DE1170088B - Verfahren zum Herstellen duenner ferro-magnetischer Filme mit einer Vorzugsrichtung der Magnetisierung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H Ol d

Deutsche Kl.: 21g-31/03

Nummer: 1 170 088

Aktenzeichen: 117253 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 17. November 1959

Auslegetag: 14. Mai 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dünner ferromagnetischer Filme mit einer Vorzugsrichtung der Magnetisierung in einer Dicke von etwa 1 Mikron und darunter durch Aufdampfen oder Aufgalvanisieren des ferromagnetischen Materials auf eine mit einer größeren Anzahl paralleler Rillen versehene Unterlage.

Für die Verwendung in den Speicher- und Steuereinrichtungen programmgesteuerter elektronischer Rechenmaschinen und anderer Geräte zur automatischen Datenverarbeitung wurden vor einiger Zeit dünne magnetische Filme von einigen zehntel Mikron Stärke entwickelt, die wesentlich schneller um~ magnetisiert und einfacher hergestellt werden können als die bisher verwendeten Magnetkerne mit rechteckiger Hystereseschleife. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in diesen magnetischen Filmen eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung zu erzeugen, um deren magnetische Eigenschaften noch weiter zu verbessern.

Es ist bekannt, Magnetfilme durch Aufdampfen oder Aufgalvanisieren des Magnetmaterials auf eine lediglich als Träger dienende Unterlage herzustellen und die Vorzugsrichtung der Magnetisierung durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes während des Aufbringens des Magnetmaterials zu erzeugen. Es ist weiterhin bekannt, die Unterlage mit einer Anzahl paralleler Rillen zur Führung eines Magnetkopfes zu versehen, deren Abmessungen in der Größenordnung von einigen zehntel Millimetern und darüber liegen. Nach diesen bekannten Verfahren ist es jedoch im allgemeinen nicht möglich, stets und mit vertretbarem Aufwand gleichmäßige Magnetfilme mit gut ausgebildeter Vorzugsrichtung herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein einfaches und reproduzierbares Verfahren zum Herstellen für Speicher- und Steuerzwecke geeigneter dünner ferromagnetischer Filme der eingangs genannten Art, welches diesen Nachteil nicht aufweist und es darüber hinaus ermöglicht, die Koerzitivkraft der Ummagnetisierung dieser Magnetfilme durch Blochwandverschiebung, die meist viel kleiner ist als die Koerzitivkraft der Ummagnetisierung durch Drehung der Elementarmagnete ihrer sogenannten Weißschen Bezirke, größer und insbesondere größer als die Hälfte der Koerzitivkraft der Ummagnetisierung durch Drehung zu wählen, so daß diese Magnetfilme, wie weiter unten näher erläutert, in einem nach dem Koinzidenzstromprinzip arbeitenden Matrixspeicher verwendet werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Abmessungen der Breite und der Tiefe der Rillen in der Unterlage etwa Verfahren zum Herstellen dünner ferromagnetischer Filme mit einer Vorzugsrichtung
der Magnetisierung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H-. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
John Scott Eggenberger,
Wappingers Falls, Dutchess, N. Y.,
John Charles Lloyd,
Wappingers Falls, Dutchess, N Y.,
Robert Samuel Smith, Poughkeepsie,
Dutchess, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. November 1958

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in der Größenordnung der Dicke der Filme gewählt werden, so daß die Finne auch nach einem Aufbringen des ferromagnetischen Materials ohne ein äußeres Magnetfeld eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung in Richtung der Rillen aufweisen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Rillen in der Unterlage durch gleichmäßiges, leichtes Bearbeiten mit einem staubfeinen Schleifmittel (z. B. mit der Körnung 320 nach DIN 69100) hergestellt. Die Unterlage kann dabei vor dem Anbringen der parallelen Rillen mit einer dünnen Schicht eines weichen Materials (z. B. Kupfer) versehen werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß die magnetischen Eigenschaften dünner magnetischer Filme und vor allem die Vorzugsrichtung der Ma-

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gnetisierung, d. h. die Richtung besonders leichter Magnetisierbarkeit, sowie die Größe der Koerzitivkraft der Ummagnetisierung durch Blochwandverschiebung, durch die makroskopische Struktur der Unterlage, auf der die dünne Magnetschicht abgelagert ist, beeinflußt werden können. Insbesondere kann beobachtet werden, daß bei Ablagerung des dünnen Films auf eine Unterlage, die mit einer Vielzahl von sehr dicht beieinanderliegenden parallelen

gnetfilme als Speicherelemente in Informationsspeichern an, die nach dem Koinzidenzstromprinzip betrieben werden.

Bei Anwendung des Galvanisierungsverfahrens ist 5 es wichtig, die Stromdichte, bei der die Galvanisierung stattfindet, so zu begrenzen, daß das durch den Galvanisierungsstrom induzierte magnetische Feld nicht die Orientierung des Filmes beeinflußt, die durch die Struktur der Unterlage hervorgerufen wird. Rillen oder Kerben versehen ist, die Achse leichter io Vorzugsweise soll die Galvanisierung bei einer Strom-Magnetisierbarkeit sich parallel zur Richtung der dichte unter 10 mA/cm² ausgeführt werden. Rillen ausrichtet. Bei diesem Herstellungverfahren Das Verfahren zum Herstellen dünner ferro-

erhält man dünne magnetische Filme, deren Achse magnetischer Filme nach der Erfindung weist noch leichter Magnetisierbarkeit in einem viel höheren einen weiteren Vorteil auf. Bekanntlich kann eine Maße ausgerichtet ist, als es mit einem von außen 15 schnellere Umschaltung von bistabilen Magnetfilmen angelegten orientierenden magnetischen Feld mög- entweder durch die Verwendung stärkerer Felder lieh wäre. Darüber hinaus verändert sich die Koerzi- oder durch die Verwendung der Ummagnetisierung tivkraft der Ummagnetisierung durch Blochwandver- durch Drehung an Stelle der bekannten Ummagneschiebung mit den Abmessungen der Rillen, so daß tisierung durch Blochwandverschiebung erreicht es durch dieses Verfahren ermöglicht wird, Mate- 20 werden. Bei den bisher bekannten ferromagnetischen rialien mit einem großen Bereich von magnetischen Filmen war jedoch das Schwellenfeld, das für die Eigenschaften herzustellen. Ummagnetisierung durch Blochwandverschiebung

F i g. 1 gibt eine schematische Darstellung einer benötigt wird, viel geringer als das Feld, das für die mit Rillen versehenen Unterlage nach der Erfindung Ummagnetisierung durch Drehung erforderlich ist. wieder. Obwohl die Verwendung vieler Materialien, 35 Daher konnte in Speichersystemen, die nach dem einschließlich Glas und Kunststoff, für die Unterlage Koinzidenzstromprinzip arbeiten, in denen die Stärke möglich ist, wird vorteilhafterweise eine Phenol- des Treiberfeldes zur vollen Auswahl durch das Erplatte 1 verwendet, die mit einer leitenden Kupfer- fordernis beschränkt wird, daß das Halbwählfeld das schicht 2 bedeckt ist. Eine solche Unterlage kann in Schwellenfeld des Magnetfilmes nicht überschreiten einfacher Weise mit einer Reihe von Rillen 3 der ge- 30 darf, nur die Ummagnetisierung durch Blochwandwünschten Tiefe versehen werden, z. B. durch Be- verschiebung bei relativ schwachen Treiberfeldern arbeiten mit einer auf einer Teilmaschine angeord- erreicht werden.

neten Schmirgelscheibe, oder unter Verwendung Bei der Verwendung einer durch Rillen aufgerauh-

einer Ätzmaschine. Es können verschiedene Schleif- ten Unterlage ist die Koerzitivkraft der Ummagnemittel unterschiedlicher Korngröße für diesen 35 tisierung durch Blochwandverschiebung und damit Zweck benutzt werden. Sehr gute Ergebnisse werden die entsprechende Schaltschwelle des Magnetfilmes mit einem Schleifpapier der Körnung 320 nach höher als die eines ähnlich, jedoch unter Verwen-DIN 69100 erhalten. dung einer glatten Unterlage hergestellten Magnet-

Nachdem die Unterlage in der beschriebenen filmes. Die Schaltschwelle der Ummagnetisierung Weise vorbereitet worden ist, wird ein dünner ferro- 40 durch Drehung bleibt jedoch etwa gleich. Bei den magnetischer Film mit beispielsweise 80 Gewichts- Magnetfilmen nach der Erfindung überschreitet das

für die Ummagnetisierung durch Blochwandverschiebung erforderliche Schwellenfeld den halben Wert des Feldes, das für die Ummagnetisierung durch 45 Drehung nötig ist. Daher kann in Speichersystemen, die nach dem Koinzidenzstromprinzip arbeiten und diese Magnetfilme verwenden, zum Ummagnetisieren durch Drehung an Stelle der Ummagnetisierung durch Blochwandverschiebung ein verstärktes Volleine bestimmte abgelagerte Metallmenge ist die Film- 50 wählfeld benutzt werden.

stärke geringer als bei ebenen Filmen, wodurch sich Ein praktisches Beispiel zeigt die Ummagnetisie-

rungseigenschaften eines ferromagnetischen Filmes auf relativ glatter Oberfläche im Vergleich zu denjenigen eines ferromagnetischen Filmes auf einer 55 durch Rillen aufgerauhten Unterlage. Das Schwellenfeld, das nötig ist, um eine Ummagnetisierung durch Blochwandverschiebung zu bewirken, steigt durch die Verwendung der aufgerauhten Unterlage von 0,9 auf 1,5 Oersted; die entsprechende Schaltkonstante sinkt

ein von außen angelegtes magnetisches Feld herge- 60 von 0,8 auf 0,6 Oersted · Mikrosekunden. Das stellt worden sind. Der Grad, in welchem die Schleife Schwellenfeld, das nötig ist, um eine Ummagnetisiefür die Richtung senkrecht zur Vorzugsrichtung rung durch Drehung zu bewirken, bleibt etwa gleich. (Fig. 3) geschlossen ist, zeigt an, daß die Vorzugs- Es steigt lediglich von 2,1 auf 2,4 Oersted; die entrichtung weitgehend mit der Richtung der Rillen auf sprechende Schaltkonstante sinkt von 0,6 auf der Fläche der Unterlage übereinstimmt. F i g. 4 zeigt 65 0,24 Oersted · Mikrosekunden. Die Umschaltzeit jedie Hystereseschleife in der Vorzugsrichtung. Die doch sinkt durch die Verwendung der aufgerauhten gute Rechteckform und die scharfen Knicke der Unterlage etwa auf die Hälfte, nämlich von 800 auf Schleife deuten die gute Verwendbarkeit dieser Ma- 400 Nanosekunden. Das Umschaltfeld wurde dabei

prozent Nickel und 20 Gewichtsprozent Eisen auf ihr abgelagert. Es sind mehrere Verfahren zur Bildung der Magnetschicht bekannt, z. B. das Aufdampfen im Vakuum und die Galvanisierung.

F i g. 2 zeigt einen typischen durch Galvanisierung hergestellten Film. Es ist erforderlich, daß die metallische Ablagerung 4 der welligen Form der Unterlage folgt, damit der Film einheitlich dick ist. Für

ein Magnetfilm ergibt, der eine relativ hohe Koerzitivkraft der Ummagnetisierung durch Blochwandverschiebung hat und trotzdem ein hohes Ausgangssignal aufweist.

F i g. 3 und 4 zeigen die mit 50 Hertz aufgenommenen Hystereseschleifen von Magnetfilmen mit Vorzugsrichtung der Magnetisierung, die unter Verwendung von mit Rillen versehenen Unterlagen ohne

in der Ebene der Magnetfilme parallel zur Vorzugsrichtung angelegt. Das Vollwählfeld betrug im Falle der glatten Oberfläche 2,0 Oersted und im Falle der durch Rillen aufgerauhten Unterlage 2,4 Oersted.

Die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten dünnen ferromagnetischen Filme besitzen also sowohl eine ausgezeichnet ausgebildete Vorzugsrichtung der Magnetisierung als auch verbesserte Ummagnetisierungseigenschaften, die sich vor allem in der kürzeren Schaltzeit äußern.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen dünner ferromagnetischer Filme mit einer Vorzugsrichtung der Magnetisierung in einer Dicke von etwa 1 Mikron und darunter durch Aufdampfen oder Aufgalvanisieren des ferromagnetischen Materials auf eine mit einer größeren Anzahl paralleler Rillen versehene Unterlage, dadurch : gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Breite und der Tiefe der Rillen (3) in der Unterlage (1, 2) etwa in der Größenordnung der Dicke (8) der Filme (4) gewählt werden, so daß die Filme auch nach einem Aufbringen des ferromagnetischen Materials ohne ein äußeres Magnetfeld eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung in Richtung der Rillen aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen in der Unterlage durch gleichmäßiges, leichtes Bearbeiten mit einem staubfeinen Schleifmittel (z. B. mit der Körnung 320 nach DIN 69100) hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (1) vor dem Anbringen der parallelen Rillen (3) mit einer dünnen Schicht (2) eines weichen Materials (z. B. Kupfer) versehen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 135 403, 832 333;
französische Patentschriften Nr. 891 451, 966 694, 008 218.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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