DE2148081A1 - Fühleranordnung zum Erfassen von in einer Magnetschicht bewegbaren Domänen - Google Patents

Description

Fühleranordnung zum Erfassen von in einer Magnetschicht bewegbaren Domänen

Die Erfindung betrifft eine Fühleranordnung zum Erfassen von in einer Magnetschicht enthaltenen, zylinderförmigen Domänen, die durch Treibfelder beliebig in der Magnetschicht bewegt werden können.

Es ist bekannt, daß in magnetischen Schichten, deren Achse leichter Magnetxsierbarkeit in der Flächennormalen verläuft, in gewissen Feldstärkebereichen der Vormagnetisierung extrem kleine magnetische Domänen auftreten, die von einer kreisringförmigen bzw. zylinüermantelfönaigen Domänenwand begrenzt sind. Diese einzelnen Domänen, deren Magnetisierung entgegengesetzt der Magnetisierung des restlichen Teils der Magnetschicht ausgerichtet ist, sind innerhalb der Schicht frei beweglich. Durch Anlegen geeigneter magnetischer Treibfelder können sie in beliebige Richtungen bewegt werden. Bei Beobachtung mittels des Kerr-Effektes im reflektierten polarisierten Licht erscheinen dem Betrachter diese in der Draufsicht kreisförmigen Domänen wie Gasblasen in einer siedenden oder perlenden Flüssigkeit, was ihnen auch die Bezeichnung "'magnetische Blasen¹' eingetragen hat.

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Es gibt verschiedene Arten von Treibleitungsmustern, die zum Anlegen von geeignet gerichteten, umlaufenäen oder pulsierenden magnetischen Feldern dienen, um die Bewegung der magnetischen Blasen innerhalb der Schicht in gewünschter Weise zu steuern. 2iur Verwendung solcher magnetischer Blasen als binäre Informationsträger in datenverarfceitenden Geräten muß deren Anwesenheit oder Fehlen zu bestimmten Zeitpunkten am Ort einer Fühleranordnung erkennbar und in elektrische Signale umwandelbar sein.

2um Abfühlen von magnetischen Domänen kann man verschiedene physikalische Effekte ausnutzen. Von den magneto optischen Effekten ™ ist der Kerr-Effekt bereits genannt, dem der Faraday-Effekt bei durchscheinendem polarisiertem Licht entspricht. Beide Effekte erfordern einen beträchtlichen apparativen Aufwand, da das Auslesen optisch erfolgt und die gewonnene Information erst durch geeignete Wandler in elektrische Signale umgesetzt werden muß. Den Hall-Effekt ausnutzende Fühler liefern nur schwache Signale _f die schwierig auszuwerten sind. Induktive Fühler verlangen magnetische Flußänderungen und damit sich schnell bewegende Domänen oder aber solche,- die durch spezielle Maßnahmen, wie z. B. ein pulsierendes Treibfeld, zu Größenänderungen verlanlaßt werden.

Es ist aaher Aufgabe der Erfindung, eine Fühler anordnung zum Er- || fassen von in einer Magnetschicht bewegbaren Domänen anzugeben, die auch sich nicht bewegende magnetische Blasen erkennen kann und die leicht auswertbare elektrische Signale liefert. Sie sollte ohne großen Aufwand mit den üblichen Treibschaltungen verträglich sein und gegebenenfalls in einigen Ausführungsfonaen mit den Treibleitungen in eine gemeinsame Schaltung integrierbar sein.

Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Fühleranordnung er-findungsgemäß dadurch gelöst, daß nahe der Magnetschicht mindestens ein magneto resistiver Fühler angeordnet ist, dessen elektrischer Widerstand sich ändert, wenn ein von einer Dor.äne ausgehender magnetischer Streufluß den Fühler durchsetzt, und daß Mittel zum Auswerten der Widerstandsänderungen vorgesehen sind.

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Äusfürxrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher beschrieben.

Ls zeigen:

Fig. 1 schematisch das Prinzip eines magneto-resistiven

Abfühlverfahrens, wobei der Fühler auf der magnetischen Schicht aufliegt, in welcher sich stabile zylinderförmige Domänen; sogenannte magnetische Blasen, bewegen;

Fig. 2A unu 2B die Richtung der Magnetisierung M des Fühlers

zur Zeit T. bei der Abwesenheit von magnetischen Blasen in der Schicht im Bereich des Fühlers und zur Zeit T₂ beim Vorhandensein einer solchen Blase,

Fig. 2C das Ausgangssignal V₃ des Fühlers als Funktion

der Zeit entsprechend den Situationen in den Fign'. 2A und 2B;

