Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 102
Текст из файла (страница 102)
С помощью ЦМД можно реализовать не только схемы записи, но и различного рода логические схемы, а также производить математические действия. Принцип их осуществления основывается на взаимодействии ЦМД из двух или более накопительных регистров. Все перечисленные обстоятельства делают схемы на ЦМД перспективными. В принципе можно создать ЭВМ, все элементы которой будут реализованы ЦМД-схемами. Однако для широкого внедрения ЦМД-устройств необходимо решить ряд сложных технологических и инженерных проблем.
Часть из них уже решена, другие еще ждут своего решения. ф 27.3. Технологические основы ЦМД-устройств Схемы всех ЦМД-устройств основаны на движении цилиндрических магнитных доменов вдоль магнитной пленки. Однако высокая подвижность ЦМД реализуется только в пленках высокого качества. Дефекты, плоские (например, границы кристаллических зерен) и линейные (например, дислокации), приводят к торможению и захвату ЦМД. Поэтому в качестве магнитных пленок-носителей ЦМД следует использовать монокристаллические пленки, не имеющие границ зерен и содержащие не более десяти дислокаций на квадратный сантиметр.
'Толщина пленки не должна превышать 1О мкм. Естественно, что подобные магнитные пленки не могут быть использованы сами по себе из-за их механической неустойчивости. Их выращивают на немагнитных подложках с такой же кристаллической решеткой. В настоящее время создана и надежно работает технологическая схема создания запоминающих устройств на ЦМД, которая включает следующие элементы. 1. Получение для твердотельных подложек кристаллов высокого качества, содержащих не более десяти дислокаций на квадратный сантиметр (напомним, что в кристалле, выращенном без особых предохранительных мер, их число достигает 10ш).
2. Резка кристаллов на пластинки, не нарушающая их качества. 3. Нанесение магнитной пленки на кристаллическую подложку. 4. Создание доменопродвигающих дорожек из магнитного материала. 49! г74 Перспективы ризвития магнитной памяти 5. Создание электронного обрамления, в том числе элементов производства, считывания и анннгиляпии ЦМД. С помощью описанной технологии получены твердотельные устройства с объемом памяти 256 кбит (диаметр ЦМД вЂ” 5 мкм). Создание ЦМД-устройств требует решения тех же задач, что и производство обычных запоминающих устройств: повышения плотности информации и быстродействия, расширения температурного интервала, в котором они работают.
ф 27.4. Перспективы развития магнитной памяти Прежде всего отметим перспективу повышения параметров памяти на ЦМД. Уже в настоящее время промышленность переходит к использованию ЦМД диаметром 3 мкм, и в скором времени, по-видимому, его удастся довести до 1 мкм и меньше. В лабораторных условиях получены образцы магнитных пленок с субмикронными доменами и исследуются их свойства. Переход к приборам с субмикронными ЦМД позволит увеличить плотность записи информации, но потребует решения ряда сложных технических задач.
Во-первых, предстоит разработать технологию нанесения на кристалл аппликаций субмикронных размеров. Это непростая задача. Она может потребовать необычных решений: в частности, роль аппликаций может играть дополнительная магнитная пленка с регулярной доменной структурой, период которой меньше 1 мкм. Во-вторых, предстоит разработать элементы ЦМД-схем, в частности детекторы, аннигиляторы и т.д., способные работать со столь малыми доменами. Одним из важных параметров ЦМД-устройств является быстродействие.
По этому вопросу уже накоплен большой фактический материал и определены основные тенденции. Экспериментальные результаты дают основание ожидать, что сочетание обычных методов управления ЦМД с токовыми позволит повысить быстродействие ЦМД-устройств. Использование ЦМД-устройств при создании динамической памяти имеет большие преимущества: в них, как н в магнитофоне, легко записывать и стирать информацию. Однако нередко возникает необходимость в памяти другого типа, стационарного, в которой, как на патефонной пластинке, информация записывается надолго. Для таких систем перспективен способ записи информации, основанный на перемагничивании отдельных областей пленки из магнитожесткого материала под действием локального разогрева, осуществляемого сфокусированным лазерным пучком.
Размеры последнего и разогреваемой области совпадают. В хорошо сфокусированном лазерном луче радиус пучка несколько больше длины световой волны. Для лазеров, работающих в диапазоне оптических частот (ш 1О'з с '), он составляет порядка 1 мкм. Для осуществления записи пленку, однородно-намагниченную вдоль нормали к ее поверхности, помещают во внешнее магнитное 492 Гл 27 Применение магнитных материалов поле, ориентированное против намагниченности пленки. Его величина, естественно, должна быть меньше, чем величины поля магнитной анизотропии и коэрцетивного поля, так что перемагнитить пленку оно не может.
Пусть под действием лазерного луча происходит локальный разогрев пленки до температуры, превышающей точку Кюри. Охлаждение соответствующего участка пленки во внешнем магнитном поле после отключения лазерного луча приводит к тому, что его намагниченность ориентируется против намагниченности остальных участков. По заранее заданной программе можно таким образом записать определенную информацию. Плотность записи будет достаточно высокой, так как линейные размеры 1 бита информации составляют несколько микрон, а расстояние между отдельными носителями информации порядка десяти микрон. Для того чтобы пленка с доменами, в которых намагниченность ориентирована вдоль нормали к ее поверхности, стала элементом запоминающего устройства, необходимо решить задачу считывания информации. В настоящее время с этой целью применяют лазерный луч сравнительно малой мощности.
При помощи лазерного луча информацию можно считывать на основе различных магнитооптических эффектов. Если для записи применяются прозрачные магнетики (ферриты-гранаты, ортоферриты), то для считывания информации можно использовать эффект Фарадея. Если же информация записана на непрозрачном магнетике (в этом случае перспективными считаются аморфные металлические пленки), то применяется эффект Керра. Благодаря этому эффекту свет, отраженный от доменов с М =. ЛХап и М =- — Мап, по-разному меняет свою поляризацию. Подобное изменение невелико — всего несколько процентов, однако современные оптические устройства позволяют четко распознавать домены с различными значениями намагниченности.
При столь высокой плотности записи информации трудно обеспечить надежное определение координат на пленке каждого бита информации, т.е. считывание не одного бита, а всего текста. Для решения этой сложной задачи предложены два пути: сканирование лазерного луча по магнитной пленке и механическое протягивание пленки мимо лазерного луча. Пока реализован второй путь с использованием особо точных механических систем.
В настоящее время серьезно рассматривается возможность использования для записи информации особого класса магнитных неоднородностей блоховских линий (см. гл. 12). Успешное решение этой задачи позволит резко увеличить плотность записи информации и емкость запоминающих устройств (примерно в сотни раз). Как уже отмечалось, в самих доменных стенках можно выделить плоские домены, различающиеся направлением намагниченности в центре границы. Границы между плоскими доменами, т.е. блоховские линии, представляют собой устойчивые образования. Согласно 274 Перспективы ризвития магнитной ниляти 493 экспериментальным данным вертикальные блоховские линии надежно фиксируются, например, оптическими методами. В первом приближении их можно смоделировать в виде проходящего через пленку прямоугольного параллелепипеда.
Его сторона, параллельная нормали к пленке, равна толщине последней. Одна из сторон основания равна толщине доменной границы хо, а вторая — в несколько раз больше ло. Таким образом, поперечное сечение блоховской линии составляет порядка ~юоз, где с = ъ7Я/3~ - 3 †: 1О. Поскольку жо 1О в см, имеем ~:г~ ~10 " смз. Согласно физике магнитных материалов хо — наименьшая макроскопическая длина в ферромагнетиках, а г,:г„— минимальная площадь устойчивой макроскопически малой неоднородности.
Поэтому вертикальные блоховские линии могут стать кандидатами на роль бита информации при наиболее плотной планарной записи информации в магнитных материалах. Для оценки этой плотности примем толщину пленки равной десятку микрон. Тогда расстояние между доменами составит несколько микрон (например, 5 мкм). Это означает, в частности, что на 1 сма пленки будет приходиться 2 10з доменных границ. Пусть линейные размеры плоских доменов 1расстояние между соседними блоховскими линиями) в десять раз больше линейных размеров блоховских линий, т.
е. равны 10 ' см, или 0,1 мкм. Тогда в каждой доменной границе будет 10з блоховских линий, т.е. бит информации, а всего на пластинке площадью 1 смз 2 1О" линий. Это весьма высокая плотность записи, которая имеет все отмеченные выше преимущества магнитной памяти. При переходе к пленкам с микронными размерами доменов она может быть повышена в несколько раз. Для реализации указанной теоретической возможности нужно решить целый ряд задач, а именно: научиться готовить блоховские линии, т.е. создать их генератор; научиться перемещать блоховские линии по пленке, т.е.
разработать систему их продвижения; научиться считывать записанную таким образом информацию. В заключение хотелось бы отметить возможность создания устройств с объемной записью информации на базе многослойных пленок. Претендентами на роль носителя информации в этом случае являются трехмерные внутриобъемные домены или блоховские точки, т.е. точки пересечения двух различных блоховских линий (см. гл. 12). Таким образом, использование магнитных доменов в перспективных магнитных материалах позволяет создать запоминающие устройства с новыми возможностями и свойствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
