автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Магнитостатическое взаимодействие низкокоэрцитивных объектов в микроэлектронных устройствах

ОАО ЭЛМА

На правах рукописи УДК 539.216.22.538

СКИДАНОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

МАГНИТОСТАТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НИЗКОКОЭРЦИТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ В МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВАХ

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА-2004

Работа выполнена в ОАО ЭЛМА, Москва, Зеленоград

Официальные оппоненты: Ильяшенко Евгений Иванович - доктор технических наук Попков Анатолий Федорович - доктор физико-математических наук Червоненкис Андрей Яковлевич - доктор физико-математических наук

Ведущая организация: ФГУП «НПО «ОРИОН», г. Москва

Защита состоится /3 2004 г. на заседании Диссертационного

совета Д 217.011.01 при НИИ физических проблем им. Ф.В.Лукина

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИФП. Тел. 531-46-73

Автореферет разослан Я £ 2004 г.

Я

Ученьш секретарь

диссертационного совета

Актуальность проблемы

Рост информационных потоков, миниатюризация функциональных устройств требуют соответствующего прогресса в повышении плотности магнитной записи информации и уменьшения габаритов магнитных компонентов электронной техники.

Принципы работы подавляющего большинства магнитных приборов основаны на магнитостатическом взаимодействии магнитных объектов. Расчет характеристик приборов встречает серьезные трудности, когда во взаимодействии участвуют объекты с коэрцитивной силой, сравнимой и меньшей по величине, чем действующие магнитные поля. В этом случае взаимодействие объектов вызывает изменение распределения намагниченности в каждом из них. Это обстоятельство заставляет решать довольно сложную самосогласованную задачу даже для двух объектов в пределе нулевой коэрцитивной силы. С учетом же коэрцитивных свойств объектов и (или) с увеличением числа объектов расчет параметров взаимодействия представляется совсем проблематичным. Поэтому особую ценность имеют экспериментальные данные о процессах намагничивания взаимодействующих объектов.

Уменьшение размеров сопровождается уменьшением полей рассеяния и, как правило, ростом коэрцитивной силы магнитных элементов. Теоретически оценено, что переход к монодоменному состоянию (в отсутствие внешнего поля) ферромагнитной частицы происходит в области размеров 10 нм, когда магнитостатическое взаимодействие становится слишком малым, чтобы разорвать обменную связь.

В промежуточной области размеров между макроуровнем и нанометровым диапазоном имеется большое число разнообразных несистематизированных данных о процессах намагничивания и взаимодействии объектов. Изучение магниторези-стивного отклика пермаллоевых меандров показало, что наиболее быстрый рост коэрцитивной силы микроэлементов происходит в области размеров w<10 мкм. Однако в микронной области практически отсутствовали фундаментальные систематические данные о механизмах намагничивания микрообъектов, влиянии их друг на друга в зависимости от расположения и взаимной ориентации. Вместе с тем, в последние годы прогресс в разработках запоминающих устройств (как магнитоме-ханических, так и магнитоэлектронных), логических устройств (в том числе систем искусственного интеллекта), магнитных датчиков различного назначения, а также развитие магнитной силовой микроскопии обусловили необходимость изучения характеристик магнитостатического взаимодействия для элементов с размерами 110 мкм.

Наибольший интерес к намагничиванию частиц микронных размеров был вызван разработкой запоминающих устройств (ЗУ) на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), применяемых в качестве внешней памяти для вычислительной техники, работающей в сложных условиях эксплуатации, а также магниторези-стивных датчиков для считывания информации в дисковых ЗУ. При том задача повышения плотности записи информации в магнитоэлектрической памяти до

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СП»тер4«г/*Л/ ОЭ КЛ^иЬ/1 ,

уровня более 1 Мбит/см2 вызвала потребность фундаментального изучения процессов намагничивания плотноупакованных массивов пермаллоевых аппликаций, в том числе сложной асимметричной формы.

В последние годы разработаны алгоритмы применения матричной структуры ЗУ ЦМД для построения ассоциативных ЗУ и нейрокомпьютеров, реализующих в одном устройстве функции внешней памяти и обучающего и распознающего контроллеров. Система искусственного интеллекта на основе такой памяти с плотностью записи не менее 1 Мбит/см2 позволит приступить к созданию обучаемых роботов, предназначенных для работы в тяжелых условиях эксплуатации, в том числе в зараженных радиоактивными отходами зонах. Для нейроподобных устройств необходимо разработать функциональные узлы, реализующие логические функции на основе домен-доменного взаимодействия ЦМД. Ранее предпринимавшиеся попытки разработать логические узлы на ЦМД на основе взаимодействия нескольких магнитных объектов (доменов и аппликаций) закончились неудачей.

В последнее десятилетие развитие получили методы силовой микроскопии, применяемые и при исследовании магнитной структуры микро- и нанообъектов. При этом возникают значительные методические сложности при интерпретации полученных данных из-за отсутствия информации о взаимном влиянии объекта исследования и измерительного средства - намагниченного кантилевера.

Таким образом, актуальность данной работы определяется потребностью развития микроэлектронных магнитных устройств различного назначения, в том числе разработкой изделий с новыми качественными возможностями и характеристиками и, с другой стороны, отсутствием систематизированных данных о процессах намагничивания и магнитостатического взаимодействия магнитных объектов микронных размеров.

Целью данной работы стало экспериментальное изучение закономерностей взаимодействия магнитных микрообъектов, поля рассеяния которых сравнимы с коэрцитивной силой, изменения коэрцитивных свойств микрочастиц в зависимости от их формы и взаимного расположения, разработка на основе проведенных исследований принципов построения магнитных микроэлектронных устройств с новыми свойствами.

Научная новизна

1. Разработаны оригинальные методы экспериментального исследования взаимодействия взаимно намагничивающих низкокоэрцитивных магнитных микрообъектов, распределения магнитного поля в окрестности намагниченных аппликаций произвольной формы. Разработанные методы позволили получить новую информацию о процессах намагничивания взаимодействующих микрообъектов.

2. Впервые экспериментально установлены ранее неизвестные закономерности формирования петли гистерезиса массивов магнитных микрочастиц из материала с малой коэрцитивной силой в зависимости от геометрических размеров частиц и

их взаимного регулярного расположения. Впервые показана роль магнитостатиче-ского взаимодействия между частицами в процессах намагничивания массивов низкокоэрцитивных частиц. Предложены способы прямого управления параметрами петли гистерезиса посредством варьирования геометрическими размерами в массиве микрочастиц.

3. Исследованы распределения магнитного поля рассеяния в окрестности микромагнитных аппликаций. Впервые обнаружена сложная структура поля рассеяния магнитной аппликации, позволившая объяснить ранее наблюдавшиеся аномалии во взаимодействии магнитных микрообъектов. На основе проведенных исследований разработаны новые асимметричные элементы управления доменами для ЗУ ЦМД с плотностью записи 256К-4М/см2 с характеристиками, превосходящими характеристики известных ранее элементов управления.

4. Изучено взаимодействие перекрывающихся аппликаций, сформированных в двух слоях. Впервые разработан полный набор функциональных узлов из двухслойных элементов для управления доменами в ЗУ ЦМД со сниженными вдвое технологическими нормами по пространственному разрешению.

5. Исследованы особенности домен-доменного взаимодействия в одноосных ферримагнетиках. Впервые разработаны логические функциональные узлы для магнитных нейросхем на цилиндрических магнитных доменах.

6. Получены закономерности анизотропного взаимодействия доменов с полем неоднородного механического напряжения в одноосном пленочном ферримагнети-ке. Впервые показана роль магнитостатической составляющей взаимодействия, обусловленной намагничиванием имплантированного слоя феррит-гранатовой пленки.

Практическая ценность

Практическая значимость диссертационной работы обусловлена использованием результатов работы в разработке новых микроэлектронных устройств и применением разработанных конструкций в выпускаемых приборах:

1. Экспериментальные методы исследования взаимодействия могут быть использованы для изучения любых магнитных микрообъектов и процессов их взаимодействия, а также при разработке методик исследований магнитной структуры на основе силовой магнитной микроскопии. Разработанные способы измерения в настоящее время находят применение при изучении распределения поля рассеяния неферромагнитных объектов, например, токов в сверхпроводящих микроэлементах, токов Фуко в металлах.

2. Возможность управления коэрцитивными свойствами микроаппликаций позволила создать действующие экспериментальные образцы датчиков магнитного поля с памятью, среды для записи магнитной кодовой информации с защитой от копирования на физическом уровне.

3. Процесс бескоэрцитивного намагничивания микроаппликаций использован при создании экспериментальных образцов преобразователя мощность-напряжение

для бесконтактного измерителя потребляемой электрической мощности. Изготовленные образцы преобразователей показали отсутствие нарушения работоспособности после 10-кратной перегрузки, характерного для известных аналогов данного типа приборов.

4. Применение методик диагностики функционально слабых узлов, измерения минимального поля генерации доменов, управления функциональными узлами импульсами напряжения вместо токовых импульсов позволило модернизировать конструкции и технологические процессы изготовления серийно выпускаемых (256К) и разработанных (1М-4М) ЗУ ЦМД, кардинально улучшить надежность работы устройств, расширить температурный диапазон функционирования и повысить выход годных в действующем производстве с 5 до 50 %.

5. Экспериментальное моделирование фотолитографического искажения формы элементов позволили определить требования к технологическому процессу изготовления и предельные характеристики магнитных микроэлектронных устройств для данного уровня литографии. С помощью технологии самосовмещения изготовлены работоспособные функциональные узлы для чипов ЗУ ЦМД с плотностью записи 4 М/см2.

6. Функциональные узлы магнитных нейросхем на основе домен-доменной логики могут быть использованы при разработке обучаемых промышленных роботов, предназначенных для работы в сложных условиях эксплуатации, а также пороговых сумматоров различного назначения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новые экспериментально обнаруженные гистерезисные свойства магнито-мягких пермаллоевых аппликаций в микронном диапазоне геометрических размеров. Показано, что при ширине аппликации меньшей характерного размера домена в сплошной пленке коэрцитивная сила массива протяженных аппликаций обратно пропорциональна ширине аппликации и плотности расположения аппликаций в упорядоченном массиве.

2. Механизм и физическая модель перемагничивания массива протяженных пермаллоевых микроаппликаций, в соответствии с которыми перемагничивание происходит из устойчивого квазинасыщенного состояния с замыкающими доменами вблизи торцов аппликаций посредством распространения обратной фазы намагниченности вдоль длинных границ аппликаций. Параметры петли гистерезиса при этом определяются магнитостатическим отталкиванием вновь образующихся параллельных доменных границ в массиве аппликаций.

3. На основе полученных данных о коэрцитивных свойствах микроаппликаций разработаны конструкции и изготовлены действующие образцы новых видов бескоэрцитивных датчиков магнитного поля, датчиков с запоминанием поля и запоминающей среды с защитой информащга на физическом уровне.

4. Экспериментальные методы исследования энергии взаимодействия магнитных микрообъектов и распределения полей рассеяния намагниченных

микроаппликаций, основанные на применении в качестве средства измерения цилиндрических магнитных доменов.

5. С помощью оригинальных экспериментальных методов впервые построены распределения поля рассеяния в окрестности пермаллоевых аппликаций микронных размеров. На основе изучения полей рассеяния и гистерезисных свойств аппликаций сложной односвязной формы разработаны и внедрены в серийное производство новые управляющие структуры для ЗУ ЦМД с плотностью записи 256К-1М/см2, вдвое превосходящие по быстродействию и энергопотреблению имеющиеся аналога. Разработана принципиально новая элементная база для поколения ЗУ с плотностью записи 4М/см2 на основе взаимодействия ЦМД с аппликациями, расположенными в двух слоях.

6. Механизм взаимодействия ЦМД с областью неоднородного механического напряжения вблизи границ немагнитной металлизации на поверхности феррит-гранатовой пленки, заключающийся в суперпозиции магнитостатического взаимодействия с намагниченной областью имплантированного слоя и сцепления доменной стенки ЦМД с максимумом напряжения в основной части феррит-гранатовой пленки.

7. На основе изучения магнитостатического домен-доменного взаимодействия впервые разработан полный набор логических узлов для аппаратной реализации магнитного нейрокомпьютера, предназначенного для решения задач искусственного интеллекта в сложных условиях эксплуатации роботов.

Апробация работы

- Результаты диссертации докладывались на всесоюзных и международных семинарах и конференциях: IV Всесоюзном семинаре "Физические свойства и применение ЦМД в приборостроении", Москва, 1980 г., VI Международной конференции по ферритам, Токио, 1986 г. .Всесоюзном семинаре "Элементы и устройства на ЦМД и ВБЛ", Симферополь, 1987 г., Всесоюзной школе-семинаре "Доменные и магнитооптические запоминающие устройства", Кобулсти, 1987 г., Всесоюзной научно-технической школе "Устройства хранения информации в информационных и вычислительных системах", Таллин, 1989 г., X Всесоюзном объединенном семинаре по проблемам ЦМД/ВБЛ, Симферополь, 1991 г., Международном симпозиуме RNNS/IEEE по нейроинформатике и нейрокомпьютерам, Ростов-на-Дону, 1992 г., XIV, XVI и XVII Международных школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Москва, МГУ, 1994, 1998 и 2000 гг., Евро-Азиатском симпозиуме "Trends in magnetism", Екатеринбург, 2001 г., Международной выставке по магнитооптической визуализации, г. Берген, Норвегия, 2003 г.

По материалам диссертации опубликовано 29 работ. По результатам разработок получено 10 авторских свидетельств и 2 патента РФ на изобретения.

Содержание работы

Диссертация состоит из 7 глав, введения, заключения и приложений. Объем диссертации составляет 273 стр. с рисунками. Список литературы включает 213 наименований работ.

Во введении сформулированы основные проблемы, решению которых посвящена диссертационная работа, обоснованы актуальность, научная новизна, практическая ценность и цель работы. Представлено краткое резюме содержания работы по главам и перечислены основные результаты диссертационной работы.

В первой главе сделан обзор состояния исследований и разработок микроэлектронных устройств с размерами элементов 1-Ю2 мкм к началу работы над диссертацией, рассматриваются методы исследований процессов намагничивания и характеристик взаимодействия магнитных микрообъектов. Приведены основные результаты исследований процессов намагничивания одиночных аппликаций и массивов тонкопленочных аппликаций из пермаллоя 80Ni-20Fe. Анализ литературных данных показывает, что несмотря на большое количество работ, посвященных данной проблеме, систематические данные о влиянии геометрических размеров объектов на их параметры коэрцитивного перемагничивания в микронной области размеров отсутствуют. При этом изучены петли гистерезиса маесси-ва невзаимодействующих пермаллоевых аппликаций в субмикронной области и показано, что коэрцитивная сила аппликаций превышает 102 Э.

Многочисленные исследования посвящены изучению доменной структуры пленочных аппликаций в микронной области размеров. Получены многообразные кон-фшурации доменной структуры, однако общие закономерности изменения коэрцитивных свойств с изменением размеров не установлены. Осталось вне поля зрения и влияние взаимного магнитосгатического взаимодействия аппликаций в массиве на параметры петли гистерезиса при перемагничивании массива внешним полем.

Рассматриваются характеристики тонкопленочных магнитных датчиков. Показано, что главной нерешенной проблемой остается гистерезис перемагничива-ния пермаллоевого меандра, что существенно ограничивает область применения магниторезистивных датчиков. Показано, например, что такие датчики нельзя использовать в бесконтактных счетчиках электроэнергии, из-за процессов размагничивания после высокой перегрузки знакопеременным полем (током).

В последнее десятилетие быстрое развитие, в том числе в области магнитной микроэлектроники, получили методы силовой микроскопии (МСМ). МСМ позволяет изучать поля рассеяния магнитных объектов с высоким (< 1 мкм) пространственным разрешением. Кроме применения в качестве инструмента исследования, МСМ способно эффективно решить задачу считывания плотно записанной информации с магнитного носителя. Применение МСМ для количественных исследований полей рассеяния микро- и нанообъектов встречает ряд трудностей и ограничений. В таких экспериментах участвует два магнитных объекта, каждый из которых характеризуется, как правило, значительной нелинейностью и обладает

коэрцитивными свойствами. Большой проблемой является отличить проявления таких свойств объекта исследования от характеристик инструмента (кантилевера). В то же время имеется настоятельная потребность изучения магнитной структуры низкокоэрцитивных объектов с малой намагниченностью, в том числе магнитных гетероструктур с гигантским магниторезистивным эффектом и ее поведения в низких полях. Для этого необходимо разработать магнитомягкие кантилеверы с нулевым магнитным моментом в нулевом поле и бескоэрцитивной зависимостью собственной намагниченности от внешнего поля. Нужно иметь тестовые магнитомягкие объекты для изучения намагничивания объекта кантилевером, а также средства для исследования линейности отклика на различные воздействия и калибровки канти-леверов по полю.

Проведен анализ развития конструкции основного элемента хранения и перемещения информации в ЗУ ЦМД. Проанализированы трудности на пути повышения плотности записи информации и обеспечения надежности ЗУ. Показано, что как теоретические, так и экспериментальные методы, описанные в литературе к началу данной работы, не позволяли с достаточной полнотой и достоверностью определять профиль самосогласованной потенциальной ямы пермаллоевой аппикации и анализировать функционирование элементов управления доменов на основании данных о распределении действующего на ЦМД размагничивающего поля аппликаций И

Сделан обзор механизмов нарушения работоспособности кристаллов ЗУ ЦМД, связанных с топологическим пересечением двух функциональных

слоев - токовых шин и пермаллоевых аппликаций в ключах ввода-вывода информации. Показано, что имевшиеся данные не позволяли разделить различные механизмы нарушения работоспособности кристаллов, в частности, отделить магнито-стрикционные явления в феррит-гранатовой пленке от паразитных размагничивающих полей в местах разрыва пермаллоевого слоя.

