bis zu einer Grössenordnung grosser sein kann. Weiterhin werden, da die Bit-Positionen "selbstvorge-

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gebene" Einrichtungsstrukturen sind und nicht an jeder Bit-Position angebracht werden müssen, die Beschränkungen hinsichtlich der lithographischen Technik entspannt.

Ein Gitter-Stapel-Säulen-Zugriffssystem wird von Voegeli u.a. in AIP Conference Proceedings, 24, 617 (1974) und von Rosier u.a. in AIP Conference Proceedings, 24, 62o (1974) beschrieben. Das System besteht im Grundsatz aus einem Speichergitter, das η Säulen von m Blasen aufweist, die seitlich übersetzt werden können, wobei ein oder mehrere Zugriffskanäle das Speichergitter kreuzen. Jeder dieser Kanäle v/eist ein Schieberegister zum Fortbewegen einer Blasensäule auf und wird an den entgegengesetzten Enden durch Schreib- und Lesestationen abgeschlossen.

Ein Zugriff zu den Daten wird hergestellt, indem man entweder das Gitter nach links oder nach rechts überträgt, bis die adressierte Säule in dem nächsten Zugriffskanal angeordnet ist. Die Blasen in der adressierten Säule bzw. Spalte bewegen sich dann entlang des Kanals fort und werden von einem geeigneten Detektor erfasst. Das Domänenmuster bleibt bei der übertragung unverändert, weil Puffer-Spalten eingeführt sind und an entgegengesetzten Enden der Speicherfläche ausgezogen sind, so wie es in der US-PS 3 93o 244 beschrieben wird.

In bekannten Systemen wird die Information dargestellt durch das Vorhandensein (S=O) oder das NichtVorhandensein (S=1) eines Paares von Bloch-Linien innerhalb der Domänenwand einer Blase in der Granatschicht. Der Schreibvorgang der bekannten Technik schliesst das Steuern dieser Wandzustände durch ein örtliches, ebenes Feld und eine kritische Domänenwandgeschwindigkeit ein. Der Lesevorgang erfordert eine Unterscheidung zwischen Blasen unterschiedlicher.Wandzustände sowie ein Erfassen dieser Blasen durch konventionelle Blaseneinrichtungeny

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Bei einer Entwicklung beruht diese Unterscheidung auf der Differenz der Ablenkwinkel in einem Feldgradienten und ist dabei unvermeidlich zerstörend.

Es wurden Anstrengungen unternommen, um die gute Handhabbarkeit von Blasen-Gitter-Stapel-Einrichtungen zu demonstrieren. Die anfängliche Gitterbesetzung und das Übertragen wurden bereits erfolgreich demonstriert, indem man sowohl die Strom-Zugriffstechnik als auch die Feld-Zugriffstechnik bei massigen Frequenzen verwendet. Die Säulen- bzw. Spaltenübertragung wurde mit einigem Erfolg ebenfalls durchgeführt. Jedoch ist ein ernsthaftes Problem durch die Stützfeld-Fehlabctimmung zwischen der Speicherfläche und der Lese-/Schreibfläche vorhanden. Es wurden verschiedene Techniken vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen, jedoch ist eine zufriedenstellende Lösung bislang nicht bekannt geworden.

Die Steuerfähigkeit der Bloch-Leitungs-Wandzustände wurdo durch Hsu in "Control of Bubble Wall States for Bubble Lattice Devices", AIP Conference Proceedings, 24, 624 (1974) demonstriert; jedoch konnte die Stabilität dieser Wandzustände, ein Schlüsselelement der Blasen-Gitter-Stapeltechnik, noch nicht demonstriert werden. Gemäss der oben genannten Studie von Hsu über isolierte Blasen in Ionen-implantierten Granatschichten, ist ein ebenes Feld notwendig, um den S=O-Zustand zu stabilisieren. Auf der anderen Seite wirkt jedoch ein zu grosses ebenes Feld der Stabilität des S=1-Zustandes entgegen. Mit anderen Worten, sowohl der S=O- als auch der S-1-Zustand sind "statisch" stabil in einem bestimmten Bereich des ebenen Feldes. Eine radiale und translatorische Blasenbewegung schmälert den Stabilitätsbereich. Wenn entweder die radiale Wandgeschwindigkeit oder die translatorische Blasengeschwindigkeitden entsprechenden kritischen Wert erreicht, verschwindet der Stabilitätsbereich für die Wand-

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zustände. Der Stabilitätsbereich wird ebenso mit ansteigender Temperatur kleiner. Weiterhin ist die Stabilität der Wandzustände empfindlicher für Granatdefekte als andere Eigenschaften, wie z.B. die Koerzitivkraft. Kurz gesagt, die Stabilität der Wandzustände ist eigentlich viel schlechter als diejenige der Blase selbst. Dies wirft ernsthafte Zweifel auf, ob dieses Informations-Code-Schema überhaupt lebensfähig ist . Darüber hinaus scheint es, wie bereits oben erwähnt, mit diesem Code-Schema nicht möglich zu sein, nicht-zerstörend auszulesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zn lösen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich damit auf eine verbesserte magnetische Blasendomänen-Speicherstruktur und auf ein neues Code-Schema, das in Verbindung mit der Struktur verwendet wird. Die Struktur weist eine zusammengesetzte Schicht auf, die fähig ist, zwei magnetische Blasendomänen in vertikaler Ausrichtung zu tragen. Bei einer Ausführungsform weist die Schicht bzw. der Film zwei magnetische Schichten auf, die durch eine Zwischenoberfläche oder -schicht getrennt sind. In dem Speicher abzuspeichernde . Information wird dargestellt durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von kodierten Blasen in einer dieser Schichten. Die kodierten Blasen werden durch Trägerblasen manipuliert, die in einer hexagonalen Gitterkonfiguration in der anderen Schicht dicht gepackt sind. Eine erste Vorspannschicht ist benachbart der die Information, d.h. die kodierten Blasen tragenden Schicht angeordnet. Die erste Vorspannschicht ist mit im wesentlichen allen Teilen des Systems, die die Speicherfläche verwenden, benachbart. Eine zweite Vorspannschicht ist benachbart der Steuerschicht (Trägerblasen) im Bereich