Fig. 3A schematisch den Magnetisierungsvektor M des

Fühlers, der um einen Winkel θ aus der Richtung des Stromflusses I herausgedreht ist;

Fig. 3b die normalisierte Änderung AR/R des Widerstandswertes des Fühlers mit dem Drehungswinkel θ des Hagnetisierungsvektors,

Fig. 4A eine offene Leiterschleifen aufweisende Treibschaltung die mit einem magneto-resistiven Fünler zur Erfassung von magnetischen Blasen integriert istj

Fig. 4i3 eine Seitenansicht eines senkrechten Schnittes

durch die Anordnung in der Fic,. 4A mit dem an-

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gedeuteten magnetischen Streufeld einer magnetischen Blase_f die den Fühler passiert;

Fig. 4C schematiech die Situation, wenn eine magnetische

Blase den Fühler gemäß den Fign. 4A und 4B j passiert; '

Fig. 5A zwei ausgewählte Richtungen aus dem Zyklus eines ^:

magnetischen Treibfeldes für eine Zickzackleiterschaltung gemäß der Darstellung in Fig. 5B, wo der magneto-resistive Fühler in die Treibschalj tung integriert ist;

Fig. 6A eine T-Streifen und I-Streifen enthaltende

Treibschaltung mit einem magneto-resistiven Fühler, der auf derselben Oberfläche der Magnetschicht Integriert 1st;

Fig. 6B Eeitfunktionen von Treibetrömen und des Aub-

gangssignales des Fühlers bei Abwesenheit oder beim Passieren eines Blasenbereiches in der Nähe des Fühlers für die Anordnung in der Fig. 6A;

Flg. 6C die Draufsicht eines weiteren Aueführungebei-

spieles einer integrierten Anordnung, welche eine T-ßtreifen und I-ßtreifen enthaltende Treibechaltung mit dem magneto-resistiven Fühler so kombiniert, daß der Fühler ein Teil der Treibschaltung 1st;

Fig. 6D Die Ansicht eines senkrechten Schnittes durch

die integrierte Anordnung der Fig» 6C und

Fig. 7A und 7B die Draufsicht und die Seitenansicht einer

Integrierten Anordnung, die eine gerichtete

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Dreiecke sowie Leitschienen enthaltende Treibschaltung mit einem magneto-resistiven Fühler kombiniert, und worin der Fühler ein Teil der

■ Treibschaltung ist.

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-Fig* 1 zeigt eine magneto-resistive Fühleranordnung, welche sich ! auf einer magnetischen Schicht befindet, - in der stabile zylinder-- ! förmige Domänen, sogenannte magnetische Blasen, existenzfähig j sind und durch Treibfelder beliebig bewegt werden können. Diese magnetische Schicht IO aus einem Material wie Orthoferrit oder Granat weist eine Vormagnetisierung der Feldstärke H senkrecht, ■ d. h. normal zur Ebene der Magnetschicht auf. Diese Vorraagneti- | sierung sorgt für die Stabilisierung der zylinderförmigen magnetischen Domänen oder Blasen 12, deren Magnetisierungsrichtung der Magnetisierung hl der Magnetschicht entgegengesetzt ist. Das Vorspannfeld H muß kein von außen wirkendes zusätzliches Feld sein, wenn die Orthoferritschicht beispielsweise so hergestellt ■ wird, daß ihre äußeren Oberflächen normal zur Schichtebene permanent vormagnetisiert sind, und eine starke Austauschkopplung zum Material im Innern der Schicht besteht. Die Blasen werden ; zu Beginn in der magnetischen Schicht durch bekannte Einrichtungen erzeugt, die hier nicht näher erläutert sind. Unter dem Einfluß verschiedenartiger Treibeinrichtungen (nicht dargestellt in Fig. 1) bewegen sich die Blasen 12 Innerhalb der Magnetschicht, z. B. in Richtung des Pfeiles 14.

Die Fühleranordnung 13 enthält einen magneto-resistiven Fühler 16 und eine daran angeschlossene Stromquelle 18. Im gezeigten Beispiel ist die Quelle 13 ein Konstantstrom-Generator, der einen konstanten Meßstrom I durch den Fühler 16 schickt. Eine Konstantstromquelle ist für den Betrieb an sich nicht erforderlich, erleichtert aber erheblich die Erkennung einzelner magnetischer Blasen. Der Spannungsabfall im Fühler aufgrund des durch ihn fließenden konstanten Meßstromes wird mit V bezeichnet und mit dem Instrument 20 gemessen. Dieses Spannungssignal zeigt die Existenz oder das Fehlen einer magnetischen Blase in unmittelba-

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rer Nachbarschaft des Fühlers 16 an.

