DE1193547B - Lesekopf mit einer magnetfeldabhaengigen Halbleiterschicht zum Abfuehlen magnetischer Aufzeichnungen - Google Patents

Lesekopf mit einer magnetfeldabhaengigen Halbleiterschicht zum Abfuehlen magnetischer Aufzeichnungen

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DE1193547B DEI16557A DEI0016557A DE1193547B DE 1193547 B DE1193547 B DE 1193547B DE I16557 A DEI16557 A DE I16557A DE I0016557 A DEI0016557 A DE I0016557A DE 1193547 B DE1193547 B DE 1193547B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
Nummer;
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
H03k
Deutsche KL: 21 al-37/20
1193 547
I16557IXc/21al
11. Juni 1959
26. Mai 1965
Die Erfindung betrifft einen Lesekopf mit einer magnetfeldabhängigen Halbleiterschicht zum Abfühlen (Lesen) magnetischer Aufzeichnungen.
Wünschenswerte Eigenschaften eines solchen Höroder Lese-Magnetkopfes sind hohes Auflösungsvermögen, d. h. die Fähigkeit, jeden einzelnen aus einer Folge eng beieinanderliegender magnetisierter Flecken zu unterscheiden, so daß auf kleinstem Raum eine große Zahl von Werten gespeichert werden kann. Weiter soll ein Magnetkopf anpassungsfähig sein, d. h., er soll ein verhältnismäßig großes Gebiet solcher Aufzeichnungen bequem abfühlen können, und schließlich soll die von ihm abgegebene Ausgangsspannung groß sein, damit auch schwache Aufzeichnungen abfühlbar sind und ohne großen Aufwand an Verstärkern gearbeitet werden kann.
Es sind bereits Magnetköpfe mit magnetfeldabhängigen Halbleiterschichten bekannt, die den sogenannten »Halleffekt« verwerten. Solche Magnetköpfe lassen sich kaum rasch bewegen und haben ein relativ kleines Auflösungsvermögen. Es wurde auch schon vorgeschlagen, lichtempfindliche Halbleiter, wie z. B, kristallines Germanium, für Magnetköpfe zu verwenden (»Progress in Semi-Conducters«, Verlag John Wiley & Sons, S. 167 bis 194). Dabei wird von der Eigenschaft Gebrauch gemacht, daß ein solcher Kristall in einem Magnetfeld bei Belichtung senkrecht zu diesem Magnetfeld eine Spannung abgibt, die auf diesen beiden Richtungen senkrecht steht. Die Ausgangsspannung solcher Magnetköpfe ist jedoch recht klein, auf jeden Fall kleiner als die Ausgangsspannung eines Hall-Magnetkopfes.
Das Auflösungsvermögen und die Empfindlichkeit eines solchen Magnetkopfes werden gemäß der Erfindung dadurch erhöht, daß im Bereich der abzufühlenden Aufzeichnungen in einer Vakuumröhre eine halbleitende, durch einen Elektronenstrahl abtastbare Platte angeordnet ist und daß an der Platte die Verbindungslinie von Elektroden zu dem Elektrodenstrahl und zur Richtung eines abzufühlenden Magnetfeldes senkrecht bzw. annähernd angeordnet ist.
Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen, welche in
Fig. 1 die Grundelemente des Abfühl-Magnetkopfes, in
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Abfühl-Magnetkopf es und in
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Abfühl-Magnetkopfes zeigen.
Die Erfindung beruht auf dem bekannten Halleffekt, daß in einem Halbleiterkristall, der senkrecht Lesekopf mit einer magnetfeldabhängigen
Halbleiterschicht zum Abfühlen magnetischer
Aufzeichnungen
Anmelder:
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfingeni (Württ), Tübinger Allee 49
Als Erfinder benannt:
James Taylor Smith, San Jose, N. Y, (V, St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1958 (745 533) - -
zu seiner Fläche von einem Elektronenstrahl getroffen wird und der im rechten Winkel zu dem Elektronenstrahl durch ein Magnetfeld geführt wird, eine Spannung hervorgerufen wird, deren Richtung senkrecht zu der Richtung des Elektronenstrahles und zu der Feldrichtung verläuft. Diese Spannung ist sehr viel größer bei gleicher Magnetfeldintensität als die Spannung, die bei Bestrahlung des Halbleiters mit Licht anstatt mit einem Elektronenstrahl entstehen würde. Die neue Anordnung ist ein Analogon zu dem aus der Fernsehtechnik bekannten Vidicon (A. E. Ü., 1953, S. 335 bis 337), dessen Halbleiter lichtempfindlich sind.
In Fig. 1 ist mit 10 eine vertikal angeordnete Platte aus polykristallinem Halbleiter, z. B. Germanium, bezeichnet, deren vertikale Kanten mit den Elektroden 12 a und 12 b versehen sind. Leitungen 14 α und 14 b sind an diese Elektroden angeschlossen. Vor der Platte 10 ist eine Elektronenkanone 16 angeordnet, deren Elektronenstrahl 18 senkrecht auf die Fläche der Platte 10 auftrifft. Der Elektronenstrahl möge durch bekannte, aber nicht gezeigte Mittel zeilenweise durch die Platte 10 geführt werden. Wenn auf die Platte 10 ein Magnetfeld einwirkt, das senkrecht zur Verbindungslinie der Elektroden 12 a, 12 b und senkrecht zum Elektronenstrahl 18 gerichtet ist, wie es symbolisch durch die Magnetpole 20« und 20 s dargestellt ist, werden die von der Elektronenkanone 16 gegen die Platte 10 geschleuderten Elektronen und die Elektronen, die im Halbleiter infolge des Elektronenbombardements entstehen, in einer Richtung abgelenkt und die posi-
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tiven Löcher in der entgegengesetzten Richtung, so daß an den Elektroden 12 a und 126 eine Spannung entsteht. Falls das auf die Platte 10 einwirkende Magnetfeld von der Remanenz eines magnetisierbaren Aufzeichnungsträgers herrührt, lassen sich die an den Leitungen 14 a und 14 6 abnehmbaren Spannungsschwankungen in üblicher Weise zur Auswertung der gespeicherten Information verwerten.
In dem praktischen Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist mit 54 ein Aufzeichnungsträger in Form einer Karte, eines Bandes oder eines Bandabschnittes bezeichnet, der mit magnetisierbarer!! Material belegt ist und auf dem einzelne Flecken magnetisiert sind oder der auf seiner ganzen Fläche gleichförmig magnetisiert ist und bei dem einzelne Flecken entmagnetisiert sind.
In dem evakuierten' Glasgefäß 22, das die Form einer normalen Kathodenstrahlröhre mit einem Hals 24 und einem Kolben 25 haben kann, befindet sich eine Elektronenkanone 26, deren Elektronenstrahl 28 ao von zwei Paar Ablenkplatten 30 und 32 beeinflußbar ist. Die beiden Sägezahngeneratoren 34 und 36 lassen den Elektronenstrahl zeilenweise den Schirm 38 überstreichen. In der Zeichnung ist der Schirm 38 übertrieben dick dargestellt; in Wirklichkeit wird er so dünn ausgeführt, als es die Betriebssicherheit erlaubt. Die Innenseite des Schirmes 38 ist mit einer dünnen Halbleiterschicht 40 eines kristallinen Halbleitermaterials, wie polykristallines Germanium oder Silizium, bedeckt. Auch diese Schicht ist in der Zeichnung übertrieben dick dargestellt. Die Schirmfläche des Glasgefäßes 22 kann auch vollständig aus einem kristallinen Halbleiter bestehen, der luftdicht auf das vorher offene Glasgefäß 22 aufgesetzt wird.
Die Halbleiterschicht 40 (auf der Innenseite des Schirmes) ist mit segmentförmigen Elektroden 42 a, 426, 44 a und 44 b, z^B. aus Messing, versehen, die in der Zeichnung durch Kreisbögen angedeutet sind und die sich paarweise gegenüberstehen und mit den Leitungen 46 a, 466 und 48 a, 486 verbunden sind. Die Leitungen führen paarweise zu Auswertegeräten 50 und 52.
