DE1541813A1

DE1541813A1 - Method for measuring magnetic field strengths using a measuring probe

Info

Publication number: DE1541813A1
Application number: DE19661541813
Authority: DE
Inventors: Kneer Dr Godrik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-07-25
Filing date: 1966-07-25
Publication date: 1969-07-17

Description

Verfahren zum Messen von magnetischen Feldstärken mittels einer Me#sonde-Die Existenz des Hall-Effekts bietet bekanntlicherweise die Möglichkeit der Bestimmung der Feldstärke eines magnetischen Feldes Bemgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen von magnetischen Feldstärken mittels einer Me#sonde, welches durch die Verwendung einer dünnen, auf einen isolierenden Träger aufgebrachten ebenen Schicht aus leitendem ferromagnetischem Material mit uniaxialer Anisotropie der Magnetisierung als Sonde, die parallel zur Verzugsachse ihrer tagnetisierung und zur Schichtebene von einen elektrischen Strom durchflossen und am Me#@rt derart zu der zu messenden magnetischen Feldstärke orientiert wird, daß der Vektor der zu messenden Feldstärke in dic Schichtebene fällt und senkrecht zur Vorzugsachse der Magnetisierung steht sowie durch einen Spannungsmesser zuin Messen der in der -forromagnetischen Schicht senkrech-t zu der Richtung des elektrischen Stroms in der Schicht ebene auftretenden elektrischen Querspannung, aus der die gesuchte magnetische Feldstärke mit Hilfe der bekannten Anisotropiefeldstärke der ferromagnetischen Schicht sowie deren planaren Hallwiderstand-Koeffizienten ermittelt wird, gekennzeichnet ist.-Diese Methode hat folgende V@rteile: 1-) Sie ermöglicht den Bau sehr kleiner Magnetfeldsonden mit einer wirksamen Fläche, die kleiner als @ mm² ist; 2.) sie gestattet die Anwendung alternierender Ströme in der ferromagnetischen Schicht und damit die Verwendung einfacher Me#schaltungen; 3.) die Methode zeichnet sich durch besonders geringe Temperaturabhängigkeit ihrer Ergebnisse bei Temperaturen unter 100°C aus (Temperaturabhängigkeit der Meßergebnisse kleiner als 10-4/°C) Damit ist die erfindungsgemäße Methode den bekannten Methoden, welche mit Halbleiterfeldsonden oder Hallsonden arbeiten, erheblich überlegen ; 4.) die Anwendung zusätzlicher kleiner Luftspulen lä#t die Messung von Feldern der Grö#enordnung 10-5 A/cm zu; 5.) die erfindungsgemä#e Methode gestattet die Bestimmung nicht nur konstanter, sondern auch die Bestimmung von Wechselfeldern bis zu sehr hohen Frequenzen. Die obere Grenzfrequenz des bei der erfindungsgemä#en Me#methode ausgenutzten physikalischen Effekts (planarer Halleffekt) liegt bei etwa GHz; 6.) neben dem Betrag @er Feldstärke kann auch die Richtung und die Frequenz des äu#eren Feldes bestimmt werden. Method for measuring magnetic field strengths by means of a measuring probe-die As is well known, the existence of the Hall effect offers the possibility of determination The invention relates to the field strength of a magnetic field Bem to a method for measuring magnetic field strengths by means of a measuring probe, which through the use of a thin, applied to an insulating support flat layer of conductive ferromagnetic material with uniaxial anisotropy the magnetization as a probe, which is parallel to the warp axis of its magnetization and an electric current flows through it to the layer plane and at the Me # @ rt like that is oriented to the magnetic field strength to be measured that the vector of the The field strength to be measured falls in the layer plane and is perpendicular to the The preferred axis of the magnetization can be measured using a voltmeter that in the electromagnetic layer perpendicular to the direction of the electrical Current in the layer level occurring electrical transverse voltage from which the sought magnetic field strength using the known anisotropy field strength of ferromagnetic layer and its planar Hall resistance coefficient are determined is marked.-This method has the following advantages: 1-) It enables the construction of very small magnetic field probes with an effective area smaller than @ mm² is; 2.) it allows the use of alternating currents in the ferromagnetic Shift and thus the use of simple measuring circuits; 3.) draws the method due to the particularly low temperature dependence of their results at temperatures below 100 ° C (temperature dependency of the measurement results less than 10-4 / ° C) the method according to the invention is the known methods, which with semiconductor field probes or Hall probes work, considerably superior; 4.) the application of additional smaller Air-core coil allows the measurement of fields of the order of 10-5 A / cm; 5.) the method according to the invention allows the determination not only to be constant but also also the determination of alternating fields up to very high frequencies. The upper limit frequency the physical effect (planar Hall effect) is around GHz; 6.) In addition to the amount @er field strength, the Direction and frequency of the external field can be determined.