Der Fühler 16 wird im allgemeinen mit leichter Magnetisierung innerhalb der Ebene der Schicht hergestellt, in deren Achsenrichtung auch der Stromfluß 1_ erfolgt. Wenn ein treibendes Magnetfeld fehlt, liegt der Vektor der Magnetisierung M des Fühlers in Richtung dieser leichten Achse. Wenn also weder das streufeld einer Blase noch Komponenten eines Treibfeldes zum Bewegen solcher Blasen in der Magnetschicht auf den Fühler einwirken, liegt ;M entlang der leichten Achse. Zweckmäßig ist I daher in Richtung der leichten Achse des Fühlers ausgerichtet.

,Der Fühler 16 besteht aus einem Material, welches einen magneto-

!resistlven Effekt zeigt. Zahlreiche derartige Materialien sind

!bekannt; sehr geeignet 1st die unter dem Namen Permalloy bekannte Niekel-Eisen-Legierung. Der Permalloy Film kann polykristal- ' lin sein und ist ein dünner Film mit uniaxialer Anisotropie der ; Magnetisierung. Geometrie und Materialparameter des Fühlers werden so gewählt, daß der Vektor der Magnetisierung M sich um 90° j aus der leichten Achse in die sogenannte harte Achse dreht, wenn I eine magnetische Blase in der Nähe des Fühlers die Magnetschicht durchläuft, und der in die leichte Achse zurückkehrt, nachdem der Blasenbereich vorbeigelaufen 1st.

: Allgemein sind die folgenden Kriterien bei der Herstellung eines geeigneten magneto-resistiven Fühlers zu beachten:

1. Die Summe des Anisotropiefeldes H, und des Entmagnetisierungsfeldes in der harten Achse des magneto-resistiven Materials des Fühlers muß kleiner sein als das von einem Blasenbereich ausgehende Streufeld, d. h. die Magnetisierung einer Blase muß die Magnetisierung des Fühlers 16 auslenken können.

2. Der elektrische Widerstand des Fühlers sollte mindestens 50 Ohm betragen, um eine Anpassung an aie Eingänge von Kalbleiter-Abfrageverstärkern zu ermöglichen. Der Widerstand des

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Fühlers ist an eich willkürlich; eine Anpassung an den zu verwendenden Abfrageverstärker liefert jedoch eine bessere Leistungsübertragung .

3. Die Länge des Fühlers in Richtung des Meßstromes I sollte den Blasendurchmesser nicht überschreiten. Dadurch wird sichergestellt, daß alle Teile des Fühlers gleichzeitig ihre Magnetisierung so umschalten, daß die relative Widerstandsänderung AR/R einen Größtwert erreicht.

4. Der Fühler kann aus physikalischen Gründen nicht wesentlich dünner als 200 R sein, weil sonst Geometrleeinflüsse die erreichbare relative Widerstandsänderung AR/R verringern. Das ■ heißt, der spezifische Widerstand über sehr dünnen Filmen J steigt an, wenn die Dicke kleiner wird als die mittlere freie Weglänge der Leitungselektronen. Vgl. hierzu den Artikel "Compositional and Thickness Dependence of the Ferromagnetic i Anisotropy in Resistance of Iron-Nickel Film", von E. N. j Mitchell u. a., in der Zeitschrift "Journal of Applied Phy- I sice", Band 35 (September 1964), Seiten 2604 bis 2608, ι

5. Das Streufeld vom magneto-reslstiven Fühler und vom Meßstrom j

I sollte die Bewegung von magnetischen Blasen nicht beein- I flüssen. Das bedeutet die Verwendung von möglichst dünnen

Abfühleleaienten und kleinen Meßströmen♦ '

Eine relative Bewegung zwischen dem Fühler und dem Blasenbereich ist zu dessen Erkennung nicht erforderlich, im Gegensatz zu an- { deren Abfühltechniken, wie z. B. der induktiven AbfÜhlung. Das zu einer magnetischen Blase gehörende magnetische Streufeld muß j die magneto-resistive Eigenschaft des zu verwendenden Fühlers

nur hinreichend beeinflussen. .

Die Fign. 2A bis 2C zeigen schematisch die Arbeitsweise der magneto-resistiven Fühleranordnung bei Vorhandensein und Fehlen einer magnetischen Blase. In diesen Figuren ist der einfacheren

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Erklärung halber nur der Fühler 16 gezeigt.

