DE2243979C3 - Magnetoresistive Abfühlanordnung mit Rauschunterdrückung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetoresistive Abfühlanordnung für Magnetfelder von magnetischen, zylindrischen Einzelwanddomänen, die in magnetisierbarer! Folien über Domänenweiterleitungspfade als Informationslkanäle weitergeleitet werden.

Bei einem magnetoresistiven Abfühlelement wird der Magnetisierungsvektor gedreht, wenn das Abfühlelement in magnetische Kopplung mit dem Streumagnetfeld einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne triv.K Dies wiederum hat eine Widerstandsänderung rim magnetoresistiven Abfühlelement zur Folge, die sich als Spannungssignal auswirkt, wenn ein Konstantstrom durch das Abfühlelement geleitet wird; oder aber auch als Stromsignal, wenn eine Konstantspannung an das magnetoresistive Abfühlelement angelegt ist.

Magnetoresistive Abfühlanordnungen zum Übertragen von durch magnetische zylindrische Einzelwanddomänen dargestellter Information bieten mannigfache Vorteile, nicht zuletzt in bezug auf leichte Herstellbarkeit und hohe Signal-Rausch-Verhältnisse.

Obgleich magnetoresistive Abiuhlelemente an sich für jedes Verfahren zur Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in entsprechend eingerichteten magnetisierbaren Folien geeignet sind, ist es doch von besonderem Vorteil, wenn die Weiterlcitungsmitlei aus weichrnagnetischen Materialstreifen bestehen, die in Form von T- und I-förmigen Metallschichten der magnetisierbaren Folie aufgebracht sind. In diesem Falle nämlich lassen sich die magnetoresistiven Abfühlelement aus dem gleichen Material herstellen, so daß insofern die Fabrikation der Einzelwanddomänenvorrichtung keinen zusätzlichen Aufwand erfordert.

Es hat sich aber gezeigt, daß die in diesem Falle zur Wciterleitunn magnetischer zylindrischer Einzelwanddomäncn angewendeten, sich in der Ebene der magnetisierbaren Folie drehenden Magnetfelder ein starkes Rauschen im entsprechend zugeordneten magnetoresistiven Abfühlelement hervorrufen, da hierdurch auch die Drehung des Magnetisierungsvektors des Abfühlelement selbst in nachteiliger Weise angestrebt wird. Dieses Ansprechen des magnetoresistiven Abfühlelement auf magnetische Weiterlei-Hiiigsfclder steht dabei im Widerstreit mit der Wirkung der iilvul'iihlenden Streumagnetfelder magnetischer zylindrischer F.in/clwanddomäncn auf dieses magnetoresistive Abfühlelement. Infolgedessen wird dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis beeinträchtigt, so daß u. U. keine /uveilässige Abfühlung

gewährleistet sein kann.

Bereits «n anderer Stelle ist dieses Rauschproblem angeschnitten worden, wobei festgestellt worden ist, daß das magnetoresistive Abfühlelement in geeigneter Weise zum Weiterleitungspfad der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen angeordnet werden sollte, um den störenden Effekt magnetischer Weiterleitungsfelder auf das magnetoresistive Abfühlelement auf einem Minimum zu halten, wenn eine Einzelwanddomane abgefühlt wird. So ist es ganz allgemein wünschenswert, daß keine Komponente des magnetischen Weiterleitungsfeldes auftritt, die für das magnetoresistive Abfühlelement ausreichend ist, um es in die Sättigung zu treiben, wenn gerade eine Einzelwanddomäne abgefühlt wird.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung in erster Linie darin, eine verbesserte magnetoresistive Abfühlanordnung zu schaffen, deren Signal-Rausch-Verhältnis nicht durch störende Wirkung eines magnetischen Weiterleitungsfeldes der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen beeinträchtigt wird, ohne daß dabei zusätzlich« Maßnahmen größeren Aufwands erforderlich sind; die Anordnung soll außerdem für Mehrfachkanalübertragung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erstes in Magnetflußkopplungsnähe zu einer im Domänenweiterleitungspfad auftretenden Einzelwanddomäne angeordnetes, also auf hierin auftretende Einzelwanddomänen ansprechendes, magnetoresistives Abfühlelement eine Magnetisierungsrichtung beim NichtVorhandensein einer Einzelwanddomäne aufweist, die parallel zur Stromrichtung durch dieses magnetoresistive Abfühlelement verläuft, daß ein zweites magnetoresistives, nicht mit in diesem Domänenweiterleitungspfad auftretenden Einzelwanddomänen magnetflußgekoppeltes, also auf hierin auftretende Einzelwanddomänen nicht ansprechendes Abfühlelement vorgesehen ist, dessen Magnetisierung senkrecht zur Stromrichtung hierdurch ausgerichtet ist, und daß bei Nichtauftreten einer Einzelwanddomäne in Magnetflußkopplungsnähe zum ersten magnetoresistiven Abfühlelement die Summe der Widerstände der magnetoresistiven Abfühlelemente konstant ist. Auf diese Weise wjrd eine wirksame Rauschunterdrückung gewährleistet, indem das m?- gnetische Weiterleitungsfeld der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in seiner schädlichen Wirkung kompensiert wird. Wenn demnach ein konstanter Strom durch die beiden magnetoresistiven Abfühlelemente übertragen wird, dann ist die kombinierte Ausgangsspannung (^₁,+ V,,) dieser beiden Abfühlelemente konstant, wenn keine zylindrische Einzelwanddomäne auftritt. Wird umgekehrt eine konstante Spannung an die beiden magnetoresistiven Abfühlelemente angelegt, dann ist der Gesamtstrom (/,, + /,,), der durch die beiden Abfühlelemente übertragen wird, konstant, wenn keine Einzelwanddomäne anwesend ist. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn magnetoresistive Abfühlelemente mit tmiaxir.lcr Anisotniphie Verwendung finden, so daß die Magiietisierungsrichtungen durch die Achsen der leichten Magnetisierbarkeit hei jedem Abfühlelement definiert sind.

