DE1073090B - Messeinrichtung mit einer Hall-Sonde zum Messen de Feldstärke von Magnetisierungsflecken auf magnetischen Aufzeichnungsträgern. - Google Patents

Description

• Meßeinrichtung mit einer Hall-Sonde zum Messen der Feldstärke von Magnetisierungsfiecken auf magnetischen Aufzeichnungsträgern Die Benutzung des Hall-Effektes, welcher darin besteht, daß eine in Richtung ihrer Normalen von einem Magnetfeld durchsetzte Platte eines Leitermaterials in einer in der Plattenebene liegenden Richtung eine Spannung liefert, wenn sie in der dazu senkrechten, in derselben Ebene liegenden Richtung von einem Strom durchflossen wird, zur Messung von magnetischen Feldstärken ist bekannt. Mit den bekannten Anordnungen ist die Feststellung von Feldstärkewerten bis herab zu 10 Oersted gelungen. Sie sind jedoch unhandlich groß, und ihr Auflösungsvermögen in bezug auf die örtlichen Unterschiede der Feldstärke ist sehr gering. Außerdem läßt sich ihr Signal-Rausch-Verhältnis nicht verkleinern.
• Diese Nachteile werden bei einer Meßeinrichtung mit einem durch Aufdampfen einer Halbleiterschicht auf einer Trägerplatte hergestellten Hall-Sonde zum Messen der Feldstärke kleiner Magnetisierungsflecken auf der Oberfläche von magnetischen Aufzeichnungsträgern dadurch beseitigt, daß gemäß der Erfindung die Hall-Sonde in an sich bekannter Weise die Form eines Kreuzes mit an den Armenden desselben angebrachte elektrische Zuleitungsdrähte aufweist und daß die Kreuzarme den magnetischen Aufzeichnungsträger so weit überragen, daß die Anschlußstellen der Zuleitungsdrähte außerhalb des magnetisch erregten Bereiches des Aufzeichnungsträgers liegen.
• Die Meßeinrichtung nach der Erfindung hat ein hohes Auflösungsvermögen und liefert durch Vermeidung der schädlichen galvanischen und thermischen Effekte bekannter Anordnungen ein praktisch rauschfreies Signal.
• Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird durch Zeichnungen erläutert, die in Fig. 1 eine Ausführungsform einer Sonde mit schematisch dargestellten Betriebseinrichtungen, in Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Sonde und in Fig. 3 Meßwerte von drei Sondenmustern zeigen.
• Die Größe der Hall-Spannung folgt der Gleichung VE = t ItH RH, wo Ve die Hall-Spannung, I der die Sonde durchsetzende Strom, H die magnetische Feldstärke, t die Dicke des wirksamen Teiles der Sonde und RH die Hall-Konstante sind. Letztere ist materialabhängig und bestimmt sich aus der Gleichung 1 n e n ist hier die Ladungsträgerdichte und e die elektrische Ladungseinheit. Die folgende Tabelle gibt die Hall-Konstante in Ohm cm/Gauß und den spezifischen Widerstand Rs in Ohm cm für einige Werkstoffe wieder.

  Material RH Rs

  Germanium (Kristallin) 8-10-5 5,7

  Wismut . 10-6 l,l 10-4

  Tellur . .. 5,3 . 10-7 0,2

  Kupfer . . . . . . . . . . . . . . 5,2 zu10-13 1,7 10-6

  Indium-Antimonid.... 3,58 10-6 0,094

  Die Hall-Sonde nach Fig. l besteht aus einer dünnen ebenen Trägerplatte aus Glas, Quarz od. dgl., auf die in dünner Schicht ein Halbleiter niedergeschlagen ist. Der Halbleiter bildet ein rechtwinkliges Kreuz mit den Armen 2 und 3, die sich bei 4 überlappen. Die Arme setzen sich nach außen in die aus dem gleichen Material bestehenden Anschlußstücke 5, 6, 9 und 10 fort, an deren Ende 5', 6', 9' und 10' der Anschluß an die Versorgungs-und Meßeinrichtungen erfolgt. Die Stromquelle 7 liefert über das Amperemeter 8 den Strom, der die Sonde über den Arm 2 durchsetzt; die Stromquelle 30 speist über den Regelwiderstand 32 und das Amperemeter 33 die Spule 31, deren Magnetfeld senkrecht zur Ebene der Sonde verläuft.
• In der dritten, zu Strom- und Magnetfeld senkrechten Richtung, in Richtung des Armes 3, entsteht die Hall-Spannung, die über den Regler 11 und Verstärker 12 im Spannungsmesser 13 angezeigt wird.
• Das die Hall-Spannung erzeugende Flächenelement 4 ist bei dieser Anordnung tatsächlich von den Anschlußpunkten 5', 6', 9' und 10' zur äußeren Schaltung isoliert.
• Bekanntgewordene Hall-Sonden tragen die Anschlüsse im unmittelbaren Bereich der zu untersuchenden magnetischen Felder, und da die Anschlüsse die Quelle schädlicher galvanischer und thermischer Effekte sind, verursachen sie bei jenen Anordnungen Störspannungsbeiträge zur Hall-Spannung.
• Die Trägerplatte muß vor dem Aufbringen des Halbleiters sorgfältig durch aufeinanderfolgendes Waschen mit Kaliumbichromatlösung, Wasser, Tetrachlorkohlenstoff, Wasser, verdünnter Salzsäure und destilliertem Wasser sowie durch Ionenbeschuß gereinigt werden. Auf die so behandelte Fläche wird eine gelatineartige, bei Belichtung polymerisierende Schicht aufgetragen, ein Bild der zu erzeugenden Anordnung, z. B. die von Fig. 1, auf die Platte projiziert und die nicht belichteten Flächen mit Alkohol abgewaschen. Die Glasfläche ist nun an den Stellen der Leiterflächen, z. B. 2, 3, 5, 6, 9 und 10 der Fig. 1, frei. Nachdem durch Vakuumaufdampfen eine Schicht Halbleitermaterial von 0,1 bis zu mehreren Mikron Dicke auf der ganzen Fläche niedergeschlagen wurde, läßt sich die polymerisierte Gelatineschicht in verdünnter Schwefelsäure entfernen; es bleibt das gewünschte Halbleitermuster. Dieses besitzt, wenn Germanium bei Raumtemperatur aufgedampft wurde, amorphe Struktur und hohen Widerstand; durch Erwärmen auf über 500"C in neutraler Atmosphäre wird die Schicht kristallin, ihre Leitfähigkeit geht vom n- auf den p-Typ über. Die genannten Verfahrensschritte zur Behandlung der Trägerplatte sowie zur- Herstellung der Hall-Sonde gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung.
• Nachstehend seien zwei Beispiele für die Abmessungen der Sonde gegeben: Die Arme 2 und 3 der Sonde haben eine Breite von 0,04 bzw. 0,02 mm, bei einem anderen Muster 0,02 bzw. 0,01 mm. Die kleinere der Sonden vermag Felder im Abstand 10 p zu analysieren. Mit ihr lassen sich magnetisierte Flecke, z. B. aufeine Magnetband, ablesen, die mit einer Dichte von 1,5-104 Aufzeichnungen pro mm2 aufgebracht sind.
• Eine andere Form einer Sonde zeigt die Fig. 2; die Achsen 24 und 25 der Arme 22 und 23 auf der Platte 21 schließen einen Winkel a von 900 oder etwas weniger ein.
• Die Zuleitungen 26 aus Edelmetall oder Kupfer werden mit den Anschlußpunkten 22a und 23a verlötet.
• In Fig. 3 ist das Verhältnis von Hall-Spannung zu Querstrom über der magnetischen Feldstärke für drei Sondenmuster aufgetragen. Die folgende Tabelle gibt charakteristische Werte der Sonden wieder:

  Film- Spezi- Trä'er-

  fischer Beweg-

  dicke Wider- I2H10s lichkeit dichte

  stand . 10-15

  - (Ohm/cm) (tm2/Vs) pro cm3

  1. Ge ... 1,6 0,42 8,96 2,15 | 0,7

  2. In Sb 1,07 0,94 0,36 3,85 17,4

  3. In Sb 0,567 0,018 2,57 143 2,4

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Meßeinrichtung mit einer durch Aufdampfen einer Halbleiterschicht auf einer Trägerplatte hergestellten Hall-Sonde zum Messen der Feldstärke kleiner Magnetisierungsílecken auf der Oberfläche von magnetischen Aufzeichnungsträgern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Sonde in an sich bekannter Weise die Form eines Kreuzes mit an den Armenden desselben angebrachten elektrischen Zuleitungsdrähten aufweist und daß die Kreuzarme den magnetischen Aufzeichnungsträger so weit überragen, daß die Anschlußstellen der Zuleitungsdrähte außerhalb des magnetisch erregten Bereiches des Aufzeichnungsträgers liegen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Arme des Kreuzes sich zumindest annähernd rechtwinklig schneiden.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Halbleiterschicht zwischen 0,1 und 2 jz liegt.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Kreuzarm nach außen in eine aus gleichem Material wie das Kreuz bestehende abgewinkelte Zuleitungselektrodefortsetzt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 778795, 2562212, 2759861; »Phys. Review«, 104 (1956), S. 74 bis 82.