Показана возможность реализации нейросхем на основе матричных магнитных ЗУ при условии реализации логических функций на основе магнитостатического домен-доменного взаимодействия. Проведен критический анализ предлагавшихся ранее конструкций элементов, реализующих логические функции на цилиндрических магнитных доменах. Установлено, что описанные в литературе конструкции не могут служить основой для разработки магнитных логических устройств.

Во второй главе описаны разработанные автором оригинальные экспериментальные методы оценки энергии взаимодействия магнитомягких микрообъектов, измерения полей рассеяния микроаппликащш, метод магнитооптического исследования массивов аппликаций.

Для изучения процессов намагничивания массивов пермаллоевых микроаппликаций использован экваториальный эффект Керра - изменение интенсивности отраженного неполяризованного света, падающего на поверхность пленки под углом 45° в плоскости перпендикулярной внешнему магнитному полю.

Для количественного измерения поля рассеяния намагниченных микроаппликаций с размерами ~ 1x10 мкм2 удобно применять локализованные

цилиндрические магнитные домены в ионноимплантированных эгаггаксиальных феррит-гранатовых пленках с перпендикулярной анизотропией. ЦМД в имплантированных ионами N0* пленках характеризуются величиной поля коллапса Н«,!, которая определена с точностью не хуже 1 Э и представляют метрологическое средство для измерения локального магнитного поля. Диаметр ЦМД может варьироваться от 10 мкм до 0,2 мкм, при этом имеются возможности его визуального наблюдения во всем диапазоне размеров. Для расширения диапазона измеряемых полей ЦМД могут быть локализованы в магнитостатических ловушках, образованных, например, намагниченными пермаллоевыми аппликациями. При этом диапазон измерения может быть расширен в несколько раз по сравнению с диапазоном существования свободного цилиндрического домена.

Приводятся результаты измерения поля рассеяния аппликаций, полученные с помощью методики коллапса ЦМД в окрестности аппликации. Описаны результаты измерений кривых намагничивания аппликаций, в том числе сложной формы, с помощью упрощенной методики по изменению величины поля коллапса ЦМД.

Решением задачи о взаимодействии двух магнитомягких объектов (например, ЦМД с ненасыщенной во внешнем поле Нр аппликацией) можно считать функцию U(x) - зависимость энергии системы от взаимного расположения объектов. Определение профиля U(x) основано на измерении внешней силы, необходимой для сдвига домена из положения равновесия на заданное расстояние. Внешняя сила создается однородным градиентом поля смещения с помощью токов, протекающих в одну сторону в параллельных шинах, между которых располагаются взаимодейств)тощие объекты. Центр ЦМД смещается из положения равновесия в потенциальной яме в новое положение равновесия Хо, в котором внешняя сила Рен уравнивается возвращающей силой потенциальной ямы:

сШМх =-Р,н = -гМЬБНь где 8 - площадь ЦМД в плоскости ЭФГП.

Измерив (Ш/<1х для набора возможных значений хо, а затем, интегрируя полученную зависимость Р(\о), можно получить профиль потенциальной ямы Щх) в направлении перпендикулярном токовым шинам. Изменение диаметра домена при его смещении из положения равновесия должно быть обусловлено только полем рассеяния аппликации. Обеспечение условия ДНь(Хо)=0 в данной схеме измерений позволяет получить точное экспериментальное решение самосогласованной задачи о взаимодействии ЦМД-аппликация. Такое условие обеспечивается перераспределением токов в шинах:

ДНь(х)=1/2л[21х/(аМ2)-2А1/21*1п(а+1)/(а-1)], где 21 - ширина шины, а - расстояние между осями симметрии шин. Суммарный ток 2} определяет величину градиента Цгас1Нь==1/271*21/(а2-12), смещающего ЦМД из положения равновесия. Отношение А Л} опреттеляет положение ттентпя ТТМП Хл. глс ЛНь=0."

Хо=(а2-12)/21*1п[(а+1)/(а-1)]ДШ=1/а*ДШ,

где - разность токов в шинах.

Глубина потенциальной ямы может быть определена из соотношения

и0(г0)=2ММ[Нь2(8)-Ны(8)]а5

Данная методика может быть с успехом применена в магнитной силовой микроскопии для калибровки кантилеров по магнитному полю. В данном случае роль ЦМД выполняет магнитомягкий кантилевер, магнитный момент которого направлен нормально к исследуемой плоскости. При этом имеется возможность исследования влияния боковой компоненты внешнего поля, поскольку в пространстве между шинами она полностью отсутствует, а над каждой шиной практически постоянна вдоль ширины шины. Вместо площади ЦМД при взаимодействии с исследуемым объектом изменяется степень намагничивания кантилевера. Возникающую при этом силу можно точно измерить, например, компенсационным способом с помощью описанной здесь методики. Это позволит не только качественно характеризовать топологию, но и определить величины полей размагничивания исследуемых объектов. Такая возможность представляется весьма важной, поскольку в настоящее время нет других способов определять локальные поля размагничивания низкокоэрцитивных объектов.

Использование цилиндрических магнитных доменов малых размеров вблизи поля коллапса в качестве чувствительного элемента позволяет изучать распределение z-компоненты Нг(х,у) краевого поля магнитного объекта без изменения его магнитного состояния размагничивающим полем чувствительного элемента. Последнее обеспечивается малым диаметром ЦМД вблизи коллапса в потенциальной яме (порядка 0^, где d - равновесный диаметр) и относительно малой величиной намагниченности насыщения феррит-гранатовых пленок. Сущность метода определения состоит в том, что измеряется величина изменения поля коллапса ЦМД, находящегося в магнитостатической ловушке (МСЛ) пробной аппликации, расположенной возле исследуемой аппликации, по отношению к величине поля коллапса ЦМД находящегося в МСЛ такой же пробной уединенной аппликации.

Измерены профили МСЛ аппликащш с различными размерами. Показано, что аппликация с размерами 0,35x2,5x20 мкм имеет практически радиально симметричную МСЛ. Z-компонента в МСЛ имеет выпуклую форму и спадает до нуля на расстояниях порядка нескольких w, где w- ширина аппликации.

Обнаружено, что вне аппликации глубина МСЛ растет с удалением аппликации от феррит-гранатовой пленки (с ростом спейсера). Соответственно растет и влияние аплликаций на поведение доменов на соседних аппликациях, что можно использовать для построения логических узлов для магнитных нейросхем.

Изучены условия замыкания магнитного потока в аппликациях сложной формы, а также влияния микронного зазора на замыкание магнитного потока между двумя аппликациями. Установлено, что намагничивание перпендикулярного участка не вызывает эффективного углубления МСЛ на конце аппликащш, имеющей форму прямого угла, за исключением МСЛ, обусловленной остаточной намагниченностью. Это означает, что замыкание магнитного потока по изогнутой на 90 град, аппликации эффективно происходит только в малых полях (и сильнее всего сказывается для

остаточной намагниченности) в случае, если аппликация представляет угол. Для аппликаций Ь- и Т-типа, намагниченных вдоль вертикального участка, горизонтальная балка является растекателем магнитного потока. В общем случае показано, что перпендикулярный внешнему полю отрезок аппликации изогнутой формы не является препятствием для замыкания магнитного потока в широком диапазоне величин намагничивающего поля только в том случае, если с обеих сторон он имеет участки параллельные полю.

Таким образом, в данной работе впервые разработаны: метод измерения профиля самосогласованной потенциальной энергии взаимодействия двух взаимно-намагничивающих объектов в зависимости от их взаимного расположения, метод измерения распределения поля рассеяния в окрестности намагниченных ферромагнитных аппликаций, изучены закономерности намагничивания толстых (толщина более 0,1 мкм) пермаллоевых аппликаций, в том числе сложной формы для анализа характеристик элементов в микроэлектронных магнитных устройствах.

В третьей главе приводятся результаты исследований процессов намагничивания одиночных аппликаций и массивов аппликаций, связанных магнитостати-ческим взаимодействием. Рассматриваются закономерности изменения формы петли гистерезиса в зависимости от формы, размеров и взаимного расположения аппликаций в массивах.

Для исследования процессов перемагничивания узких аппликаций с шириной w в микронной области использовались пленки пермаллоя 80М-20Бе и 89№-11 Бе толщиной 25-150 нм с начальной коэрцитивной силой, составляющей соответственно Нс~1 Эи Н0~5 Э. Пленки из пермаллоя 80М-20Бе одноосны в плоскости. Коэрцитивная сила указана для перемагничивания вдоль легкой оси. Поле анизотропии пленок (поле насыщения при бескоэрцитивном намагничивании вдоль трудной оси) составляло 3-5 Э. Пленки из пермаллоя 89№-1 Ше изотропны. Аппликации выстроены в ряды с зазорами g в диапазоне 1-12 мкм. Отношение длины к ширине варьировалось в диапазоне 3-100. Внешнее магнитное поле Нр прикладывалось вдоль аппликаций.

Установлено, что рост коэрцитивности с уменьшением ширины аппликаций лу начинается при лу ~200-300 мкм, что сравнимо с размерами плоскостных доменов в сплошной пленке пермаллоя. Вплоть до \\'-20 мкм рост коэрцитивности происходит весьма медленно, а затем растет в соответствии с законом Н,;~ 1/\у, так что максимальная кривизна зависимости Нс(\у) соответствует мкм. Из графика на рис. 1(1) видно, что рост коэрцитивности носит устойчивый характер. При этом следует отмстить, что для низкокоэрцитивных пленок данная зависимость практически совпадает для аппликаций, вырезанных вдоль легкой и вдоль трудной осей.

Совершенно иная ситуация наблюдается для пермаллоя 89№-11Ре с начальной коэрцитивностью 3,5-5 Э. Из рис. 1(2) видно, что в этом случае размеры аппликаций практически не влияют на процесс перемагничивания.

Петли гистерезиса исследуемых массивов имеют отчетливо выраженную форму параллелограммов. При этом величина критического поля Но-, которая соответствует резкому перелому в петле гистерезиса, и наклон параллелограмма полностью

определяются геометрическими параметрами массива: шириной w, толщиной h и плотностью расположения аппликаций (характеризуемой зазором g). Форма петли приближается к прямоугольной с ростом коэрцитивности, когда уменьшаются толщина ^ ширина w аппликаций и их плотность в массиве. Примеры влияния плотности расположения аппликаций и толщины пленки на форму петли гистерезиса показаны на рис. 2, 3 и 4, из которых видно, что вариацией различных геометрических размеров можно почти независимо управлять величинами поля перелома, коэрцитивной силы, и поля насыщения петли гистерезиса массива.

Установлено, что определяющею роль в процессе перемагничивания играет размагничивающее поле на краях аппликаций. В отличие от известной модели доменной структуры Ландау-Лифщица основной объем аппликации намагничен до насыщения, сети В поле параллельном намагниченности доменные области у торцов обра-

тимо сжимаются. Во внешнем поле, направленном противоположно намагниченности массива, области вблизи краев аппликаций, занятые доменами, обратимо расширяются, пока величина обратного поля не превысит значение Ц, для данного массива. При Нр=Нс образуется два домена обратной фазы вдоль длинных границ аппликаций, распространяющиеся навстречу друг другу с ростом обратного поля. Доменные стенки вновь образованных границ магнитостатически отталкиваются. При этом возникает скачок магнитостатической энергии, поскольку на границе между доменами изменение намагниченности равно 2М (по сравнению с изменением равным М на границе аппликации). Величина соответствующая сквозному прорастанию доменов обратной фазы намагниченности, линейно растет по абсолютной величине с уменьшением ширины аппликаций и уменьшением плотности их размещения в массиве.

Все указанные закономерности отсутствуют для коэрцитивного пермаллоя 89М-11Fe. Этот факт связан с независимым персмагничиванием любой области аппликации, что исключает влияние краев. В этой связи следует отметить, что усилия по увеличению коэрцитивной силы материала ферропорошка для магнитной памяти, где важно обеспечить высокую коэрцитивную силу хаотичного массива микрочастиц, возможно, не всегда оправданы. Видно, что коэрщгпгоность микрочастиц и их массивов на основе низкокоэрцитивной пленки может во много раз превышать ко-эрцитивность микрочастиц и их массивов го коэрцитивного материала.

Таким образом, аппликации с размерами в микронной области в магнитном плане представляют собой промежуточный случай между макрообразцами, равномерно разбитыми на домены, и монодоменными частицами.

Предложен способ формирования среды для реализации перезаписи информации в виде штрих-кодов с защитой записи от копирования.

На основе данных о форме петли гистерезиса разработаны, изготовлены и исследованы запоминающие датчики импульсного магнитного поля с заданным динамическим диапазоном. В таких датчиках величина критического поля (соответствующая перелому петли гистерезиса) равна нулю (рис. 2), а динамический диапазон и дифференциальная чувствительность могут регулироваться посредством изменения величины поля насыщения массива аппликаций.

Показано, что с помощью выраженного гистерезисного магниторезистивного отклика широкой пермаллоевой шины можно проводить измерения малых (~ 1 Э)

полей рассеяния массивов тонких аппликаций с высокой чувствительностью и линейной зависимостью величины отклика от измеряемой величины плоскостной компоненты поля рассеяния. Такая методика позволяет считывать информацию с запоминающих датчиков и пленочных кодоносителей.

Представлена конструкция преобразователя мощность-напряжение на основе бескоэрцитивного датчика для бесконтактного измерения потребляемой электрической мощности, превосходящая известные аналоги по совокупности параметров и устойчивая к 10-кратным перегрузкам по измеряемому току.

Продемонстрирована высокая работоспособность магнитомягкого кантилевера, изготовленного для магнитного силового микроскопа на основе результатов данной диссертации для изучения без внесения искажений доменной структуры мягких ферромагнетиков с коэрцитивностью доменной границы не более 0,5 Э. Таким образом, в данной работе впервые изучены геометрические зависимости параметров петли гистерезиса пермаллоевых аппликаций и показаны пути и способы применения особенностей перемагничивания взаимодействующих микроаппликаций в чувствительных элементах датчиков и в качестве запоминающих сред.

В четвертой главе приводятся данные о характеристиках каналов продвижения ЦМД на основе асимметричных шевронов в зависимости от степени асимметрии, зазоров и расстояния до ЦМД-содержащей пленки (спейсера). С изобретением несимметричных шевронов появились десятки модификаций формы элементов, причем каждая модификация имела свои преимущества перед остальными. Для плотности записи свыше 1 М/см2 и применения в нейросхемах необходимо обеспечить высокие характеристики элементов хранения без потери плотности упаковки элементов. Поэтому поиск оптимальной конструкции на основе достоверных данных о полях рассеяния аппликаций стал актуальной задачей.

Данные о распределении полей рассеяния аппликаций естественное применение нашли при оптимизации конструкции элементов хранения и продвижения ЦМД

Изучение основных закономерностей изменения ОУР каналов продвижения при изменении формы проведено на примере продвигающей структуры на основе асимметричного шеврона, предложенного сотрудниками INTEL MAGNETICS в запоминающем устройстве емкостью 4 Мбит на 2-микронных доменах. Для ЦМД диаметром 5 мкм применение уровня фотолитографии с минимальным разрешимым размером рисунка ~1 мкм позволяет воспроизвести форму элементов практически с геометрической точностью. Все модификации элемента, которые исследовались в данной работе, получены простым перемещением нижнего выреза вдоль направления перемещения доменов, поэтому имеют одинаковую магнитную массу - рис. 5.

Различие их характеристик, таким образом, связано исключительно с различием в форме элементов. Характеристики канала продвижения исследованы в зависимости сторон аппликации, 2) величины зазора между аппликациями, 3) величины управляющего магнитного поля, 4) заполнения канала доменами, 5) расстояния до поверхности ЭФГП.

Рис. 5. Модификация асимметричного шеврона с разными соотношениями ширины отдающего и принимающего концов.

Магнитооптическое исследование показало, что ограничение области устойчивой работы (ОУР) канала продвижения на основе асимметричных шевронов при малом зазоре и большой амплитуде поля управления связано с подавлением ЦМД на длинном узком склоне отдающего конца элемента отталкивающим полюсом последующей аппликации. При большом зазоре и малом управляющем поле ограничение ОУР связано с не прохождением домена через зазор. Преодоление зазора существенно облегчается с уменьшением ширины отдающего конца и увеличением длины склона приемного конца аппликации. Проведено прямое измерение формы общей МСЛ в зазоре между соседними шевронами. Показано, что внутри МСЛ располагается магнитостатический барьер, измерена его высота и положение максимума в зависимости от величин зазора и асимметрии ширины, а также от длины склонов приемного и отдающего концов шеврона. Снижение верхней границы ОУР при увеличении зазора связано не столько с повышением высоты полевого барьера между аппликациями, которая растет довольно медленно, сколько с удалением барьера от центра отдающего конца аппликации. Действительно, увеличение диаметра ЦМД на 1 мкм требует снижения величины поля смещения в среднем на ~8Э. Это значит, что при снижении на 8Э доменная стенка в зазоре смещается на 0,5 мкм в сторону приемного конца следующей аппликации, что примерно соответствует смещению максимума Нг(х) при изменении зазора на 1 мкм. Изменение высоты барьера при таком изменении зазора в несколько раз меньше и не может объяснить сужение ОУР.

По результатам исследования сделан вывод о том, что конструкция шеврона INTEL MAGNETICS со смещенной против направления распространения доменов вершиной не решает задачу облегчения перехода ЦМД на последующую аппликацию в канале. В данном случае уменьшение ширины отдающего конца по сравнению с шириной приемного конца скомпенсировано обратным влиянием изменения длин соответствующих концов. Более того, усугублена проблема с подавлением ЦМД отталкивающим полюсом последующей аппликации.

Обнаружена ранее неизвестная тонкая структура формы МСЛ намагниченной аппликации, характеризующаяся локальными экстремумами поля рассеяния вблизи прямых углов концов аппликаций. Проведено экспериментальное моделирование характерного фотолитографического искажения формы шевронов. Наиболее заметным искажением формы элемента является скругление прямых углов аппликации.

