DE1295010B - Magnetisches Speicherelement - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein magnetisches Speicher- Fig. 2 zeigt einige Diagramme zur Erläuterung

element in Form einer dünnen Schicht aus elektrisch der Wirkungsweise der Speicherelemente nach leitendem Magnetmaterial mit rechteckiger Hyste- Fig. 1.

reseschleife und einer Vorzugsrichtung der Magne- Die in Fig. 1 dargestellte Speichervorrichtung

tisation in der Fläche der magnetischen Schicht, 5 besitzt die Speicherelemente 1, 2 und 3, die je aus wobei am Rand der Schicht zwei einander gegen- einer dünnen Schicht aus leitendem Magnetmaterial überliegende leitende Anschlüsse vorgesehen sind mit uni-axialer Anisotropie, z. B. einer NiFe-Legiezwecks Leitung eines Stroms durch die Schicht von rung mit einer Stärke von etwa 1000 Ä und 1 mm einem zum anderen Anschluß in einer Richtung, die Durchmesser, bestehen. Jedes Speicherelement hat zwischen der Vorzugsrichtung der Magnetisation ίο eine Vorzugsrichtung der Magnetisation, die im fol- und einer zu dieser senkrechten Richtung liegt, und genden, wie üblich, als die leichte Richtung bezeichwobei die Schicht mit wenigstens einem Leiter derart net wird und durch das horizontale Linienstück 4 magnetisch gekoppelt ist, daß ein durch den Leiter zur rechten Seite des Speicherelements 1 dargestellt fließender Lesestromimpuls in der Schicht ein ist. Die zur Vorzugsrichtung senkrechte Richtung, magnetisches Lesefeld in einer zur Vorzugsrichtung 15 in der Figur senkrecht, wird im folgenden, wie senkrechten Richtung herbeiführt und die Schicht üblich, als die schwere Richtung bezeichnet. Zur mittels der leitenden Anschlüsse in Reihenschaltung Beschreibung der Wirkungsweise eines Speicherin einen Stromkreis aufgenommen ist, der mit einer elements kann die dünne Schicht als ein magne-Detektionsvorrichtung zur Detektion der im Strom- tischer Dipol betrachtet werden, der durch einen in kreis auftretenden Widerstandsänderungen gekop- 20 der Ebene der dünnen Schicht liegenden Magnetisapelt ist. tionsvektor dargestellt werden kann. Bei Abwesen-

Speicherelemente der obenerwähnten Art sind heit eines außen angelegten Magnetfeldes liegt die bereits bekannt. Dabei wird zum Bestimmen des Achse der Magnetisation in der von der uni-axialen Magnetisationszustands eines Speicherelements von Anisotropie vorgeschriebenen leichten Richtung. Die der Abhängigkeit Gebrauch gemacht, die zwischen 25 beiden stabilen Lagen des Speicherelements, denen dem elektrischen Widerstand der dünnen Schicht die Zahlen 0 und 1 zugeordnet werden, sind die und von deren Magnetisationsrichtung und der beiden anti-parallelen Richtungen eines Magnetisa-Stromrichtung eingeschlossenen Winkel besteht. tionsvektor in bezug auf die Vorzugsrichtung. Dazu ist das Speicherelement mittels der leitenden Die Speicherelemente 1, 2 und 3 sind je mit einem

Anschlüsse in Reihenschaltung in einen Stromkreis 30 zugeordneten Z-Leiter Zl, X 2 und Z 3 und mit aufgenommen, in dem während des Lesens ein einem gemeinsamen Y-LeiterYl magnetisch geGleichstrom aufrechterhalten wird, und der Strom- koppelt. Jeder Z-Leiter verläuft parallel zur leichten kreis ist mit einer Detektionsvorrichtung gekoppelt, Richtung, und ein Strom durch den Leiter erzeugt welche die von einem magnetischen Lesefeld in in der dünnen Schicht ein Magnetfeld in der schweeiner zur Vorzugsrichtung der Schicht senkrechten 35 ren Richtung. Der Y-Leiter, der senkrecht zu den Richtung herbeigeführten Widerstandsänderungen Z-Leitera steht und von diesen isoliert ist, verläuft detektiert. Die Widerstandsänderungen sind dabei parallel zur schweren Richtung, und ein Strom für entgegengesetzte Magnetisationszustände, denen durch den Y-Leiter erzeugt ein Magnetfeld in der willkürlich die Zahlen 0 und 1 zugeordnet werden leichten Richtung. Bei jedem Speicherelement sind können, von entgegengesetztem Vorzeichen. Die 40 am Rand der dünnen Schicht zwei einander gegenprimären 0- und 1-Ausgangssignale eines solchen überliegende leitende Anschlüsse angebracht. Diese Speicherelements sind die entgegengesetzten Wider- Anschlüsse sind beim Speicherelement 1 mit 5 und 6 Standsänderungen. bezeichnet. Die Speicherelemente 1, 2 und 3 sind

Die Erfindung bezweckt, ein Speicherelement der mittels dieser leitenden Anschlüsse in Reihenschalobenerwähnten Art mit einem beträchtlich größeren 45 tung in einen Stromkreis aufgenommen, der von primären Ausgangssignal zu schaffen, und bei dem einer Klemme 7 nach Erde über die Zwischenleiter 8 das primäre Ausgangssignal von Unterschieden zwi- und 9 verläuft. Der Klemme 7 wird eine Gleichsehen der wirklichen und der gewünschten Vorzugs- spannung zugeführt, die im erwähnten Stromkreis richtung der Magnetisation in hohem Maße unab- einen Gleichstrom aufrechterhält. Die Richtung vom hängig ist. 50 Anschluß 5 zum Anschluß 6 liegt mitten zwischen

Ein Speicherelement gemäß der Erfindung ist der leichten und der schweren Magnetisationsrichdadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einem tung, und die Richtung des Stroms durch jedes Speibereits vor dem Anfangszeitpunkt des Lesestrom- cherelement schließt einen Winkel von 45° mit der impulses von einem Vormagnetisierungsstrom durch- leichten Richtung ein.

laufenen Vormagnetisierungsleiter magnetisch gekop- 55 Während des Schreibens der Zahl 1 oder der pelt ist und dieser Vormagnetisierungsstrom in der Zahl 0 in einem Speicherelement wird dem zugeord-

Schicht ein Vormagnetisationsfeld in einer Rieh- neten Z-Leiter ein Schreibstromimpuls mit solcher tung entgegengesetzt zur Richtung des vom Lese- Stärke zugeführt, daß der Magnetisationsvektor un-

strom verursachten Lesefeldes herbeiführt. abhängig von dessen Anfangslage vom Schreibfeld

Die Anwendung von Vorspannungsfeldern bei 60 in die schwere Richtung eingestellt wird. Weiterhin

magnetischen, elektrisch nicht leitenden Speicher- wird dem Y-Leiter ein Informationsstromimpuls

elementen ist bekannt, jedoch dienen diese Felder zugeführt, der eine viel geringere Amplitude hat als

nicht der Lösung der hier vorliegenden Aufgabe. der Z-Impuls und der später beginnt und auch spä-

Die Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand ter endet als der Z-Impuls. Der Y-Impuls, der nach

der Zeichnung näher erläutert. 65 Belieben positives oder negatives Vorzeichen hat, ist

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Speichervorrich- maßgebend dafür, in welche der beiden stabilen

tung mit Speicherelementen nach der Erfindung Lagen der Magnetisationsvektor nach Beendigung

dargestellt des Z-Pulses zurückkehrt.

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Zur Bestimmung der Lage eines Speicherelements entgegengesetzt gleich ist. Bei Vorhandensein des wird dem zugeordneten AT-Leiter ein Lesestrom- Lesefeldes hat der Magnetisationsvektor die mit P 2 impuls von solcher Stärke zugeführt, daß der Magne- und N 2 bezeichneten stabilen Lagen, und infolge tisationsvektor um einen Winkel von etwa 45° zur des Anlegens des Lesefeldes dreht sich der Magneschweren Richtung hin dreht. Die Drehrichtung des 5 tisationsvektor um einen Winkel von 90° von der Magnetisationsvektors, der die LageO einnahm, ist Lage Pl in die Lage P 2 oder von der LageiVl in dabei entgegengesetzt zur Drehrichtung des Magneti- die LageAT2. Im ersteren Falle erhöht sich der sationsvektors, der die Lage 1 einnahm, und in Widerstand des Speicherelements vom minimalen auf einem Falle fällt der gedrehte Magnetisationsvektor den maximalen Wert, und im anderen Falle nimmt mit der Stromrichtung zusammen und im anderen io der Widerstand vom maximalen auf den minimalen Falle steht der gedrehte Magnetisationsvektor senk- Wert ab. Bei Abwesenheit des Vormagnetisationsrecht zur Stromrichtung. Der Gleichstromwiderstand feldes iil und bei einem Lesefeld, das die gleiche der dünnen Schicht hängt vom Winkel zwischen dem Stärke hat wie das Feld H 2, dreht sich der Magneti-Magnetisationsvektor und der Stromrichtung ab und sationsvektor von der Lage PO in die Lage P 2 oder ist maximal, wenn die beiden Richtungen zusammen- 15 von der LageiVO in die LageiV2. Die bei Anwesenfallen, und minimal, wenn die beiden Richtungen heit eines Vormagnetisationsfeldes auftretenden zueinander senkrecht stehen. In der Lage 0 als auch Widerstandsänderungen sind daher zweimal so groß, in der Lage 1 eines Speicherelements schließt der wie es ohne Anwendung eines Vormagnetisations-Magnetisationsvektor einen Winkel von 45° mit der feldes der Fall ist.

Stromrichtung ein, und der Widerstand für die beiden ao In Fig. 2 b ist der Widerstand eines Speicher-Lagen des Speicherelements ist gleich. Während des elements durch eine Widerstandskurve als Funktion Lesens nimmt der Widerstand zu oder ab, je nach- des Winkels zwischen dem Magnetisationsvektor und dem das Speicherelement in einer oder der anderen der Stromrichtung dargestellt, wobei längs der Ordi-Lage steht, und die primären 0- und 1-Ausgangs- natenachse der Unterschied zwischen dem Widersignale sind entgegengesetzt gleiche Widerstands- 25 stand/? des Speicherelements und dem Minimaländerungen. Im Stromkreis von der Klemme 7 nach wert Ro desselben abgetragen ist. Die Widerstands-Erde liegt eine Primärwicklung eines Transforma- kurve hat einen sinusförmigen Verlauf und kann in tors 10, welche die positiven und negativen Wider- einer Formel durch R—Ro = R1 (1 + cos 2 φ) wiestandsänderungen im Stromkreis in Impulse ent- dergegeben werden, wobei φ den Winkel zwischen gegengesetzten Vorzeichens zwischen den Klemmen 30 der Stromrichtung und der Magnetisationsrichtung 11 und 12 der Sekundärwicklung umsetzt. Diese darstellt und Rl eine Konstante ist. In dieser Figur Impulse werden einem nicht dargestellten Lesever- sind die den in F i g. 2 a dargestellten Lagen des stärker zugeführt. Bei Beendigung des Lesestrom- Magnetisationsvektors entsprechenden Punkte mit impulses kehrt der Magnetisationsvektor in die ur- gleichem Bezugszeichen wie in Fig.2a bezeichnet, sprüngliche Richtung zurück, so daß die Information 35 Bei Abwesenheit eines außen angelegten Magnetnicht verlorengeht und erneut ausgelesen werden feldes sind PO und iVO die beiden stabilen Punkte, kann. und bei Anwendung eines Vormagnetisationsfeldes

Zur Vergrößerung des primären Ausgangssignals gehen sie in die stabilen Punkte Pl und Nl über; der Speicherelemente sind diese gemäß der Erfin- während des Lesefeldes sind N 2 und P 2 die beiden dung mit einem gemeinsamen Leiter B magnetisch 40 stabilen Punkte. Der nach dem Anlegen des Lesegekoppelt, der bei jedem Speicherelement parallel feldes durchlaufene Teil der Widerstandskurve ist zur leichten Magnetisationsrichtung verläuft. Dem durch eine dicke Linie zwischen den PunkteniVl ß-Leiter wird ein Vormagnetisierungsstrom züge- und N 2 und zwischen den Punkten Pl und P 2 führt, der in jedem Speicherelement in der schweren dargestellt.

Richtung ein Vormagnetisationsfeld solcher Stärke 45 Wenn der Winkel zwischen der Stromrichtung erzeugt, daß die beiden stabilen Lagen des Magneti- und der leichten Magnetisationsrichtung von 45° sationsvektors mit der leichten Richtung einen Win- abweicht, tritt ohne Anwendung des Vormagnetisakel von etwa 45° einschließen. Die Richtung des tionsfeldes eine Unsymmetrie zwischen dem 0- und Vormagnetisationsfeldes ist in jedem Speicherelement dem 1-Ausgangssignal eines Speicherelements auf. entgegengesetzt zur Richtung des von einem Lese- 50 Diese Unsymmetrie kann an Hand der Fig. 2b verstromimpuls erzeugten Lesefeldes. Das eine und das anschaulicht werden. Bei Abwesenheit des Vorandere ist in F i g. 2 a näher verdeutlicht. In dieser magnetisationsfeldes ist das primäre 0-Ausgangs-Figur ist mit EA die leichte Magnetisationsrichtung signal der Widerstandsunterschied zwischen den und mit CA die Stromrichtung bezeichnet. Bei Punkten NO und N 2 und das primäre 1-Ausgangs-Abwesenheit eines außen angelegten Magnetfeldes 55 signal der Widerstandsunterschied zwischen den hat der Magnetisationsvektor die mit PO und NO Punkten PO und P 2. Eine geringe Abweichung vom bezeichneten stabilen Lagen, und bei Anwesenheit gewünschten Wert von 45° zwischen der Stromdes Vormagnetisationsfeldes Hl hat der Magnetisa- richtung und der leichten Richtung kommt in dieser tionsvektor die mit Pl und Nl bezeichneten stabilen Figur durch eine Verschiebung der Punkte NO und Lagen. In der Lage Pl steht der Magnetisations- 60 N 2 und der Punkte PO und P 2 längs der Widervektor senkrecht zur Stromrichtung, und der Wider- Standskurve in derselben Richtung und um den gleistand des Speicherelements ist minimal, und in der chen Winkel zum Ausdruck. Bei einer Verschiebung LageiVl verläuft der Magnetisationsvektor parallel des PunktesiVO in der Abwärtsrichtung nimmt der zur Stromrichtung, und der Widerstand ist maximal. Widerstandsunterschied zwischen den Punkten NO Zum Bestimmen der Lage eines Speicherelements 65 und N2 ab, und bei einer Abwärtsverschiebung des wird dem zugeordneten Z-Leiter ein Lesestrom- Punktes PO nimmt der Widerstandsunterschied zwiimpuls solcher Stärke zugeführt, daß das resultie- sehen den Punkten PO und P 2 zu, so daß das rende Lesefeld H 2 dem Vormagnetisationsfeld Hl 1-Ausgangssignal auf Kosten des O-Ausgangssignals

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zugenommen hat. Das Umgekehrte ist der Fall bei einer Verschiebung in der anderen Richtung. Bei Anwendung des Vormagnetisationsfeldes tritt diese Folge einer etwa vorhandenen Unsymmetrie nicht auf, was auf analoge Weise an Hand der Fig.2b veranschaulicht werden kann. Bei Anwesenheit des Vormagnetisationsfeldes ist das O-Ausgangssignal der Widerstandsunterschied zwischen den Punkten Nl und NZ und das 1-Ausgangssignal der Widerstandsunterschied zwischen den Punkten Pl und PZ, to und bei einer Verschiebung der Punkte Nl und NZ und der Punkte Pl und PZ bleiben diese Widerstandsunterschiede einander gleich. Diese Symmetrie der Ausgangssignale wird unabhängig vom Wert des Vormagnetisationsfeldes beibehalten, wenn das gesamte Lesefeld stets entgegengesetzt gleich dem Vormagnetisationsfeld ist.

Zum Drehen des Magnetisationsvektors in die schwere Richtung um einen Winkel von 45° braucht man ein Magnetfeld in der schweren Richtung mit ao einer Stärke von 0,7 Hk, wobei 1 Hk die Stärke des Anisotropiefeldes darstellt. In der Praxis hat sich ergeben, daß ein Magnetfeld in der schweren Richtung mit einer größeren Stärke als 0,6 Hk zu einer dauernden Magnetisationsänderung eines Teils der dünnen Schicht führen kann, und es ist daher vorzuziehen, das Vormagnetisationsfeld nicht größer als 0,6 Hk zu wählen. Das Vormagnetisationsfeld braucht während des Schreibens nicht ausgeschaltet zu werden, wenn dessen Wert derart gewählt wird, daß das Vormagnetisationsfeld zusammen mit dem von einem Y-Impuls verursachten Feld keine bleibende Magnetisationsänderung des Speicherelements zur Folge hat. Deswegen kann es notwendig sein, daß für das Vormagnetisationsfeld ein Wert von z. B.

0,4 Hk gewählt werden muß. Wenn das Vormagnetisationsfeld nur während des Lesens eingeschaltet wird, kann der Wert von 0,6 Hk gewählt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetisches Speicherelement in Form einer dünnen Schicht, aus elektrisch leitendem Magnetmaterial mit rechteckiger Hystereseschleife und einer Vorzugsrichtung der Magnetisation in der Ebene der magnetischen Schicht, wobei am Rand der Schicht zwei einander gegenüberliegende leitende Anschlüsse vorgesehen sind zwecks Leitung eines Stromes durch die Schicht von einem zum anderen Anschluß in einer Richtung, die zwischen der Vorzugsrichtung der Magnetisation und einer zu dieser senkrechten Richtung liegt, und wobei die Schicht mit wenigstens einem Leiter derart magnetisch gekoppelt ist, daß ein durch den Leiter fließender Lesestromimpuls in der Schicht ein magnetisches Lesefeld in einer zur Vorzugsrichtung senkrechten Richtung herbeiführt, und die Schicht mittels der leitenden Anschlüsse in Reihenschaltung in einen Stromkreis aufgenommen ist, der mit einer Detektionsvorrichtung zur Detektion der im Stromkreis auftretenden Widerstandsänderungen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einem bereits vor dem Anfangszeitpunkt des Lesestromimpulses von einem Vormagnetisierungsstrom durchlaufenen Vormagnetisierungsleiter magnetisch gekoppelt ist und dieser Vormagnetisierungsstrom in der Schicht ein Vormagnetisationsfeld in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des vom Lesestrom verursachten Lesefeldes herbeiführt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen