DE2849536A1

DE2849536A1 - Bistabile magnetostriktive anordnung

Info

Publication number: DE2849536A1
Application number: DE19782849536
Authority: DE
Inventors: David Allen Thompson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: JPS5487440A; FR2412172B1; GB2010615B; IT1160329B; JPS6048113B2; CA1111969A; US4236230A; FR2412172A1; IT7830730A0; GB2010615A

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

ru/zi
Bistabile magnetostriktive Anordnung

Die Erfindung betrifft eine bistabile magnetostriktive Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Magnetostriktive Materialien und ihre Anwendung zur Speicherung von Informationen sind seit langem in der Datenverarbeitung bekannt. Auch sind durch die US-PS 3 820 090 bistabile ferromagnetische Drähte bekannt geworden, die zur Informationsspeicherung verwendet werden. Derartige Drähte werden dadurch benutzt, daß mit einem Draht, bestehend aus 48 Prozent Eisen und 52 Prozent Nickel eine Dehnung um 2 1/2 Prozent vorgenommen wird. In dem ÜS-PS 3 217 301 ist ein Herstellungsverfahren für ein bistabiles magnetostriktives Element beschrieben. Hier ist das Substrat aus einem innen leitenden Metall, wie z. B. Kupfer, Aluminium, Messing oder Bronze gebildet. Außerdem sind durch die US-PS 3 129 und die US-PS 3 145 372 Verzögerungsleitungen mit Dünnfilmen mit rechteckiger Hysteresiskurve bekannt, die aus dünnen Nickel-Eisen-Filmen mit einem Verhältnis von 85:15 oder 75:25 bestehen und eine magnetische Anisotropie (leichte Magnetisierungsachse) aufweisen. Dabei werden die akustischen Wellen, die sich längs der Leitung fortsetzen, an dem einen Ende des Substrats erzeugt und die Informationen werden an einer anderen Stelle induktiv eingebracht. Dabei werden die Wellen im dünnen Film beim Laufen entlang der Oberfläche der Verzögerungsleitung phasenverschoben. Grundsätzlich unterscheidet man bei den magnetostriktiven Verzögerungsleitungen zwischen den sogenannten Längsschwingern und den Torsionsschwingern. Bei den Längsschwingern wird die erzeugte Welle

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längs des Leiters durch Zusammenziehen und Ausdehnung des Leiters erzielt, während bei den Torsionsschwingern die erzeugten Wellen spiralförmig auf der Oberfläche des Leiters bewegt werden.

Weitere magnetostriktive Elemente sind in den US-PS 3 492 667 . und 3 534 340 beschrieben. Einen semipermanenten Speicher, j der aus einer Wicklung, die einen Kern aus einem weichen j magnetischen Film mit einem Überzug aus einem harten magne- j !tischen Film aufweist, ist in der US-PS 3 548 390 beschrieben, j

All diese bekannt gewordenen bistabilen magnetostriktiven j Anordnungen bzw. Elemente sowie deren Herstellungsverfahren beschäftigen sich mit solchen, die einen diagonalen Winkel der magnetischen Anisotropie zur Achse des zylindrisch ge- j formten oder glatten Substrats aufweisen. Dies insbesondere dann, wenn die eigentliche magnetostriktive Schicht in einem Platierungsverfahren aufgebracht wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine bistabile magnetostriktive Anordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, ohne daß das Material beim Herstellen der schraubenförmigen Anisotropie für ein magnetostriktives Element mechanisch gestreßt wird und wobei das geschaffene bistabile magnetostriktive Element verbesserte Leistungswerte aufweist.

Die erfindungsgemäße Lösung für die bistabile magnetostriktive Anordnung besteht im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 und für das Verfahren zu seiner Herstellung im Kennzeichen des Patentanspruchs 4.

Weitere Lösungen ergeben sich aus den Kennzeichen der Unteransprüche.

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:Die erfindungsgemäße Lösung bringt ein bistabiles magnetostriktives Element, das gegenüber den bisher bekannt gewordenen hervorragende Leistungsdaten, wie Frequenz, Länge des Leiters, Einfachheit des Herstellungsverfahrens und Zuverlässigkeit erreicht.

