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 Нтin 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 Нmax 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 Нпет направленное противоположно внешнему полю Нвн. При этом образуется ЦМД с противоположной по отношению к Нвн 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 Нупр создаваемое этими катушками, вращается в плоскости аппликаций и перпендикулярно внешнему полю. Поле Нупр 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 Нупр 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 Нупр 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.