DE1256995B

DE1256995B - Verfahren zur Erzeugung supraleitender Schichten fuer Lochspeicherelemente durch Vakuumaufdampfen

Info

Publication number: DE1256995B
Application number: DEJ26538A
Authority: DE
Inventors: Richard Allen Connell; Charles Chiou; Johnson County; Shawnee Mission; Westchester County; Donald Philip Seraphim
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-09-19
Filing date: 1964-09-11
Publication date: 1967-12-21
Also published as: JPS417188B1; US3244557A; GB1013100A; FR1414076A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 1 4 / O O / B

Deutsche Kl.: 48 b -

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1256 995
J26538VIb/48b
11. September 1964
21. Dezember 1967

. y. er

Die Erfindung betrifft supraleitfähige Dünnschichtspeicherzellen und insbesondere eine Dünnschichtspeicherzelle mit Dauerwirkung, die nach dem Prinzip des eingefangenen Flusses arbeitet.

Durch die beiden Aufsätze »Trapped-Flux Superconducting Memory«, von J. W. Crowe, und »An Analysis of the Operation of a Persistent-Supercurrent Memory Cell«, von R. L. Garwin, veröffentlicht im IBM Journal of Research and Development, Bd. 1, Nr. 4, S. 294 bis 308, sind supraleitfähige Speicherzellen bekanntgeworden, die nach dem Prinzip des eingefangenen Flusses arbeiten. Bei solchen Speichern wird eine große Materialfolie, die aus 1000 A starkem Zinn besteht, bei nahe dem absoluten Nullpunkt liegenden Temperaturen gehalten. Dieses Zinn ist mit Störstellen oder Löchern behaftet, welche Flußeinfangzentren bilden. Wenn Strom an einen nahe der dünnen Zinnschicht liegenden Treiberdraht gelegt wird, wird das um den Draht herum entstehende Magnetfeld an das Zinn angelegt. Mit zunehmender Amplitude des Magnetfeldes stößt die supraleitende Zinnfolie dieses Magnetfeld ab. Wenn das Magnetfeld aber den Wert des kritischen Feldes für Zinn erreicht, macht es dieses normalleitend, so daß das den Treiberdraht umgebende Magnetfeld in das jetzt normalleitende Zinn eindringen kann. Der Strom in dem Draht wird verringert, und während dieser Verringerung kehrt das Zinn in den supraleitenden Zustand zurück. Während des Stromverfalls entsteht um die Störstellen oder Löcher innerhalb der Zinnfolie ein Dauerstrom, wodurch in diesen Löchern Fluß eingefangen wird. Nach vollständiger Beendigung des Treiberstroms dient der eingefangene Fluß zur Aufrechterhaltung von Dauerströmen um die Löcher oder Störstellen herum. Die Stromflußrichtung dieses Dauerstroms dient zum Anzeigen der Speicherung binärer Informationen; z. B. gilt ein Dauerstrom im Uhrzeigersinn als gespeicherte »1« und ein Dauerstrom entgegen dem Uhrzeigersinn als gespeicherte »0«.

Bei der Herstellung solcher aus durchgehenden dünnen Schichten bestehenden Speicher hat man festgestellt, daß die Folie durch Störstellen oder Löcher geschwächt werden kann. Nach der Erfindung verwendet man nun eine durchgehende Folie, bei der die Löcher durch nichtmetallisches Material ersetzt sind, das zusammen mit dem die supraleitfähige Folie bildenden Zinn so aufgebracht wird, daß die Schicht nicht geschwächt wird. Die neuartige dünne Schicht wird erzeugt durch das gleichzeitige Aufbringen von metallischem und nichtmetallischem Material, das so gewählt wird, daß es in dem Metall

Verfahren zur Erzeugung supraleitender Schichten für Lochspeicherelemente
durch Vakuumaufdampfen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

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

Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Charles Chiou, Yorktown Heights,

Westchester County, N. Y.;

Richard Allen Connell,

Shawnee Mission,

Johnson County, Kan.;

Donald Philip Seraphim, Bedford Hills,

Westchester County, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. September 1963
(309 956)

völlig unlöslich ist. Die dünne Schicht ist eine metastabile Mischung von metallischem und nichtmetalli-j schem Material, wenn sie aufgebracht wird. Beim Glühen fällt das nichtmetallische Material aus und bildet so normale Störstellen, die den Löchern entsprechen, welche bisher bei der Herstellung von supraleitfähigen Speicherschichten verwendet worden sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Zinn und Germanium gleichzeitig durch Vakuumaufdampfen auf eine geeignete Fläche, wie z. B. Glas, aufgebracht. Nach dem unten beschriebenen Aufbringungsverfahren bildet dann Germanium 35 Atomprozent der Mischung

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aus Zinn und Germanium. Nach dem Aufbringen wird die Glasunterlage 42 Stunden lang in einem Vakuum von 10~⁴ mm auf 110° C erhitzt und dann im Vakuum auf Zimmertemperatur abgekühlt. Während dieser Erhitzung fällt das Germanium aus, und zwar haben die ausgefällten Germaniumteilchen eine Größe von etwa 1 μ. Diese Germaniumteilchen wirken als Fluß-Speicherungszentren ähnlich wie die Löcher oder Störstellen, die bei den heutigen durchgehenden Zinnschichten verwendet werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß supraleitfähige Speicherelemente aus dünnen Schichten einfach hergestellt werden können, weil Löcher in der Schicht unnötig werden.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

F i g. 1 veranschaulicht ein Verfahren, und

Fig. 2 zeigt ein anderes Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Lochspeicherelementen.

In F i g. 1 ist eine Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung dargestellt. Die Tiegel 2 und 4 dienen zur Aufnahme der Aufdampfmaterialien. Das Vakuum wird in einer Vakuumkammer 5 gebildet. Auf eine Glasfläche 6 als Unterlage soll aufgedampft werden. An Stelle des Glases 6 kann auch Glimmer, Harz oder eine andere isolierende Unterlage verwendet werden, an der Metall haften kann. Die Tiegel 2 und 4 enthalten Zinn 8 bzw. Germanium 10. Wenn die beiden Tiegel erhitzt werden, wird die Menge der verwendeten Materialien vorzugsweise so gewählt, daß bei einer bestimmten Stärke der Schicht 60 bis 70 Atomprozent (At%) des Niederschlags aus Zinn und 40 bis 30 Atomprozent aus Germanium bestehen. Die auf die Fläche 6 aufzubringenden Mengen sind durch Monitoren 12 und 14 steuerbar.

Für die aufzubringenden sehr dünnen Schichten, deren Stärke in der Größenordnung von 800 bis 2000 A liegt, werden die Germaniumatome mit den Zinnatomen innig gemischt, sind aber nicht darin löslich. Durch das anschließende Erhitzen wird das Germanium aus dem Zinn ausgefällt, aber das ausgefällte Germanium haftet noch an dem Zinn, so daß die Germaniumteilchen als isolierte Elemente in einer sonst leitenden Ebene wirksam sind. Nach Abschluß des Aufdampfvorganges wird die Glasunterlage 6 mit der darauf aufgebrachten Schicht 16 herausgenommen und geglüht. Vorzugsweise werden dabei das Glas 6 und die Schicht 16 42 Stunden lang in einem Vakuum von etwa 10~⁴ mm auf 110° C erhitzt und dann allmählich auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Während hier Germanium und Zinn als Beispiele für Materialien angegeben worden sind, die für die Herstellung einer aus einer durchgehenden Schicht bestehenden supraleitfähigen Speicherebene verwendbar sind, kann Germanium auch zusammen mit Indium verwendet werden; in diesem Fall würde das Zinn in dem Gefäß 2 durch Indium ersetzt. Germanium hat sich als besonders geeignet für die Herstellung der Löcher in der supraleitenden Schicht erwiesen, weil selbst bei Bestehen einer Abweichung von 5 bis 40% in der Menge des zusammen mit dem Zinn aufgebrachten Germaniums die kritische Temperatur der so erzeugten Schicht zwischen 3,75 und 3,90° K bestehenbleibt. Die gleiche Abweichung trifft auf mit Germanium kombiniertes Indium zu, aber die kritische Temperatur bleibt nahe der kritischen Temperatur des Indiums, die 3,4° K beträgt.

F i g. 2 stellt schematisch eine andere Art der Erzeugung einer supraleitenden Lochspeicherschicht 16 dar. Bei dem Verfahren von F i g. 2 wird eine Mischung von Zinn 8 und Germanium 10 in einen einzigen Tiegel eingebracht, und zwar besteht diese Mischung aus 65% (Gewicht) Zinn und 35% Germanium. Die Verdampfungstemperatur für Zinn ist etwa 1400⁰C und die für Germanium 1500 bis 1600° C. Um Zinn und Germanium gleichzeitig aufzudampfen, wird die Temperatur des Tiegels zunächst auf 1000° C gebracht und dann schnell auf 1600° C erhöht. Zur Herbeiführung dieser schnellen Erhitzung wurde ein Hochfrequenz-Erhitzungsverfahren verwendet. Die fertige Schicht 16 besteht aus etwa 60% normalen leitenden Materials (Zinn oder Indium) und 40% isolierenden Materials (Germanium). Nach dem oben beschriebenen Glühen der Schicht sind die ausgefällten Germaniumteilchen wirksam, als ob sie Löcher in einer sonst normalerweise leitenden Ebene wären.

Durch die Verwendung von Germanium in Verbindung mit Zinn, Indium oder einem anderen supraleitfähigen Material bei der Herstellung einer den Fluß einfangenden Speicherebene hat man eine relativ kontinuierliche Schicht erhalten, bei der für das Erlangen von Flußeinfangzentren keine Löcher nötig sind. Weiter hat Germanium den Vorteil, daß große Abweichungen in seinen Proportionen bezüglich Zinn oder Indium bestehen können, ohne daß die kritische Temperatur der Schicht wesentlich verändert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung supraleitender Lochspeicherelemente durch Vakuumaufdampfen von Schichten aus supraleitendem Material auf eine Isolierschicht, dadurchgekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem supraleitenden Material ein anderes die Löcher in der supraleitenden Schicht bildendes nichtmetallisches Material, insbesondere Germanium, aufgedampft und daß die niedergeschlagene Schicht abschließend getempert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als supraleitendes Material Zinn und als das die Löcher bildendes nichtmetallisches Material Germanium aufgedampft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als supraleitendes Material Indium und als das die Löcher bildendes nichtmetallisches Material Germanium aufgedampft werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus 60 bis 70 Atomprozent Zinn oder Indium und 40 bis 30 Atomprozent Germanium bestehende Schicht aufgedampft wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Schicht 42 Stunden bei einer Temperatur von etwa 110° C in einem Vakuum von etwa 10~⁴ mm getempert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Materialien einzeln aus zwei getrennt beheizbaren Tiegeln aufgedampft werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden

Materialien als Mischung aus einem einzigen Tiegel aufgedampft werden, wobei der Tiegel zunächst ,auf eine unterhalb der Verdampfungstemperaturen der beiden Materialien liegende Temperatur und sodann sehr schnell auf eine über den Verdampfungstemperaturen · der beiden Materialien liegende Temperatur erhitzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das schnelle Erhitzen der beiden Materialien mittels einer Hochfrequenzheizung vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen