|
| |
|
Главная Журналы ной анизотропией (рис. 6.2.1), вектор намагниченности которых направлен противоположно вектору намагниченности подложки. ЦМД как носители информации занимают очень малую площадь. Плотность записи информации в запоминающем устройстве (ЗУ) составляет примерно 10 бит/см. Такие ЗУ найдут широкое применение в качестве буферной и внешней памяти ЭВМ. Cemus Д7 А-А 2-   Рис. 6.2.1. Кристалл из магии-тоодноосного материала с цилиндрическими доменами: / - подложка; 2 - ЦМД; 3 - магнитное поле рассеяния ЦМД . В современных конструкциях микросборок ЦМД формируют в эпитаксиальных ферритгранатовых пленках с одноосной анизотропией, выращенных на поверхности немагнитных гранатовых подложек. В дальнейшем для упрощения изложения будем рассматривать однослойные подложки из магнитного .монокристалла. При отсутствии внешнего подмагничивающего поля смещения в подложке существуют полосовые домены произвольной формы, разделенные доменными стенками (рис. 6.2.2,а). Суммарные площади противоиоложно намагниченных доменов равны. Если же  Рис. 6.2.2. Влияние постоянного подмагничивающего поля смещения Ясм, направленного перпендикулярно поверхности одноосной магнитной подложки, на форму доменов подложку с полосовыми доменами поместить во внешнее магнитное поле смещения Нем, направленное перпендикулярно ее поверхности, то доменные стенки смещаются. Полосовые домены, у которых вектор намагниченности совпадает с направлением поля смещения, расширяются за счет сужения доменов с противоположной намагниченностью (рис. 6.2.2,6). Дальнейшее увеличение Нем приводит к разрыву полос и образованию доменов цилиндрической формы (рис. 6.2.2,в) при Яем= = Ягр (граница радиальной неустойчивости). С ростом Нем диаметр ЦМД уменьшается. При некотором значении Яем=Якр происходит исчезновение (коллапсирование, аннигиляция) доменов, и подлол<ка становится однородно намагниченной вдоль направления Нем- В диапазоне магнитных полей от НтшНгр до Ятах<1 . <Якр диаметры ЦМД изменяются от rfmax до rfmin- в конструкциях магнитных микросборок рабочее поле смещения Ят1п<Яемраб<Ятах уСТанаВЛИВаЮТ С ПОМОЩЬЮ постоянных магнитов. Рабочий диаметр ЦМД составляет 2,5... 10 мкм. Магнитные .микросборки работают в совокупности с полупроводниковыми ИС, в которых информация представляется в виде напряжений и токов. Для преобразования информации из одной формы в другую применяют генераторы Г и детекторы Д. С помощью генераторов производится локальное зарождение ЦМД под воздействием управляющих импульсов тока h, пропускаемых по токовой аппликации в виде петли из металлической пленки (рис. 6.2.3), расположенной на поверхности однородно намагниченной подложки (для получения однородной намагниченности необходимо поднять Нем выше Якр и установить Нем раб). Генерзция ЦМД произойдет в том случае, если управляющим током будет создано локальное размагничивающее поле Ялг>Якр. При этом в области под аппликацией подложка полностью перемагничивается и образуется ЦМД с противоположной намагниченностью. 
Рис. 6.2.3. Генератор ЦМД: 1 - токовая аппликация; 2 - изолирующая пленка; 3 - феррнтгранатовая эпитаксиальная пленка; 4 - гранатовая подложка; 5 - ЦМД; 6 - пер-маллоевая шевронная аппликация для ввода ЦМД в ниформаднонный канал  Тактируемое (управляемое) перемещение ЦМД в плоскости кристалла происходит в информационных каналах. Для сдвига ЦМД в определенном направлении необходимо создать у его границы градиент магнитного поля. Доменные стенки, а следовательно и ЦМД, перемещаются в направлении уменьшения магнитного поля, стремясь занять положение с минимальной свободной энергией. От градиента магнитного поля зависит скорость перемещения домена. Величина градиента ограничивается областью допустимых значений Ят1п • • - Яшах- Для перемещения ЦМД .на поверхности подложки формируются магнитостатические ловушки в виде токовых контуров (рис. 6.2.4,а) или пермаллоевых (рис. 6.2.4,6) аппликаций. Наиболее широко применяют пермаллоевые аппликации. Под действием вращающегося в плоскости подложки управляющего магнитного поля Ну аппликации намагничиваются в направлениях с. минимальным размагничивающим фактором (размагничивающий фактор минимальный в направлении максимального размера апплика- и   /"см ра5   Ко» ра J, Рнс. 6.2.4. Конструкции токовой (а) и пермаллоевой (б) .магнитостатических ловушек и соответствующие и.м распределения локальной компоненты магнитного поля Ялг: / - подложка; 2 - токовая петля; 3 - ЦМД; 4 - пермаллоевая аппликация. мд, mj, ~ векторы намагниченности атгликации и подложки ции). Намагниченная пермаллоевая аппликация кратковременно выполняет роль постоянного магнита, создающего локальное магнитное поле Нлг, уменьшающее Нем раб у положительного «магнитного заряда». В информационном канале (рис. 6.2.5) ЦМД как бы отслеживает перемещение «магнитной я.мы» при вращении управляющего магнитного поля, создаваемого токами в управляющих катушках, расположенных под углом 90°. Информационный канал выполняет роль дина.мического регистра сдвига. Ячейке регистра соответствует область канала с одной шевронной аппликацией (рис. 6.2.5,6). Здесь в явной форме используется принцип минимизации различимых элементов конструкции. Для считывания ЦМД используют магниторезисторный эффект, эффект Холла и магнитооптический эффект Фарадея. Наиболее широкое применение нашли магниторезисторные детекторы (датчики) (рнс. 6.2.6). Под воздействием внешнего магнитного поля домена (см. рис. 6.2.1) изменяется удельное сопротивление р магнитной пленки с током /д, в которой ось легкого намагничивания совпадает с направлением тока (рис. 6.2.6,а). Радиальная составляющая магнитного поля домена намагничивает пленку дат- чика вдоль оси трудного намагничивания, которая расположена под углом 90° к направлению тока. При этом происходит максимальное изменение удельного сопротивления пленки. Сигнал, фиксирующий прохождение домена под пленкой датчика, представляет собой изменение напряжения AU=IJAR, обусловленное изменением сопротивления пленки на величину AR. Ячейка, регистра -+--1    Рис 62 5 Перемещение доменов в схемах на Г-/-образных (а) и шевронных (б, в) аппликациях С помощью группы параллельно расположенных аппликаций fOHC 626 6) возможно более чем 100-кратное удлинение домена и соответствующее увеличение его поля рассеяния, что позволяет Рис 6.2.6. Магниторезисторные датчики: прямоугольный (а) и с растягиваю- щими. шевронными аппликациями (б): ; - пермаллоевая пленка; i - металлические контакты; 3 - ЦМД; -(-полосовой домен   существенно повысить чувствительность датчика. Дифференциальное включение датчиков позволяет исключить постоянную составляющую выходного напряжения и помехи от вращающегося управляющего поля Н-у. Для расщепления доменов (деления на две части) используют делители-репликаторы Р. Процесс деления осуществляется в две стадии. На первой ЦМД преобразуется (растягивается) в короткий полосовой домен, например с помощью локального размагничивающего поля -Нлгь на второй - растянутый домен разрезают с помощью локального магнитного поля -f Нлг2, совпадающего с направлением Нем раб- При этом Я= см раб~-Ялг2Якр. В конструкции репликатора с шевронными аппликациями (рис. 6.2.7) для растяжки полосового домена и для разрезания домена гантельной формы в токовую петлю в определенные моменты времени, согласованные с направлением Ну и положением домена, подаются импульсы тока -/pi и -f/р2 соответственно. При этом концы растянутого домена охватывают верхний и нижний информационные каналы. ""i:: S&2    Рис. 6.2.7. Иллюстрация деления домена в репликаторе на шевронных аппликациях Для разрушения (поглощения) ЦМД применяют аннигиляторы (А). Простейшая конструкция аннигилятора представляет собой токовую петлю, в которую сначала подают ток -/аь создающий «магнитную яму» для захвата ЦМД, а затем ток -f/a2, с помощью которого создается локальное магнитное поле, достаточное для коллапсирования домена (Яемраб+Ялг2>Якр). В устройствах на ЦМД одна и та же токовая петля ib зависимости от направления и значения тока может выполнять роль как генератора, так и аннигилятора. Наиболее широкое применение ЦМД нашли в ЗУ, которые характеризуются высокой плотностью размещения информации (>10® бит/см), малой потребляемой мощностью (1 мкВт/бит), достаточно высоким быстродействием, (частота тактирования т~250...500 кГц), низкой стоимостью, достаточно широким диапазоном рабочих температур (-50 ...-f 60° С). Для доменных ЗУ с большой информационной емкостью характерна организация последовательно-параллельного типа (рис. 6.2.8). В ЗУ общим регистром ввода - вывода Ргв-в и группой регистров хранения Ргхр (рис. 6.2.8,а) при записи информации генератором Г генерируются ЦМД и последовательно заносятся в Ргв-в, а затем с помощью переключателя обмена (ПО) параллельно переносятся в Ргхр. При считывании, наоборот, информация из Ргхр параллельно переносится в Ргв в и последовательно считывается в детекторе (Д) без дублирования или с дублированием при необходимости сохранения информации. Недостатком данной организации ЦМД ЗУ, является достаточно большое время циклов записи и считывания. ----Л Ипформщи-онные блони Рис. 6.2,8. Организация ЦМД ЗУ с регистром ввода -вывода (Ргв-в) и регистрами-хранения информации Ргхр (а) и с блочным копированием (б) Для повышения быстродействия ЦМД-ЗУ применяют раздельные регистры ввода Ргвх и вывода Ргвых информации (рис. 6.2.8,6). В таком ЗУ с помощью переключателя-репликатора (ПР) информацию считывают без разрушения. Структура кристалла и конструкция микросборки ЦМД-ЗУ представлены на рис. 6.2.9, 6.2.10. Медная пластина (5) в конструкции микросборки выполняет роль электростатического экрана для чувствительного к помехам устройства считывания. Корпус (8) имеет магнитный экран (9) из пермал- у лоя, который одновременно выполняет роль магнитопровода для внешнего магнитного ЙйййШЩ" поля постоянных магнитов (6, 7). шШшЖ--* Рис. 6,2.9. Структура ЦМД-кристалла: I - ЦМД; 2 - монокристаллнческая феррнтгранатовая эпитаксиальная пленка; 3 - немагнитная гранатовая монокристаллнческая подложка; 4 - токовые шнны; 5 - слой двуокнсн кремния; 6 - пермаллоевые аппликации; 7 - защитный слой ннтрнда кремния 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 |
||||||||||||||||||||