NO161669B - Heiseanordning med kompensert talje. - Google Patents

Description

Magnetsjiktcelle.

Oppfinnelsen angår en magnetsjiktcelle med et anisotropt, magnetisk sjikt som består av soner med forskjellige magnetiske egenskaper, hvor sonene er atskilt fra hverandre med hensyn til den magnetiske feltstyrke som kreves for å bevirke deres magnetisering i magnetisk hard retning, og hvor sonene er anordnet inntil hverandre i samme plan med annenhver sone magnetisk hard og annenhver sone magnetisk bløt, og at alle soner har sin lette magnetiseringsakse i samme retning.

Magnetsjiktceller til lagring av binær informasjon anvendes allerede i lagringsanordninger for databehandlingsanlegg. De anvendte anisotrope sjikt har en fortrinnsakse for magnetisering, den såkalte lette akse, hvorved man får to til lagring av de binære verdier «1» og «0» egnede stabile retninger av magnetiseringen.

Den lagrede informasjon kan leses ut ved

påtrykning av magnetiske felter som fører til frembringelse av eller omkopling av magnetiseringen av laget. Ved påtrykning av felter i den på fortrinnsretningen loddrette akse, den såkalte hårde retning, bevirkes den ytterst raske (størrelsesorden nanosekunder) koherente rota-sjonskopling, mens felter som påtrykkes parallelt med fortrinnsaksen, bevirker en vesentlig langsommere forløpende veggomkopling (stør-relsesorden mikrosekunder), og herav følger at den er uskikket til anvendelse i lagringsanlegg som skal arbeide med stor hastighet. Ved lese-operasjonene blir den lagrede informasjon normalt strøket ut, slettet.

Det har også vært fremstillet slike celler og anvendelsesfremgangsmåter som tillater en forstyrrelsesfri lesning av den lagrede informasjon. Kjente anordninger av denne art har to over og ved siden av hverandre anordnede lag hvis lette akser ligger parallelt. Begge ved antiparallell retning av magnetiseringen av lagene karakteriserte tilstander blir benyttet til informasjonslagring. Magnetiseringen av det ene lag, i det følgende kalt koplingslaget, blir ved utleseope-rasjoner dreiet i den hårde retning ved hjelp av en med den lette akse for laget parallelt anordnet ordledning, hvorved det i en loddrett til ordledningen anordnet leseledning blir frembrakt en utgangspuls. Det annet, det «hårdere» lag, som er betegnet lagringslaget, kan bare bli koplet ved påtrykk av større eller lengere va-rende magnetfelt og blir ved en lesepuls bare lite dreiet ut fra den lette akse. Begge lag er slik anordnet at etter avslutningen av lesepulsen, betinget av spredningskoplingen, blir magnetiseringen av koplingslaget dreiet tilbake i den til magnetiseringen av lagringslaget antiparallelle retning. Denne retningsinnstilling av magnetiseringen tilsvarer den binære verdi som før leseoperasjonen var laget der. Operasjonen er således ikke slettende. En magnetisk kopling av to lag som søker å dreie magnetiseringen av lagene i antiparallell retning, blir betegnet som negativ kopling. Dobbeltlagsceller med negativ kopling har den mangel'at den skriveoperasjon ved hjelp av hvilken magnetiseringen av begge lag even-tuelt må omkoples og bringes i antiparallelle retninger, enten krever relativ kompliserte skri-vepulsrekker med høy koplingsenergi og lange skrivetider, eller en komplisert oppbygning av selve lagringscellene (anordning av en ledning mellom begge lag). Ved sterk spredningskopling innstiller den antiparallelle retning av magnetiseringen seg av seg selv, og da det ved denne utsvingning av magnetiseringen dog dreier seg om veggkoplingsprosesser, krever denne kopling alt for meget tid for hurtig lagringsanlegg. Videre har man at ved drift av dobbeltlagsceller med negativ kopling blir lesesignalet redusert ved at også magnetiseringen av lagringslaget ved påtrykning av lesefeltet blir dreiet noe ut av den lette retning, hvorved det i den til den hårde retning parallelle leseledning blir indusert en spenning som har den motsatte polaritet av den som er frembrakt ved koplingen av koplingslaget.

For fastverdilagringsanordninger er det kjent anordninger hvori det ved hjelp av den enkelte tynntlagscelle tilforordnede magneter blir fastlagt den til den binære verdi som skal lagres, svarende fortrinnsretning parallelt med en av de to lette retninger, i hvilken retning magnetiseringen ifølge den under innflytelse av et ordfelt følgende utsvinging blir dreiet tilbake, hvorved det fremkommer en forstyrrelsesfri avlesning. Denne anordning har den ulempe at de felter som bestemmer fortrinnsretningen, ikke kan vendes om ved anvendelse av elektroniske koplinger, slik det vil være ønskelig for innskrivning av ny informasjon.

Det finnes også tyntlagsceller med to over hverandre anordnede ved hjelp av et ikke-magnetisk metallisk mellomlag fra hverandre atskilte lag med forskjellig koersitivkraft, ved hvilke den magnetiske kopling virker slik at den søker å dreie magnetiseringen av lagene i parallelle retninger. En slik kopling blir betegnet som positiv. Grunnen til den i denne anordning opp-nådde positive kopling er enda ikke nøyaktig kjent. Det antas dog at den enten blir fremkalt ved diffusjon av små deler med magnetisk materiale i det ikke-magnetiske metall-lag eller ved elektroner i dette lag.

Formålet med oppfinnelsen er å skaffe en i oppbygning og i fremstilling, vesentlig forenklet magnetsjiktcelle med positiv kopling mellom to lag, henholdsvis mellom forskjellige områder av et eneste lag, hvorved disse celler ved anvendelse i en fastverdis lagringsanordning og i lagringsanordninger med forstyrrelsesfrie leseope-rasjoner gir små omkostninger og korte opera-sjonstider. Videre skal lagringscellen ved anvendelse i fastverdi lagringsanordninger gjøre det mulig at den innlagrede fastverdi kan bli endret ved hjelp av enkle elektroniske koplingsmidler.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at den lette akse er orientert -vinkelrett på grenselinjene mellom magnetisk harde og bløte soner, og at den magnetiske kopling som hersker mellom de forskjellige soner, søker å orientere magnetiseringen i hver bløt sone parallelt med magnetiseringen i den tilgrensende harde sone.

Videre særtrekk og fordeler, noen utførelses-eksempler såvelsom et anvendelseseksempel blir beskrevet nedenfor i forbindelse med tegnin-gene.

Her viser fig. 1 en skjematisk fremstilling av en vanlig etlags tyntlagscelle: a) i forbindelse med innførings- og uttagnings-middel,

b) den kritiske kurve for en slik celle.

Fig. 2 viser oppbygningen og virkemåten for

et av delområder av like store dimensjoner bestående lag:

a) et snitt gjennom et slikt lag,

b) et diagram som anskueliggjør de i delområdene opptredende magnetiske strømmer. Fig. 3 viser et diagram som angir de i den lette retning liggende magnetiseringskomponen-ter Mx i avhengighet av den i retning av den lette akse virkende feltstyrkekomponent Hx for forskjellige lag: a) for et vanlig enkeltlag; b) for et flerområders lag med H„ < Hc;

x

c) for et flereområders lag med HB > Hc.

x

Fig. 4 viser oppbygningen og virkemåten for et av delområder av forskjellig tykkelse bestående lag:

a) et snitt gjennom et slikt lag; b) forholdet for magnetiserings- og koblings-f eltvektorene; c) et diagram som anskueliggjør de i delområdene forhåndenværende magnetiske strøm-mer, Fig. 5 viser de kritiske kurver for koblings-og lagringsområdene for et flerområders lag (like dimensjoner for områdene), Fig. 6 viser de kritiske kurver for koblings-og lagringsområdene for et flerområders lag (forskjellige dimensjoner av områdene). Fig. 7 viser et utførelseseksempel for en tyntlagscelle ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 viser skjematisk oppbygningen og arbeidsmåten for en fastverdi lagringsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse: a) oppbygningen av fastverdi lagringsanordningen; b) forholdet for felt- og magnetiseringsvektorene ved en leseoperasjon, såvesom de resulterende utgangssignaler i avhengighet av den lagrede informasjon.

Fig. 9, 10 og 11 viser utførelseseksempler for tyntlagsceller ifølge den foreliggende oppfinnelse.

For å anskueliggjøre koblingsforholdene for vanlige, bare av et lag bestående tyntlagsceller i praktisk bruk i magnetlagslagringsanordninger som arbeider ifølge den såkalte ortogonalfelt-styrefremgangsmåte, vises til fig. 1. Der er det vist en tyntlagscelle 10 hvis lette akse RL for-løper parallelt med den av inngangs- og utgangs-midlene bestemte x-retning. Som kjent blir ved ortogonalfelt fremgangsmåten magnetiseringen av sjiktet avbøyet i y-retningen ved utlesning, og innskrivning fremkalt av et i y-retningen, dvs. iallfall tilnærmet i retning av den hårde akse RH, virkende ordfelt Hy, som blir frembragt ved hjelp av en av en orddriver 11 på ordledningen 12 gitt puls, hvis amplitude er større enn metningsfeltstyrken HK (se fig. lb), og laget blir således magnetisk mettet i denne retning. Polariteten av en ved utlesningen på denne måte i leseledningen 13 induserte og til leseforsterkeren 14 avgitte spenning som er proporsjonal med endringen i magnetiseringskomponenten i x-retningen, altså dMx/dt, er karakteriserende for den i cellen lagrede informasjon. Ved innskrivning bestemmer et ortogonalt til ordfeltet, altså i x-retningen, virkende ekstra elementfelt, som blir frembragt ved hjelp av elementdriveren 15 på elementledningen 16, gitt puls, ved sin polaritet den binære verdi («0» eller «1») som skal innskrives. Gjennom aksene for den i alminne-lighet som båndledning utførte ord-, element- og leseledning, blir det definert et ortogonalt ko-ordinatsystem hvis x-retning i idealtilfellet ligger parallelt med den lette akse R, for det magnetisk anisotrope lag.

Fig. lb viser den såkalte kritiske kurve 17, en astroide, som som bekjent beskriver det magnetiske koblingsforhold for en endomænestruk-tur. For de i det følgende behandlede rotasjons-koblinger kan det for det anvendte magnetiske lag antas å være et endomæneforhold. Astroiden gjelder altså også for dette koblingslag. Astroi-dens x-akse tilsvarer den lette akse R, for laget. Loddrett på R,, ligger den såkalte hårde akse RH.

Normalt blir de ved utretningen av magnetiseringen i en av de to av den lette akse gitte retninger karakteriserende stabile tilstander for informasjonslagring benyttet. Dette er på fig. 1 angitte ved de to med «1» og «0» karakteriserte piler 18 og 19. En rotasjonskobling av magnetiseringen kan oppnås ved hjelp av magnetiske felter som er større enn de av astroiden bestemte verdier. Slik må f. eks. et i den hårde retning påtrykt felt overskride verdien HK for å mulig-gjøre en slik omkobling. En ekstra feltkompo-nent i retning av den lette akse er nødvendig for å oppnå en entydig kobling i en av de ønskede stabile retninger. Det bemerkes her at denne komponent kan frembringes på forskjellig måte, således ved hjelp av den på elementledningen 16 angitte elementpuls eller også som det senere vil bli nærmere forklart, ved hjelp av de mellom de forskjellige lag eller lagområder for en tyntlagscelle bestående magnetiske koblinger.

Ved hjelp av fig. 2 til 6 vil det i det følgende bli gitt noen grunnleggende forklaringer som er nødvendig til forståelse av de magnetiske koblinger som bestemmer arbeidsmåten for oppfinnelsens tyntlagsceller.

Fig. 2a viser et delsnitt av et av magnetisk materiale bestående av filmlag 20. Dette kan f.

eks. bestå av 80 pst. Ni og 20 pst. Fe, og dets tykkelse være omkring 500 Å. Det antas at det dreier seg om et anisotropt lag. Snittet gjennom laget ligger parallelt med den lette retning. Det antas

videre at laget består av forskjellige stripeformede parallelt med den hårde retning anordnede delområder 23 og 24, og at de atskiller seg fra hverandre med hensyn til HK verdier, de «bløte» områder 24 har en lavere HK.

Fig. 2b viser et oppriss av en del av dette lag. De på lagrendene opptredende forhold blir ikke behandlet nærmere, da det ikke kreves for forståelse av arbeidsmåten. Når det ikke virker noe ytre felt på laget, befinner magnetiseringene av det hårde (Mh) og det bløte (M,) delområde

seg i den i avsnitt A i laget viste stilling, dvs. parallelt med den lette retning +x av laget. Under den antagelse at de geometriske dimensjoner, bredde og tykkelse, av delområdene er like, og at også flukstettheten B er enhetlig, får man på grensene av delområdene ingen sprangsteder for de i den lette retning liggende kompo-nenter Mx av den magnetiske fluks (AMx = 0), da Mh = M(. Dette er anskueliggjort i avsnitt A på fig. 2c.

I avsnittet B på fig. 2b og 2c er vist de forhold som opptrer ved påtrykningen av et ytre felt i den hårde retning, hvor Hv er større enn HK-verdiene for det bløte område (KK ), dog vesentlig mindre enn HK-verdien for det hårde område (HK ) skal være.

Først ser man bort fra innflytelsen av magnetiseringen av det hårde område. Magnetiseringsvektoren M, dreier seg til den med M,' betegnede stilling og danner med den lette retning en vinkel y\ >. Den parallelt med den hårde retning av laget forløpende komponent M, bidrar ikke til

y

den magnetiske kobling av delområdet. Den på-virker bare forholdet på de parallelt med den lette akse forløpende lagrender og blir derfor her ikke nærmere betraktet. Den i den lette retning liggende komponent M, er faktoren cos x\ >

x

mindre ( M, = cos \\ >) enn Mh (= Mh). Således

.\ x

får man på delområdsgrensen i avsnitt B på fig. 2c de med AMX betegnede og ved « + » — og «—»

tegn fremhevede sprangsteder av fluksen. De kraftlinjer som herved oppstår fra + til — for-løpende magnetiske felter, forløper delvis i den nær laget liggende luft, henholdsvis i den ikke viste basisplate, som laget er påført, men dels også i selve laget. De således i laget frembragte i retning av magnetiseringen virkende koblingsfelter er angitt på fig. 2b med + HB (i de bløte områder) og med —HB (i de hårde områder).

I avsnittene C på fig 2b og 2c er videre vist de forhold som opptrer ved påtrykning av et ytre felt Hy. I motsetning til den for avsnittet B gjorte antagelse om at magnetiseringen Mh forblir upåvirket av feltet Hy, blir avbøyningen av Mh her medvirkende. Herved blir det antatt at også de hårde områder forholder seg på samme måte, dvs. at de viser koherente rotasjonskoblin-ger ved Hy > HK , som for de bløte områder. Den

h

under påvirkning av feltet Hv. bevirkede avbøy-ning av magnetiseringen Mh med vinkelen \\ > bevirker reduksjon av x-komponentene av Mh på Mh = cos Herved reduseres AMX og således

x

også feltstyrken HH.

Avsnittene D på fig. 2b og 2c viser magnetiseringen og feltene for tilfelle av en antiparallell retning av magnetiseringen Mh og M, uten at det påtrykkes et ytre felt. Denne tilstand er ustabil når koblingsfeltstyrken + HB blir større enn

x koersitivkraften Hc for det bløte område. Dette blir vist på fig. 3.

På fig. 3a og 3c er for forskjellige lag truk-ket opp kurvene for magnetiseringskomponenten Ms i avhengighet av feltstyrken Hx for i retning av den lette akse påtrykte ytre felter. Fig. 3a viser kurven 30 for et vanlig homo-gent lag. Gjennomgangen gjennom Hx-aksen ligger symmetrisk til Mx-aksen. Dette betyr at den for omkoblingen av magnetiseringen av et slikt lag nødvendige feltstyrke Hx er omtrent lik koersitivkraften Hc for lagmaterialet, og dette gjelder både ved koblingen fra tilstanden «1» til «0» som ved koblingen fra «0» til «1». Fig. 3b viser den tilsvarende Mx = f(Hx) kurve 31 som ble opptatt for de svake delområder for det på fig. 2a angitte lag. De påtrykte felter måtte her velges slik at det i det hårde område ikke skjer noen omkobling. Magnetiseringen Mh for det hårde område er rettet ut i retningen + x. Kurven ligger på grunn av innflytelsen av koblingsfeltstyrken HB usymmetrisk

x

til Mx-aksen. Det blir for magnetiseringen M1 en fortrinnsretning, og den for omkoblingen av magnetiseringen nødvendige feltstyre Hx er ved kobling fra «1» til «0» HX = HC + HB og

x

således større enn den for koblingen fra «0» til «1» nødvendige feltstyrke som er HX = HC — HB .

x Da Hc > HB er begge stillingene «1» og «0»

x

stabile.

Fig. 3c viser videre Mx = f (Hx) kurven 32 for de bløte delområder av en til den på fig. 2a svarende anordning. I motsetning til det på fig. 3b I

viste tilfelle, er dog her antatt at Hc < HB ,

x hvorfor den med («0») viste stilling blir ustabil.

På fig. 4a til 4c er det på samme måte som på fig. 2a til 2c vist oppbygningen av et lag 40 med delområder med forskjellige HK-verdier såvel som vektorene for magnetiseringen og feltstyrken. Ved den her viste anordning er tykkelsen av det hårde delområde som er sammensatt av en stripe 43 av laget 40 og et på dette anbragt annet lag 42, dog større enn for stripene i det bløte område 44.

Som det er vist i avsnittene A på fig. 4 og 4c, finnes det allerede der på grensene for de forskjellige områder sprangsteder for den magnetiske fluks, når det ikke er påtrykt noe ytre felt Hy. Dette resulterer i koblingsfeltstyrken H[. , hvori som vist i avsnittet B kommer felter

o

HB ved påtrykning av et felt Hy. Liknende forhold inntreffer når den magnetiske fluks for de hårde og bløte områder er forskjellige. Hvis man velger forskjellige stripebredder med konstant lagtykkelse for de forskjellige områder så blir HB null. Dog vil størrelsen av koblingsfeltstyr-Jo

kene + Hu og —HB være forskjellige.

På fig. 5 er det for de på fig. 2a viste lag vist den kritiske kurve for de bløte delområder (kurve 50) som i det følgende blir betegnet som koblingsområder, og for de hårde delområder (kurve

51) i det følgende betegnet som lagringsområ-der. Som allerede beskrevet, gis det for magnetiseringen M: for koblingsområdet ifølge koblings-feltene en foretrukket retning, nemlig retningen

parallelt med magnetiseringen Mh av lagringsområdet. Fortrinnsvis vil derfor begge de stabile

tilstander «Mh og M, i retning + x» og «Mh og Mt i retning — x» kunne velges til lagring av binær informasjon som på tegningen er angitt med

«1» og «0». For den videre betraktning vil vi anta at magnetiseringsvektoren til å begynne

med befinner seg i den med «1» betegnede stilling. Ved påtrykning av et felt Hy av størrelsen HK Hy > HK hvor HK og HK har verdiene h 1 h 1

for henholdsvis lagring og koblingsområdet, vil

magnetiseringene M, være avbøyet en vinkel i|> i alle fall tilnærmet i den hårde retning, mens magnetiseringen Mh bare er dreiet en liten vinkel \\ >. Her er forutsatt at materialet i lagringsområdet muliggjør koherent rotasjonskobling. I motsatt fall opptrer en praktisk talt forsvin-nende innflytelse av magnetiseringen av lagringsområdet så lenge det påtrykte felt ikke inn-leder noen veggkobling. På grunn av den magnetiske kobling virker foruten feltet Hy også kob-lingsf eltene + HB henholdsvis — HB. Resultatene av dette, de magnetiseringen påvirkende felter, er betegnet med H,, og Hr Fastsettelsen av den herav følgende retning av magnetiseringene Mh' og Mt' følger kjente veier, idet det fra endepunk-tene av feltvektorene Hh og Ht blir lagt tangen-ter til de respektive astroider (kurve 51 henholdsvis 50). Hvis det i retning + x virkende koblingsfelt + HB ikke var tilstede, ville magnetiseringen Mj av koblingsområdet bli fullstendig avbøyet i den hårde retning (+ y), og etter av-

bøyningen av Hy-feltet ville det ikke bli noe felt som ville føre magnetiseringen M5 for alle do-mæner av koblingsområdet enhetlig tilbake hverken i -f x eller —x retningen. En oppsplitting derimot dreier magnetiseringen M1 tilbake til sin utgangsstilling, da den ikke ble avbøyet helt i den hårde retning, og derfor faller tilbake i den «nærmere liggende» lette retning, og da den står under innflytelse av koblingsfeltet + HB som først etter fullstendig tilbakeføring av magnetiseringen i den lette retning blir til null. Mh ven-der også tilbake til den lette retning.

Av ovenstående forklaringer vil det sees at med koblingsfeltstyrken HB som er tilstede for tyntlagscellen i overensstemmelse med den lagrede binære verdi, blir det skaffet en forstyrrelsesfri utlesning av den lagrede informasjon, da magnetiseringen av cellen etter hver utleseope-rasjon igjen blir dreiet tilbake til utgangsstil-lingen.

På fig. 6 er det vist de for den på fig. 4a viste anordning kritiske kurver for de bløte koblingsområder (kurve 60) og for de hårde lag-ringsområder (kurve 61). På denne figur blir anskueliggjort innflytelsen av de i forbindelse med fig. 4 beskrevede koblingsfelter HB .

o

På fig. 7 er det vist et utførelseseksempel for oppfinnelsens tyntlagsceller. På en polert grunnplate 71 som består av ikke-magnetiserbart materiale, er det påført et Ni-Fe-lag 70 (80 pst. Ni, 20 pst. Fe). Skikttykkelsen er omtrent 500 Å, koersitivkraften Hc av lagmaterialet er 3,5 Oe. Med 72 er merket striper av gjennom et gitter på Ni-Fe-laget pådampede kobolt-nikkelfilmer, (60 pst. Co, 40 pst. Ni), som har en vesentlig høyere koersitivkraft enn de underliggende Ni-Fe-lag, som er Hc = 13 Oe. Også HK-verdiene av begge lag står omtrent i forhold til Hc-verdien, dvs. at HK-verdien for Co-Ni-laget er vesentlig høyere enn for Ni-Fe-laget. Dimensjonene er føl-gende: tykkelsen av filmen er 500 Å, stripebred-den og stripeavstanden er lik omtrent 500 \ i. Da lagene er meget tynne og står i direkte kontakt med hverandre, består det mellom de på hverandre liggende Co-Ni- og Ni-Fe-lag en sterk ut-vekslingskobling som forhindrer en fra hverandre uavhengig dreining av magnetiseringen i bare én av de to retninger. Dette bevirker at også det under Co-Ni-filmen liggende område 73 av Ni-Fe-laget 70 blir magnetisk hårdt, dvs. at de utadvirkende HK- og Hc-verdier blir for-høyet. Laget 70 består således av områder 74 med forholdsvis små Hc- og HK-verdier og av områder 73 med forholdsvis høye Hc- og HK-verdier. De første blir i det følgende betegnet med «koblingsområder» og de siste med «lag-ringsområder».

Ved påtrykning av et felt Hx i retningen av den lette akse hvorved maksimalverdien av Hx blir større enn Hc-verdien for koblingsområdet og mindre enn Hc-verdien for lagringsområdet må være, får man en kurve Mx=f(Hx) som tilsvarer den på fig. 3b viste kurve. Retningen av den feltstyrke HB som bestemmer fortrinnsretningen, er avhengig av utsvingningen av magnetiseringen i det av den angitte feltstyrke Hx ikke

koblede lagringsområde. Feltstyrken HB ble for

x

den beskrevne tyntlagscelle fastlagt til 1,5 Oe. Det er lett å vise at det dreier seg om en positiv kobling dvs. at magnetiseringen av lagringsområdet søker å svinge magnetiseringen av lagringsområdet i en retning parallelt med magnetiseringen av lagringslaget. Dette er anskueliggjort på fig. 7 ved magnetiseringen i delområdene ved hjelp av piler 75 og 76.

Under påtrykning av et felt Hy i den hårde retning og hvis størrelse ligger mellom HK-verdien for lagrings- og koblingsområdene, blir magnetiseringen av koblingsområdet tilnærmet dreiet i den hårde retning, mens magnetiseringen av lagringsområdet bare blir dreiet lite ut av den lette retning. Den på fig. 7 viste tyntlagscelle viser prinsipiet det samme forhold som ble forklart for de på fig. 2 og 4 viste forenklede lag.

Det blir henvist til at for drift av de beskrevne tyntlagsceller i en etter ortogonalstyre-fremgangsmåten drevet lagringsanordning blir det ubetinget krevet en differans mellom HK-verdien for lagområdene 73 og 74 for dannelsen av lagrings- og koblingsområder, mens en for-skjell mellom Hc-verdiene ved denne driftsmåte er fordelaktig, men ikke nødvendig.

I det følgende vil det med hjelp av fig. 8a og 8b bli forklart en utførelsesform for en fastverdi lagringsanordningen hvori de beskrevne tyntlagsceller blir anvendt.

Under driften av en permanent fastverdi lagringsanordning blir det bare utført leseope-rasjoner og ingen skriveoperasjoner. Det er dog for idriftssettelse nødvendig å utføre magnetiseringen av lagringscellene i overensstemmelse med de binære verdier som skal lagres, og senere leses ut av fastverdi lagringsanordningen. Denne engangs innskrivningsoperasjon kan bli utført med anvendelse av den beskrevne tyntlagscelle under påtrykning av tilstrekkelig sterke felter (Hy > HK ) på elektrisk vei. Den til dette nød-h

vendige koblingsanordning er ikke vist.

På fig. 8a er det skjematisk vist en oppbygning av lagringsanordningen. Lagringsmatrik-sen 80 består av i linjer og spalter anordnede tyntlagsceller 81, som har de i henhold til oppfinnelsen for cellene forlangte egenskaper. Som antydet, er det over hvert lagringslag forutsatt en med den lette retning av laget parallell ordledning 82 såvelsom en dertil loddrett forløpende leseledning 83. Anordningen av ord- og leseled-ninger er utført på slik måte at disse ledninger går loddrett på hverandre, hvorved den gjensi-dige induktive kobling av disse ledninger og der-med opptreden av forstyrrelsespulser blir redusert til et minimum. Lagringsanordningen er ordorientert dvs. at ved hver leseoperasjon blir et antall lagringsceller som inneholder de binære informasjoner som danner et ord, samtidig lest ut. Som det ved hjelp av fig. 5 ble beskrevet, er det til dette nødvendig for hver celle å ha et felt i den hårde retning omtrent av størrelse som verdien av HK . Dette felt blir frembragt av

i

orddriverne 84 som på en av ordledningen 82 frembringer en gitt puls, hvorved det hver gang

i overensstemmelse med adressen for det ord som skal utleses, blir drevet en utvalgt orddriver. Hvis f. eks. orddriveren 84-2 sender en lesepuls på ordledningen 82-2, så blir magnetiseringen M, av koblingsområdet for den av denne ordledning påvirkede lagringscelle tilnærmet dreiet ut i den hårde retning. Den i hver av de til utlesningen av ordet hørende celle opptredende forandring av den i den lette retning (x-retningen) liggende magnetiseringskomponent indu-serer i den over hver celle anordnede leseledning 83 en puls som mottas og forsterkes over den hver celle tilordnede leseforsterker 85. Under en leseoperasjon mottar således hver leseforsterker en puls henholdsvis en pulsrekke. Polariteten av denne puls er karakteriserende for det i den tilsvarende elementstilling for det utleste ord inne-holdte binære verdi («1» eller «0»).

På fig. 8b er vist de ved en leseoperasjon på magnetiseringen av koblingsområdet virkende magnetiske felter såvelsom den resulterende dreining av magnetiseringsvektorene for lagrings- (Mh) og koblingsområdet (M,). Denne figur ligger følgende antagelse til grunn: at lag-ringen av en binær «0» er karakterisert ved ut-dreiningen av magnetiseringen Mh og M, i retningen x. Den binære «1» tilsvarer utsvingningen i +x retningen. Med H,, henholdsvis H„ er

«0» «1» angitt de koblingsfeltstyrker som virker på magnetiseringen av koblingsområdet i x-retningen henholdsvis i + x-retningen, og med H(. det av lesepulsen frembragte felt. H, er det for koblingsområdet for laget virksomme felt. Kurve 86 viser den på en ordledning 82 gitte ordpuls i avhengighet av tiden. Kurve 87 og 88 angir spen-ningsforløpet på leseledningen 83 for tilfellet av en i den tilordnede lagringscelle lagret «0» henholdsvis «1». Denne spenningspuls blir tilført til fastleggelse av den utleste verdi for en ikke vist diskrimineringskobling.

Det beskrevne fastverdi koblingsanlegg kan ombygges eller utvides til en halvpermanent fastverdi lagringsanordning, dvs. en lagringsanordning hvori leseoperasjonen bare krever meget korte tider, og hvis lagrede informasjon kan for-andres ved hjelp av forholdsvis langsomme skriveoperasjoner, idet det er anordnet permanent foreliggende innskrivningsmidler som muliggjør en omkobling også av lagringsområdene for tyntlagscellene. Da det her ikke er tale om ekstremt hurtig kobling, er det herfor nødven-dige koblingsanordninger lite kostbare selv i til-feller hvor de for leseoperasjonen allerede forhåndenværende ledninger ikke kan anvendes.

Hvis den beskrevne tyntlagscelle skal anvendes i en lagringsanordning med forstyrrelsesfri lesning, idet også skriveoperasjonen må utføres i meget kort tid, så blir det nødvendig å redusere HK- og Hc-verdiene for lagringsområdene i tyntlagscellen. Da det imidlertid må for-bli et bestemt forhold mellom HK- og Hc-verdiene for lagrings- og koblingsområdene, blir det nødvendig for koblingsområdene med meget små verdier for HK og Hc (f. eks. HK=0,5 Oe, Hc=0,2 Oe). Det er dog kjent en fremstillingsfremgangs-måte hvormed det også kan oppnås slike verdier.

Ved hjelp av fig. 9, 10 og 11 vil bli beskrevet

noen videre utførelseseksempler for tyntlagsceller som har de ifølge oppfinnelsen forutsatte egenskaper.

For det på fig. 9 viste utførelseseksempel er det på den polerte grundplate 91 påført et Ni-Fe-lag 90 med tykkelse 400 Å. Koersitivkraften for dette lagmateriale er 3,0 Oe. 95 angir ved hjelp av et gitter anbragt SiO-film med dimensjonene 50x50 [.i. Dette kvadrat er anordnet i linjer og spalter hvis avstand også er 50 \ i. Det med 92 angitte lag består av Co-Ni og har en koersitivkraft på 13 Oe. Lagtykkelsen er omtrent 400 Å. I området med direkte kontakt (93) mellom Ni-Fe- og Co-Ni-lag økes HK- og Hc-verdiene for Ni-Fe-laget under innflytelse av det magnetiske hårde Co-Ni-lag. SiO-filmen tjener til magnetisk avkobling av lagene, og således blir de av SiO-laget dekkede områder 94 av Ni-Fe-laget praktisk talt ikke påvirket av det hårde lag 92.

Ved denne utførelsesform viser laget 70 ved hjelp av den på fig. 7 allerede beskrevne tyntlagscelle, områder med forskjellige Hc- og HK-verdier. Området 93 kan tjene som lagringsområde og området 94 som koblingsområde. Mellom disse områder er det igjen en positiv kobling. Feltstyrken H,, ble målt til 2,5 Oe.

x

Ved det på fig. 10 viste utførelseseksempel er det på den polerte grunnplate 101 gjennom et gitter pådampet tynne stripeformede sølvlag 102 av tykkelse omtrent 200 Å. Med 100 er betegnet et Ni-Fe-lag av tykkelse omtrent 500 Å og en koersitivkraft på 1,5 Oe. I områdene 103 ligger det mellom Ni-Fe-laget og grunnplaten et sølvlag, som med den anvendte" lagtykkelse ikke lager noe gjennomgående lag, men består av mange mikroskopiske små «øer». Ni-Fe-laget er således praktisk talt pådampet på en av søl-vet ruet overflate, og da tykkelsen av det likeledes tynne Ni-Fe-lag er tilnærmet konstant, er også overflaten av Ni-Fe-laget ujevn. Det herved fremkommende spredefelt bevirker en forhøyelse av lagets Hc-verdi. Det ble målt en Hc på 55 Oe. Sølvet tjener således herved bare til å gjøre overflaten ru. En slik ru overflate kan også fåes på andre måter, f. eks. ved etsning eller mekanisk. Forhøyelsen av Hc bevirker at retningen av elementærmagnetiseringen avviker mere fra den utad målbare uforanderlige retning av den hele magnetisering av laget, og med dette er det forbundet en forhøyelse av den for den samlede magnetisering i den hårde retning nødvendige feltstyrke. Mikroskopisk tilsvarer et slikt lag et lag med en høy HK. I området 104 ligger Ni-Fe-laget direkte på den polerte overflate av grunnplaten 101. Her forblir de magnetiske egenskaper for laget uforandret. Også ved denne utførelsesform viser laget 100 på samme måte som laget 70 for den ved hjelp av fig. 7 beskrevne tyntlagscelle, områder med forskjellige magnetiske egenskaper. Områdene 103 kan tjene som lagringsområde, området 104 som koblingsområde. Mellom disse områder er det en positiv kobling. Feltstyrken ble målt til 1,25 Oe.

Ved den på fig. 11 viste utførelsesform er det påført et gjennomgående Ni-Fe-lag 110 av tykkelse omtrent 500 Å på den polerte grunnplate 111. Med 112 er angitt tynne stripeformede kobberlag, som er pådampet gjennom et gitter på laget 110. Ved hjelp av en etter pådampningsprosessen utført temperaturforhøyelse blir det oppnådd en diffusjon av Cu i Ni-Fe-laget, hvor-av i områdene 113 følger en lokal forhøyelse av Hc-verdien og således også en forhøyelse av den for utsvingningen av magnetiseringen i den hårde retning nødvendige feltstyrke. Det ikke påvirkede område av Ni-Fe-laget er betegnet med 114.

Ved denne utførelsesform viser laget 110 på samme måte som for den i forbindelse med fig. 7 allerede beskrevne tyntlagscelle, områder med forskjellige magnetiske egenskaper. Området 113 kan tjene som lagringsområde og området 114 som koblingsområde. Mellom disse områder er det likeledes en positiv kobling.

Oppfinnelsen er beskrevet ved hjelp av ut-førelseseksempler. Det blir vist til at de her valgte anordninger, dimensjoner og materialer bare viser foretrukne eksempler. Ved utførelsen av tyntlagsceller kan man ved endringer av dimensjonene (lagtykkelsen, de geometriske dimensjoner og anordningen av de hver gang gjennom gittere påførte lag) såvel som ved valg av Hc- og H^-verdier for de anvendte lag, skaffe seg andre til vedkommende anvendelsesformål hensiktsmessige verdier f. eks. koblingsfeltstyrke. Ved fremstillingen av tyntlagsceller kan man for å oppnå mindre Hc- og HK-verdier av lagene ved pådampningsprosessen f. eks. anvende de på følgende litteratursteder angitte fremgangsmå-ter: Fremgangsmåte til reduksjon av Hc: «Nature», vol. 194 (1962) side 1035 og «IBM Research». RZ 154 (1964); Fremgangsmåte til reduksjon av HK: «Proceed-ings of the Intermag Conference 1964», ka-pitel 9,3.

Videre kan man for de i forbindelse med fig. 10 og 11 forklarte utførelseseksempler angitte materialer, for det til å gjøre grunnplaten ru tjenende sølv eller det til diffusjon anvendte kobber benytte andre stoffer, således f. eks. kan sølvet erstattes av aluminium, kobberet av gull. De ifølge eksemplene av 80 pst. Ni- 20 pst. Fe, henholdsvis 60 pst. Co- 40 pst. Ni bestående magnetiske lag kan være av annen sammensetning.

Som anvendelseseksempel ble det valgt en fastverdi lagringsanordning for hvilken tyntlag-cellene i de beskrevne utførelsesformer fortrinnsvis ble anvendt. Dog kan man også ifølge oppfinnelsen benytte andre lagringsanordninger med andre verdier for cellene enn de i de viste eksempler som f. eks. lagringsanordninger med hurtige lese- og skriveoperasjoner.

Claims (11)

1. Magnetsjiktcelle med et anisotropt, magnetisk sjikt (70, 90, 100, 110) som består av soner (73, 93, 103, 113 og 74, 94, 104, 114) med forskjellige magnetiske egenskaper, hvor sonene er atskilt fra hverandre med hensyn til den magnetiske feltstyrke som kreves for å bevirke deres magnetisering i magnetisk hard retning, og hvor sonene er anordnet inntil hverandre i samme plan med annenhver sone (f. eks. 73) magnetisk

tiard og annenhver sone (f. eks. 74) magnetisk bløt, og at alle soner har sin lette magnetiseringsakse i samme retning, karakterisert v e d at den lette akse er orientert vinkelrett på grenselinjene mellom magnetisk harde og bløte soner, og at den magnetiske kopling som hersker mellom de forskjellige soner, søker å orientere magnetiseringen i hver bløt sone parallelt med magnetiseringen i den tilgrensende harde sone.

2. Magnetsjiktcelle ifølge krav 1, karakterisert ved at de magnetisk harde soner (f. eks. 73) er anordnet i bånd som løper parallelt med retningen av sjiktets harde magnetiseringsakse.

3. Magnetsjiktcelle ifølge krav 2, karakterisert ved at retningen av magnetiseringen i de magnetisk harde soner representerer lagrede informasjoner.

4. Magnetsjiktcelle iføge krav 3, karakterisert ved organer (82, 84) som er inn-rettet til ved avlesning av lagrede informasjoner å bringe magnetiseringen av de magnetisk bløte soner (f. eks. 74) i det minste tilnærmet i den harde magnetiserings retning, idet de magnetisk harde soner (f. eks. 73) på grunn av magnetisk kopling mellom sonene, bevirker tilbakeføring av de magnetisk bløte soners magnetisering til tilstanden før avlesningsoperasjonens begynnelse, når avlesningsoperasjonen er avsluttet, hvorved ikke-destruktiv avlesning av lagrede informasjoner oppnås.

5. Magnetsjiktcelle ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved et på en bærer (71, 91, 101, 111) av umagnetisk materiale avsatt første sjikt (70, 90, 100, 110) av magnetiserbart materiale, hvilket sjikt inneholder i det minste en sone (73, 93, 103, 113) som er magnetisk hardere enn en tilgrensende sone (74, 94, 104, 114).

6. Magnetsjiktcelle ifølge krav 5, karakterisert ved et over begrensede soner av det første sjikt (70) avsatt andre sjikt (72) av magnetiserbart materiale som er magnetisk hardere enn materialet i det første sjikt (70), hvorved den feltstyrke som er nødvendig for å kippe magnetisering av sonene under det andre sjikt, øker.

7. Magnetsjiktcelle ifølge krav 5, karakterisert ved et over begrensede soner av det første sjikt (90) avsatt andre sjikt (95) av ikke-magnetiserbart materiale, et over hele det av det første sjikt definerte areal på sådan måte avsatt tredje sjikt (92) av magnetiserbart materiale at det første sjikt (90) og det tredje sjikt (92) er atskilte innenfor de begrensede sonene (94) ved hjelp av det andre sjikt (95), men har direkte kontakt med hverandre innenfor de res-terende soner (93), hvorved feltstyrken som er nødvendig for å kippe magnetiseringen i sonene (93) i det første sjikt som er i direkte kontakt med det tredje sjikt, øker.

8. Magnetsjiktcelle ifølge krav 5, karakterisert ved at bæreren (101) er gitt en ru overflate innenfor begrensede områder, hvorved den for kipping av magnetiseringen i de soner (103) i det dertil avsatte sjikt (100) av magne tiserbart materiale som ligger over de rue områder, krever øket feltstyrke.

9. Magnetsjiktcelle ifølge krav 8, karakterisert ved et tynt sjikt (102) av ikke magnetiserbart materiale som er avsatt over de begrensede områder, hvorved bæreren får den nevnte rue overflate.

10. Magnetsjiktcelle ifølge krav 8, karakterisert ved på kjemisk eller mekanisk måte tilveiebrakte lokale forandringer av bære-rens overflatestruktur, hvorved bæreren får den nevnte rue overflate.

11. Magnetsjiktcelle ifølge krav 5, karakterisert ved et innenfor begrensede områder av det første sjikt (110) avsatt andre sjikt (112) av magnetisk materiale som 1 det minste delvis er diffundert inne i det underliggende første sjikt (110) hvorved den for kipping av magnetiseringen av de under det andre sjikt (112) liggende soner (113) av det første sjikt nødvendige feltstyrke øker.