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der üblichen Blasendomänen-Einrichtungs-Arbeitsweise angeordnet, beispielsweise in den Eingangs-/Ausgangsregionen o. dgl., wobei diese zweite Vorspannschicht jedoch nicht die Gitter-Stapel-Speicherfläche überdeckt.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispielen wird die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer selbst-vorgespannten bzw. selbst-stützenden Blasen-Gitter-Stapelstruktur gemäss der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles der selbst-stützenden Blasen-Gitter-Struktur der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die das wirksame Stützfeld und den Blasen-Stabilitätsbereich als eine Funktion des Verhältnisses der wirksamen Dicke zu der wirksamen Material-Charakteristik-Länge h*/X * und zwar für die Ausführung gemäss der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine selbstgestützte Blasen-Gitter-Struktur, die geraäss der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Diese Struktur ist im wesentlichen die Konfiguration, die u.a. in der oben genannten US-PS 3 93o 244 beschrieben ist. Diese Ansicht, die senkrecht auf der Zeichenebene der Figur steht, zeigt eine Blasen-Gitter-Stapel-Struktur (bubble lattice file structure), die im wesentlichen trapezförmig in den Abmessungen ist. Die Struktur weist eine Blasen-Gitter-Region 1o auf, zu der benachbart an ihren entgegengesetzten Enden Puffer 11 und 12 vorgesehen sind. Die Puffer 11 und 12 sind von dem Typ, der in dem oben genannten Patent beschrieben wird, und weisen .zylindri-

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sehe oder streifenförmige Blasen 11A bzw. 12A auf, um die Blasensäulen zu den Zugriffskanälen zu übertragen. Die Informationsspeicherflache der Gitterstruktur 1o ist im wesentlichen zwischen den Linien 13 und 14 angeordnet, die die Übergangsstellen zwischen dem Gitter 1o und den Pufferzonen darstelleil.

Zugriffskanäle 1 und 2 erstrecken sich über die Blasen-Gitter-Stapelstruktur und weisen sowohl Kanalsäulen 15, 16 und 17 als auch Säulen 15A, 16A und 17A auf. Im speziellen werden die Kanalsäulen 15 und 16 dazu verwendet, Blasen in ihnen fortzubewegen, und zwar in eine Richtung, die durch die benachbarten Pfeile angegeben ist. Die Kanalsäulen 17 und 17A sind als einzelne Säulen angegeben. Die Kanäle 17 und 17A sind jedoch so ausgebildet, dass sie eine Breite s haben, die irgend eine Zahl von Säulen aufweisen kann, die notwendig oder gewünscht ist, um eine optimale Arbeitsweise der Einrichtung zu erhalten.

Die äussere Peripherie der Gitter-SpeicherrRegion 1o der Blasen-Gitter-Stapelstruktur wird durch die Kanten 24 der vorspannenden bzw. stützenden Schicht 23 vorgegeben, die später in allen Einzelheiten noch beschrieben wird, und die die Gitterregion umgibt. Dämme bzw. Sperren 21 und 22 können aus einem schmalen Streifen eines Materials ähnlich der Schicht 23 hergestellt werden. Daher können die Dämme während der Herstellung Gitterregion durch Maskieren, Ätzen oder dergl. hergestellt werden. Die Dämme 21 und 22 sorgen dafür, dass die Blasen in den Säulen bzw. Spalten zeilenweise ausgerichtet bleiben.

An den Katen der Gitterregion 1o sind Blindzeilen 18 und vorgesehen. Die Blindzeilen sind vorgesehen, um eine Vielzahl von Blasendomänen zu speichern. Diese Anordnung erlaubt

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eine grössere Flexibilität 'and Steuerung als die Streifenblasen der Pufferzonen, im speziellen im Bereich der Zugriff skanäle . Im allgemeinen sind die Blasen in den Blindzeilen, ausgenommen im Bereich der Zugriffskanäle, relativ unbeweglich. Die Blasen in der Blindzeile im Bereich der Zugriffskanäle sind jedoch frei, um sich zu bewegen. Tatsächlich sind diese Blasen Teil der Information, die in der Gitterregion gespeichert ist.