Die bei c erfindungsgemä#en Verfahren auszunutzende Sonde besteh@ beispi@lsweise aus einer kreuzförmigen, dünnen, ferromagnetischen Schicht geringer Ausdehnung (ca. 1mm2) mit vier Kontaktstellen. Sie ist in Fig. @ dargestellt. Dort bedeuten @die ferromagnetische Schicht, 2 Stromkontakte zur Zuführung des Hilfsstroms ix zu der ferromagnetischen Schicht, 3 Spannungskontakte zur Abnahme der auf Grund des planaren Hall-effekts auftretenden Querspannung Uy, x die Vorzugsachse der Magnetisierung in der dünnen ferromagnetischen Schicht @ und y die Richtung des in der Schichtebene fallenden auszuessenden Magnetfeldes Hy, hrend 4 den isolierenden Träger der dünnen ferromagnetischen Schicht @ bedeutet. Festzustel-Ion ist noch, daß die Kontakte 2 und 3 zweckmäßig aus leitenden, unmagnetischen Materialien bestehen. Durch Anwendung einer Hilfsspule 5 um die Schicht kann der Meßbereich nach oben und unten erheblich erweitert erden und beispielsweise Felder bis zu 10-5 A/cm, beispielsweise in Luft oder Vakuum, ausgemessen werden. Die Temperaturabhängigkeit ist unterhalb 10000 kleiner als 0,01 %/°C. Durch Wahl einer geeigneten materiellen Beschafrenheit der ferromagnetischen Schicht sowie durch Temperung im Hochvakuum bei mehreren 100°C, z.B. bei 300 - 600°C, lassen sich Temperaturkonstanten bis über 10-5/°C erreichen. Die ferromagnotische Schicht kann aus einem ferromagnetischen Metall oder einer ferromagnetischen Metall@egierung, z.B. Eis@n, Nickel, Kobalt oder deren Legierungen, oder aus einer anderen ferromagnetischen Substanz mit uniaxialer Anisotropic bestehen. Besonders hohe Temperaturkonstanz erhhlt man bei Verwendung einer matericllen Beschaffenheit aus 81 % Nickel und 19 % Eisen für die Schicht. Die Spule 5 ist an sich entbehrlich; ihrc Verwendung sorgt jedoch für eine Steigerung der Empfindlichkeit und für cinc Einstellung des "Arbeitspunktes" Sonde. Sie ist so angeordnet, daß die Spulenachse senkrecht zur Vorzugsrichtung der Magnetisierung cr Schicht 1 (der sogenannten leichten Achse x) orientiert ist Die Spule 5 ist von einem konstanten Strom durchflossen, die demzufolge ein konstantes Hilfsfeld erzeugt, das zur Einstellung des "Arbeitspunktes" der magnetischen Suszeptibilität der Schicht je nach Bedarf angewendet wird.The probe to be used in the method according to the invention consists of for example, from a cross-shaped, thin, ferromagnetic layer less Expansion (approx. 1mm2) with four contact points. It is shown in Fig. @. there mean @ the ferromagnetic layer, 2 power contacts for supplying the auxiliary power ix to the ferromagnetic layer, 3 voltage contacts to decrease the due of the planar Hall effect occurring transverse voltage Uy, x is the preferred axis of the magnetization in the thin ferromagnetic layer @ and y the direction of the in the layer plane falling magnetic field to be measured Hy, while 4 the insulating support of the thin ferromagnetic layer @ means. It is still to be noted that the contacts 2 and 3 expediently consist of conductive, non-magnetic materials. By application an auxiliary coil 5 around the layer can considerably increase the measurement range upwards and downwards ground and, for example, fields up to 10-5 A / cm, for example in air or vacuum, be measured. The temperature dependence is below 10000 less than 0.01% / ° C. By choosing a suitable material composition the ferromagnetic layer as well as by tempering in a high vacuum at several 100 ° C, e.g. at 300 - 600 ° C, temperature constants of over 10-5 / ° C can be achieved. The ferromagnotic layer can be made of a ferromagnetic metal or a ferromagnetic metal alloy, e.g. ice, nickel, cobalt or their alloys, or of another ferromagnetic substance with uniaxial anisotropic. Particularly high temperature constancy is obtained when using a material quality made of 81% nickel and 19% iron for the layer. The coil 5 can be dispensed with per se; Their use, however, provides an increase in sensitivity and cinc Setting of the "working point" probe. It is arranged so that the coil axis perpendicular to the preferred direction of magnetization cr layer 1 (the so-called light Axis x) is oriented The coil 5 has a constant current flowing through it, which consequently generates a constant auxiliary field that is used to set the "operating point" the magnetic susceptibility of the layer is applied as required.

