DE2736156C3 - Magnetischer Blasendomänenspeicher mit einer Gitterstapelstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht
Oberbegriff des Anspruchs

sich entsprechend dem I auf einen magnetischen Blasendomänenspeicher.

Bei konventionellen magnetischen Blasendomäneneinrichtungen werden die Bit-Positionen durch Einrichtungsstrukturen, wie beispielsweise 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 notwcadig, und die minimalen Dimensionen der Einrichtungsstrukturen (die typischerweise die Hälfte des Blasendurchmessers betragen) bringen ein niedrigegeres Limit für die Blasengröße an.

Diese Beschränkungen werden durch eine neue

⁽ⁱ Entwicklung, die sogenannten Blasen-Stapel, entspannt, die durch V ο e g e 1 i 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 größer sein kann. Weiterhin werden, da die Bit-Positionen »selbstvorgegebene« 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 unter anderem in AIP Conference Proceedings, 24.617 (1974) und von Rosier unter anderem in AIP Conference Proceedings, 24. 620 (1974) beschrie-

'· ben. 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 weist ein Schieberegister /um

⁴⁽¹ Fortbewegen einer Blasensäule auf und wird an den entgegengesetzten Enden durch Schreib- und Lesesta tionen abgeschlossen.

Ein Zugriff zu den Daten wird hergestellt, indem man entweder das Gitter nach links oder nach rechts

¹^ überträgt, bis Ίιε 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 einevn 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 I ISPS 39 30 244 beschrieben wird.

In bekannten Systemen wird die Information

^y' dargestellt durch das Vorhandensein (S = 0) oder das NichtVorhandensein (S = 1) eines Paares von Loch-l.i nien innerhalb der Domänenwand einer Blase in der Granatschicht Der Schreibvorgang der bekannten Technik schließt das Steuern dieser Wand/.ustände

^h0 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 Blaseneinrichtungcn.

6¹S Bei einer Entwicklung beruht diese Unterscheidung auf der Differenz der Ablenkwinkel in einem Feldgra* dienten 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 Obertragen wurden bereits erfolgreich demonstriert, indem man sowohl die Strom-Zugriffstechnik als auch die Feld-Zugriffstechnik bei mäßigen Frequenzen verwendet Die Säulen- bzw. Spaltenübertragung wurde mit einigem Erfolg ebenfalls durchgeführt Jedoch ist ein ernsthaftes Problem durch die Stützfeld-Fehlabstimmung zwischen der Speicherfläche und der LeseVSchreibfläche vorhanden. Es wurden to verschiedene Techniken vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen, jedoch ist eine zufriedenstellende Lösung bislang nicht bekannt geworden.

Die Steuerfähigkeit der Bloch-Leitungs-Wandzustände wurde durch H s u in »Control of Bubble Wall States r> 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 jn H s u über isolierte Blasen in !onen-implantierten Granatschichten, ist ein ebenes Feld notwendig, un den S = O-Zustand zu stabilisieren. Auf der anderen Seite wirkt jedoch ein /u großes ebenes Feld der Stabilität des S = 1/ustandes 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 in die translatorische Blasengeschwindigkeit den entsprechenden kritischen Wert erreicht, verschwindet de" Stabilitätsbereich für die Wandzustände. Der Stabilitätsbereich wird ebenso mit ansteigender Temperatur kleiner. Weiterhin ist die Stabilität der Wandzustände r. empfindlicher für Granatdefekte als andere Eigenschaften, wie z. B. die Koerzitivkraft. Kurz gesagt, die Stabilität der Wand/ustände ist eigentlich viel schlechter als diejenige der Blase selbst. Dies wirft ernsthafte Zweifel auf, ob dieses Informations-Code-Schema 4i> 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, den eingangs genannten magnetischen Blasendomänenspei 4 > eher so auszubilden, daß dip Handhabung der Wandzustände in der Gitterstapelbiockstruktur verbessert wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich damit auf eine vi 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 Blasendomrnen in vertikaler Ausrichtung /ti tragen. Bei einer Ausführungsform v/eist die S( dicht bzw. der Film zwei magnetische Schichten auf. die durch eine Zwischenoberfläche oder -schicht getrennt sind. In dem Speicher tu speichernde Information wird dargestellt durch das Vorhandensein ι,ΐι oder Nichtvorhandensein von kodierten Blasen in einer dieser Schichten. Die kodierten Blasen werden durch Trägerblasen manipuliert, die in einer hexagonalen Gitlerkonfiguralion 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 zweiu Vorspannschicht ist benachbart der Steuerschicht (Trägerblasen) im Bereich der üblichen Blasendomän^n-Einrichtungs-Arbeitsweise angeordnet, beispielsweise in den Eingangs-/Ausgangsregionen od. dgl., wobei diese zweite Vorspannschicht jedoch nicht die Gitter-Stapel-Speicherfläche überdeckt

