Библиографический список

Носов Ю.Р., Шилин В.А. Основы физики приборов с зарядовой связью.-М.: Наука, 1986.-320с.

5 Элементы памяти на цилиндрических магнитных доменах

5.1 Цель занятия

Целью занятия является изучение физических явлений происходящих в тонких магнитных пленках, условий необходимых для образования цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) использование ЦМД для хранения информации, особенностей конструкции ИС запоминающих устройств на основе ЦМД.

5.2 Методические указания по организации самостоятельной работы

При подготовке к занятиям необходимо повторить магнитные свойства материалов и материалы, используемые для изготовления тонких магнитных пленок, изучить физические процессы происходящие при формировании ЦМД, условие существования ЦМД, способы формирования ЦМД и фиксации его положения с помощью магнитостатических ловушек, разобраться как происходит движение ЦМД в регистре, вводится и выводится информация из регистра; изучить из каких функциональных узлов состоит ИС ЗУ с использованием ЦМД.

5.3 Элементы магнитоэлектронных запоминающих устройств

ЦМД создаются в монокристаллической однородной магнитной среде. Этой средой служат монокристаллы ферритов редкоземельных металлов и элемента иттрия. Различают ферриты двух групп: ортоферриты – Me₂O₃∙F₂O₃ (Me - металлы), ферриты-гранаты – (MeO₃)∙(F₂O₃)₅. Обе группы ферритов являются материалами со слабыми магнитными свойствами. Кристаллы имеют единственное направление легкого намагничивания и обладают сильной анизотропией. Обычно используют тонкий слой ферритов, вектор намагниченности J_S которых направлен перпендикулярно слою. Эти слои чаще всего получаются технологией эпитаксиального выращивания на магнитной диэлектрической подложке, имеющей аналогичную структуру решетки.

Если полученные пленки ферритов нагреть до определенной температуры (температуры Нееля) и затем охладить, то в пленках образуются лабиринтные, или полосовые, домены (рис. 5.1). Векторы намагниченности темных и светлых доменов направлены вдоль оси легкого намагничивания (перпендикулярно плоскости пленки), но в противоположные стороны.

Если перпендикулярно поверхности пленки приложить внешнее магнитное поле смещения H_см, то полосовые домены, вектор которых направлен встречно внешнему полю, перестраиваются в ЦМД (рис. 5.2). Установлено, что ЦМД устойчивы лишь в ограниченном диапазоне полей смещения. Чрезмерное увеличение поля смещения вызывает сжатие и исчезновение (коллапс) ЦМД. При уменьшении этого поля диаметр ЦМД увеличивается, и далее ЦМД переходят в полосовые домены.

Рисунок 5.1 – Полосовые домены

Устойчивость ЦМД связана с уравновешиванием двух противоположных сил. Одна из них обусловлена энергией поля смещения и энергией доменных границ (она стремится уменьшить площадь доменной границы). Другая сила обусловлена магнитостатической энергией и стремится увеличить площадь доменной границы.

Рисунок 5.2 – Образование цилиндрических магнитных доменов

Если обозначить h - толщина пленки, d - диаметр домена, l - характеристическая длина, причем , σ_Дгр - плотность энергии доменной границы, μ₀ = 4π∙10^-7 Гн/м - магнитная проницаемость вакуума, J_S - намагниченность насыщения, то условие устойчивости ЦМД можно описать графиком на рис. 5.3. Из графика видно, что d_мин имеет место при h/l = 3, причем d_мин ≈ 4l.

Рисунок 5.3 – Область устойчивости ЦМД

Обычно в качестве подложки берут галлий-гадолиниевый гранат - .

Диаметр ЦМД зависит от материала и толщины магнитной пленки. Оптимальная толщина пленки h, обеспечивающая минимальный диаметр домена d_min  h. Минимальное расстояние между соседними ЦМД на кристалле, обеспечивающее их независимое существование, равно b_д  3∙d_д, где d_д - реальный диаметр домена.

В ортоферритах диаметр домена соизмерим с толщиной пленки и составляет 19…190 мкм (см. табл. 5.1).

Диаметр ЦМД в феррит – гранатах также соизмерим с толщиной пленки и составляет от 0,7 – 22 мкм (табл. 5.1), т.е. почти на порядок меньше, чем в ортоферритах. Именно поэтому феррит – гранаты используются чаще, так как позволяют увеличить плотность размещения информации.