Die magnetische Suszeptibilität der ferromagnetischen Schicht erreicht ihren höchsten Wert, wenn das Hilfsfeld@ das 1,1fache der Anisotropiefeldstärke beträgt und man außerdem die Sonde so orientiert, daß der Vektor des zu messenden Magnetfeldes parallel zur leichten Achsc der Schicht liegt. In dieser bin- Stellung ist die Nachweisempfindlichkeit der Sonde für schwache Magnetfelder etwa um einen Faktor 2 - 10mal größer jis in der normalen Betriebsweise, bei der die Spulc 5 fehlt und die leichte Achsc der Schicht senkrecht zun Magnetfeld ausgerichtet wird Dünne ferromagnetische Schichten (insbesondere aus Legierungen aus Nickel, Eisen und Kobalt) besitzen eine bei der Herstellung der Schicht steuerbare magnetische Vorzugsachse x in der Schichtebene (dic sogenannte leichte Achse). Diese Eigenschaft bewirkt, da# die Gesamtmagnetisierung der vorher in der l@ichten Achse x gesättigten Schicht @ durch ein senkecht zur Achse x in der Schichtebene orientiertes äußeres Feld Hy um einen bestimmten Winkel reversibel aus der leichten Achse herausgedreht wird. Nach der Eindomänentheorie gilt für den Winkel P zwischen der leichten Achse x und der Gleich gewichtslage für die sich auf Grund des äußeren Magnet feldes F einstellende effektive Magnetisierung bei einem genau senkrecht zur leichten Achsc-liegenden Feld (1) sin# = Hy/Hk wenn Hy < Hk ist. Hk ist die Anisotropiefeldstärke der Schicht 1, eine Materialgrö#e, die von der Legierungszusammensetzung und den Herstellungsparametern der Schicht abhängt0 Gemä# der Erfindung wird nun diese Magnetisierungsdrehung # mit Hilfe des planaren Hall-Effekts gemessen und daraus die Feldstärke Hy des äu#eren Magnetfeldes bestimmt. Infolge des großen entmagnetisierenden Feldes einer dünnen Schicht, das senkrecht zur Schichtebene auftritt, kann zu einer Rotation der Magnetisierung nur die in der Schichtebene liegende Komponente Hy des äu#eren Feldes beitragen. Durch Drehen der Schicht um die Schichtnormale errcicht man, daß diese Komponente genau in der leichten Achse liegt (# - 0) und der Meßeffekt verschwindet. Damit ist die Richtung dieser 'KomPonente des Feldcs bestimmt. ach einer weiteren Drehung der Schicht un 900 steht die zu messende Komponente senkrecht zur leichten Achse und erzeugt eine maximale Drehung der Magnetisierung, d.h. einen maximalen Me#effekt. rer spezifische Widerstand eines magnetisierbaren Materials in Abbängigkeit vom Betrag der Magnetisierung M lä#t sich als runktion von t. t in Form einer Reihe darstellen, deren Anfangsglieder wie folgt lauten: (2) # (M) = #o + # . M + #2 . M2 + ....The magnetic susceptibility of the ferromagnetic layer is reached its highest value when the auxiliary field @ is 1.1 times the anisotropy field strength and the probe is also oriented so that the vector of the to be measured Magnetic field is parallel to the easy axis of the layer. In this am- position is the detection sensitivity of the probe for weak magnetic fields around one Factor 2 - 10 times larger jis in the normal operating mode, in which the Spulc 5 is missing and the easy axis of the layer is aligned perpendicular to the magnetic field thin ferromagnetic layers (especially made of alloys of nickel, iron and cobalt) have a controllable magnetic easy axis during the production of the layer x in the layer plane (the so-called easy axis). This property causes da # the total magnetization of the previously saturated layer in the clear axis x @ by an outer field Hy oriented perpendicular to the axis x in the layer plane is rotated reversibly out of the easy axis by a certain angle. According to the one-domain theory, the angle P between the easy axis x and the equilibrium position for the setting due to the external magnetic field F. effective magnetization with an exactly perpendicular to the easy axis-c Field (1) sin # = Hy / Hk if Hy <Hk. Hk is the anisotropy field strength of the Layer 1, a material size that depends on the alloy composition and the manufacturing parameters depends on the layer 0 According to the invention, this magnetization rotation is # measured with the help of the planar Hall effect and from this the Field strength Hy of the external magnetic field is determined. As a result of the large demagnetizing field a thin layer that occurs perpendicular to the plane of the layer can cause a rotation of the magnetization only the component Hy of the outer lying in the layer plane Contribute to the field. By rotating the slice around the slice normal, one achieves that this component lies exactly in the easy axis (# - 0) and the measuring effect disappears. This determines the direction of this component of the field. oh another one Rotation of the slice un 900, the component to be measured is perpendicular to the light component Axis and generates a maximum rotation of the magnetization, i.e. a maximum Me # effect. rer specific resistance of a magnetizable material in dependency the magnitude of the magnetization M can be used as a function of t. t in the form of a number whose initial terms are as follows: (2) # (M) = #o + #. M + # 2. M2 + ....