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer selbsivorgespannten bzw. selbst-stützenden Blasen-Gitter-Stapelstruklur,

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

F i g. 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-Längeh*/7* angibt Die F.g. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine selbstgestützte Blasen-Gitter-Struktur, d.. gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werd,. η kann. Diese Struktur ist im wesentlichen die Konfiguration, die unter anderem in der oben genannten US-PS 39 30 244 beschrieben ist. Diese Ansicht, die senkrecht auf der Zeich unebene der Figur steht, zeigt eine Blasen-Gitter Stapel-Struktur, die im wesentlichen trapezförmig in den Abmessungen ist. Die Struktur weist eine Blasen-Gitter-Region 10 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 zylindrische oder streifenförmige Blasen 114 bzw. 12/1 auf, um die Blasensäulen zu den Zugriffskanälen zu übertragen. Die Informationsspeicherfläche der Gitterstruktur 10 ist im wesentlichen zwischen den Linien 13 und 14 angeordnet, die die Übergangsstellen zwischen dem Gitter 10 und den Pufferzonen darstellen.

Zugnffskanäle 1 und 2 erstrecken sich über die Blasen-Gitter-Stapelstru'.itur und weisen sowohl Kanalsäulen 15, 16 und 17 als auch Säulen 154. 164 und 174 •auf. Im speziellen werden die Kanalsäulen 15 und 16 da/u verwendet. Blasen in ihnen fortzubewegen, und zwar in eine Richtung, die durch die benachbarten Pfeile angegeben ist. Die Kanalsäulen 17 und 174 sind als einzelne Säulen angegeben. Die Kanäle 17 und 174 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-Speicher-Region 10 der Blasen Gitter-Stapelstruktur wird durch die Kanten 24 der vorspannenden bzw. stützenden Schicht 23 ve-gegeben, 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 der Gitterregion durch Maskieren. Ätzen od. dgl. hergestellt werden. Die Dämme 21 und 22 sorgen dafür, daß die Blasen in den Säulen bzw. Spalten zeilenweise ausgerichtet bleiben.

An den Karten der Gitterregion 10 sind Blindzeilen 18 und 19 vorgesehen. Die Blindzeilen sind vorgesehen, um eine Vielzahl von Blasendomänen zu speichern. Diese Anordnung erlaubt eine größere Flexibilität und Steuerung als die Streifenbläsen der Pufferzonett, im speziellen im Bereich der Zugriffskanäle. Im aügemei-

nen sind die Blasen in den Blindzeilen, ausgenommen im Bereich der Zügriffskanäle, relativ Unbeweglich. Die Blasen in der Blindzeile ini 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-AAusgangsregion 20 wird benachbart der Gitterregion 10 auf der Schicht 23 vorgegeben. Ein Vervielfacher/Vernichter 25 ist mit einem Teil des 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-Musgabebereich relativ zu jedem Zugriffskanal vorgesehen werden, wodurch parallele Ausgänge von verschiedenen Informationskanälen selektiv erhalten werden können, um eine Multiplex-Anordnung od. dgl. vorzusehen.

Im allgemeinen ist die Arbeitsweise der Blasen-Gitter-Stapelstruktur gemäß F i g. 1 typischerweise dieselbe wie die bekannter Strukturen; daß 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.

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 Viele Typen von Materialien und Verfahren sind bekannt, und irgendein geeignetes känti verwendet werden. Die bodenseitige Stützschicht 53 ist jedoch dahingehend ausgewählt, daß sie ein extrem hohes ^r> anisotropes Feld (H_Ku) 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 Hk₀ in der entgegengesetzten Richtung angelegt wird, Diese

ι« Schicht sieht daher ein wirksames Stützfeld für die übrigen Teile der Blasen-Gitter-Stapelstruktur vor, die bereits oben erwähnt.

