DE1289109B - Multistabiler Speicherfilm - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausbildung Leseleitung induziert wird, eine Funktion der Geder Planarkontur eines Speicherfilms aus ferro- schwindigkeit ist, mit der sich das mit der Leseleitung magnetischem Material mit offenem Kraftlinienweg gekoppelte Magnetfeld ändert, ergibt sich somit, daß und Einzeldomäneneigenschaften, die eine Einzel- das induzierte Signal um so größer wird, je schneller domänen-Drehumschaltung ermöglichen. 5 die Umschaltung erfolgt. Daraus folgt, daß es zur Die Bedeutung des Einsatzes von kleinen, aus optimalen Ausnutzung der magnetischen Eigenschaften magnetischem Werkstoff bestehenden Kernen als von Dünnfilmen wünschenswert ist, die Umschaltung Speicherelemente in elektronischen Verarbeitungs- solcher Elemente durch Einzeldomänendrehung zu systemen ist bekannt. Diese Bedeutung beruht auf den bewirken. In der obenerwähnten USA.-Patentschrift bistabilen Eigenschaften solcher Kerne, die es ermög- io 3 030 612 wird ein Umschalt-Schwellenwert für solche liehen, magnetische Zustände aufzubewahren oder zu Dünnfilme angegeben, der ein Konstruktionskriterium speichern, die dann zur Darstellung einer binären 1 für die Eigenschaften des Steuerfeldes darstellt, mit oder 0 benutzt werden können. Um die Arbeitsge- dem die Umschaltung eines Dünnfilms durch Einzelschwindigkeit der zugeordneten Rechenmaschine mit domänendrehung erfolgen soll. Bei derartigen Dünnzunehmendem Einsatz von Kernen in Speichersystemen 15 filmen treten jedoch infolge des offenen Kraftlinienzu verbessern, versucht man vor allem, die für das weges entmagnetisierende Felder auf, die durch die Umschalten des Kerns vom einen magnetischen Zu- Bildung von freien Polen an den Kanten des Filmes stand auf den anderen benötigte Zeit sowie die entstehen. Durch solche entmagnetisierenden Felder Speicherzykluszeit, d. h. die Mindestzeit, die zwischen wird die Hystereseschleife veranlaßt, sich in ihrem zwei aufeinanderfolgenden Lese- oder Schreibzyklen 20 Verlauf zu teilen. Durch die von den an den Filmkanten zulässig ist, durch Schaffung entsprechender Ein- auftretenden freien Pole hervorgerufenen entmagnetirichtungen zu verkürzen. Darüber hinaus ist man sierenden Felder werden örtliche Magnetisierungsständig bemüht, angesichts der Kosten für das Speicher- stellen (Gegendomänen) bewirkt, die entgegengesetzt system, die einen wesentlichen Teil der Gesamtkosten zum Hauptteil des Dünnfilms magnetisiert sind. Diese des zugehörigen elektronischen Datenverarbeitungs- 25 Gegendomänen sind von der Hauptmagnetisierung systems ausmachen, neue Mittel und Wege zu finden, des Dünnfilms durch Bloch- oder Neel-Wände geum die Kerne des Speichersystems zuverlässig und trennt, die dazu neigen, den Hauptmagnetisierungsteil rationell miteinander zu verbinden. des Films zu durchwandern, wenn der Film Streu-Die vorliegende Erfindung betrifft Speicherkerne feldern ausgesetzt ist, wodurch die im Film gespeicherte aus dünnem, ferromagnetischem Werkstoff mit offenem 30 Information zerstört wird. Dieses Durchwandern Kraftlinienweg und Einzeldomäneneigenschaften. stellt ein Hauptproblem bei den Dünnfilmspeichern Unter dem Begriff »Einzeldomäneneigenschaft« ist die dar. Das Wandern der entgegengesetzten Magneti-Eigenschaft eines dreidimensionalen Elementes aus sierung der kleinen Freipolflächen ist im Endeffekt magnetisierbarem Material zu verstehen, das eine eine Umschalterscheinung nach Art der Wandbeschmale Ausdehnung aufweist, die wesentlich kleiner 35 wegung, die aber besonders gefährlich ist, da der Film ist als die Breite und Länge des Elementes und in der mitunter schon bei einem Feld entmagnetisiert wird, keine parallel zur großen Fläche des Elementes ver- das nur ein Zehntel so groß ist wie das für eine Drehlaufenden magnetischen Domänenwände auftreten kön- umschaltung erforderliche Feld. Solche Felder können nen. Derartige Elemente sind in der Technik bekannt entstehen durch den Erdmagnetismus, durch halb aus- und können nach einem Auf dampf verfahren herge- 40 gewählte oder luftgekoppelte, unkontrollierbare Steuerstellt werden, wie es beispielsweise in der USA.- felder von Speichersystemen. Um eine optimale UmPatentschrift 2 900 282 beschrieben ist. Der Zusammen- schaltung eines Dünnfilms zu erreichen, müssen also bau solcher Elemente zu Vielelementeinrichtungen und die an den Kanten des Films auftretenden Gegenderen Betrieb ist in der USA.-Patentschrift 3 030 612 domänen, die durch die freien Pole an den Filmkanten offenbart. Derartige ferromagnetische Elemente, die 45 entstehen, beseitigt werden. Eine ausgezeichnete Abmitunter auch als Dünnfilme bezeichnet werden, handlung des Problems der Domänenwandwanderung ergeben — wenn sie nach den oben angeführten Patent- bei Dünnfilmen stellt der Aufsatz von Simon Schriften hergestellt und zusammengebaut werden — Middlehoekdar (vgl. »Z. angew. Phys.«, 14, Speichersysteme, bei denen der Füllungsgrad, d. h. 1962, S. 192 und 193).