Das linear von M abhangendc Glied ist der bekannte Hall-Effekt, während das quadratisch von M abhängige Glied die sogenannte magnetische Widerstandsänderung bedeutet. Die bei der magnetischen Widerstandsänderung immer auftretende Querspannung wird in der Literatur mitunter als planarer Hall-Effekt bezeichnet, obwohl sic mit den Hall-Effekt selbst nichts zu tun hat. ln einer stromdurchflossenen Schicht, die beispielsweise die in Fig. @ dargestellte Form besitzt, tritt in der Schichtebene senkrecht zur Richtung x des Stroms ix und der Vorzugsachse eine Querspannung Uy auf, die von Winkel zwischen der Magne tisierung M und dem Strom ix abhängt. Bei der Herstellung der Schicht kann leicht erreicht werden, daß die leichte Achse genau in Richtung des von Strom durchflossenen Steges der schicht 1 liegt Beispielsweise kann dies durch Anwendung cines äußeren magnetischen Feldes während der Erzcugung der Schicht, die zweckmäßig durch Aufdampfen des Schichtmaterials auf dem Träger geschient, erfolgen. In diesem Fall ist die Querspannung zur äu#ere Felder, die klein gegen Hk sind, wird die für die Messung wiehtige Beziehung (4) U@ = @ . H - y zwischen Querspannung Uy und äu#erer Feldstärke Hy linear.The term linearly dependent on M is the well-known Hall effect, while the square term dependent on M means the so-called change in magnetic resistance. The transverse voltage that always occurs with the change in magnetic resistance is sometimes referred to in the literature as the planar Hall effect, although it has nothing to do with the Hall effect itself. In a current-carrying layer, which has the shape shown in FIG. During the production of the layer it can easily be achieved that the easy axis lies exactly in the direction of the web of the layer 1 through which current flows splinted. In this case it is the transverse stress for the outer fields, which are small compared to Hk, the relation (4) U @ = @, which is important for the measurement, becomes. H - y between the transverse voltage Uy and the external field strength Hy linear.

Obwohl in einer reellen Schicht 1 die Eindomänentheorie nicht streng gilt, so ist dennoch für eine gegebene Schicht der Proportionalitätsfaktor # eine über mehrere Grö#enordnungen von reproduzierbare und eichbare Grö#e.Although in a real layer 1 the single-domain theory is not strict holds, the proportionality factor # is nevertheless for a given layer over several orders of magnitude of reproducible and calibratable size.

Es empfiehlt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung, den während des Me#verfahrens durch die Schicht 1 file#enden Strom ix mit einer sinus- oder rechteckförmigen Zeitabhängigkeit zu wählen; damit erhält man eine Wechselspannung Uy, deren Amplitude von der Amplitudc des Stromes ix und von Betrag des äu#eren Feldes Hy abhängt. Diese Wechselspannung kann sehr leicht selektiv verstärkt und phasenempfindlich demoduliert werden. Ein geeignetes Blockschaltbild ist in Fig. 2 darge stellt Es wird in Folgenden noch näher beschrieben werden.It is recommended in a further embodiment of the invention, the during end of the measuring process through layer 1 file # Current ix with a to choose sinusoidal or rectangular time dependency; this gives an alternating voltage Uy, the amplitude of which depends on the amplitude of the current ix and the magnitude of the external Field Hy depends. This alternating voltage can be amplified and selectively very easily be demodulated in a phase-sensitive manner. A suitable block diagram is shown in Fig. It will be described in more detail below.

Schwache Wechselfeller hingegen werden bei zeitlich konstantem Strom oder mit Wechselstrom anderer, gegebenenfalls variabler Frequenz gcnessen. In diesem Fall ist die Frequenz der Nuerspannung Uy das Ergebnis einer multiplikativen Mischung der Frequenz des Stroms ix und der des äu#eren Magnetfeldes Hy.Weak alternating cells, on the other hand, are generated when the current is constant over time or with alternating current of other, possibly variable frequency. In this Case, the frequency of the voltage Uy is the result of a multiplicative mixture the frequency of the current ix and that of the external magnetic field Hy.

Es besteht dann die Möglichkeit, neben der Amplitude und Rich tung auch die Frequenz des Wechselfeldes zu bestimmen. Die obere Grenzfrequenz des ausgenutzten physikalischen Effekts liegt bei einigen GHz.There is then the possibility, in addition to the amplitude and direction also determine the frequency of the alternating field. The upper limit frequency of the used physical effect is a few GHz.

In Figo 2 bedeutet 1 wiederum die dünne, kreuzförmige, ferromagnetische Schicht, während 2 und 3 die Elektrodenpaare, ähn lich wie in Fig. 1, bedeuten. Die Schicht ist mit einem Generator 21 zur Erzeugung des Strons ix verbunden, während die Querspannung Uy einem Verstärker 22 zugeführt wird. Der Verstärker 22 arbeitet im Beispielsfall auf einen Demodulator 23, der seinerseits zusätzlich von dem Generator 21 zur Erzeugung einer phasenempfindlichen Demodulation gespeist wird. Der De--odulator 23 arbeitet auf einem Anzeiger 24, z.B. einem Kathodenstrahloscillographen.In Figo 2, 1 again means the thin, cruciform, ferromagnetic Layer, while 2 and 3, the electrode pairs, similar Lich as in Fig. 1, mean. The layer is connected to a generator 21 for generating the current ix while the transverse voltage Uy is fed to an amplifier 22. The amplifier 22 operates in the example on a demodulator 23, which in turn is also from the generator 21 is fed to produce a phase-sensitive demodulation. The demodulator 23 operates on an indicator 24 such as a cathode ray oscillograph.

Über die Empfindlichkeit des erfindungsgemä#en Verfahrens kann noch @olgendes festgestellt werden: Die Nachweisempfindlichkeit, die dem Proportionalitätsfaktor # für die Messung von Magnetfeldern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entpricht, ist nach dem Obenstehenden wobei d die Dicke der Schicht 1 und # q eine Materialkonstante istc Re ist umso größer, je dünner die Schicht, je kleiner die Anisotropiefeldstärke Hk und je größer die Stromstärke ist Dic Stromstärke ix ist begrenzt durch die noch zulässige Temperaturerhöhung der Schicht 1 während der Messung, Für eine typische Schicht aus 81 % Nickel und 19 % Eisen mit d = 500 Å, Hk = 1 A/cm, #q = 5.10-7 Ohm.cm und ix = 0,1 A erhält man eine Empfindlichkeit von # = 10 mV.cm/A. Durch Anwendung gepulster Ströme ix sowie eines gut wärmeableitenden Schicht trägers 6 und einer Legierung mit optimalem planarem Hall-Effekt (z.B. 88 J Ni und 12 q Fe) kann die Empfindlichkeit der Me#sonde auf 0,1 - 0,2 V.cm/A gesteigert werden.The following can also be determined about the sensitivity of the method according to the invention: The detection sensitivity, which corresponds to the proportionality factor # for the measurement of magnetic fields according to the method according to the invention, is according to the above where d is the thickness of layer 1 and # q is a material constant, c Re is greater, the thinner the layer, the smaller the anisotropy field strength Hk and the greater the current strength Dic current strength ix is limited by the permissible temperature increase in layer 1 during the measurement , For a typical layer of 81% nickel and 19% iron with d = 500 Å, Hk = 1 A / cm, #q = 5.10-7 Ohm.cm and ix = 0.1 A, a sensitivity of # = 10 is obtained mV.cm/A. By using pulsed currents ix as well as a good heat-dissipating layer carrier 6 and an alloy with an optimal planar Hall effect (e.g. 88 J Ni and 12 q Fe), the sensitivity of the measuring probe can be reduced to 0.1-0.2 V.cm/ A can be increased.

Das kleinste noch nachweisbare Magnetfeld ist bei dem erfindungsgemä#en Verfahren einmal durch den zur Messung von an der untersten Grenze der Meßbarkeit liegenden Querspannungen Uy erforderlichen technischen Aufwand und das dadurch bedingte Signalstörverhältnis bestimmt. Da die Magnetfeldsonde, die als Wesentliche Teilc nur die dünne Schicht 1 und die vier Zuleitungen 2 bzw. 3 enthalt, sehr niederohmig (Schichtwiderstand etwa Ohm) sein kann, sind die Einflüsse äußercr Störselder sowie die Rausch@eistung der Schicht sehr gering. Bei der obengenannten Empfindlichkeit sollten daher Magnetfelder Hy von 10-5 A/cm noch mit erträglichem technischem Aufwand nachgewiesen werden können. Eine Dhysikalische Grenze ist durch die sogenannte Magnetisierungsriffelung gegeben. Diese bewirkt, da# die Suszeptibilität in der schweren Achse der Schicht bei sehr schwachen Feldern kleiner und außerdem unstetig wird Die Kleinwinkeldomänenwände der Riffelung können erst bei Überschreitung einer kritischen Feldstärke in eine neue Gleichgewiehtslage rotieren Dadurch kann für kleine Felder H die Ern pfindlichkeit unstetig werden und daher die Reproduzierbarkeit der Methode verl@rengehen. Der Einflu# der Magnetisierungsriffelung hängt von der Riffe@ungsamplitude und vom Verhältnis Hc/Hk ab, wobei H die K:;erzitivfeldstärke bedeutet. rsrfahrungsgemä# können bei Feldern von 5.10-3 A/cm unstetige Änderungen der Struktur der Magnetisierungsriffelung auftreten, Ps wird daher vorgeschlagen, für die Messung extrem schwacher melder ein konstantes Feld in der leichten Achse anzulegen Dieser Aufgabe kann die bercits genannte Spule 5 dienen, wenn ihrc Spulenachse parallel zur leichten Achse orientiert wird.The smallest still detectable magnetic field is with the one according to the invention Procedure once through the measurement of at the lowest limit of measurability lying transverse stresses Uy required technical effort and the resulting Signal-to-noise ratio determined. Since the magnetic field probe, which is an essential part of c contains only the thin layer 1 and the four leads 2 and 3, very low resistance (Sheet resistance approx Ohm), the influences are external Disturbances and the noise power of the layer are very low. In the case of the above Therefore magnetic fields Hy of 10-5 A / cm should still be tolerable with sensitivity technical effort can be proven. A dhysical limit is through the so-called magnetization corrugation given. This causes the susceptibility in the heavy axis of the layer with very weak fields smaller and moreover becomes discontinuous The small-angle domain walls of the corrugation can only be exceeded when exceeded a critical field strength can rotate into a new equilibrium position for small fields H the sensitivity becomes discontinuous and therefore the reproducibility lose the method. The influence of the magnetization corrugation depends on the Reef amplitude and the ratio Hc / Hk, where H is the K:; means. Experience has shown that fields of 5.10-3 A / cm can cause discontinuous changes the structure of the magnetization corrugation occur, Ps is therefore proposed a constant field in the easy axis for the measurement of extremely weak detectors This task can be used by the coil 5 called bercits, if its coil axis is oriented parallel to the easy axis.

Durch dieses Feld wird die Magnetisierungsriffelung gestreckt und die untere Nachweisgrenze für schwache Felder herabgesetzt0 Au#erdem soll das Verhältnis Hc/Hk klein Gemacht werden Andere Überlegungen gelten für die Messung starker Magnetfelder0 Nach Gleichung 3) ist die Beziehung zwischen der planaren Hall-Spannung Uy und dem äu#eren Feld Hy eindeutig bis Bei den binären Eisen-Nickel-l;egierungen mit 0 - 30 % Eisen lä#t sich die Anisotropiefeldstärke Hk zwischen 0,5 und 15 A/cm reproduzierbar einstellen. Die oberen Grenzen für die Messung liegen demnach bei etwa 10 A/cm. Zur Messung stärkerer Felder kann ein zusätzliches Feld Hx in der leichten chsc angelegt crden. Dann gilt an Stelle von Glei@ chung 1) die Beziehung (6) sin # = (Hy - Hx . @g r¢an verliert jedoch an Empfindlichkeit. Besser ist es, das messende Feld Hy durch ein zusätzliches Feld senkrecht zur leich @en achse zu kompensieren und die vorgeschlagene Feldmeßmethode als Null-Methode anzuwenden.This field stretches the magnetization corrugation and reduces the lower detection limit for weak fields0 In addition, the ratio Hc / Hk should be made small Other considerations apply to the measurement of strong magnetic fields0 According to equation 3), the relationship between the planar Hall voltage Uy and the outer field Hy clearly up to In the case of the binary iron-nickel alloys with 0 - 30% iron, the anisotropy field strength Hk can be set reproducibly between 0.5 and 15 A / cm. The upper limits for the measurement are accordingly around 10 A / cm. To measure stronger fields, an additional field Hx can be created in the light chsc. Then, instead of equation 1), the relation (6) sin # = (Hy - Hx. @ Gr ¢ an loses sensitivity. It is better to replace the measuring field Hy with an additional field perpendicular to the light axis to compensate and to apply the proposed field measurement method as the zero method.

Der Einflu# einer Temperaturänderung auf die Nachweisempfindlichkeit der Methode kann sowohl durch die thermische Ausdehnung der Schicht @ als auch durch die Temperaturabhängigkeit a,er Materialgrö#en # 9 und Hk zustande kommen. Die Ausdehnungs koeffizienten von Nickel-Eisen-Legierungen liegen in der Größen ordnung von etwa 10-5/°C. Die Materialgrö#e #q besitzt in erster Näherung eine Temperaturabhängigkeit proportional zu M2 (T). Insbesondere geht in # q die viel stärkere Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes 0 der Schicht 1 nicht ein Dic Temperaturabhängigkeit von Hk ist bei einer Legierung von 81 ß Nickel und 19 % Eisen proportional zu M#(T), wobei # zwischen den Werten 1,5 und 3 liegt. Durch die Wahl einer Legierung mit hoher Curietemperatur, z.B. 81@Ni@19 Fe, und durch Tempern der Schichten im Vakuum können die Temperaturkoeffizienten Qq und Hk weitgehend gleichgemacht werden, so da# sich ihr Einflu# auf die Empfindlichkeit aufhebt. Damit erreich@ man, daß der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit zwischen 0 und 100°C bei 10-5/°C liegt. Bei tiefen Temperaturen unterhalb 0 0G ist die Temperaturabhängigkeit des Me#-effekts nur noch durch die thermische Ausdehnung der Sonde ge geben es empfiehlt sich aus den gesagten Grund, die Messung bei niederen Temperaturen vorzunehmen. Dics kann durch entsprechende Kühlung der Sonde, beispielsweise mit flüssiger Luft, erreicht werden Die bei der Messung eines Magnetfeldes in der Sonde auftrewende Querspannung hängt nach Gleichung (3) von der Anisotropiefeldstärke Hk und dem planaren Hallwiderstand Rq der ferromagnetischen Schicht ab. In der Literatur sind mehrere Ver@ fahren für die Bestimmung dieser Materialgrö#en angegeben worden. diese Materialgrö#en können jedoch bei einer gegebenen Sonde auf folgende einfache Weise bestimmt werden: Die Sonde wird in ein Magnetfeld einer geeigneten Spule, beispielsweise der Spule 5, gebracht und so orientiert, daß die Spulenachse in er Schichtebene und senkrecht zur leichten Achze der Schicht liegt. Der Strom in der Spule wird so einige regelt, bis die Spannung der Sonde ein Maximum hatO In dieser Einstcllung ist die gemessene Querspannung und das Magnetfeld in der Spule Mit den beiden auf diese Weise erhaltenen Me#werten kann die Proportionalitätskonstante, also die Nachweisempfindlichkeit, mittels Gleichung (4) berechnet werden. Es gilt 12 Patentansprüche r FigurenThe influence of a temperature change on the detection sensitivity of the method can come about both through the thermal expansion of the layer @ and through the temperature dependency a, he material sizes # 9 and Hk. The expansion coefficients of nickel-iron alloys are in the order of about 10-5 / ° C. As a first approximation, the material size has a temperature dependency proportional to M2 (T). In particular, the much stronger temperature dependence of the specific resistance 0 of the layer 1 does not go into # q. The temperature dependence of Hk is proportional to M # (T) for an alloy of 81 ß nickel and 19% iron, where # is between the values 1.5 and 3 lies. By choosing an alloy with a high Curie temperature, for example 81 @ Ni @ 19 Fe, and by annealing the layers in a vacuum, the temperature coefficients Qq and Hk can be made largely the same, so that their influence on the sensitivity is canceled out. This achieves that the temperature coefficient of sensitivity between 0 and 100 ° C is 10-5 / ° C. At low temperatures below 0 0G, the temperature dependency of the measurement effect is only given by the thermal expansion of the probe. For the reasons mentioned, it is advisable to carry out the measurement at low temperatures. Dics can be achieved by appropriate cooling of the probe, for example with liquid air.The transverse voltage that develops in the probe when measuring a magnetic field depends, according to equation (3), on the anisotropy field strength Hk and the planar Hall resistance Rq of the ferromagnetic layer. Several methods for determining these material sizes have been given in the literature. However, these material sizes can be determined for a given probe in the following simple manner: The probe is brought into a magnetic field of a suitable coil, for example coil 5, and oriented so that the coil axis is in the plane of the layer and perpendicular to the light axis of the layer lies. The current in the coil is regulated until the voltage of the probe has a maximum. The measured transverse voltage is in this setting and the magnetic field in the coil With the two measurement values obtained in this way, the proportionality constant, i.e. the detection sensitivity, can be calculated using equation (4). It applies 12 claims r figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e-1. Method of measuring magnetic Field strengths by means of a measuring probe, characterized by the use of a thin, A flat, conductive, ferromagnetic layer applied to an insulating carrier Material with uniaxial anisotropy of the magnetization as a measuring probe, which is parallel to the preferred axis (xj of its magnetization and to the layer plane of an e @ ektrisch @ n Current (ix) flowed through and at the measuring location in such a way as to the magnetic field strength to be measured (Hy) is oriented because # the vector @ n of the field strength to be measured in the layer plane falls and is perpendicular to the preferred axis (x) of the magnetization, also marked by a voltmeter for measuring the perpendicular in the ferromagnetic layer to the direction of the electric current (ix) occurring in the layer plane Transverse voltage (Uy), from which the given magnetic field strength with the help of the known Anisotropy field strength (Hk) of the ferromagnetic layer and its planar Hall resistance (Rq) is determined.

2. The method according to claim 1, characterized in that the to measuring magnetic field (Hq) a constant known magnetic field, e.g. the magnetic field an auxiliary coil (5) is superimposed.

3 The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Vector of the magnetic field of the auxiliary coil perpendicular to the easy axis of magnetization and oriented in the layer plane and the field strength preferably at the anisotropy field strength is set and that furthermore the layer in the magnetic field is oriented so that the magnetic field to be measured is parallel to the easy axis the magnetization proceeds. Method according to one of Claims 1 to 3, thereby characterized in that the ferromagnetic layer of the probe is parallel to the easy axis their magnetizability by a current (ix) with a sinusoidal or rectangular shape is traversed over time, 50 device for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that one of insulating ? material existing carrier body a flat layer of ferromagnetic material, in particular by vapor deposition is applied that this layer with at least provided four ohmic, preferably oppositely arranged electrodes is that further the ferromagnetic layer with respect to a pair of the electrodes and the layer surface is oriented such that the easy axis of the uniaxial Anisotropy is parallel to the line connecting two opposite sides in the layer arranged electrodes and extends parallel to the surface of the layer.

6. Apparatus according to claim, characterized in that the with their connecting line arranged parallel to the easy axis of the uniaxial anisotropy Electrodes with a power source with their connecting line at an angle to this Axis, in particular perpendicular to this axis, arranged electrodes, however with a voltmeter or a current amplifier working on a voltmeter are connected.

7 Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the ferromagnetic layer made of a conductor or semiconductor with a high Curie temperature consists.

8 Device according to one of claims 5 bio 7, characterized in that daP the ferromagnetic layer made of an alloy of at least two of the Me-wallc Iron, nickel, cobalt consists of 9. Device according to claim 8, characterized in that that the ferromagnetic layer consists of about 81% nickel and 19% iron.

10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that that serving to generate the current flowing through the ferromagnetic layer c Generator a pulse generator, especially for generating sinusoidal. or rectangular Impulses, is 0 11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized by the use of an auxiliary coil to generate the sensitivity regulating magnetic constant field, which surrounds the ferromagnetic layer and is arranged with respect to this so that the coil axis is perpendicular to the easy axis the uniaxial anisotropy is oriented0 '12 Device according to one of the claims 5 to 11, characterized in that the thin layer is in the form of a cross placed on the surface of the insulating support and at the ends of the cross with the decrease in the transverse voltage caused by the planar Hall effect as well as electrodes serving for the supply of current to the ferromagnetic layer is contacted 0 L e r s e i t e