Удаление углов существенно снижает верхнюю границу ОУР и повышает величину минимального поля управления, необходимого для устойчивого продвижения ЦМД по каналу. На рис. 6 изображены зависимости верхней границы ОУР от зазора геометрически точного и искаженного элемента INTEL.

I 2 3 4 5 £ (мкм)

Рис. 6. Зависимости верхней границы ОУР от зазора для каналов 1МТ5, 1 - геометрически точного, 2 - со срезанными углами, Нр=55 Э.

При g=l мкм верхние границы ОУР совпадают, поскольку они определены не процессом преодоления зазора, а подавлением ЦМД отталкивающим полюсом последующего элемента. При большем зазоре, когда ОУР определяется прохождением ЦМД через зазор, верхняя граница канала с удаленными углами аппликаций оказывается ниже на 5-10 Э. Эта разница снижается с ростом зазора, что

связано с уменьшением доли размера удаленных участков аппликации по отношению к величине зазора. Углы шевронов, таким образом, играют важную роль в формировании поля в области зазора. Этот факт учтен при разработке методик контроля и определении допусков на величину зазора в технологическом процессе производства запоминающих устройств. Показано, в частности, что технология самосовмещения, позволяющая избежать искажения прямых углов на приемном и отдающем концах шевронов в области зазора, может обеспечить высокие характеристики функционирования информационного массива в ЗУ с плотностью записи свыше 1 М/см2.

Предложена конфигурация нового управляющего элемента EL2, превосходящего по своим параметрам все известные модели (рис. 7). Сущность предлагаемого решения состоит в изменении формы отталкивающего полюса на принимающем конце аппликации и смещении положения полюса таким образом, чтобы его поле рассеяния не препятствовало движению ЦМД по склону отдающего конца предыдущей аппликации.

Вершина асимметричного шеврона смещена теперь вперед по ходу перемещения ЦМД в канале. При этом автоматически ( при неизменном 90 град, угле при вершине и длине элемента L=4d) произошло удлинение склона приемного конца и укорочение склона отдающего конца элемента, причем ширина отдающего конца составляет <1/2, а ширина принимающего - З/М Форма отталкивающего полюса при Нр параллельном каналу продвижения теперь оказывается сильно вытянутой вдоль внешней стороны склона приемного конца, и его поле рассеяния быстро затухает в направлении нормали к длинному склону. Вершина отталкивающего полюса, расположенная в углу между внешней стороной склона и вертикальной стороной принимающего конца аппликации, отнесена дальше от МСЛ, расположенной { на склоне отдающего конца предыдущей аппликации. При вращении Нр отталкивающий полюс движется не навстречу ЦМД, а в сторону от траектории перемещения домена.

С другой стороны, короткий склон отдающего конца имеет достаточную ширину (0^), поэтому нет необходимости изменять угол выреза в нижней части аппликации для усиления МСЛ. Важно, что уменьшена глубина МСЛ под отдающим концом аппликации при перпендикулярном каналу продвижения Нр. С учетом углубления МСЛ под приемным концом этот фактор позволяет расширить диапазон управляющих полей, в которых происходит перемещение домена через зазор.

Характеристики нового шеврона не только превосходит известные, но и наиболее устойчивы к фотолитографическим искажениям формы и расположению элементов.

Традиционно считалось, что ОУР с увеличением спейсера s сужается из-за уменьшения глубины магнитостатических ловушек под элементами в канале продвижения. Однако установленные в данной работе влияние отталкивающих полюсов аппликаций на ОУР каналов продвижения, а также увеличение дальнодействия поля рассеяния аппликаций с ростом толщины спейсера дают основание предполагать более сложное поведение ОУР при изменении толщины спейсера. Зависимости ширины ОУР каналов продвижения от толщины спейсера при

Рис. 7. Годографы ДНо для EL2, расположенных в каналах с зазорами: 1-1 мкм, 2-5 мкм, Нр=55 Э.

малом зазоре g<d/2 являются падающими. Для тонкого спейсера s<0,5 мкм это объясняется снижением глубины МСЛ под аппликацией и на расстояниях X,y<d/4 от нее. При s>0,5 мкм - увеличением влияния отталкивающего полюса последующей аппликации на движение ЦМД под управляющим элементом. При большом зазоре g>d/2, когда отсутствует влияние отталкивающих полюсов соседних аппликаций, и положение верхней границы ОУР определяется прохождением домена через зазор, ее зависимость ширины ОУР от толщины спейсера становится возрастающей в связи с углублением МСЛ приемного конца элемента вне аппликации. При что соответствует принятому номинальному значению величины зазора, положение верхней границы ОУР практически не зависит от удаления пермаллоевого слоя от феррит-гранатовой пленки s.

Проведено статистическое исследование влияние различных технологических факторов - коэрцитивных свойств слоя пермаллоя, кристаллического совершенства феррит-гранатовой пленки, величин зазоров, режимов имплантации при подавлении жестких доменов на выход годных и характеристики кристаллов ЗУ ЦМД с плотностью записи более 1 М/см2. Проведена оптимизация технологических режимов изготовления БИС ЦМД, позволившая повысить выход годных в серийном производстве с 5 до 50%.

В пятой главе приведены результаты разработки функциональных узлов ЗУ ЦМД на основе магнитомягких аппликаций, расположенных в двух параллельных слоях. С повышением плотности записи помимо проблем с разрешающей способностью литографии возникают сложности с преодолением растущей величины коэрцитивной силы протяженных элементов управления доменами. В первую очередь это относится к переходным балкам вблизи 90° и 180° поворотов в регистрах

хранения, ввода и вывода информации. Дня (1~1 мкм ширина балки становится \\'~0,5 мкм и коэрцитивная сила превышает 30 Э, что вынуждает повышать величину поля управления, т.е. повышать энергопотребление и снижать быстродействие ЗУ. Основная трудность в снижении величины управляющего поля и повышении верхней границы ОУР традиционных конструкций кристаллов ЗУ состоит в том, что ЦМД с неизбежностью должен преодолевать участки феррит-гранатовой пленки вне аппликации (в зазоре), тогда как резко уменьшается в этой области и в зазоре формируется магнитостатический барьер. Двухуровневая структура позволяет в принципе конструировать каналы продвижения, в которых домены в любой точке траектории находятся под аппликацией. С учетом большой глубины МСЛ Н2 можно ожидать снижения управляющего поля для таких каналов до величин Нр~10 Э по сравнению с 30-50 Э для одноуровневых каналов продвижения, причем одновременно с повышением максимальной плотности записи информации, обусловленной снижением требований к минимальному размеру.

Технология, основанная на использовании аппликаций в двух слоях, с одной стороны, позволяет вдвое ослабеть требования на необходимое пространственное разрешение фотолитографии и повысить плотность записи информации до 4 Мбит/см2, а с другой стороны, избежать необходимости применения протяженных аппликаций и роста коэрцитивной силы элементов управления доменами. При этом возникает задача изучения взаимного влияния перекрывающихся в пространстве аппликаций.

Для перемещения ЦМД из одной ячейки хранения в последующую, как и в традиционных конструкциях, использован принцип работы асимметрии. Но в этом случае асимметрия достигается не разной шириной отдающего и принимающего концов, а разным удалением их от поверхности ЭФГП. При этом цитрина аппликаций может быть постоянной и даже превышать диаметр ЦМД, а зазор отсутствовать ввиду того, что концы аппликаций расположены на разных уровнях и разделены немагнитными материалом.

На рис. 8,а представлена конструкция канала продвижения, элементы хранения которого расположены с зазорами и состоят из пары перекрывающихся трапециевидных аппликаций на двух уровнях. В соответствии с минимальной длиной ячейки хранения равной 4с1 высота каждой трапеции в элементе хранения составляет

1,5*1 что втрое превышает минимальный допустимый размер в каналах на асимметричных шевронах. Отдающая часть элемента хранения и в данном случае находится на нижележащем уровне.

Механизмы образования МСЛ на круговых участках траектории для традиционных однослойных шевронов и составных элементов различны. В однослойных шевронах МСЛ образуется не замечет поперечного намагничивания узкой (0^) части аппликации, а за счет протяженной формы всего элемента и обтекания углов магнитным потоком. В двухслойных составных шевронах аппликации не имеют выступов, и МСЛ образуется за счет поперечного намагничивания трапеции. Для ширины трапеции \\~1,5с1 (при длине Ь^Зс!) глубина и размер МСЛ при поперечном

Рис. 8. Модификации двухуровневых каналов продвижения.

намагничивании достаточны для устойчивого перемещения домена.

Трапециевидные аппликации имеют максимально возможную ширину при малой длине и перемагничиваются в малых полях из-за малой анизотропии формы. Перекрытие аппликаций, находящихся на разных уровнях, на глубину в

вершине ячейки хранения обеспечивает, с одной стороны, градиент в общей МСЛ для перехода ЦМД из-под вышележащей аппликации под нижележащую. С другой стороны, предотвращает возвратное движение ЦМД вдоль нижней границы нижележащей аппликации (захват домена) посредством формирования магнито-статического барьера, отталкивающего домен, в окрестности вершины вышележащей аппликацией при направленном против направления перемещения ЦМД в канале.

Характеристики функционирования (ОУР) каналов на основе двухслойных шевронов с минимальным размером \у~1,5<1 сравнимы с характеристиками однослойных асимметричных шевронов с минимальным размером При этом требование на точность совмещения слоев составляет 0^.

Двухуровневый канал продвижения ЦМД может быть выполнен в виде однослойных шевронов, расположенных поочередно в разных слоях, как показано на рис. 8.6. Причем форма шевронов повторяет форму двухслойных элементов. Каналы продвижения на основе таких однослойных шевронов также показали удовлетворительные характеристики. Тем не менее, они имеют ряд ограничений функционирования, связанных с отличием конструкции. Нижняя граница ОУР и минимальное поле управления для канала однослойных шевронов несколько больше из-за захвата доменов под аппликациями нижнего уровня.

Одним из основных преимуществ использования аппликаций в двух слоях является отсутствие необходимости использовать узкие полосовые аппликации (шириной 0^), коэрцитивность которых быстро возрастает с ростом плотности записи, при построении поворотов траектории движения доменов. В обычной конструкции чипов такие аппликации служат в качестве буферных между асимметричными шевронами и массивными поворотными элементами, не имеющими локализованной в зазоре МСЛ в некоторых фазах вращения поля Нр. На

Рис. 9. Двухслойный (а) и традиционный (б) 90-град. повороты по направлению вращения Нр в канате продвижения ЦМД.

рис. 9а, б показаны конструкции 90° поворотов в каналах продвижения для традиционной и двухслойной элементной базы. Видно, что конструкция двухслойного поворота по направлению вращения (рис. 9,а) проста и аналогична по конструкции повороту в обычной элементной базе за исключением прямоугольных балок, необходимых в однослойном варианте (рис. 9,6). Характеристика такого поворота не уступает ОУР традиционного однослойного и практически не зависит от фазы перекрытия аппликаций, расположенных в разных слоях.

Построен полный набор функциональных узлов кристалла ЗУ ЦМД на основе двухуровненевых элементов. На основе новой элементной базы изготовлены экспериментальные образцы кристаллов ЗУ с плотностью записи 4 М/см2 и показана их работоспособность.

Изучены механизмы нарушения работоспособности активных узлов кристалла ЗУ, в которых пермаллоевые аппликации пересечены токовыми шинами. Сформирован принцип топологической совместимости пермаллоевого и токового рисунка, в соответствии с которым пересечение доменом под аппликацией края токовой шины производится в фазе, когда направление вращающегося поля параллельно линии пересечения слоев.

В шестой главе рассматриваются механизмы взаимодействия ЦМД с областью неоднородного механического напряжения в феррит-гранатовой пленке вблизи границы немагнитной металлизации. Образование областей механического напряжения в ЭФГП возле краев токовых шин представляет серьезную помеху работоспособности микросхем. Отличительной чертой влияния напряжения является растяжение ЦМД вдоль шины переключателя, и переход домена в петлю хранения информации без управляющего импульса тока.

Величина механического напряжения, образованного токовой аппликацией (обычно пленка алюминия или меди толщиной ~0,3 мкм), невелика, поэтому изменения в поведении доменов в канале ввода-вывода информации ЗУ ЦМД недостаточны для систематического анализа взаимодействия. Сильная дипольная связь ЦМД с пермаллоевыми аппликациями также препятствует изучению более слабого взаимодействия доменов с полем механического напряжения. Границы токовых шин, как правило, прямолинейны, поэтому изучение анизотропных свойств такого взаимодействия затруднено.

Для создания в ЭФГП значительного по величине механического напряжения применено вакуумное катодное напыление пленки молибдена толщиной 0,3 мкм. Молибден выбран после измерения внутреннего напряжения в напыленных пленках различных металлов. По слою молибдена проводилась фотолитография для формирования границ металлизации разной формы. Сформированный рисунок включает совокупность молибденовых дисков и круговых полостей. Цилиндрический магнитный домен в данных исследованиях представляет собой удобный чувствительный элемент для исследования полей рассеяния в окрестности области неоднородного напряжения в имплантированной феррит-гранатовой пленке. Поскольку ЦМД имеет доменную границу, энергия которой зависит от параметров одноосной анизотропии, он чувствителен не только к полю рассеяния, но и к изменению механического напряжения в объеме доменосодержащей пленки.

Обнаружено, что приложение магнитного поля в плоскости ЭФГП приводит к образованию потенциальных ям для ЦМД около границ дисков и круговых полостей. Наличие потенциальной ямы легко определяется по локализации ЦМД возле края металлической пленки, увеличению размера ЦМД по сравнению с размером свободного домена, а также по росту величины поля коллапса ЦМД, связанного с краем металлизации. Локализация потенциальной ямы всегда связана с направлением вектора Нр и у края полости ее положение диаметрально противоположно положению у края диска. Распределение вытянуто в азимутальном направлении вдоль границы диска или полости и обусловлено скачком направления вектора намагниченности ионноимплантированного слоя вблизи края металлизации.

Энергия доменной границы имеет острые максимум и минимум по разные стороны от края металлизации (ось х нормальна краю металлизации). Суперпозиция энергии ЦМД в МСЛ, образованной скачком наклона намагниченности ИИС под краем металлизации, и энергии доменной границы в поле неоднородного напряжения в собственно ЦМД-содержагцем слое дает профиль потенциальной ямы для домена. Существование узкого максимума приводит к разделению состояний в потенциальной яме, так что ЦМД может располагаться тремя разными способами. Доменная граница располагается либо целиком по одну сторону от максимума о(х), либо охватывает край металлизации.

Взаимодействие ЦМД с областью неоднородного механического напряжения существенно анизотропно в соответствии с анизотропными свойствами тензора магни-тоупругой энергии феррит-гранатовой пленки с ориентацией нормали (111):

К°хх=-3/2Я,1,, стхх-3/2(Я.] оо-?.,, 1)[1/б(стхх-сг„)-%/2/За«со53ф]

К0уу=-3/2Я.1Поуу-3/2(Я.1оо-Хш)[-1/6(стхх-оуу)+^2/ЗстХ2со53ф]

К°!1=-3/2А.шОи-3/2(Х1оо-Я.ш)[2/Зстх2-(1/3>/2)(стхх-оуу)со53ф],

где - коэффициенты магаитострикции кристалла, - угол между норма-

лью к границе металлизации в плоскости ЭФГП и осью [211]. Для ЭФГП, используемых при изготовлении ЗУ, характерна сильная анизотропия магнитострикцион-ных свойств, причем I?.]]] |»|Я.юо1. Я-ш обязательно отрицательна, и ее величина ~3*10"6, Хюо может иметь разный знак в зависимости от состава. Её величина, как правило, ^.1оо~3*10"7.

Для имплантированного слоя на расстояниях, превышающих толщину спенсера, стхх»аыстх2, т.е. основные компоненты тензора К°у существенно зависят от ср, поэтому распределение Н2(х,у) в МСЛ диска или полости зависит от азимутального угла. При ЭТОМ КСТ~Хп1<^хх~^1Пстт1/Х~10'7х(МКМ) эрг/см3.

Таким образом, магнитоупругая энергия на расстояниях, сравнимых с диаметром ЦМД изменяется от величины, сравнимой с одноосной анизотропией ЭФГП (Ки~104 эрг/см3) до величины кубической магнитной анизотропии (К.1~103 эрг/см3).

Разработаны конструктивные и технологические методы снижения воздействия магнитострикционных эффектов на работоспособность активных узлов ЗУ ЦМД. Показано, что формирование магнитостатической ловушки на краю напряженной металлизации может быть использовано для снижения потенциального барьера при перемещении ЦМД через зазор между пермаллоевыми аппликациями.

В седьмой главе рассматривается сложное домен-доменное взаимодействие ЦМД в функциональных узлах запоминающих и логических устройств. Взаимное магнитостатическое отталкивание двух свободных ЦМД приводит к установлению расстояния между ними в состоянии покоя, определяемому коэрцитивной силой Не—О,5 Э доменной границы в ЭФГП. Такое расстояние составляет ~4(1, которое принимают в качестве минимального размера ячейки хранения в информационном поле ЗУ ЦМД. Однако статистический анализ характеристик функционирования информационных полей показал, что при так определенной периодичности расположения управляющих элементов существует весьма сильная зависимость ОУР от плотности и принципа заполнения информационного поля доменами. При движении ЦМД в канале продвижения из асимметричных шевронов характерны колебания диаметра домена в весьма широких пределах, поэтому роль домен-доменного взаимодействия при нарушении работоспособности оказалась значительной. Присутствие ЦМД на отдающем конце шеврона препятствует растяжению следующего домена на его приемный конец (рис. 10). Естественно, что результат такого противодействия зависит от диаметра препятствующего домена, который, в свою очередь, зависит от глубины и размера МСЛ на отдающем конце аппликации.

Рис. 10. Влияние магнитостатического взаимодействия между ЦМД в канале асимметричных шевронов на преодоление зазоров растяжением доменов

Для новой конструкции шеврона разница в величинах поля смещения необходимых для растяжения ЦМД с отдающего конца на приемный конец в случаях, когда на последующем элементе присутствует домен и когда он отсутствует, составляет 1,5-2 Э при зазоре g=3 мкм в поле управления Нр=55 Э.

Разность величин поля смещения для растяжения в обратном направлении составляет 8-10 Э. В последнем случае диаметры взаимодействующих доменов больше, а расстояние от доменой стенки до вершины магнитостатического барьера смещено к узкому концу каждого шеврона.

Аналогичная разность для элемента INTEL в тех же условиях составляет 7-8 Э (эквивалентна сужению ОУР на 20%). В последнем случае эффект почти симметричен относительно направления расширения.

Таким образом, для разработанного в данной работе асимметричного шеврона ЗУ ЦМД, в отличие от ранее применявшихся конфигураций основного управляющего элемента, влияние домен-доменного взаимодействия на надежность хранения и перемещения доменов в информационном поле кристалла пренебрежимо мало.

Показано влияние конструктивных особенностей на энергию домен-доменого взаимодействия в активных функциональных узлах ЗУ ЦМД (переключатель обмена доменами между каналом ввода-вывода и петлей хранения). Предложена методика диагностики функционально слабых узлов в кристалле ЗУ, определен механизм сбоев работоспособности и разработаны конструкции переключателей, свободные от эффекта магнитостатического подавления входящих доменов.

Использование логических функций ИЛИ на основе домен-доменного взаимодействия позволило существенно улучшить качество традиционных ЗУ ЦМД, в частности, упростить управление памятью в широком интервале температур

С помощью двух аппликаций-ловушек можно построить логического элемент ИЛИ, например, для восстановления домена-зародыша рсплицирующего генератора посредством репликации резервного домена-зародыша как показано на рис. 11. При утере основного зародыша его восстановление под ловушкой 1 происходит

Рис. 11. Реплицирующий генератор с резервным доменом-зародышем.

автоматически путем пассивного реплицирования резервного домена, растянутого под ловушку 1 из-под ловушки 2 в общей МСЛ аппликаций при вертикальном направлении вращающегося поля. Применение такого генератора полностью решило проблему обеспечения работоспособности генератора в широком диапазоне температур без дополнительных регулировок.

Применение логических узлов И и ИЛИ на основе магнитостатического домен-доменного взаимодействия позволяет аппаратно реализовать устройства, сочетающие в себе энергонезависимую память с нейроподобной обработкой информации.

В соответствии с конструкцией гетероассоциативной памяти, предложенной Д.Д.Уилшоу с сотр., нейросеть содержит матрицу бинарных синапсов, сумматоры и пороговые элементы. Компоненты У^, Х^ векторов размерности N принимают значения 0 либо 1. Каждый столбец схемы представляет формальный нейрон.

В режиме записи последовательно предъявляются эталонные пары У^Хц и модифицируются бинарные веса СО^ синапсов в соответствии с формулой (О^СУ,! Л X,,), где ООц, - веса синапсов после предъявления ц-й эталонной пары соответственно, ¡=1,2,...,пх; j=l,2,...,ny; п*, пу - размерности векторов X, У; Л - логическое И. Перед записью все веса равны 0. В нейрокомпьютере при итеративном обучении возможна запись с коррекцией имевшейся информации в соответствии с формулой соц=(йу|У(Уц Л ХД V - лопгческое ИЛИ.

В режиме воспроизведения предъявляется определенный вектор X,,, и в результате срабатывания нейронов восстанавливаются компоненты соответствующего вектора - пороговая активационная функция, при

а>0,0(а)=О при а<1.

В соответствии со структурной схемой В.Г.Редько бинарные синалтические веса запоминаются в регистрах хранения массива памяти в форме наличия или отсутствия ЦМД в ячейке. Модификация синаптических весов производится в обучающем процессоре. Вектора X и У заданы в виде последовательности ЦМД в ловушках хранения и последовательности реплицирующих импульсов, переносящих

домены в регистры хранения или сумматоры. Число ячеек в регистрах ввода и вывода равно 2пу, число регистров хранения и сумматоров равно пу. Число ячеек в каждом регистре хранения равно пх. Вычисление выходного вектора V выполняется в распознающем процессоре.

При построении логических узлов на основе взаимодействия домен-домен наиболее просто выглядит реализация функции ИЛИ, которую можно построить двумя способами. Первый основан на пассивной репликации одного из входящих доменов при отсутствии второго домена. В другом способе используется коллапс одного из доменов, в ситуации, когда на обоих входах появляются домены. Элемент ИЛИ на основе репликации показан на рис.12. Репликация происходит автоматически при вращении поля управления после растяжения домена через маг-нитостатический барьер в зазоре между двумя массивными аппликациями как показано на рис.12, если домен появился на одном из входов элемента. После поступления домена на любой из входов узла на каждом из двух выходов всегда появляется ЦМД. Если домены появляются на одновременно обоих входах, то растяжения между двумя массивными аппликациями не происходит из-за магнито-статического отталкивания доменов. Однако коллапса доменов также не происходит из-за значительного расстояния между доменами и достаточной глубиной МСЛ под каждой аппликацией. При этом наличие магнитостатического барьера в зазоре не позволяет доменам сближаться на расстояние меньшее 4d.

Рис. 12. Логический элемент ИЛИ на основе пассивной репликации ЦМД-

Во втором способе использован коллапс одного из двух доменов, поступивших на входы узла ИЛИ. в конструкциях, показанных на рис. 13а,б. Коллапс происходит в поле рассеяния второго домена, находящегося в более глубокой МСЛ. В конструкции, представленной на рис. 13а, взаимодействуют домены, расположенные на разных аппликациях. При этом коллапсу подвергается домен, поступающий на вход 2 в фазе, когда Нр горизонтально вдоль направления канала входа 1. Функцию ИЛИ можно организовать на одном элементе (рис. 13.6), что, как правило, гарантирует от выброса ЦМД в пространство между элементами схемы. В этом случае коллапсу подвергается домен, поступивший со входа 2.

Наибольшие проблемы возникают при построении логического И на основе взаимодействия домен-домен. Этот логический узел необходим, в первую очередь, для формирования сумматора и порогового элемента в распознающем процессоре нейросхемы. В узле И необходимо обеспечить изменение траектории движения домена при наличии другого домена во встречном канале или стационарной ловушке. При этом нужно исключить, с одной стороны, коллапс любого из взаимодействующих доменов, с другой стороны, перенос домена в канал выхода при отсутствии второго домена.

Рис. 14. Конструкция сумматора из двух ловушек.

На рис. 14 показана конструкция сумматора на основе взаимодействия домен-домен (на примере двух ловушек). Функционирование узла основано на особой форме аппликации-ловушки и ее положении относительно окружающих аппликаций. При наличии домена в первой ловушке (как показано на рисунке) очередной входящий домен из канала входа выталкивается им в канал выхода первого элемента И сумматора. При отсутствии домена в следующей ловушке домен, прошедший мимо первой ловушки, попадает во вторую ловушку посредством растя -жения через увеличенный зазор и выводится из сферы действия аппликаций канала выхода из-за левого выступа ловушки. Выступ обеспечивает смещение под него центра МСЛ при повороте поля управления к горизонтальному положению. При этом из-за анизотропии формы аппликации-ловушки появляется градиент МСЛ в вертикальном направлении, обеспечивающий сжимание растянутого домена к центру МСЛ и удаления края домена от аппликаций канала выхода. Последующие домены выталкмваются в канал выхода второй ловушки из-за магнитостати-ческого отталкивания с доменом, уже находящимся в ловушке. Т.о. третий домен попадет в третью ловушку сумматора и т.д. до заполнения всех ловушек.

После заполнения сумматора последующие домены проходят в узел считывания. Пределы работоспособности сумматора существенно более узкие, чем у элементов ИЛИ, но достаточны для построения устройства с информационным полем на основе модифицированного асимметричного шеврона. Порог нейросхемы определен числом пустых ловушек сумматора перед началом процесса распознавания.

Т.о. в данной работе впервые разработаны функциональные узлы для магнитных нейросхем, реализующие логические функции, в том числе ключевой узел нейрочипа - счетчик с порогом срабатывания. Разработана топологическая схема нейрокомпьютера со всеми функциональными узлами.

В результате выполнения диссертационной работы получены основные закономерности магнитостатического взаимодействия микрообъектов в практически важных случаях применения магнитных элементов в микроэлектронных приборах, в том числе, в датчиках магнитного поля и запоминающих средах и устройствах.

Основные результаты и выводы

1. Впервые получены закономерности изменения параметров петли гистерезиса тонкопленочных пермаллоевых аппликаций в зависимости от их геометрических размеров и взаимного расположения.

2. Предложены простые оригинальные конструкции и методы применения безгистерезисных датчиков магнитного поля, а также датчиков с памятью и запоминающих сред со скрытой на физическом уровне информацией.

3. Разработан экспериментальный метод определения профиля самосогласованной потенциальной ямы для ЦМД, образованной ненасыщенной пермаллоевой аппликацией, в окрестности положения равновесия домена. Показано, что такой метод удобно применять для калибровки магнитных кантилеверов для магнитной

силовой микроскопии, причем с раздельным анализом отклика на поле и его градиент.

4. Предложен и применен экспериментальный метод измерения профиля магни-тостатичсской ловушки вне намагниченного микрообъекта. Измерены профили МСЛ базовых прямоугольных аппликаций с различными соотношениями длины и ширины. Показано, что с ростом толщины спейсера в каналах продвижения ЦМД глубина МСЛ на расстояниях от аппликации растет, а характерный размер МСЛ увеличивается. На основе экспериментальных данных построены профили

вертикальной компоненты поля рассеяния аппликаций в зазоре между ними и определены допуски на величину зазора между управляющими элементами в каналах продвижения ЦМД в зависимости от ширины приемного и отдающего концов элементов.

5. С применением разработанных методов исследования проведен анализ механизмов, ответственных за ограничение области работоспособности канала продвижения на асимметричных шевронах, разработана и внедрена в серийное производство оригинальная модификация управляющего элемента с характеристиками работоспособности, превышающими характеристики известных ранее конструкций.

6. Разработана новая элементная база для ЗУ ЦМД с плотностью записи 4 Мбит/см2 с топологической нормой 1,5 мкм на основе двухслойных пермаллоевых элементов управления. Предложенная элементная база стала основой разработай микросхемы ЗУ ЦМД емкостью 4 Мбит.

7. Изучены физические механизмы сужения ОУР каналов продвижения, пересеченных токовыми шинами, представлявшее наиболее серьезное препятствие в разработке и производстве ЗУ ЦМД. Разработаны технологические и конструктивные меры, позволившие преодолеть такое сужение в ЗУ с высокой плотностью записи.

8. Исследованы закономерности анизотропного взаимодействия ЦМД с полем неоднородного механического напряжения в ионноимплантированной ЭФГП у границы напряженной металлизации. Показано, что энергия взаимодействия представляет собой суперпозицию энергии домена в магнитостатической ловушке, образованной скачком вектора намагниченности инноимплантированного слоя в плоскостном магнитном поле, и не зависящей от поля энергии доменной стенки, связанной с наведенной напряжением одноосной анизотропией в собственно ЦМД-содержащем слое.

9. Разработан полный набор логических функциональных узлов на основе домен-доменного магнитостатического взаимодействия для построения нейросхем на ЦМД различного назначения с бинарной матрицей синаптических весов, хранящейся в информационном массиве. Показано, как с помощью логических элементов повысить надежность и простоту управления традиционного ЗУ ЦМД.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Н.П.Козлов, В.Г.Редько, В.А.Скиданов, Г.К.Чиркин. Экспериментальный метод определения энергии взаимодействия ЦМД с пермаллоевой аппликацией. -Письма в ЖТФ, 1981, т. 7, вып. 12, с. 751-754.

2. ВАСкиданов, Г.К.Чиркин. А.с. 890437. Канал для продвижения ЦМД.-Опубл. в БИ, 1981 г., №46.

3. ВАСкиданов, Ю.КМиляев.- Устройство для считывания цилиндрических магнитных доменов. А.с. 1015434. 1983 г.

4. В.А.Скиданов. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов. А.с. 1367750. 1987 г.

5. ВАСкиданов, В.П.Кулешов, О.В.Лебедева, АВ.Сурина, ВАРябик. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов. А.с. 1378677. 1987.

6. АВ.Антонов, Е.С.Лабутин, В.Г.Подужайло, В.Г.Редько, В.А.Скиданов, А.И.Юдичев. Запоминающее устройство на вертикальных блоховских линиях.

A.с. 1344114. 1987 г.

7. В.А.Скиданов. Влияние толщины спейсера на ОУР пермаллоевого канала продвижения ЦМД. Доменные и магнитооптические запоминающие устройства. Тезисы докладов Всесоюзной школы-семинара. Кобулети, 1987.

8. В.А.Скиданов. Влияние величины зазора на ОУР пермаллоевого канала продвижения ЦМД. Элементы и устройства на ЦМД и ВБЛ. Сборник докладов Всесоюзного семинара. Симферополь, 1987 г.

9. А.Д.Кривоспицкий, ВАСкиданов, Д.Д.Спиваков. Рентгеношаблон. А.с. 1586462, 1988 г.

10. ВАСкиданов. Измерение профиля магнитостатической ловушки ЦМД, образованной пермаллоевой аппликацией, в эпитаксиальной феррит-гранатовой пленке. Микроэлектроника, т. 17, вып. 2, 1988 г.

11. В. А. Скиданов. Размеры и плотность размещения частиц и форма петли гистерезиса массива магнитных аппликации. ХУ1 Международная Школа-семи-нар "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Сб. трудов, ч. 2, М: МГУ, 1998, с. 476-477.

12. ВАСкиданов. Область устойчивой работы каналов продвижения ЦМД на основе асимметричных шевронов. Микроэлектроника, т. 20, вып. 6,1991, с. 545-553.

13. В.А.Скиданов. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов. Патент РФ № 2029392, БИ № 5, 1995 г.

14. А.Д.Кривоспицкий, ААОкшин, А.А.Орликовский, Ю.Ф.Семин,

B.А.Скиданов. Технология самосовмещения для ЗУЦМД с пермаллоевой элементной базой. Микроэлектроника, № 4, т. 26, 1997, с. 212-211.

15. Скиданов В.А. Влияние механического напряжения в ГРЭС возле границ токовых элементов на доменопродвижение в ЦМД-кристаллах.- Электронная техника, сер. 3 Микроэлектроника», 1987, вып. 1(121), с. 21.

16. Скиданов В. А. Влияние механического напряжения на доменную структуру феррит-гранатовой пленки вблизи границы немагнитной металлизации. ЖТФ, 1986, т. 56, вып. 2, с. 379-382.

17. В.А.Скиданов, Л.А.Игнатьева. Кристаллическое совершенство и дефектность эпитаксиальных феррит-гранатовых структур. Труды XIY Школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", ч. 3, Москва, МГУ, 1994, с.87-88.

18. В.А.Скиданов, Р.А.Айнетдинов, А.Г.Егазаров, Ю.К.Миляев. Диагностика функционально слабых узлов в кристаллах ЗУ на ЦМД. X Всесоюзный объединенный семинар по ЦМД/ВБЛ в Симферополе, Тезисы докладов, Москва, 1991 г.

19. В.А.Скиданов. Реплицирующий генератор цилиндрических магнитных доменов. Патент РФ № 2025794, БИ № 24, 1994 г.

20. В.Г.Редько, В.А.Скиданов. Нейроподобная ассоциативная память на основе цилиндрических магнитных доменов и вертикальных блоховских линий. Нейрокомпьютер, № 1, 1992, с. 71-75.

21. В.Г.Редько. В.А.Скиданов. Магнитный микроэлектронный нейрокомпьютер. Структурная схема. Нейрокомпьютер, № 1-2, 1993, стр. 37-44.

22. V.G.Redko, V.A.Skidanov. Magnetic bubble and Vertical Bloch-line Neural Associative Memory. RNNS/IEEE Simposium on Neuroinformatics and Neurocomputers, Rostov-on-Don, 1992, v. 1, pp. 580-590.

23. В.Г.Редько, В.А.Скиданов, О.В.Ургант. На пути микроэлсктронной реализации нейронных сетей с бинарными матрицами памяти. Труды Международной академии информатизации. Выпуск 2, Москва, 1997 г. с. 167-181.

24. V.A. Skidanov. The measurement of the magnetized particle stray field distribution. The abstracts of NATO Research Workshop on Magneto-optical Imaging. Bergen, Norway, 2003.

25. В.А.Скиданов. Элементы управления цилиндрическими магнитными доменами в запоминающих и логических ячейках энергонезависимой памяти. Элек-тр'онная промышленность, № 3, с. 122-126, 2003 г.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Особенности процессов намагничивания микрообъектов и их применение в электронных устройствах % 1.1. Коэрцитивное намагничивание тонкопленочных аппликаций.

1.2. Микроэлекгронные ферродатчики магнитного поля.

1.3. Развитие конструкций элементов управления ЦМД на основе пермаллоевых аппликаций.

1.4. Методы исследования элементной базы каналов продвижения ЦМД.

1.5. Проблема сужения ОУР канала продвижения, пересеченного токовыми шинами.

1.6. Разработка логических устройств на основе взаимодействия магнитных микрообъектов.

ГЛАВА II. Экспериментальные методы исследования процессов ф намагничивания и характеристик взаимодействия магнитных микрообъектов.

2.1. Магнитооптические методы исследования намагничивания микрочастиц и их массивов на основе эффектов Керра и Фарадея.

2.2. Определение профиля потенциальной ямы взаимодействия двух взаимно намагничивающих объектов.

2.3. Распределение z-компоненты поля размагничивания в окрестности намагниченной аппликации.

2.4. Измерение кривых намагничивания аппликаций по изменению величины поля коллапса ЦМД.

2.5. Замыкание магнитного потока в аппликациях сложной формы.

ГЛАВА III. Управление гистерезисными свойствами магнитных микроэлементов в электронных устройствах

3.1. Влияние размеров и расположения прямоугольных аппликаций на форму и параметры петли гистерезиса массива аппликаций.

3.2. Перезаписываемый-кодоноситель для идентификации объектов.

3.3. Запоминающий датчик магнитного поля.

3.4. Применение коэрцитивных свойств свойств аппликаций для измерения слабого магнитного поля.

3.5. Бескоэрцитивный линейный магниторезистивный датчик магнитного поля.

3.6. Магнитомягкие кантилеверы для магнитной силовой микроскопии.

3.7. Тонкопленочный датчик для считывания ЦМД.

ГЛАВА IV. Управляющие структуры НМД на основе асимметричных шевронов

4.1 Влияние асимметрии аппликаций на характеристики канала продвижения ЦМД.

4.2. Влияние литографического искажения формы шевронов на характеристики каналов продвижения ЦМД.

4.3. Оптимальная форма шеврона для пермаллоевого канала ф продвижения.

4.4. Влияние величины спейсера на характеристики каналов продвижения ЦМД.

4.5. Технология самосовмещения для ЗУ ЦМД с плотностью записи 4 М/см.

4.6. Оптимизация технологических параметров изготовления ЗУ ЦМД большой емкости по статистическим данным контроля микросхем.

ГЛАВА V. Двухслойные управляющие структуры для ЗУ ЦМД

5.1. Двухслойный канал продвижения ЦМД.

5.2. Повороты и свертки на основе двухслойных элементов.

5.3. Периферийные функциональные узлы ЗУ на основе аппликаций в двух слоях.

5.4. Сужение ОУР пересеченного канала продвижения.

ГЛАВА VI. Влияние механического напряжения на поведение доменной структуры в эпитаксиальных Феррит-гранатовых пленках

6.1. Проявления обратного магнитострикционного эффекта в пересеченных каналах продвижения ЦМД.

6.2. Механизмы взаимодействия домена с полем неоднородного механического напряжения.

6.3. Анизотропные свойства взаимодействия домена с полем механического напряжения в ЭФШ.

6.4. Способы управления магнитострикционными эффектами.

ГЛАВА VII. Домен-доменное взаимодействие в запоминающих и логических устройствах на ЦМД.

7.1. Влияние формы и расположения аппликаций в каналах продвижения на домен- доменное взаимодействие. $ 7.2. Повышение надежности ЗУ ЦМД с помощью встроенных логических узлов.:.

7.3. Логические функции ИЛИ на основе домен-доменного взаимодействия.

7.4. Логическая функция И, сумматор на основе домен-доменного взаимодействия.

7.5. Общая структурная схема и топология магнитного нейрокомпьютера.

Рост информационных потоков, миниатюризация электронных устройств требуют соответствующего прогресса в повышении плотности магнитной записи информации, уменьшения габаритов магнитных компонентов электронной техники.

Принципы работы подавляющего большинства магнитных приборов основаны на магнитостатическом взаимодействии магнитных объектов. При разработке магнитных электронных устройств обычно используют или преодолевают различные проявления гистерезисных свойств магнитных веществ. Для магнитотвердых элементов (например, в двигателях, генераторах) действующие магнитные поля от управляющих токов или поля рассеяния элементов малы по сравнению с коэрцитивной силой элемента, не изменяют распределения намагниченности в элементах, и расчет характеристик взаимодействия представляет, в сущности, инженерную задачу. Проблема расчета значительно усложняется, когда во взаимодействии участвуют объекты с коэрцитивной силой, сравнимой и меньшей по величине, чем действующие магнитные поля. В последнем случае взаимодействие объектов вызывает изменение распределения намагниченности в каждом из них. Это обстоятельство заставляет решать довольно сложную самосогласованную задачу даже для двух объектов в пределе нулевой коэрцитивной силы. С учетом же коэрцитивных свойств объектов и (или) с увеличением числа объектов расчет параметров взаимодействия представляется совсем проблематичным.

В процессе миниатюризации приборов ситуация все более усложняется. Уменьшение размеров сопровождается изменением как полей рассеяния (как правило, уменьшением), так и коэрцитивных свойств (как правило, ростом коэрцитивной силы) магнитных элементов. Теоретически оценено, что переход к монодоменному состоянию ферромагнитной частицы с намагниченностью насыщения Ms=800 Гс и обменной константой А=2*10'6 эрг/см происходит в области размеров ~10 нм, когда магнитостатическое взаимодействие становится слишком малым, чтобы разорвать обменную связь [1]. В области микронных размеров элементов возможности для надежных расчетов весьма ограничены. Приближение нулевой коэрцитивной силы (или нулевого внутреннего поля) для элементов микронных размеров, полученных из пермаллоя с коэрцитивной силой Нс<1 Э, оказалось слишком грубым для расчета в поле ~20 Э. Например, основанная на этом приближении модель магнитного зеркала Алмаши [2] (по аналогии с электрическим зеркалом), после экспериментальной проверки оказалась совершенно неадекватной. В 80-е годы при разработке памяти на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) данное обстоятельство заставило разработчиков заново искать наилучшие формы управляющих элементов на каждом этапе повышения плотности записи информации [3].

Несмотря на длительную историю использования магнитных свойств в разнообразных приборах, теория магнитного гистерезиса всегда развивалась с большими трудностями [4] и решала, главным образом, задачи с заданной моделью взаимодействия намагниченности с микро- или макронеоднородностями магнитного объекта.

Основные экспериментальные методы изучения гистерезисных свойств, основанные, главным образом, на регистрации размагничивающего поля магнитного образца, для объектов микронных размеров оказываются технически неприменимыми.

Вместе с тем, в последние годы прогресс в разработках запоминающих устройств (как магнитомеханических, так и магнитоэлектронных), логических устройств (в том числе систем искусственного интеллекта), магнитных датчиков различного назначения, а также развитие магнитной силовой микроскопии обусловили необходимость изучения характеристик магнитостатического л взаимодействия для элементов с размерами 1-10 мкм. Следует отметить, что в указанном диапазоне размеров частиц с намагниченностью насыщения Мз~104Гс происходит значительное изменение коэрцитивных свойств [5].

Процессы коэрцитивного намагничивания изучены, с одной стороны, в макрообъектах, размеры которых (~104 мкм и более) значительно превосходят размеры доменов, с другой стороны, в массивах монодоменных частиц в нанометровой области размеров (-10*1 мкм). Данные же о коэрцитивности взаимодействующих микрообъектов носят фрагментарный характер и не позволяют рассчитывать параметры устройств на их основе. Заметим, что такие данные представляют важность для магнитных датчиков, разные типы которых требуют использования чувствительных элементов как с бескоэрцитивным перемагничиванием, так и с заранее заданной петлей гистерезиса (датчики с запоминанием величины поля).

Наибольший интерес к намагничиванию частиц микронных размеров был вызван разработкой с 80-х годов запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах ( ЗУ ЦМД) с пермаллоевыми управляющими элементами. Д Несмотря на очевидность физической сущности механизма взаимодействия ЦМД с управляющей пермаллоевой аппликацией, определение профиля магнитостатической ловушки (MCJI) или потенциальной ямы для ЦМД от ненасыщенной аппликации оказалось трудной задачей как в теоретическом, так и экспериментальном плане. Поэтому усовершенствование конструкции канала продвижения ЦМД шло преимущественно на основе интуитивного поиска и последующего сравнения характеристик вновь сконструированного канала с характеристиками уже известных конструкций каналов. Попытки же разработать логические узлы на ЦМД [6] на основе взаимодействия нескольких магнитных объектов (доменов и аппликаций) закончились неудачей.

В последние годы была показана возможность построения ассоциативных ЗУ, ^ сочетающих в себе свойства памяти и распознающего контроллера, используя матричную структуру магнитного ЗУ [7]. Система искусственного интеллекта на основе такой памяти с плотностью записи не менее 1 Мбит/см позволит создать обучаемый робот, предназначенный для работы в тяжелых условиях эксплуатации, в том числе в зараженных радиоактивными отходами зонах.

С другой стороны, феррит-гранатовая пленка с цилиндрическими магнитными доменами, параметры которых легко регистрируются с помощью магнитооптического эффекта Фарадея, оказалась удобным инструментом для измерения полей рассеяния ферромагнитных микрочастиц в процессах намагничивания и взаимодействия.

Таким образом, актуальность данной работы, с одной стороны, определилась потребностями развития микроэлектронных магнитных устройств различного назначения, с другой стороны, отсутствием систематизированных данных о процессах намагничивания и магнитостатического взаимодействия магнитных объектов микронных размеров в полях, сравнимых по величине с коэрцитивной силой объектов.

Целью данной работы стало изучение закономерностей взаимодействия магнитных микрообъектов, поля рассеяния которых сравнимы с коэрцитивной силой, изменения коэрцитивных свойств микрочастиц в зависимости от их размеров, формы и взаимного расположения, разработка на основе проведенных исследований принципов построения магнитных микроэлектронных устройств различного назначения с заданными характеристиками, в том числе запоминающих и логических устройств на ЦМД, бескоэрцитивных датчиков магнитного поля, запоминающих датчиков магнитного поля.

Диссертация состоит из 7 глав, введения и заключения.

В первой главе сделан обзор состояния исследований и разработок микроэлектронных устройств с размерами элементов 1-102 мкм к началу работы над диссертацией, рассматриваются методы исследований процессов намагничивания и характеристик взаимодействия магнитных микрообъектов. Приведены основные результаты исследований процессов намагничивания одиночных аппликаций и массивов тонкопленочных аппликаций из пермаллоя 80Ni-20Fe. Рассматриваются характеристики тонкопленочных магнитных датчиков. Показано, что одной из нерешенных проблем остается расккрытие петли гистерезиса при перемагничивании пермаллоевого меандра.

Проведен анализ развития конструкции элемента хранения и перемещения информации в ЗУ ЦМД, проанализированы трудности на пути повышения плотности записи информации и обеспечения надежности ЗУ. ф, Показана возможность реализации нейросхем на основе матричных магнитных ЗУ. Проведен критический анализ предлагавшихся ранее конструкций элементов, реализующих логические функции на цилиндрических магнитных доменах. Показано, что существовавшие конструкции не могли служить основой для разработки магнитных логических устройств.

Во второй главе описаны разработанные автором оригинальные экспериментальные методы оценки энергии взаимодействия магнитомягких микрообъектов, измерения полей рассеяния микроаппликаций, метод магнитооптического исследования массивов аппликаций. Приводятся результаты измерения поля рассеяния аппликаций, полученные с помощью методики коллапса Ф ЦМД в окрестности аппликации. Описаны результаты измерений кривых намагничивания аппликаций, в том числе сложной формы, с помощью упрощенной методики по изменению величины поля коллапса ЦМД.

Изучены условия замыкания магнитного потока в аппликациях сложной формы, а также влияния микронного зазора на замыкание магнитного потока между двумя аппликациями.

В третьей главе приводятся результаты исследований процессов намагничивания одиночных аппликаций и массивов аппликаций, связанных магнитостатическим взаимодействием. Рассматриваются закономерности изменения формы петли гистерезиса в зависимости от формы, размеров и взаимного расположения аппликаций в массивах.

Предложен способ формирования среды для реализации перезаписи информации в виде штрих-кодов с защитой записи от копирования. На основе данных о форме петли гистерезиса разработаны, изготовлены и исследованы бескоэрцитивные датчики магнитного поля, запоминающие датчики с заданным динамическим диапазоном. Представлена конструкция преобразователя

10 i v мощность-напряжение на основе бескоэрцитивного датчика для бесконтактного измерения потребляемой электрической мощности. В четвертой главе приводятся данные о характеристиках каналов продвижения ЦМД на основе асимметричных шевронов в зависимости от степени асимметрии, зазоров и расстояния до ЦМД-содержащей пленки (спейсера). Предложена конфигурация управляющего элемента, превосходящего по своим параметрам все известные модели. Показано, что характеристики предлагаемого элемента не только превосходит известные, но и наиболее устойчивы к фотолитографическим искажениям формы и расположению элементов. Впервые показано существенное влияние формы управляющих аппликаций на домен-доменное взаимодействие в канале продвижения и предложены способы его минимизации.

В пятой главе приведены результаты разработки функциональных узлов ЗУ ЦМД на основе магнитомягких аппликаций, расположенных в двух параллельных слоях. Технология, основанная на использовании аппликаций в двух слоях позволяет вдвое ослабить требования на необходимое пространственное разрешение фотолитографии и повысить плотность записи информации до 4 Мбит/см . Описана технология самосовмещения двух пермаллоевых слоев для ЗУ л с плотностью записи информации 4 Мбит/см .

В шестой главе рассматриваются механизмы взаимодействия ЦМД с областью неоднородного механического напряжения в ЭФГП вблизи границы немагнитной металлизации. Показано, что наряду с захватом доменой границы возле границы металлизации имеет место магнитостатическое взаимодействие между напряженной областью имплантированного слоя ЭФГП и ЦМД из-за наклона намагниченности имплантированного слоя.

В седьмой главе рассматривается домен-доменное взаимодействие ЦМД в функциональных узлах запоминающих и логических устройств. Показано влияние конструктивных особенностей аппликаций на проявление домен-доменого взаимодействия в функциональных узлах ЗУ. Установлено, что домен-доменное взаимодействие в канале продвижения пренебрежимо мало для новой конструкции асимметричного шеврона. Описаны разработанные в диссертации логические узлы на цилиндрических магнитных доменах, в которых осуществляется взаимодействие по крайней мере двух ЦМД в разных каналах продвижения. Предложены логические функции для магнитных нейросхем, в том числе ключевой узел нейрочипа - счетчик с порогом срабатывания. Разработана полная топологическая схема нейрокомпьютера. Применение логических узлов позволило повысить надежность и радиационную стойкость традиционных ЗУ ЦМД.

В заключении сформулированы основные результаты исследований и разработок, указаны направления дальнейшего развития исследований.

Основные научные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Разработаны оригинальные методы экспериментального исследования взаимодействия взаимно намагничивающих низкокоэрцитивных магнитных микрообъектов, распределения магнитного поля в окрестности намагниченных аппликаций произвольной формы. Разработанные методы позволили получить новую информацию о процессах намагничивания взаимодействующих микрообъектов.

2. Впервые экспериментально установлены ранее неизвестные закономерности формирования петли гистерезиса массивов магнитных микроаппликаций, сформированных из пленки с малой коэрцитивной силой, в зависимости от геометрических размеров аппликаций и их взаимного регулярного расположения. Впервые показана роль магнитостатического взаимодействия между аппликациями в процессах намагничивания массивов и влияние краевых эффектов на процессы перемагничивания массивов микроаппликаций. Предложены способы прямого управления параметрами петли гистерезиса посредством варьирования геометрическими размерами в массиве микрочастиц.

3. Впервые экспериментально определены распределения магнитного поля рассеяния в окрестности микромагнитных аппликаций. Обнаружена сложная структура поля рассеяния магнитной аппликации, позволившая объяснить ранее наблюдавшиеся аномалии во взаимодействии ЦМД-аппликация. На основе проведенных исследований разработаны новые асимметричные элементы управления доменами для ЗУ ЦМД с плотностью записи 256К-ДМ/см2 с характеристиками, превосходящими характеристики известных ранее элементов управления.

4. Определены механизмы анизотропного взаимодействия цилиндрических доменов с полем неоднородного механического напряжения в одноосном пленочном ферримагнетике. Впервые показана роль магнитостатической составляющей взаимодействия, обусловленной намагничиванием имплантированного слоя феррит-гранатовой пленки.

5. Получены характеристики взаимодействия ЦМД с двумя перекрывающимися аппликациями, сформированными с разным удалением от доменосодержащей пленки. Впервые разработан полный набор функциональных узлов из двухслойных элементов для управления доменами в ЗУ ЦМД со сниженными вдвое технологическими нормами по пространственному разрешению.

6. Установлены закономерности взаимодействия двух цилиндрических доменов в общей потенциальной яме, образованной пермаллоевыми аппликациями. Впервые разработаны логические функциональные узлы на основе домен-доменного взаимодействия для магнитных нейросхем на цилиндрических магнитных доменах.

Практическая значимость диссертационной работы обусловлена использованием результатов работы в разработке новых микроэлектронных устройств и применением разработанных конструкций в выпускаемых приборах:

1. Экспериментальные методы исследования взаимодействия могут быть использованы для изучения любых магнитных микрообъектов и процессов их взаимодействия, а также при разработке методик исследований магнитной структуры на основе силовой магнитной микроскопии.

2. Возможность управления коэрцитивными свойствами микроаппликаций позволила создать действующие экспериментальные образцы датчиков магнитного поля с памятью, среды для записи магнитной кодовой информации с защитой от копирования на физическом уровне.

3. Процесс бескоэрцитивного намагничивания микроаппликаций использован при создании экспериментальных образцов преобразователя мощность-напряжение для бесконтактного измерителя потребляемой электрической мощности. Изготовленные образцы преобразователей показали отсутствие нарушения работоспособности после 10-кратной перегрузки, характерного для известных аналогов данного типа приборов.

4. Применение методик диагностики функционально слабых узлов, моделирование фотолитографического искажения формы элементов позволили модернизировать конструкции и технологические процессы изготовления серийно выпускаемых ЗУ емкостью 256К, кардинально улучшить надежность работы устройств, расширить температурный диапазон функционирования и повысить выход годных в действующем производстве с 5 до 50 %.

5. Новая конструкция асимметричного шеврона использована в качестве основного элемента при разработке и выпуске ЗУ ЦМД высокой надежности л с плотностью записи 1 М/см при разрешении фотолитографии 1 мкм.

6. Разработан полный набор функциональных узлов на основе двухслойных пермаллоевых элементов для ЗУ ЦМД с плотностью записи 4 М/см2 при разрешении литографии 1 мкм.

7. Применение логических функций в выпускаемых микросхемах позволило упростить управление ЗУ в температурном диапазоне -50-+70°С.

8. Функциональные узлы магнитных нейросхем на основе домен-доменной логики могут быть использованы при разработке обучаемых промышленных роботов, предназначенных для работы в сложных условиях эксплуатации, а также пороговых сумматоров различного назначения.

Результаты диссертации докладывались на всесоюзных и международных семинарах и конференциях: IV Всесоюзном семинаре "Физические свойства и применение ЦМД в приборостроении", Москва, 1980 г., VI Международной конференции по ферритам, Токио, 1986 г.,Всесоюзном семинаре "Элементы и устройства на ЦМД и ВБЛ", Симферополь, 1987 г., Всесоюзной школе-семинаре "Доменные и магнитооптические запоминающие устройства", Кобулети, 1987 г., Всесоюзной научно-технической школе "Устройства хранения информации в информационных и вычислительных системах", Таллин, 1989 г., X Всесоюзном объединенном семинаре по проблемам ЦМД/ВБЛ, Симферополь, 1991 г., Международном симпозиуме RNNS/TEEE по нейроинформатике и нейрокомпьютерам, Ростов-на-Дону, 1992 г., XIV, XVI и XVII Международных школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Москва, МГУ, 1994, 1998 и 2000 гг., Евро-Азиатском симпозиуме "Trends in magnetism", Екатеринбург, 2001 г., конференции НАТО по магнитоптической визуализации магнитного поля, Берген, 2003 г.

По материалам диссертации опубликовано 29 работ. По результатам разработок получено 10 авторских свидетельств на изобретения и 2 патента РФ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новые экспериментально обнаруженные гистерезисные свойства магнитомягких пермаллоевых аппликаций в микронном диапазоне геометрических размеров. Показано, что при ширине аппликации меньшей характерного размера домена в сплошной пленке коэрцитивная сила массива протяженных аппликаций обратно пропорциональна ширине аппликации и плотности расположения аппликаций в упорядоченном массиве.

2. Механизм и физическая модель перемагничивания массива протяженных пермаллоевых микроаппликаций, в соответствии с которыми перемагничивание происходит из устойчивого квазинасыщенного состояния с замыкающими доменами вблизи торцов аппликаций посредством распространения обратной фазы намагниченности вдоль длинных границ аппликаций. Параметры петли гистерезиса при этом определяются магнитостатическим отталкиванием вновь образующихся параллельных доменных границ в массиве аппликаций.

3. На основе полученных данных о коэрцитивных свойствах микроаппликаций разработаны конструкции и изготовлены действующие образцы новых видов бескоэрцитивных датчиков магнитного поля, датчиков с запоминанием поля и запоминающей среды с защитой информации на физическом уровне.

4. Экспериментальные методы исследования энергии взаимодействия магнитных микрообъектов и распределения полей рассеяния намагниченных микроаппликаций, основанные на применении в качестве средства измерения цилиндрических магнитных доменов.

5. С помощью оригинальных экспериментальных методов впервые построены распределения поля рассеяния в окрестности пермаллоевых аппликаций микронных размеров. На основе изучения полей рассеяния и гистерезисных свойств аппликаций сложной односвязной формы разработаны и внедрены в серийное производство новые управляющие структуры для ЗУ ЦМД с л плотностью записи 256К-1М/см , вдвое превосходящие по быстродействию и энергопотреблению имеющиеся аналоги. Разработана принципиально новая элементная база для поколения ЗУ с плотностью записи 4М/см2 на основе взаимодействия ЦМД с аппликациями, расположенными в двух слоях.

6. Механизм взаимодействия ЦМД с областью неоднородного механического напряжения вблизи границ немагнитной металлизации на поверхности феррит-гранатовой пленки, заключающийся в суперпозиции магнитостатического взаимодействия с намагниченной областью имплантированного слоя и сцепления доменной стенки ЦМД с максимумом напряжения в основной части феррит-гранатовой пленки.

7. На основе изучения магнитостатического домен-доменного взаимодействия впервые разработан полный набор логических узлов для аппаратной реализации магнитного нейрокомпьютера, предназначенного для решения задач искусственного интеллекта в сложных условиях эксплуатации роботов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Н.П.Козлов, В.Г.Редько, В.А.Скиданов, Г.К.Чиркин. Экспериментальный метод определения энергии взаимодействия ЦМД с пермаллоевой аппликацией. - Письма в ЖТФ, 1981, т. 7, вып. 12, с. 751-754.

2. В.А.Скиданов. Измерение профиля -магнитостатической ловушки ЦМД, образованной пермаллоевой аппликацией, в эпитаксиальной феррит-гранатовой пленке. Микроэлектроника, т. 17, вып. 2,1988 г.

3. В.А.Скиданов. Размеры и плотность размещения частиц и форма петли гистерезиса массива магнитных аппликаций. XYI Международная Школасеминар "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Сб. трудов, ч. 2, М: МГУ, 1998, с. 476-477.

4. А.М.Алексеев, В.А.Быков, В.Р.Новак, Ю.Г.Пастушенков, А.Ф.Попков,

Л.Л.Савченко, С.А.Саунин, В.А.Скиданов. Исследование доменной структуры сильноанизотропного тетрагонального магнетика ШгРемВ и эпитаксиальной феррит-гранатовой структуры с помощью магнитной силовой микроскопии. XVII Международная Школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Сб. трудов, Москва, 2000 г., стр. 467-469, раздел БЮ-16.

5. A.M.Alekseev, V.A.Bykov, Ju.G.Pastushenkov, A.F.Popkov, L.L.Savchenko,V.A.Skidanov. Magnetic force microscopy measurements of magnetic structure and single wall of uniaxial magnets. Euro-Asian Symposium "Trends in Magnetism", 27 Febr.-2 March, 2001 Ekaterinburg, Russia, Abstract book, p. 147.

6. В.А.Скиданов. Область устойчивой работы каналов продвижения ЦМД на основе асимметричных шевронов. Микроэлектроника, т. 20, вып. 6, 1991, с. 545-553.

7. В.А.Скиданов. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов. Патент РФ № 2029392, БИ № 5, 1995 г.

8. А.Д.Кривоспицкий, А.А.Окшин, А.А.Орликовский, Ю.Ф.Семин, В.А.Скиданов. Технология самосовмещения для ЗУ ЦМД с пермаллоевой элементной базой Микроэлектроника, № 4, т. 26, 1997, с. 272-277.

9. Скиданов В.А. Влияние механического напряжения в ГРЭС возле границ токовых элементов на доменопродвижение в^ ЦМД-кристаллах.-Электронная техника, сер. 3 »Микроэлектроника», 1987, вып. 1 (121), с. 21.

10. Скиданов В.А. Влияние механического напряжения на доменную структуру феррит-гранатовой пленки вблизи границы немагнитной металлизации. ЖТФ, 1986, т. 56, вып. 2, с. 379-382.

11. В.А.Скиданов, Л.А.Игнатьева. Кристаллическое совершенство и дефектность эпитаксиальных феррит-гранатовых структур. Труды XIY Школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", ч. 3, Москва, МГУ, 1994, с. 87-88.

12. В.А.Скиданов. Р.А.Айнетдинов А.Г.Егазаров Ю.К.Миляев. Диагностика функционально слабых узлов в кристаллах ЗУ на ЦМД. X Всесоюзный объединенный семинар по ЦМД/ВБЛ в Симферополе, Тезисы докладов, Москва, 1991 г.

13. В.А.Скиданов. Реплицирующий генератор цилиндрических магнитных доменов. Патент РФ № 2025794, БИ № 24, 1994 г.

14. В.А.Скиданов. Элементы управления цилиндрическими магнитными доменами в запоминающих и логических ячейках энергонезависимой памяти. Электронная промышленность, № 3, с. 122-126, 2003 г.

15. В.Г.Редько, В.А.Скиданов. Нейроподобная ассоциативная память на основе цилиндрических магнитных доменов и вертикальных блоховских линий. Нейрокомпьютер, № 1,1992, с. 71-75.

16.В.Г.Редько, В.А.Скиданов. Магнитный микроэлектронный нейрокомпьютер. Структурная схема. Нейрокомпьютер, № 1-2, 1993, стр. 37-44.

17.V.G.Redko, V.A.Skidanov. Magnetic bubble and Vertical Bloch-line Neural Associative Memory. RNNS/IEEE Simposium on Neuroinformatics and Neurocomputers, Rostov-on-Don, 1992, v. 1, pp. 580-590.

18. В.Г.Редько, В.А.Скиданов, О.В.Ургант. На пути микроэлектронной реализации нейронных сетей с бинарными матрицами памяти. Труды Международной академии информатизации. Выпуск 2, Москва, 1997 г. с. 167-181.

Автор выражает признательность чл.-кор. РАН Б.Г.Грибову, В.И.Прилипко за поддержку работы, В.Г.Редько, В.В. Костылеву, В.А.Павлову, А.В.Суриной, Е.С.Лабутину, А.Д.Кривоспицкому, А.И.Архипову, Л.А.Скидановой за неизменную практическую помощь и содействие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы получены основные закономерности магнитостатического взаимодействия микрообъектов в практически важных случаях применения магнитных элементов в микроэлектронных приборах, в том числе, в датчиках магнитного поля и запоминающих средах и устройствах. В диссертационной работе впервые получен ряд важных результатов, полученных, в том числе, с помощью оригинальных экспериментальных методов. Среди них:

1. Впервые получены закономерности изменения параметров петли гистерезиса тонкопленочных пермаллоевых аппликаций в зависимости от их . геомтрических размеров и взаимного расположения.

2. Предложены простые оригинальные конструкции и методы применения безгистерезисных датчиков магнитного поля, а также датчиков с памятью и запоминающих сред со скрытой на физическом уровне информацией.

3. Разработан экспериментальный метод определения профиля самосогласованной потенциальной ямы для ЦМД, образованной ненасыщенной пермаллоевой аппликацией, в окрестности положения равновесия домена. Показано, что такой метод удобно применять для калибровки магнитных кантилеверов для магнитной силовой микроскопии, причем с раздельным анализом отклика на поле и его градиент.

4. Предложен и применен экспериментальный метод измерения профиля магнитостатической ловушки вне намагниченного микрообъекта. Измерены профили МСЛ базовых прямоугольных аппликаций с различными соотношениями длины и ширины. Показано, что с ростом толщины спейсера в каналах продвижения ЦМД глубина МСЛ на расстояниях x>d/2 от аппликации растет, а характерный размер МСЛ увеличивается. На основе экспериментальных данных построены профили профили вертикальной компоненты поля рассеяния апликаций в зазоре между ними и определены допуски на величину зазора между управляющими элементами в каналах продвижения НМД в зависимости от ширины приемного и отдающего концов элементов.

5. С применением разработанных методов исследования проведен анализ механизмов, ответственных за ограничение области работоспособности канала продвижения на асимметричных шевронах, и разработана оригинальная модификация управляющего элемента с характеристиками работоспособности, превышающими характеристики известных ранее конструкций.

6. Разработана новая элементная база для ЗУ ЦМД с плотностью записи не менее 4 Мбит/см2 с топологической нормой 1,5 мкм на основе двухслойных пермаллоевых элементов управления. Предложенная элементная база стала основой разработки микросхемы ЗУ ЦМД емкостью 4 Мбит по спец.заказу.

7. Изучены физические механизмы сужения ОУР каналов продвижения, пересеченных токовыми шинами, представлявшее наиболее серьезное препятствие в разработке и производстве ЗУ ЦМД. Разработаны технологические и конструктивные меры, позволившие преодолеть такое сужение в ЗУ с высокой плотностью записи.

8. Исследованы закономерности анизотропного взаимодействия ЦМД с полем неоднородного механичесскго напряжения в ионноимплантированной ЭФГП у границы напряженной металлизации. Показано, что энергия взаимодействия представляет собой суперпозицию энергии домена в магнитостатической ловушке, образованной скачком вектора намагниченности инноимплантированного слоя в плоскостном магнитном поле, и не зависящей от поля энергии доменной стенки, связанной с наведенной напряжением одноосной анизотропией в собственно ЦМД-содержащем слое.

9. Разработан полный набор логических функциональных узлов на основе домен-доменного магнитостатического взаимодействия для построения нейросхем на ЦМД различного назначения с бинарной матрицей синаптических весов, хранящейся в информационном массиве. Показано, как с помощью логических элементов повысить надежность и простоту управления традиционного ЗУ ЦМД.

Несмотря на законченный вид проведенных исследований и разработок, многие полученные результаты могут быть развиты в дальнейшем. В первую очередь, это касается влияния формы и размагничивающих полей в массиве аппликаций на вид и параметры петли гистерезиса. В этом случае имеются достаточно многочисленные возможности изменения формы аппликаций, в том числе, отличающейся от прямоугольной формы, например, трапецевидной, линзообразной и т.п. Эти возможности позволят создать чувствительные элементы и среды для записи с новыми свойствами.

Широкое применение в настоящее время находят способы измерения распределения размагничивающих полей объектов неферромагнитной природы, например, высотемпературных сверхпроводящих микроэлементов.

Совершенствования потребует и элементная база логических узлов для нейросхем с энергонезависимым хранением матрицы синаптических весов, главным образом с целью расширения области устойчивой работы и температурного диапазона функционирования.

1. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. Изд. МГУ, Москва, 1976 г., с. 209.

2. G.S.Almasi, Y.S.Lin. An analitical design theory for field-access bubble domain devices. IEEE Trans, on Magn.,v. MAG-12, N 3,1976.

3. Эшенфельдер А. Физика и техника цилиндрических магнитных доменов. -М.: Мир, 1983, с. 496.

4. Р.Бозорт. Ферромагнетизм. Под редакцией Е.И.Кондорского и Б.Г.Лифшица, изд. Иностранной литературы, Москва, 1956 г., с. 655.

5. C.Kittel. The theory of the spontaneous magnetized regions structure. Phys. Rev., v. 70, p. 965, 1946.

6. М.А.Боярченков, Н.П.Васильева, Ю.Д.Розенталь. Логические устройства на магнитных средах с управляемым движением доменов. Москва, "Энергия", 1978 г.

7. В.Г.Редько. Нейросхема на ВБЛ. Микроэлектроника, т.21, вып. 4,1992, с. 5055.

8. W.D.Doyle, M.Casey. The hysteretic properties of small soft magnetic bars. AIP Conf. Proc. N 10, 1973, p. 227-231.

9. E.C.Stoner, E.P.Wolfart. A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys. Phil.Trans.Roy.Soc. London, v. A-240,p. 599-642,1948.

10. C.S.Krinchik,E.E.Chepurova, U.N.Shamatov, V.K.Raev, A.K.Andreev. AIP Conf. Proc. V. 24, p. 649,1975.

11. D.B.Dove, J.K. Watson, H.R.Ma, E.Huijer Permeability effects on the magnetization of thin Permalloy I bars. J.Appl.Phys, v. 47, N 5, 1976, p. 22372239.

12. P.K.George. Appl. Phys. Lett. V. 27, N 50,1975.

13. J.H.J.Fluitman. The influence of sample geometry on the magnetoresistance of Ni-Fe films. Thin Solid Films, N 16, 1973, p. 269-276.

14. E.Huijer, J.K.Watson. Hysteretic properties of permalloy I-bars. J.Appl.Phys., v. 50, N3, 1979, p. 2149-2151.

15. E. Huijer, D.B.Dove, J.K.Watson. Small Region Magnetooptic Measurements of Permalloy I-bars J.Appl.Phys., v. 49, p. 1903-1905, 1978.

16. J.K. Watson, H.R.Ma, D.B.Dove, E.Huijer. Proximity and Interaction Effects in Arrays of I-bars. IEEE Trans. MAG-12, p. 669-671, 1976.

17. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшнц. К теории дисперсии магнитной проницаемости ферромагнитных тел. В кн. Л.Д.Ландау. Собрание трудов. Под ред. Е.М.Лифшица, М., Наука, 1969 г.

18. В.И.Левашов, В.Т.Волков, В.Н.Матвеев, В.В.Старков. Квазимонодомен-ный • магниторезистивный датчик. Микроэлектроника, т. 28, № 2,1999 г.

19. C.Tsang, P.Kasiraj, M.Krounbi. Magnetics of nonlaminated, bilaminated, and ^ multilaminated permalloy stripes. J.Appl.Phys., v. 63, N 8, 1988, p. 2938-2940.

20. N.Smith. A specific model for domain wall nucleation in thin-film Permalloy microelements. J.Appl.Phys., v. 63, N 8,1988, p. 2932-2937.

21. B.W.Corb. Effect of magnetic history on the domain structure of small NiFe shapes. J.Appl.Phys, v. 63, N 8, 1988, p. 2941-2943.

22. Г Mat., Mykonos, Greece, Ы2 July, 1996, p. 309-313.

23. H.F.Schmidts, H.Kronmuller. Size dependence of the nucleation field of rectangular ferromagnetic parallelepipeds. J. Magn. And Magn. Materials, v. 94, p. 220-234, 1991.

24. W.F.Brown. Micromagnetics. Interscience, New York, London, 1963.

25. J.F.Smyth, S.Schultz, D.R.Fredkin, D.P.Kern, S.A.Rishton, H.Schmid, M.Cali, T.R.Koehler. Hysteresis in lithografic arrays of permalloy particles: Experiment and theory. J. Appl. Phys., v. 69, N 8, 1991, p. 5262-5266.

26. P.Cyxy. Магнитные тонкие пленки. Пер. с англ., Москва, Мир, 1963 г.

27. М.Пратгон. Тонкие ферромагнитные пленки. Л., Судостроение, 1967 г.

28. R.J.Prosen, B.E.Gran, J.Kivel. Effect of surface rougness on magnetic properties of films. J. Appl. Phys., v. 34, N 4, pt. II, 1963.

29. S.W.Yuan, H.N.Bertran. Inhomogeneities and Coercitivity of Soft Permalloy Thin Films. IEEE Trans, on Magn., v. 28, N 5,1992.

30. Н.П.Васильева, С.И.Касаткин, А.М.Муравьев. Гистерезисные энергонезависимые тонкопленочные запоминающие устройства с произвольной выборкой. Зарубежная электронная техника, № 10, с. 43-55, 1990 г.

31. Б.Барановски. Магниторезистивный преобразователь магнитного поля. Патент ПНР, Int. CI3., H01F 40/08.

32. D.Rugar, H.J.Mamin, P.Guenther, S.E.Lambert, J.E.Stem, I.McFadyen, T.Yogi.щ. Magnetic force microscopy: general Principles and Application to Logitudinal"

33. Recording Media. J.Appl.Phys., v. 68,, 1990, p. 1169-1183.

34. U.Hartmann, T.Goddenhenrich, C.Heiden. Magnetic force microscopy: current status and future trends. J.Magn.Magn.Mat., v. 101, p.263-270, 1991.

35. K.L.Babcock, V.B.Elings, J.Shi, D.D.Awschalom, M.Dugas. Field-dependence of microscopic probes in magnetic force microscopy. Appl.Phys.Lett., v. 66, N 29,1996, p. 705-707.

36. K.L.Babcock, V.B.Elings, M.Dugas, S.Loper. Optimization of Thin-Film Tips for Magnetic Force Microscopy. IEEE Trans, on Magn., v. 30, N 6, 1994.

37. M.A.Al-Khafaji, W.M.Rainforth, M.R.J.Gibbs, J.E.L.Bishop, H.A.Davies. The Effect of Tip Type and Scan Height on Magnetic Domain Images Obtained by MFM. IEEE Trans, on Magn., v. 32, N 5, 1996.

38. В.М.Федосюк, М.У.Шелег, О.И.Касютич. Многослойные магнитные структуры. Зарубежная радиоэлектроника, № 5, с. 88-97, 1990 г.

39. О'Делл Т. Магнитные домены высокой подвижности.- М.: Энергия, 1978, 197 с.

40. Бобек А.Х., Делла Торре Е. Цилиндрические магнитные домены.- М.: Энергия, 1977.

41. Лисовский Ф.В. Физика ЦМД.- М.: Сов. радио, 1979.

42. Балбашов A.M., Червоненкис А.Я. Магнитные материалы для микроэлектроники.- М.: Энергия, 1979.

43. Раев В.К., Ходенков Г.Е. ЦМД в элементах вычислительной техники.-М.:Энергоиздат, 1981.4 47. Мочапов В.Д. Магнитная микроэлектроника.- М.: Сов. радио, 1977.

44. Patent 4162537 (USA). Magnetic bubble memory/ A.H. Bobeck.- Publ. jule 24, 1979.

45. Lin Y.S., Almasi G.S., Keefe G.E. Contiguous-disk bubble domain devices.-IEEE Trans, on Magn., 1977, v. MAG-13, No 6, p. 1744-1764.

46. A.c. 428451. Способ управления цилиндрическими магнитными доменами/ Б.М.Лебедь, Ю.М.Яковлев, В.С.Филонич, П.П.Пахомов.- Опубл. в БИ, 1974, № 18.

47. А.с. 1229823. Способ управления продвижением цилиндрических магнитных доменов и устройство для его осуществления/Н.А.Еськов, С.И.Ольховский, В.П.Сондаевский. Зарегистрировано 7.05.86.

48. Pemeski A.J. Propagation of cylindrical magnetic domains in orthoferrites.- IEEE Trans, on Magn., 1969, v. MAG-5, p. 554-557.

49. Application of bubble devices/ P.I. Bonihard, I. Danilchuk, D.E.Kish, J.L.Smith.-IEEE Trans, on Magn., 1970, v. MAG-6, No 6, p. 447-451.

50. Patent 1241235 (Gr. Br.). Improvement in or relating to magnetic single wall domain devices/ A.H.Bobeck, E. Delia Torre, A.J. Perneski, H.E.D.Scovil. Publ. may 1,1969.

51. Patent 4094006 (USA). Gapless magnetic bubble propagation circuit/ M.Y.Dimyan.- Publ. june 6,1978.

52. Patent 3990061 (USA). Gapless propagation structures for magnetic bubble-domains/ E.W.Pugh .- Publ. nov. 2,1976.

53. A.c. 741318. Канал распространения цилиндрических магнитных доменов/ Л.С.Ломов, А.И.Юдичев.- Опубл. в БИ, 1980, № 22. Application of bubble devices/P.I. Bonihard, I. Danilchuk, D.E.Kish, J.L.Smith.-ЩЕЕ

54. Pinter I. Novel permalloy gapless propagation circuit.-IEEE Trans, on Magn., 1980, v. MAG-16, No 5, p. 864-866.

55. Danilchuk I. Operational characteristics of a 103- bit garnet Y bar shift register. -J. Appl. Phys., 1971, v. 42, p. 1358-1359.

56. Bubble switch and circuit utilizing YY overlay/ F.Yamauchi, K.Yoshimi, S.Fujuwara, T.Furooya. IEEE Trans, on Magn., 1972, v. MAG-8, No 3, p. 372374.

57. Parzefall F., Littwin В., Metzdorf W. XX-bar, a new propagation pattern for magnetic bubbles.- IEEE Trans, on Magn., 1973, v. MAG-9, No 3, p. 293-295.

58. Bobeck A.H., Fisher R.F., Smith J.L. An overview of magnetic bubble domains-material-device interface.- AIP Conf. Proc. 1971, v. 45, No 5, p. 45-55.

59. Generation and propagation characteristics of T-bar circuits on orthoferrites.-Y.Kotera, R.Kinoshita, T.Namikata, Y.Nishimura.- IEEE Trans, on Magn., 1972, v. MAG-8, No 4, p. 673-674.

60. Magnetic bubble domain devices/ J.L.Archer, L.R.Tocci, P.K.George, T.T.Chen.-IEEE Trans, on Magn., 1972, v. MAG-8, No 4, p. 695-700.

61. Kempter K. Cylindrical-domain propagation by stray fields.- IEEE Trans, on Magn., 1972, v. MAG-8, No 4, p. 746-753.

62. Chen Y.S., Nelson T.J. The effect of spacing between garnet film and permalloy overlay circuit in magnetic bubble devices.- IEEE Trans, on Magn., 1972, v. MAG-8, No 4, p. 754-758.

63. Gergis J.S., George P.K., Kobajashi T. Gap tolerant bubble propagation circuits.-IEEE Trans, on Magn., 1976, v. MAG-12, No 6, p. 651-653.

64. A.c. 912064. Канал для продвижения цилиндрических магнитных доменов/ П.И.Бонигард, Ю.С.Чен, Д.Л.Смит. Опубл. в БИ, 1982, № 9.

65. А.с. 750558. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов/ Л.С.Ломов, Е.И.Ильяшенко Ю.И.Игнатенко и др. Опубл. в БИ, 1980, № 27.

66. А.с. 920840. Канал для продвижения цилиндрическихг,магнитных доменов/ Ю.И.Игнатенко, Л.С.Ломов, А.И.Юдичев и др. Опубл. в БИ, 1982, № 14.

67. Patent 4133045 (USA). Cilindrical domain memory/ L.Burkhard.- Publ. jan. 2, 1979.

68. Almashi G.S. Gap-tolerant half-disk bubble device margins.- IEEE Trans, on Magn., 1978, v. MAG-14, No 2, p. 40-46.

69. Matsutera H., Hidaka Y. Three dimensional continuum magnetostatic energy model analysis of 2 pm bubble propagation asymmetric chevron patterns.- IEEE$ ' Trans, on Magn., 1980, v. MAG-12, No 6, p. IEEE Trans, on Magn., 1976, v. MAG-16, No 5, p.852-854.

70. Patent 4470132 (USA). Magnetic bubble memory device/ S.Matsumoto, M.Hiroshima.- Publ. sept.4,1984.

71. Study of less-than-4 p m period permalloy propagation track using a new narrow-gap delineation technique/ Y.Yonekura, T.Yanase, T.Majima, H.Watanabe.- IEEE Trans, on Magn., 1985, v. MAG-21, No 5, p. 1684-1686.

72. Processing techniques for permalloy field access bubble devices with 5 m cell periods and submicron gap withs/ P.P.Sethna, R.E.Fontana, Ir, T.G.W.Blake, D.C.Bullock.- J. Appl. Phys., 1982, v.53, No 3, p. 2534-2536.

73. Ш 79. Arnold W.F. Bubble up: megabits that don t forget.- Electronic Business, November 1983, p. 218-220.

74. Washburn H., Silverman P. A mulplexed 4 Mbit bubble memory device.- J. Sol.-St. Circuits, 1984, v. SC-18, No 5, p. 567-571.

75. Scaling of permalloy propagators for bubble devices/ M.Courtoy, J.Kelly, A.Lee et al.- IEEE Trans, on Magn., 1984, v. MAG-20, No 5, p. 1078-1080.

76. Design of 2 pm-period minor loops in hibrid bubble memory/ M.Ohashi, T.Mijashita, Y.Sato et al.- IEEE Trans, on Magn., 1985, v. MAG-21, No 5, p. 1709-1711.

77. Patent 4470132 (USA). Magnetic bubble memory/ N.Kodama, R.Suzuki, M.Takeshita, Y.Sugita.- Publ. june 5, 1984.

78. H.Umezaki, N.Kodama, R.Suzuki, Y.Sugita. Fabrication Process for Ion-Implanted and Permalloy Hybrid Magnetic Bubble Memory Devices. . IEEE Trans. MAG-224, p. 2226-2234,1988.

79. N.Kodama, T.Toyooka, M.Takeuchi, R.Suzuki. A new junction design on a permalloy corner pattern "for ion-implanted and permalloy hybrid bubble memory devices. IEEE Trans. MAG-28, p. 1978-1982, 1992.

80. Новиков В.И., Чиркин Г.К. Влияние отталкивающего магнитного полюса на движение ЦМД.- IV Всесоюзная школа-семинар по доменным и магнитооптическим запоминающим устройствам/ Батуми, 21-30 октября 1981 г. /: Тезисы докладов, Тбилиси, 1981, с.79.

81. А.с. 748507. Канал для продвижения цилиндрических магнитных доменов/ Л.С.Ломов, В.И.Новиков, Е.П.Паринов и др. Опубл. в БИ, 1980, № 26.

82. А.с. 706879. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов/ Л.С.Ломов, А.И.Юдичев.- Опубл. в БИ, 1979, № 48.

83. Patent 4355373 (USA). Magnetic bubble memory/ A.H.Bobeck. Publ. oct. 19, 1982.

84. Patent 4486858 (USA). Magnetic bubble memory device/ Y.Takeyasu,

85. A.Masashi.- Publ. dec. 4,1984.

86. А.с. 1178233. Канал для продвижения цилиндрических магнитных доменов/

87. B.И.Новиков.- Зарегистрир. 8.05.1985.

88. Design and characteristics for A 4 p m period permalloy bubble device/ K.Yamagishi, T.Yanase, M.Amatsu et al.- IEEE Trans, on Magn., 1983, v. MAG-19, No 5, p. 1853-1858.

89. Six micrometer period wide-gap permalloy magnetic bubble devices/ L.M.F.Chirovsky, A.H.Bobeck, P.I.Bonyhard et al.- IEEE Trans, on Magn., 1985, v. MAG-21, No 5, p. 1675-1680.

90. A.c. 805840. Канал для продвижения цилиндрических магнитных доменов/ Г.К.Чиркин, Л.С.Ломов, Ю.К.Миляев, В.И.Новиков, В.А.Скиданов и др.-Зарегистрир. 14.10.1980.

91. Patent 4333163 (USA). Bubble memory with increased gap tolerance between propagation elements/P.K.George.- Publ. june 1,1982.

92. Patent 4086661 (USA)*. Cylindrical magnetic domain element/S.Matsuyama, I.Tanahashi, K.Imamura, T.Majima.- Publ. apr. 25,1978.

93. Cohen M.S., Lee W.P., Sanders I.L. A contiguous-disk bubble memory without charged walls?- IEEE Trans, on Magn., 1979, v. MAG-15, No 6, p. 1654-1656.

94. Gergis I.S., Lee W.P., Sallee C.D. Complementary pennalloy bubble propagation structure.- IEEE Trans, on Magn., 1980, v. MAG-16, No 3, p. 497-501.

95. Sanders I.L., Kane S.M., Cohen M.S. I- jim bubble permalloy "contiguous-disk" devices.- J. Appl. Phys., 1981, v. 52, No 3, p. 2374-2376.

96. George P.K., Archer J.L. Magnetization distributions, magnetostatic energy barriers, and drive fields for permalloy bars.- J. Appl. Phys., 1973, v. 44, No 1, p. 444-448.

97. Jones M.E., Enoch R.D. An experimental investigation of potential wells and drive fields in bubble domain circuits.- IEEE Trans, on Magn., 1974, v. MAG-10,No9,p. 832-835.

98. A.c. 853674. Канал для продвижения цилиндрических магнитных доменов/ А.П.Вахмистров, А.А.Гугнов.- Опубл. в БИ, 1981, № 29.

99. Элементная база для ЦМД устройств памяти высокой информационной плотности/ Е.И.Ильяшенко, С.Н.Матвеев, Н.И.Кармацкий и др.- Суздаль, окт. 1985 г./: Москва, 1985, с. 7-8.

100. Doyle W.D., Flannery W.E., Coleman J.A. Error rate measurements in bubble circuits on permalloy coated YEu garnet films.- AIP Conf. Proc., 1974, v.-18, p. 152-156.

101. Coren R.L. Shape demagnetizing effects in permalloy films.- J. Appl. Phys., 1966, v. 37, p. 230-233.

102. Copeland J.A. Magnetization of small permalloy circuit elements.- J. Appl. Phis. 1972, v. 43, No 4, p. 1905-1908.

103. George P.K., Hughes A.J. Bubble domain field access device modeling part I: the magnetization problem.- IEEE Trans, on Magn., 197$, v. MAG-12, No 3, p. 137-147.

104. George P.K., Hughes A.J. Bubble domain field access device modeling part II: device modeling.- IEEE Trans, on Magn., 1976, v. MAG-12, No 3, p. 148-159.

105. Петрова JI.О., Розенблат М.А. Математическое моделирование полей пермаллоевых управляющих аппликаций в ЦМД устройствах.- В книге:

106. Магнитные и магнитно-полупроводниковые элементы для переработки информации.- Москва, Наука, 1976, с. 163.

107. Ishak W., Delia Torre Е. Modeling of field access bubble devices.- IEEE Trans, on Magn., 1978, v. MAG-14, No 5, p. 1035-1042.

108. Druyvesteyn W.F., Tjaden D.L., Dorlejn J.W.F. Calculation of the stray field of a magnetic bubble with application to some bubble problems.- Philips Res. Rep., 1972, v.27, No 1, p. 7.

109. Петрова JI.О., Розенблат М.А., Антонов Л.И. Магнитостатическое взаимодействие пермаллоевых управляющих элементов с цилиндрическими магнитными доменами,- В книге: Доменные и магнитооптические запоминающие устройства.- Москва, Наука, 1977, с. 268.

110. Свойства цилиндрических магнитных доменов в полях элементов доменопродвигающих схем/ А.К.Андреев, Г.С.Кринчик, В.К.Раев, Г.Е.Ходенков.- .- В книге: Доменные и магнитооптические запоминающие устройства.- Москва, Наука, 1977 г.

111. Цыганов О.А. Математическое моделирование взаимодействия цилиндрических магнитных доменов и управляющего покрытия.- В книге: Магнитные и магнитно-полупроводниковые элементы для переработки информации.- Москва, Наука, 1981, с. 97-105.

112. Collins T.W., Cole R.W. A magnetic-bubble-device simulator.- IEEE Trans, on Magn., 1980, v. MAG-16, No 5, p. 846-851.

113. Петрова Л.О., Зиборов Э.С. Основы метода расчета полей рассеяния пермаллоевых аппликаций и энергии взаимодействия между ЦМД и аппликацией.- Вопросы радиоэлектроники, 1983 г., вьнО, стр. 27-31.

114. Doyle W.D., Casey М. The hysteretic properties of small soft magnetic bars.- AIP Conf. Proc. series, 1972, v. 10, p. 227-231.

115. Almasi G.$., Lin Y.S. Bubble domain devices.- IEEE Trans, on Magn., 1976, v. MAG-12, No 4, p. 160-201.

116. Ильяшенко Е.И., Матвеев С.Н. Оценка адекватности математической модели движения ЦМД экспериментальным результатам для элементов несимметричный шеврон и тапир/ Батуми, 1981/: Тез. докл. Тбилиси, 1981, с. 76-78.

117. Rossol R.E. Stroboscopic observation of cylindrical domain propagation in a T-bar structure.- IEEE Trans, on Magn., 1970, v. MAG-6, No 3, p. 500.

118. Kleparsky V.G., Rosenblat V.A., Romanov A.M. Bubble domain propagation dynamics in field-access permalloy driving circuits.- IEEE Trans, on Magn., 1975, v. MAG-11, No 5, p. 1130-1132.

119. Kobayashi Т., George P.K. Humphrey F.B. Dynamics of bubbles in field access devices studied using high speed optical sampling microscope.- IEEE Trans, on Magn., 1976, v. MAG-12, No 3, p. 201.

120. Optoelectrical study of bubble propagation in field access devices / E.I.Il'yashenko, S.N.Matveyev, N.I.Karmatski et al.- IEEE Trans, on Magn., 1979, v. MAG-15, No 4, p. 1120-1123.

121. ЦМД устройство на элементах тапир с квазипланарной структурой слоев/Е.И.Ильяшенко, Е.П.Паринов, С.Н.Матвеев, Г.К.Чиркин.-Микроэлектроника, 1984 г., т. 13, вып. 3, стр. 196-205.

122. George Р.К., Chen Т.Т. Magnetostatic potential wells and drive fields infield access bubble domain drive circuits.- Appl. Phys. Lett., 1972, v. 21, No 6, p. 263-264.

123. De Luca J.C., Malozemoff A.P. Dynamic method for characterizing potential wells of bubbles under charged walls.- IEEE Trans, on Magn., 1979, v. MAG-15, No 6, p. 1651-1653.

124. Vella Coleiro G.P., Tabor W.J. Measurement of magnetic bubble mobility in epitaxial garnet films.- Appl. Phys. Lett., 1972, v.21, No 1, p. 7-9.

125. Zhang S.J., Humphrey F.B. Potetial well of charged walls.- IEEE Trans, on Magn., 1982, v. MAG-18, No 6, p.1370-1372.

126. Schultz L.Ahn K.Y. Experimental investigation of the interaction potential of domain walls with localized stress fields in epitaxial garnet films.- J. Appl. Phys.,1979, v.50, No 11, p. 7862-7864.

127. Potential barrier study of the border-line defined by ion implantation in bubble garnets/ P.Pougnet, H.Jouve, P.Gerard, F.B.Humphrey.- J. Appl. Phys.,1982, v. 53, No 3, p.2513-2515.

128. Urai H. New method for potential well measurements using bubble runout in ion-implanted bubble devices.- IEEE Trans, on Magn., 1985, v. MAG-21, No 6, p.2676-2679.

129. Garnett G.W.,. Corner W.D. The formation of permanent states in permalloy overlays.- IEEE Trans, on Magn., 1981, v. MAG-17, No 6, p.2671-2676.

130. Tsang S., Decker S.K. Study of domain formation in small permalloy ф/ magnetoresistive elements.- J. Appl. Phys., 1982, v.53, No 3, p. 2602-2604.

131. Garnett G.W., Corner W.D. Domain sructure and magnetization processes in permalloy propagation elements.- J. Magn. and Magn. Mat., 1982, v.30, No 1, p. 11-26.

132. Баиров А.И., Кондратьев И.Н., Семин Г.Н. Особенности перестройки' доменной структуры узких пермаллоевых полосок в квазивращающихся магнитных полях/Суздаль, 1985/: Тез. докл. Москва, 1985, с. 57-58.

133. Семенов B.C. Исследование доменной структуры прямоугольной аппликации под действием внешнего поля/ Суздаль, 1985/: Тез. докл. Москва, 1985, с.55-56.

134. Studies Cf the domain structure of permalloy propagation "tapir" element/ •ф E.I.Il'yashenko, S.N.Matveyev, N.I.Karmatsky, I.Pinter.- ЩЕЕ Trans, on Magn.,1983, v.MAG-19,No5,p. 1850-1852.

135. Magnetization reversal study in permalloy bubble- propagation circuits with magneto-optical equipment of micron resolution/ G.S.Krinchik, E.E. Chepurova, U.N.Shamatov et al.- AIP Conf. Proc. series, 1975, No 24, p. 649-650.

136. Рандошкин В.В. Старостин Ю.В. Технология изготовления запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах.I

137. Радиоэлектроника за рубежом, НИИЭ и ИР, Москва, 1982 г.

138. Roman B.J., Nelson T.J., Smith J.L. Effect of conductor crossing on propagation margins.- IEEE Trans, on Magn., 1980, v. MAG-16, No 3, p. 489497.

139. Strauss W. A conductor crossing problem in magnetic bubble memory.- J. Appl. Phys., 1978, v. 49, p. 1897.

140. Гаевский A.B., Орлов Г.Н., Сидоров А.А. Сглаживание рельефа разделительного слоя в ЦМД-кристаллах/ Суздаль, 1985/: Тез. докл. Москва 1985, с. 45-46.

141. Fontana R.E., Bullock D.C., Singh S.K. Characteristics of a 1 Mbit/cm2 magnetic bubble memory.- IEEE Trans, on Magn., 1980, v. MAG-16, No 5, p. 1101-1105.

142. A.C. 760185., Переключатель цилиндрических магнитных доменов/ Р.Д.Иванов, JI.C.JIomob, В.И.Новиков и др.- Опубл. в БИ, 1980, № 32.

143. Patent 4020476 (USA). Magnetic bubble memories with nonobstructing crossing between conductor and permalloy patterns/ P.I.Bonyhard, J.L.Smith.-Publ. apr. 26, 1977.

144. Dishman J.M., Pierce R.D., Roman B.J. Interaction of domain walls with localized stress fields in magnetostrictive films.- J. Appl. Phys., 1974, v. 45, No 9, p. 4076-4083.

145. Hu S.M. Film-edge-induced stress in substrates.- J. Appl. Phys., 1979, v. 50, No 7, p. 4661-4666.

146. Gill H.S. Magnetic interaction between ion-implanted liquid phase epitaxially grown magnetic garnet films and patterned thin metallic films.- J. Appl. Phys., 1981, v.52, p. 369-372.

147. Effect of elastic properties of Si02-spacer on bubble pinning/ B.Stein, H.Callen, M.Casey, R.Josephs.- J. Appl. Phys., 1978, v.49, No 3, p. 1974-1976.

148. Gill H.S., George P.K., Tuxford A.M. Effect of spacer layer elastic properties on metallic thin films edge-induced stress gradients in bubble memory devices.-IEEE Trans, on Magn., 1982, v. MAG-18, No 5, p. 1004-1007.

149. Horng C.T., Schwenker R.O. Effect of conductor passivation on bubble propagation in contiguous disk devices.- J. Appl. Phys., 1981, v.52, No 3, p. 23832385.

150. Темерти Г.Ф., Нецветов В.И., Службин Ю.А. Влияние механических напряжений на область устойчивой работы запоминающих устройств с токовым управлением/ Суздаль, 1985/: Тез. докл., Москва, 1985, с. 49-50.

151. H.Umezaki, S.Isomae, T.Sato, T.Toyooka, and R.Suzuki. Analysis and reduction of conductor stress in magnetic bubble memory devices. J. Vac. Sci. Technol., A8(l), Jan/Feb 1990, p. 73-78.

152. R.C.Minnick, P.T.Baily, R.M.Sandfort, W.L.Semon. Magnetic Bubble Logic. WESCONProc., 8/4, p. 15-18, 1972.

153. Е.В.Карасев, В.С.Потапов. Доменорасщепляющее устройство. А.с. № 446110 (СССР), опубл. в БИ № 37, 1974 г.

154. В.В.Абрамов, Е.А.Иванов, Ю.Д.Розенталь. Элемент пересечения. А.с. № 510749 (СССР), опубл. в БИ№ 14,1976 г.

155. R.M.Sandfort, R.R.Burke. Logic functions for magnetic bubble devices. IEEE Trans, on Magn., v. MAG-7, N 3,1971.

156. В.Г.Редько. Принципы создания нейросхем магнитной микроэлектроники. Докторская диссертация. Москва, Гос. НИИ физических проблем им. Ф.В.Лукина, 1994 г.

157. W.P.Webster. Artificial neural networks and their application to weapons. Naval Engineering Jornal, v. 109, N 3,1991.

158. M.Yasumada et al. A self-learning digital neural network using wafer-scale LSI. IEEE Journal of Solid State Circuits, v. 28, N 2,1993.

159. Нейроподобные сети и нейрокомпьютеры. Под редакцией Э.М.Куссуля и др. Киев, Институт кибернетики им. В.М.Глушкова, 1991 г.

160. Куссуль Э.М., Байдык Т.Н. Структура нейронных ансамблей. Нейрокомпьютер, № 1, 1992 г., с. 16-23.

161. D.J.Willshaw, O.P.Beneman, H.C.Longuet-Higgins. Nonholografic associative memory. Nature, v. 222, N 5197, p. 960-962, 1969.

162. В.А.Скиданов, В.В.Костылев. Контроль функциональных, слоев в ЦМД-технологии. Депонировано в ЦНИИ "Электроника", N 4522,1987 г.

163. L.E.Helseth, R.W.Hansen, E.I.Il'yashenko, M.Basiljevich, T.H.Johansen. Faraday rotation spectra of bismuth-substituted ferrite garnet films with in-plane magnetization. Phys. Rev. B, v. 64, 174406, 2001.

164. F.Laviano, D.Botta, A.Chiodoni, R.Gerbaldo, G.Ghigo, L.Gozzelino,S.Zandella, E.Mezzetti. An improved method for quantitative magneto-optical analysis of superconductors. Supercond. Sci. Technol. V. 16, p.71-79, 2003.

165. А.К.Звездин, В.А.Котов. Магнитооптика тонких пленок. Москва, Наука, 1988 г.

166. V.A. Skidanov. The measurement of the magnetized particle stray field distribution. The abstracts of NATO Research Workshop on Magneto-Optical Imaging. Bergen, Norway, August 2003.

167. Kurtzig A.J. Interaction of magnetic domain walls with twin and grain boundaries in orthoferrites.- IEEE Trans, on Magn., 1970, v. MAG-6, p. 497-500.

168. Nakagava Т., Namikata T. Rapid detection of defects in LPE bubble crystals.-IEEE Trans, on Magn., 1974, v. MAG-10, p. 488-491.

169. Кандаурова Г.С., Васьковкий В.О. Локальная коэрцитивность доменных границ. ФММ, 1980, т. 49, вып. 4, с. 744-755.

170. Schults L. Elementary interaction of a domain wall with individual dislocations in magnetic garnet films.-J. Magn. and Magn. Mat., 1979, v. 13, No 1-2, p. 251. 253.

171. Козлов Н.П., Скиданов B.A., Чиркин Г.К. Потенциальная энергия ЦМД в поле пермаллоевой аппликации.- IV Всесоюзный семинар «Физическиесвойства и применение ЦМД в приборостроении»/. Москва, окт. 1980/: Тез. докл. Москва, 1980, с. 48.

172. Н.П.Козлов, В.Г.Редько, В.А.Скиданов, Г.К.Чиркин. Экспериментальныйметод определения энергии взаимодействия ЦМД с пермаллоевой аппликацией. Письма в ЖТФ, 1981, т. 7, вып. 12, с. 751-754.

173. В.А.Скиданов. Измерение профиля магнитостатической ловушки ЦМД, образованной пермаллоевой аппликацией, в эпитаксиальной феррит-гранатовой пленке.

174. Микроэлектроника, т. 17, вып. 2, 1988 г.

175. Hubert A. Micromagnetics of ion-implanted garnet layers.- IEEE Trans, on Magn., 1984, v. MAG-20, No 5, p.p. 1816-1821.

176. В.А.Скиданов. Размеры и плотность размещения частиц и форма петли гистерезиса массива магнитных аппликаций. XYI Международная Школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Сб. трудов, ч. 2, М: МГУ, 1998, с. 476-477.

177. Совершенствование конструкции и технологии изготовления микросхемы Л1605РЦ1 с целью увеличения выхода годных с 12 до 45 %. ОКР "Мера-2Т",

178. Гос. регистр. № Ф37114, 1990 г.

179. Разработка аппаратуры и методов исследования элементов ЦМД-микросхем. НИР "Метрика-2",

180. Гос. регистр. № У117631, 1994 г.

181. В.А.Скиданов, Ю.К.Миляев. Устройство для считывания цилиндрических магнитных доменов. А.с. 1015434.1. Зарегистр. 3.01.1983.

182. В.А.Скиданов. Закономерности взаимодействия доменов с аппликациями и характеристики каналов продвижения ЦМД в ЗУ с пермаллоевой элементной базой. Кандидатская диссертация, Москва, 1987 г.

183. В.А.Скиданов. Влияние величины зазора на ОУР пермаллоевого канала продвижения ЦМД. "Элементы и устройства на ЦМД и ВБЛ", Сборник тезисов докладов Всесоюзного семинара в г. Симферополе, сент. 1987, Москва, 1987.

184. В.А.Скиданов. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов. Патент РФ № 2029392, БИ № 5, 1995 г.

185. А.Д.Кривоспицкий, А.А.Окшин, А.А.Орликовский, Ю.Ф.Семин, В.А.Скиданов. Технология самосовмещения для ЗУ ЦМД с пермаллоевой элементной базой Микроэлектроника, № 4, т. 26,1997, с. 272-277.

186. Совершенствование конструкции и технологии изготовления микросхемы

187. Л1605РЦ1 с целью увеличения выхода годных с 4,5 до 12 %. ОКР "Мера-IT",

188. Гос. регистр. № Ф30795, 1988 г.

189. Разработка изделия Ц емкостью 512 у.е. НИР "Мера-6", Гос. регистр. № Ф30222,1987 г.

190. Разработка интегральной микросхемы на ЦМД емкостью 1М. НИР "Мера-2", Гос. регистр. №Ф16552, 1982 г.

191. Разработка микросхемы на ЦМД диаметром 3 мкм емкостью 256 Кбит. ОКР "Мера-Г', Гос. регистр. № Ф15932, 1982 г.

192. Разработка аппаратуры и методов исследования динамических параметров элементов ЦМД-микросхем. НИР "Метрика-1С", Гос. регистр. № У95914, 1984 г.

193. Разработка и внедрение технологического процесса изготовления•фотошаблонов для изделий Ц топологической емкостью 128 у.е. ОКР "Мозаика-2Ш", Гос. регистр. № Ф32242,1988 г.

194. Разработка и внедрение базового технологического процесса изготовления кристалла изделий Ц топологической емкостью 128 у.е. ОКР "Мозаика-2Т", Гос. регистр. № Ф32252, 1988 г.

195. Разработка алгоритмов и математического обеспечения для автоматизированного контроля и обработки информации в технологическом маршруте изготовления изделий Ц. ОКР "Мозаика-2М", Гос. регистр. № Ф32204, 1989 г.

196. Разработка изделий Ц на кристалле общей площадью более 2 см . ОКР "Мозаика-2", Гос. регистр. № Ф32241,1988 г.

197. В.А.Скиданов, Л.А.Игнатьева. Кристаллическое совершенство и дефектность эпитаксиальных феррит-гранатовых структур. Труды XIY Школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", ч. 3, Москва, МГУ, 1994, с. 87-88.

198. В.А.Скиданов,. В.П.Кулешов, О.В.Лебедева, АД£урина, В.А.Рябик. Канал продвижения цилиндрических магнитных доменов.

199. Авт. свид. № 1378677, 1987 г.

200. Скиданов В.А. Влияние механического напряжения в ГРЭС возле границ токовых элементов на доменопродвижение в ЦМД-кристаллах.-Электронная техника, сер. 3 «Микроэлектроника», 1987, вып. 1 (121), с. 21.

201. В.А.Скиданов, Г.К.Чиркин.- Канал для продвижения ЦМД. А.с. 890437. Опубл. в БИ, 1981, №46.

202. Скиданов В.А. Влияние механического напряжения на доменную структуру феррит-гранатовой пленки вблизи границы немагнитной металлизации. ЖТФ, 1986, т. 56, вып. 2, с. 379-382.

203. Прохоров И.А., Захаров Б.Г. Рентгеноструктурные исследования совершенства монокристаллов галлий-гадолиниевого граната.-Электронная техника, сер. Материалы, 1977, вып. 6, с. 43-48.

204. Hagedorn F.B. Instability of an isolated straight magnetic domain wall/- J. Appl. Phys., 1970, v. 41, p. 1161-1162.

205. J.P. Kersusan, P.Gerard, J.P.Gailliard, H.Jouve. Determination of the stress profile in ion-implanted garnets/ IEEE Trans, on Magn., 1981, v. MAG-17,1. No 6, p. 2917-2919.

206. Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of elasticity.- New York, McGraw-Hill, 1970.

207. А.В.Антонов, Е.С.Лабутин, В.Г.Подужайло, В.Г.Редько, В.А.Скиданов, А.И.Юдичев. Запоминающее устройство на вертикальных блоховских линиях. Авт. свид. 1344114 1987 г.

208. Д.Д.Спиваков, Р.Д.Иванов, А.В.Сурина, В.А.Скиданов. Носитель информации. А.с. 948257. Приоритет от 6.01.81, зарегистрировано 1.04.82.

209. А.Д.Кривоспицкий, В.А.Скиданов, Д.Д.Спиваков. Рентгеношаблон. Авт. свид. № 1586462,1988 г.

210. В.А.Скиданов. Р.А.Айнетдинов А.Г.Егазаров Ю.К.Миляев. Диагностика функционально слабых узлов в кристаллах ЗУ на ЦМД. X Всесоюзный объединенный семинар по ЦМД/ВБЛ в Симферополе, Тезисы докладов, Москва, 1991 г.

211. В.А.Скиданов. Реплицирующий генератор цилиндрических магнитных доменов. Патент РФ № 2025794, БИ № 24,1994 г.

212. В.А.Скиданов. Элементы управления цилиндрическими магнитными доменами в запоминающих и логических ячейках энергонезависимой памяти. Электронная промышленность, № 3, с. 122-126, 2003 г.

213. В.Г.Редько, В.А.Скиданов. Нейроподобная ассоциативная память на основе цилиндрических магнитных доменов и вертикальных блоховских линий. Нейрокомпьютер, № 1, 1992, с. 71-75.

214. В.Г.Редько, В.А.Скиданов. Магнитный микроэлектронный нейрокомпьютер. Структурная схема. Нейрокомпьютер, № 1-2, 1993, стр. 37-44.

215. V.G.Redko, V.A.Skidanov. Magnetic bubble and Vertical Bloch-line Neural Associative Memory. RNNS/IEEE Simposium on Neuroinformatics and Neurocomputers, Rostov-on-Don, 1992, v. 1, pp. 580-590.

216. В.Г.Редько, В.А.Скиданов, О.В.Ургант. На пути микроэлектронной•реализации нейронных сетей с бинарными матрицами памяти. Труды Международной академии информатизации. Выпуск 2, Москва, 1997 г. с. 167-181.п