In einem bevorzugten Ausführungsheispiel werde,ι in vorteilhafter Weise zwei magnetoresistive Aliluhl· elemente verwendet, wobei bei dem ei.iem der MeIistrom im wesentlichen parallel zur Achse seiner leichten Magnetisierbarkeit verläuft, wo hingegen heim anderen Abfühlelement der Meßstnun im wesentlichen senkrechtzur Achse seiner leichten Magnetisierbarkeit hindurchgefühlt wird. Zum Zwecke einer einfacheren Herstellung sind die beiden Achsen der leichten Magnetisierbarkeit in beiden inagneloresisiiven Abfühlelementen parallel zueinander ausgerichtet.

Werden die beiden magnetoresistiven Abfühlelemente elektrisch in Serie geschaltet und wird ein konstanter Meßstrom /_s hindurchgeleitet, dann manifestieren sich die in den Abfühlelementen herbeigeführten Widerstandsänderungen beim Auftreten magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen als Spannungssiguale V^/ _i. fn der erfindungsgemäßen Anordnung ist dabei die Summe der Widerstände der so geschalteten magnetoresistiven Abfüiilelemente bei Nichtaufireten magnetischer zylindrischer EinzelwanddoMvänen konstant.

Da das erste magnetoresistiv Ablühlelement in Magnetfiußkoppiungsnähe zu Dom inen in einem Domänenweiterleitungspfad angeordnet ist und das zweite magnetoresistive Abfühlelement nicht mit diesen Einzelwanddomänen in Magnetflußkopplung gelange·, kann, ist jedenfalls sichergestellt, daß das zweite magnetoresistive Abfühlelement keine Widerstandsänderung erleidet, wenn das erste magnetoresistive Abfühlelement auf Grund der Wirkung des Streufeldes einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne seinen Widerstand ändert. In vorteilhafter Weise wird dabei der Widerstand des zweiten magnetoresistiven Abfühlelementes durch dieses Streufeld nicht um sinen Betrag geändert, der größer als einige Prozent seiner maximalen Widerstandsänderung AR ist, die bei Sättigung durch Einwirken entsprechender Magnetfelder eintritt.

Wird eine größere Anzahl von magnetoresistiven Abfühlelementen jeweils für einen verschiedenen Informationskanal verwendet, der natürlich selbst auch mehrere Domänenweiterleitungspfade enthalten kann, dann werden die magnetoresistiven Abfühlelemente elektrisch in Serie geschaltet, um gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken zur gegenseitigen Rauschunterdrückung beizutragen. Dabei ist natürlich vorgesehen, daß jedes magnetoresistive Abfühlelement die Streufelder von Einzelwanddomänen im jeweils zugeordneten eigenen Informationskanal abfühlt, gleichzeitig aber auch das Rauschen in einem magnetoresistiven Abfühlelement unterdrückt, das einem anderen Informationskanal zugeordnet ist.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die vorliegende Erfindung eine wirksame Rauschunterdrükku"g in Weiterleitungspfaden für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen gewährleistet, indem jeweils zwei magnetoresistive Abfühleiemente derart zusammenwirken, daß das Rauschen kompensiert wird, welches durch Magnetfelder, wie z. B. Weitcrleitungsfelderfür Einzelwanddomänen hervorgerufen wird. In zuminuest einer Richtung des magnetischen Weiterleiuingsfeldes ändert sich der Gcsamtwidgrstand der magnetoresistiven Abfühlanordnung. wenn eine magnetische zylindrische Ein/dwaiiddomänc abgefühlt wird. In einem bevorzugten Ausführungshcispicl ist dabei jedes magnetoresistive Abfühlelement einem unterschiedlichen Informationskanal /u geordnet, um hier die Abfühlung der I-.ii.zelwaiuldn mänenstreufelder vorzunehmen und in benachbarten

Infnriiiationskanalcii zur K;iiischimtcitfri'ickiiiiii des jeweils dort vorgesehenen ΐπ;ιμιιι.·(ΐ)ίcstsliscn Ab füll le lc me nies he i/u linien.

Weitere Vorteile der Erfindung ergehen sieh ans der nachfolgenden Hcsehreilning von Aiislührungsheispiclen anhand tier Zeichnungen und aus den Patentansprüchen. Hs /cig!

iig. I eine magnctorcsislhc AhfülilanoHlnung für zylindrische lün/elwanddoiniinen gemäß dci Erfindung.

I ig. 2 A eine tabellarische Übersicht zur Oliiutcrung der Betriebsweise des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Abfühlelements.

I ig. 2 M ein Vektordiagramm /ur Darstellung der Magnetisierung.

I ig. 3 die Anwendung des erfiiulungsgcmäßen magnetoresistiven Abfühlelementes bei Mehrfachinloimatioiiskanälen.

Hg. 4 eine iiic'nr ins ein/eine geilende Darstellung iler Anordnung nach Iig. }.