die Anzahl der Speicherelemente pro Kubikzoll, 50 Da es wünschenswert ist, den Füllungsgrad von mit

Tausende von Malen größer ist als bei den bekannten, Dünnfilmen arbeitenden Magnetspeichersystemen noch

aus Ferritringkernen bestehenden Speichersystemen. zu vergrößern, werden beträchtliche Anstrengungen

Typische Dünnfilme sind gewöhnlich als kreisrunde unternommen, um Mittel zu finden, mit denen sich

Punkte ausgebildet mit einem Durchmesser von die Größe des Dünnfilms noch weiter verkleinern läßt.

1,25 mm (0,050 Zoll) und einer Dicke von 1500 Ä. 55 Verkleinert man jedoch die Dünnfilme, so werden die

Werden solche Dünnfilme geeigneten Steuerfeldern entmagnetisierenden Felder größer, und diese durch

ausgesetzt, so schalten sie nach Art der Einzeldomänen- die freien Pole an den Kanten des Films entstehenden

drehung um, d. h., ihre Remanenz dreht sich von einem entmagnetisierenden Felder bewirken, daß sich die

ersten Zustand remanenter Magnetisierung um 180° Hystereseschleifen solcher Filme teilen und unstabil

zum zweiten, entgegengesetzten Zustand remanenter 60 werden, wie oben beschrieben wurde. Man befaßt sich

Magnetisierung. Die Ummagnetisierung des Dünn- daher intensiv mit der Erforschung von Wegen zur

films durch Einzeldomänendrehung ist einer der Verhinderung oder Beseitigung der nachteiligen Wir-

Hauptgründe für die Verwendung von Dünnfilmele- kungen der normalerweise bei Dünnfilmen auftre-

menten. Die Umschaltung durch Einzeldomänen- tenden entmagnetisierenden Felder. Ein solcher Weg,

drehung ist zehn- bis hundertmal schneller als die Um- 65 der bisher benutzt wurde, um die Stärke des ent-

schaltung durch Wandbewegung, wie sie bekannter- magnetisierenden Feldes herabzusetzen, besteht darin,

weise bei den Ferritringkernen erfolgt. Da das Signal, ein geeignetes zusätzliches Material hoher Permeabilität

das in einer mit einem Speicherelement verbundenen vorzusehen, das mit dem Dünnfilm in geeigneter magne-

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tischer Beziehung steht, um dessen sonst offenen an den Filmkanten verursachten entmagnetisierenden Kraftlinienweg zu schließen und so den dort auf- Felder kein Wandern, sondern verhindern vielmehr tretenden Freipoleffekt abzuschwächen. Darüber hinaus ein Wandern. Derartige Filme weisen einen weitaus lassen sich solche entmagnetisierenden Felder auch höheren Wanderschwellenwert auf als Filme mit bisher dadurch verringern, daß man zur Herstellung von für 5 bekanntgewordenen Planarkonturen.
zerstörungsfreies Herauslesen geeigneten Speicher- Der Begriff »scharfer Film« kann auf verschiedene elementen zwei Dünnfilme mit unterschiedlicher Weise erfüllt werden. Bei einem Planarfilm mit geraden Koerzitivkraft benutzt, wie sie in den USA.-Patent- Seitenkanten ist der Winkel zwischen einer geraden Schriften 3 015 807 und 3 125 743 beschrieben sind. Seitenkante und der vom Magnetisierungsfeld indu-Eine weitere Anordnung zum zerstörungsfreien Her- io zierten Vorzugsachse überall kleiner als 45°; bei einem auslesen aus Magnetspeicherelementen ist in der USA.- Planarfilm mit gekrümmter Kontur ist der Winkel Patentschrift 3 095 555 beschrieben und besteht aus zwischen der Tangente zu irgendeinem Punkt der gedrei magnetisch gekoppelten Dünnfilmen, die alle eine krümmten Filmkante und der vom Magnetisierungsandere Koerzitivkraft aufweisen und die die entmagne- feld induzierten Vorzugsachse überall kleiner als 45°. tisierenden Felder, welche durch die an den Kanten 15 Wie entdeckt wurde, befindet sich in den Kanten des Information enthaltenden Films auftretenden solcher »scharfen Filme« ein formbedingtes anisofreien Pole verursacht werden, wesentlich verringern. tropes Feld (d. h. ein anisotropes Feld, das sich aus Diese vorbekannten Anordnungen bedingen jedoch der Form des Dünnfilmelementes ergibt), das nahezu den Einsatz zusätzlicher Elemente und erfordern auf die vom Magnetisierungsfeld induzierte Vorzugssomit ein aufwendigeres Magnetspeicherelement. Ein 20 achse des Films ausgerichtet ist. Das in solchen Kanten weiterer Versuch zur Verringerung der durch freie auftretende anisotrope Feld hat eine hohe Feldstärke Pole an den Kanten von Filmelementen entstehenden und setzt somit der Bildung von Gegendomänen, die entmagnetisierenden Feldern besteht gemäß der USA.- für das Wandern, d. h. für die Entstehung von freien Patentschrift 3117 885 in der Verwendung eines Polen an den Filmkanten erforderlich sind, einen konischen magnetisierbaren Dünnfilms. Wie dort 25 hohen Widerstand entgegen. Die in den Kanten des ausgeführt ist, werden die entmagnetisierenden Felder »scharfen Films« induzierte formbedingte Anisotropie wesentlich abgeschwächt, wenn man einen Dünnfilm verhindert die Bildung von Domänenwänden, wenn beim Niederschlagen so ausbildet, daß sein Querschnitt ein solcher Film schwachen Fremdfeldern ausgesetzt im wesentlichen der Hälfte eines abgeplatteten Ellip- wird. Somit ergibt sich ein Dünnfilm, der gegenüber soides ähnelt. Derartige konisch ausgebildete Dünn- 30 der Bildung von Gegendomänen an den Filmkanten filme erfordern jedoch eine ganz bestimmte Beein- einen hohen Eigenwiderstand aufweist und der weder flussung der relativen Konzentrationen des magneti- ein zusätzliches Element hoher Permeabilität erfordert, sierbaren Materials im Bereich des Films während des das zur Schließung des sonst offenen Kraftlinienweges Niederschlagsprozesses, wodurch die gewöhnlichen dient, noch ein komplexes Querschnittsprofil haben Verfahren, bei denen mit einer einfachen Planarmaske 35 muß. Außerdem läßt sich der Film nach bekannten gearbeitet wird, erschwert werden. Eine solche Verfahren herstellen, da sich die vorliegende Erfindung Planarmaske besteht gewöhnlich aus einem Planar- nur mit der Planarkontur eines Dünnfilms befaßt, material, in dem Öffnungen geeigneter Form vor- Zu solchen Herstellungsverfahren gehören: Schmelzen gesehen sind. Beim Aufdampfen des magnetisierbaren im Tiegel; Elektroplattieren; chemisches Nieder-Materials strömt dieses durch die Öffnungen und wird 40 schlagen; Zerstäuben sowie thermochemisches Zerauf den Dünnfilmträger niedergeschlagen, wobei die legen.

Planarkontur des Dünnfilms von der Planarkontur der Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Öffnungen bestimmt wird. Es ist also sehr wünschens- Zeichnungen dargestellt. Es zeigt
wert, daß ein solches einfaches Abdeckverfahren zum F i g. 1 die Kante eines Dünnfilms sowie die BeAufdampfen angewandt wird und gleichzeitig die 45 Ziehungen zwischen der feldinduzierten Vorzugsachse, Dünnfilme eine solche Planarkontur erhalten, daß die dem zur Filmkante senkrecht verlaufenden Feld und durch die von den freien Polen an den Filmkanten dem entmagnetisierenden Feld,
hervorgerufenen entmagnetisierenden Felder wesent- F i g. 2 eine graphische Darstellung der Größe des Hch abgeschwächt werden. Der Erfindung liegt die entmagnetisierenden Feldes als eine Funktion der Aufgabe zugrunde, eine bestimmte Planarkontur _5o Entfernung von der Kante eines 500 Ä dicken Dünneines Dünnfilms auszubilden, mit der die nachteilige films aus Permalloy,

Wirkung der durch freie Pole entstehenden entmagneti- F i g. 3 das Vektorbild zum Addieren der Amplitude

sierenden Felder wesentlich verringert wird. Diese von zwei anisotropen Feldern der Form sin 2 Θ,

Aufgabe wird bei einem multistabilen Speicherfilm F i g. 4 eine Darstellung des Winkels zwischen der

mit offenem Kraftlinienweg aus dünnen ferromagne- ₅₅ Magnetisierung an der Kante eines 500 Ä dicken,

tischem Material mit Einzeldomäneneigenschaften, kreisrunden Permalloyfilms mit einem Durchmesser

die eine Einzeldomäne-Drehumschaltung gestatten, von 1,25 mm und der Vorzugsachse als eine Funktion

und mit einachsiger Anisotropie mit einer magne- des Winkels zwischen der Kantensenkrechten und der

tischen Vorzugsachse, entlang derer die remanente Vorzugsachse bei angelegtem FeIdO;

Magnetisierung des Films auftreten soll, dadurch 60 F i g. 5 eine Darstellung ähnlich der von F i g. 4,

gelöst, daß gemäß der Erfindung durch geeignete Aus- außer, daß der Film hier sehr stark inhomogen in

bildung der Planarkontur in jedem Punkt der Kontur Ausrichtung der örtlichen Vorzugsachse ist,

des Films die Senkrechte zu dem jeweiligen Kontur- F i g. 6 eine graphische Darstellung des angelegten,

verlauf mit der Vorzugsachse der Magnetisierung einen zur Erzeugung einer Gegendomäne erforderlichen

Winkel größer als 45° bildet. 65 Feldes als eine Funktion von bei verschiedenen

Bei dieser gemäß der Erfindung ausgebildeten Winkeln zwischen der Vorzugsachse und dem ange-

Planarkontur — die nachstehend mit scharfer Film , _,,,.. „, η_λ „ _Λ

bezeichnet wird - bewirken die durch die Reihenpole ^le§^{ten Feld bei emem Fllm von} W_k = ⁰^'

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F i g. 7 eine Darstellung ähnlich der von F i g. 5, Feldes läßt sich messen, indem man die Richtung des

^Ar,r-h f.·;,- ™„„ T7-i_m ν,»; ri_öm ^Ho m Magnetisierungsvektors in diesem Bereich an Hand

jedoch fur einen Film, bei dem -^- = 0,3, ^ _Elektrone^_{faoaufnahmen mißt}. FJg_{-1 zeigt}

F i g. 8 die typische Ausrichtung von Anf angsgegen- die Beziehung zwischen der Vorzugsachse M des Films,

domänen, wie sie der Kerr-Effekt aufzeigt, 5 der Senkrechten N zur Filmkante und dem entmagne-

F i g. 9 die Planarkontur eines »scharfen Films« tisierenden Feld H₀, wobei β den Winkel zwischen der

gemäß einer Ausführungsform, Vorzugsachse des Films und der Senkrechten zur FiIm-

F i g. 10 a bis 1Od Schwellenwertkurven für das kante und Θ den Winkel zwischen dem örtlichen

Wandern bei Dünnfilmen mit unterschiedlichen ma- Magnetisierungsvektor M in der Filmkante und der

gnetischen und physikalischen Eigenschaften, io Vorzugsachse des Films bezeichnet. Soll der Magneti-

F i g. 11 die Planarkontur eines »scharfen Films« sierungsvektor im Gleichgewicht sein, so muß das

gemäß einer zweiten Ausführungsform und Drehmoment an jeder Stelle im Film 0 sein. Das

F i g. 12 die Planarkontur eines »scharfen Films« Austauschdrehmoment (exchange torque) ist von

gemäß einer dritten Ausführungsform. Bedeutung, wenn der Magnetisierungsvektor die

15 Richtung um mehrere Grad innerhalb der Entfernung

Einleitung _von jqoO Ä (wie beispielsweise bei einer Bloch- oder

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Ne"el-Wand) ändert. Dieses Drehmoment ist jedoch Beschaffenheit des Magnetisierungsvektors an der unbedeutend im Vergleich zu anderen Drehmomenten, Kante eines aus ferromagnetischem Material be- wenn die Magnetisierung sich über eine Entfernung stehenden Dünnfilms mit Einzeldomäneneigenschaften 20 von mehreren tausendstel Zoll krümmt, wie beispiels- und einachsigem anisotropem Verhalten. Da das weise in der Kante des »curl«. Man findet daher die magnetisierbare Material, aus welchem der Dünnfilm Gleichgewichtsgleichung, indem man die Summe der besteht, an der Filmkante aufhört, ergeben sich dort Drehmomente, die sich aus dem anisotropen Feld H_k, freie Magnetpole. Diese freien Pole verursachen ein dem angelegten Feld S und dem entmagnetisierenden entmagnetisierendes Feld, welches die Ausrichtung des 25 Feld H_a = 0 macht:

Magnetisierungsvektors beeinflußt, indem dieser an ? „ ,, ■ r\ η £r ϊ> < ο· ιί> /--η

der Filmkante abbiegt oder sich dreht. Dünnfilme, die k_oH_kMsm0cos0 = H-M + H_d· M, (1)

in einer evakuierbaren Hülle durch eine die Planarkon- wo M der Magnetisierungsvektor und k₀ die Vektorturen bestimmende Maske hindurch niedergeschlagen einheit senkrecht zur Filmebene ist. Die Richtung des werden, weisen infolge der räumlichen Verteilung des 30 entmagnetisierenden Feldes verläuft im wesentlichen verdampften magnetisierbaren Werkstoffes eine ko- senkrecht zur Kante des Films. F i g. 2 zeigt die nische Filmkante auf. Durch diesen konischen Ver- Größe des entmagnetisierenden Feldes in Abhängiglauf werden die Magnetpole über eine endliche Fläche keit von der Entfernung von der Filmkante bei einem verteilt, wobei das entmagnetisierende Feld infolge Winkel β = 15°.

des konischen Effektes verkleinert wird. Sowohl die 35 „...., , _Tr , , , ,,

Größe als auch die Richtung des entmagnetisierenden Eine Annäherung an das Verhalten der Magnetisierung Feldes hängen weitgehend von der konischen Aus- ^{an der tllmkantQ}

bildung der Filmkante ab. Ist beispielsweise die Dicke Die genaue theoretische Gleichung für den Magnetides Films — in Abhängigkeit von der Entfernung von sierungsvektor an der Filmkante stellt eine komplizierte derMitte—proportional der eines Rotationsellipsoides, 40 nichtlokale, nichtlineare Integral-Differential-Gleiso sind Größe und Richtung des entmagnetisierenden chung dar. Trotzdem läßt sich eine Annäherung für Feldes überall konstant. Das entmagnetisierende Feld die Bedingung ist in diesem Fall am kleinsten (vgl. USA.-Patentschrift jj_a

3 117 885). Dieses entmagnetisierende Feld verursacht H~ ^ ^

nicht nur eine »Drehung« an der Filmkante, sondern 45 ^k

bewirkt auch die Bildung einer Gegendomäne im vornehmen. Selbst wenn diese Bedingung nicht zu-Falle eines angelegten Feldes, das beträchtlich kleiner trifft, hat die Annäherung doch einigen Wert. Das Erist als das bei NichtVorhandensein eines entmagneti- gebnis dieser Näherung zeigt, daß man davon aussierenden Feldes erforderliche Feld. Die vorliegende gehen kann, daß sich in dem im Bereich der Filmkante Erfindung offenbart einen scharfen Film, bei dem der 50 gelegenen Gebiet ein formbedingtes anisotropes Feld Winkel zwischen der Filmkante und der feldinduzierten befindet, das dem vom Magnetisierungsfeld induzier-Vorzugsachse überall klein ist, wodurch sich in der ten anisotropen Feld überlagert ist. Die Vorzugsachse Filmkante ein formbedingtes anisotropes Feld ergibt, dieses formbedingten anisotropen Feldes verläuft pardessen Vorzugsachse im wesentlichen in der gleichen allel zur Filmkante. Das Feld ist am stärksten an der Richtung wie die feldinduzierte Vorzugsachse liegt. 55 Kante und klingt nach innen zu ab. Das formbedingte Durch diese Beziehung zwischen der Vorzugsachse des anisotrope Feld und das feldinduzierte anisotrope durch die Form des Films bedingten anisotropen Feld, die einander überlagert sind, ergeben ein einFeldes und der vom Magnetisierungsfeld induzierten achsiges anisotropes Feld, dessen Umschaltschwelle Vorzugsachse ergibt sich in der Filmkante ein sehr das Kernbildungsfeld (nucleation field) des Films bestarkes anisotropes Feld, das die Bildung von Gegen- 60 stimmt.

domänen in solchen Filmkanten verhindert, wenn der Die Annäherung geht davon aus, daß die Form der

Film schwachen, unkontrollierbaren Steuerfeldern Kurvet gegenüber X bei konstantem Winkel β

ausgesetzt ist. gleichbleibt; es ändert sich nur die Amplitude von .Hd!(x)

_ . .· · . τ- υ iö Abhängigkeit von β oder dem angelegten Feld.

Entmagnetisierendes Feld _{6jJ Mathemat}f4 _ausgedrückt wird dies als

Im Bereich der Kante des Dünnfilms verläuft die

Richtung des entmagnetisierenden Feldes im allge- 5 / a B) _ 5 Io B) /(*) _n\

meinen senkrecht zur Filmkante. Die Größe dieses "*\x,P> ^a) - m\p, n_} ■ ^ _w

wo χ die Normalentfernung von der Kante ist. Diese Annäherung stimmt auf jeden Fall, wenn

Hg

< 1,

IO

so daß sich die Magnetpole entlang der Kante hauptsächlich aus der Konizität und nicht aus der Abbiegung des Magnetisierungsvektors ergeben.

