Магнитоэлектронные устройства

В магиитоэлектронных устройствах используются электромагнитные процессы на доменном уровне. Для создания доменов применяют тонкие магнитные плен­ки толщиной до 10 мкм, напыляемые на подложку из немагнитного материала. При отсутствии внешнего магнитного поля в пленке существуют полосовые домены произвольной формы, разделенные доменными стенками (рис. 9.5, а); суммарные площади противоположно намагниченных доменов равны. Если под­ложку поместить во внешнее магнитное поле, направленное перпендикулярно ее поверхности, то произойдет смещение доменных стенок. Полосовые домены, в ко­торых вектор их намагниченности совпадает с направлением внешнего поля, рас­ширяются, а домены с противоположной намагниченностью — сужаются. При некоторой граничной напряженности магнитного поля Н_тin происходит разрыв полосовых доменов и образование доменов цилиндрической формы (рис. 9.5, б) диаметром около 5 мкм. При дальнейшем росте напряженности поля диаметр цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) уменьшается, и при некотором значе­нии напряженности поля Н_max происходит исчезновение доменов; пленка стано­вится однородно намагниченной вдоль направления внешнего поля.

Домены можно использовать в качестве элементов памяти запоминающих уст­ройств, если создать их организованную структуру, что достигается с помощью генератора доменов, представляющего собой петлю из металлической пленки, по которой пропускается ток (рис. 9.6). Токовую петлю 1 напыляют на изолирую­щую пленку 2, расположенную на ферритовой пленке 3, которая, в свою очередь, создана на поверхности подложки 4. Генерация домена происходит в том случае, если импульсом тока будет создано локальное размагничивающее поле Н_пет на­правленное противоположно внешнему полю Н_вн. При этом образуется ЦМД с противоположной по отношению к Н_вн намагниченностью. Зарождение домена соответствует записи логической единицы. Если ток через петлю не пропуска­ется, то ЦМД не формируется. Отсутствие домена соответствует записи логи­ческого нуля. В запоминающих устройствах на магнитной пленке создается 8 или 16 близко расположенных генераторов доменов, образующих регистр для записи 8- или 16-разрядных чисел. После того как информация записана в накопитель на ЦМД, она может храниться там сколь угодно долго. Вследствие малого диа­метра ЦМД плотность записи информации достигает 10⁴-10⁵ бит/мм.

Для перемещения ЦМД на поверхность магнитной пленки наносятся пленочные аппликации определенной формы из пермаллоя. В области под магнитной апп­ликацией из-за ее экранирующего действия имеет место ослабление внешнего магнитного поля. Перемещение доменов происходит под действием вращающе­гося магнитного поля, создаваемого двумя взаимно перпендикулярными катуш­ками, токи которых сдвинуты по фазе на 90°. Поле Н_упр создаваемое этими ка­тушками, вращается в плоскости аппликаций и перпендикулярно внешнему полю. Поле Н_упр намагничивает аппликации. Рассмотрим, как происходит перемещение одного из созданных доменов.

На рис. 9.7 показано расположение домена через каждые четверть периода вра­щающегося поля. Предположим, что в момент t = 0 поле Н_упр направлено против оси у. При этом полюсы аппликаций S и N расположены так, как это показано на (рис. 9.7, а), и домен находится под северным полюсом аппликации, так как его южный полюс притягивается к северному полюсу аппликации.

Через четверть периода (рис. 9.7, б) поле Н_упр направлено вдоль оси х. Новое распо­ложение полюсов аппликации вызовет смещение ЦМД вправо по оси х. В момент t = Т/2 (рис. 9.7, в) ЦМД перейдет под полюс N аппликации 2, а в момент t = 3Т/4 домен окажется под северным полюсом аппликации 3 (рис. 9.7, г). Еще через четверть периода (рис. 9.7, д) ЦМД, оставаясь под аппликацией 3, сместится вправо, заняв положение, аналогичное исходному. В запоминающих устройствах происходит одновременное перемещение всей совокупности доменов, образующих регистр.

Для считывания информации применяют устройство, основанное на магниторезистивном эффекте, который заключается в изменении сопротивления пленки при изменении магнитного поля. Если на поверхность магнитной пленки нанести полупроводниковую петлю, обладающую магниторезистивным эффектом, через которую пропускается постоянный ток, то при прохождении ЦМД под петлей изменяется магнитное поле в петле и сопротивление петли. При этом изменяется ток в петле, что соответствует логической единице.

Запоминающие устройства с ЦМД значительно превышают показатели электро­механических устройств (магнитных лент, дисков, барабанов) по надежности, быстродействию, объемам запоминаемой информации, отличаясь малой массой и габаритами и потребляя значительно меньше энергии. С помощью приборов на ЦМД можно создать полный набор логических элементов, из которых строятся сложные логические устройства.