In ilen hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiclen besitzen die Abfühlclementc uniaxiale Anisotropie, wobei jeweils die Aehse der leichten Magnetisierbarkeit durch die Pfeile 1-..Λ. angedeutet ist; sie sind elektrisch in Serie geschaltet, was Herstellung und Betrieb erleichtert. Hs versteht sich jedoch, daß es allein wichtig ist. daß die Summe der Widerstände aller Abfühlelemente konstant ist, wenn bei Abfiihlung keine zylindrische Eiinzelwanddomänc vorhanden ist. Zu diesem Zweck fließt der Strom durch ein Abfühlelement im wesentlichen senkrecht zu seiner Magnetisierungsrichtung und der Strom durch ein anderes Abfühlelement ist im wesentlichen parallel zur Magnetisierungsrichtung des nunmehr zugeordneten Abfühlelements beim Nichtvcrhandensein von magnetischen Feldern.

['ig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Anordnung zur Ausnutzung zylindrischer magnetischer Einzelwanddomänen mit einer magnetoresistiven Abführanordnung 10, die ebenfalls auf der magnetisierbaren Folie 12 aufgebracht ist. in der sich die zylindrischen EinzelivnnfiHnmäncn IiI u/pilprhpwpopn Rpi Hip^m Auc-

führungsbeispiel bewegen sich die Einzelwanddomänen längs verschiedener Pole des Weiterleitungsmusters 16. das in an sich bekannter Weise auf T-förmigen und I-förmigen Streifen besteht. Das Weiterleitungs- oder Treibfeld H dreht sich in der Ebene der magnetisierbaren Folie 12 und wird durch die schematisch angedeuteten Spulen 18 erzeugt. Weiterhin ist in an sich bekannter Weise ein Vormagnetisierungsfeld //. vorgesehen, dessen Richtung in der normalen, der magnetisierbaren Folie 12 liegt; es wird erzeugt durch die ebenfalls schematisch angedeutete Spulenanordnung 20. Wie weiterhin bekannt ist, läßt sich die Vormagnetisierungsfeld-Spulenanordnung 20 durch einen permanenten Magneten oder eine weitere permanente magnetische Folie, die auf der magnetisierbaren Folie 12 aufliegt, ersetzen. Ein Steuerkreis 22 dient dazu, die Weiterleitungsfeld-Spulenanordnung 18 und die Vormagnetisierungsfeld-Spulenanordnung 20 zu erregen.

Die magnetoresistive Abführanordnung 10 enthält ein erstes magnetoresistives Abfühlelement 10/1 und ein zweites magnetoresistives Abfühlelement 10ß. Diese Elemente bestehen aus magnetoresistiven Material. Die Elemente 10/1 und 10/i sind über eine elektrische Leitungsverbindung mit einer Konstantstromquelle 26 verbunden. Der hierdurch erzeugte Mcßslrom / läßt Min (icsamtu idcrstand der Abfühl· elemente 10.·) und 10/f einen Spannungsabfall ent stellen, der ilas Aiisgangssignal I', darslelli. Das Abfühlelement 10.1 ist eng benachbart mit dem Weiter • ii.'itiingspfad der f-.iiizelw.nKldninaiien, wie durch dii Weiterlcitiiiigsmittel 13 definiert, angeordnet, so dal eine magnetische I lußkoppliing zu den voriibergelan gendeii I iiizclwaiiddomänen gewährleiste! ist. Dem gegenüber ist das Abfühlelement 10/i nicht mit der Hiiizelwanddomänen 14 NuUgekoppelt. da ein Ab stand von zumindest etwa einem Kin/.clwuiulilnmiinendiirchmesser zum Weilerleitungspfad vorgcschei ist. In einem bevorzugten Ausführung^beispl· I zurr Zwecke einer einfacheren Herstellung sind dii Ach

ι ' sen der leichten Magnetisierbarkeit der Abfühlele monte 10,-1 und 10/? parallel zueinander, wobei el ic Achse der leichten Magnetisierbarkeit des Abfühlele mentcs 10/1 in Richtung des Meßstromes I₁ durch die ses λλιμüiiicitriViciu ciüSgcriCiiici i.Si. iiCi üiüScf v/ii-

-" cntierung ist die Richtung des Stromes /₍ in Abfühlelement 10/J senkrecht zur Achse der leichtöl Magnetisierbarkeit dieses Elements.

Wenn jedes Abfühlelement im gleichen magnetischen Zustand hinsichtlich des Meßstromes ist, d. h

-'"' der Magnetisicrungsvektor Λ/ jedes Elements nimnn den gleichen Winkel in bezug auf die Stromrichtuni /₍ ein. dann ist der Widerstand jeweils gleich, wem Einzclwi.. ,lddomäncn auftreten oder nicht. Bei Bctriel ist die Summe der Widerstünde der Elemente kon-

ι» stant. wenn keine Einzelwanddomäne auftritt.

Da die Betriebsweise eines magnetoresistiven AIv fühlelementszur Abfühlungvon Einzelwanddomänei an anderer Stelle bereits beschrieben ist, soll hier nich' darauf näher eingegangen werden. Es soll vielmehi

ei auf die Fig. 2 A und 2B zurückgegriffen werden, urr die Betriebsweise der Abfühlelemente 10/4 und 10/J unter Rauschunterdrückung zu erläutern.