Die Eingangs-/Ausgangsregion 2o wird benachbart der Gitterregion 1o auf der Schicht 23 vorgegeben. Ein Vervielfacher/ Vernichter 25 ist mit einem Teil aes Kanals 15 des Zugriffskanals 1 verbunden. In gleicher Weise ist ein Generator 27 mit einem Teil des Kanals 16 verbunden. Ein Detektor 26 ist, wie gewünscht, mit den Kanälen 15» 16 oder 17 verbunden. Natürlich können der Generator, der Vervielfacher/Vernichter und/oder der Detektor in irgend einer Weise an irgend einer geeigneten Stelle in Bezug auf die Zugriffskanäle angeordnet werden. Weiterhin können diese Komponenten von irgend einer gewünschten Konfiguration sein und aktive oder passive Elemente, je nach Wunsch sein. Darüber hinaus kann ein getrennter Eingabe-/Ausgabebereich relativ zu jedem Zugriffskanal vorgesehen werden, wodurch parallele Ausgänge von verschiedenen Informationskanälen selektiv erhalten werden können, um eine Multiplex-Anordnung oder dergl. vorzusehen.

Im allgemeinen ist die Arbeitsweice der Blasen-Gitter-Stapelstruktur gemäss Fig. 1 typischerweise dieselbe wie die bekannter Strukturen; das heisst, die Puffer 11 und 12 können so manipuliert werden, dass sie veranlassen, dass eine Säule von Blasen zu einem Zugriffskanal übertragen wird, z.B. zu dem Kanal # 1. Abhängig von der gewünschten Arbeitsweise werden die Blasen zu den Kanalsäulen 15 oder 17 übertragen.

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Natürlich sieht der Kanal 15 eine schnellere Zugriffszeit für eine Ausgangsinformation vor. Die Blasen werden dann entlang des Kanals 15 fortbewegt vermittels des bevorzugten Strom- oder Feldzugriffs-Mechanismus . Der Vervielfacher 25 veranlasst, dass die Blase vervielfacht wird, wobei eine Blase entlang der Schleife fortschreitet, und zwar über die Blindzeile 19 in die Kanalsäule 16. Zusätzlich wird eine vervielfachte Blase durch den Detektor 26 fortbewegt. Auf diese Weise ist ein nicht-zerstörendes Auslesen möglich. Die Arbeitsweise des Generators 27 ist typisch und gibt Eingangsblasen für die Kanalsäule 16 vor.

Das Vorsehen der Eingangs-/Ausgangsregion 2o benachbart der Gitterregion 1o auf der Stutzschicht 23 erlaubt verbesserte Kodieranordnungen und Verwendungsanordnungen, die im folgenden im Detail beschrieben werden. Darüber hinaus werden die Schwierigkeiten und Nachteile, z.B. das Übertragen einer Information von der Gitterregion zu der konventionellen Region, die häufig bei den bekannten Strukturen dieses Typs auftraten, durch die Anwendung der Blasen-Gitter-Stapelstruktur, die in Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird, vermieden.

Die Fig. 2 zeigt den Querschnitt eines Teils der Blasen-Gitter-Stapelstruktur nach Fig. 1. In der eelbstgestützten Blasen-Gitter-Stapelstruktur gemäss Fig. 2 wird ein geeignetes Substrat 54 verwendet. Dieses Substrat kann z.B. aus einem Gadolinium-Gallium-Granat-Einkristall (G ) gebildet werden. Die bodenseitige Stützschicht 53 ist auf der Oberfläche des Substrats 54 in einer geeigneten Weise ausgebildet. Die bodenseitige Stützschicht 53 kann aus (EuEr)^(FeGa)5O₁₂ oder aus ähnlichen Typen von magnetischem Blasendomänenmaterial gebildet werden, und zwar durch ein Epitaxial-, CVD- oder

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irgend ein anderes geeignetes Verfahren. Viele Typen von Materialien und Verfahren sind bekannt, und irgend ein geeignetes kann verwendet werden. Die bodenseitige Stützschicht 53 ist jedoch dahingehend ausgewählt, dass sie ein extrem hohes anisotropes Feld (Ht, ) aufweist. Daher bleibt die Schicht 53, wenn sie in einer Richtung gesättigt ist, wie es durch Pfeile angedeutet wird, in dem gesättigten Zustand, bis ein grösseres Feld als Hv in der entgegengesetzten Richtung angelegt wird. Diese Schicht sieht daher ein wirksames Stützfeld für die übrigen Teile der Blasen-Gitter-Stapelstruktur vor, wie bereits oben erwähnt.

Auf der Oberfläche der Schicht 53 ist eine kodierte Blasenschicht 52 eines magnetischen Blasendomänenmaterials von einem Typ. der geeignet ist, Blasen zu tragen, ausgebildet, und zwar unter Verwendung irgend eines geeigneten Verfahrens-Wiederum kann irgend ein geeignetes Material oder Verfahren, von denen viele bekannt sind, verwendet werden.

Auf der kodierten Blasenschicht 52 ist in einer geeigneten Weise, beispielsweise unter Verwendung der LPE- oder CVD-Technik, eine Trägerblasenschicht 5o ausgebildet. Die Schicht 5o ist aus einem magnetischen Blasendomänenmaterial hergestellt, das Charakteristiken hat, die ähnlich der Schicht sind.

Oberhalb von Teilen der Trägerblasenschicht 5o ist eine kopfseitige Stützschicht 23, wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet, um eine Stützschicht in Bezug auf die Schicht 5o auszubilden. Die Charakteristiken der kopfceitigen Stützschicht 23 sind ähnlich denjenigen der Schicht 53.

Bei einigen Ausführungsformen kann eine getrennte Schicht zwischen der Trägerblasenschicht 5o und der kodierten BIa-

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senschicht 52 vorgesehen werden. Die Zwischenschicht 51 kann eine epitaxial gewachsene Gadolinium-Gallium-Granat-(G^)-Schicht, eine nichtmagnetische Schicht oder eine Schicht mit einem ebenen magnetischen Vektor Mp sein.

Es ist verständlich, dass die spezifischen Typen der Materialien oder Verfahren nicht Teil der Erfindung für sich genommen sind. Daher ist die Erwähnung solchex' Materialien oder Verfahren nur beispielsweise und nicht dazu vorgesehen, die Erfindung zu begrenzen. Jedes geeignete Verfahren oder Material ist anwendbar.

Das Code-Schema, das durch die Verwendung von geeignetem Material möglich ist, erlaubt das selektive Vorsehen von magnetischen Blasen in entsprechenden Schichten 5o und 52. Die Schicht 5o, die Trägerblasenschicht, weist typischerweise eine grosse Anzahl von Blasen auf, die im wesentlichen dicht gepackt in der Blasen-Gitter-Stapelstruktur sind. Diese Blasen sind diejenigen, die in Abhängigkeit von der Arbeitsweise der Blasen-Gitter-Stapelstruktur gemäss der Fig. 1 bewegt werden. Die Trägerblasen, wie beispielsweise die Blasen 55» 57 und 58, werden dazu verwendet, um kodierte Blasen, beispielsweise die Blasen 56 und 59, durch die Struktur hindurch fortzubewegen. Die Blasen 56 und 59 stellen, wenn sie magnetisch mit der Trägerblase gekoppelt sind, eine sogenannte Doppelblase dar, die eine binäre Eins repräsentiert. Trägerblasen ohne eine kodierte Blase in der Schicht 52 sind die sogenannten "Halbblasen'¹ und stellen eine binäre Null dar (Vgl. Blase 57). Daher beruht der erzielte Vorteil des Kodierehs auf dem Vorhandensein oder NichtVorhandensein einer kodierten Blase und nicht auf den Bloch-Wände-Charakteristiken.

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Um eine verwendbare Einrichtung aufzubauen, ist es notwendig, eine Struktur (Fig. 1 und 2) vorzugeben, in der die Doppelblase sowohl in der Blasen-Gitter-Stapel- als auch in den Eingabe-/Ausgabe-Regionen stabil bleibt und in der die Halbblase in der Blasen-Gitter-Stapel-Region stabil bleibt, Jedoch in der Eingabe-/Ausgaberegion sich auflöst. Darüber hinaus müssen die Doppel- und Halbblasen im wesentlichen denselben Durchmesser in der Blasen-Gitter-Stapelregion haben, damit sie ein gleichförmiges Gitter bilden. Diese Rand bedingungen, d.h. Stabilität und Gittergleichförmigkeit, werden in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem das wirksame Stützfeld und der Blasen-Stabilitätsbereich über h*/A * aufgetragen ist. Hierbei bedeuten h* den "wirksamen" Wert der Dicke (h) und A * den "wirksamen" Wert der charakteristischen Länge (/ ) verschiedener Typen von Blasen, beispielsweise der Doppel- und Halbblasen. In diesem Diagramm befindet sich der Bereich, in dem die magnetischen Blasendomänen stabil sind, zwischen den Linien 1oo und 1o1. In dem Bereich oberhalb und links von der Linie 1oo fallen die magnetischen Blasendomänen in Abhängigkeit von dem Stützfeld in sich zusammen, d.h. kollabieren. Umgekehrt laufen unterhalb und rechts neben der Linie 1o1 die Blasendomänen in Streifen aus, und zwar in Abhängigkeit von dem angelegten Feld.

Die Linien 1o2 und 1o3 stellen das wirksame Stützfeld Ms dar, das durch die Doppelstütz- bzw. Einzelstützstruktur vorgegeben wird. Die Doppelstützstruktur ist die Struktur, die in der Eingabe-/Ausgabe-Region 2o der Fig. 1 und 2 dargestellt ist und die Stützschichten 53 und 23 aufweist. Die Einfach-

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Stutzstruktur wird durch die Region 1o in den Fig. 1 und 2 dargestellt und weist nur eine einzige Stützschicht 53 auf. Die Werte der Linien 1oo, 1o1, 1o2 und 1o3 sind weitgehend ähnlich den meisten magnetischen Blasendomänenstrulcturen dieses Typs.

Die vertikalen Linien 1o4, 1o5 und 1o6 sind Linien, die typische Werte für h*/A* vorgeben. Im speziellen stellt die Linie 1o4 den h*/X *-Wert (z.B. 2) für eine Halbblase (Höhe I12) dar, wogegen die Linie I06 den h*//\ *-Wert (z.B. 4) für eine Doppelblase (Höhe ungefähr hi + h£) darstellt. Die horizontalen Linien 1o7, I08 und 1o9 stellen typische Werte von HgffATTMs dar. Diese Werte stellen die Werte des Feldes dar, bei dem die Linien 1o2 und 1o3 (Stutzlinien) die charakteristischen Linien 1o4, 1o5 und I06 schneiden. Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Linie 1o3, die eine Einfach-Stützstruktur darstellt, drei Schnitte mit den h*//\ *-Linien erzeugt. Diese Schnittpunkte A, C und D stellen einen stabilen Domänenbereich, einen Ausstreifbereich und einen Kollapsbereich dar, abhängig von den Werten von h.*//) *. In ähnlicher Weise erzeugt die Linie 1o2, die eine Doppel-StUtzstruktur darstellt, drei Schnitten mit den h*//\*-Leitungen. Hierbei ist jedoch nur der Schnitt B, eine stabile Blasenregion, für die vorliegende Beschreibung von Bedeutung. Das heisst, um eine verwendbare Einrichtung zu errichten, ist es notwendig, eine Struktur (Fig. 1 und 2) vorzugeben, in der die Doppelblasen sowohl in der Einfach- als auch in der Doppel-Stütz-Region stabil bleiben. Umgekehrt muss eine Halbblase in dem Einfach-Stützbereich stabil bleiben, soll jedoch in der Doppel-Stützregion, wie weiter unten beschrieben, kollabieren.

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Es soll nunmehr gleichzeitig auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen v/erden, um besser die erfindungsgemässe Einrichtung und seine Arbeitsv/eise vorzugeben. Bei bekannten Systemen gemäss dem Stand der Technik ist die Lebensfähigkeit des Code-Schemas, das die Wandzustände verwendet, höchst fraglich. Die hier beschriebene Neuerung verwendet eine zusammengesetzte Struktur, die aus zwei Blasen tragenden magnetischen Schichten 5o und 52 besteht, die durch eine Schicht 51 getrennt sein können. Die Information wird dargestellt durch das Vorhandensein oder NichtVorhandensein von Blasen in der bodenseitigen Schicht ("kodierte Blasen"), und diese Information wird manipuliert durch die Blasen in der kopfseitigen Schicht ("Trägerblasen"), die dicht gepackt in einer hexagonalen Gitterkonfiguration angeordnet sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Blasen tragenden Schichten 52 und 5o die Dicke h^ und h₂, die durch eine Schicht 51 der Dicke h_Q getrennt sind, wobei h_Q zu Null werden kann. Die Schicht 51 kann eine nichtmagnetische Schicht sein oder aus einem magnetischen Material bestehen, wie es später beschrieben wird. Wenngleich nicht notwendig, ist der Einfachheit halber angenommen, dass die beiden magnetischen Schichten dieselben Materialparameter, ausgenommen die Dicke, haben. Wenn die Schicht 51 hinreichend dünn ist (h_Q ^^h^ + h₂)» verhält sich eine Doppelblase (55 und 56) in gleicher Weise wie eine einzelne Blase mit der wirksamen Dicke h*^ hl + h₂), und zwar bedingt durch die starke magnetostatische Wirkung zwischen den beiden Schichten. Mit anderen Worten ist die Beziehung des Blasendurchmessers zu der Stützfeldstärke für eine Doppelblase identisch mit derjenigen einer einzelnen Blase der Höhe h*^Sh-j + h_2< Darüber hinaus kann eine Doppelblase in den Einrichtungen in gleicher Weise wie eine einzelne Blase manipuliert, d,h. erzeugt, vernichtet, vervielfacht usw. werden. Andererseits verhält sich eine Halbblase (57)

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exakt gleich einer einzelnen Blase der Dicke h* » h₂. Auf diese Weise kann eine Doppelblase (Binär 1) und eine Halbblase (Binär 0) dazu verwendet werden, binäre Ziffern darzustellen, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist.

In einem typischen Blasen-Gitter-Stapelspeicher sind die Trägerblasen der Schicht 5o dicht gepackt angeordnet und bilden ein hexagonales Blasengitter, wogegen die kodierten Blasen der Schicht 52 zufällig verteilt sind, wobei einige Blasen mehr oder weniger isoliert sind, jedoch weiterhin mit ihren entsprechenden Trägerblasen gekoppelt sind, und wobei andere Blasen wiederum dichter gepackt sind.. Ohne ein externes Stutzfeld sind die hexagonal dicht gepackten Trägerblasen stabil. Das heisst, die zwischen den Blasen wirkenden Kräfte sind ausreichend, urn die Blasendcmänen zusammenzuhalten und zu verhindern, dass einige ausstreifen. Die isolierten kodierten Blasen, z. B. die Blasen 56 oder 59, streifen jedoch in den Zuständen ohne Stützfeld aus, wenn nicht die Schichten 51 und 52 viel dünner als die Schicht 5o sind. Unglücklicherweise ist es jedoch unerwünscht, die Schicht viel dünner als die Schicht 5o zu machen,insofern, als dies bewirkt, dass die Doppel- und Halbblasen Eigenschaften erhalten, die so ähnlich sind, dass zwischen einer binären Eins und einer binären Null weitgehend nicht mehr unterschieden werden kann. Wenn die oben genannten Bedingungen nicht herstellbar sind, könnte ein externes Stützfeld die isolierten kodierten Blasen stabilisieren. In diesem Fall wäre jedoch der Durchmesser der Doppelblase beachtlich grosser als der Durchmesser einer Halbblase, wenn nicht die Schicht 51 dick genug ist, um die magnetostatische Kopplung zwischen der Trägerblase (z.B. 55) und der kodierten Blase (z.B. 56) zu schwächen. Das Abschwächen der magnetostatischen Koppelung hat jedoch einen unerwünschten Effekt auf den Zusammenhalt der Doppelblase. In diesem Falle tendieren externe Störungen, z.B. gepulste Gradientenfelder, dahingehend, die kodierte Blase von ihrer Partner-Trägerblase zu trennen.

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Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Probleme dadurch, dass sie eine Stützschicht 53 unterhalb der kodierten Schicht 52 vorsieht. Es kann durch eine geeignete Wahl von h_Q, h^_t h₂» Λ und der Gitterpackungsdichte gezeigt werden, dass nicht nur die isolierte Doppelblase vollständig stabilisiert werden kann, sondern dass auch die Halbblase und die Doppelblase im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen, d.h. es kann eine Gittergleichförmigkeit realisiert werden. Das bedeutet, dass die Gitterregion 1o teilweise durch die bodenseitige Stützschicht 53 gestützt ist, um, wie beschrieben, die Formierung von Blasen zu erlauben. Zusätzlich ist, um die Blasen-Gitttr-Stapeleinrichtung vollständig kompatibel mit der Eingangs-/Ausgangsregion 2o zu machen, in der konventionelle Techniken verwendet werden, eine Stützschicht 23 oberhalb der Eingabe-/Ausgaberegion 2o angeordnet, so dass die Doppelblase in dieser Region voll gestützt wird, wie es in der Figur 3 dargestellt ist.

Für den Einfach-Stützfall ist die wirksame Stützfeldstärke **eff' ^{die durcn} die Stützschicht 53 vorgegeben wird, ungefähr X */2h*. Diese Beziehung ist als Linie 1o3 in Fig. 3 dargestellt. Weiterhin ist in Fig. 3 der Blasen-Stabilitätsbereich als eine Funktion von h*/A* dargestellt. Für eine einfachgestützte Blase ist, damit sie völlig selbstgestützt und stabil ist, so am Punkt A, das Verhältnis h*/A* ungefähr 2.8. Für 2,5;S h*/A*^3 ist der stabile, selbstgestützte Punkt zwischen den Linien 1oo und 1o1 vergesehen.

Wenn eine zusätzliche Stützschicht 23 kopfseitig auf die blasentragende Schicht aufgetracht wird, wird die Stützkraft im wesentlichen verdoppelt, und die wirksame Stützfeldstärke ist ungefähr ^*/ h*. Diese Beziehung ist als Leitung 1o2 in Fig. 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass für den Doppelstütz-

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fall das h*/A* Verhältnis für eine völlige Selbststützung lind Stabilität (Punkt B) ungefähr 4 ist. Wiederum geben unterschiedliche Verhältnisse unterschiedliche Stabilitätspunkte vor.

Es sei nunmehr auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Wenn der Ausdruck

~Zd -^ ^2, und ^«h., + h₂

ist, dann verhält sich die Doppelblase (55 und 56) vie eine einzelne Blase mit h*A\*-c^* und ist nur teilweise gestützt (Punkt C in Fig. 3), weil sie nur an die Stützschicht 53 angrenzt. Diese teilweise Stützung ist Jedoch ausreichend, um die kodierte Blase 56 vom Ausstreifen fernzuhalten, da sie einer ÜberstUtzung (Punkt D in Fig. 3) für eine Halbblase mit Yi^/\ £ 2 entspricht und nicht mit einer Partner-Trägerblase gekoppelt ist. Mit anderen V/orten, die Halbblase 56 würde kollabieren, wenn sie nicht magnetisch mit der Partner-Trägerblase 56 gekoppelt wäre. Andererseits kann die Blase 55 im Hinblick auf die Blasenpackung in der Schicht 55 nicht ausstreifen. Daher ist dieses teilweise Stützen durch die Stützschicht 53 in Verbindung mit dem Feld, das durch die Blasen in der Gitterschicht 5o erzeugt wird, gerade ausreichend, um die Doppelblase (z.B. am Punkt A in Fig. 3) unter dem Blasengitter der Schicht 5o zu stabilisieren. Andererseits ist, da eine einzelne Trägerblase, z.B. die Blase 57, nicht mit der bodenseitigen Stützschicht 53 gekoppelt ist, diese Blase nicht überall in der Gitterregion gestützt. Mit anderen Worten, nur die Doppelblase ist "selektiv" gestützt. Das selektive Stützen wird durch die magnetische Deckwand 56 A erreicht, die in der Blase 56 in Abhängigkeit von der Schicht 53 errichtet wird. Dennoch verbleibt eine einzelne Trägerblase 57 in der Gitterregion stabil, und

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zwar unter der Einwirkung der anderen Blase in dieser Region.

Wenn jedoch eine Blasensäule zu der Eingabe-/Ausgaberegion 2o hinausgeschoben wird unter V_erwendung einer Stromzugriff s-Säulenübertragung oder einer ähnlichen Technik, ist eine Doppelblase gerade vollständig selbstgestutzt (Punkt B in Fig. 3), und zwar durch den kombinierten Effekt der Schichten 53 und 23. Diese Schichten erzeugen die Deckwände 58 A und 59 A in der Doppelblase. Die kombinierte Wirkung dieser Schichten und Deckwände besteht darin, die Doppelblase 58/59 am Punkt B, wie oben erwähnt, zu stützen. Andererseits kollabiert die einzelne Trägerblase 6o spontan Da3 heisst, die Blase 6o mit h*A.* A^ 2 ist einfach gestützt durch den Kontakt mit der Schicht 23 und ist erheblich übergestützt (Punkt D in Fig. 3). Daher wird ein Bitmuster, bestehend aus Doppelblasen und Halbblasen in der Gitterregion 1o, automatisch in das äquivalente Blasen-Nichtblasen-Muster in der Eingabe-/Ausgaberegion 2o umgewandelt. Weiterhin dient, insofern als die doppelt gestützte Schicht 23 die Gitterregion 1o umgibt, diese Schicht als Gitterbegrenzung. Das Doppelstutζ-Schema, das im vorliegenden Fall beschrieben wird, kann ebenso in Verbindung mit konventionellen Einzelblasensystemen verwendet werden. Das Doppelstütz-Schema hat den Vorteil, dass das Verhältnis von h*/\ * von ungefähr 4 ein optimales Verhältnis von Blasendurchmesser zur Höhe erlaubt. Zus tzlich erlaubt das Doppelstütz-Schema den kleinsten Blasendurchmesser für einen gegebenen Wert von \*.

Es ist ersichtlich, dass durch eine geeignete Wahl von h^, 1*2» ^. * s und Packungsdichte die Einzel- und Doppelblasen nicht unterscheidbar sind in ihrer Grosse. Beispielsweise stabilisieren die Parameter-Werte

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p 1.1 um _y Λ. ~ ο, 5 pn h_Q Ai ο. 1 um

und die kleinste Nachbardistanz von 4.5 pn ein nahezu gleichförmiges Gitter mit einer Mischung von Einzel- und Doppelblasen mit einem Durchmesser d^ 3 pn.

Venn nun die Schicht 51 angenommenerweise aus einem magnetischen Material mit einem ebenen magnetischen Vektor Mp besteht, dann kann in ähnlicher Weise wie im vorausgehenden Fall gezeigt werden, dass für diese Struktur die Doppelblasenstabilität und die Gittergleichförmigkeit ebenso erhältlich ist, und zwar mit der selbststützenden Schicht 53 an der Bodenseite. Um gleichwertige Blasendurchmesser und Pakkungsdichte (3 pn Blase und 4.5 pn Periode) zu erhalten, können die Materialparameter wie folgt sein:

λι^βλ₂ - λ °»5 pn

h-j«h₂ £s=i 0.9 pn

Μ-· ^- Mo

4*0^*^17500 (z.B. GdYIG)

h_Q 9=s4 o.o1 jum .

Falls bevorzugt, kann h_Q zu o.1 pn gemacht werden, genau wie in dem vorhergehenden Fall, wodurch der Wert von 4^M- ebenfalls verringert werden kann. Ein Vorteil der Struktur mit der Schicht 51 oberhalb der magnetostatisch gekoppelten Struktur besteht darin, dass starke Blasen in der Schicht 5o durch die ebene Magnetisierungsschicht 51 zusammengedrückt werden, so dass andere Behandlungen, beispielsweise eine Ionen-Implantation, nicht mehr notwendig sind. In der Schicht 52 sind starke Blasen nicht vorhanden (unabhängig von der Natur der Schicht 51), und zwar im Hinblick auf die Stützschicht 53.

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Bei einer Austausch-gekoppelten Struktur ist die Schicht 51 wirksam weggelassen.

Um zu erreichen, dass die "Halb-" und "Doppel-"Blasen koexistieren, muss die Beziehung

erfüllt werden. Es ist weiterhin wünschenswert, am Boden eine selbststützende Schicht 53 zu haben, um die Doppelblase in der Gitterregion beim Fehlen eines externen Stützfeldes zu stabilisieren.

Es ist ersichtlich, dass das Blasen-Kodierschema auch bei Strukturen Anwendung finden kann, die zwei Blasenschichten mit selektiver Stützung, vorgegeben durch geeignete Stützschichten, aufweisen. Die Zwischenschicht zwischen den zwei Blasenschichten ändert nicht die Gesamtwirkung, kann jedoch die spezifischen Materialien, Dimensionen oder ähnliche Charakteristiken beeinflussen.

Im vorstehenden wurde eine verbesserte Blasen-Gitter-Stapelstruktur beschrieben. Der Gitter-Stapelteil speichert kodierte Blasen in dem Standard-hexagonalen Gitterformat. Trägeroder manipulierende Blasen sind in einer Speicherschicht gespeichert, um die Bewegung der kodierten Blasen zu steuern. Es ist der Vorteil einer hohen Speicherdichte in der Gitterstruktur erhältlich. Zusätzlich können die Blasen durch eine geeignete Auswahl der Charakteristiken der Blasenschichten und durch Anlegen von Stützschichten an die Struktur an geeigneten Stellen in eine Blase-Nichtblase-Kodier-Konfiguration umgewandelt werden. Darüber hinaus können Blasen von im wesentlichen der gleichen Charakteristik, beispielsweise von gleichem Durchmesser und gleicher Stabilität, in der Blasen-Gitterregion und in den sogenannten konventionellen

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Blaseneinrichtungsstrukturen erzeugt werden. Das Blase-Nichtblase-Kodierschema vermeidet die Stabilitätsprobleme, die bei bekannten Schemata vorhanden sind. Auf diese Weise werden die Vorteile der Gitter-Stapel-Struktur und der konventionellen Struktur verwendet, während die Nachteile jedes dieser Schemata vermieden werden.