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

Auf der kodierten Blasenschichl 52 ist in einer geeigneten Weise, beispielsweise unter Verwendung der LPE- oder CVD-Technik, eine Trägerblasenschicht 50 ausgebildet. Die Schicht 50 ist aus einem magnetischen Blasendomänenmaterial hergestellt, das Charakteristiken hat. die ähnlich der Schicht 52 sind.

Oberhalb von Teilen der Trägerblasenschicht 50 ist eine koplhseitige Stützschicht 23, wie in F i g. 1 gezeigt, ausgebildet, um eine Stützschicht in bezug auf die Schicht 50 auszubilden. Die Charakteristiken der kopfseitigen Stützschicht 23 sind ähnlich denjenigen der Schicht 53.

Bei einigen Ausführungsformen kann eine getrennte Schicht 51 zwischen der Trägerblasenschicht 50 und der kodierten Blasenschicht 52 vorgesehen werden. Die Zwischenschicht 51 kann eine epitaxial gewachsene Gadolinium-Gallium-Granat-(G³)-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

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 20 benachbart der Gitterregion 10 auf der Stützschicht 23 erlaubt verbesserte Kodieranordnungen und Verwendungsanordnungen, die im folgenden im Detail beschrieben werden. Darüber hinaus werden die Schwierigkeiten und Nachteile, z. B. das Obertragen 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 F i g. 2 beschrieben wird, vermieden.

Die Fig.2 zeigt den Querschnitt eines Teils der Blasen-Gitter-Stapelstruktur nach Fig. 1. In der selbstgestützten Blasen-Gitter-Stapelstruktur gemäß Fig.2 wird ein geeignetes Substrat 54 verwendet Dieses Substrat kann z. B. aus einem Gadolinium-Gallium-Granat-Einkristall (G³) 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)₃(FeGa)₅Oi₂ oder aus ähnlichen Typen von magnetischem Blasendomänenmaterial gebildet werden, und zwar durch ein Epitaxial-, CVD- oder irgendein anderes geeeignetes Verfahren.

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 50 und 52. Die Schicht 50. 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« und stellen eine binäre Null dar (vgL Blase 57). Daher beruht der erzielte Vorteil des Kodierens auf dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer kodierten Blase und nicht auf den Bloch-Wände-Charakteristiken.

Um eine verwendbare Einrichtung aufzubauen, ist es notwendig, eine Struktur (F i g. 1 und 2) vorzugeben, in

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der die Doppelblase sowohl in der Blasen-Gitter-Stapelals auch in den Eingabe-Musgabe-Regionen stabil bleibt und in der die Halbblase in der Blaseri-Gitler'Stapel-Region stabil bleibt, jedoch in der Eingäbe-/AuSgaberegion sich auflöst; Darüber hinaus müssen die Doppel- und Halbblasen im Wesentlichen denselben Durchmesser in der Bkäen-Gitter-Stapclregion haben* damit sie ein gleichförmiges Gilter bilden. Öiese Randbedingungen, d. hi Stabilität und Gittergleichförfnigkeit, werden in Verbindung mit den F i g. 2 und 3 beschrieben.

Die F ι g. 3 zeigt ein Diagramm, in dem das wirksame Stützfeld und der Blasen-Stabilitätsbereich über h'A.* aufgetragen ist. Hierhei bedeuten /?*den »wirksamen« Wert der Dicke (h) und A* den »wirksamen« Wert der charakteristischen Länge (λ) verschiedener Typen von Blasen, beispielsweise der Doppel- und Halbblasen. In diesem Diagramm befindet sich der Bereich, in dem die magnetischen Biasendomänen siabii sind, /wisciicii dcü Linien 100 und 101. In dem Bereich oberhalb und links von der Linie 100 fallen die magnetischen Blasendomänen in Abhängigkeit von dem Stützfeld in sich zusammen, d. h. kollabieren. Umgekehrt laufen unterhalb und rechts neben der Linie 101 die Blasendomänen in Streifen aus. und zwar in Abhängigkeit von dem angelegten Feld.

Die Linien 102 und 103 stellen das wirksame Stützfeld HefitAn Mt dar. das durch die Doppelstütz- bzw. Einzelstützstruktur vorgegeben wird. Die Doppelstützstruktur ist die Struktur, die in der Eingabe-/Ausgabe-Regioii 20 der F ι g. 1 und 2 dargestellt ist und die Stützschichten 53 und 23 aufweist. Die Einfach-Stützstruktur wird durch die Region 10 in den Fig. 1 und 2 dargestellt und weist nur eine einzige Stützschicht 53 auf. Die Werte der Linien 100, 101, 102 und 103 sind weitgehend ähnlich den meisten magnetischen Blasendomänenstrukturen dieses Typs.

Die vertikalen Linien 104,105 und 106 sind Linien, die typische Werte für h'/λ* vorgeben. Im speziellen stellt die Linie 104 den A*/ä*-Wert (z. B. 2) für eine Halbblase (Höhe h₂) dar. wogegen die Linie 106 den h */k*-Wert ?7 R 4) für pinp Dnnnplhlasp (Höhe ungefähr Λι + h->\ darstellt. Die horizontalen Linien 107, 108 und 109 stellen typische Werte von H_ef/f4 η A/₅dar. Diese Werte stellen die Werte des Feldes dar, bei dem die Linien 102 und 103 (Stützlinien) die charakteristischen Linien 104, 105 und 106 schneiden. Aus dem Diagramm der Fig.3 ist ersichtlich, daß die Linie 103, die eine Einfach-Stützstruktur darstellt, drei Schritte mil den Λ'/λ'-Linien erzeugt. Diese Schnittpunkte A, C und D stellen einen stabilen Domänenbereich, einen Ausstreifbereich und einen Kollapsbereich dar, abhängig von den Werten von h'A*. In ähnlicher Weise erzeugt die Linie 102, die eine iDoppel-Stützstruktur darstellt, drei Schritte mit den A*/5l*-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 (F i g. 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.

Es soll nunmehr gleichzeitig auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen werden, um besser den erfindungsgemäßen Speicher und seine Arbeitsweise vorzugeben. Bei bekannten Systemen gemäß dem Stand der Technik ist die Lebensfähigkeit des Code-Schemas, das die Wandzustände verwendet, höchst fraglich, Die hier beschriebene Neuerurig verwendet eine zusammengesetzte Struktur, die aus zwei Blasen tragenden magnetischen Schichten 50 und 52 besteht, die durch eine Schicht 51 getrennt sein können. Die Information wird dargestellt durch das Vorhandensein öder Nicht· Vorhandensein von Blasen in der böderiseitigen Schicht (»kodierte Blasen«), und diese information wird manipuliert durch die Blasen in der kopfseitigen Schicht (»Trägerblasen«), die dicht gepackt in einer hexagonslen Gitlerkonfiguration angeordnet sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Blasen tragenden Schichten 52 und 50 die Dicke Λι und Λ?. die durch eine Schicht 51 der Dicke /% getrennt sind, wobei Λο zu Null werden kann. Die Schicht 51 kann eine nichtmagnetische Schicht sein oder aus einem magnetischen Material bestehen, wie es später beschrieben

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halber angenommen, daß die beiden magnetischen Schichten dieselben Materialparameter, ausgenommen die Dicke, haben. Wenn die Schicht 51 hinreichend dünn ist (ho < < Λι + hi), verhält sich eine Doppelblase (55 und 56) in gleicher Weise «vie eine einzelne Blase mit der wirksamen Dicke h' < h, + Λ₂). 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* % h\ + h₂. 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) exakt gleich einer einzelnen Blase der Dicke h* = A₂. Auf diese Weise kann eine Doppelblase (Binär 1) und eine Halbblase (Binär 0) dazu verwendet werden, binäre Ziffern darzustellen, wie es in der F i g. 2 dargestellt ist.

In einem typischen Blasen-Gitter-Stapelspeicher sind die Trägerblasen der Schicht 50 dicht gepackt angeordnet und bilden ein hexagonales Blasengitter, woeegen 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 Stützfeld sind die hexagonal dicht gepackten Trägerblasen stabil. Das heißt, die zwischen den Blasen wirkenden Kräfte sind ausreichend, um die Blasendomänen 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 50 sind. Unglücklicherweise ist es jedoch unerwünscht, die Schicht 52 viel dünner als die Schicht 50 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 größer als der Durchmesser einer Halbblase, wenn nicht die Schicht 51 dick genug ist, um die magnetostatische Kopplung zwischen der irägerbiase (z. B. 55) und der kodierten Blase (z. B. 56) zu schwächen. Das Abschwächen der magnetostatischen Koppelung hat jedoch einen unerwünschten Effekt auf den

Zusammenhall der Doppelblase. In diesem Fälle tendieren externe Störungen, z. B. gepulste Gfadientenfeldef, dahingehend, die kodierte Blase von ihrer Partner-Trägerblase zu trennen.

Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Probleme ditdurch, daß sie eine Stülzschicht 53 unterhalb der kodierten Schicht 52 vorsieht. Es kann durch eine geeignete Wahl von Λο, hi, h₂, A 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 10 teilweise durch die bodenseitige Stützschicht 53 gestützt ist, um, wie beschrieben, die Formierung von Blasen zu erlauben. Zusätzlich ist, um die Blasen-Gitter-Stapeleinrichtung vollständig kompatibel mit der Eingangs-/Aus-

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Techniken verwendet werden, eine Stützschicht 23 oberhalb der Eingabe-Musgaberegion 20 angeordnet, so daß die Doppelblase in dieser Region voll gestützt wird, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist.

Für den Einfach-Stützfall ist die wirksame Stützfeldstärke H_err, die durch die Stützschicht 53 vorgegeben wird, ungefähr λ*/2 Λ*. Diese Beziehung ist als Linie 103 in Fig. 3 dargestellt. Weiterhin ist in Fig.3 der Blasen-Stabilitätsbereich als eine Funktion von h'/λ* 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 £ h'/λ* i 3 ist der stabile, selbstgestützte Punkt zwischen den Linien 100 und 101 vorgesehen.

Wenn eine zusätzliche Stützschicht 23 kopfseitig auf die blasentragende Schicht aufgebracht wird, wird die Stützkraft im wesentlichen verdoppelt, und die wirksame Stützfeldstärke ist ungefähr λ*lh*. Diese Beziehung ist als Leitung 102 in F i g. 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß für den Doppelstützfall das ΛΆ* Verhältnis für eine völlige Selbststützung und 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

ist, dann verhält sich die Doppelblase (55 und 56) wie eine einzelne Blase mit hΆ* « 4, 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 Überstützung (Punkt D in Fig.3) für eine Halbblase mit hlX < 2 entspricht und nicht mit einer Partner-Trägerblase gekoppelt ist. Mit anderen Worten, 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 50 erzeugt wird, gerade ausreichend, um die Doppelblase (z. B. am Punkt A in F i g. 3) unter dem Blasengitter der Schicht 50 zu stabilisieren. Andererseits ist, da eine einzelne Trägerblase, z. B. die Blase 57, nicht mit der bodenseiligen 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 56Λ 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 zwar unter der Einwirkung der anderen Blase in dieser Region.

Wenn jedoch eine Blasensäule zu der Eingabe-/Ausgabcregion 20 hinausgeschoben wird unter Verwendung einer Stromzugriffs-Säulenübertragung oder einer ähnlichen lechnik, ist eine Doppelblase gerade vollständig selbstgestützt (Punkt Bin Fig. 3), und zwar durch den kombinierten Effekt der Schichten 53 und 23. Diese Schichten erzeugen die Deckwände SSA und 3^!3/4 in <W Donnplhlase 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 60 spontan. Das heißt, die Blase 60 mit h'A* « 2 ist einfach gestützt durch den Kontakt mit der Schicht 23 Und ist erheblich übergesiül/t (Punkt D in Fig. 3). Daher wird ein Bitmuster, bestehend aus Doppelblasen und Halbblasen in der Gitterregion 10, automatisch in das äquivalente Blasen-Nichtblasen-Muster in der Eingabe/Ausgaberegion 20 umgewandelt. Weiterhin dient, insofern als die Schicht 23 die Gitterregion 10 Umgibt, diese Schicht als Gitterbegrenzung. Das Doppelstütz-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'/λ* von ungefähr 4 ein optimales Verhältnis von Blasendurchmesser zur Höhe erlaubt. Zusätzlich erlaubt das Doppelstütz-Schema den kleinsten Blasendurchmesser für einen gegebenen Wert von A*.

Es ist ersichtlich, daß durch eine geeignete Wahl von Λι, h₂, A, s und Packungsdichte die Einzel- und Doppelblasen nicht unterscheidbar sind in ihrer Größe. Beispielsweise stabilisieren die Parameter-Werte

h\ « hi = 1,1 μπι,

A « 0,5 μΐη Λο = 0,1 μπι

und die kleinste Nachbardistanz von 4,5 μηη ein nahezu gleichförmiges Gitter mit einer Mischung von Einzel- und Doppelblasen mit einem Durchmesser d « 3 μπι.