In Fig. 2A liegt der Vektor der Magnetisierung M des Fühlers 16 in der Richtung des durcl
die Situation zur Zeit T₁

in der Richtung des durch ihn fließenden Meßstromes I . Das ist

1*

In Fig. 2B passiert eine magnetische Blase 12 den Fühler zur Zeit T . Der aus dem Blasenbereich hervortretende magnetische Streufluß (dargestellt durch die radial verlaufenden Pfeile 22) bewirkt eine Drehung der Magnetisierung M des Fühlers in eine Richtung, die senkrecht zu seiner Richtung zur Zeit T, verläuft. Dem-zufolge ändert sich der elektrische Widerstand des magneto-resistiven Fühlers 16 und somit auch der meßbare Spannungsabfall V

über diesem. Die Spannung V ist in Fig. 2C dargestellt, in der ein Signal zur Zeit T„ das Vorhandensein einer magnetischen Blase 12 anzeigt, während das Fehlen einer Ausgangsspannung zur Zeit T₁ das Fehlen einer Blase anzeigt.

Die Fign. 3A und 3B zeigen die Änderung des elektrischen Widerstandes des magneto· resistiven Fühlers in Abhängigkeit vom Dre·· hungswinkel θ des Magnetisierungsvektors M des Fühlers aus der leichten Achse heraus. In Fig. 3A ist nur der Fühler 16 gezeigt. Der Magnetisierungsvektor M des Fühlers bildet den Winkel θ mit der Richtung des Meßstromes I durch den Fühler, welche zweck mäßig mit der Richtung der leichten Achse übereinstimmt.

In Fig. 3B ist die relative Widerstandsänderung AR/R aufgezeichnet als eine Funktion der Winkelabweichung © des Magnetisierungs■ vektors M von der durch die Richtung des Meßstromes I durch den Fühler definierten Richtung. Der Widerstand R_r auf den die Widerstandsänderung normiert wird, ist der Widerstand des Fühlers 16, wenn der Vektor M in der Richtung des Meßstromes I liegt. Die .änderung AR dieses Widerstandswertes ist abhängig νοια Winkel ©. Aus der Kurve ist zxi ersehen, daß der Fühler relativ zur Bewegungsrichtung der Blasen zweckmäßig so angeordnet wird, daß cer magnetischen Streufeld eines Blasenbereiches gehörende Fla/3

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eine größtmögliche Wirkung auf den Fühler ausübt. D-, χ "agnetisierungsvektor U sollte durch das Streufeld um eir :;., Winkel ti = 90° gedreht werden, um eine maximale Änderung des Widerstandes des Fühlers 16 und. daher ein maximales Ausgangs signal V zu erzeugen.

E'ig. 4A zeigt die Verwendung einer magneto resistiven Fühleranordnung 13 in Kombination mit einer Treibschaltung, die Leiterschleifen 24 enthält. Die LeiterscnIeifen sind auf der Magnetschicht 10 aufgebracht, in welcher magnetische Blasen 12 vorhanden sind. Unter dem Einfluß örtlicher Magnetfelder, die durch Treibströme, wie den Strom I , erzeugt werden, bewegen sich die Blasen in Richtung des Pfeiles 14 fort. Wie in der Anordnung nach Fig. 1 existiert ein V<
Ebene der Magnetschicht 10.

nach Fig. 1 existiert ein Vorspannmagnetfeld H senkrecht zur

Auf derselben Seite der Magnetschicht 10 wie die Leiterschleifen 24 befindet sich der magneto-resistive Fühler 16. Dieser ist von den Leiterschleifen 24 durch die Isolierschicht 27 (Fig. 4B) so getrennt, daß keine gegenseitige Beeinflussung mit dem durch die Leiterschleifen 24 fließenden Strom auftritt. Eine Erläuterung des Leiterschleifen-Treibverfahrens für magnetische Blasen ist enthalten in einem Artikel von A. H. Bobeck u. a. mit dem Titel "Application of Orthoferrites to Domain Wall Devices", erschienen in IEEE Transactions on Magnetics", Band MAG-5, Nr. 3, (Sept. 1969), Seite 544. Bei Bedarf kann der Fühler auch auf der gegenüberliegenden Seite der Magnetschicht 10 angeordnet sein. In diesem Fall ist eine Isolierung zwischen dem Fühler 16 und den Leiterschleifen 24 nicht notwendig.

An den Fühler 16 ist eine Stromquelle angeschlossen, z. B. die Konstantstromquelle 18, die einen durch den Fühler in Richtung der Bewegung der magnetischen Blasen 12 fließenden Strom I erzeugt. Der an dem Fühler auftretende Spannungsabfall V ist eine Funktion des Vorhandenseins oder Fehlens einer Blase in der Nähe des Fühlers, entsprechend den Erläuterungen im Zusammenhang mit

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den Figri. 2A bis 2C und 3A und 3B. Dieses Spannungssignal wird durch den Detektor 20 erkannt.

Fig. 4B zeigt die Ansicht eines Schnittes durch die Anordnung in Fig. 4A, die das magnetische Streufeld H_ß des Blasenbereiches erkennen läßt. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, verläuft die Magnetisierung M der magnetischen Blase entgegengesetzt zur Magnetisierung M der übrigen Magnetschicht 10. Wenn der Blasenbereich den Fühler 16 passiert dringen Komponenten des Magnetfeldes EL in den Fühler ein und bewirken ein Drehung der Magnetisierung M des Fühlers 16, die durch eine Änderung im Ausgangssignal V erkennbar ist.

In Fig. 4C passiert die magnetische Blase 12 den Fühler 16, dessen Magnetisierungsvektor M ursprünglich in Richtung des durch den Fühler fließenden Meßstromes I lag. Die Richtung des posi-tiven Gradienten H, des treibenden Magnetfeldes, das durch die Leiterschleife 24 erzeugt wird, verläuft im wesentlichen in Richtung des Stromflußes in dem Fühler. Das Feld H des Blasenbereiches jedoch, welches den Fühler 16 durchsetzt, verläuft quer zn diesem Stromfluß. Folglich wird der Magnetisierungsvektor M in Richtung des Feldes H_B gedreht,

Die Fign. 5A und 5B beziehen sich auf eine integrierte Treib- und Leseeinrichtung für magnetische Blasen, in welcher die magneto- resistive Fühleranordnung 13 ein Teil der Treibschaltung ist. Im einzelnen wird eine grätenartige Perraalloy-Treibschaltung 28 dazu benutzt, die Blasen 12 durch die Magnetschicht 10 zu treiben. Diese Treibeinrichtung enthält eine Zickzackleitung 28 aus Permalloy, welche unmittelbar auf die Magnetschicht 10 aufgebracht ist. Magnetische Blasen laufen innerhalb der Magnetschicht in der positiven X-Richtung entlang dem Permalloymuster, abwechselnd getrieben von in den Richtungen 1 und 2 wirkenden Komponenten des Magnetfeldes H entsprechend der Darstellung in Fig. 5A. Diese Magnetfeldinipulse können von außen durch Vorspannspulen geliefert werden, die ein Gleichstrom- Magnetfeld H

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und ein Wechsels troirmagnetf eld H erzeugen. Wie in den anderen Ausführungsbeispielen ist ein magnetisches Vorspannfeld H_z senkrecht zur Lbene der Magnetschicht 10 vorgesehen_f um die Existenzbedingungen für die zylindrischen magnetischen Blasen zu liefern.

Die Leitungen 30 liegen auf dem Permalloymuster 26 auf und verbinden den Fühler 16 mit der Stromquelle 18 welche einen kon stanten i-ießstrom I in dem Fühler IG aufrechterhält. Widerstands-

änderungen des Fühlers 16 werden als Spannungsänderungen am Detektor 20 registriertj wie bereits erläutert wurde.

Das Permalloy- Zickzackmuster wird durch konventionelle Verfahren auf aer Oberfläche der Magnetschicht 10 ausgebildet. Beispielsweise wird zuerst eine gleichförmige Schicht aus Permalloy von etwa 250 8 üigke auf der Magnetschicht niedergeschlagen. Darauf wira eine gleichmäßige Schicht Photolack auf die Permalloyschicht aufgebracht. Der Photolack wird dann selektiv belichtet und entwickelt. Man läßt den Photolack über dem Permalloy nur an den Stellen stehen, wo der Fühler schließlich gebildet werden soll, jtiin guter Leiter, z. B. aus Kupfer, wird anschließend auf das Permalloy elektroplattiert. Das Leitermaterial schlägt sich nicht auf dem Photolack nieder, haftet jedoch an dem Permalloy. Der Photolack wird dann entfernt und läßt die Magnetschicht 10 gleichmäßig bedeckt mit einer ersten Schicht aus Permalloy und einer zweiten Schicht des Leitermaterials zurück, mit Ausnahme der Stelle, wo der Photolack für die Herstellung der leitenden Schicht nicxit entfernt wurue und an der der Fühler schließlich gebildet werden soll. Die ganze Oberfläche wird dann erneut mit einer weiteren gleichmäßigen Schicht aus Photolack überzogen, welche dann durch eine einem Zickzackmuster entsprechende Haske belicntet wird, «ach Entwicklung und Entfernung des nicht belichteten Teiles des Photolacks werden die freigelegten Metallschichten weggeätzt, so daß eine Struktur zurückbleibt, die sich aus dem Zickzack Permalloy 28 und einem Zickzack Leitermuster 30 zusammensetzt, wobei aas Leitenuuster 30 das Muster 2 6 mit Aus nähme uer stelle des Fühlers IG (Fig. 5B) an allen anderen Stel-

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len überdeckt.

Für die Elektrodenleitungen kann jedes geeignete Leitermaterial benutzt werden, obwohl die Verwendung von Kupfer besonders vorteilhaft ist. Grundsätzlich soll sich der elektrische Widerstand im Pfad des Stromes I auf den Fühler 16 und nicht auf die Lei-

ter 30 konzentrieren. Nur so wird ein optimales Verhältnis von Signal zu Rauschen erzielt, wenn der elektrische Widerstand des Fühlers sich durch das Vorhandensein einer magnetischen Blase ändert. Auszuwählende Leitermaterialien sollten einen guten elektrischen Leitwert haben und die magnetischen Eigenschaften der Treibeinrichtung 28 oder des Fühlers 16 nicht beeinflussen.

Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen darf das zum gerichteten Bewegen der Blasen in der Magnetschicht verwendete treibende Magnetfeld den magneto-resistiven Fühler nicht ungünstig beeinflussen. Die Magnetisierung des Fühlers soll durch das zum wandernden Blasenbereich gehörende magnetische Streufeld in größtmöglichem Maße beeinflußt werden. Aus den Fign. 5A und 5B ist zu ersehen, daß das magnetische Treibfeld H₇. in der Richtung 2 verläuft, wenn die Blase den Fühler 16 passiert. Das bedeutet, daß das einzige Magnetfeld, welches quer zur Längsrichtung des Fühlers verläuft, d. h. quer zur Richtung seiner leicht magnetisierbaren Achse und des. Stromes I , das auf den Blasenbereich zurückzuführende magnetische Feld ist. Folglich ist eine Änderung im Ausgangssignal V voi;

bereiches zuzuschreiben.

im Ausgangssignal V vollständig dem Vorhandensein eines Blasen-

Fig. 6A zeigt eine Anordnung von Permalloy- T-Streifen und Permalloy-I~Streif en, die in Kombination mit einer magneto-resistiven Fühleranordnung 13 verwendet wird. Bei dieser Einrichtung kommt eine magnetische Blase neben dem Fühler 16 in einem Teil des magnetischen Treibzyklus an, wenn das magnetische Treibfeld H_Ä in der leichten Magnetisierungsrichtung (Richtung von I ) des Fülilers 16 (Position 1) verläuft.

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In Einrichtungen die Magnetblasen benutzen, sind ί Treibschaltungen mit Permalloy T-Streifen und Permallo* -Streifen bekannt. Eine solche Schaltung ist z. B. in dem genannten Artikel von A. H. Bobeck beschrieben. Durch das sich in der Ebene der Magnetschicht drehende Magnetfeld werden abwechselnd anziehende magnetische Pole an den Enden der Balken der T-Streifen 32 und der I-Streifen 34 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Feldes IL gebildet. Diese Pole verursachen die Bewegung der magnetischen Blasen durch die Magnetschicht 10, auf welcher die T-Streifen und I-Streifen angeordnet sind. Der schraffierte Magnetblasenbereich in Fig. 6A läuft z. B. in X-Richtung (Pfeil 14) aufgrund der Drehung des Magnetfeldes EL im Uhrzeigersinn.

Eine Vormagnetisierung mit der Feldstärke H ist normal zur Ebene der ixiagnetschicht 10 gerichtet, wie oben beschrieben ist. Auf der Magnetschicht 10 in unmittelbarer Nachbarschaft der Treibeinrichtung aus den T- und I-Streifen befindet sich der magnetoresistive Fühler 16. Eine KonstantetromquelIe 18 ist an den Fühler 16 angeschlossen und liefert einen diesen Fühler durchfließenden konstanten Strom I . Eine Detektoreinrichtung 20, wie z. B. ein Voltmeter, Oszilloskop usw., ist an die Enden des Fühlers 16 angeschlossen und fühlt dessen Widerstandsänderungen ab, die durch das Passieren von magnetischen Blasen 12 hervorgerufen werden, deren Streufelder auf den Fühler 16 einwirken. Diese Widerstandsänderungen beeinflussen das Ausgangssignal der Detektoreinrichtung .

Fig. 6B zeigt als Zeitfunktionen die Treibströme I , I und Bei-

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spiele von Lese AusgangsSignalen V für die in Fig. 6A gezeigte Anordnung. Die Treibströme in den Koordinatenrichtungen X und Y, I und I sind Sinusströme, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind. Diese Ströme fließen durch die Spulen, welche das drehende Treibfeld H_A erzeugen. Wegen des drehenden Treibfeldes kann eine Änderung der Ausgangsspannung V über dem Fühler 16 . auch dann auftreten, wenn in der Magnetschicht keine Blase in

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den Bereich des Fühlers kommt. Es erscheint jedoch ein Ausgangssignal abweichender Form, wenn eine magnetische Blase auf den Fühler einwirkt.

Für die in Fig, 6A gezeigte Anordnung passiert der Blasenbereich den Fühler, während das angelegte treibende Magnetfeld H, sich in der Stellung zum Zeitpunkt 3 befindet. Das zugeordnete Ausgangssignal ist in der vierten Zeile der Fig. 6B dargestellt. Beim Fehlen einer magnetischen Blase ist entsprechend der Darstellung in Fig. 6B in der dritten Zeile kein Signal solcher Art vorhanden.

In Fig. 6C ist ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 5A und 5B der magneto-resistive Fühler 16 gleichzeitig ein Teil der Treibschaltung, hier bestehend aus den T-Streifen 32 und den I-Streifen 34. Obwohl das Treibfeld H einen starken Einfluß auf den Fühler ausübt, indem es dazu neigt, diesen zu sättigen, tritt dieser Effekt doch zu anderen Zeitpunkten auf als die Einwirkung des Streuflusses eines Blasenbereiches. Die Abfühlung kann daher zwischen den Sättigungsimpulsen erfolgen, oder der Streufluß des Blasenbereiches kann dazu benutzt werden, der Sättigung des Fühlers 16 bei der Abfühlung entgegenzuwirken. Obwohl in Fig. 6C nicht dargestellt, sind für die dort gezeigte Anordnung eine Konstantstromquelle und eine Abfüh!einrichtung genauso vorgese- * hen wie für die in Fig. 6A gezeigte Anordnung.

Der Fühler 16 bildet einen Teil des T-Streifens 32', an den als Zuleitungen die Leiter 36 angeschlossen sind. Diese Leiter sind direkt auf die Treibschaltung aufgebrachte Elektroden, und sie sind stark genug, um sicherzustellen, daß ihr elektrischer Widerstand im Vergleich zu dem des Fühlers vernachlässigbar klein ist. Für diese Anordnung kann dasselbe Herstellungsverfahren benutzt werden wie für die in Fig. 5B gezeigte.

Fig. 6D zeigt die Ansicht eines Schnittes durch die in Fig. 6C gezeigte Anordnung, in der die Leiterelektroden 36 deutlicher

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zu erkennen sind. Die magnetische Blase 12 ist gekennzeichnet durch eine Magnetisierung IL, die der Magnetisierung M_g der Magnetschicht 10 entgegengesetzt gerichtet ist.

Die Fign. 7A und 713 zeigen eine Korabination einer Dreieckband-Treibleitung und eines darin integrierten magneto-resistiven Fühlers. Hier ist der Fühler 16 ein Teil jeder der beiden Permalloy- Leitschienen 38, die in der Treibeinrichtung benutzt werden. Es wird auf den o. a. Artikel von Bobeck zur weiteren Erläuterung dieser Art von Treibleitungen verwiesen.

In Fig. 7A ist eine Draufsicht auf eine Magnetschicht 10 gezeigt, auf welche Dreieckband Perinalloymuster aufgebracht wurden. Die Bewegung der magnetischen Blasen durch diese Einrichtung nutzt die Tatsache aus, daß ein Blasenbereich 12 in der Größe durch Erhöhen oder Erniedrigen des magnetischen Vorspannfeldes H verändert werden kann. Das Wandern wird bewirkt durch die Bewegung des pulsierenden Blasenbereiches in asymmetrische ""Haftstellen" des Feldes hinein und aus diesen heraus. Diese Haftstellen werden gebildet durch keilförmige Filme 40 aus Permalloy mit einer hohen Permeabilität. Da die Blasenbereiche auf einem Permalloykeil eine Lage einzunehmen suchen, in der die magnetostatische Energie so klein wie möglich ist, lassen sich die magnetischen Blasen leichter von der Spitze als vom stumpfen Ende eines dreieckigen Keiles fortbewegen. Demzufolge können die magnetischen Blasen 12 in der durch den Pfeil 14 angegebenen Richtung an einer Reihe von Permalloykeilen weitergeführt werden durch eine periodische Veränderung des Durchmessers der Blasenbereiche. In der Ausdehnungsphase dehnt sich die Vorderkante der Blase aus und überlappt das stumpfe Ende des nächsten Permalloykeiles. Beim Zusammenziehen gleitet die Hinterkante der Blase von der Schneide des vorherigen Keiles ab, die sie vorher festhielt.

Permalloy-Leitschienen 38 sind ebenfalls auf der Magnetschicht angeordnet. Diese Leitschienen liefern die seitliche Führung für die Blasenbereiche, während diese von einem Keil zum anderen lau-

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fen. Die Leitschienen stellen sicher, daß der Blasenbereich sich in der Bewegungsrichtung und nicht quer zu dieser ausdehnt und zusammenzieht.

In Fig. 7A Werden Teile der Permalloy-Leitschienen 38 für die magneto-resistiven Fühler 16 verwendet. Es können ein oder zwei solcher Fühler benutzt werden, wobei die Verwendung von zwei derartigen Fühlern ein besonders starkes Ausgangssignal liefert. Es kann auch ein Teil eines Permalloykeiles als Fühler verwendet werden. Die Benutzung der Leitschienen hierfür ist jedoch bequemer. Die Leiter 42 zu den Fühlern 16 hin werden durch eit nen Metallniederschlag auf den Permalloyschienen gebildet. Die aufgebrachten Elektroden haben dieselbe Breite wie die Permalloy-Leitschienen und im allgemeinen auch ungefähr dieselbe Dikke. Wenn ein Metall mit guter Leitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, für die Leiter 42 verwendet wird, bilden diese einen elektrischen Nebenschluß für die darunterliegende Permalloyschicht. Dadurch wird sichergestellt, daß nur der kurze Abschnitt des Permalloys, der als magneto-resistiver Fühler 16 benutzt wird, zur Erfassung der vorbeilaufenden Blasen dient.

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Claims (17)

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   fly Fühler anordnung zuia Erfassen von in einer Magnetschicht enthaltenen,, zylinderförmigen Domänen_f die durch Treibfelder beliebig in der Magnetschicht bewegt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Magnetschicht (10) mindestens ein magneto resistiver Fühler (16) angeordnet ist, dessen elektrischer Widerstand sich ändert, wenn ein von einer Domäne ausgehender magnetischer Streufluß den Fühler durchsetzt, und daß Mittel (18, 20) zum Auswerten der Widerstandsänderungen vorgesehen sind.
2. 2. Fühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle (18) zum Durchleiten eines Meßstromes (I ) durch den Fühler (16) sowie ein Detektor (20) zum Auswerten des am Fühler (16) auftretenden Spannungsabfalls (V_) vorgesehen sind.
3. 3. Fühleranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (18) ein Konstantstrom-Generator ist.
4. 4. Fühleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Fühlers (16) der Größe des Durchmessers der zu erkennenden magnetischen Domänen entspricht.
5. 5. Fühleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (16) aus einer dünnen Schicht aus einer magnetischen Nickel·Eisen-Legierung besteht.
6. 6. Fühleranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (16) eine Schichtdicke von mindestens 200 8 hat.

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   Docket YO 970 067

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7. 7. Fühleranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekannzeichnet, daß der Fühler (16) eine uniaxiale Anisotropie der Magnetisierung (M) aufweist mit einer in der Schichtebene liegenden Achsenrichtung leichter Magnetisierbarkeit.
8. 8. Füllleranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuleitungen (30, 36, 42) zum Fühler (16) so angeschlossen sind, daß der Meßstrom (I) in Ricntung der

   leichten Achse der Magnetisierung fließt.
9. 9. Fühleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Oberfläche der Magnetschicht (10) Leitungsmuster (24, 28, 32, 34, 38, 40) für eine Treibschaltung angeordnet sind, um die treibenden Magnetfelder zum gesteuerten Bewegen der zylinderförmigen Domänen in der Magnetschicht (10) bereitzustellen.
10. 10. Fühleranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (16) auf der gleichen Oberfläche der Magnetschicht (10) angeordnet ist wie die Leitungsmuster der Treibschaltung.
11. 11. Fühleranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (16) in die Treibschaltung integriert ist und einen Teil von dieser bildet.
12. 12. Fühleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Leitungen der Treibschaltung als auch der Fühler (16) aus magnetisierbarem Material bestehen.
13. 13. Füllleranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (18) mit dem Fühler (16) über, Stromzuleitungen (30, 36, 42) verbunden ist, die auf den Leitungen der Treibschaltung (28, 32, 34, 38) angeordnet sind.

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    Docket YO 970 067

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14. 14. Fühleranoränung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsam verlaufenden Teile der Stromzuleitungen und der Leitungen der Treibschaltung als übereinander angerodnete Schichtleiter die gleiche Geometrie aufweisen.
15. 15. Fühleranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsrauster der Treibschaltung aus T~Balken (32) und I-Balken (34) besteht.
16. 16. Fühleranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsmuster der Treibschaltung aus fischgrätenartigen Zickzackleitern (28) besteht.
17. 17. Fühleranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsmuster der Treibschaltung aus mindestens einem Dreieckband (40) mit seitlichen Leitschienen (38) besteht.

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