Канал для продвижения цилиндрических магнитных доменов

 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к запоминающим устройствам на цилиндрических магнитных доменах. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов представляет собой магнитоодноосную пленку, над которой в слое немагнитного материала расположены ферромагнитные апликации одна выше другой, перекрывающиеся на глубину не более 1,5 диаметра домена, при этом ферромагнитные апликации, расположенные одна выше другой и принадлежащие соседним ячейкам, в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки имеют зазор величиной не более одного диаметра домена. 9 ил.

Изобретение относится к магнитной микроэлектронике и может быть использовано при создании запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД).

Известен канал продвижения ЦМД, содержащий магнитоодноосную пленку, над которой на двух уровнях поочередно расположены разделенные слоем немагнитного материала ферромагнитные аппликации в виде прямоугольников с периодом следования на каждом уровне, равным длине ячейки хранения, либо в виде шевронов с периодом следования на каждом уровне, равным удвоенной длине ячейки хранения, имеющие ширину менее диаметра домена [1].

Недостатками данного канала являются сложность технологии изготовления, обусловленная высокими требованиями к воспроизводимому рисунку, низкая плотность записи информации, связанная с необходимостью использовать домен с большим диаметром для данного литографического разрешения (d ≈2ω , где d - диаметр ЦМД; ω - минимальный разрешаемый размер рисунка литографического процесса), повышенное энергопотребление, обусловленное необходимостью повышать амплитуду управляющего поля вследствие рассовмещения слоев в процессе изготовления канала.

Прототипом изобретения является канал продвижения ЦМД, содержащий магнитоодноосную пленку, над которой в слое немагнитного материала сформированы ячейки хранения из двух ферромагнитных аппликаций, расположенных одна выше другой, имеющих ширину не менее диаметра домена и выполненных в виде трапеций или четвертей колец, причем одна из боковых сторон трапеций или один из прямолинейных отрезков четвертей колец лежит на одной прямой, параллельной направлению распространения доменов, а другая боковая сторона трапеций или прямолинейный отрезок четвертей колец перпендикулярен этой прямой, при этом границы первого и второго уровней конгруэнтны [2].

Недостатками данного канала продвижения ЦМД являются сложность технологии изготовления, обусловленная высокими требованиями к совмещению рисунков, выполненных на двух уровнях, для обеспечения конгруэнтности границ; недостаточная плотность записи информации, обусловленная тем, что ширина аппликации в данных конструкциях не может превышать диаметр домена, в противном случае боковые стороны трапеций и прямолинейные участки четвертей колец, параллельные направлению распространения доменов и принадлежащие одной ячейке хранения, сближаются на расстояние меньшее двух диаметром ЦМД, что приводит к повышению нижней границы области устойчивой работы канала по величине магнитного поля смещения из-за растяжения домена между двумя аппликациями в одной ячейке; повышенное энергопотребление, связанное с необходимостью использовать управляющее магнитное поле значительной амплитуды для обеспечения устойчивого перехода ЦМД через боковые стороны трапеций или прямоугольные отрезки четвертей колец, перпендикулярные направлению распространения доменов.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления канала продвижения, ЦМД повышение плотности записи информации и снижение энергопотребления.

Цель достигается тем, что в канале продвижения ЦМД, содержащем магнитоодноосную пленку, над которой в слое немагнитного материала сформированы ячейки хранения из двух ферромагнитных аппликаций, расположенных одна выше другой, имеющих ширину не менее диаметра домена, ферромагнитные аппликации, принадлежащие одной ячейке хранения, перекрываются на глубину не более 1,5 диаметра ЦМД, а аппликации, принадлежащие соседним ячейкам хранения, лежащие одна выше другой, расположены с зазором не более одного диаметра ЦМД в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки.

На фиг.1 и 2 показан канал продвижения ЦМД с периодом следования ячеек 4d, вертикальный разрез и вид сверху соответственно; на фиг.3 - канал продвижения ЦМД с периодом следования ячеек 8d; на фиг.4 и 5 показаны повороты направления распространения доменов на 90 и 180^осоответственно по направлению вращения поля управления ; на фиг.6 и 7 - варианты поворотов направления распространения доменов на 90^о против направления вращения поля управления ; на фиг.8 показано, как могут быть реализованы два входа в одну ячейку хранения, в таком виде предлагаемая конструкция может использоваться, например, в качестве канала вывода информации в кристалле ЗУ на ЦМД; на фиг. 9 проиллюстрированы результаты испытаний каналов продвижения ЦМД по прототипу и по предлагаемому техническому решению.

Канал продвижения ЦМД (фиг.1 и 2) представляет собой магнитоодноосную пленку 1, над которой в слое 2 немагнитного материала расположены ферромагнитные аппликации 3 и 4 одна над другой. Ферромагнитные аппликации 3 и 4, принадлежащие одной ячейке хранения, перекрываются на глубину не более 1,5 диаметра ЦМД (на фигурах область перекрытия заштрихована), а ферромагнитные аппликации, расположенные одна выше другой и принадлежащие соседним ячейкам хранения, в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки имеют зазор g величиной не более одного диаметра ЦМД.

Сущность изобретения состоит в том, что перекрытие аппликаций, сформированных на разных уровнях и принадлежащих одной ячейке хранения, и зазор в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки между аппликациями, принадлежащими соседним ячейкам хранения, позволяют существенно расширить область величин магнитных полей смещения Н_см и управления Н_у, в которых происходит устойчивое перемещение ЦМД в канале продвижения, а также увеличить ширину аппликации до 1,5 диаметра ЦМД. При этом упрощается технология изготовления канала продвижения. Например, для изготовления предлагаемого канала продвижения ЦМД диаметром 3 мкм достаточно литографического разрешения, равного 4,5 мкм вместо 3 мкм по прототипу. С другой стороны, при заданном разрешении литографического процесса появляется возможность использования ЦМД в 1,5 раза меньшего диаметра, чем в прототипе, что позволяет увеличить плотность записи информации вдвое.

Наложение аппликаций, составляющих одну ячейку хранения, обеспечивает, с одной стороны, надежный переход из-под вышележащей аппликации под нижележащую, когда ЦМД проходит через область перекрытия, с другой стороны, надежную компенсацию магнитостатической ловушки в области перекрытия после перехода ЦМД в соседнюю ячейку хранения, когда управляющее поле направлено навстречу направлению распространения доменов. Тем самым предотвращается растяжение ЦМД между ячейками хранения вдоль нижнего края отдающей аппликации. Перекрытие, большее 1,5d, приводит к заметному рассовмещению центров магнитостатической ловушки от одной аппликации и магнитостатического барьера от другой. При этом из-за недостаточной компенсации магнитостатической ловушки в области перекрытия повышается нижняя граница области устойчивой работы канала продвижения ЦМД.

Аппликации, принадлежащие соседним ячейкам и лежащие одна выше другой, следует располагать с зазором g в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки величиной не более 1 d. При выполнении зазора величиной более 1 d область устойчивой работы канала продвижения резко сужается из-за затрудненного перехода ЦМД из ячейки в ячейку.

Взаимное перекрытие аппликаций из соседних ячеек недопустимо, так как при этом область устойчивой работы резко сужается из-за эффекта подавления ЦМД, находящегося под вышележащей аппликацией, принимающей домен, сильным магнитостатическим барьером нижележащей аппликации предыдущей ячейки. В канале продвижения с минимальным периодом следования ячеек ( ћ≃ 4 d) оптимальным является расположение аппликаций, при котором стороны, образующие зазор, перпендикулярны направлению распространения доменов (фиг.2). Такое расположение позволяет обеспечить расстояние между концами аппликаций, принадлежащих одной ячейке хранения, примыкающими к разным зазорам, не менее 3d при ширине аппликаций не менее 1,5d. При этом отсутствует повышение нижней границы области устойчивой работы, обусловленное растяжением ЦМД между концами аппликаций, принадлежащих одной ячейке хранения. Для каналов продвижения с большим периодом это правило необязательно (фиг.8).

При изготовлении предлагаемого канала продвижения ЦМД допускается отклонение от планарности вышележащих аппликаций. Это исключает усложнение технологии изготовления канала продвижения, связанное с обеспечением планарности слоев. Важно только, чтобы в области перегиба отсутствовал разрыв вышележащей аппликации, что, как правило, легко достигается, если толщина верхнего ферромагнитного слоя не меньше толщины нижнего ферромагнитного слоя.

Канал продвижения ЦМД работает следующим образом.

Перпендикулярно поверхности магнитоодноосной пленки 1 прикладывают постоянное однородное магнитное поле смещения Н_см, необходимое для стабильности ЦМД. Параллельно поверхности магнитоодноосной пленки вращают однородное магнитное управляющее поле , перемагничивающее ферромагнитные аппликации. ЦМД, находящийся в магнитостатической ловушке, образованной полем рассеяния аппликации, перемещается вдоль внешнего контура канала по циклоидовидной траектории, причем внутри ячейки хранения переход осуществляется из-под вышележащей аппликации 3 под нижележащую аппликацию 4 через область перекрытия аппликаций, а между ячейками хранения переход осуществляется из-под нижележащей аппликации под вышележащую через зазор между аппликациями, видимый в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки.

П р и м е р. На фиг.9, кривая 5 в координатах Н_у, Н_см/Н_колл, где Н_колл - поле коллапса ЦМД, показана область устойчивой работы канала продвижения ЦМД, содержащего магнитоодноосную пленку с ЦМД диаметром 3 мкм, шириной выше- и нижележащих аппликаций 4,3 мкм, расположенных с периодом следования 12 мкм, перекрывающихся на глубину 1,3 мкм внутри ячейки хранения, с зазором в проекции на плоскость магнитоодноосной пленки между выше- и нижележащей аппликациями 0,5 мкм. Толщина нижележащих аппликаций 0,25 мкм, вышележащих 0,35 мкм, удаление нижележащих аппликаций от магнитоодноосной пленки 0,25 мкм, вышележащих - 0,55 мкм. Планаризация отсутствует.

Для сравнения на фиг.9, кривая 6, приведены результаты испытаний канала продвижения ЦМД - прототипа, выполненного на той же магнитоодноосной пленке в виде аппликаций из четвертей колец шириной 3 мкм, толщины аппликаций и их удаление от магнитоодноосной пленки совпадают с приведенными для предлагаемого технического решения.

Видно, что ширина области устойчивой работы канала продвижения предлагаемой конструкции значительно шире области устойчивой работы прототипа. При этом для надежного функционирования канала продвижения в предлагаемой конструкции требуется поле управления Н_у, в 1,5-2 раза меньшее, чем в прототипе, что эквивалентно снижению энергопотребления в 2-4 раза.

Формула изобретения

КАНАЛ ДЛЯ ПРОДВИЖЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ДОМЕНОВ, содержащий нанесенный на пленку магнитоодноосного материала слой немагнитного материала с расположенными в нем в виде двух слоев ферромагнитными аппликациями шириной не менее диаметра домена, отличающийся тем, что каждая ферромагнитная аппликация одного слоя в проекции на две соседние ферромагнитные аппликации другого слоя перекрывает одну из них не более чем на 1,5 диаметра цилиндрического магнитного домена и расположена на расстоянии не более одного диаметра цилиндрического магнитного домена от другой ферромагнитной аппликации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9