DE2833285C2

DE2833285C2 - Schalter für Magnetblasendomänenvorrichtungen

Info

Publication number: DE2833285C2
Application number: DE2833285A
Authority: DE
Inventors: Peter Kurt Morgan Hill Calif. George; Tsutomu Placentia Calif. Kobayashi
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1983-06-23
Also published as: DE2833285A1; US4138736A; JPS5432035A; JPS5812674B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter für Magnetblasendomänenvorrichtungen mit ersten und zweiten benachbart zueinander abgeschiedenen Fortpflanzungspfaden,

einem Übertragungselement, welches zwei miteinander unter einem Winkel von 90° zueinander vereinigte Arme aufweist und im ersten Fortpflanzungspfad benachbart zum zweiten Fortpflanzungspfad angeordnet ist,

und mit einem Paar von sich zwischen den ersten und zweiten Fortpflanzungspfaden erstreckenden Leiterelementen.

Magnetblasendomänenvorrichtungen und uaraus aufgebaute Speichersysteme sind bekannt. Zur Verbesserung der Betriebseigenschaften dieser Systeme sind Entwicklungen hinsichtlich der Vorrichtung als solcher, des Materials und der Herstellung im Gange. Diese Verbesserungen richten sich auf die Optimierung der Systemorganisationen und auch auf eine Erhöhung der Kapazität (Chip und Speicher) durch die Verwendung von spalttoleranten Fortpflanzungsstrukturen und besseren Herstellungsverfahren. Verbesserte Herstellungsverfahren gestatten größere Vorrichtungsdichten, größere Zuverlässigkeit und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens.

Die DE-OS 26 13 489 zeigt bereits einen Schalter für Magnetblasendomänenvorrichtungen unter Verwendung von Fortpflanzungspfaden und einem Übertragungselement, wobei allerdings durch die Anordnung auf unterschiedlichen Niveaus erhöhte Herstellungskosten auftreten.

Ein stark untersuchtes Gebiet ist auch die Verwendung von Ein-Niveau-Vorrichtungskomponenten, einschließlich Schaltern. Bislang sind nur zwei Ein-Niveau-Schalter bekannt Einer dieser Schalter wird von T. j. Nelson in AIP Conference Proceedings, Nr. 18, Teil 1, Seiten 95 bis 99 (1974) beschrieben. In dieser Vorrichtung ist ein Paar von entgegengesetzt angeordneten Chevronspalten durch einen durch die Scheitel der Chevronspalten verlaufenden Leiterpfad verbunden. Dieser Schalter arbeitet in zufriedenstellender Weise in der Übertragungs- oder der Verdopplungs-Betriebsart Dieser Schalter ist jedoch bei einer Haupt-Neben-Schleifenchiporganisation schwer zu verwenden, da der Aufbau eines mit dem Chiplayout kompatiblen Stromrückführpfads ein beträchtliches Problem bildet Es wird dabei vorgeschlagen, den Stromrückführungspfad durch die Verwendung eines zweiten Gesamtmaskierverfahrens zur Erzeugung einer weiteren Leiterlage vorzusehen, um so den Rückführungspfad zu erzeugen, wobei aber das zweite Maskierverfahren in unvermeidbarer Weise das Herstellungsverfahren (verglichen mit einem Ein-Masken-Verfahren) kompliziert Dadurch ergibt sich eine geringere Fabrikationsausbeute. Darüber hinaus ist diese Herstellungsmöglichkeit nicht wesentlich weniger kompliziert als ein Zwei-Niveau-Verfahren.

Ein zweiter Ein-Niveau-Schalter wird von Bobeck u. A. in IEEE Transactions Magnetics, MAG-9, Seiten 474—480 (1973) vorgeschlagen. Bei diesem Schalter sind entgegengesetzt gerichtete Chevronspalten gegeneinander versetzt angeordnet und ein Paar von Leitern ist zwischen benachbarte Enden der entsprechenden Chevronspalten geschaltet Obwohl dieser Schalter den Vorteil eines Stromrückführungspfades besitzt, so hat sich doch gezeigt, daß der zum Strecken einer Blase von einer Spur zur anderen erforderliche Strom viel zu hoch ist, um für eine Ein-Niveau-Konstruktion praktikabel zu sein. Dies liegt daran, daß der zum Strecken einer Blase von einer Nebenschleife zu einer Hauptschleife angelegte Strom auf mehrere Pfade aufgeteilt ist

(bestimmt durch die Anzahl der Chevrons pro Spalte), auf welche V/eise das längs des oberen Chevrons erzeugte Feld geschwächt wird. Es sei auf Kryder u, A, in IEEE Transactions on Magnetics, MAG-H, Seiten 1145—1147 (1975) verwiesen, wo die Nachtelle des Bobeck-Schalters demonstriert sind. Infolgedessen sind keine Ein-Niveau-Schalter bekannt, die zur Verwendung in einer praktikablen Baupt-Neben-Schleifenchtporganisation verwendbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß unter Verbilligung des Herstellungsverfahrens ein Ein-Niveau-Schalter geschaffen wird, der mit großer Produktionsausbeute und guten Betriebseigenschaften verfügbar wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Schalter der eingangs genannten Art die Maßnahmsn des Kennzeichens des Anspruchs 1 vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der gemäß der Erfindung vorgesehene Ein-Niveau-Magnetblasendomänenvorrichtungsschalter gestattet also die Übertragung, die Verdopplung oder die Auslösung von Magnetblasendomänen. Der Schalter ist zwischen zwei Fortpflanzungspfaden aufgebaut, wobei das Grundelement des Schalters in einem der Pfade enthalten ist Das Grundelement, d. h. ein bumerangförmiges Muster, bewirkt keine signifikante Zeitverzögerung und ruft auch keine signifikante Randverschlechterung hervor, und zwar weder in den Haupi- noch Neben-Schleifen-Fortpflanzungspfaden. Durch die wahlweise Hinzufügung von Magnetstäben kann die Arbeitsweise des Schalters verbessert werden. Der mit dem bumerangförmigen Element verbundene Leiterpfad verläuft durch den Hauptschleifenfortpflanzungspfad praktisch ohne Schaden und gestattet eine leichtere Verbindung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigen

Fig. IA-IC den erfindungsgemäßen Schalter, verwendet in der Verdopplungs-Betriebsart;

Fig.2A—2C die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Schalters in der Übertragungs-Ein-Betriebsart;

Fig. 3A—3C den Schalter nach der Erfindung beim Betrieb in der Übertragungs-Aus-Betriebsart.

Fig. IA zeigt einen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Schalter 100. Zum Schalter 100 gehören zwei benachbarte Fortpflanzungspfade PX bzw. P 2. Der Fortpflanzungspfad Pi wird durch Chevronspalten 17 und 18 repräsentiert, die einen Teil des Hauptschleifenfortpflanzungspfades bilden. Andere Chevronspalten oder ähnliche Komponenten können im Rest des Pfades verwendet werden. Der Fortpflanzungspfad P2 weist die Elemente 11, 12, 13, 10,14,15 und 16 auf. Die Elemente 11 und 16 sind Teile einer einzigen Fortpflanzungskomponente, wie beispielsweise eines H-förmigen Elements Es können jedoch natürlich gesonderte und alternative Komponenten in der Nebenschleife verwendet werden,

Die besonders interessierende Komponente ist die Komponente 10, die ein bumerangförmiges Element ist. Im wesentlichen ähnelt das Element 10 einem vergrößerten Chevron mit einer wesentlich breiteren Abmessung am Scheitpl als an den Enden. Zudem ragt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Nase 10/4 vom Scheitel des Elements 10 weg. Leiter 19 und 20 verlaufen durch die benachbarten Enden der Chevronspalten 17 bzw, 18 und vereinigen sich mit den Seiten des Elements 10, Die Verbindungsstellen der Leiter 19 und 20 mit dem Element 10 sind etwas mit Abstand gegenüber dem Scheitel oder der Nase 10Λ des Elements 10 angeordnet Typischerweise sind die Leiter 19 und 20 mit einem Abstand voneinander angeordnet, der größer ist als der Durchmesser der in dem Chip verwendeten Blasendomäne.

Zudem sind die Stab- oder Stangenelemente 21 und 22 (gestrichelt gezeigt) wahlweise Elemente, die in der Schaltvorrichtung vorgesehen sein können, um, wenn gewünscht, die Arbeitsweise zu optimieren. Es wird jedoch nicht angenommen, daß die Stabelemente 21 und 22 zur Erzeugung des üblichen Betriebs des Schalters notwendig sind.

Aus Gründen der Vollständigkeit sei bemerkt, daß die in Fig. IA (und den anderen Figuren) gezeigten Elemente das Permalloymuster oder ein Muster aus ähnlichem Material darstellen, und zwar definiert auf einer Magnetblasendomänenlage (rV-nt gezeigt), wie dies bekannt ist Zudem sind die Vorspann- und Drehfelder Haund Hr in üblicher Weise angelegt

Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die F i g. IA und IB und IC sei die Arbeitsweise des Schalters 100 in der Verdopphingsbetriebsart beschrieben. Wie gezeigt, ist ein »Verdopplung-Aus«-Betrieb dargestellt Das heißt, eine sich längs Pfad P2 (beispielsweise eine Nebenschleife) fortpflanzende Blase wird zu einer Hauptschleife, repräsentiert durch Fortpflanzungspfad Fl, herausverdoppelt Bei dieser Betriebsart hat sich eine Blase in Pfad P 2 in der üblichen Weise fortgepflanzt und wurde am Scheitel 10Λ des Elements 10 empfangen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Fe!d Hr zwischen annähernd der 45°- bis 90°-Position, wie in Fig. IA gezeigt Annähernd zu diesem Zeitpunkt wird ein Signal an den durch die Leiter 19 und 20 definierten Strompfad angelegt, so daß darinnen ein Strom erzeugt wird. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld um die Leiter 19 und 20 herum, was die Tendenz hat, die Blase B1 am Scheitel iOA des Elements 10 zu veranlassen, sich zu den Enden der Chevronspalten 17 und 18 zu strecken. Zudem werden bei der Verdrehung des Drehfelds Hr zur 90°-Position hin die Enden der Chevronspalten 17

und 18 anziehende Magnetpole, was die Blase BX weiterhin zur Streckung veranlaßt wie dies durch die gestrichelte Linie BV dargestellt ist, so daß sich die Blase von der Nase XQA zu den Enden der Chevronspalten 17 und 18 erstreckt. Wenn das Feld Hr seine Rotation fortsetzt, bewegen sich natürlich die anziehenden Magnetpole der Chevrons zu den linken Enden der Chevrons 17 und die Blase BX wird dorthin angezogen. Die Blase B X wird jedoch noch immer von der N'.s«· 10/4 des Elements 10 angezogen, wie dies

durch den gestrichelten Umriß der Blase B Y gezeigt ist Bei annähernd der 135° —180°-Position von Mt wird der Strom auf den Leitern 19 und 20 beendet üie Blase BY,

d. h. die ausgedehnte Blase, bleibt jedoch.

Wenn das Drehfeld M? die Drehung zur 270°-Position

fortsetzt, so erstreckt sich die gedehnte Blase B V vom Scheitel der Chevronspalte 17 durch (oder nahe) Nase 10/4 zum linken Ende des Elements 10. Auf annähernd der 270°-Position des Drehfeldes Hr wird ein sehr kurzer, spitzenartiger Stromimpuls an die Leiter 19 und

20 angelegt. Dieses Magnetfeld, welches in entsprechender Weise ausgewählt ist, bewirkt die Abtrennung der Blase B X' an der durch λ" angedeuteten Stelle. Wenn die ausgedehnte Blase BY geschnitten ist, schnappt der

Blasenteil am Scheitel der Chevronspalte 17 in eine einzige langgestreckte Blase an dieser Stelle, während der untere Blasenteil in eine im wesentlichen zylindrische Blase am linken Ende des Elements IO oder am Boden des Elements 14 abfällt, abhängig von der speziellen Position des Feldes Hr zu dieser Zeit.

Wenn das Feld Hr die Drehung fortsetzt zur 0° bis 45°-Position, so setzen die abgetrennten Blasen die Fortpflanzung durch das Muster fort. Anders ausgedrückt setzt die ursprüngliche Blase B1 die Fortpflanzung durch Pfad P2 fort, während die neu verdoppelte Blase B2 am rechten Ende der Chevronspalte 17 angeordnet ist. Man erkennt somit, daß zwei Blasen aus der einzigen Blase, d. h. der ursprünglich vorhandenen Blase Bi, gebildet wurden. Diese Blasen pflanzen sich nun durch Pfad Pl und P2 unabhängig voneinander fort.

In Fig.2A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2A gleicht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1A, mit der Ausnahme der Anordnung der Chevronspalten. Das heißt, die Chevronspalten 25 und 26 weisen mit ihren Scheiteln in die entgegengesetzte Richtung bezüglich der Spalten 17 und 18 in Fig. IA. Die anderen Elemente der Ausführungsbeispiele sind im wesentlichen die gleichen und sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die F i g. 2A, 2B und 2C sei nunmehr die Übertragungs-Ein-Betriebsart beschrieben. Bei der Ein-Transport-Betriebsart wird angenommen, daß eine sich durch Pfad P1 fortpflanzende Blase zum Pfad P 2 übertragen werden soll. Die Fortpflanzung durch den Pfad PI gleicht dem üblichen Betrieb. Wenn somit das Feld Hr die 315°-Position erreicht, so ist die Blase B X an den rechten Enden der Chevronspalte 26 angeordnet. Kurz danach wird ein Signal an die Leiter 19 und 20 geliefert, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches in effektiver Weise das Fortschreiten der Blase B 1 am Leiter 19 vorbei blockiert. Zudem bewirkt das Feld das Strecken der Blase BX zur Nase 10,4 im Element 10 hin, wie dies durch die Blase 8 Γ (gestrichelt gezeigt) dargestellt ist. Die gestreckte oder gedehnte Blase ist in effektiver Weise zwischen Leiter 19 und 20 eingefangen, wenn das Feld Hr die Rotation fortsetzt. Wenn das Feld Hr die 90°-Pcsition erreicht, so erzeugt die Nase 10Λ einen starken Magnetpol, der in effektiver Weise die Blase derart anzieht, daß eine im wesentlichen zylindrische Blase Bi an der Nase 10,4 positioniert ist. Die Anziehung dieses Pols und auch die Abstcßung durch die Chevronpole bewirkt das Schrumpfen der Blase B 1, wie dies durch den Pfeil im gestrichelten Umriß dargestellt ist. Sobald die Blase B 1 von der Nase iOA angezogen ist, wird der Strom in Leitern 19 und 20 beendet, so daß die Blase B1 dann über die Leiter in die Nebenschleife in normalem Ansprechen auf Feld Hr > laufen kann. Wenn infolgedessen das Feld Hr durch die 180°-Position zur 225^a-Position rotiert, so bewegt sich die Blase B i zum linken Ende des Elements 10 und von dort zum Boden des Elements 14, usw. Auf diese Weise ist eine Blase vom Pfad Pi in den Pfad Pl transferiert

ίο oder transportiert worden.

Es sei nunmehr auf die F i g. 3A, 3B und 3C Bezug genommen, wo eine Übertragungs-Aus-Transportbetriebsart für das Ausführungsbeispiel des Schalters 101 beschrieben ist, der ähnlich dem in Fig. 2Λ gezeigten Schalter ausgebildet ist. Wiederum tragen gleichartige Komponenten gleiche Bezugszeichen. Bei dieser Betriebsart wird jedoch eine Blase aus einem Pfad P2 heraus und in einen Pfad Pl transportiert. Bei diesem Beispiel wird die Blase BX durch Elemente M, 12, 13

2" fortgepflanzt und an einem Element 10 empfangen. Wenn das Feld Hr die 90°-Position erreicht, so ruht die Bkse B 1 an Nase 10,4 des Elements 10. Nachdem diese Position erreicht ist, wird ein Steuersignal an Leiter 19 und 20 geliefert. Wiederum hat dieses Signal eine geeignete Größe, Dauer und dergleichen, um die Blase B i zu veranlassen, sich längs der Leiter auszustrecken, wie dies durch den gestrichelten Umriß B Y in F i g. 3A und 3B gezeigt ist. Die langgestreckte Blase überlappt und steht in Berührung mit den Enden der Chevronspal-

JO ten 25 und 26 zwischen Leitern 19 und 20.

Wenn das Feld Hr annähernd die 225°-Position erreicht, so werden die linken Enden der Chevronspalten 25 starke Magnetpole, was das Anziehen der Blase B 1 daran und weg von Nase 10/4 bewirkt. Kurz danach wird das Steuersignal an Leitern 19 und 20 beendet und die Blase B 1 schrumpft auf die in F i g. 3B angedeutete Größe an den Enden der Chevronspalte 25. Wenn das Feld Hr die Rotation zur 315^e-Position hin fortsetzt, so bewegt sich die Blase Bi zum rechten Ende der

4P Chevronspalte 26 in üblicher Weise. Auf diese Weise •.wurde eine Blase aus dem Pfad P 2 heraus zum Pfad Pl übertragen.

Es wurde somit ein Ein-Niveau-Schalter gezeigt und beschrieben, bei dem ein Leiter integral im gleichen

«3 Muster wie die Fortpflanzungspfadelemente einer Magnetblasendomänenvorrichtung ausgebildet ist. Die Leiter sind angrenzend an und integriert mit den Komponenten in jedem der Fortpflanzungspfade. Dieser Ein-Niveau-Schalter gestattet die Einzelniveau-

^;-o herstellung, kann leicht verbunden werden und benötigt nicht unpraktikabel hohe Schaltströme.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Schaiv-f für Magnetblasendomänenvorrichtungen mit ersten und zweiten benachbart zueinander abgeschiedenen Fortpflanzungspfaden (P 2, P1), einem Übertragungselement (10), welches zwei miteinander unter einem Winkel von 90" zueinander vereinigte Arme aufweist und im ersten Fortpflanzungspfad (P2) benachbart zum zweiten Fortpflanzungspfad (P 1) angeordnet ist, ι ο und mit einem Paar von sich zwischen den ersten und zweiten Fortpflanzungspfaden erstreckenden Leiterelementen (19,20),

dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Leiterelementen (19, 20) integral mit dem Übertragungselement (10) und mit Bestandteilen des zweiten Fortpflanzungspfades (Pl) ausgebildet ist, und das Anlegen von Stromsignalen an die ersten und zweiten Fortpflanzungspfade (P 2, PV) gestattet.

Z Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Jaß die Leiterelemente (19,20) sich mit den entsprechenden Armen des Übertragungselements (10) an einer Stelle zwischen der Armlänge schneiden.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (10) einen Vorsprung [WA) aufweist, und zwar ausgehend vom Scheitel des durch die beiden Arme gebildeten Winkels.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (10) rine bumerangförmige Gestalt besitzt

5. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an der Innenseite des Winkels befestigten Stab (22) zur Erzeugung eines verbesserten Magnetpols an diesem Winkel.

6. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fortpflanzungspfad (Pi) Chevron-Spalten (17, 18; 25, 26) aufweist, die die integral mit den Leiterelementen (19,20) ausgebildeten Bestandteile sind.

7. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs- oder Verdopplungsoperationen als Funktion der Lage der Chevron-Spalten bezüglich des Übertragungselements vorgenommen werden.

8. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Chevron-Spalten (25, 26) und die Übertragungselemente (10) in die gleiche Richtung weisende Scheitel besitzen.

9. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Chevron-Spalten (17, 18) gegenüber dem Übertragungselement (10) versetzt sind.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente (19, 20) über das Übertragungselement in Serie geschaltet sind.