In der tabellarischen Übersicht nach Fig. 2 A wire der Widerstand R^ und R_B der Abfühlelemente 10/1

in und 10/J als Funktion der Richtung des Weiterlei tungsfeldes H beim Auftreten und Nichtauftreten ei ner Einzelwanddomäne 14 angegeben. Weiterhin is der Gesamtwiderstand zusammengesetzt aus der numerischen Summe der Widerstandswerte R_A und R„

-ti gezeigt. Der Winkel Θ_Α stellt das Komplement de Winkels zwischen dem Magnetisierungsvektor M de; Abfühlelementes 10/4 und dem Meßstrom I₁ (siehe auch Fig. 2B) dar. Der Winkel Θ_Β stellt dementsprechend das Komplement des Winkels zwischen derr

">ü Magnetiserungsvektor M des Elementes 10ß unc dem Meßstrom I₁ durch das Element 10ß dar. u'iesc Winkel sind allgemein im Vektordiagramm dargestellt. Die £-Richtung stellt die Richtung des Streu feldes einer Einzelwanddomäne 14 dar, die in Wech-

r> selwirkung mit dem Abfühlelement 10/4 tritt unc damit eine Drehung des Magnetisierungsvektors M dieses Abfühlelementes in eine Richtung senkrechi zur Achse der leichten Magnetisierbarkeit herbeiführt.

mi Der jeweilige Widerstand der Abfühlelemente is gegeben durch R_A oder R_B = R_n + AR, worin AR = C sin² Θ_Λ

ist. Das heißt, der Widerstand R eine:

Abfühlelements ist gleich einer konstanten R₀) plu! einem Wert, der vom Quadrat des Sinus eines Winkels Θ abhängig ist. wie oben definiert worden ist Die Kurven für R, „ = R₁. + AR. _B sind in dieser ta-

A.ti il A,B

bellarischen Übersicht für verschiedene Werte von G aufgzeichnet. Der jeweilige Punkt auf den Kurver

zeigt den Widerstand des jeweiligen Elements für einen bestimmten Wert Θ.

In der tabellarischen Übersicht nach Fig. 2 Λ sind jeweils die Kurvcii für die Widerstünde li_A und R_n der Abfühlelemente 10/1 und 10/i sowie die Gesamtwiderstandswerte für verschiedene Orientierungen des Weiterleitungsfeldes (H) angegeben, wobei das Auftreft η und Nichtauftreten von Einzelwanddomänen 14, die jeweils in Flußkopplung zum Abfühlelement 10 A stehen, berücksichtigt sind. In dieser Tabelle wird vorausgesetzt, daß die Große des Weiterleitungsfeldes ausreicht. Die Abfühlelemente U)A und 10/i in die Sättigung zu bringen und daß das .Streumagnetfeld der Einzelwanddomäne 14 ebenfalls hinreichend ist, das Abfühlelement 10A zu sättigen. Es sollte jedoch einleuchten, daß die erfindungsgemäße Anordnung in gleicher Weise arbeitet, selbst wenn die Stärke des Weiterleitungsfeldes (H) derart ist, daß die Abiühleierrisrste 10/1 und 1OZ? nicht Fig. 2A sind die Weiterleitiingsfelder (//) in ±Λ-Richtung. wobei eine Ein/elwanddomäne 14 in Flußkopplung zum Abfühlelement H)A auftritt, in diesem Falle wird der Magnetisierungsvektor M des Abfühlelementes 10/1 in die Richtung senkrecht zur Meßstiomrichtung durch das Abfühlelement 10/1 gedreht. Das Komplement (Θ.,) dieses Winkels ist dann 0. In diesem Falle ist der Widerstand R_A des Abfühlelcmentes 10/4 = /?„. Jedoch im Falle des Abfiihlelementes 10/i beträgt der Winkel zwischen dem Magnetisierungsvektor des Elementes lOfl und dem Meßstrom I₁ duch dieses Abfühlelement 90°. so dall sich für das Komplement der Wert 0 ergibt. Dementsprechend ist dann der Gesamtwiderstand 2R„.

In der letzten Reihe der tabellarischen Übersicht nach Fig. 2 A befinden sich die Weiterleitungsfelder (//) in ±V-Richtung, wobei wiederum eine Einzelwanddomäne 14in Flußkopplung zum Abfühlelement in δ auftritt η;«·» -7.,;io :-t A„_r ,.,u„n_Pri„_ru_rr rii,».

völlig gesättigt werden. Das heißt aber, daß hiermit ein Gesamtwiderstand der Abfühlelemente 10/4 und 105 bereitgestellt wird, der für alle Richtungen des Weiterleitungsfeldes konstant bleibt und nur zu Änderungen dann führt, wenn eine Einzelwanddomäne abgefühlt werden soll.

Im einzelnen zeigt die erste Zeile der Tabelle in Fig. 2 A den Widerstand R_A und den Widerstand R_B für die Abfühlelemente 1OA und 105, wenn das Weiterleitungsfeld (H) sich in der ±A'-Richtung befindet oder überhaupt 0 ist. In dieser Zeile der tabellarischen Übersi ht ist keine Einzelwanddomäne in Flußkopplung zum Abfühlelement 1OA vorhanden. In diesem Falle beträgt der Winkel Θ_Α - 90°, da dies das Komplement des Winkels zwischen dem Meßstrom /, und dem Magnetisierungsvektor M des Elements 10/1 darstellt. Bei diesem Zustand des Weiterleitungsfeldes und in Abwesenheit einer Einzelwanddomäne liegt der Magnetisierungsvektor des Abfühlelementes 10/4 in Richtung des Meßstromes I₁ durch das Abfühlelement 10/4. Das Komplement des Winkels zwischen I₁ und dem Vektor M ist wie gesagt 90°. Aus diesem Grunde ist der Widerstand R_A gleich dem Widerstand R₀ + AR.

Beim Widerstand R_B für Weiterleitungsfelder (A) in der ± A"-Richtung oder bei 0 ist der Winkel Θ_Β = 0, da die Richtung des Stromes I₁ im rechten Winkel zum Magnetisierungsvektor M des Abfühlelementes 105 liegt, wenn diese Weiterleitungsfeldorientierung vorausgesetzt ist. Infolgedessen ergibt sich für R_B der Wert A₀. Der Gesamtwiderstand stellt die algebraische Summe von R_A und R_B dar und beträgt 2R₀ +AR.

In der nächsten Zeile der tabellarischen Übersicht Fig. 2A ist das magnetische Weiterleitungsfeld (H) in der ± Y-Richtung, wobei keine Einzelwanddomäne 14 in Flußkopplung zum Abfühlelement 10/4 auftritt. Bei dieser Bedingung ist θ_Α = 0, da I_s und M des Abfühlelementes 10/4 im rechten Winkel zueinander stehen; außerdem ist der Widerstand R_A = R₀. Für das Abfühlelement 105 gilt, daß der Magnetisierungsvektor M gedreht ist, so daß er parallel zum Meßstrom I₁ durch das Abfühlelement 105 liegt und deshalb das Komplement dieses Winkels 90° darstellt.

Dementsprechend ist der Widerstand R_B= R₀ + AR. Durch Kombination der Widerstände und R_n ergibt sich ein Gesamtwiderstand

+ AR.

In der 3. Reihe der tabellarischen Übersicht nach sieht lediglich zum Zwecke der Vollständigkeit angeschlossen, da es nicht möglich sein kann, daß eine Einzelwanddomäne in Flußkopplung zum Abfühlelement 10/4 steht, wenn H sich in Y-Richtung befindet, unter Voraussetzung einer Struktur nach Fig. 1. In diesem Falle beträgt das Komplement des Winkels zwischen dem Meßstrom I₁ durch das Abfühlelement 10/1 und dem Magnetisierungsvektor des Abfühlelementes 10/1 Null. Aus diesem Grunde ist R_A = R_n. Im Falle des Abfühlelementes 105 ist der Magnetisierungsvektor dieses Abfühlelementes in eine Richtung parallel zur Richtung des Meßstromes I₁ durch das Abfühlelement 105 gedreht. Dementsprechend ist dann der Winkel 0_S = 90°, wobei der Widerstand R_B dem Wert für R₁₁ + AR entspricht. Der Gesamtwiderstand R_A +R_B ist dann wiederum 2R₀ + AR.

Zurückkommend auf die Spalte mit der Bezeichnung Gesamtwiderstand in der tabellarischen Übersicht nach Fig. 2 A ist es offensichtlich, daß die Werte des Gesamtwiderstandes identisch sind mit der Ausnahme für den Fall, wenn das Weiterleitungsfeld (H) sich in der A"-Richtung befindet, wenn gleichzeitig eine Einzelwanddomäne in FlußkopDlung zum Abfühlelement 10/4 auftritt. Nur für diesen Fall ergibt sich, daß der Gesamtwiderstand 2R₀ beträgt. Das heißt aber, daß eine Rauschunterdrückung für alle Richtungen des Weiterleitungsfeldes erzielt wird, so daß ein Abfühlelement im Ansprechen auf Einzelwanddomänen, die auf Grund des Weiterleitungsfeldes in diese Richtung bewegt werden, frei vom Rauschen ist. Obgleich das Abfühlelement 10/1 in einer bevorzugten Stellung gezeigt ist, läßt sich dieses Abfühlelement zum Abfühlen von Einzelwanddomänen in jeder beliebigen Richtung in der Nähe der Pollage 1 des T-förmigen Streifens anbringen anstatt in Nähe der Pollage 2, wie es in Fig. 1 angedeutet ist. Auch in diesem Falle ergibt sich eine Rauschunterdrückung. Ist das Abfühlelement WA in der Nähe der Pollage 1 angeordnet, dann steht das Weiterleitungsfeld (H) senkrecht zum Abfühlelement 10/1 und strebt damit danach, den Magnetisierungsvektor M zu drehen. Um die Wirkung des Feldes H auszuschalten, ist die Richtung des Magnetfeldes der Einzelwanddomäne 14 entgegengesetzt zum Feld (H) gerichtet und sollte eine Stärke haben, die gleich dem Wert von H ist, so daß die Wirkung auf das Abfühlelement 10/4 davon abhängt, ob eine Einzeiwanddomäne auftritt oder nicht. Das heißt aber, daß das Abfühlelement 10/1 für alle anderen Richtungen des Magnetfeldes (H) ge-

siitligt ist; aber nicht gesättigt ist. wenn sich die Rieh hing des Feldes H mit der + V-Richtung (Richtung I) deckt.

Die ein/einen Ahfühlelcincnte 10/1 und 10/i werden im gleichen Herstellungsgang angefertigt, um zu gewährleisten, daß sie gleichen Widerstand hinsichtlich /, und Λ/ besitzen, wie bereits oben erwähnt, und /war für den '^rall, daß keine Magnetfelder vorhanden sind. Da diese Abfühlelemente eng zueinander angeordnet sind, liißt sich ihre Dicke durch Messung nur eines kontrollieren. Außerdem ergibt sich, daß der spezifische Widerstand dieser Abfühlelemente gleich ist, wenn vorausgesetzt wird, daß Länge und Breite für jedes Abfühlelement ebenfalls gleich ist. Dies läßt sich leicht durch die Masken kontrollieren, die dazu verwendet werden, die Abfühlelemente niederzuschlagen oder durch Ätzverfahren aufzubringen. Dementsprechend ist es sehr einfach, übliche Herstellungsverfahren anzuwenden, um die Abfühlelemente 10/) und 10/? aulzutragen, die einen konstanten Gesamtwiderstand beim Fehlen von magnetischen Feldern besitzen.

Um das in Fig. 1 im Ausschnitt gezeigte Einzelwanddomänensystem herzustellen, wird zunächst ein erster Dünnfilm mit einer Dicke von 100 bis 200 A über die gesamte Oberfläche der magnetisierbaren Folie 12 aufgedampft oder aufgesprüht, und zwar unter Einfluß eines Magnetfeldes, das die Richtung der Achse der leichten Magnetisierbarkeit definiert. Dies dient dazu, die Abfühlelemente 10/1 und lOß bereitstellen zu können. Hiernach wird die gesamte so aufgetragene Schicht mit einem Photoresistlack überzogen, der aufeinanderfolgend exponiert und entwickelt wird. Durch eine geeignete Lösung werden, wie gewünscht, bestimmte Bereiche des Photoresistlacks entfernt, um dann eine 4000 bis 5000 A dicke Schicht im Galvanisierverfahren oder mit Hilfe stromloser Abscheidung über die öffnungen der Photoresistlackschicht als Maske aufzubringen. Die Photoresistlackschichtreste werden dann abgezogen, um erneut eine Photoresistlackschicht über die gesamte Dickschicht aufzutragen. Diese wird dann wiederum exponiert und entwickelt, um so eine neue Khotoresistmaske zu erhalten. Die Maske enthält das Leitungsmuster 24, um die Abfühlelemente 10/1 und 10ß entsprechend zu kontaktieren. Das Leistungsmuster wird dann elektroplatiert, indem entweder Kupfer oder Gold z. B. Verwendung findet. Anschließend wird dann wiederum der verbleibende Photoresistlack abgezogen.

Darauf wird dann wiederum eine Photoresistschicht aufgetragen. Dies dient dazu, die dünnen Schichtreste in den Zwischenräumen zwischen den T- und I-förmigen Streifen entfernen zu können. Bei Entfernung von Schichtresten müssen Kupferteile abgedeckt werden, sofern sie zum Leitungsmuster gehören. Wird jedoch nur Gold in Verbindung mit dem Abfühlelement verwendet, dann ist kein Schutzüberzug erforderlich, da Gold durch Ätzung bei Entfernung der Schichtreste nicht angegriffen wird. Mit diesem Herstellungsverfahren wird sichergestellt, daß die Abfühlelemente 10/4 und 10B von gleicher Dicke sind und deshalb den gleichen Widerstand bei Abwesenheit eines magnetischen Feldes besitzen. Hinzu kommt, daß die Abfühlelemente gleiche magnetische Eigenschaften besitzen und in gleicher Weise durch Magnetfelder beeinflußbar sind.

In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung sind mehrere Informutionskiinälc zur jeweiligen Weiterleitung von zylindrischen IZin/clwanddomänen vorgesehen. Es handelt sich um die Kanäle 1, 2, 3 usw., die auf der magnetischen Folie 12 aufgebracht sind. Die gezeigten Kanäle können jeweils auch Gruppen von mehreren Kanälen sein, die je ein gemeinsames magnetoresistives Abfühlelement besitzen. Auch hier wiederum sind die Informationskanäle durch entsprechende Muster von T- und I-förmigen Streifen als Weiterleitungsmittcl für zylindrische Einzelwanddomänen definiert. Nicht gezeigt sind dabei die Generatoren für zylindrische Einzelwanddomänen, um Information in die Kanäle einzuschreiben; außerdem fehlen die Steuerschleifen, die die Eingabe von Daten in jeden Kanal steuern. Da dies jedoch an anderer Stelle beschrieben ist, erübrigt es sich hier, näher darauf einzugehen.

Auf der magnetisierbaren Folie 12 ist eine magnetoresistive Abfühlanordnung 10 angeordnet, die aus den Abfühlelcmenten 10/1. 10Ö. IOC usw. besteht. Die mit E.A. bezeichneten Pfeile, die jeweils den Elementen 10/1 bis IOC zugeordnet sind, deuten jeweils die Richtung der Achse der leichten Magnetisierbarkeit für diese Elemente an. Im vorliegenden Falle liegen die Achsen der leichten Magnetisierbarkeit der Abfühlelemente parallel zueinander, was sich leicht bei Herstellung erzielen läßt. Genau wie beim System nach Fig. 1 dient auch hier eine Konstantstromquelle 26 zur Bereitstellung eines Meßstromes /,, der in Serie durch die Abfühlelemente 10/1 bis IOC usw. fließt. Das Abfühlelement 10/1 fühlt zylindrische Einzelwanddomänen im Kanal 1, das Element 10ß zylindrische Einzelwanddomänen im Kanal 2 und das Abfühlelement IOC zylindrische Einzelwanddomänen im Kanal 3 ab. Die verschiedenen Abfühlelemente sind zueinander so angeordnet, daß kein Abfühlelement imstande ist, zylindrische Einzelwanddomänen in anderen Kanälen abzufühlen, als in demjenigen Kanal, dem es zugeordnet ist. Mit anderen Worten: jedes Abfühlelement ist zumindest um einen Domänendurchmesserabstand vom jeweils anderen Informationskanal entfernt angeordnet.

Die zylindrischen Einzelwanddomänen werden in den Kanälen unter dem tintlub des magnetischen Weiterleitungsfeldes (H) wie oben beschrieben weitergeleitet, welches durch die Weiterleitungsfeldquelle 18 bereitgestellt wird. Ein Vormagnetisierungsfeld H. existiert auch hier wiederum in Richtung der normalen der magnetisierbaren Folie 12 und wird durch die Vormagnetisierungsquelle 20 bereitgestellt. Der Steuerkreis 22 erregt die Feldquellen 18 und 20 und außerdem auch den Auswertestromkreis 28, der auf die Ausgangssignale des Abfühlverstärkers 30 anspricht. Das heißt, der Steuerkreis 22 koordiniert die Signalauswertung mit dem jeweils ausgelesenen Informationskanal. Der Abfühlverstärker 30 spricht auf die Spannung V₅ an, die sich als Summe der Spannungsabfälle über die Abfühlelemente 10/1,10ß usw. ergibt.

In der Anordnung nach Fig. 3 dient zur Rauschunterdrückung jedes magnetoresistiven Abfühlelements ein jeweils anderes magnetoresistives Abfühlelement, das im benachbarten Informationskanal angeordnet ist. So ist z. B. das Rauschunterdrückungselement für das Abfühlelement 10/1 das Abfühlelement 10ß, das dem Informationskanal 2 zugeordnet ist. Dies sticht etwas vom Beispiel nach Fig. i ab, wo das Abfühlelement 10ß nur zur Rauschunterdrückung vorgesehen ist, dabei aber keine Domänenabfühlfunklion selbst

durchführt.

Fig. 4 ist eine mehr ins einzelne gehende Darstellung der Wciterleitungselemente, die jedem Informationskanal 1, 2 und 3 in Fig. 3 zugeordnet sind und veranschaulicht dabei in etwa das Layout dci Abfühlelemente mit Bezug auf die jeweiligen Weiterlcitungsmittelder Informationskaiiäle. In Fig. 4 sind die T- und I-förmigen Streifenelemente die Ausbreitungsmittel 16-1 für Kanal 1. Die Ausbreitungsmittel 16-2 sind für Kanal 2 vorgesehen ebenso wie die Ausbreitungsmittel 16-3 für Kanal 3. Auch in den beiden letzten Fällen bestehen diese Weiterleitungsmittel jeweils aus T- und I-förmigen Streifen. In Fig. 4, ebenso wie in Fig. 3, sind die Abfühlelemente 10/4, lOfl und IOC derart angeordnet, daß zylindrische Einzelwanddomänen abgefühlt werden können, wenn die Domänen sich nahe der Pollagen 4 der T-förmigen Streifenelemente in der Nachbarschaft der Abfühlelemente befinden. Wie. au« Fi σ 1 iinH d hprvnrnphi UiRi sich jede ge.aue Anzahl von Abfühieiementen 10 in Serie verwe iden, um Information aus einer Mehrzahl von Informationskanälen auszulesen, wobei gleichzeitig eine Unterdrückung des Rauschens gewährleistet ist, das durch Wirkung der Weiterleitungsfelder für eine bestimmte Orientierung der magnetischen Weiterleitungsfelder entsteht, in denen Domänenabfühlung vorgenommen werden soll.

In den Fig. 3 und 4 wird die in den verschiedenen Informationskanälen auftretende Information von jeweils einem Kanal für einem gegebenen Zeitpunkt abgefühlt, so daß es immer ein Abfühlelement gibt, in dessen Nachbarschaft sich keine Einzelwanddomäne befindet; dieses Abfühlelement läßt sich dann in vorteilhafter Weise zur Rauschunterdrückung eines jeweils anderen Abfühlelementes verwenden.

Ein typisches Beispiel geeigneter Abfühlelemente 10/4 und 1OB ergibt sich durch die Verwendung einer entsprechenden Schicht von 25,4μηι x 25,4 μηι bei gleicher Dicke von 100 bis 200 A. Wie bereits an anderer Stelle ausgeführt, entspricht die Länge eines Abfühlelements ein Weiterleitungsrichtung der Einzelwanddomänen angenähert einem Domänendurchmesser. um eine maximale Wirkung zu erzielen. Zur Abfühlung von Domänen in Granatmateriaiien - hierbei sind die Domänendurchmesser 1 bis 10 μΐη - werden Abfühlelemente mit entsprechenden Längen zwischen 1 bis 10 μιτι verwendet, wobei die Breite ebenfalls zwischen 1 bis K) μηι liegt; e^!ne geeignete Dicke ist 200 A. Ein Meßstrom I₁ im Bereich von 1 bis 10 mA führt zu Ausgangsspannungen V₁ im Bereich von 0,1 mV bis 1,0 mV. Die Stärke des Meßstromes in den Abfühieiementen ist typischerweise weniger als etwa K) mA und ist so gewählt, daß die Verschiebung von Domänen nicht nachteilig durch das vom Meßstrom I₁ aufgebaute Magnetfeld beeinflußt wird; außerdem ist das Abfühlelement nicht einer Aufheizung durch die Wirkung des Stromes /. unterworfen. Das von den hintereinander geschalteten Abfühieiementen erhaltene Spannungssignal V₁ liegi, wie gesagt, im allgemeinen zwischen 0,1 mV und 1,0 mV, obgleich auch größere Signalamplitiideii möglich sind.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß eine Rauschunterdrückungsanordnung für magnetoresistive Abfühlelemente zur Erfassung von Magnetfeldern auf Grund zylindrischer Einzelwanddomäien beschrieben ist, bei dem die unerwünschte Wirkung der magnetischen Weiterleitungsfelder minimalisiert ict ip narhHpm i\\\ ^vlinHricrhp Ei!lZe!^v.VSncltiOiTi2nen auftreten oder nicht. Obgleich es hierbei recht einfach ist, in Serie gechaltete Abfühlelemente zu verwenden, lassen sich auch jeweils getrennte Stromquellen für die Abfühlelemente verwenden. Wenn hier auch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel magnetische Weiterleitungsmittel in Verbindung mit den magnetoresistiven Abfühieiementen beschreibt, so ist es ohne weiteres auch möglich, elektrische Weiterleitungsmittel für zylindrische Einzelwanddomänen in Verbindung mit diesen Abfühlsystemen zu verwenden, wobei insbesondere an Leitungsschleifensysteme gedacht ist. Im letzteren Falle beeinflussen die durch die Leiterschleifen fließenden Ströme über die hierdurch bedingten Magnetfelder nachteiligerweise die Betriebsweise der Abfühlelemente. Hier läßt sich dann durch analoge Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung eine wirksame Rauschunterdrückung herbeiführen.

In der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Minimum an Zwischenverbindungen und an Bauelementen erforderlich, wobei nicht mehr Abfühlelemente erforderlich sind, als es üblicherweise zur Abfühlung einer Mehrzahl von Informationskanälen notwendig ist. Widerstandsänderungen in den Abfühieiementen treten nur dann auf, wenn eine zylindrische ιΞίηζεΙ-wanddomäne in die Abfühlposition gelangt, so daß eine Spannungsänderung als Signal nur zu diesem Zeitpunkt auftreten kann, diese Eigenschaft führt in vorteilhafter Weise dazu, daß eine vereinfachte Ab-. fühlschaltung Verwendung finden kann, wie z. B. ein Schwellenwertdetektor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetoresistive Abführanordnung für Magnetfelder von magnetischen, zylindrischen Einzelwanddomänen, die in magnetisierharen Folien in Domänenweiterleitungspfaden als Informationskanäle weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes in Magnetl'lußkopplungsnähe zu einer im Domänenweiterleitungspfad (16) auftretenden Einzelwanddomäne (14) angeordnetes, also ein auf hierin auftretende Einzelwanddomänen (14) ansprechendes, magnetoresistives Abfühlelement (10/1) eine Magnetisierungsrichtung beim NichtVorhandensein einer Einzelwanddomäne (14) aufweist, die parallel zur Stromrichtung durch dieses magnetoresistive Abfühlelement (10Λ ) verläuft, daß ein /.weites magnetoresistives, nicht mit in diesem Domiinenweiierleitungspfad auftretenden Ein-/elwandJymänen (14) magnetflußgekoppeltes. also auf hierin auftretende Einzelwanddomänen (14) nicht ansprechendes Abfühlelement (lOß) vorgesehen ist, dessen Magnetisierung senkrecht zur Stromrichtung hierdurch ausgerichtet ist und daß bei Nichtauftreten einer Einzelwanddomäne (14) in Magnetflußkopplungsnähe zum ersten magnetoresistiven Abfühlelement (10/1) die Summe der Widerstände der magnetoresistiven Abfühlelemente (HL-I, 10«) konstant ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden magnetoresistiven Abfühlclemente(10.-l, 10P)Jn bezug auf den hindurchfließenden Strcm gleichen magnetischen Zustand besitzen, wobei ihre elektrischen Widerstände ebenfalls gleich sind.

3. Anordnung mindestens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistiven Abfühlelemente (10/1, lOß) jeweils uniaxiale magnetische Anisotropie aufweisen, wobei der durch das eine magnetoresistive Abfühlelement (10^1) hindurchfließende Strom im wesentlichen parallel zur Achse seiner leichten Magnetisierbarkeit und der durch das andere magnetoresistive Abfühlelement (10ß) hindurchfließende Strom senkrecht zur Achse seiner leichten Magnetisierbarkeit gerichtet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen {!i.A.) der leichten Magnetisierbarkeit parallel zueinander verlaufen.

5. Anordnung mindestens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite magnetoresistive Abfühlelement (10/i) zumindest um einen Eiiizelwanddomänendurchmcsser entfernt von einer im Domäncnweiterleitungspfad (16) in Magnctflußkopplungsnähc zum ersten magnetoresistiven Abfühlelement (10/1) auftretenden Einzelwanddomäne (14) angeordnet ist.

ft. Anordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistiven Ahfiihlelemente (NM. 10/i) elektrisch in Serie geschaltet sind.

7. Anordnung mindestens nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das zweite magnetoresistive Abfühlelement (10/i) einem /weilen Domäncnwcitcrlcilungspfad (Kanal 2) zugeordnet ist.

<S. Anordnung mindestens nach Anspruch I iiiul Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Doniänenweiterleitungspfade (Kanal 1, Kanal 2) vorgesehen sind, bei denen die jeweils zugeordneten magnetoresistiven Abfühlelemente (10/1,10/i IOC) nicht mit den in jeweils benachbarten Uomänenweiterleitungspfaden auftretenden Einzelwanddomänen in Magnetflußkopplung treten können.

^l). Anordnung nach den Ansprücher 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von magnetoiresistiven Abfühlelementen verwendet wird.