Nimmt man an, daß der Kantenkonus entlang der Kante (d.h. über den Bereichß) überall gleich ist, dann ist die Größe von H₀(ß,S) proportional der Komponente des Magnetisierungsvektors an der Kante senkrecht zur Kante. Dann gilt (vgl. F i g. 1):

■ cos Θ - Hl sin Θ = H_k sin Θ cos Θ - -^f H₀(O) sin

wo H₀ positiv sein soll und Hl und Ht die Komponenten des parallel bzw. senkrecht zur Vorzugsachse angelegten Feldes sind.

In der Gleichung (5) ist die Richtung des Magnetisierungsvektors durch den gesamten Film hindurch als Funktion des angelegten Feldes angegeben. Da die Gleichung an der Kante des Films anders lautet als in der Filmmitte, ergibt sich somit an der Kante ein anderer Umschalt-Schwellenwert als in der Mitte. Ist das H₀(ß, H) = H₀(ß = 0, H = 0) cos (Θ + ß)

= H₀(O) cos {ß + ß). (3)

Die Größe des durch H₀(O) verursachten und entlang der nach innen verlaufenden Kantensenkrechten wirkenden Drehmomentes (bei einem Winkel/? zwischen der Kantensenkrechten und der Vorzugsachse) ist

T₀ = H₀[ß, H) M sin (Θ + ß)

= H₀(O) cos (Θ + ß) M sin (0 + /J). (4)

Die vollständige Gleichgewichtsgleichung läßt sich aus den Gleichungen (1), (2) und (4) ermitteln:

ß) cos

β),

ao angelegte Feld 0, so hat die Magnetisierung an der Kante eine andere Richtung als in der Mitte. Dies ist die Kanten-»drehung« (edge »curl«).

Das größte Interesse gilt dem Teil des Films, wo f(x) am größten ist, d. h. an der Filmkante. In diesem Teil des Films wird die Magnetisierung vom entmagnetisierenden Feld am stärksten beeinflußt. Die Gleichung für dieses Gebiet, einen schmalen, um die Randzone verlaufenden Streifen, lautet:

H_T cos Θ - Hl sin Θ = H_k sin Θ cos Θ - H₀(O) sin (Θ + ß) cos (ß + ß),

wo H₀(O) eine Konstante bei einem gegebenen Film ist. Die rechte Seite der Gleichung (6) läßt sich in einfacherer Form wiedergeben. Zu beachten ist nur, daß a)

2 sin Θ cos Θ = sin 2 Θ;

b) die beiden Ausdrücke die gleiche Frequenz in Θ haben und sich nur durch die Phasenkonstante 2 β voneinander unterscheiden (d. h., wenn man die beiden Drehmomente auf der rechten Seite mit einem Drehmomentmagnetometer mißt, beide als sin 2 ©-Kurve auftreten werden und sich nur durch eine Phasenkonstante unterscheiden); und c) zwei Sinuswellen mit der gleichen Frequenz, jedoch unterschiedlicher Phase und Amplitude, eine Sinuswelle mit der gleichen Frequenz ergeben. Die Gleichung (6) läßt sich also wie folgt darstellen:

Ht cos Θ — Hl sin Q — H_r sin (Θ + «) cos (Θ + λ) ,

(7)
wo

Hr² = H₁? + H₀(O)² - 2 H₀(O) H_k cos 2β,

Experimentalkurven von α gegen β

Beide Seiten der Gleichung (7) müssen verschwinden, wenn das angelegte Feld gleich 0 ist. In diesem Fall ist λ = 0. Eine Lorentz-Mikroaufnahme eines Films beim Feld 0 ergibt somit eine Kurve von α gegen ß. In F i g. 4 sind die experimentell ermittelten Punkte aus einer Mikroaufnahme zusammen mit einer aus der Gleichung (7) und F i g. 3 gewonnenen theoretischen Kurve aufgetragen. Es zeigt sich eine gute Überein-Stimmung zwischen beiden. In F i g. 5 sind die experimentell ermittelten Punkte eines stark inhomogenen Films aufgetragen. Die Streuung der Werte rührt von der Inhomogenität in der Größe des anisotropen Feldes und in der Ausrichtung der Vorzugsachse dieses

Films her. Die gute Übereinstimmung zwischen Theorie und tatsächlichen Werten in F i g. 5 zeigt, daß der Theorie selbst dann Bedeutung zukommt, wenn die Bedingung H₀ < Η& nicht erfüllt ist.

50

cos 2a = -

H/ + H₁? - H₀*

wo der Wert von H_r und α sich aus dem gewöhnlichen Vektordiagramm zum Addieren von Sinuswellen unterschiedlicher Phase und Amplitude, wie sie in Wechselstromkreisen verwendet werden (vgl. Fig. 3), ermitteln lassen. Der Vorteil, der sich aus der Benutzung der Gleichung (7) an Stelle der Gleichung (6) ergibt, besteht darin, daß die Gleichung (7) die Kombination aus dem entmagnetisierenden Feld und dem anisotropen Feld als ein einziges resultierendes anisotropes Feld Ar behandelt, dessen Vorzugsachse gegenüber der mittleren feldinduzierten Vorzugsachse um den Winkel« verschoben ist.

Entstehung einer Gegendomäne

Eine Gegendomäne entsteht an der Kante eines Films, wenn die Summe aus entmagnetisierendem Feld und angelegtem Feld so groß wird, daß sich der Kern einer Gegendomäne bildet. In manchen Fällen ist das entmagnetisierende Feld an der Kante so stark, daß Gegendomänen stets vorhanden, sind, wenn das angelegte Feld 0 ist. Für andere Filme mit weniger starkem Konus gilt dies nicht. Es wird angenommen, daß sich die Gegendomäne durch Drehung auf der Rotations-Umschaltschwelle nach Gleichung (7) bildet. Die Umschaltschwelle ist

[H cos (7 - αψ + [H sin (y - <χψ = H^,

6s wo γ der Winkel zwischen dem angelegten Feld und der Vorzugsachse ist.

Wie die theoretischen Kurven von F i g. 6 und 7 zeigen, hängt die Umschaltschwelle bei vorgegebener

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Claims (1)

1. 9 10

   Richtung des angelegten Feldes von β ab, d. h. von der weshalb die Kurven nach F i g. 6 und 7 zeigen, daß

   Position an der Kante eines kreisrunden Films. Liegt Gebiete mit kleinen /5-Werten schwächere kernbildende

   beispielsweise das angelegte Feld in der Vorzugsrich- Felder haben als Gebiete mit hohen ß-Werten. Ver-

   tung (y = 0), so bildet sich die Gegendomäne mit läuft die Kante weder parallel noch senkrecht zur Vorgrößter Wahrscheinlichkeit bei β ^ 25°, wenn 5 zugsachse der feldinduzierten Anisotropie, so nimmt

   ^Ho ni „„λ u fl i<;° i™„ ^Ha ni τ~ ^Hr einen Zwischenwert an, wobei die resultierende

   -^ = O₅I, und bei 0^15, wenn ^ = 0,3. In Vorzugsachse dann geneigt ist.

   der Tat zeigen Beobachtungen nach Kerr, daß die Kreisrunde Filme haben alle /3-Werte und somit all Gegendomänen bei solchen endlichen Werten von β die obenerwähnten verschiedenen Eigenschaften. Ist und nicht bei β = 0 entstehen. io die Maske jedoch so ausgebildet, daß der Film eine Nach dieser Theorie entsteht die Anfangsgegen- Form erhält, bei der die Filmkante einen verhältnisdomäne durch Teildrehung. Bei teilweiser Rotation mäßig kleinen Winkel mit der feldinduzierten Vorzugsverlaufen die die Gegendomäne einschließenden Wände achse bildet, so ist die resultierende Anisotropie an der nahezu senkrecht zur Richtung der Magnetisierung un- Kante groß und nicht klein. In diesem Fall ist die mittelbar vor Bildung der Domäne. Die Wände der 15 Schrägung gering in diesem Gebiet. F i g. 9 zeigt eine Gegendomäne dürfen also nicht parallel zur Vorzugs- erfindungsgemäße Ausführungsform der Planarkontur achse liegen, sondern müssen zu dieser geneigt sein, eines Films 1. Dieser Film sollte einen größeren H₀-wie F i g. 8 zeigt. Beobachtungen nach Kerr zeigen Wert haben und gegenüber dem Wandern widerstandsdiese Ausrichtung der Wände. Nach der Theorie soll fester sein, da beide Erscheinungen zunächst die BiI-ferner das entmagnetisierende Feld größer werden, ao dung einer Anfangsgegendomäne erfordern, bevor sie wenn Hk größer wird, und zwar um den gleichen Be- wirksam werden können.

   trag, d. h., ist H₀ zunächst = 2 Oe und Hk = 4Oe, und In F i g. 10a bis 1Od sind die Wanderschwellenwerte wird der Film sodann gleichmäßig so beeinflußt, daß für Dünnfilme mit unterschiedlicher Planarkontur und Hjc den Wert 5 Oe annimmt, so müßte eigentlich verschiedenen magnetischen und physikalischen Eigen- Hc = 2 Oe sein.Indessen trifft hier die Theorie nichtzu. 35 schäften aufgetragen, wie sie jeweils in den einzelnen Versuche mit gleichmäßig beeinflußten Filmen zeigen, Figuren angegeben sind, wobei β den größten Winkel daß Hc wohl zunimmt, wenn JEf* größer wird, und daß zwischen der Senkrechten zur Filmkante und der Vorandererseits H_c abnimmt, wenn Ha kleiner wird, daß zugsachse M des Films bildet. Ein Vergleich der Kuraber die quantitative Änderung von H_c kleiner ist, als ven von F i g. 10b bis 1Od mit der Kurve von Fig. 10a nach der Theorie vorausgesagt wurde, und daß die 30 zeigt die wesentliche Erhöhung des Wanderschwellen-Zunahme nicht linear verläuft. Zwischen Theorie und wertes bei einem scharfen Film gegenüber dem Wan-Experiment liegt also qualitative, nicht aber quantita- derschwellenwert eines rechteckigen Films nach tive Übereinstimmung vor. Als eine wahrscheinliche F i g. 10a.

