DE2843803A1

DE2843803A1 - Speicherregister zur uebertragung magnetischer domaenen

Info

Publication number: DE2843803A1
Application number: DE19782843803
Authority: DE
Inventors: Claude Battarel
Original assignee: Crouzet SA
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2843803B2; FR2406284A1; IT1098993B; DE2843803C3; IT7828319A0; FR2406284B1; US4250566A; GB2008348A; GB2008348B

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELEER · D 4300'ESSEN 1 · AM RÜHRSTEIN 1 · TEL.: (0201) 4126

-3-

CROUZET societe anonyme franchise
128 Avenue de la Republique, 75011 Paris, Frankreich

Speicherregister zur Übertragung magnetischer Domänen

Die Erfindung bezieht sich auf Speicherregister zur Übertragung magnetischer Domänen in einem Übertragungskanal,
mit einem isolierenden Substrat, einer auf dem Substrat angeordneten weichmagnetischen Schicht, in der der Übertragungskanal ausgebildet ist, einer auf der weichmagnetischen
Schicht aufgebauten hartmagnetischen Schicht neben den
Zonen des-Übertragungskanals, einer die magnetischen
Schichten überziehenden Isolierschicht und wenigstens
einer auf der Isolierschicht angeordneten, mäanderförmigen Leitungsschicht, die durch parallele und zum Übertragungs— kanal rechtwinklig verlaufende Segmente gebildet ist, wobei der Übertragungskanal verbreiterte Plätze enthält.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, beispielsweise diejenigen gemäß PR-PS·η 74 08011 und 76 09767, erlaubt ein
einziger Leiter die Übertragung der Domänen; jedoch müssen Streifen aus einer hartmagnetischen Schicht dem Leiter zugeordnet werden, wodurch die Fabrikation kompliziert wird.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil und sieht eine besondere Leitung vor, welche die einseitige Übertragung der

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Domänen ohne die Notwendigkeit der Zuordnung eines hartmagnetischen Streifens bzw. Bands gewährleistet.

Ausgehend von einem Speicherregister der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß die verbreiterten Zellen bzw. Plätze des Übertragungskanals an den Schnittstellen des Übertragungskanals mit den Segmenten der Leitungsschicht angeordnet sind. · .

Die magnetostatischen Felder, welche zur Erfüllung der obengenannten Funktionen notwendig sind, werden von den verbreiterten und im Kanal lokalisierten Zellen bzw. Plätzen zugeführt, wodurch unter anderem eine genauere Definition dieser Felder und insbesondere eine Verringerung der Abmessung möglich werden, wobei eine genügend große Toleranz in der Dicke der Isolierschicht und in der geometrischen Definition der Leitungsschicht erhalten bleiben.

Die erweiterten Zellen des Kanals wirken auf die Domänen durch die magnetostatischen Ladungen (oder Pole) welche sich spontan an der Unstetigkeitsstelle der Magnetisierung einer hartmagnetischen Schicht entwickeln.

Es gibt einen Integrationseffekt dieser Ladungen, und aufgrund dieser Tatsache ist die Form der Erweiterung bzw. Verbreiterung von geringer Bedeutung. Beispielsweise sind rechtwinklige Erweiterungen mit mehr oder weniger abgerundeten Ecken tadellos geeignet. Die oben erwähnte hartmagnetische Schicht ist direkt auf der weichmagnetischen Basisschicht angeordnet, und ihre offenen Zonen, die bei spielsweise durch einen belichteten und entwickelten Photolack geschützt sind, bilden die Übertragungskanäle für die Domänen in der weichmagnetischen Basisschicht·

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Es sind Speicher- bzw. Packungsdichten von wenigstens 200 000 Bits pro cm mit Übertragungskanälen von einigen jam, beispielsweise 4 ;um Größe möglich, die mit Hilfe üblicher photolithographischer Methoden realisierbar sind. Die Kanäle sind faltbar und erlauben die Ausbildung von Registern mit variablen Längen. Die beschriebene Ausbildung eignet sich ohne weiteres zum Aufbau von Registern auf Siliziumscheibchen, die vor dem Niederschlagen der Magnetschichten bereits integrierten Eingangsschaltungen: Dekodierschaltungen, . Generatoren für die Verschiebe- und Schreibströme und Leseverstärker tragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Teildraufsicht auf ein Register mit dem Domänenübertragungskanal und der mäander— förmigen Verschiebeleitung;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Register gemäß Fig. entlang der Linie II-II;

