DE1303488B - Dünnschichtspeicher - Google Patents

Description

Operandenfeldes angelegt, um eine bestimmte Verknüpfungsoperation auszuwählen (deutsche Auslegeschrift 1 098 994). Weiterhin wird bei einem bitorganisierten Speicher, dessen Speicherzellen einzeln aufrufbar sind, neben zwei zur Speicherzellenauswahl 5 dienenden Magnetfeldern ein Vorspannungsfeld angelegt (IBM Technical Disclosure Bulletin, September 1961, S. 42 und 43). Die Zellenauswahl erfolgt bei diesem Speicher durch das koinzidente Auftreten der zwei Halbauswahlfelder, die symmetrisch und im spitzen Winkel zur harten Magnetisierungsachse der anisotropen Magnetschichten verlaufen und entsprechend dem einzuschreibenden Binärwert nacheinander abgeschaltet werden. Beide Felder zusammen sind stark genug, die Schwelle für das Drehschalten der Magnetisierung in der Schicht zu überwinden. Hierbei ist es erwünscht, daß die Resultierende der beiden Halbauswahlfelder möglichst weit über die Drehschaltwelle hinausragt und daß trotzdem die von den Halbauswahlfeldern erzeugten Feldkomponenten in Richtung der Vorzugsachse noch groß genug sind, um ein sicheres Einschreiben zu bewirken. Zu diesem Zweck wird parallel zur harten Magnetisierungsachse ein Vorspannungsfeld in Gegenrichtung zur Resultierenden angelegt. Hierdurch wird der Schnittpunkt der beiden Halbauswahlfelder zum Rande der Schwellwert-Kennlinie verschoben, so daß die Halbauswahlfelder vergrößert werden können. Durch diese Vergrößerung werden auch die Einschreib-Feldkomponenten in Richtung der Vorzugsachse größer, obwohl ein relativ kleiner Winkel zwischen den Halbauswahlfeldern beibehalten werden kann. Außerdem ergibt sich aus den vergrößerten Halbauswahlfeldern und dem kleinen Winkel eine weit über die Drehschaltschwelle hinausragende Resultierende. Diese Verhältnisse sind optimal, wenn das Vorspannungsfeld bis zum Randbereich der Schwellwertkurve reicht, da dann die Halbauswahlfelder ihre maximale Größe erhalten können. Ein solcher Speicher hat den Nachteil, daß bereits kleine Streufelder je nach Richtung ein unerwünschtes Umschalten der Speicherzelle oder das oben erläuterte Streufeld-Kriechschalten auslösen können. Es ist daher durch relativ große Abstände zwischen den Speicherzellen sicherzustellen, daß keine oder nur äußerst kleine Störfelder auftreten.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen wortorganisierten magnetischen Dünnschichtspeicher anzugeben, bei dem mit einem verhältnismäßig geringen zusätzlichen Aufwand das Streufeld-Kriechschalten vermieden und dadurch eine verbesserte Betriebssicherheit und eine größere Speicherstellendichte erzielt wird. Bei einem Speicher der eingangs erläuterten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß entlang der harten Magnetisierungsachse zusätzlich zu den Worttreibfeldern ein stetes Vorspannungsfeld angelegt wird, das eine solche Stärke aufweist, daß es die ein Streufeld-Kriechschalten der Speicherzellen fördernden Feldstärkebereiche erreicht bzw. überdeckt, im übrigen aber wesentlich unterhalb der Anisotropiefeldstärke der Speicherzellen bleibt.

Die Anordnung hat den Vorteil, daß auf die Speicherzelle Störfelder einwirken können, die stärker als die halbe Anisotropiefeldstärke sind, ohne daß das gefürchtete Kriechschalten einsetzt. Mit Hilfe der Erfindung wird deshalb die Herstellung eines Dünn-Schichtspeichers mit relativ hoher Speicherstellendichte ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Ansprüchen zu entnehmen. Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen magnetischen Dünnschichtspeicher gemäß vorliegender Erfindung mit einer einzigen Speicherzelle,

F i g. 2 die Lage der verschiedenen auf die Speicherzelle nach F i g. 1 einwirkenden Magnetfelder in bezug auf die leichte Magnetisierungsachse dieses Elementes,

F i g. 3 die kritische Kurve eines dicken Magnetschichtelementes, das in der Speicheranordnung nach F i g. 1 verwendbar ist,

F i g. 4 die kritische Kurve eines dünnen Magnetschichtelementes, das in der Speicheranordnung nach F i g. 1 verwendbar ist,

F i g. 5 einen magnetischen Dünnschicht-Matrixspeicher gemäß vorliegender Erfindung, bei dem ein magnetisches Vorspannungsfeld durch eine breite Streifenleitung erzeugt wird, und

F i g. 6 eine Speicheranordnung gemäß vorliegender Erfindung, bei welcher ein magnetisches Vorspannungsfeld durch eine Helmholtz-Spulen anordnung erzeugt wird.

Die Speicheranordnung nach F i g. 1 enthält zum Zwecke der einfacheren Darstellung nur ein einziges Magnetschicht-Speicherelement 10, das auf einem Träger 12, z. B. einer elektrisch leitenden Grundplatte, aufgebracht ist. Die leichte Achse der Schicht 10 ist durch einen Doppelpfeil 14 dargestellt. Eine erste Leitung oder Bitleitung 16 ist über der Schicht 10 auf der Grundplatte 12 in einer orthogonal zur leichten Achse 14 verlaufenden Richtung angebracht, und eine zweite Leitung oder Wortleitung 18 ist des weiteren über der Schicht 10 auf der Grundplatte 12 in einer parallel zur leichten Achse 14 verlaufenden Richtung angebracht. Die Schicht 10, die aus einer bekannten Nickel-Eisen-Legierung wie Permalloy bestehen kann, ist in einer Kreisform dargestellt. Sie kann jedoch in verschiedenen anderen Formen, beispielsweise als Rechteck, ausgebildet sein, wenn dies gewünscht wird. Die Treibleitungen 16 und 18 sind vorzugsweise als Streifenleitungen ausgebildet, deren Breite zumindest so groß ist wie der Durchmesser der Schicht 10 und deren überlappende Teile direkt über der Schicht 10 liegen. Eine nicht gezeigte Isolierschicht, beispielsweise aus Silizium-Monoxyd, befindet sich zwischen den Leitungen 16 und 18, und ebenso können Isolierschichten unter und über der Schicht 10 angebracht sein. Die Bitleitung 16 ist an einem Ende mit einem Schalter 20 und am anderen Ende mit einem weiteren Schalter 22 verbunden. Der Schalter 20 verbindet die Bitleitung 16 entweder mit einem Bittreiber 24 oder mit Erdpotential, während der Schalter 22 das andere Ende der Bitleitung 16 entweder mit Erdpotential oder mit einer Last 26 koppelt, die beispielsweise ein herkömmlicher Abfühlverstärker sein kann. Die Wortleitung 18 ist an ihrem einen Ende mit einem Worttreiber 28 und am anderen Ende mit einem Widerstand 30 verbunden, dessen Wert dem Wellenwiderstand der Leitung 18 entspricht. Die Schalter 20 und 22 werden vorzugsweise gemeinsam betätigt, so daß das eine Ende der Leitung 16 durch den Schalter 20 mit dem Bittreiber 24 verbunden ist, wenn das andere Ende der Bitleitung 16 durch den Schalter 22 mit Erdpotential in Verbindung steht, und das eine Ende der Leitung 16 durch den Schalter 20 mit Erdpotential verbunden ist, wenn das andere Ende der gleichen

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Leitung durch den Schalter 22 an die Last 26 ange- erfolgt ein Kriechen der Magnetisierung des Filmes, schlossen ist. Die Leitung 16 kann daher durch das wenn die Magnetschicht einem wechselnden Magnet-Vorhandensein der Schalter 20 und 22 als gemeinsame feld ausgesetzt ist, das eine Wechselfeldkomponente Bit- und Abfühlleitung verwendet werden. Wenn die in Richtung der harten Achse, d. h. entlang der Schalter 20 und 22 nicht verwendet werden, wird eine 5 H_y-Achse, aufweist und diese Komponente einen dritte Leitung, die der Bitleitung 16 gleicht, als Ab- Wert von 0,3 Hu, oder, wie gefunden wurde, von 0,2 fühlleitung angeordnet. Es kann ferner erwünscht sein, bis 0,3 Hu besitzt. Die Folge des Kriechprozesses ist, ein Ende der Bitleitung 16 anstatt direkt an Erdpoten- daß die gespeicherte Information durch allmähliche tial über einen Widerstand an Erdpotential zu führen, Veränderung des Magnetisierungszustandes zerstört der dem Wellenwiderstand der Leitung gleicht. Die 10 wird. Wenn der Film ein dicker Film ist, d. h. eine Trägerplatte 12 kann als Rückleitung für die Bit- und größere Dicke als 900 Ä aufweist, wird der Kriech-Wortleitungen 16 und 18 dienen. Mittel, die in F i g. 1 prozeß durch Bloch-Neel-Bloch-Wand-Übergänge herlediglich durch einen Pfeil 32 dargestellt sind, sind zur vorgerufen, die als Folge eines von wiederholt in Erzeugung eines gleichförmigen magnetischen Vor- Richtung der harten Achse angelegten Magnetfeldern Spannungsfeldes vorgesehen, dessen Wert mindestens 15 von 0,2 bis 0,3 Hi₀ auftreten. Dies ist durch diagonal 0,2 Hk {Hu = Anisotropie Feldstärke) beträgt. schraffierte Bereiche 42 in F i g. 3 dargestellt. Wenn Wie die F i g. 2 zeigt, ist das magnetische Vorspan- der Film dagegen ein dünner Film ist, d. h. eine Dicke nungsfeld 32 und das Wortfeld 34 in der Ebene der von 900 Ä oder weniger aufweist, so wird der Kriech-Schicht 10 rechtwinklig zur leichten Achse 14 ge- prozeß durch Bloch-Linien-Bewegungen in den Querrichtet. Ein Eins-Bit-Feld 36 wird in der Ebene der ₂₀ schwellenwänden hervorgerufen, welche als Folge von Schicht 10 in einer vorbestimmten Richtung parallel wiederholt in Richtung der harten Achse angelegten zur leichten Achse 14 erzeugt, und ein Null-Bit- Magnetfeldern von 0 bis 0,3 Hu auftreten. Dies ist Magnetfeld 36' wird in der entgegengesetzten Richtung durch einen diagonal schraffierten Bereich 44 in in bezug auf die Richtung des Eins-Bit-Feldes er- F i g. 4 dargestellt.

zeugt. 25 Während der Operation der Speichereinrichtung Die Schalteigenschaften der Magnetschichten, die nach F i g. 1, ganz gleich, ob die Schicht 10 eine dicke in der erfindungsgemäßen Speicheranordnung als oder eine dünne Schicht ist, besitzt das konstante Speicherelemente verwendet werden, können am besten magnetische Vorspannungsfeld 32 einen Wert von an Hand der Kurven in den F i g. 3 und 4 erklärt mindestens 0,2 Hu der Schicht 10. Dieses Feld wird werden. Die F i g. 3 beschreibt die Schalteigenschaften 3° an die Schicht 10 kontinuierlich durch geeignete von dicken magnetischen Schichten, d. h. von Schich- Mittel, wie sie nachfolgend noch in Verbindung mit ten, deren Dicke größer als 900 Ä ist, und die F i g. 4 den F i g. 5 und 6 beschrieben werden, angelegt. Um beschreibt die Schalteigenschaften von dünnen magne- ein Eins-Bit der zu speichernden Information in die tischen Schichten, d. h. von Schichten mit einer Dicke Schicht 10 einzuschreiben, wird ein Wortfeld 34 von 900 Ä oder weniger als 900 Ä. Die magnetische 35 (F i g. 2) mit einer Feldstärke von annähernd dem Vorzugsrichtung, d. h. die leichte Magnetisierungs- doppelten Wert der Anisotropie-Feldstärke Hu in der achse der Schicht, welche als Folge der uniaxialen Schicht 10 in Richtung ihrer harten Achse erzeugt, magnetischen Anisotropie in der Schicht vorhanden indem ein ausreichend starker Strom durch die Wortist, entspricht der H_x-Achse, und die rechtwinklig zur leitung 18 vom Worttreiber 28 geleitet wird. Außerdem leichten Achse verlaufende Richtung, d. h. die harte 40 wird das Eins-Bit-Feld 36 (F i g. 2), dessen Feldstärke Magnetisierungsachse, entspricht der ii^-Achse. Die nur einen Teil von Hu beträgt, in Koinzidenz mit dem Anisotropie-Feldstärke läßt sich entsprechend der Wortfeld in der Schicht 10 in Richtung ihrer leichten uniaxialen magnetischen Anisotropie-Konstante k Achse durch einen geeigneten Strom in der Bitleitung

_O11 . .. , α u TJ ^2k ■ *s α· λ/γ <■■ ■ 16 vom Bittreiber 24 erzeugt. Die Schalter 20 und 22

ausdrucken durch: Hu =^rr, worm M die Magneti- „ , j . · j- · τ-■ 1 · ι- * ο* π

M ' ^e 45 nehmen dabei die m F1 g. 1 gezeichnete Stellung ein.

sierung ist, die einem Wert von" 5 bis 15 Oersted an- Durch Entfernung des Wortfeldes 34 vor der Beendi-

nehmen kann. Die kritische Kurve für Drehschalten gung des Eins-Bit-Feldes 36 wird die Schicht 10 durch

besitzt vier Teile, die eine Astroide bilden und die das einen Drehprozeß in Fluß //^-Richtung magnetisiert,

Minimum eines von außen angelegten Magnetfeldes so daß das Eins-Bit der Information in der Schicht 10

bezeichnen, das für eine Umkehrung des magnetischen 5o gespeichert wird. Um ein Null-Bit der Information

Zustandes eines magnetischen Filmes durch Dreh- zu speichern, wird die Schicht 10 in die Minus-Z/z-

schalten erforderlich ist. Die Magnetschicht wird somit Richtung magnetisiert durch Anlegen des Null-Bit-

durch einen schnellen Drehschaltprozeß irreversibel Feldes 36' an Stelle des Eins-Bit-Feldes. Die Eins- und

umgeschaltet, wenn ein angelegtes Magnetfeld oder Null-Bit-Felder werden durch Ströme entgegen-

die Resultierende aus mehreren angelegten Magnet- 55 gesetzter Polarität vom Bittreiber 24 erzeugt. Soll die

feldern außerhalb der Astroide liegt. Die Schichten Information aus der Schicht 10 gelesen werden, so

werden ferner irreversibel, jedoch mit einer geringeren werden die Schalter 20 und 22 in die durch gestrichelte

Geschwindigkeit durch Wandbewegungen umgeschal- Linien in F i g. 1 dargestellte Stellung geschaltet, und

tet, wenn die Resultierende der angelegten Magnet- ein Lese-Wortfeld wird in der gleichen Richtung wie

felder in die horizontal schraffierten Bereiche 40 der 60 das Vorspannungsfeld 32 an die Schicht 10 angelegt,

Astroide fällt. Liegt die Resultierende von angelegten wobei die Summe beider Felder Hu nicht überschreitet.

Magnetfeldern innerhalb der Astroiden der F i g. 3 Eine auf diese Weise durchgeführte Entnahme ist zer-

oder 4, aber außerhalb der Wand-Bewegungs-Bereiche störungsfrei, und es werden Signale entgegengesetzter 40, so wird der magnetische Zustand weder durch Polarität an der Last 26 als Anzeige von Null- und

Schalten noch durch Kriechen verändert. Wie jedoch 65 Eins-Bits der gelesenen Information erzeugt,

in dem obengenannten Artikel von S. M i d d e 1- Bei einer in Abhängigkeit von dem zur Anwendung

h ο e k in »IBM Journal of Research and Develop- kommenden Material mit einem Feld von 0,2 bis 0,3 Hu,

ment«, Januar 1962, S. 140 und 141, erklärt wird, vormagnetisierten Schicht können Störfelder parallel

zur harten Achse in Richtung des Vorspannimgsfeldes 32 eine Feldstärke von 0,7 bis 0,8 Hu haben, bevor das resultierende Feld die Astroidenkurve überschreitet und ein unkontrolliertes Schalten in der Schicht 10 einsetzt. Da nur ein unipolarer Wort-Treib-Impuls für den Lese- und Schreibbetrieb der Speichereinrichtung benötigt wird, ist es möglich, die Polarität dieses Impulses so zu wählen, daß innerhalb einer Schicht die Richtung der Streu- bzw. der Störfelder von benachbarten Wortleitungen der Speichereinrichtung der Richtung des Vorspannungsfeldes 32 entspricht.

Wenn dünne Schichten verwendet werden, muß das parallel zur harten Achse verlaufende magnetische Vorspannungsfeld von annähernd 0,2 bis 0,3 Hk in seiner Richtung mit der Richtung der Störfelder von den benachbarten Wortleitungen übereinstimmen, damit das in dünnen Schichten durch Bloch-Linien-Bewegungen bei wechselnden Feldstärkewerten von 0 bis 0,3 Hu auftretende Kriechschalten vermieden wird. Wäre die Richtung des Vorspannungsfeldes entgegengesetzt der Richtung der Störfelder, so würden die von den Störfeldern in der Schicht hervorgerufenen Magnetisierungsänderungen jeweils den kritischen Bereich 44 für Kriechschalten durchlaufen, der gemäß F i g. 4 zwischen —0,3 Hk und +0,3 H_k liegt. Wenn jedoch dicke Schichten in der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung verwendet werden, kann das parallel zur harten Achse verlaufende magnetische Vorspannungsfeld sowohl mit der Richtung der Störfelder von benachbarten Wortleitungen übereinstimmen oder diesen entgegengesetzt gerichtet sein. Diese wahlweise Anordnung des Vorspannungsfeldes in bezug auf Störfelder ist möglich, da in dicken Schichten der Kriechprozeß durch Bloch-Neel-Bloch-Wand-Übergänge bei einem in Richtung der harten Achse verlaufenden Magnetfeld mit Feldstärkewerten von annähernd 0,2 bis 0,3 Hie in Plus-i/y- und MmUS-Tf₁,-Richtung auftritt. Diese Störfeldübergänge werden in dicken Schichten durch Verwendung eines Vorspannungsfeldes mit einer Feldstärke von mindestens 0,2 Hu, dessen Richtung der Richtung der Störfelder von benachbarten Wortleitungen entspricht, oder durch Verwendung eines Vorspannungsfeldes von nicht mehr als O,3-i7ü;-Feldstärke, das den Störfeldern entgegengesetzt gerichtet ist, reduziert oder eliminiert. Die letzterwähnte Anordnung gestattet das Auftreten von Störfeldern in Richtung der harten Achse mit einer Feldstärke von annähernd 0,6 Hk, ohne daß die Magnetisierung einen der beiden für Kriechschalten kritischen Bereiche überschreitet, da hierbei die zwischen den beiden streifenförmigen Bereichen 42 von F i g. 4 liegende Zone durchlaufen wird.

Es ist daraus ersichtlich, daß durch die Anordnung nach der Erfindung unerwünschte Kriechprozesse in magnetischen Speicherschichten stark reduziert oder vollkommen ausgeschaltet werden könnne, insbesondere dann, wenn das Kriechen durch Streufelder von benachbarten Wortleitungen hervorgerufen wird. Unabhängig davon wirkt die erfindungsgemäße Anordnung zur Verhinderung von Kriechprozessen in dünnen Schichten aber auch bei beliebigen von außen auf die Schicht einwirkenden Streufeldern. Durch bekannte Mittel können derartige Streufelder in einem solchen Grade von der Schicht abgeschirmt werden, daß die erfindungsgemäße Anordnung zur Wirkung kommen und eine Änderung des Magnetisierungszustandes durch Kriechen verhindern kann.

In F i g. 5 ist eine Speicheranordnung nach der Erfindung mit mehreren Wort- und Bitleitungen beschrieben. Die Anordnung ist wortorganisiert und besitzt Bitleitungen 16.1, 16.2 und 16.3 sowie Wortleitungen 18.1, 18.2 und 18.3. Unter jedem der Kreu- zungspunkte zwischen den Bit- und Wortleitungen ist eine magnetische Schicht 10.1 bis 10.9 auf einer Grundplatte 12.1 in einer in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen Weise angeordnet. Die Wortleitungen 18.1, 18.2 und 18.3 sind an ihrem einen Ende mit der

ίο Grundplatte 12.1 durch entsprechende Wellenwiderstände 30.1, 30.2, 30.3 verbunden, während das andere Ende dieser Leitungen mit einer Wortauswahl- und Treiberschaltung 46 verbunden ist, die zur Auswahl einer bestimmten der Wortleitungen 18.1, 18.2 oder 18.3 und zur Impulserzeugung, entsprechend dem Worttreiber 28 von F i g. 1, dient. Die Bitleitungen 16.1, 16.2 und 16.3 sind an ihrem einen Ende über Schalter 20.1, 20.2 und 20.3 mit einer Bitauswahl- und Treiberschaltung 48 und an ihrem anderen Ende über Schalter 22.1, 22.2 und 22.3 mit Belastungen 26.1,

26.2 und 26.3 verbunden. Die Schaltung 48 führt die Bit-Adressierung sowie eine Impulserzeugung entsprechend dem Bittreiber 24 von F i g. 1 durch. Ein jeder der Schalter 20.1, 20.2 und 20.3 entspricht dem Schalter 20, und ein jeder der Schalter 22.1, 22.2 und

22.3 entspricht dem Schalter 22 von Fig. !.Eine breite leitende Schicht bzw. Bandleitung 50 ist so auf der Grundplatte 12.1 aufgebracht, daß sie alle der magnetischen Schichten 10.1 bis 10.9 bedeckt. Das eine Ende der Bandleitung 50 ist mit der leitenden Grundplatte 12.1 an einen oder mehreren der Punkte52 verbunden, und das entgegengesetzte Ende der Bandleitung 50 ist über einen veränderbaren Widerstand 54 und eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise eine Batterie 56, an das entgegengesetzte Ende der Grundplatte 12.1 angeschlossen. Die leichte Achse der magnetischen Schichten 10.1 bis 10.9 ist durch einen Doppelpfeil 14.1 dargestellt.
Zum Betrieb der Anordnung nach F i g. 5 wird der Wert des Widerstandes 54 so eingestellt, daß durch die Bandleitung 50 ein Strom fließt, der in jeder der magnetischen Schichten 10.1 bis 10.9 ein magnetisches Vorspannungsfeld in Richtung der harten Achse erzeugt, welches in Abhängigkeit von dem Material der verwendeten Magnetschichten eine Stärke von mindestens und annähernd 0,2 Hk erzeugt. Dieses Magnetfeld ist in F i g. 5 durch einen Pfeil 32.1 dargestellt. Wenn Eins- und Null-Bits einer Information z. B. in die Speicherelemente 10.4,10.5 und 10.6 eingeschrieben werden sollen, wird durch die Schaltung 46 die Wortleitung 18.2 ausgewählt und stromführend gemacht, so daß in jeder der Speicherschichten 10.4, 10.5 und 10.6 ein Magnetfeld mit einem Feldstärkewert von annähernd 2 Hk parallel zur harten Achse in Richtung des Vorspannungsfeldes 32.1 erzeugt wird. Außerdem wird durch die Schaltung 48 bewirkt, daß die Bitleitungen 16.1, 16.2 und 16.3 in teilweiser Koinzidenz mit dem Stromimpuls auf der Wortleitung 18.2 und mit einer Polarität, die dem Wert der zu speichernden Digitalinformation entspricht, stromführend werden. Es ist ersichtlich, daß beim Auftreten großer Ströme in der Wortleitung 18.2 Streufelder von dieser Wortleitung als Störfelder in den Speicherelementen 10.1, 10.2 und 10.3 sowie 10.7, 10.8 und 10.9 der beiden benachbarten Wortleitungen 18.1 und 18.3 wirksam werden. Es wurde gefunden, daß die Feldstärke dieser Störfelder nicht größer als 10 bis 15 % des in den Speicherelementen 10.4, 10.5 und 10.6 wirksamen

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Wortfeldes 2 Hu der Leitung 18.2 ist, trotzdem die wünschte Richtung der harten Achse und in einen

Wortleitungen dicht nebeneinander angeordnet sein Feldstärkebereich von 0,2 bis 0,3 Hu durch die HeIm-

konnen. Es ist ferner ersichtlich, daß die Wechselstrom- höltz-Spulenanordnung 58 arbeitet die Speichereinrich-

Feldveränderungen in den Speicherelementen der be- tung in einer Weise, wie sie in Verbindung mit F i g. 5

riächbarten Leitungen 18.1 und 18.3 Feldstärken 5 beschrieben worden ist.

zwischen 0,3 Hu und Hu einnehmen können, ohne In jeder der verschiedenen Ausführungsformen der daß ein Kriechen in den Elementen, unabhängig davon, erfindungsgemäßen Speichereinrichtung wird das maob es sich um dünne oder dicke Schichten handelt, gnetische Vorspannungsfeld so an die Speicherschichauftritt (F i g. 3 und 4). Wenn die in den Speicher- ten angelegt, daß zu jeder Zeit während des Auftretens schichten 1Ö.4, 10.5 und 10.6 gespeicherten Informa- io von Streufeldern in den Schichten nur Neel-Wände tionen gelesen werden sollen, so wählt wiederum die auftreten, wenn es sich um dünne Schichten handelt, Schaltung 46 die Wortleitung 18.2 aus. Der Strom auf und nur Neel-Wände oder nur Bloch-Wände auftreten, der Leitung 18.2 hat bei einem Lesevorgang eine solche wenn es sich um dicke Schichten handelt, während Starke, daß in den Magnetschichten 10.4, 10.5 und Übergänge zwischen beiden Wandarten verhindert 10.6 ein Feld von weniger als Hu in Richtung des Vof- 15 werden. Es ist außerdem zu bemerken, daß in dem Spannungsfeldes 32.1 erzeugt wird. Wenn das Lesefeld Fall, wenn das Wortfeld in einer Speicherschicht in entfernt wird, kehrt die Magnetisierung des Films in seiner Richtung mit der Richtung des Vorspannungsden Speicherzustand zurück, den sie vor Beginn des feldes übereinstimmt, seine Feldstärke um den Wert Lesefeldes eingenommen hatte. Der Lesevorgang hat des Vorspannungsfeldes herabgesetzt werden kann, somit keine Zerstörung der Speicherinformationen zur 20 Dies ist von Vorteil, da mit der Verringerung des Wort-Folge. Das Einschreiben und Auslesen von Informa- feldes auch dessen Streufeld in den Speicherelementen tionen für die übrigen Speicherschichten erfolgt in der der benachbarten Wortleitungen herabgesetzt wird, vorausgehend in Verbindung mit den Speicherschich- Allerdings wird dadurch auch die Amplitude der ten 10.4 bis 10.6 beschriebenen Weise. _^ Lesesignale der Speicherschicht verringert, da die Ma-Die F i g. 6 zeigt eine Helmholtz-Spulenanordnung 25 gnetisierung nach Abklingen des Lesefeldes nicht in 58 zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes von die leichte Achse zurückkehrt. Durch die Anwesenheit 0,2 bis 0,3 Hu in einem jedem der Speicherschicht- des Vorspannungsfeldes verbleibt die Magnetisierung elemente der Speichereinrichtung. Die Helmholtz- in einem Winkel von etwa 15⁵ zur leichten Achse. Da Spulenanordnung 58 ist in Verbindung mit einer cos 15° = 0,9666, ist die Auswirkung dieses Um-Speicheranordnung dargestellt, die der von F i g. 5 30 Standes vernachlässigbar.

gleicht, mit der Ausnahme, daß der Bandleiter 50 ent- Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auf fernt ist. Die Helmholtz-Spulenanordnung 58 umfaßt beliebige zwei- oder dreidimensionale Magnetschichtein Paar Von in Serie geschalteten Spulen 60 und 62, Speichermatrizen anwendbar. Es ist hierbei gleichdie durch eine Gleichstromquelle, beispielsweise eine gültig, ob leitende oder nicht leitende Schichtträger Batterie 64, über einen mit den Spulen in Serie ge- 35 bzw. Grundplatten verwendet werden. Ebenso ist die schalteten veränderbaren Widerstand 66 erregt werden. Erfindung nicht auf Speicher beschränkt, bei denen die Durch die Helmholtz-Spulenanordnung kann in be- Bitleitungen orthogonal zu den Wortleitungen verkannter Weise ein extrem gleichförmiges Magnetfeld laufen. Weiterhin können die Magnetschichtelemente im Bereich von deren gemeinsamer Achse erzeugt aus verschiedenen geeigneten magnetischen Materialien Werden. In diesem Bereich wird die Speicheranordnung, 40 bestehen, die in Form von dünnen Schichten innerhalb die in Fig. 6 nur durch die Grundplatte 12.1, die der kritischen Kurve begrenzte Bereiche aufweisen, in Speicherelemente 10.1, 10.4 und 10.7, die Bitleitung denen Bloch-Linien-Bewegungen auftreten, oder die 16.1 und die Wortleitungen 18.1, 18.2 und 18.3 dar- in Form von dicken Schichten definierte Übergangsgestellt ist, angeordnet. Die Spulen 60 und 62 sind so bereiche zwischen Neel- und Bloch-Wänden zeigen, bemessen und angeordnet, daß ihr Abstand vonein- 45 Ein Beispiel für derartige Materialien sind Nickelander dem halben Spulendurchmesser entspricht. Nach Eisen-Legierungen, wie eine 80 %-Ni-20 °/₀-Fe-Legieder Justierung des Vorspannungsfeldes in die ge- rung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Patentansprüche: Dünnschichtspeicher mit Speicherzellen, die eine ma gnetische Vorzugsrichtung aufweisen, mit parallel zur

1. Magnetischer Dünnschichtspeicher mit Spei- Vorzugsrichtung verlaufenden Worttreibleitungen zur cherzellen, die eine magnetische Vorzugsrichtung 5 Auslenkung der Magnetisierung in die Richtung der aufweisen, mit parallel zur Vorzugsrichtung ver- harten Magnetisierungsachse und mit zu den Wortlaufenden Worttreibleitungen zur Auslenkung der treibleitungen orthogonal verlaufenden Bittreibleitun-Magnetisierung in die Richtung der harten Ma- gen zur Bestimmung der Speicherrichtung entlang der gnetisierungsachse und mit zu den Worttreib- magnetischen Vorzugsachse bei Beendigung des Wortleitungen orthogonal verlaufenden Bittreibleitungen io treibfeldes.

zur Bestimmung der Speicherrichtung entlang der Die bekannten ringförmigen Magnetkerne besitzen

magnetischen Vörzugsachse bei Beendigung des eine rechteckige Hystereseschleife und können durch Worttreibfeldes, dadurch gekennzeich- das gleichzeitige Anlegen zweier Magnetfeldimpulse, net, daß entlang der harten Magnetisierungs- von denen jeder die Hälfte der notwendigen Umachse zusätzlich zu den Worttreibfeldern ein stetes _l5 magnetisierungsfeldstärke besitzt, umgeschaltet werden. Vorspannungsfeld angelegt wird, das eine solche Beim einmaligen oder mehrmaligen Anlegen eines Stärke aufweist, daß es die ein Streufeld-Kriech- einzelnen dieser Impulse bleibt dagegen der magneschalten der Speicherzellen fördernden Feldstärke- tische Zustand des Kernes unbeeinflußt. Es ist bekannt, bereiche erreicht bzw. überdeckt, im übrigen aber daß das gleichzeitige Anlegen von zwei Magnetfeldwesentlich unterhalb der Anisotropiefeldstärke der 20 impulsen an einen dünnen magnetischen Speicherfilm, Speicherzellen bleibt. der eine unaxiale Anisotropie aufweist, eine Umschal-

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn- tung des Magnetisierungszustandes des Filmes bezeichnet, daß das Vorspannungsfeld die Feldstärke wirken kann, daß aber auch bereits durch das mehrvon annähernd 0,2 bis 0,3 H_k aufweist, wobei H_k malige Anlegen eines der beiden Impulse ebenfalls die Anisotropiefeldstärke der verwendeten Spei- 25 eine Veränderung bzw. Umschaltung des ursprüngcherschichten ist. liehen Magnetisierungszustandes eintreten kann. Diese

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch letzterwähnte Umschaltwirkung, die auf einen Kiiechgekennzeichnet, daß die Speicherschichten (10) Vorgang der magnetischen Domänenwände zurückdefinierte Blochwand-Neelwand-Übergangs-Feld- zuführen ist, ist unerwünscht, da durch sie bei Dünnstärkebereiche aufweisen und daß die Richtung 30 schichtspeichern, deren Speicherzellen durch die Kodes Vorspannungsfeldes den Streufeldern von an inzidenz von zwei Magnetfeldern halber Ummagnetibenachbarte Zellen parallel zur harten Magneti- sierungsfeldstärke angesteuert werden, die in nicht sierungsachse angelegten Treibfeldern gleich oder angesteuerten Speicherzellen gespeicherten Informaentgegengesetzt gerichtet ist. tionen im Laufe der Zeit zerstört werden.

4. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 35 Es ist ferner bekannt, daß die Ummagnetisierung in gekennzeichnet, daß die Speicherschichten (10) be- magnetischen Dünnschichtspeicherzellen einerseits grenzte Feldstärkebereiche aufweisen, in denen durch Wandbewegungen und andererseits durch Bloch-Linien-Bewegungen auftreten, und daß die inkohärente oder kohärente Drehung vor sich geht Richtung des Vorspannungsfeldes den Streufeldern und daß die anzulegenden magnetischen Treibfelder von an benachbarte Zellen parallel zur harten 40 vorbestimmte Werte aufweisen müssen, um in einer Magnetisierungsachse angelegten Treibfeldern Magnetschicht magnetische Kriechprozesse zu untergleichgerichtet ist. drücken oder zu verhindern. Von S. Middelhoek

5. Speicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch in »IBM Journal of Research and Development«, Januar gekennzeichnet, daß das in Richtung der Streu- 1962, S. 140 und 141, wurde berichtet, daß ein magnefeider verlaufende Vorspannungsfeld gleich oder 45 tisches Wand-Kriechen in dicken und dünnen magnegrößer als ein Fünftel der Anisotropiefeldstärke tischen Schichten jeweils dann auftritt, wenn die Filme der Speicherschichten (10) ist. einem wechselnden Magnetfeld in Richtung der harten

6. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Magnetisierungsachse ausgesetzt sind. Die Wandzeichnet, daß das entgegen der Richtung der Streu- Kriech-Prozesse werden bei dicken magnetischen felder verlaufende Vorspannungsfeld gleich oder 50 Schichten durch Übergänge zwischen Bloch- und kleiner als der 0,3. Teil der Anisotropiefeldstärke Neel-Wänden und bei dünnen Magnetschichten, wo der Speicherschichten (10) ist. Querschwellenwände auftreten, durch die Bewegungen

7. Speicher nach einem oder mehreren der An- der Blochlinien zwischen entgegengesetzt magnetisprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur sierten Neel-Wand-Abschnitten der Querschwellen-Erzeugung des magnetischen Vorspannungsfeldes 55 wände erklärt. Da in wortorganisierten Datenspeieine Helmholtzsche Spulenanordnung (58) dient. ehern, beispielsweise in zweidimensionalen Speicher-

8. Speicher nach einem oder mehreren der An- matrizen, das Wortfeld in einer ausgewählten Zeile ein sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur starkes Störfeld in Richtung der harten Achse in den Erzeugung des magnetischen Vorspannungsfeldes Speicherzellen der der ausgewählten Zeile benacheine allen Speicherzellen (10.1 bis 10.9) gemein- 60 harten Zeile erzeugt, traten bisher beim Betrieb von same Leiterschicht (50) dient, die über den Zellen dichtgepackten magnetischen Dünnschicht-Speicherangeordnet ist und in Richtung der leichten Ma- matrizen erhebliche Schwierigkeiten auf. gnetisierungsachse auf einer Seite mit einer unter Es ist bei Magnetschichtelementen auch bekannt, den Zellen befindlichen Rückleiterplatte (12.1) und Vorspannungsfelder quer zur Vorzugsachse anzulegen, auf der anderen Seite mit einer Vorspannungs- 65 So wird bei einem Magnetschicht-Speicherelement, das stromquelle (56) verbunden ist. zur Herstellung logischer Verknüpfungen zwischen

binären Operanden verwendet wird, ein derartiges Vorspannungsfeld jeweils zeitweise an Stelle eines