Die Erfindung wird nun anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

'Es zeigen:

Fig. 1 zeigt ein Segment zur Schaffung eines Kerns eines \ J bistabilen magnetostriktiven Elements; ;

i -

j I

:Fig. 2 zeigt die Leitung nach Fig. 1 mit einer Schicht j j eines dünnen Films magnetostriktiven Materials über- j

I zogen; j

: j

Fig. 3 zeigt die Struktur der Fig. 2 in einem longitudinaj len Schnitt, die besonders das Magnetisierungsfeld I und das Demagnetisierungsfeld innerhalb der Struktur zeigt;

iFig. 4 zeigt eine ähnliche Struktur wie Fig. 2 mit einem

hohlen Kern;
[Fig. 5 zeigt einen rechteckigen Leiter mit einer magneto-

j striktiven Schicht;

Fig. 6 zeigt einen DünnfiImsatz, der auf ein Material mit einem überzogenen Kern in Sandwichart aufgebracht ist und

Fig. 7 zeigt einen Dünnfilmsatz auf einem Material wie in Fig.. 6 mit einem dünnen magnetostriktiven Film auf dem Kern und auf einem magnetischen Substrat.

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IIn Fig. 1 ist ein Kern 10 von kurzer Länge eines geeigneten •käuflichen Materials, wie z. B. Berylliumkupfer, Molybde'n, Nickelchrom oder nicht magnetischen, rostfreiem Stahl oder einem weichen magnetischen Material aus Nickeleisen im Verhältnis 80:20 Prozent gezeigt. Der Leiter hat eine Dicke von ;0,002 bis 0,020 inch und eine zylindrische Form. Es ist allerdings auch möglich, daß der Leiter eine andere Form, (Wie z. B. eine elliptische oder eine rechteckige, aufweisen kann.

j In Fig. 2 ist der in Fig. 1 dargestellte Leiter 10 mit einer dünnen Schicht 11 eines magnetostriktiven Materials, wie z. B. Nickeleisen oder Eisenkobalt, jeweils im Verhältnis 50:50, dargestellt. Die Dicke der Schicht beträgt dabei 2 bis 20 μ, wobei die Schicht selbst durch eine bekannte iTechnik, wie z. B. Elektroplatieren oder Aufdampfen oder _;Ionenxmplantxerung, aufgebracht werden kann. Durch einen !äußeren Magneten wird ein Magnetfeld, das mit der longitu-¹dinalen Achse des Leiters 10 in einer Richtung liegt, erzeugt, außerdem wird über den elektrischen Leiter ein Strom geschickt, der ein im rechten Winkel dazu stehendes Magnetfeld über die Leitung 10 und den dünnen Film 11 erzeugt. Die zwei magnetischen Felder überlagern sich, um ein schraubenförmiges magnetisches Feld über den Leiter 10 zu erzeugen, und zwar so, daß jeder Punkt an der Oberfläche des Leiters 10 dem magnetischen Feld ausgesetzt ist, und zwar genau 45 zu einer Linie parallel zu der bereits beschriebenen longitudinalen Achse. Durch die Verwendung des externen magnetischen Feldes und dadurch, daß der Strom nicht durch den dünnen magnetischen Film 11 fließt, kann der Kern entlang seiner longitudinalen Achse komprimieren und kontrahieren in einem recht ordentlich langen Stück, da die longitudinale Verformung weit unter dem elastischen Limit liegt.

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!Wenn der Kern 10 aus einem weichen magnetischen Material :

•besteht, ist seine Koerzitivkraft wesentlich unter der des j (dünnen Films 11. Die Nettomagnetisierung in dem Kern 10 :

:ist in entgegengesetzter Richtung von der des dünnen Films ! {i1 im größten Energiezustand, d.h. zum Beispiel bei Ab- j !Wesenheit eines externen magnetischen Feldes. ί

ι In Fig. 3 ist das magnetische Feld in und über einem Ausischnitt eines platierten Leiterkerns nach Fig. 2 gezeigt. I Pas Magnetisierungsfeld M ist nach rechts über den Film 11 j

ι gerichtet und das Demagnetisierungsfeld H ist von rechts nach links gerichtet.

j--'.-ι ■ -

In Fig. 4 ist ein hohler Kern 10' gezeigt, der mit einem magnetostriktiven Film 11' überzogen ist. Der hohle Kern jwird dadurch erzeugt, daß der Kern 10' auf einen Leiter ■platiert wird und dann entsprechend abgeätzt wird. Eine andejre Alternative ist in Fig. 5 gezeigt, wobei der Leiter eine !rechteckige Form aufweist, einen Kern 20 bildet, der mit jeiner magnetostriktiven Schicht 21 überzogen ist. Es soll !hier noch erwähnt sein, daß die schraubenförmige magnetische jAnisotropie genauso in dem rechteckigen Kern 20 wie in einem [runden geformten Leiter besteht, wobei das Verhältnis von Leiter zu dem Äquivalent eines Rechteckquerschnitts 1:1,5