Zur Benutzung wird ein magnetischer Aufzeichnungsträger 54, etwa ein Band, eine Scheibe, eine Karte oder eine Trommel dem Schirm des Gefäßes dicht genähert und der Elektronenstrahl durch die Sägezahngeneratoren 34 und 36 zeilenweise abgelenkt. Der auf die Halbleiterschicht 40 auftreffende Elektronenstrahl 28 ruft in dieser Elektronen und positive Löcher hervor. Wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, so zerstreuen sich diese gleichförmig, so daß an den Elektroden 42 a und 426 oder 44 a und 446 keine meßbare Spannung entsteht. Wenn aber der Aufzeichnungsträger 54 magnetisiert ist oder magnetisierte Flecken enthält, so ruft das Magnetfeld des Aufzeichnungsträgers 54 in der Halbleiterschicht 40 eine Ablenkung der Elektronen und der positiven Löcher hervor, so daß diese in entgegengesetzten Richtungen wandern. Je nach der Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls 28 entstehen dann an den Elektroden 42 a und 426 oder 44 a und 446 Nutzspannungen, die sich in den angeschlossenen Stromkreisen auswerten lassen.
Wie schon gesagt, entstehen die Ausgangsspannungen unabhängig davon, ob der Aufzeichnungsträger im ganzen nichtmagnetisiert und nur örtlich magnetisiert ist oder ob der im ganzen magnetisierte Aufzeichnungsträger örtlich entmagnetisiert wurde.
Solche Entmagnetisierung läßt sich z.B. durch den Curie-Effekt erzielen, indem man die gewünschten Stellen höheren Temperaturen aussetzt, was auch durch einen Elektronenstrahl von höherer Intensität geschehen kann, als es der abfühlende Strahl ist.
Die erzielbaren überraschend hohen Ausgangsspannungen sind von der Größenordnung Millivolt bis Volt. Das Auflösungsvermögen wird durch den Fleckdurchmesser des Elektronenstrahls bestimmt. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist ein kleinster Durchmesser von etwa 0,01 mm erreichbar. Das erzielbare Auflösungsvermögen ist also sehr beträchtlich. Zum Abfühlen der gespeicherten Informationen mit der neuen Einrichtung ist keine mechanische Bewegung erforderlich. Nur der Elektronenstrahl wird bewegt. Infolgedessen kann die Abfühlgeschwindigkeit sehr hoch getrieben werden. Messungen haben gezeigt, daß etwa 1 Mikrosekunde nach dem Auftreffen des Elektronenstrahls auf ein in einem Magnetfeld liegendes Gebiet des Halbleiters sich eine Spannung aufbaut.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist besonders geeignet zum Abfühlen von Zeichen, die mit magnetisierbarem Material auf eine Aufzeichnungsträgerfläche gedruckt wurden oder die durch Entmagnetisieren einer entsprechenden Fläche eines Aufzeichnungsträgers hergestellt wurden. Das Bandstück 56 ist mit einer magnetisierbaren Schicht bekleidet und der Bereich 58 in Form der Ziffer 2 entmagnetisiert.
Die Abfühleinrichtung der Fig. 3 ist derjenigen von F i g. 2 ähnlich. In dem engen Hals 62 des evakuierten Glasgefäßes 60 befinden sich die Elektronenkanone 63 sowie zwei Paare von Ablenkplatten 66 und 70 für den Elektronenstrahl 68. Die Generatoren 72 und 74 liefern die Ablenkspannung. Der Kolben 76 des Glasgefäßes 60 wird abgeschlossen durch den Schirm 78, der so dünn als technisch möglich ausgeführt wird. Die Innenfläche des Schirmes trägt mehrere lotrecht verlaufende schmale Streifen 81, 82, 83 und 84 aus einem kristallinen Halbleiter, z. B. aus polykristallinem Germanium. Jedes Ende eines Streifens ist mit einer Messing- oder Kupferelektrode 86 a, 866, 87 a, 876, 88 a, 886 und 89 a, 896 versehen und an aus dem Glasbehälter herausführende Leitungen 91a, 916, 92a, 926, 93a, 936 und 94a, 946 angeschlossen. Jedes Leitungspaar führt zu (nicht gezeigten) Auswertstromkreisen, welche die an den Elektroden abgenommenen Spannungen in sichtbare oder hörbare Signale umwandeln oder diese Spannungen an datenverarbeitende Maschinen weiterleiten.
Der an die Ablenkplatten 70 angeschlossene Generator 74 liefert solche Spannungen, daß der Elektronenstrahl 68 dauernd in einer horizontalen Ebene fächerförmig auseinandergezogen wird und dauernd gleichzeitig alle vier Streifen 81 bis 84 des Halbleitermaterials überstreicht. Der Elektronenfächer ist in F i g. 3 mit 96 bezeichnet. Der Generator 72 führt den Ablenkplatten 66 solche Spannungen zu, daß der Elektronenfächer 96 dauernd von oben nach unten die Streifen 81 bis 84 abtastet. Wenn das Bandstück 56 dem Schirm 78 genähert wird und der Elektronenstrahl 68 bei seiner Abfühlbewegung die durch die Linie w-w der Fig. 3 bezeichnete Stellung einnimmt, liefern alle Leitungen 91a bis 946 wegen der gleichförmigen Magnetisierung des bestrichenen Bandbereiches auch gleichförmige Ausgangsspannungen. Erreicht der Elektronenstrahl 68 die Linie x-x,
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so weicht die Spannung, die von den beiden mittleren Streifen 82 und 83 geliefert wird, ab, weil diese im entmagnetisierten Bereich der Ziffer 2 liegen. Auf der Linie y-y sinkt die von den Streifen 81 und 84 gelieferte Spannung ab, während die beiden inneren Streifen 82 und 83 höhere Spannungen liefern. Wenn der Elektronenstrahl schließlich die Linie z-z erreicht hat, liefern die Streifen 81, 83 und 84 hohe Spannung und nur der Streifen 82 eine niedrige Spannung. In dieser Weise kann Vorhandensein und Art irgendeines Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger abgefühlt und die entstehenden Spannungsschwankungen zur sichtbaren Wiedergabe des betreffenden Zeichens ausgewertet werden.
Die Einrichtung nach F i g. 3 kann weiter auch benutzt werden, um serienweise in mehreren Zeilen niedergeschriebene magnetische Bits gleichzeitig abzulesen.

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Lesekopf mit einer magnetfeldabhängigen Halbleiterschicht zum Abfühlen magnetischer Aufzeichnungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der abzufühlenden Aufzeichnungen in einer Vakuumröhre (22) eine halbleitende durch einen Elektronenstrahl (18) abtastbare Platte (10) angeordnet ist, und daß an der Platte die Verbindungslinie von Elektroden (12 a, 12 b) zu dem Elektronenstrahl und zur Richtung (20«, 20 s) eines abzufühlenden Ma- ; gnetfeldes senkrecht bzw. annähernd senkrecht angeordnet ist (F i g. 1).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abtastbare Platte (40) aus einer dünnen Schicht eines kristallinen Halbleiters besteht, die auf einer Trägerfläche angeordnet ist (F i g. 2).
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abtastbare Platte (40) als Kreisfläche ausgebildet ist, an deren Umfangslinie segmentförmige Elektroden (42, 44) angeordnet sind (Fig. 2).
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht als Streifen (81 bis 84) ausgebildet ist, an dessen Enden Elektroden angeordnet sind (Fig. 3).
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht aus polykristallinem Germanium oder Silizium besteht.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem abzufühlenden Magnetfeld eine magnetisierte Stelle eines magnetischen Aufzeichnungsträgers zugeordnetist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einem abzufühlenden Magnetfeld eine entmagnetisierte Stelle einer magnetisierten Schicht zugeordnet ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (18) in vertikaler und in horizontaler Richtung ablenkbar ist (F i g. 2).
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl fächerförmig in Einzelstrahlen aufgeteilt ist (Fig. 3).
10. Verfahren zur Auswertung der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierten Stellen durch einen Elektronenstrahl nacheinander abgetastet werden.
11. Verfahren zur Auswertung der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den halbleitenden Streifen (81 bis 84) abgeleitete Signale optisch oder akustisch angezeigt werden (F i g. 3).
In Betracht gezogene Druckschriften:
Progress in Semi-Cpnducters, London, Tokyo, New York, 1958, S. 167 bis 194;
Arch, elektr. Übertragung (A. E. Ü.), 1953,
S. 335 bis 337.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 577/159 5.65 © Bundesdruckerei Berlin
DEI16557A 1957-10-24 1959-06-11 Lesekopf mit einer magnetfeldabhaengigen Halbleiterschicht zum Abfuehlen magnetischer Aufzeichnungen Pending DE1193547B (de)

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