DE2529150A1 - Bitorganisierter blasenspeicher mit duennen, ferromagnetischen filmen - Google Patents

Description

PATENTANWALT

H. F. E L L M E R

*27IDSTEIN FRIEDENSSTRASSE £9/31 TELEFON: IDSTEiN 82 37

SPERRY RAND CORPORATION, New York, N, T./tf. S. A.

Hitorganisieeter Blasenspeicher mit dünnen, ferromagnetischen Filmen

Die Erfindung betrifft einen sehr kompakten, bitorganisierten Magnetspeicher mit zufallsverteilten Zugriff für nichtlöschendes Lesen.

In der USA-Patentschrift Nr. 3.550,101 von D. S. Lo u. a. ist ein oligatomischer, ferromagnetischer Film erläutert, der in den beiden orthogonalen Richtungen zusammenhängend ausgebildet ist und eine uniaxiale Anisotropie aufweist, so daß eine leichte Achse in der Ebene des Films vorhanden ist, längs der die Magnetsierung des Filmes parallel oder antiparallel ausgerichtet werden kann. In den Film wird eine Information durch die Anlegung zweier Magnetfelder an einem kleinen Bereich eingeschrieben, der sich am Schnittpunkt einer Wort- und Digitleitung befindet; das eine Magnetfeld umgibt als Treibwechselfeld in der harten Achse die Wortleitung und weist eine Amplitude, also eine Feldstärke auf, die geringer als die reversible Grenzfeldstärke Hj^ des kleinen Bereiches ist, und das andere Magnetfeld tritt als Treibgleichfeld längs der leichten Achse aus der Digitleitung mit einer Amplitude aus, die geringer als die Koerzitivkraft Η_β des kleinen Bereiches ist. Falls die Magnetisierung zuvor der Feldrichtung, die von der Digitleitung herrührt, entgegengesetzt war, wird der kleine Bereich des Speichers in den entgegengesetzten Zustand durch einen Vorgang umgeschaltet, bei dem ein Streufeld die nachfolgenden Rotationen steigern. Die Richtung der sich ergebenden re— manenten Magnetisierung hängt von der Polung des Treibgleichfeldes in der leichten Achse ab. Beim Anlegen desselben Treibwechselfeldes in der harten Achse an den kleinen Bereich wird nichtlöschend ausge-

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lesen, da auf der Abtastleitung, die längs der harten Achse ausgerichtet ist, ein Signal mit der doppelten Frequenz wahrgenommen wird.

Die anschließende Untersuchung des Schaltmechanismus nach der genannten USA-Patentschrift Nr. 3.550.101 hat gezeigt, daß die Schaltastroide zu den orthogonalen Achsen H^ und H_T nicht symmetrisch ist und dementsprechend die magnetische Domäne bei wiederholten Lesezyklen einer Löschung oder Verschiebung längs der Wortleitung in den am nächsten benachbarten Bereich des Speichers unterworfen ist.

Die Erfindung richtet sich daher auf ein Verfahren und ein Gerät zur Umwandlung der weniger stabilen magnetischen Domäne nach der USA-Patentschrift Nr. 3.550.101 in eine stabilere Blasendomäne, wobei das entmagnetisierende Feld der Blasendomäne und Vormagnetisierungsfelder wechselnder Richtung verwendet werden, die in der Filmebene liegen und zur remanenten Magnetisierung des Filmes parallel oder antiparallel sind, die längs der leichten Achse des Filmes ausgerichtet ist.

EineMatrixanprdnung orthogonaler Sätze von untereinander parallelen Wortleitungen und parallelen Abtast-/Digitleitungen ist vorgesehen; in dieser sind also alle Leitungen zueinander parallel und befinden sich oberhalb der Ebene des Filmes, der längs seiner leichten Achse in der einen magnetischen Richtung gesättigt ist; an allen Schnittpunkten zwischen den Wort- und Abtast-/Digitleitungen ist im Film ein kleiner Bereich als Speicherbereich ausgebildet. Die Wortleitungen verlaufen nahezu parallel zur leichten Achse des Filmes und liefern ein etwa senkrechtes Treibfeld Hp in der harten Achse, während die Abtast-/Digitleitungen im wesentlichen parallel zur harten Achse des Filmes gerichtet sind, so daß sie etwa in der Längsrichtung ein Treibfeld Br in der leichten Achse aufbauen. Außerdem sind in der Filmebene statische (zusammenhängende) Vormagnetisierungsfelder sich abwechselnder Richtung an den Speicherbereichen etwa parallel zu der einen magnetischen Richtung und zwischen den Bereichen etwa antiparallel zu dieser Richtung ausgebildet.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die orthogonalen (longitudinalen) Achsen der Wortleitungen und der Abtast-/Digltleitungen etwas, z. B. um 10° zur orthogonalen leichten bzw. harten Achse aus der parallelen Ausrichtung herausgedreht«, Das statische Vormagnetisie rungsfeldHg in der Längsrichtung bildet für die folgenden Magnetfelder einen Arbeitspunkt, nämlich für

a) das Treibweehselfeld H«p in den Wortleitungen

b) das irapulsförmige Treibgleichfeld H₅, für die Wörter und

c) das bipolare Treibfeld +Hj₁ für die Digits.

Mit Hilfe des Treibwechselfeldes Hm und des impulsförmigen Treibgleichfeldes H₁J, werden die in den Bereichen des Speichers aufbewahrten Informationen ausgelesen, während unter Mitwirkung der zuvor aufgezählten drei Treibfelder die Informationen in die Speicherbereiche eingeschrieben werden, wobei +H, das Bit 1 und -IL das Bit 0 bewirken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert« Es stellen dar:

Figur 1 die bekannte Blasendomäne in einem zusammenhängenden, dünnen Film aus Orthoferrit oder Granat,

Figur 2 dieselbe Blasendomäne in einem schmalen Band aus einem oligatomisehen, ferromagnetischen Film nach dem bekannten Stand der Technik,

Figur 3 einen zusammenhängenden bligatomischen Film, in dem eine Blasendomäne gemäß der Erfindung aufgebaut ist,

Figur 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

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Figur 5 einmauseinandergezogenea Querschnitt durch die Ausführungsform der Figur 4 längs einer Linie 5-5»

die Figuren 6a bis 6c Schaltkurven des oligatomischen, ferromagnetischen Filmes der Figur k unter Mitwirkung von drei unterschiedlich kombinierten Treibfeldern,

Figur 7 eine Auftragung des zur Verschiebung einer Neelwand notwendigen Feldes in der leichten Achse als Funktion des Vonragnetisierungsfeldes in der harten Achse und des Wandwinkels einer Blasendomäne,

Figur 3 eine auseinandergezogene Ansicht senkrecht zur Ebene der Digitleitungen bei dem Speicher in der ersten Ausführungeform der Erfindung,

Figur 9 eine teilweise Draufsicht auf den Speicher der Figur 8 in der Ebene der Linie 9-9 ₃

Figur 10 eine Schaltung zur Führung der Stromsignale beim Aufbau der Vormagnetisierungsfelder für die Anordnungen der Figuren 8 und 9·

Figur 11 eine auseinandergezogene Ansicht senkrecht zur Ebene der Digitleitungen bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 12 eine Teilansicht aus dem Speicher der Figur U längs der Linie 12-12 und

die Figuren 13a bis 13c den zeitlichen Verlauf der Treibfelder, die den Schaltkurven der Figur 6a, 6b bzw. 6c zugeordnet sind.

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Wie aus der Veröffentlichung von A. H. Bobeck u. a.5 "Magnetic bubbles" in der Zeitschrift: "Scientific American*, (September 1970), Seiten ?8 bis 90 hervorgeht, treten Blasendomänen in Filmen aus Orthoferrit oder Granat und gemäß einer Veröffentlichung von T. J. Nelson u. a.ϊ "Stable Reversal Domains in Thin Film Strips" in den "AIP Conference Proceedings" Nr. 5s "Magnetism and Magnetic Materials", (1971), 1?» jährliche Konferenz, Seiten 150 bis 154, in schmalen Bändern eines dünnen, ferromagnetisehen Filmes auf* Hier sei eine Blasendomäne als magnetische Domäne definiert, die durch die Kombination eines Vormagnetisierungsfeldes und ihres eigenen entmagnetisierenden Feldes stabilisiert wird, selbst wenn die Koerzitivkraft des Magnetfeldes gleich null, also Hq - 0 wäre.

In der Figur 1 ist ein zusammenhängender Film 10 aus Orthoferrit, wie er in der ersten Veröffentlichung erläutert ist, dargestellt, dessen Magnetisierung gemäß Vektoren 11 nach unten gerichtet ist. Innerhalb des Filmes 10 ist durch die passenden Treibfelder in bekannter Weise eine Blasendomäne eingeschrieben, deren Magnetisierung gemäß einem Vektor 13 nach oben gerichtet und von einem äußeren Vormagnetisierungsfeld Hg stabilisiert ist, das durch einen Vektor 14 angedeutet ist.

In der Figur 2 ist ein schmales Band 15 eines dünnen, ferromagnetischen Filmes mit uniaxialer Anisotropie, wie es in der zweiten Veröffentlichung beschrieben ist, dargestellt, dessen leichte Achse innerhalb der Filmebene orthogonal zur langen Kante verläuft· Bei dieser Ausführungsform liegen Blasendomänen 16, 18 als rechtwinklige Domänen vor, in denen die Magnetisierung gemäß Pfeilen 17, 19 eingestellt ist, die wie die leichte Achse in der einen oder der dieser entgegengesetzten Richtung gerichtet und in der Filmebene vom äußeren Vormagnetisierungsfeld Hg entsprechend einem Vektor 20 stabilisiert ist.

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Die Ausführungsfor» der Erfindung weist genäß der Figur 3 einen dünnen ferromagnetiechen Film 21 auf, der in den beiden orthogonalen Richtungen nicht unterbrochen ist, und dessen Magnetisierung, wie Vektoren 22 zeigen, in der Filmebene auf eine leichte Achse 23 ausgerichtet ist, die von der uniaxialen Anisotropie herrührt. In einem erfinderischen Arbeitsgang wird im zusammenhängenden Film 21 eine Blasendomäne 24 von kahnartigem Querschnitt hergestellt, die durch die Dimension der geringsten Dicke des Filmes 21 hindurchgeht, und deren Magnetisierung antiparallel zu den Vektoren 22 verläuft, wie ein Vektor 25 angibt, mt den in der USA-Patentschrift Nr. 3·55Ο_β1Ο1 wiedergegebenen Erkenntnissen wird die magnetische Domäne in eine Blasendomäne umgewandelt, wobei statische, parallele und antiparallele Vormagnetisierungsfelder und ihr entmagnetisierendes Feld die Blasendomäne gegen die äußeren Magnetfelder stabilisieren, die sonst den Informationszustand au zerstören trachten.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach der Figur 4 wird als Speichermedium ein zusammenhängender, dünner, ferromagnetisch er Film 30 aus etwa 81 $ Nickel und 19 % Eisen in einer Dicke von 100 Ä benutzt; die letztere muß in der Größenordnung von 50 Ä bis 250 A liegen, damit keine Bloch*sehen Domänenzwischaiwände oder Querschwellenwände entstehen können; außerdem liegt bei einer solchen geringen Dicke die leichte Achse in der Ebene des Filmes 30, längs der die Magnetisierung in der O-Richtung verläuft, wie Vektoren My angeben.

In den Film 30 wird die Information als kahnähnliche Blasendomäne eingeschrieben, in der die Magnetisierung parallel au einer leichten Achse 31 in der 1-Richtung verläuft, wie durch einen Vektor 34 gezeigt ist, der zum Vektor Mp antiparallel ist, der die Richtung der Magnetisierung des Filmes 30 mit Ausnahme im Speicherbereich der Blasendomäne 32 angibt. Mit dem Film 30 sind eine Wortleitung 38 und eine Abtast-/Digitleitung 40 induktiv gekoppelt, deren Längsachse

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senkrecht auf der Längsachse 36 der Wortleitung 38 steht. Am Schnittpunkt der Wortleitung 38 und der Abtast-/Digitleitung 42 wird der Speicherbereich der Blasendomäne 32 gebildet, wahrend die Längsachse 36 aus noch später zu erklärenden Gründen mit einem optimalen Winkel von 10° (innerhalb eines möglichen Bereiches von 5° bis 20°) zu einer Achse 44 schräggestellt ist, die parallel zur leichten Achse 31 des Filmes 30 verläuft.

Die Figur 5 zeigt einen längs der Linie 5-5 der Figur 4 geführten Schnit-c, aus dem die Art und Weise erkennbar ist, wie der Film 30, die Wortleitung 38 und die Abtast-/Digitleitung 40 übereinander gelegt sind. Zur Vereinfachung der Darstellung in den Figuren 4 und 5 treffen weder die relativen Größen und Abmessungen zu, noch sind wesentliche, aber nicht an der Arbeitsweise des Speichers teilnehmende Elemente wiedergegeben.

Die Figuren 6a, 6b und 6c veranschaulichen die Schaltkurve eines oligatomisehen, ferromagnetischen Filmes mit drei unterschiedlich kombinierten Treibfeldern. In der Figur 7 ist danach eine Kurve aufgenommen, die an einem Permallovfilm von einer Dicke von 120 A unter einem Elektronenmikroskop gewonnen ist, wobei das Treibfeld H^ in der leichten Achse, das zur Bewegung einer Neelwand notwendig ist, als Funktion des Vormagnetisierungsfeldes H^, in der harten Achse und des Wandwinkels aufgetragen ist. Gemäß der Figur 7 schließt das positive Vormagnetisierungsfeld Hm in der harten Achse mit der Neelwand einen kleinen Winkel ein, dem ein geringes Energieniveau zukommt und daher leicht abgeändert werden kann. Im Gegensatz hierzu bildet das negative Vormagnetisierungsfeld ftj, in der harten Achse mit der Neelwand einen großen Wandwinkel, dem ein hohes Energieniveau zugeordnet ist, so daß zur Bewegung ein starkes Treibfeld Hj₁ in der leichten Achse benötigt wird. Diese zur Wandverschiebung erforderliche Feldsymmetrie erklärt die Asymmetrie zwischen den positiven und negativen Feldern in der harten Achse nach den Figuren 6a, 6b und 6c.

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Bei den Schaltkurven mit den Schwellwerten in den Figuren 6a bis 6c besteht außerdem eine Asymmetrie «wischen den positiven und negativen Feldern in der leichten Achse, da ein entmagnetisierendes Feld von den Polen an den Enden der Domäne auftritt, das die Domäne zu löschen sucht» sobald eine Domäne in den Film eingeschrieben ist. Je kurzer die Domäne ist, desto dichter liegen die Pole beieinander, und desto stärker ist das entmagnetisierende Feld. Die Kurven der Figur 6 sind an solch kurzen Domänen aufgenommen, daß sie sich mit dem Strom in der Wortleitung allein auslöschen können. Außerhalb der Domäne, also jenseits ihrer Spitze kehrt die Richtung des entmagnetisierenden Feldes um und bewirkt, daß sich mitunter die Spitze in die benachbarte Bitposition erstreckt. Zur Ausschaltung dieser Möglichkeit wird ein Vorraagnetisierungsfeld benötigt. Die Wirkung des notwendigen Vormagnetisierungsfeldes H* in der leichten Achse besteht darin, daß es unterhalb der Digitleitung im Innenbereich der Domäne positiv ist, so daß die Blasendomäne nicht zusammenklappen kann, und daß es an einem Punkt zwischen den Digitleitungen negativ ist, damit die Blasendoaäne nicht au lang werden kann und sich nicht längs der Wortleitung in die benachbarten Speicherbereiche erstreckt.

Zwei Verfahren, ein solches Vormagnetisierungsfeld H^ in der leichten Achse zu erstellen, sind in den Figuren 8 bis 10 und 11, 12 anschaulich gemacht. Beim ersten Verfahren der Figuren 8 bis 10 geht durch die Digitleitungen ein positives, die Vormagnetisierung bewirkendes Gleichstromsignal hindurch, dessen Polung in den dazwischenliegenden Leitungen umgekehrt ißt. Beim Verfahren der Figuren 11 und 12 sind die Digitleitungen mit einem permanent-Magnetischen Material, z. B. Cobalt plattiert. Die Cobaltschicht ist permanent magnetisiert, also mit einem starken Feld parallel zur Filmebene und senkrecht zur Längsachse der Digitleitungen im Speicherbereich gesättigt, so daß bandartige Digitleitungen gebildet werden und keine dazwischenliegenden Digitleitungen benötigt werden· Die Nordpole bilden sich an dem einen Rand der bandartigen Leitungen, während die SUdpole an der

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gegenüberliegenden Kante entstehen; die abwechselnden Nord- und Südpole erzeugen ein sich räumlich änderndes Vormagnetisierungsfeld +Hj₁ -H^, +H^ usw. Ein mögliches Verfahren zur Herstellung der Stromumkeh rung für die Vormagnetisierung ist in der Figur 10 veranschaulicht.

Nun sei auf die Figuren 6a, 6b und 6c und auf die zugehörigen zeitlichen Auftragungen zurückgekommen, die in den Figuren 13a, 13b bzw. 13c enthalten sind; für Prüfzwecke wird ein Speichersystem benutzt, das dem der Figuren 4 und 5 ähnlich ist. In der Figur 6a sind die Treibfelder der Figur 13a an der Schaltkurve eines Speichers aufgetragen, der dem der Figur 4 ähnlich .ist, und in dem die Digitleitungen 39, 40, 41 0,003 Zoll (0,076 mm) bei einem Abstand von 0,006 Zoll (0,152 mm) von Mitte zu. Mitte breit sind und jede zweite Digitleitung 39, 41 zur Vormagnetisierung benutzt wird, und in dem die Wortleitung dieselbe Breite wie die Digitleitungen 39, 40, 41 bei ei nem Abstand von 0,01 Zoll (0,254 mm) von Mitte zu Mitte aufweist; der positive Strom für die Vormagnetisierung, (der zur Blasendomäne beiträgt,) wird an die Digitleitung 40 gelegt, wobei seine Stärke 12 mA beträgt; der negative der Vormagnetisierung dienende Strom, (der der Blasendomäne entgegengerichtet ist,) erscheint mit einer Stärke von 12 mA an den dazwischen liegenden Digitleitungen 39, 41} hierbei ist die Wortleitung 38 parallel zur leichten Achse 31 und die Digitleitungen 39, 40 und 41 sind senkrecht zur Wortleitung 38 gerichtet. Gemäß den Figuren 6a und 13a werden die folgenden Treibfelder benutzt:

(vormagnetisierendes) Gleichfeld +H_ß, -Hg in der Digitleitung H^j (LeseVSchreib-)wechselfeld H.« in der Wortleitung IL,; bipolares (Schreib-)feld +H_D, -H_D als impulsfönaiges Feld in der Digitleitung +H^, wobei dem Feld +H^ die !-Information und dem Feld -Hjj die 0-Information zugeordnet ist.

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- nO ·

Durch die Benutsung des der Vormagnetisierung dienenden Gleichfeldes +Hg in der Digitleitung wird ein Arbeitspunkt 48 aufgestellt, um den sich das Wechselfeld H^, in der Wortleitung innerhalb der Schaltkurve bewegt, die von den Ästen 50, 51 und 52 des rotatorischen Schaltens und von eineÄ Kriech- oder Wandschaltast 53 gebildet ist, um den Speicherbereich niehtlösehend schalten zu können. Vom impulsförmigen Feld +Hjj in der Digitleitung wird der Speicherbereich in die Blasendomäne eingebracht, wobei der Vektor 34 das Einschreiben einer Eins bedeutet; vom bipolaren impulsförmigen Feld -H₀ kann auch die Blasendomäne 32 gelöscht werden, was das Einschreiben einer Null bedeutet, wobei die Magnetisierung des Speicherbereiches in den remanenten magnetischen Zustand gebracht wird, der durch die Vektoren M™ angegeben ist. Wie beachtet sei, könnte ein Film mit einer Koerzitivkraft H₀ » 0 nach des Verfahren der USA-Patentschrift Nr. 3.550.101 nicht betrieben werden. Bei einer Anwendung des Verfahrens nach der Figur 6a werden die eagnetischen Domänen, die in der genannten USA-Patentschrift beschrieben sind, jedoch in Blasendomänen umgewandelt, wobei das auf die Kanten eines Filmes einwirkende Wechselfeld der Wortleitung um +22 £ gesteigert wäre.

Die Figur 6b ist eine Auftragung der in der Figur 13b bezeichneten Treibfelder an der Schaltkurve eines Speichers, der dem der Figuren 4 und 5 ähnlich ist. Zusätzlich zu den Treibfeldern, die in Verbindung mit den Figuren 6a und 13a zuvor aufgezählt sind, werden noch ein (Lese~/Schreib-)feld -H™« als der Vormagnetisierung dienendes Gleichfeld H₇ in der Wortleitung und ein (Le se-/Schreib) feld als Impuls B^ in der Wortleitung angewendet.

Diese Zusaamenstellung dient dem folgenden Zweck: Das zur Bewegung einer Neelwand benötigte Feld H^ in der Digitleitung (in der leichten Achse) hängt stark vom Wandwinkel ab. Eine 90°-Wand ist breiter und speichert in sich weniger Energie als eine 180°-Wand, die wiederum breiter als eine 270°-Wand ist und weniger Energie als die Letzte-

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re festhält, wie aus der Figur 7 erkennbar ist; je größer also der Wandwinkel ist, desto größer wird die Koeraitivkraft Hq₇ was bedeutet, daß eine Blasendomäne durch die Anlegung eines negativen, der Vormagnetisierung dienenden Gegenfeldes in der harten Achse stabilisiert werden kann, das den Wandwinkel vergrößert. Dementsprechend wird der Film mit einem negativen, der Vormagnetisierung dienenden Gleichfeld in der Wortleitung 38 von einem Stromsignal mit einer Stärke von 9 mA geprüft. Das Wechselfeld in der Wortleitung wird dann von einem positiven impulsförmigen Feld in der Wortleitung überlagert, damit sichergestellt ist, daß alle Neelwände den richtigen Drehsinn besitzen, also durch eine Überquerung der rechten Seite der Schnltkurve in der Figur 6b ersseugt sind. Für diese Zusammenstellung ist festgestellt, daß die Ränder des Wechselfeldes in der Wortleitung um +34 % vergrößert sind. Jedoch sind die Ränder des Feldes in der Digitleitung um +11 $ verringert, während der Strom für das Feld in der Digitleitung, der zur Störung des Informationszustandes im Speicherbereich benötigt wird, auf 27 mA vergrößert ist. Bei einem Blick auf die Figur 6b erkennt man, daß eine reine Störung des Feldes in der Digitleitung, also in der Richtung des Feldes-4H_L nicht mehr in der Spitze der Schaltkurve, also auf der Achse H^, ^a 0 liegt, sondern nach links verschoben ist. Somit wird die Steigerung der Unempfindlichkeit gegenüber negativen Störsignalen des Feldes in der Digitleitung, (die eine Blasendomäne auszulöschen suchen,) durch eine Abnahme der Unempfindlichkeit gegenüber positiven Störsignalen des Feldes in der Digitleitung kompensiert, (die eine Blasendomäne einzuschreiben suchen). Außerdem ist die Zunahme der Ränder des Feldes in der Wortleitung von einer Abnahme der Ränder des Feldes in der Digitleitung begleitet.

Xn der Figur 6c sind die Treibfelder der Figur 13c an der Schaltkurve des Speichersystems aufgetragen, das dem der Figuren k und 5 ähnlich ist. Zusätzlich zu den in Verbindung mit den Figuren 6a und 13a aufgezählten Treibfeldern wird ein (Lese-/Schreib-)feld +H^p als Impuls

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in der Wortleitung verwendet. Die Wortleitung 38 ist daher «u diesem Zweck um 10° schräggestellt; die Längsachse 36 der Wortleituzg 38 ist also ua 10° gegenüber der leichten Achse 31 des Filmes 30 gedreht, wie die Linie. 44 zeigt. Schließlich sind die Abtast-/Digitleitungen 39, ¥>₉ 41 ia gleicher Weise gedreht, damit ihre Senkrechtstellung zur Wortleitung 38 erhalten bleibt. Die Aufgabe dieser Drehung der genannten Leitungen besteht darin, 1) die reversible Grenzfeldstärke zu erhöhen, 2) die Unempfindlichkeit gegenüber negativen Störsigaalen des Feldes in der Digitleitung, (die eine Blasendomäne zu löschen trachten), zu vergrößern, und 3) der Wortleitung eine Komponente in der leichten Achse zuzuteilen, damit eine Löschung der Blasendomäne durch koinzidierende Ströme möglich ist, selbst wenn der Film die Koerzitivkraft Hq ^β 0 aufweist.

Ein Grund für die Schrägstellung der Wort- und Abtastleitungen um 10° bezüglich der leichten Achse des Filmes ist der Figur 6c zu entnehmen. Bei einer fehlenden Schrägstellung des Filmes zur Wortleitung wie in der Figur 6a wäre die reversible Grenzfeldstärke des Filmes niedrig, da das Treibfeld der Wortleitung in der Gegenwart des Vormagnetisierungsfeldes in der Digitleitung zum Einschreiben einer Blasendomäne in den Film ausreicht, sobald die Vektorsumme der beiden Felder die Schaltkurve überquert. Wenn der Film jedoch wie in der Figur 6c schräggestellt ist, kann sich das Wortfeld weit in den Kanal zwischen den beiden Xsten 50 und 53 der Schaltkurve nach unten erstrecken, ohne sie zu überqueren. Das kleine, impulsförmige Feld +H^p wird in der Wortleitung hinzugefügt, damit sichergestellt ist, daß alle Schaltvorgänge auf der rechten Seite der Schaltkurve erfolgen, wo das .Treibfeld in der harten Achse bzw. in der Digitleitung +Hq, beträgt» Sin weiterer Grund zur Schrägstellung des Filmes besteht darin, daß ein Störsignal des Feldes in der Digitleitung von negativer Polung eine Komponente in der harten Achse aufweist, die den Vektor des Treibfeldes in Richtung auf den linken Kanal in der Schaltkurve während der Störungen des Feldes in der Digitleitung

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lenkt, wodurch die Störgrenzen angehoben werden. Der dritte und wichtigste Grund für die Schrägstellung des Filmes besteht darin, daß das Feld in der harten Achse eine Komponente in der leichten Achse erhält, die zur Löschung der Blasendomäne in den Fällen beiträgt, in denen der Film eine sehr geringe Koerzitivkraft aufweist. Diese Komponente der leichten Achse des Treibfeldes in der harten Achse ermöglicht den Betrieb mit koinzidierenden Strömen für Blasendomänen, bei denen der Film die Koerzitivkraft Hq-O besitzt» In dieser Zusammenstellung sind die Ränder des Feldes in der Wortleitung um ±p6 ia und die des Feldes in der Digitleibung um +25 $ vergrößert.

Die Beziehungen zwischen den Treibfeldern gemäß den Figuren 6c und 13c seien nun auf die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nach den Figuren 4 und 5 angewendet. Vor, während und nach dem Lese-/ Schreibvorgang der Speicheranordnung nach der Figur 4 legen Treiber 60 und 62 ein Stromsignal zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsfeldes -Hg und zur Löschung der Blasendoraäne auf die Digitleitungen 39 bzw. 41» während ein Treiber 61 ein Stromsignal zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsfeldes +Hg, das außerdem zur Blasendomäne beiträgt, der Digitleitung 40 zuführt. Für den SchreibVorgang im Zeitpunkt tg wird von einem Treiber 64 über einen Schalter 65 an die Wortleitung 38 ein impulsförmiges Stromsignal zum Aufbau des Feldes +Η«ρ herangebracht. Während dieses Stromsignal noch an der Wortleitung 38 anliegt, also nach dem Zeitpunkt t_Q, legt im Zeitpunkt t-, ein Treiber 66 über einen Schalter 67 ein Stromsignal zum Aufbau des Wechselfeldes H_AC auf die Wortleitung 38. Dieses Stromsignal ist sinusförmig, und seine bevorzugte Frequenz f liegt im Bereich von 5 bis 200 MHz. Das Gleichfeld +Hg zur Vormagnetisierung, das ein Treibfeld in der leichten Achse ist, und das impulsförmige Feld +H_wp, das ein Treibfeld in der harten Achse ist, wirken vektoriell zusammen, so daß der Arbeitspunkt 58 der Figur 6c entsteht, um den sich das Wechselfeld in der

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. Hr .

Wortleitung innerhalb der Sehaltkurye der Figur 6c bewegt. Während das impulsföradge Treibfeld ⁺H«p der Wortleitung und das Wechselfeld H^, gleichzeitig auf den vom Schnittpunkt der Wortleitung 38 und der Digitleitiing 40 gebildeten Speicherbereich einwirken, wird von einem Treiber 70 über einen Schalter 71 im Zeitpunkt t« ein positives, impulsförmiges Stromsignal zur Erzeugung des Feldes +H^ und zum Schreiben der 1-Informatlon oder ein negatives impulsförmiges Stromsignal zur Erzeugung des Feldes -H« auf die Digitleitung 40 gebracht.

Wie beachtet sei, sind die Treibfelder der Wort- und Digitleitungen bezüglich der harten und leichten Achsen um etwa 10° schräggestellt; zwecks Abkürzung wird trotz dieser Schrägstellung von Treibfeldern in der leichten und harten Achse des Filmes 30 gesprochen. In der Figur 6c ist die Größe des der Vormagnetisierung dienenden Gleichfeldes der Digitleitung, des impulsförmigen Feldes und des Wechselfeldes in der Wortleitung derart gewählt, daß die maximale Ausdehnung des Wechselfeldes -H^, der Wortleitung nach links gut innerhalb des Astes 51 für den Rotationsschaltschwellwert liegt, während das Wechselfeld ⁺H»„ sich nach rechts in den Kanal hinein erstreckt, der von den Ästen 50 und 53 des Rotations- und Kriechschaltschwellwertes gebildet wird, und diese Xste nicht überschreitet.

Nach dem Einschreiben der Blasendomäne 32 in den Film 30 am Schnittpunkt der Wortleitung 38 und der Digitleitung 40 in der Zeitspanne t₂ - to wird im Zeitpunkt t« mit Hilfe des Schalters 67 das das Wechselfeld hervorrufende Stromsignal von der Wortleitung 38 weggenommen. Im Zeitpunkt t, wird danach das impulsförmige Stromsignal mit Hilfe des Schalters 65 von der Wortleitung 38 entfernt, und zuletzt wird das die Vormagnetisierung bewirkende impulsförmige Stromsignal durch den Schalter 71 von der Digitleitung 40 abgetrennt.

Für den Lesevorgang werden das kombinierte, impulsförmige Feld und das Wechselfeld der Wortleitung induktiv mit der Blasendomäne gekop-

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• πζ ·

pelt, wobei das bipolare, impulsförmige Feld der Digitleitung nicht benutzt wird, so daß ein Wechselstromsignal mit der Frequenz 2f in der Digitleitung 40 induziert und über einen Schalter 72 einen Leseverstärker 72 zugeleitet wird, wie in der USA-Patentschrift Nr* 3.550-101 erläutert ist. Der abgestimmte Leseverstärker 72 nimmt das Wechselstromsignal mit der Frequenz 2f wahr, das den Informationszustand des Speicherbereiches am Schnittpunkt der Wort- und Digitleitung 38, 40 angibt; auf Grund der vorhandenen Blasendoinäne entsteht eine bedeutsame Amplitude des Wechselstromsignals, womit die Speicherung einer binären Eins angezeigt ist, während das Fehlen einer Blasendomäne eine gespeicherte Null angibt, weil die entgegengesetzte Phase des Wechselstromsignals erzeugt wird.

In der Figur 8 ist eine auseinandergezogene Ansicht senkrecht zur Ebene eines Filmes 80 und zu Digitleitungen 81 bis 85 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist der Film 80 wie bei dem der Figuren 4 und 5 ein oligatomi scher, ferromagnetischer Film von etwa 81 # Nickel und 19 % Eisen mit einer Dicke von z. B. 100 A und besitzt eine uniaxiale Anisotropie, so daß eine leichte Achse 86 vorhanden ist, längs der zu Anfang die Magnetisierung innerhalb des gesamten Filmes 80 in der O-Richtung ausgerichtet ist, wie ein Pfeil (Vektor Mp) angibt. Die beiden Sätze zueinander paralleler Digitleitungen 81 und Wortleitung 90 - 94 sind gemäß der Figur 9 zueinander senkrecht angeordnet und in einem Winkel von z. B. 10° bezüglich der leichten Achse 86 schräggestellt. An den Schnittpunkten der Abtast-/Digitleitungen 82, 84 und der Wortleitungen 90 - 94 sind im Film 80 Speicherbereiche ausgebildet, in denen Blasendomänen 95 wahlweise derart eingeschrieben sind, daß ihre Magnetisierung, die durch einen Vektor 96 angedeutet ist, in der 1-Richtung, also antiparallel zur 0-Richtung des Vektors M^, liegt. Wie bei der Ausführungsform der Figur 4 werden die dazwischen liegenden Digitleitungen 81, 83 und 85 zum Aufbau des negativen, der Vormagnetisierung dienenden Gleichfeldes -Hg verwendet, das eine Blasendomäne in den Teilen des Filmes 80

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zwischen den Abtast-/Digitleitungen 82, 84 zu löschen sucht; außerdem wird das positive, der Vormagnetisierung dienende Gleichfeld +H« aufgebaut, das in den Bereichen des Filmes 80 unterhalb der Abtast-/ Digitleitungen 82, 84 eine Blasendomäne einzuschreiben oder sie zu stützen sucht.

Bei der Ausführungsfona der Erfindung nach der Figur 8 ist im Speicher eine Halteschicht 97 vorgesehen, die unter Zwischenschaltung der übereinander liegenden Digit- und Wortleitungen auf einer Erdungsfläche 98 aufgebracht ist. Außerdem sind rund um die dazwischenliegenden Digitleitungen 81, 83 und 85 die negativen, der Vormagnetisierung im Uhrzeigersinn dienenden Gleichfelder -H« und rund um die Abtast-/Digitleitungen 82 und 84 die positiven, der Vormagnetisierung gegen den Uhrzeigersinn dienenden Gleichfelder angegeben, die

las Löschen bzw» Unterstützen der Blasendomäne im Film 80 bewirken. In der Halteschicht 97 sind die magnetischen Bilder 81a bis 85a der Digitleitungen 81 - 85 anschaulich gemacht. Infolge der wahlweisen Kopplung der Treibstromsignale gemäß den Figuren 6c und 13c ist die Magnetisierung gewählter Speicherbereiche Bit für Bit aus der 0- in die 1-Richtung geschaltet. Die Figur 10 veranschaulicht eine Möglichkeit, die negativen und positiven, der Vormagnetisierung dienenden Gleichfelder -E_n und +BL in den Bereichen der Digit- und Abtast-/ Digitleitungen 81, 83, 85 bzw. 82, 84 hervorzurufen.

In den Figuren 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, in der ein oligatomischer, ferromagnetischer Film 100 wie bei den Ausführungsformen der Figuren 4 und 9 auf Grund seiner uniaxialen Anisotropie eine leichte Achse 102 aufweist, längs der die Magnetisierung in der O-Richtung, die durch den Vektor Mj, angedeutet ist, oder in der entgegengesetzten 1-Richtung liegt. Bei dieser Ausführungsform werden keine dazwischen liegenden Digitleitungen zum Aufbau des negativen, der Vormagnetisierung dienenden Gleichfeldes -Hg benutzt. Hier sind nämlich Abtast-/Digitleitungen 104, 106 auf

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ihrer Länge mit einem permanentmagnet!sehen Material« z. B. mit einer Kobaltschicht 105 bsnr. 107 plattiert, Diese Kobaltschichten sind durch ein starkes Feld parallel zur Ebene des Filmes 100 und senkrecht zur Längsachse der Abtast-/Digitleitungen ₁₀^_} ι_Ο6 gesättigt, so daß längs ihrer einen Kante magnetische Nordpole und längs der anderen Kante magnetische Südpole bestehen, wie die Figur 11 zeigt. Die sich abwechselnden magnetischen Nord- und Südpole erzeugen ein sich im Raum änderndes, der Vormagnetisierung dienendes Gleichfeld -Hg, +Hg, -Hg, +Hg, -Hg usw. von längs den Wortleitungen 108 - 112 abwechselnden Richtungen, so daß die beiden Treiber 60, 62 für die Vormagnetisierung in der einen Richtung und der Treiber 6l der Figur 4 für die Vormagnetisierung in der anderen Richtung eingespart werden. Ferner enthält die Ausführungsform der Figur 11 eine Erdungsplatte 114 und eine Halteschicht 116 mit den magnetischen Bildern der Abtast-/Digitleitungen 104a und 106a und der Kobaltschichten 105a und 107a.

Als Verbesserung gegenüber der Speicheranordnung nach der USA-Patentschrift Nr₈ 3.550.101 von D. S. Lo u. a. ist zuvor ein Arbeitsverfahren bzw. ein Gerät mit einem zusammenhängenden, ferromagnetischen Film erläutert, der zu dünn ist, als daß Bloch- oder Querschwellenwände entstehen können; dieser oligatomische Film, der nur Neelwände ermöglicht weist auf Grund seiner uniaxialen Anisotropie eine in der Filmebene liegende, leichte Achse auf, längs der die remanente Magnetisierung zur Speicherung zweier entgegengesetzter Informationszustände ausgerichtet werden kann. Längs dieser leichten Achse wird der Film zu Anfang gesättigt, während in der Filmebene statische, abwechselnd parallel und antiparallel verlaufende, der Vormagnetisierung dienende Felder aufgebaut werden, nämlich parallel zur ersten Richtung in der Nachbarschaft der Speicherbereiche, die von den Schnittpunkten der übereinanderliegenden orthogonalen Wort- und Abtast-/Digitleitungen gebildet sind, und antiparallel in den Flächen zwischen diesen Speicherbereichen. Das der Vormagnetisierung dienen-FeId verwandelt die bekannte magnetische Domäne nach d.t*r USA-Patent-

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schrift Nr. 3.550*101 in eine Blasendonäne um, die von den vor» und entmagnetisierenden Feldern gegen eagnetische Störfelder stabilisiert wird.

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Claims (8)

fP-IFPENSSTRASSE £9/31 ' ^ ' P 25 29150.3 TELEFON: IDSTEIN 8237 ?. Juli 3.975 SPERRI RAND CORPORATION "^' p 177024 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Einschreiben von Bits in magnetische Speicherelemente aus einem eine leichte Achse aufweisenden, ferromagnetischen

Film, dessen Dicke zwischen 2 und 250 A liegt, und denen ein hochfrequentes Magnetfeld quer zur leichten Achse und ein impulsförmiges Gleichfeld parallel oder antiparallel zur leichten Achse angelegt werden, wobei die Vektorsumme dieser beiden Magnetfelder dicht unterhalb eines Astes der Astroide für den Rctations-Schaltschwellwert bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau je einer Blasendomäne in den Speicherelementen dem impulsförmigen Gleichfeld ein zusätzliches konstantes Magnetfeld in derselben Richtung von solcher Stärke überlagert wird, daß die Vektorsumme den Rotations-Schaltschwellwert übersteigt. (Figur 6a)

2. Verfahren nach dem Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Schwingungen dem hochfrequenten Magnetfeld quer zur leichten Achse ein zusätzliches konstantes Magnetfeld in der einen seiner beiden Richtungen und ein weiteres impulsförmiges Magnetfeld in der anderen Richtung überlagert v/erden, und daß die Stärke der beiden entgegengerichteten Magnetfelder quer zur leichten Achse zueinander so bemessen ist, daß die Nullinie der hochfrequenten Schwingungen parallel gegen die Ii^-Achse der Astroide für den Rotations-Schaltschwellwert im Nichtschaltbereich versetzt ist. (Figur 6b)

3. Verfahren nach dem Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Schwingungen dem hochfrequenten Magnetfeld quer zur leichten Achse ein impulsförmiges Magnetfeld in der einen Richtung überlagert wird, daß alle angelegten Magnetfelder in der Ebene der Speidierelemente gemeinsam um einen Winkel zwischen 5° und 20° gedreht werden, und daß die Größe des überlagerten impulsförmigen Magnetfeldes so bemessen wird, daß die Vektorsumme aus dem hochfrequenten und seinem überlagerten impulsförmigen Magnetfeld

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quer zur leichten Achse und dem zusätzlichen konstanten Magnetfeld in der leichten Achse nach erfolgter Drehung in eine von zwei Ästen der Ästroide gebildete Spitze hineinfällt. (Figur 6c)

4. Verfahren nach dem Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwi'nkel mit 10° gewählt wird.

5. Verfahren zum Auslesen der nach einem der Ansprüche 1 bis

4 eingeschriebenen Bits, dadurch gekennzeichnet, daß an den Speicherelementen nur dasselbe hochfrequente Magnetfeld wie beim Einschreiben und das zusätzliche impulsförmige Magnetfeld in der einen Richtung quer zur leichten Achse angelegt werden. '

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ bei der mehrere in Richtung der leichten Achse verlaufende Wortleitungen und mehrere senkrecht zur leichten Achse liegende Bit-/Abtastleitungen mit einem zusammenhängenden Film derart gekoppelt sind, daß der jedem Leitungsschnittpunkt zugeordnete Filmbereich als magnetisches Speicherelement zum Speichern eines Bit wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Bit-/Abtastleitungen (82, 84), denen ein konstanter Strom zum Aufbau der Blasendomänen (95) zugeführt wird, eine weitere Leitung (83) in. gleichem Abstand von ihnen angeordnet ist und einen konstanten Strom derselben Stärke in der entgegengesetzten Richtung führt. (Figuren 8 und 9)

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der mehrere in Richtung der leichten Achse verlaufende Wortleitungen und mehrere senkrecht zur leichten Achse liegende Bit-/Abtastleitungen mit einem zusammenhängenden Film derart gekoppelt sind, daß der jedem Leitungsschnittpunkt zugeordnete Filmbereich als magnetisches Speicherelement zum Speichern eines Bit wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bit-/Abtastleitungen (104, 106) zum Aufbau der Blasendomänen mit einem permanentmagnetischen Material (105, 107) plattiert sind. (Figur 11)

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NAOHQEREICHT

8. Anordnung nach dem Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn ζ ei chnet, daß die Längsachsen der V/ortleitungen (38) mit der leichten Achse (44) des Filmes (30) einen Winkel von 10° einschließen. (Figur 4)

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