DE2148081C3 - Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von durch magnetische Einzelwanddomänen dargestellter Information - Google Patents
Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von durch magnetische Einzelwanddomänen dargestellter InformationInfo
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Description
Die Erlindung betrifft eine Anordnung zum zerstörungsfreien
Auslesen von durch magnetische Einzelwanddomänen dargestellter Information, welche in
einer magnetischen Schicht mit einer in bezug auf die Ein/clwanddomanen-Magnctisicrung antiparalleler
Magnetisierung an jeweils \orgegcbenc Plätze in der magnetischen Schicht verschiebbar sind und derei
Magnetfelder zur Ausgabe d^r Information eine ma
gnetoresistive Meßstrecke in einem ferromagncli
sehen Dünnfüm derart beeinflussen, daß hiervon cii
elektrisches Signal herleitbar ist.
Es ist bekannt, daß in magnetischen Schichten, de ren Achse leichter Magnetisierbarkeit in der Flächen
normalen verläuft, in gewissen Feldstärkebereichei der Vormagnetisierung extrem kleine magnetisch!
ίο Domänen auftreten, die von einer kreisringförmigci
bzw. zylindermantelförmigen Domänenwand be grenzt sind. Diese einzelnen Domänen, deren Ma
gnetisierung entgegengesetzt der Magnetisierung de: restlichen Teils der Magnetschicht ausgerichtet ist
•5 sind innerhalb der Schicht frei beweglich. Durch Anlegen
geeigneter magnetischer Treibfelder können sit in beliebige Richtungen bewegt werden. Bei Beob
achtung mittels des Kerr-Effektes im reflektierten polarisierten Licht erscheinen dem Betrachter diese ir
ao der Draufsicht kreisförmigen Domänen wie Gasbla
sen in einer siedenden oder perlenden Flüssigkeit, wa; ihnen auch die Bezeichnung »magnetische Blasen"
ein» (ragen hat.
L. gibt verschiedene Arten von Treibleitungsinustern,
die zum Anlegen von geeignet gerichteten, umlaufenden oder pulsierenden magnetischen Felderr
dienen, um die Bewegung der magnetischen Blaser innerhalb der Schicht in gewünschter Weise zu steu
ern. Zur Verwendung solcher magnetischer Blasen al; binäre Informationsträger in datenverarbeitendei
Geräten muß deren Anwesenheit oder Fehlen zu be stimmten Zeitpunkten am Ort einer Fiihlcranordnuni
erkennbar und in elektrische Signale umwandelbai sein.
Zum Abfühlen von magnetischen Domänen dei obengenannten Art kann man verschiedene physika
tische Effekte ausnutzen. Von den magneto-optischer Effekten ist der Kerr-Effekt bereits genannt, dem dei
Faraday-Effekt bei durchstrahlendem polarisierten Licht entspricht. Beide Effekte erfordern einen be
trächtlichen apparativen Aufwand, da das Ausleser optisch erfolgt und die gewonnene Information ersi
durch geeignete Wandler in elektrische Signale umgesetzt werden muß. Den Hall-Effekt ausnutzende Fühler
liefern nur schwache Signale, die schwierig auszuwerten sind. Induktive Fühler verlangen magnetische
Flußänderungen und damit sich schnell bewegend«. Domänen oder aber solche, die durch spezielle Maßnahmen,
wie z. B. ein pulsierendes Treibfeld, zu Größenänderungen veranlaßt werden.
In den USA.-Patentschriften 3 256483 um: 3493694 werden bereits magneto-resistive Lesestationen
zum Abfühlen vorbeitransportierter Magnetbänder als Träger von magnetischen Domänen be
schrieben. Während in der USA.-Patentschrift 3 256483 das Magnetband oder der Magnetstreifer
selbst magnetoresistiv ausgebildet ist und mehrere Einzelwanddomänen gleichzeitig zwischen den Meßpunkten
der Lesestation auftreten, besteht die Ahfülleinrichtung
in der USA.-Patentschrift 349369Ί
aus einem magnetoresistiven Filmstreifen, der transversal zur Bewegungsrichtung der Domänen von einem
Meßstrom durchflossen wird. Der magnetoresistive Meßstreifen ist dabei Teii eines Magnetkopfci
zur Abfüh'ungvon auf dem Magnethand auftretender
Änderungen der Magnetisierungsrichtung. Die Ausführung dieser Anfühleinrichtung zielt dabei im einzelnen
wesentlich auf eine verbesserte Frcqucn/ant-
wort gegenüber anderen Abfühleinrichtungen von Magnetbändern ab.
Diese Anordnungen jedoch sind wegen ihrer relativen Uiienipi'indiic'nkeit lür dei hier vorliegenden
Zweck ebenialls ungeeignet und ohne weiteres nicht zur Erfassung magnetischer Einzelwanddomünen äußerst
kleiner Abmessung, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden sollen, in der Lage.
Es ist Jäher Aufgabe der Erfindung, eine Abfiihleinrichtung
zum Erfassen von in einer Magnetschicht bewegbaren zylindrischen Einzelwanddomänen bereitzustellen,
welche leicht auswertbare elektrische Signale mit einem befriedigenden SignaJ-Rauschverhältnis
zu liefern vermag, wobei ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand eine mit den üblichen Weiterleitungsmitteln
der Einzelwanddomänen verträgliche Ausführungsform realisierbar sein wLd, die darüber
hinaus hiermit auch integrierbar sein müßte.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine an sich bekannte aus einer N'ickcl-Eisenlegierung
bestehende in Richtung der leichten Achse vom Meßstrom durchflossene und als streifenförmiges
Element ausgebildete Meßstreckc auf der Oberfläche einer Magnetschicht, in der unter Einfluß
eines hierzu senkrechten Magnetfeldes zylindrische Einzelwanddomänen mit hierzu antiparalleler Magnetisierungsrichtung
ausbildbar sind, in der Weise fest angebracht ist, daß zwar die leichte Achse des
Streifenelements mit der Bewegungsrichtung der zylindrischen Einzelwanddomänen zusammenfällt, jedoch
das Streifenelement im Wirkungsbereich einer vorbeiwandernden zylindrischen Einzelwanddomäne
senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung in bezug auf die Domänenbahn versetzt ist, und daß Länge sowie
Breite des Streifenelementes mindestens etwa gleich dem Durchmesser der zylindrischen Einzelwanddomäne
sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Untcransprüchen.
Es zeigt sich, daß mit der erfindungsgemäßen Abfühlcinrichtung
nicht nur ein leicht herstellbares Bauelement, das in einfacher Weise mit den schon an sich
benötigten Weitcrleitungsmittcln für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen integrierbar ist, hergestellt
werden kann, sondern daß auch hiervon Signale mit für die Weiterverarbeitung brauchbarem
und zufriedenstellendem Signal-Rauschverhältnis abgegeben werden. Damit ergibt sich eine klare Überlegenheit
der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber den eingangs geschilderten bekannten Anordnungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschließend
näher beschrieben. Es zeigt
!"ig. 1 schematisch das Prinzip eines magneto-resistiven
Abfühlverfahrens, wobei der l-'ühlcr auf der
magnetischen Schicht aufliegt, in welcher sich stabile zylindcrförmige Domänen, sogenannte magnetische
Blasen, bewegen,
Fig. 2A und 2B tue Richtung der Magnetisierung M des Fühlers zur Zeit /', bei der Abwesenheit
von magnetischen Blasen in der Schicht im Bereich des Fühlers und zur Zeit /",beim Vorhandensein einer
solchen Blase,
Fig. 2 C das Ausgangssignal \\ des Fühlers als
Funktion der Zeit entsprechend den Situationen in den F"ig. 2 A und 2B,
Fig. 3A schematisch ilen Magnetisierungsvektor
Λ/ ilcs Fühlers, der um einen Winkel θ aus der
Richtung des Stromflusses /5 herausgedreht ist,
Fig. 3 B die normalisierte Änderung AR/R des Widerstandsvvertes
des Fühlers mit dem Drehungswinkel C des Magnetisierungsvektors,
Fig. 4A eine offene Leiterschleifen aufweisende Treibschaltung, die mit einem magneto-resistiven
Fühler zur Erfassung von magnetischen Blasen integriert ist,
Fig. 4B eine Seitenansicht eines senkrechten
ίο Schnittes durch die Anordnung in der Fig. 4 A mit
dem angedeuteten magnetischen Streufeld einer magnetischen Blase, die den Fühler passiert,
Fig. 4C schematisch die Situation, wenn eine magnetische Blase den Fühler gemäß den Fig. 4 A und
'5 4 B passiert,
Fig. 5 A zwei ausgewählte Richtungen aus dem Zyklus
eines magnetischen Treibfeldcs für eine Zickzackleiterschaltung
gemäß der Darstellung in Fig. 5B, wo der magneto-resistive Fühler in die
Treibschaltung integriert ist,
Fig. 6Aeine 7-Streifenund /-Streifenenthaltende
Treibschaltung mit einem magneto-resistiven Fühler, der auf derselben Oberfläche der Magnetschicht integriert
ist,
Fig. (SB Zeitfunktionen von Treibströmen und des Ausgangssignals des Fühlers bei Abwesenheit oder
beim Passieren eines Blasenbereiches in der Nähe des Fühlers für die Anordnung in der Fig. 6A,
Fig. 6C die Draufsicht eines weiteren Ausführungsbcispieles
einer integrierten Anordnung, welche eine T-Streifen und /Streifen enthaltende Treibschaltung
mit dem magneto-resistiven Fühler so kombiniert, daß der Fühler ein Teil der Treibschaltung
ist,
Fig. 6D die Ansicht eines senkrechten Schnittes
durch die integrierte Anordnung der Fig. 6C und
Fig. 7 A und 7B die Draufsicht und die Seitenansicht
einer integrierten Anordnung, die eine gerichtete Dreiecke sowie Leitschienen enthaltende Treibschaltung
mit einem magneto-resistiven Fühler kombiniert, und worin der Fühler ein Teil der Treibschaltung ist.
Fig. I zeigt eine magneto-resistive Fühleranordnung, welche sich auf einer magnetischen Schicht befindet,
in der stabile zylinderförmige Domänen, soge-
nannte magnetische Blasen, existenzfähig sind und durch Treibfelder beliebig bewegt werden können.
Diese magnetische Schicht 10 aus einem Material wie Orthoferrit oder Granat weist eine Vormagnetisierung
der Feldstärke H1 senkrecht, d.h. normal zur
Ebene der Magnetschicht auf. Diese Vormagnetisierung sorgt für die Stabilisierung der zylinderförmigen
magnetischen Domänen oder Blasen 12, deren Magnetisierungsrichtungder
Magnetisierung M1 der Magnetschicht entgegengesetzt ist. Das Vorspannfeld H.
muß kein von außen wirkendes zusätzliches Feld sein, wenn die Orthofcrritschicht 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, /.. B. in Richtung des Pfeiles 14.
Die FiihlCi anordnung 13 enthält einen magnetoresistiven
Fühler 16 und eine daran a
Stromquelle 18. Im gezeigten Beispiel ist die Quelle
18 ein Konstantstrom-Generator, der einen konstanten
Meßstrom I5 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 auf Grund des durch ihn fließenden konstantcn
Meßstromes wird mit Vs bezeichnet und mit dem Instrument 20 gemessen. Dieses Spannungssignal
zeigt die Existenz oder das Fehlen einer magnetischen to
Phase in unmittelbarer Nachbarschaft des Fühlers 16 an.
Der Fühler 16 wird im allgemeinen mit leichter Magnctisierung
innerhalb der Ebene der Schicht hergestellt, in deren Achsenrichtung auch der Stromfluß /, «5
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 Magnet- ao schicht auf den Fühler einwirken, liegt M entlang der
leichten Achse. Zweckmäßig ist /, daher in Richtung der leichten Achse des Fühlers ausgerichtet.
Der Fühler 16 besteht aus einem Material, welches einen magneto-resistiven Effekt zeigt. Zahlreiche »5
derartige Materialien sind bekannt; sehr geeignet ist die unter dem Namen Permalloy bekannte Nickel-Eisen-Legierung.
Der Permalloy-Film kann polykristallin sein und ist ein dünner Film mit uniaxialer An
isotropie der Magnetisierung. Geometrie und Materialparameter des Fühlers werden so gewählt, daß der
Vektor der Magnetisierung M sich um 90° aus der leichten Achse in die sogenannte harte Achse dreht,
wenn eine magnetische Blase in der Nähe des Fühlers die Magnetschicht durchläuft, und der in die leichte
Achse zurückkehrt, nachdem der Blasenbereich vorbeigelaufen ist.
Allgemein sind die folgenden Kriterien bei der Herstellung eines geeigneten magneto-resistiven
Fühlers zu beachten:
1. Die Summe des Anisotropiefeldes Hk 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 die Eingänge von Halbleiter-Abfrageverstärkern zu ermöglichen. Der Widerstand des
Fühlers ist an sich willkürlich, eine Anpassung an den zu verwendenden Abfrageverstärker liefert
jedoch eine bessere Leistungsübertragung.
3. Die Länge des Fühlers in Richtung des Meßstromes /; sollte den Blasendurchmesser nicht überschreiten.
Dadurch wird sichergestellt, daß alle Teile des Fühlers gleichzeitig ihre Magnetisierung
so umschalten, dkaß die relative Widerstandsänderung 4Λ/7? einen Größtwert erreicht.
4. Der Fühler kann aus physikalischen Gründen nicht wesentlich dünner als 200 A sein, weil sonst
Geometrieeinflüsse die erreichbare relative Widerstandsänderung AR/R verringern. Das heißt,
der spezifische Widerstand über sehr dünnen FiI-men steigt an, wenn die Dicke kleiner wird als
die mittlere freie Weglänge der Leirungselektroncn. Vgl. hierzu den Artikel »Compositional and
Thickness Dependence ηί the Ferromagnetic
Anisotropy in Resistance öl Iron-Nickel-Film«
von Ii. N. Mitchell u. a., in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Band 35 (Septenv
bor 1%4), Seiten 2604 bis 2608.
5. Das Streufeld vom magneto-resistiven Fühici
und vom Meßstrom /, sollte die Bewegung vor magnetischen Blasen nicht beeinflussen. Dasbedeutet
die Verwendung von möglichst dünnen
Abfühlclcmcnten und kleinen Meßströmen.
Eine relative Bewegung zwischen dem Fühler und
dem Blasenbercich ist zu dessen Erkennung nicht er-
forderlich, im Gegensat? zu anderen Abfühltechniken,
wie z.B. der induktiven Abiühlung. Das zu einer
magnetischen Blase gehörende magnetische Streufeld
muß die magneto-resistive Eigenschaft des zu verwendenden Fühlers nur hinreichend beeinflussen.
Die Fig. 2 A und 2C zeigen schematisch die Arbeitsweisc
der magneto-resistiven Fühleranordnung bei Vorhandensein und Fehlen einer magnetischen
Blase. In diesen Figuren ist der einfacheren Erklärung halber nur der Fühler 16 gezeigt.
In Fig. 2 A liegt der Vektor der Magnetisierung M des Fühlers 16 in der Richtung des durch ihn fließenden
Meßstromes/,. Das ist die Situation zur Zeit T1.
In Fig. 2B passiert eine magnetische Blase 12 den Fühler zur Zeit T2. 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 7",
verläuft. Demzufolge ändert sich der elektrische Widerstand des magneto-resistiven Fühlers 16 und somit
auch der meßbare Spannungsabfall Vs über diesem.
Die Spannung V3 ist in Fig. 2 C dargestellt, in der ein
Signal zur Zeit T2 das Vorhandensein einer magnetisehen
Blase 12 anzeigt, während das Fehlen einer Ausgangsspannung zur Zeit T1 das Fehlen einer Blase
anzeigt.
Die Fig. 3 A und 3 B zeigen die Änderung des elektrischen
Widerstandes des magneto-resistiven Fühlers in Abhängigkeit vom Drehungswinkel Θ des Magnetisierungsvektors
M des Fühlers aus der leichten Achse heraus. In Fig. 3 A ist nur der Fühler 16 gezeigt.
Der Magnetisierungsvektor M des Fühlers bildet den Winkel θ mit der Richtung des Meßstromes
^ durch den Fühler, welche zweckmäßig mit der Richtung der leichten Achse übereinstimmt.
In Fig. 3B ist die relative Widerstandsänderung AR/R aufgezeichnet als eine Funktion der Winkelabweichung
θ des Magnetisierungsvektors M von der durch die Richtung des Meßstromes I5 durch den Fühler
definierten Richtung. Der Widerstand R, auf den die Widerstandsänderung normiert wird, ist der Widerstand
des Fühlers 16, wenn der Vektor M in der Richtung des Meßstromes I5 liegt. Die Änderung AR
dieses Widerstandswertes ist abhängig vom Winkel Θ. Aus der Kurve ist zu ersehen, daß der Fühler relativ
zur Bewegungsrichtung der Blasen zweckmäßig so angeordnet wird, daß der zum magnetischen Streufeld
eines Blasenbereiches gehörende Fluß eine größtmögliche Wirkung auf den Fühler ausübt. Der Magnetisierungsvektor
M sollte durch das Streufeld um einen Winkel θ = 90° gedreht werden, um eine maximale
Änderung des Widerstandes des Fühlers 16 und daher ein maximales Ausgangssignal V5 zu erzeu-
Fig. 4 A zeigt die Verwendung einer magneto-resi-
2592
stivcn Fühleranordming 13 in Kombination mit einer
Trcibschaltung, die Leiterschleifen 24 enthüll. Die Leitcrsclilcifen sind auf der Magnetschicht 10 aufgebracht,
in welcher magnetische Blasen 12 vorhanden sind. Unter dem Einfluß örtlicher Magnetfelder, die
durch Treibströme, wie den Strom /,,, erzeugt werden, bewegen sich die Blasen in Richtung des Pfeiles 14
fort. Wie in der Anordnung nach Fig. 1 existiert ein Vorspannmagnetfeld H1 senkrecht zur Ebene der
Magnetschicht 10.
Auf derselben Seite der Magnetschicht 10 wie die Leiterschleifen 24 befindet sich der magneto-resistive
Fühler 16. Dieser ist von den Leitcrschleifen 24 durch
die Isolierschicht 27 (Fig. 4B) so getrennt, daß keine gegenseitige Beeinflussung mit dem durch die Leiter- »5
schleifen 24 fließenden Strom auftritt. Eine Erläuterung des Lciterschlcifcn-Treibverfahrcns 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 ao »IEEE Transactions on Magnetics«, Band MAG-5,
Nr. 3, (Sept. 1%9), 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 Lei- *5
terschleifen 24 nicht notwendig.
An den Fühler 16 ist eine Stromquelle geschlossen, z.B. die Konstantstromquelle 18, die einen durch den
Fühler in Richtung der Bewegung der magnetischen Blasen 12 fließenden Strom /, erzeugt. Der an dem
Fühler auftretende Spannungsabfall Vs ist eine Funktion
des Vorhandenseins oder Fehlens einer Blase in der Nähe des Fühlers, entsprechend den Erläuterungen
im Zusammenhang mit den Fig. 2 A bis 2C und 3 A und 3 B. Dieses Spannungssignal wird durch den
Detektor 20 erkannt.
Fig. 4B zeigt die Ansicht eines Schnittes durch die
Anordnung in F ig. 4 A, die das magnetische Streufeld HB des Blasenbereichs erkennen läßt. Wie aus dieser
Darstellung hervorgeht, verläuft die Magnetisierung MB der magnetischen Blase entgegengesetzt zur Magnetisierung
Ms der übrigen Magnetschicht 10. Wenn
der Blasenbereich den Fühler 16 passiert, dringen Komponenten des Magnetfeldes HB in den Fühler ein
und bewirken eine Drehung der Magnetisierung M des Fühlers 16, die durch eine Änderung im Ausgangssignal
V1 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 /, lag. Die Richtung des positiven
Gradienten HA des treibenden Magnetfeldes, das durch die Leiterschleife 24 erzeugt wird, verläuft im
wesentlichen in Richtung des Stromflusses in dem Fühler. Das Feld HB des Blasenbereiches jedoch, welches
den Fühler 16 durchsetzt, verläuft quer zu diesem Stromfluß. Folglich wird der Magnetisierungsvektor
M in Richtung des Feldes HB gedreht.
Die Fig. 5 A und 5 B 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 Permalloy-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 A'-Richtung entlang dem Permalloymuster, abwechselnd getrieben von in den Richtungen
1 und 2 wirkenden Komponenten des Magnetfeldes HA entsprechend der Darstellung in Fig. 5A.
Diese Magnetfeldimpulse können von außen durch Vorspannspulen geliefert werden, die ein Gleichstrom-Magnetfeld
Hx und ein Wechselstrommagnetfeld Hv erzeugen. Wie in den anderen Ausführungsbcispielcn
ist ein magnetisches Vorspannfeld H1 senkrecht zur Ebene der Magnetschicht 10 vorgesehen,
um die Existenzbedingungen für die zylindrischen magnetischen Blasen zu liefern.
Die Leitungen 30 liegen auf dem Permalloymuster 28 auf und verbinden den Fühler 16 mit der Stromquelle
18, welche einen konstanten Meßstrom /s in dem Fühler 16 aufrechterhält. Widerstandsänderungen
des Fühlers 16 werden als Spannungsänderungen am Detektor 20 registriert, wie bereits erläutert
wurde.
Das Permalloy-Zickzackmuster wird durch konventionelle Verfahren auf der Oberfläche der Magnetschicht
10 ausgebildet. Beispielsweise wird zuerst eine gleichförmige Schicht aus Permalloy von etwa
250 Ä Dicke auf der Magnetschicht niedergeschlagen. Darauf wird 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.
Ein 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 nicht entfernt wurde 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 Maske belichtet wird. Nach Entwicklung
und Entfernung des nicht belichteten Teiles des Photolacks werden die freigelegten Metallschichten weggeätzt,
so daß eine Struktur zurückbleibt, die sich au« dem Zickzack Permalloy 28 und einem Zickzack Leitermuster
30 zusammensetzt, wobei das Leitermustei 30 das Muster 28 mit Ausnahme der Stelle des Fühlers
16 (Fig. 5B) an allen anderen Stellen 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 I5 auf den Fühler 16 und nicht auf die Leitet
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 Ii nicht beeinflussen.
Wie bei den anderen Ausführungsbeispiclen darl
das zum gerichteten Bewegen der Blasen in der Magnetschicht verwendete treibende Magnetfeld der
magncto-resistiven Fühler nicht ungünstig beeinflussen. Die Magnetisierung des Fühlers soll durch da»
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zum wandernden Blasenbereich gehörende magnetische Streufeld in größtmöglichem Maße beeinflußt
werden. Aus den Fig. 5 A und .SB ist zu ersehen, daß das magnetische Treibfeld HA in der Richtung 2 verlauft,
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 Z1, das auf den Blasenbereich zurückzuführende
magnetische Feld ist. Folglich ist eine Änderung im Ausgangssignal Vs vollständig dem Vorhandensein
eines Blasenberciches zuzuschreiben.
Fig. 6A zeigt eine Anordnung von Permalloy-7-Streifen
und Permalloy-/-Streifen, 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 HA in der leichten Magnetisierungsrichtung (Richtung von /,) des Fühlers 16 (Position 1)
verläuft.
In Einrichtungen, die Magnetblasen benutzen, sind auch Treibschaltungcn mit Permalloy- Γ-Streifen und
Permalloy-/-Streifen bekannt. Eine solche Schaltung ist z.B. indem 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 /-Streifen 34 in Abhängigkeit
von der Drehrichtung des Feldes HA gebildet. Diese Pole verursachen die Bewegung der magnetischen
Blasen durch die Magnetschicht 10, auf welcher die T-Streifen und /-Streifen angeordnet sind. Der
schraffierte Magnetblasenbereich in Fig. 6A läuft z. B. in Ä'-Richtung (Pfeil 14) auf Grund der Drehung
des Magnetfeldes H4 im Uhrzeigersinn.
Eine Vormagnetisierung mit der Feldstärke H1 ist
normal zur Ebene der Magnetschicht 10 gerichtet, wie oben beschrieben ist. Auf der Magnetschicht 10 in
unmittelbarer Nachbarschaft der Treibeinrichtung aus den T- und /-Streifen befindet sich der magneto-resistive
Fühler 16. Ei.ie Konstantstromquclle 18 ist an den Fühler 16 angeschlossen und liefert einen diesen
Fühler durchfließenden konstanten Strom /,. 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 Ausgangs^ignal der Detektoreinrichtung.
Fig. 6B zeigt als Zeitfunktionen die Treibströme
Z1, /j, und Beispiele von Lese-Ausgangssignalen F1 für
die in Fig. 6 A gezeigte Anordnung. Die Treibströme in den Koordinatenrichtungen X und V, Ix und /}. sind
Sinusströme, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind. Diese Ströme fließen durch die Spulen,
welche das drehende Treibfeld HA erzeugen. Wegen
des drehenden Treibfeldes kann eine Änderung der Ausgangsspannung V5 über dem Fühler 16 auch dann
auftreten, wenn in der Magnetschicht keine Blase in den Bereich des Fühlers kommt. Es erscheint jedoch
ein Ausgangssignal abweichender Form, wenn eine magnetische Blase auf den Fühler einwirkt.
Für die in Fig. 6 A gezeigte Anordnung passiert der Blasenbereich den Fühler, während das angelegte
treibende Magnetfeld HA 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. (>B in der dritten Zeile
kein Signal solcher Art vorhanden.
In Fig. 60 ist ähnlich wie bei dem Ausl ührungsbcispiel
der Fig. 5 A und 5B der magneto-resistive Fühler
16 gleichzeitig ein Teil der Treibschaltung, hier bestehend aus den 7"-Streifcn 32 und den /-Streifen
34. Obwohl das Treibfeld HA 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
»5 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 Konstantstrom-
»o quelle und eine Ablühleinrichtung genauso vorgesehen
wie für die in Fig. 6A gezeigte Anordnung.
Der Fühler 16 bildet einen Teil des 7-Streifens 32',
an den als Zuleitungen die Leiter 36 angeschlossen sind. Diese Leiter sind direkt auf die Treibschaltung
a5 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. 5 B
gezeigte.
Fig. 6D zeigt die Ansicht eines Schnittes durch die
in Fig. 6C gezeigte Anordnung, in der die Lciterelektroden
36 deutlicher zu erkennen sind. Die magnetische Blase 12 ist gekennzeichnet durch eine Magnetisierung
MB, die der Magnetisierung Ms der
Magnetschicht 10 entgegengesetzt gerichtet ist.
Die Fig. 7 A und 7 B zeigen eine Kombination einer
Dreieckband-Treibleitung und eines darin integrierten magneto-resistiven Fühlers. Hier ist der Fühler
Ao 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. 7 A ist eine Draufsicht auf eine Magnetschicht 10 gezeigt, auf welche Drcieckband-Permalloymuster
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.
2593
Il
Heim Zusammenziehen gleitet die Hinterkante der
Blase von der Schneide des vorherigen Keiles ab, die sie vorher festhielt.
Pcrmalloy-Leitschienen 38 sind ebenfalls auf der Magnetschicht 10 angeordnet. Diese Leitschienen lielern
die seitliche Führung für die Blasenbereiche, während diese von einem Keil zum anderen laufen.
Die Leitschienen stellen sicher, daß der Blasenbereich sich in der Bewegungsrichtung und nicht quer zu dieser
ausdehnt und zusammenzieht.
In Fig. 7 A werden Teile der Pernialloy-l.eitschienen
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. »5
Es kann auch ein Teil eines Fermalloykeiles als Fühlei
verwendet werden. Die Benutzung der Leitschienei hierfür ist jedoch bequemer. Die Leiter 42 zu der
Fühlern 16 hin werden durch einen Metallfeder schlag auf den Permailoyschienen gebildet. Die aufgebrachten
Elektroden haben dieselbe Breite wie die Permalloy-Leitschienen und im allgemeinen auch ungefähr
dieselbe Dicke. Wenn ein Metall mit gutei Leitfähigkeit, wie z.B. Kupfer, für die Leiter 42 verwendet
wird, bilden diese einen elektrischen Nebenschluß für die darunterliegende Permalioyschicht
Dadurch wird sichergestellt, daß nur der kurze Abschnitt des Permalloys, der als magneto-resistivei
Fühler 16 benutzt wird, zur Erfassung der vorbeilaufenden Blasen dient.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
2593
Claims (5)
1. Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von durch magnetische Einzelwanddomänen
dargestellter Information, welche in einer magnetischen Schicht mit einer in bezug auf die Einzelwanddomänen-Magnetisierung
antiparalleler Magnetisierung an jeweils vorgegebene Plätze in der magnetischen Schicht verschiebbar sind und
deren Magnetfelder zur Ausgabe der Information eine magnetoresistive Meßstrecke in einem ferromagnetisehen
Dünnfilm derart beeinflussen, daß hiervon ein elektrisches Signal herleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte
aus einer Nickel-Eisenlegierung bestehende, in Richtung der leichten Achse vom Meßstrom
durchflossene und als streifenförmiges Element (16) ausgebildete Meßstrecke auf der
Oberfläche einer Magnetschicht (10), in der unter Einfluß eines hierzu senkrechten Magnetfeldes
(Hz) zylindrische Einzelwanddomänen (12) mit
hierau antiparalleler Magnetisierungsrichtung ausbildbar sind, in der Weise fest angebracht ist,
daß zwar die leichte Achse des Streifenelements mit der Bewegungsrichtung der zylindrischen
Einzelwanddomänen (12) zusammenfällt, jedoch das Streifcnelement im Wirkungsbereich einer
vorbei wandernde η zylindrischen Einzelwanddomäne senkrecht /u ihrer Bewegungsrichtung in
bezug auf die Domänenbahn versetzt ist, und daß Länge sowie Breite des Streifenelementcs (16)
mindestens etwa gleich dem Durchmesser der zylindrischen Einzelwanddomänc (12) sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenelement (16) von
einem konstanten Strom (/,) durchflossen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
des Streifenelements (16) zwischen etwa 200 A und 300 Ä liegt.
4. Anordnung mindestens nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenelement
(16) mit seinen stromführenden Zuleitungen einen Teil eines aus weichmagnetischen Nickel-Eisen-Streifenbelägcn
(32, 34) bestehenden und auf der magnetischen Schicht (10) festangebrachlen
Weiterleitungssystems für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen (12) darstellt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Zuleitungen
(36) als Dickfilmbeläge auf die Nickel-Eisen-Streifcnbeläge (32,34) des Weiterleitungssystems
aufgetragen sind.
h. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des
Streifenelements (16) mindestens 50 Ω beträgt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US7853170A | 1970-10-06 | 1970-10-06 | |
US7853170 | 1970-10-06 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2148081A1 DE2148081A1 (de) | 1972-05-25 |
DE2148081B2 DE2148081B2 (de) | 1975-06-26 |
DE2148081C3 true DE2148081C3 (de) | 1976-02-05 |
Family
ID=
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