Fig. 3 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Registers;

Fig.. 4 eine Ansicht, die den Schreibvorgang in dem

erfindungsgemäßen Register veranschaulicht; und

Fig. 5 eine den Lesevorgang beim erfindungsgemäßen Register veranschaulichende Ansicht.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Teilansichten eines Ausführungsbeispiels des neuen Registers mit einer gefalteten Zone des Domänen-Übertragungskanals. In der Schnittansicht gemäß Fig. 2 sieht man in Aufeinanderfolge:

Ein Substrat 1 aus Glas (oder einem anderen Material mit

Spiegeloberfläche),

eine weichmagnetische Schicht 2 mit einachsiger Anisotropie,

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die in typischer Ausführung folgende Charakteristiken hat:

Koerzitivkraft : Hc = "L bis 2 Oe Anisotropiefeld ί Hk « 30 Oe

Eine Schicht aus NiCoB von 700 bis 1000 8 Dicke, die chemisch ohne Strom in der Flüssigkeitsphase aufgestäubt ist oder eine im Vakuum aufgedampfte Schicht aus NiFeCo der gleichen Schichtdicke ist beispielsweise geeignet.

Eine hartmagnetische Schicht 3 mit einer höheren Koerzitivkraft von 500 Oe und einer Dicke von 500 bis 1000 aV die in festem Kontakt mit der weichmagnetischen Schicht 2 niedergeschlagen ist, beispielsweise eine Schicht CoP, die auf chemischem Wege niedergeschlagen ist, nachdem die Kanalzonen von einem durch eine Masice isolierten Photolack, der nach einem bekannten Verfahren sodann entwickelt wurde» freigehalten worden sind.

Der feste Kontakt der beiden Magnetschichten ist zur Erzielung einer guten Wechselkopplung wesentlich.

Außerhalb der Kanäle, wo sich allein die weichmagnetische Schicht 2 befindet, verläuft alles, als wenn die hartmagnetische Schicht 3 allein vorhanden und die weichmagnetische Schicht 2 nicht existent wäre, da sich dann, wenn eine hartmagnetische Schicht und eine weichmagnetische Schicht in parallelen Ebenen in unmittelbarer Nachbarschaft bei einem Abstand von Null oder angenähert Null liegen, die weichmagnetische Schicht praktisch wie eine hartmagnetische Schicht bei derselben Magnetisierungsrichtung verhält.

Das gilt jedoch nur, wenn die Anordnung der verkoppelten Schichten Hagnetfeldern ausgesetzt ist, deren Wert unter—

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halb einer bestimmten Schwelle von 40 Oe liegt.

Oberhalb dieser Schwelle hört die Kopplung der weichmagnetischen Schicht mit der hartmagnetischen Schicht auf, die weichmagnetische Schicht schaltet um und bei einem Magnetisierungsfeld in Gegenrichtung zu demjenigen der hartmagnetischen Schicht wird die weichmagnetische Schicht umgekehrt zu der hartmagnetischen Schicht magnetisiert.

Da die von der Verschiebungsleitung angelegten Felder stets eindeutig unterhalb des Kommutierungsschwellwerts liegen, kann sich keine Domäne in der verkoppelten Schicht bilden; die Domänen können in den Kanälen nur dort auftreten, wo allein die weichmagnetische Schicht existiert.

Eine Isolierschicht 4 und

eine Leitungsschicht 5, die von der Schicht 3 durch die Isolierschicht 4 getrennt ist und mäanderförmig ausgebildet ist.