In der bevorzugten AusfUhrungsform ist, v/ie dargestellt, die Schicht 51 zwischen der Trägerschicht 5o und die kodierte Blasenschicht 52 angeordnet. Die Schicht 51 kann aus einem nichtmagnetischen Material, aus einem magnetischen Material mit einem ebenen magnetischen Vektor hergestellt werden, oder diese Schicht kann insgesamt eliminiert werden und eine Zwischen-Schicht-Oberflache kann verwendet werden. Obwohl in der Beschreibung da\ron ausgegangen wurde, dass die Werte h₂ und h-j ungefähr gleich sind, kann es zweckmässig sein, dass hg ^ h^ ist. Diese Anordnung erlaubt eine gesteuerte Kollabierung von Trägerblasen in der Eingabe-/Ausgaberegion. Natürlich können auch andere geeignete Modifikationen in Bezug auf die entsprechenden Blasenschichten gemacht werden, um die Blasenstabilität und andere Arbeitscharakteristiken zu verbessern. Derartige Änderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Zusammenfassend dargestellt, betrifft somit die Erfindung eine verbesserte Blasen-Gitter-Stapelstruktur, bei der zwei benachbarte Schichten von magnetischem Blasendomänenmaterial verwendet werden, um getrennte Medien zum Tragen von Trägerblasen oder kodierten Blasen vorzusehen. Die kodierten Blasen, in einer Schicht, stellen in dem Blasen-Gitter-Stapel gespeicherte Daten dar. Die Trägerblasen in der anderen Schicht sind magnetisch mit den kodierten Blasen gekoppelt und werden in Verbindung damit auch gehandhabt. Die magnetischen Blasendomänenschichten können durch eine geeignete Ubergangsschicht

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oder Ubergangsoberfläche getrennt werden. Die Gitter-Stapelfläche oder der Speicherbereich ist durch eine einzelne Schicht von Stützmaterial gestützt, wogegen benachbarte Bereiche, wie die Eingangs-/Ausgangsregion, ein Paar von Stützschichten aufweisen, die an entgegengesetzten Seiten der benachbarten Schichtstruktur angeordnet sind. Diese Zusammensetzung erlaubt eine verbesserte Blasen-Gitter-Stapelstruktur, die die Speicherfähigkeit von Blasen-Gitter-Stapelspeichern als auch die Arbeitsmöglichkeit der sogenannten konventionellen magnetischen Blasendomänen-Einrichtungstechniken verwendet.

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-ÄS"; L e e r s e i \

Claims

DIPL-ING. O 7 ^ C 1 ξ R

HELMUT GÖRTZ 2/36156

ö Frankfurt am Main 70 SchneckenMstr. 27 - Tel. 617079

9.8.1977 Gzw/Os.

Rockwell International Corporation, El Segundo, Calif. (USA)

Magnetische Blasendomäneneinrichtung mit einer Gitterstapelstruktur (Bubble Lattice File Structure)

Patentansprüche

Magnetischer Blasendomänenspeicher, gekennzeichnet durch eine erste Schicht von magnetischem Bla3endomänenmaterial zum Tragen von Träger-magnetischen Blasendomänen, eine zweite Schicht von magnetischem Blasendomänenmaterial zum Tragen kodierter magnetischer Blasendomänen, die mit den Träger-Magnetblasendomänen gekoppelt sind, eine erste Stützschicht, die die zweite Schicht von magnetischem Blasendomäncninaterial trägt, und ein erstes magnetisches Stützfeld an die zweite Schicht von magnetischem Blasendomänenmaterial anlegt, um auf die in dieser Schicht befindlichen kodierten magnetischen Blasendomänen einzuwirken, und durch eine zweite Stützschicht, die von mindestens einem Teil der ersten Schicht aus magnetischem Blasendomänenmaterial getragen wird, um ein zweites magnetisches Stützfeld anzulegen, das mit dem ersten magnetischen Stutzfeld zusammenwirkt, um auf die magnetischen Blasendomänen, die in den ersten und zweiten Schichten aus magnetischem Blasendomänenmaterial gebildet werden, einzuwirken.

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ORIGINAL, INSPECTED

2. Speicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Substratschicht, die die erste Stützschicht trägt.

3. Speicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Pufafermittel, um selektiv die magnetischen Blasendomänen in eine erste Richtung zu bewegen.

A. Speicher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Bewegen der magnetischen Blasendomänen in eine zweite Richtung quer zur ersten Richtung und durch eine Detektoranordnung zum Erfassen magnetischer Blasendomänen, die in der zweiten Richtung bewegt wurden, wobei diese Detaktoranordnung sich auf der zweiten Stutzschicht befindet.

5. Speicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Domänengenerator zum Erzeugen magnetischer Blasendomänen, durch einen Vervielfacher zum Vervielfachen magnetischer Blasendomänen und durch einen Vernichter zum Auflösen magnetischer Blasendomänen, wobei der Generator, der Vervielfacher und der Vernichter auf der zweiten Stützschicht angeordnet sind.

6. Speicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schicht von nicht-magnetischem Material, das zwischen den ersten und zweiten Schichten von magnetischem Blasendomänenmaterial angeordnet ist.

7. Speicher nach Anspruch 1, mit einer Schicht von planarmagnetischem Material, die zwischen den ersten und zweiten Schichten von magnetischem Material angeordnet ist.

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8. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schichten von magnetischem Material im wesentlichen die gleichen Materialparameter aufweisen.

9. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht von magnetischem Material dünner ist im Vergleich zu der ersten Schicht von magnetischem Material.

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