Wenn 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 Gittergieichförmigkeit ebenso erhältlich ist, und zwar mit der selbststützenden Schicht 53 an der Bodenseite. Um gleichwertige Blasendurchmesser und Packungsdichte (3 μπι Blase und 4,5 μπι Periode) zu erhalten, können die Materialparameter wie folgt sein:

Ai = λ-ι = 0,5 μΐη

hi « h₂ « 03 μπι

Mi ~ M₂

4 π Mp « 1750 G (ζ. Β. GdYIG) ha = 0,01 μπι.

Falls bevorzugt, kann Λο zu 0,1 μίτι gemacht werden, genau wie in dem vorhergehenden Fall, wodurch der

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Wert vori 4 ir Mp 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 50 durch die ebene Magnetisierungsschicht 51 zusammengedrückt werden, so daß andere Behandlungen, beispielsweise eine lonen-Implantation_f 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. Bei einer Austausch-gekoppelten Struktur ist die Schicht 51 wirksam weggelassen.

Um zu erreichen, daß die »Halb-« und »Doppel-«Blasen koexistieren, muß die Beziehung

ο» 2 < öwi und/oder Mi < 1V/2

erfüllt werden. Es ist weiterhin wünschenswert, am Boden eine selbststützende Schicht 53 zu haben, um die Doppelblase in der Gitterregion beim Fehlen eines externen Stüizfeldes 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. Träger- oder 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-Kxmfiguration umgewandelt werden. Darüber hinaus « können Blasen von im wesentlichen der gleichen Charakteristik, beispielsweise von gleichem Durchmesser und gleicher MaDiiitai, in der Hiasen-Gitierregion und in den sogenannten konventionellen Blaseneinrichtungsstrukturen erzeugt werden. Das Blase-Nichtblase-Kodierschema vermeidet die Stabilitätsprobleme, die

45 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 Ausfühfüngsfofm ist, wie dargestellt, die Schicht 51 zwischen der Trägerschicht 50 und der kodierten Blasenschicht 52 angeordnet. Die Schicht 51 kann aus einem nichtmagnetisdien Material, aus einem magnetischen Material mit einem ebenen magnetischen Vektor hergestellt werden, oder diese Schicht kann insgesamt eliminiert werden, und eine Zwischen-Schicht-Oberfläche kann verwendet werden. Obwohl in der Beschreibung davon ausgegangen wurde, daß die Werte hj und h\ ungefähr gleich sind, kann es zweckmäßig sein, daß hi > h\ ist. Diese Anordnung erlaubt eine gesteuerte Koilabierung 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-Stapelstiuktur, 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 Übergangsschicht oder Übergangsoberfläche 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.

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\jic UiC OpCiX-ItCi 1a111gni.1t ,υιι uiuä\.u οιιιί.ι Oia^^u^vi ehern als auch die Arbeitsmöglichkeit der scvenannten konventionellen magnetischen Blasendomänen-Einrichtungstechniken verwendet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Blasendomänenspeicher, gekennzeichnet durch eine erste Schicht von magnetischem Blasendomänenir.alerial zum Tragen von Träger-Magnetblasendomänen, 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 Blasendomänenmaterial 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 magetisches Stützfeld anzulegen, das mit dem ersten magnetischen Stützfeld zusammtnwirkt, um auf die magnetischen Blasendomänen, die in den ersten und zweiten Schichten aus magnetischem Blasendomänenmaterial gebildet werden, einzuwirken.

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

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

4. Speicher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Bewegen der magnetischen Bl3sendomän<n in ei t zweite Richtung quer zur ersten Richtung und durch eine Detektoranordnung zum Erfassen magnet! .her Blasendomänen, die in der zweiten Richtung bewegt wurden, wobei diese Detektoranordnung sich auf der zweiten Stützschicht befindet.

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

6. Speicher nach Anspruch I. gekennzeichnet durch eine Schicht von nicht-magnetischem Man rial, das /wischen den ersten und /weiten Schichten von magnetischem Blasendomänenmaterial an· geordnet ist.

7. Speicher r,ach Anspruch I.mit einer Schicht von planarmagnetischem Material, die /wischen den ersten und zweiten Schichten von magnetischem Material angeordnet ist.

8. Speicher nach Anspruch I. dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten und zweiten Schichten von magnetischem Material im wesentlichen die gleichen Materialparameter aufweisen.

9. Speicher nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht von magnetischem Material düriner ist im Vergleich zu der ersieh Schicht von magnetischem Material.