Als Isolierschicht 4 ist irgendeine geeignet, jedoch sollte sie vorzugsweise eine schwache Dielektrizitätskonstante haben und eine Haftung der metallischen Schichten ermöglichen, wobei Spannungen auf die Magnetschicht vermindert werden sollten. Besonders geeignet zur Erzielung von Dicken in der Größen— ■ Ordnung von 5 /im und mehr ist das Aufschleudern eines Polyamids, das bei etwa 150⁰C polymerisiert wird. Im Falle sehr kleiner Abmessungen kann eine geringere Dicke in der Größenordnung von 2/am erwünscht sein, und es können andere Isoliermaterialien, z.B. ein anderes temperaturfestes Polyamid, ein stark polymerisierter Photolack oder sogar eine nicht-organische Schicht, z.B. bei niedriger Temperatur niedergeschlagenes . Siliziumoxyd bevorzugt werden.

Der Leiter 5 ist zur Verminderung seines Widerstandes relativ dick. So kann der Leiter beispielsweise in der folgenden Weise

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niedergeschlagen werden:

a) Stromloses Niederschlagen von chemischem Kupfer bei einer gleichmäßigen Schichtdicke von etwa 1 S;

b) aufschleudern eines lichtempfindlichen Kunstharzes, der durch eine Maske einer UV-Bestrahlung ausgesetzt und entwickelt wird;

c) elektrolytisches Niederschlagen von Kupfer bei einer Schichtdicke von 5 bis 10 /im;

d) niederschlagen einer dünnen Schutzschicht aus Gold;

e) Ablösung des Kunstharzes und der dünnen Zwischenzonen aus chemischen Kupfer.

Die Fig. 1 stellt eine Ansicht von oben auf das Register dar, wobei die gestrichelten Zonen bei 6 den Übertragungskanal bilden, der periodisch erweiterte Zellen bzw. Plätze enthält, die an den Schnittstellen des Übertragungskanals 6 mit den Segmenten der Leitungsschicht 5 liegen. Diese Zellen haben rechtwinklige Ausbildung, wobei eine der Seiten A¹B*, E¹F¹ parallel zu den Segmenten der Leitungsschicht genau entlang des unteren Randes eines der Segmente, bezogen auf ' die Ausbreitungsrichtung der Domänen verläuft, und wobei die Länge der zu den Segmenten rechtwinklig verlaufenden Seiten D¹E¹ der verbreiterten Zelle kleiner als das zugehörige Segment ist.

Es sei angenommen, daß eine Domäne, z.B. die Domäne 8 in Fig. 1, . durch eine etwa ellipsenformige Magnetisierung antiparallel zur allgemeinen Richtung der Magnetisierung in den Magnetschichten und parallel zu einer Richtung der Achse XY leichter Magnetisierbarkeit in der weichmagnetischen Schicht gebildet ist.

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Da ein Strom i in der Leitung 5 fließt, ergibt sich ein Magnetfeld parallel zur Magnetisierung in der Domäne, und diese verlängert sich unter der Leitung bis in den unteren Teil der Kanalzone EFGH. Wenn der Strom unterbrochen wird, wird der Anfangsteil der Domäne in der Zone CDEF aufgrund des von den erweiterten Zellen des Kanals hervorgerufenen Entmagnetisierungsfeldes gelöscht. Tatsächlich rufen die magnetostatischen Ladungen an den Rändern CC, DD¹, EE¹, FF¹ der erweiterten Zelle des Kanals ein Magnetfeld .hervor, das die Domäne in der Zone C D' E¹ F* zu löschen und in den Zonen ABCD und EFGH zu vergrößern sucht.

Die Anfangsdomäne wird auf diese Weise in zwei Domänen geteilt, die in ABCD und EFGH liegen.

Der Strom in dar Leitung 5 wird danach umgekehrt und ein Strom i fließt in der Leitung. Die in der Zone ABCD befindliche Domäne, die in erster Linie unter demjenigen Leitungssegment verkoppelt ist, wo der Strom i ein Löschfeld hervorruft, wird gelöscht. Dagegen wird die in eFGH gelegene Domäne, die mit dem Leitungssegment verkoppelt ist, neben dem der Strom i ein Verstärkungsfeld hervorruft, in zwei Domänen in den Zonen EFGH und IJKL unterteilt. Die Information wird abwärts um eine Strecke verschoben, welche dem Schritt der Leitungssegmente bei jedem Wechsel des Steuerstroms entspricht. Auf diese Weise ergibt sich eine Schieberegisterfunktion.

Bei dem folgenden Wechsel, bei dem der Strom i in dem gleichen Sinne in den in Fig. 1 unten dargestellten beiden Segmenten 5a und 5b der Leitung 5 fließt, wird ein Verstärkungs- bzw· Zunahmefeld an die gesamte große Zone angelegt, welche die Biegung der Falte des Kanals darstellt, und eine Domäne füllt diese Zone aus. Diese vergrößerte Faltzone

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hat genau eine rechtwinklige Form, deren zum Übertragungskanal rechtwinklig verlaufende,.entfernt vom zuflußseitigen Zweig des Übertragungskanals, links auf der Fig. 1, unter der Leitungsschicht des Segments 5a angeordnete Seite sich entlang des vom Segment 5a entfernten Randes des dem Segment 5a benachbarten Segments 5b erstreckt, wobei die Länge einer ersten, in Fig. 1 links gezeigten Seite des Rechtecks, die parallel

verläuft
zum Übertragungskanal/und mit dem zuflußseitigen Zweig dieses Kanals verbunden ist, kleiner als der Abstand zwischen den beiden entfernten Rändern der beiden Segmente 5a und 5b ist und die Länge der zum Übertragungskanal parallel verlaufenden zweiten Rechteckseite gleich diesem Abstand ist.

Daher findet die Übertragung in dem rechten Zweig des. Kanals in der Fig.*1 nach oben in einer Weise statt, die der oben beschriebenen Übertragung der Domänen im linken Übertragungskanalzweig nach unten ähnlich ist. Die Übertrangskanäle sind falbar bzw. komprimierbar Und erlauben die Ausbildung von Registern beliebiger Länge zusammen mit einer maximalen Bitzahl pro QuadratZentimeter > auf der zur Verfügung stehenden Substratdberfläche·

Die Fig. 3 zeigt ein Verzweigungssystem, dessen Geometrie und Funktionsweise ähnlich einer Knickfalte (coude de repli)' des Kanals sind, mit denen ein zuflußseitiger Übertragungskanalzweig und mehrere abflußseitige Übertragungskanalzweige, bezogen auf die Übertragungsrichtung der Domänen, verbunden sind. Diese Anordnung bzw. Verzweigung ermöglicht die synchrone Aufteilung der Information in mehrere Kanäle.

Eine Domäne, welche bei 9 ankommt, breitet sich über drei synchrone Ausgänge aus, und zwar nach oben über 10 und zweimal nach unten über 11 und 12.

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Die Schreib- und Lesekomponenten können beliebige Ausbildung haben, insbesondere kann man bekannte und bereits in den oben angegebenen Patenf"beschriebene Mittel zu diesem Zweck verwenden. . . >

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Die Fig· 4 zeigt als Beispiel einen Schreibvorgang, der bei Koinzidenz eines Stromes in der Verschiebeleitung und eines Stromes in der zu dieser orthogonal und in den Zonen zwischen zwei benachbarten Segmenten der Verschiebeleitung verlaufenden Schreibleitung 7 stattfindet.

Ein Lesevorgang kann durch Änderung des Flusses in einer großen Zone des Kanales hervorgerufen werden, wo durch Koinzidenz mehrerer Kanalzonen die Domänen in synchroner Weise ankommen, wenn eine oder mehrere Domänen unterhalb einer Leseleitung wachsen, wobei letztere vorzugsweise spiral- oder schraubenlinienförmig ausgebildet ist, um eine größere elektromotorische Kraft e » d φ /dt ν zu gewinnen, wobei φ der Erregerfluß der von der Leseleitung geschnittenen Domänenpunkte ist.

Der Lesevorgang kann ferner unter Einfluß der Reluktanz hervorgerufen werden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, wo ein gefaltes Band 9 aus NiFe 85/16 vom Erregungsfeld der Domäne beeinflußt wird.

Insbesondere könnte die Lesezelle bzw. der Leseplatz erweitert und ein längeres Reluktanzband angeordnet werden· In diesem Falle würde der Eingangskanal verlängert, um die Wechselwirkungen des oberen Randes der Lesezelle bzw. des Leseplatzes zu vermeiden. Ein Signal von 12 mV könnte mit einem Band von zwölf Segmenten und sechzig/im Länge, 4 jam Breite und 2500 % Dicke gewonnen werden, das von einem Strom von 6mA oberhalb oder unterhalb einer Lesezelle von 70 χ 100/im erregt wird.

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Die Erfindung ermöglicht die Ausführung von Schieberegistern zur Übertragung von magnetischen Domänen bei besonders einfachem Aufbau, d.h. es ist nur ein einziger Leiter notwendig, um die einseitige Übertragung der Domänen zu gewährleisten, und es wird eine besonders hohe Informationsichte erreicht.

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Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBCiR · D 4300 ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (0201) 412687

Paten ta nsprüche

\\m) Speicherregister zur Übertragung magnetischer Domänen in einem Übertragungskanal, mit einem isolierenden Substrat, einer aufcem Substrat angeordneten weichmagnetischen Schicht, in der der Übertragungskanal ausgebildet ist, einer auf der weichmagnetischen Schicht aufgebauten hartmagnetischen Schicht neben den Zonen des Übertragungskanals, einer die magnetischen Schichten überziehenden Isolierschicht und wenigstens einer auf der Isolierschicht angeordneten, mäanderförmigen Leitungsschicht, die durch parallel und zum Übertragungskanal rechtwinklig verlaufende Segmente gebildet ist, wobei der Übertragungskanal verbreiterte Zellen bzw. Plätze enthält, dadurch ge kennzeichnet , daß die verbreiterten Zellen bzw· Plätze (C¹D¹E¹F¹) des Übertragungskanals (6) an den Schnittstellen des Übertragungskanals mit den Segmenten der Leitungsschicht (5) angeordnet sind.
2. Register nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiterten Zellen bzw. Zonen (C¹D¹E¹F¹) des Übertragungskanals (6) die Form eines Rechtecks haben, dessen eine, zu den Segmenten der Leitungsschicht (5) parallel verlaufende Seite (E'-F·) entlang des in Bezug auf die Übertragungsrichtung der Domänen abflußseitigen Randes eines der Segmente angeordnet ist, und daß die Länge der zu den Segmenten rechtwinklig verlaufenden Seiten (D¹E¹, CF')

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des Rechtecks kleiner als die Breite des zugehörigen Segments ist.
3. Register nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskanal durch mehrere parallele Zweige gebildet ist und daß mehrere getrennte Leitungsschichten vorgesehen sind, wobei zwei benachbarte Zweige des Übertragungskanals durch eine der verbreiterten Zellen bzw· Zonen vereinigt sind, die sich unter zwei benachbarten Segmenten der beiden zugehörigen Leitungsschichten erstrecken.
4. Register nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die verbreiterte Zelle bzw· Zone ein zuflußseitiger Zweig (9) und mehrere abflußseitige Zweige (10, 11, 12) des Übertragungskanals, bezogen auf die Übertragungsrichtung der Domänen (8) angeschlossen sind.

5· Register nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiterte Zelle bzw· Zone des Übertragungskanals die Form eines Rechtecks hat, dessen zum Übertragungskanal rechtwinklige und von dem unter einer ersten Leitungsschicht angeordneten abflußseitigen Zweig (9) des Übertragungskanals entfernt angeordnete Seite entlang des von der ersten Leitungsschicht entfernten Randes des Segments . an einer zweiten Leitungsschicht verläuft, daß die Länge einer ersten, zum Übertragungskanal parallel verlaufenden und mit dem zuflußseitigen Zweig (9) des Kanals verbundenen Seite kleiner als die entfernten Ränder der. beiden Segmente an den beiden zugehörigen Leitungsschichten ist und die Länge der zweiten, zum Übertragungskanal parallel verlaufenden Seite des Recht ecks gleich diesem Abstand ist·

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ORIGINAL INSPECTED