Ih Fig. 6 ist eine dünne Filmstruktur gezeigt, wobei eine Schicht magnetostriktiven Materials auf einem Substrat 29 in einem externen magnetischen Feld gebildet wird, um einen Streifen 31 zu bilden. Dann wird ein dünner Filmstreifen 30 auf ein Kernmäterial aufgebracht, auf dem wiederum ein Streifen 31 aufgebracht wird. Danach wird ein dünner Filmstreifen 32 magnetostriktiven Materials auf den Streifen 30 in einem magnetischen Feld aufgebracht, das im rechten Winkel zum ersten magnetischen Feld steht, das jedoch ein Komponente

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;entlang des Streifens 3O in derselben Richtung aufweist, wodurch eine schraubenförmige magnetische Anisotropie auf dem Kern 30 entlang des Streifens gebildet wird.

Ein dünner Filmstreifen auf einem Kernmaterial 40 ist in Fig. 7 angeordnet, das seinerseits auf einem Substrat 39 aus ,magnetisch weichem Material angeordnet ist. Ein dünner Film imagnetostriktiven Materials ist über dem Kern 40 in einem (diagonalen magnetischen Feld angeordnet, um eine magnetische

!Anisotropie über den Kern 40 im magnetostriktiven Material

j41 zu erzeugen. Derartige magnetostriktive Filme und Leiter 'können in Tastenanordnungen für Büro- und Datenverarbeitungsjsysteme, in Kartenlesern oder in Druckern verwendet werden.

iDa dieses Material auch eine bistabile Charakteristik auf-

weist und ein großes magnetisches Feld produziert, eignet j sich eine derartige Anordung auch ganz besonders zur Speijcherung von Daten oder Informationen und ist für die Ver-

wendung in Datenspeichern innerhalb von Datenverarbeitungsanlagen besonders geeignet.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Bistabile magnetostrictive Anordnung mit einem Leiter, in dem bzw. auf dem sich Längs- oder Torsionsschallwellen , hervorgerufen durch äußere Magnetfelder, ausbreiten, die zur Speicherung und Aufnahme von Informationen und Daten dienen, mindestens einen Empfänger und einen Sender aufweisen und wobei auf dem Leiter eine dünne Schicht magnetostriktiven Materials aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetostriktiven Materialschichten (11, 21, 31, 41) auf einem rechteckigen, runden oder hohlen Leiter (10, 10', 20) oder auf einem Substrat (29, 39) so angeordnet sind, daß die magnetische Anisotropie auf der Oberfläche genau 45° relativ zu einer Linie parallel zu der longitudinalen Achse des Leiters oder Substrats liegt.

j 2. Bistabile magnetostriktive Anordnung nach Anspruch 1, ! dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat 29 ein dünner Streifen (31) eines magnetostriktiven Materials angeordnet ist, daß darüber ein dünner Streifen (30) aus einem Kernmaterial angeordnet ist und daß darüber wiederum ein dünner Film (32) aus einem magnetostriktiven Material angebracht ist.

Bistabile magnetostriktive Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (39),das aus magnetisch weichem Material besteht, eine dünne Schicht aus Kernmaterial einen Streifen (40) bildet, auf dem ein weiterer dünner Film aus einem magnetostriktiven Material einen Streifen 41 bildet.

Verfahren zur Herstellung der Anordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Filmschicht (32) aus einem magnetostriktiven Material

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ORIGINAL INSPECTED

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auf einem Streifen aus Kernmaterial (z. B. 30) in einem magnetischen Feld aufgebracht wird, das im rechten Winkel zu einem ersten Magnetfeld steht, jedoch eine Komponente entlang des Streifen (30) in derselben Richtung aufweist, wodurch eine schraubenförmige magnetische Anisotropie auf dem Kern (30) entlang des Streifens erzeugt wird.

Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Film eines magnetostriktiven Materials, der einen Streifen (41) bildet, auf den Kern (40) in einem diagonalen magnetischen Feld aufgebracht wird, wodurch eine magnetische Anisotropie über den Kern (40) in dem magnetostriktiven Material (41) erzeugt wird.

Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Leiter durch Niederschlagen eines bestimmten Materials auf einen Kern und durch anschließendes teilweises Abätzen gebildet werden.

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