   Ursache dieser Nichtübereinstimmung dürfte die An- F i g. 11 und 12 zeigen zwei weitere erfindungsgemäße

   Wesenheit von Fehlstellen, wie Löchern oder Höckern, 35 Ausführungsformen von Planarkonturen der Filme 2

   in Frage kommen, die Plätze für die Kernbildung von und 3. In diesen Figuren ist der Winkel ß' angegeben,

   Gegendomänen bilden. der den Komplementwinkel zum Winkel β darstellt,

   Scharfe Filme

   Ot ι ο Qfl°

   Im allgemeinen ist die Umschaltung durch Wand- 40

   bewegung zu vermeiden. Je höher daher die Schwelle Bei dem Film 3 in F i g. 12 handelt es sich um einen

   ist, bei der eine Domäne entsteht, desto besser. Die scharfen Film mit gekrümmter Seitenkante, wobei die Kurven von F i g. 6 und 8 zeigen, daß Gebiete mit Kantensenkrechte N (vgl. Kantensenkrechte von niedrigen Werten von ß, dem Winkel zwischen der F i g. 1) den Punkt 5 an der Filmkante definiert, an Filmkantensenkrechten und der Vorzugsachse, schwä- 45 dem die Linie 7 die Filmkante tangiert. Diese Linie 7 chere kernbildende Felder aufweisen als Gebiete mit bildet zusammen mit der Vorzugsachse M des Films hohen ß-Werten. Verständlich wird dies aus der oben den Winkel ß'. Eine Betrachtung der F i g. 9, 10a bis abgeleiteten Annäherung der formbedingten Aniso- 1Od, 11 und 12 zeigt, daß zur Durchführung der Ertropie für die Filmkante. findung die Dünnfilme folgende Werte aufweisen müs-

   Ein anisotropes Feld kann sich aus der Form eines 5° ^sen:

   ferromagnetischen Körpers ergeben. So hat beispiels- 45° < β ^ 90°,

   preise eine Nadel aas ferromagnetischem Material ein 0° < ö' < 45°

   formbedingtes anisotropes Feld, dessen Vorzugsachse "^

   parallel zur Richtung der Nadel liegt. Ebenso hat ein Selbstverständlich sind geringe Abweichungen von

   Dünnfilm in seinem Kantenbereich ein formbedingtes 55 diesen Grenzwerten zulässig, so beispielsweise die Abanisotropes Feld, bei dem die Vorzugsachse parallel rundung von plötzlichen Änderungen in der Richtung zur Filmkante verläuft. Dieses anisotrope Feld muß zu des Filmkantenverlaufs wie an den Punkten 9 und 11 dem feldinduzierten anisotropen Feld [F i g. 3 und in F i g. 9, am Punkt 13 in F i g. 11 sowie am Punkt 15 Gleichung (7)] addiert werden, um das resultierende in F i g. 12. anisotrope Feld H_r an der Filmkante sowie die resul- 60 Patentanspruch·

   tierende Vorzugsachse zu erhalten, die den Winkel« ^p

   mit der feldinduzierten Vorzugsach.se bildet. Verläuft Multistabiler Speicherfilm mit offenem Kraft-

   die Filmkante parallel zur feldinduzierten Vorzugs- linienweg aus dünnem ferromagnetischem Material

   achse (ß — 90°), so addieren sich die beiden anisotro- mit Einzeldomäneneigenschaften, die eine Einzelpen Felder, so daß H_r = Hk + H₉. Liegt die Kante 6₅ domäne-Drehumschaltung gestatten, und mit einsenkrecht zur feldinduzierten Anisotropie (ß = 0°), so achsiger Anisotropie mit einer magnetischen Vorstellt das resultierende anisotrope Feld die Differenz zugsachse, entlang derer die remanente Magnetider beiden dar, also H_r = Hjc — JEf₀. Dies ist der Grund, sierung des Films auftreten soll, dadurch ge-

   kennzeichnet, daß durch geeignete Ausbildung der Planarkontur in jedem Punkt der Kontur des Films die Senkrechte zu dem jeweiligen Konturverlauf mit der Vorzugsachse der Magnetisierung einen Winkel (ß) größer als 45° bildet.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen