DE2259841A1 - Lesestation mit magnetoresistivem abfuehlelement fuer magnetische zylindrische einzelwanddomaenen - Google Patents

Description

22598Al

Böblingen, 1. Dezember 1972 bu-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 040

Lesestation mit magnetoresistivem Abfühlelement für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen

Die Erfindung betrifft eine Lesestation mit magnetoresistivem Abfühlelement/ das mit einem Weiterleitungspfad zur übertragung von Information in Form magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen gekoppelt ist und dessen Widerstand im stromdurchflossenen Zustand jeweils unter der Wirkung einer Einzelwanddomäne veränderbar ist, wobei zum Auslesen die Einzelwanddomänen jeweils in ihrem Querschnitt gestreckt werden.

Die magnetoresistive Abfühlung zylindrischer magnetischer Einzelwanddomänen ist bereits an anderer Stelle vorgeschlagen und beruht darauf, daß durch Flußkopplung mit einer jeweils hierauf übertragenen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne der Widerstand eines stromdurchflossenen weichmagnetischen Streifens verändert wird, so daß die durch die Einzelwanddomänen übertragene Information durch entsprechende Spannungs- oder Stromänderungen angezeigt bzw. verwertet werden kann. Wenn im einzelnen das Streumagnetfeld einer zylindrischen magnetischen Einzelwanddomäne in Wechselwirkung mit dem magnetoresistiven Abfühlelement tritt, dann wird der Magnetisierungsvektor dieses Abfühlelements gedreht und damit sein Widerstand geändert.

Magnetoresistive Abfühlelemente diener Art haben sich in der

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Praxis bewährt, wobei unter Umständen vorgesehen ist, daß ein Domänenlöscher mit der Lesestation gekoppelt ist, um die ausgelesene Information zu zerstören. Der Domänenlöscher erfordert jedoch eine besondere Anordnung, so daß einmal ein entsprechender Raumbedarf vorgesehen werden und zum anderen auch eine gewisse Zeitspanne in Kauf genommen werden muß, um die jeweilige zylindrische magnetische Einzelwanddomäne von der Lesestation auf den Domänenlöscher zu übertragen.

Ein weiterer Gesichtspunkt bei Anwendung magnetoresistiver Abfühlelemente zum Abfühlen magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen ist durch den erforderlichen Meßstrom gegeben, der in einem vorgegebenen Betrag übertragen wird. Die ausgelesene Signalamplitude ist nämlich proportional zu diesem Meßstrom. Im allgemeinen jedoch ist dieser Strom hinsichtlich seiner Größe begrenzt, da das durch diesen Strom zwangsläufig hervorgerufene Magnetfeld die Bewegungsfähigkeit der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen einschränkt. Da nun die Größe des Meßstromes aus diesem Grunde nur begrenzt sein kann, nämlich in den meisten Fällen in der Größenordnung von einigen mA kann die Signalamplitude beim Abfühlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne einen hierdurch bedingten Wert nicht übersteigen, so daß ohne weiteres jedenfalls nicht das Signalrauschverhältnis verbessert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein magnetoresistives Abfühlelement zum Abfühlen magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen hinsichtlich des Signalrauschverhältnisses zu verbessern, ohne daß dabei die Bewegungsfähigkeit der zylindrischen magnetischen Einzelwanddomänen beeinträchtigt wird und wobei ein Domänenlöscher unter geringem Platzaufwand vorgesehen werden kann, so daß unter Umständen die Löschwirkung durch entsprechende Betätigung des magnetoresistiven Abfühlelementes noch unterstützt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein dei

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magnetoresistiven Widerstand darstellender erster weichmagnetischer Streifen bei einer etwa dem Längsdurchmesser der gestreckten Einzelwanddomäne entsprechenden Länge mit seiner Längsrichtung parallel zum Weiterleitungspfad der Einzelwanddomänen ausgerichtet/ jedoch hierzu versetzt angeordnet ist und mit einem zweiten parallel hierzu angeordneten weichmagnetischen Streifen zusammenwirkt, derart, daß der Weiterleitungspfad der Einzelwanddomänen mit dem durch die beiden weichmagnetischen Streifen gebildeten Zwischenraum fluchtet.

Diese erfindungsgemäße Abfühlanordnung läßt sich nun mit jeder Art von Weiterleitungsmitteln für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen anwenden; seien es Weiterleitungspfade, gebildet aus T- und I-förmigen Streifen, die abwechselnd in bekannter Weise angeordnet sind oder winkelförmige weichmagnetische Streifen, die mit ihren Spitzen einander gegenüberliegend zu Weiterleitungspfaden angeordnet sind, seien es Weiterleitungspfade, gebildet aus elektrischen Leitüngszügen. Das magnetoresistive Abfühlelement ist elektrisch entweder an eine Konstantstromquelle oder eine Konstantspannungsquelle angeschlossen.

Dank der Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung entstehen je nach Erregung mehrere voneinander getrennte magnetische Pole, die beim übertragen vom Weiterleitungspfad auf die Lesestation die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne derart beeinflussen, daß sie jeweils auseinandergezogen bzw. gestreckt werden und einen etwa elliptischen Querschnitt einnehmen. Damit wird aber die Wechselwirkung zwischen magnetischer Einzelwanddomäne und Abfühlelement entsprechend größer mit dem Ergebnis einer entsprechend höheren Signalamplitude des Lesesignals.

Zusätzlich zur Streckung der Einzelwanddomänen, bedingt durch die anziehenden Pole, trägt der Meßstrom durch das Abfühlelement ebenfalls zur Streckung der Einzelwanddomänen bei. Der Meßstrom erzeugt dabei ein Magnetfeld, das in diesem Falle nicht die Bewegungsfähigkeit der magnetischen Einzelwanddomäne beeinflußt.

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Das hat dann zur Folge, daß der Meßstrom sehr viel mehr erhöht werden kann, als es bei den bisher vorgeschlagenen magnetoresistiven Abfühlelementen zum Abfühlen magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen vorgeschlagen worden ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besitzt der zweite weichmagnetische Streifen an seinem dem Weiterleitungspfad der Einzelwanddomänen zugewandten Ende ein vom ersten weichmagnetischen Streifen weg rechtwinklig abgebogenes Streifenstück. Eine solche Anordnung erleichtert die übertragung einer Einzelwanddomäne vom Weiterleitungspfad auf die Lesestation.

Um die Einzelwanddomänenstreckungsmittel gleichzeitig auch zur Domänenlöschung ausnutzen zu können, ist gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken vorgesehen, daß sowohl der erste weichmagnetische Streifen als auch der zweite weichmagnetische Streifen je ein parallel zum und vom Weiterleitungspfad der Einzelwanddomänen weggerichtetes Verlängerungsstück besitzt mit einem Abstand zueinander, der kleiner ist als der Zwischenraum zwischen dem ersten weichmagnetischen Streifen und dem zweiten weichmagnetischen Streifen. Auf diese Weise wird erreicht, daß durch entsprechende Drehung des magnetischen Weiterleitungsfeldes in der Ebene des Substrats keine anziehenden Kräfte ausgeübt werden, sondern abstoßende Kräfte wirksam werden, weil unter entsprechenden Bedingungen, je ein Magnetpol auf den abseits liegenden Enden der Verlängerungsstücke zu liegen kommt, so daß die in der Lesestation befindliche Einzelwanddomäne bei entsprechender Lage des Weiterleitungsfeldes zum Zusammenbruch gelangt. Die Zusammenbruchsbedingungen lassen sich noch günstiger gestalten, wenn die Stromflußrichtung durch das magnetoresistive Abfühlelement umgekehrt wird.

Ganz allgemein läßt sich sagen, daß die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung optimal gestaltet werden kann, wenn die Länge des magnetoresistiven Abfühlelementes die Größenordnung des wirksamen Durchmesser der gestreckten Einzelwanddomäne besitzt.

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So lassen sich im Extremfall Abfuhlelementlängen bis zum lOfachen Betrag eines nicht gedehnten Einzelwanddomänendurchmessers anwenden, wobei dann entsprechend ein fünffach größerer Meßstrom Anwendung finden kann.

Wenn bisher nur Lesestationen mit magnetoresistiven Abfühlelementen besprochen sind, bei denen zur Weiterleitung der Einzelwanddomänen rein magnetische Mittel benutzt werden, so ist es ohne weiteres auch möglich eine entsprechende Anwendung bei Weiterleitung durch Magnetfelder durchzuführen, die ihren Ursprung in abwechselnd gesteuerten stromdurchflossenen Leitungszügen haben. Hierzu ist vorgesehen, daß der zweite weichmagnetische Streifen auf einem stromdurchflossenen Leitungsstück aufgetragen ist. Auch hier wiederum ist im einzelnen die Länge des zweiten weichmagnetischen Streifens etwa dem Querschnitt einer gestreckten Einzelwanddomäne angepaßt, jedoch zweckmäßigerweise an seinen Enden vom ersten weichmagnetischen Streifen weggerichtet rechtwinklig abgebogen, wobei auch diese Leitungsstücke weichmagnetische Überzüge aufweisen. Hierdurch wird gewissermaßen eine Schleife gebildet, in die durch entsprechende Polarisierung des Stromflusses nach Abfühlen eine Einzelwanddomäne hineingezogen wird, um sie dann anschließend zu löschen. Zur besseren Beibehaltung der Lage der in di'ese Schleife hineingezogenen Einzelwanddomäne ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß von den einzelnen Leitungszügen sich nach innen in die Schleife erstreckend weichmagnetische Stege hineinragen, deren Enden dann dem Umfang einer hineingezogenen Einzelwanddomäne tangieren.

Die erfindungsgemäße Struktur, d.h. eine Anordnung zur Dehnung, Abfühlung und Löschung einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne läßt sich demnach vollständig integriert auf ein Substrat aufbringen, das außerdem noch Speicher- und/oder Verknüpfungsglieder trägt. Eine solche Struktur läßt sich in an sich bekannter Weise mit den Mitteln der gedruckten Schaltungstechnik/ wie Ätzen, Photoresistbeschichtung, Siebdruck auf das

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Substrat auftragen.

Dadurch daß die erfindungsgemäße Lesestation mehrere Aufgaben zugleich auf engstem Raum beschränkt auszuführen gestattet, ergeben sich bei Anwendung der Erfindung weiterhin Vorteile hinsichtlich des erforderlichen Platzbedarfes wie auch der Zeitersparnis im jeweils erforderlichen Operationszyklus. Dies ergibt sich schon allein daraus, daß es bei Anwendung der Erfindung nicht erforderlich ist, die auf die Lesestation übertragenen Einzelwanddomänen auf eine gesonderte Anordnung zu übertragen, sobald eine Abfühlung stattgefunden hat.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine magnetoresistive Abfühlanordnung gemäß

der Erfindung für magnetische Einzelwanddomänen,

Fig. 2 eine Hilfsdarstellung zur Erläuterung der Betriebsweise eines magnetoresisttiven Abfühlelements gemäß der Erfindung zur Feststellung von Streufeldern der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen,

Fign. 3A-3E die verschiedenen Lagen der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in einer Anordnung nach Fig. 1 für verschiedene Orientierungen des magnetischen Weiterleitungsfeldes H,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein raagne-

toresistives Abfühlelement,

Fig. 5A eine graphische Darstellung, in der die FeId-

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stärke des magnetischen Weiterleitungsfeldes in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist,

Fig. 5B eine graphische Darstellung, in der der Meßstrom

des magnetoresistiven Abfühleleraents in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist,

Fig. 5C ein Impulsdiagramm für die Taktimpulse, die zur

Steuerung des magnetoresistiven Abfühlelements gemäß Fig. 1 dienen,

Fig. 6 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines

magnetoresistiven Abfühlelements zur Anwendung bei Weiterleitungsmaßnahmen für zylindrische Einzelwanddomänen, welche durch elektrische Ströme hervorgerufene Magnetfelder ausnutzen.

Die in Figi 1 dargestellte magnetoresistive Abfühleinrichtung, der Einzelwanddomänen-Strecker und der Domänenlöseher sind als Gesamtanordnung 10 auf einer magnetisierbaren Schicht 12 direkt oder über eine sehr dünne Abstandsschicht aufgebracht. Die magnetischen Einzelwanddomänen gelangen über einen durch die Fortleitungsmittel 14 vorgegebenen Weg, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die T- und I-förmigen Streifen 16 und 18, auf die besagte Anordnung 10. Die Weiterleitung zylindrischer Einzelwanddomänen längs des Ausbreitungsweges 14 geschieht in an sich bekannter Weise durch ein sich der Ebene' der magnetisierbaren Schicht 12 drehendes Magnetfeld H, das in die verschiedenen Richtungen 1 bis 4 ausgerichtet werden kann. Das Weiterleitungsfeld H wird durch eine Feldquelle 20 bereitgestellt, die z.B. aus X- und Y-Induktionsspulen bestehen kann, indem die X- und Y-Induktionsspulen rund um die magnetisierbare Schicht 12 angeordnet sind.

Ein magnetisches Vorspannungsfeld H ist im wesentlichen senkrecht zur magnetisierbaren Fläche 12 ausgerichtet. Das Vorma-

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gnetisierungsfeld H_ wird durch die Vormagnetisierungsfeldquelle 22 bereitgestellt und dient zur Stabilisierung der zylindrischen Einzelwanddomänen in der magnetisierbaren Schicht 12. In der Anordnung nach Fig. 1 ist das Vormagnetisierungsfeld H als von der Blattfläche nach oben gerichtet angenommen. Damit ist dann die Magnetisierung innerhalb der zylindrischen Einzelwanddomänen als von der Blattoberfläche nach unten gerichtet anzunehmen. Dies bedeutet, daß positive Pole der Weiterleitungsmittel 14 die zylindrischen Einzelwanddomänen anziehen, wohingegen negative Pole die zylindrischen Einzelwanddomänen abstoßen.

Die Gesamtanordnung 10 besteht aus einem ersten Teil 24, der einerseits zum magnetischen Festhalten zylindrischer Einzelwanddomänen während der Abfühlung dient und zum anderen die Streckung dieser zylindrischen Einzelwanddomänen vor jeder Abfühlung begünstigt. Der Teil 24 bewirkt eine Domänenlöschung, nachdem das Abfühlen beendet ist. Im allgemeinen besteht der Teil 24 aus dem gleichen weichmagnetischen Material, das auch zum Aufbau der Domänenweiterlungsmittel 14 in Form der T-förmigen und I-förmigen Streifen 16 und 18 dient. Weichmagnetisches Material ist hierzu in hervorragendem Maße geeignet.

Der Abfühlteil der integrierten Anordnung 10 besteht aus einem magnetoresistiven Abfühlelement 26 und den elektrischen Leitungszügen 28. Das magnetoresistive Abfühlelement 26 besteht aus irgendeinem weichmagnetischen Material, das den magnetoresistiven Effekt zeigt, z.B. aus Permalloy. Die elektrischen Leitungszüge 28 können aus Kupfer oder Gold bestehen. Die elektrischen Leitungszüge 28 und das magnetoresistive Abfühlelement 26 sind entweder direkt auf der magnetisierbaren Schicht 12 oder auf eine darüberliegende dünne Schicht nicht magnetisierbaren Materials, wie z.B. Siliciumdioxid, niedergeschlagen, wobei die Siliciumdioxidschicht dazu dient, einen geeigneten Abstand zwischen der magnetisierbaren Schicht 12 und den Weiterleitungsmitteln zu wahren.

Der Stromfluß durch das magnetoresistive Abfühlelement 26 wird

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durch eine Stromquelle 30 aufrechterhalten. Diese Stromquelle erzeugt die Ströme +1 und -I je nach Steuerung durch von den

S S

Steuermitteln 32 gelieferten Impulsen, welche außerdem die Betriebssteuerung für das Vormagnetisierungsfeld H und das WeI-terleitungsmagnetfeld H vorsehen. Die überwachungseinrichtung 34 hält die Widerstandsänderungen des raagnetoresistiven Abfühlelements 26 fest und kann im einfachsten Falle aus einem Voltmeter oder einem Oszilloskop bestehen; vorzugsweise jedoch dient ein Abfühlverstärker zum Ansprechen auf das Spannungssignal V_s, das am magnetoresistiven Abfühlelement 26 entsteht, sobald eine Domäne abgefühlt wird, t

In der Anordnung nach Fig. 1 entsprechen die Zählen den verschiedenen Pollagen auf den Weiterleitungsmitteln und dem Domänenlöscher 24 in der Anordnung 10, wobei die verschiedenen Pollagen durch das Rotationsfeld H mit den jeweils entsprechenden Bezeichnungen hervorgerufen werden. Wie im einzelnen noch im Zusammenhang mit den Fign. 3A bis 3E erläutert, führen die Weiterleitungsmittel 14 die zylindrischen Einzelwanddomänen.auf die Anordnung 10, wo sie dann im Bereich 35 zwischen dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 und dem Domänenlöseher 24 gestreckt bzw. gedehnt werden. Nach diesem Vorgang werden dann die Domänen zum Zusammenbruch gebracht.

Die Struktur der Anordnung nach Fig. 1 läßt sich mit üblichen Mitteln realisieren. So wird z.B. die magnetisierbare Schicht 12, die aus Granat oder Orthoferrit bestehen kann, zunächst mit einer Siliciumdioxidschicht unter Anwendung bekannter Verdampf ungs- oder Zerstäubungsanlagen aufgebracht. Danach wird dann das magnetoresistive Abfühlelement 26 ebenfalls durch an sich bekannte Aufdampfurigs- oder Zerstäubungsverfahren niedergeschlagen. Im allgemeinen ist das magnetoresistive Abfühlelement 26 etwa 200 A* dick. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden dann die Weiterleitungsmittel 14 und der Domänenlöscher 24 mit einer größeren Dicke, etwa 3000 S, aufgebracht. Die Leitungszüge 28 werden anschließend unter Kontaktierung mit

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dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 aufgetragen.

Aus der schematischen Darstellung nach Fig. 2 geht die Betriebsweise des magnetoresistiven Abfühlelements 26 hervor, wenn es dem Einfluß eines Magnetfeldes ausgesetzt ist. Ist kein Magnetfeld über dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 wirksam, dann liegt dessen Magnetisierungsvektor M parallel zur Richtung des Stromflusses durch dieses magnetoresistive Abfühlelement 26, wobei die Richtung mit der Richtung der Achse der leichten Magnetisierbarkeit zusammenfällt. Gelangt ein Magnetfeld II_D einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in den Wirkungsbereich eines magnetoresistiven Abfühlelements 26, dann dreht sich der Vektor M um den Winkel Θ. Hierdurch ergibt sich eine Widerstandsänderung im magnetoresistiven Abfühlelement 26, die wie bereits erwähnt durch die überwachungseinrichtung 34 als Strom- oder Spannungsänderung festgestellt wird. Wird z.B. ein konstanter Strom durch das magnetoresistive Abfühlelement 26 geschickt, dann läßt sich in diesem Falle eine Spannungsänderung V feststellen, sobald sich der Widerstand des magnetoresistiven Abfühlelements 26 ändert. Ist andererseits eine konstante Spannung über dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 angelegt, dann ergibt sich eine Stromänderung bei Widerstandsänderung des magnetoresistiven Abfühlelements 26 unter Einfluß eines aufgenommenen Magnetfeldes.

Mit Hilfe der Fign. 3A-3E soll die Betriebsweise der Anordnung in Fig. 1 im einzelnen beschrieben werden. Obgleich diese Anordnung auch die Funktion eines Domänenlöschers nach Abfühlen übernimmt, dürfte doch ohne weiteres vorauszusetzen sein, daß diese Funktion auch durch besondere Mittel ausgeführt werden könnte.

Die in den Fign. 3A-3E erläuterte Betriebsweise ist jeweils für verschiedene Orientierungen des magnetischen Weiterleitungsfeldes H dargestellt. Die jeweils wirksamen Komponenten des Magnetfeldes H und die entsprechenden Meßstromimpulse I sind in den Diagrammen nach Fig. 5 veranschaulicht, wo außerdem

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- 11 auch die Taktimpulse der Steuereinrichtung 32 aufgetragen sind.

In der Fig. 3A liegt eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 36 in der Pollage 1 des I-förmigen Streifens 18, sobald sich das Wexterleitungsfeld H in Richtung 1 orientiert. Sobald sich dann das Feld H im Uhrzeigersinn in die Feldrichtung 2 dreht, wandert die Einzelwanddomäne 36 in die Pollage 2 auf dem Domänenlöscher 24 der Anordnung 10. Zu diesem Zeitpunkt fließt kein Strom I durch das magnetoresistive Abfühlelement 26

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(Fig. 3B). In Fig. 3C ist das Magnetfeld H zwar noch in Feldrichtung 2 orientiert, aber es fließt ein positiver Strom +1 durch das magnetoresistive Abfühlelement 26. Der Fluß des Stromes +1 erzeugt ein örtliches Magnetfeld, das dem Vormagnetisierungsfeld H im Bereich 35 zwischen dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 und dem Domänenlöscher 24 entgegengesetzt gerichtet ist. Infolgedessen dehnt sich die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 36 entsprechend der angedeuteten Kontur aus, die durch die gestrichelte Linie zwischen dem Domänenlöscher 24 und dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 angedeutet ist. Die Ausdehnung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne wird unterstützt durch die beiden Magnetpole (Position 2), die auf dem Domänen- . löscher 24 liegen. Diese Pollagen ziehen die magnetische zylinddrische Einzelwanddomäne 36 an und unterstützen den Streckvorgang dieser Domäne.

In Fig. 3D nimmt das Wexterleitungsfeld H die Feldrichtung 3 ein, wobei ein Strom +1 durch das magnetoresistive Abfühlelement 26 fließt. Die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 36 wird abgefühlt, sobald das magnetische Wexterleitungsfeld H die Feldrichtungen 2 und 3 besitzt, wenn ein Strom +1 durch das magnetoresistive Abfühlelement 26 fließt. Aufgrund der Tatsache, daß sich die Domäne 36 beträchtlich gedehnt hat, wird der mit dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 gekoppelte Gesamtmagnetfluß ebenfalls entsprechend erhöht, so daß sich ein größeres Ausgangssignal V ergibt. Die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne

36 läßt sich bis etwa dem zehnfachen Betrag ihres ursprünglichen

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Durchmessers ausdehnen, um so entsprechend große Ausgangssignale zu erhalten. Da der Stromfluß +1 nicht nachteilig die Einzelwanddomänenbewegung beeinflußt, läßt sich dieser Strom bis zur Grenze der zulässigen Verlustwärme im magnetoresistiven Abfühlelement 26 erhöhen. Damit ergibt sich eine weitere Verstärkung im Ausgangssignal.

Der Bereich 35 zwischen dem magnetoresistiven Abfühlelement 26 und dem Domänenlöscher 24 entspricht in seiner Abmessung in etwa der Breite eines T- oder I-förmigen Streifens in der Weiterleitungsanordnung 14.

In Fig. 3E nimmt das Magnetfeld H die Feldrichtung 4 ein. Dadurch entstehen negative Pole an den Enden des Bereichs 35, die den Zusammenbruch der Einzelwanddomäne 36 herbeiführen. Der an sich anziehend wirkende positive Pol am rechten äußeren Ende des Domänenlöschers 24 ist jedoch zu weit entfernt, um die Einzelwanddomäne dort hin zu ziehen. Falls erforderlich, wird ein Strom -I durch das magnetoresistive Abfühlelement 26 geführt, um ein entsprechendes Magnetfeld im Bereich 35 aufzubauen, das zur Unterstützung des Vormagnetisierungsfeldes in diesem Bereich dient und so zum Zusammenbruch der jeweiligen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne beiträgt. Zu diesem Zweck schaltet ein Taktimpuls von Qer Steuereinrichtung 32 die Stromquelle 30 entsprechend ein, um den Strom -I bereitzustellen.

Mit der Anordnung nach Fig. 4 wird ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für die Anordnung 10 in tig. I dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 sind womöglich beibehalten. Der Domänenlöscher 24 besteht hier aus zwei besonderen Segmenten 37 und Die Abfühlanordnung der Anordnung 10 ist hierbei die gleiche wie in Fig. 1 und enthält das eigentliche Abfühlelement 26 mit den Leitungszügen 28. Zum Zwecke der Vereinfachung sind nier die an sich erforderlichen Steuermittel und überwachungseinrichtung nicht gezeigt.

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Die Betriebsweise der Anordnung 10 in Fig. 4 ist jedoch die gleiche/ wie die der Anordnung nach Fig. 1. Auch hier werden die zylindrischen Einzelwanddomänen 36 in den Bereich 35 geleitet und dort vor der Abfühlung auseinandergezogen. Nach diesem Vorgang werden die Domänen durch Bildung negativer Pole an beiden Enden des Bereichs 35 gelöscht, sobald sich das Magnetfeld H in die Richtung 4 gedreht hat. Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist der an dem rechten Ende des Bereichs 35 gebildete negative Magnetpol nämlich der negative Magnetpol am linken Teil des Streifens 37 größer als der negative Magnetpol in der entsprechenden Lage des Domänenlöschers 24 in der Anordnung nach Fig. 1 gebildet wird. Hierdurch wird die Löschung der Domäne 36 nach Abfühlen unterstützt. Auch hier wiederum sind die an sich anziehend wirkenden positiven Pole an den rechten Enden der Streifen 37 und 38 zu weit entfernt, um die Domänen jeweils herüberziehen zu können.

Die Diagramme nach Fign. 5A, 5B und 5C dienen zu Erläuterung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Anordnung. Hierin stellt zwar die Abszisse jeweils die Zeitachse dar, jedoch lassen sich dort auch die Feldrichtungen 1,2, 3, 4 des magnetischen Weiterleitungsfeldes H auftragen, da sie nacheinander eingestellt wer- und damit auch entsprechende Pollagen 1, 2, 3, 4 verursachen. Wie aus dem Schema in Fig. 1 hervorgeht, ist das magnetische Weiterleitungsfeld H längs der Horizontalachse nach links gerichtet, wenn die Position 2 eingenommen wird. Infolgedessen besitzt die Feldkomponente H des magnetischen Weiterleitungsfeldes H einen maximalen negativen Wert, wenn die Feldkomponente EL, durch Null geht.

Der Meßstrom I besitzt einen positiven Wert (+) solange die Abfühloperation läuft, d.h. während des Zeitraums, in dem das magnetische Weiterleitungsfeld H die Feldrichtungen 2 und 3 besitzt, im tatsächlichen Verlauf kann natürlich der Meßstrom I für eine etwas längere oder kürzere Zeit auftreten, als es aus der schematischen Darstellung nach Fig. 5 hervorgeht« Sobald sich das magnetische Weiterleitungsfeld H in die Richtung 4

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dreht, wird eine Domäne 36 gelöscht. Wie bereits oben erwähnt, würde ein hiermit gleichzeitig durch das magnetoresistive Abfühlelement 26 übertragener Strom -I ein Magnetfeld zur Unter-Stützung der Vormagnetisierung bereitstellen, so daß die Löschungsoperation gefördert wird. Hieran anschließend tritt zunächst kein Strom I auf, bis sich das magnetische Weiterleitungsfeld H wieder in Richtung 2 einstellt.

Die von der Steuereinrichtung 32 ausgehenden Taktimpulse lösen in der Stromquelle 30 den Meßstrom ±1 aus. Diese Taktimpulse sind von relativ kurzer Dauer, um jeweils geeignete Stromimpulse I über das magnetoresistive Abfühlelement 26 auslösen zu können.

Die Anordnung nach Fig. 6 zeigt ebenfalls ein Ausführungsbeispiel, das aus einem Domänenstrecker und Domänenlöscher wie oben beschrieben besteht, jedoch für Weiterleitungsmittel vorgesehen ist, die sich elektrischer Leitungszüge bedienen. In diesem Falle bestehen nämlich die Weiterleitungsmittel für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen aus einer Anordnung 40 zueinander paralleler Leitungszüge, wie z.B. 42, 44, die jeweils in begrenzten Bereichen magnetisierbare Auflagen 42a bzw. 44a besitzen. Diese Auflagen können ebenfalls aus weichmagnetischem Material bestehen. Sie dienen zur Weiterleitung der Domänen, die sich von einer Seite eines Leitungszuges zur anderen bewegen, nämlich im Ansprechen auf die Ströme I. und I₂, die nacheinander durch einen jeweils anderen Leitungszug übertragen werden.

Die Anordnung 46 trägt dann die Domänenstreckung- und Löschungsmittel 48 zusammen mit dem Abfühlteil 50. Der Streckungs- und Löschungsteil 48 besteht aus einer Stromschleife 52 mit einer Auflage 54 bestehend aus weichmagnetischem Material, wie z.B. Permalloy. Im durch die Leiterschleife 52 gebildeten Raum sind weichmagnetische Streifen 56 aufgebracht, die eine Einzelwanddomäne während des Löschvorgangs halten. Die Leiterschleife 52 steht mit einer Stromquelle 57 in Verbindung, die entgegengesetzt gerichtete Ströme +I_Q und -I_Q durch die Leiterschleife 52 über-

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tragen kann. Die Stromquelle 57 wird durch die Steuermittel 58 gesteuert. Diese Steuermittel steuern außerdem die Vormagnetisierungsfeidquelle 60 zur Bereitstellung des magnetischen Vormagnetisierungsfeldes H . - ■

Der Abfühlteil 50 enthält das magnetoresistive Abfühlelement und die Leitungszüge 64 zur Weiterleitung der'ströme ±1 durch '

das magnetoresistive Abfühlelement 62. Die Ströme ±1 werden'von einer zweiten Stromquelle 66 bereitgestellt, die ihrerse'its^dürch Abfühlsteuermittel 68 gesteuert wird. Die überwachungseinrichtung 70 ist an das Abfühlelement 62 angeschlossen, um Spannungssignale V zu messen, die jeweils beim Auftreten magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen erzeugt werden.

Bei Betrieb werden die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen durch aufeinanderfolgende Stromimpulssteüerung I. und über die Leitungszüge 42 bzw. 44 von rechts nach links verschoben. Die jeweilige Lage der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen während des Betriebszyklusses ist durch die gestrichelt gezeichneten Kreise"1, 2 und 4 sowie durch die gestrichelt gezeichnete Ellipse 3 angedeutet. Wie sich ohne weiteres ergibt, wird durch das Auftreten eines Stromes I₂ durch den Leitungszug 44 ' eine Domäne in die Lage 2 gebracht. Zu diesem Zeitpunkt verursacht ein Strom +I₀ durch die Leiterschleife 52 die Verschiebung einer Domäne in den Bereich 72 zwischen den Teilen 48 und 50. Das -· durch den Strom +I₀ erzeugte Magnetfeld im Bereich 72 ist dem· Vormagnetisierungsfeld H in.diesem Bereigh entgegengerichtet.

Hierdurch wird die Wirkung des weichmagnetischen Streifens. 54, zur Streckung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne., wie durch die entsprechende Ellipse in Lage 3 angedeutet, unterstützt. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Strom +I₃ durch das magnetoresistive.Abfühlelement 62, so daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne unter.Erzeugung eines Spannungssignals V abgefühlt wird. ■ .

Nach dein Abfühlen, lösen-die Steuermittel 58 die Stromquelle 57

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aus, um einen Strom -I_Q durch die Leiterschleife 52 zu übertragen. Hierdurch wird ein abgeschwächtes Vormagnetisierungsfeld im Bereich der Leiterschleife 52 hervorgerufen und die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne gelangt in die Lage, in der sie durch die weichmagnetischen Streifen 56 gehalten wird. Die Steuermittel 58 lösen jetzt die Stromquelle 57 zur Bereitstellung eines Stromes +I_Q aus. Hierdurch entsteht ein entsprechendes örtliches Anwachsen des Vormagnetisierungsfeldes im Bereich der Leiterschleife 52. Die weichmagnetischen Streifen 56 verhindern dabei, daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne vor ihrem Zusammenbruch entweicht.

Eine beispielsweise Anordnung gemäß der Erfindung besteht aus einer magnetisierbaren Schicht 12, die durch epitaktisches Aufwachsen eines Granatfilms mit der Zusammensetzung Eu₁- ₇Y~ -,Fe- _QGa. -0. _o bei einer Dicke von 15 pn dargestellt ist. Der Durchmesser einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne beträgt etwa 12 um. Eine magnetische Induktion von 4ttM_s=125 Gauß erfordert ein Vormagnetisierungsfeld von etwa 75 Oe und ein Weiterleitungsfeld von 30 Oe. Die Leitungszugdicke ist etwa 8 μηι, so daß die effektive Vertikalfeldstärke in unmittelbarer Nachbarschaft eines Leitungszuges in der Größenordnung von 0,8 Oe/mA liegt. Ein Strom von 10 mA ruft so eine beträchtliche örtliche Änderung im Vormagnetisierungsfeld H hervor, womit der Wert für eine zufriedenstellende Betriebsweise als angemessen erscheint. Im Vergleich hierzu muß der Strom in einem üblichen Abfühlelement unter gleichen Bedingungen < 2 mA sein, um unerwünschte Wechselwirkungen mit der Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen auszuschalten.

Aus der oben beschriebenen Anordnung geht ohne weiteres hervor, daß sich die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in integrierter Schaltungstechnik realisieren lassen. Dank der Erfindung werden gegenüber bisher größere Ausgangssignale erzielt, wobei außerdem verschiedenartige Weiterleitungsmittel Anwendung finden

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können. Außer Permalloy sind ohne weiteres auch andere weichmagnetische Materialien für die erforderlichen Streifen auf der magnetisierbaren Schicht verwendbar. ,

χ Χ

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Claims (9)

1. - 18 -

   PATENTANSPRÜCHE

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   Lesestation mit magnetoresisitivem Abfühlelement, idas mit einem Weiterleitungspfad zur übertragung von Information in Form magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen gekoppelt ist und dessen Widerstand im stromdurchflossenen Zustand jeweils unter Wirkung einer Einzelwanddomäne veränderbar ist, wobei zum Auslesen die Einzelwanddomänen jeweils in ihrem Querschnitt gestreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein den magnetoresistiven Widerstand darstellender erster weichmagnetischer Streifen bei einer etwa dem Längsdurchmesser der gestreckten Einzelwanddomäne entsprechenden Länge mit seiner Längsrichtung parallel zum Weiterleitungspfad (14) der Einzelwanddomänen (36) ausgerichtet, jedoch hierzu versetzt angeordnet ist und mit einem zweiten parallel hierzu angeordneten weichmagnetischen Streifen (24) zusammenwirkt, derart, daß der Weiterleitungspfad (14) der Einzelwanddomänen (36) mit durch die beiden weichmagnetischen Streifen (24, 26) gebildeten Zwischenraum (35) fluchtet.
2. 2. Lesestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite weichmagnetische Streifen (24) an seinen dem Weiterleitungspfad (14) der Einzelwanddomänen (36) zugewandten Ende ein vom ersten weichmagnetischen Streifen (26) weg rechtwinklig abgebogenes Streifenstück besitzt.
3. 3. Lesestation nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste weichmagnetische Streifen (26) als auch der zweite weichmagnetische Streifen (24) je ein parallel zum und vom Weiterleitungspfad (14) der Einzelwanddomänen (36) weggerichtetes Verlängerungsstück (37, 38) besitzt mit einem Abstand zueinander, der kleiner ist als der Zwischenraum (35) zwischen dem ersten weichmagnetischen Streifen (26) und dem zweiten weichmagnetischen Streifen (24).

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4. 4. Lesestation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Verlängerungsstücken (37, 38) praktisch null ist.
5. 5. Lesestation nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite weichmagnetische Streifen (54) auf einem stromdurchflossenen Leitungsstück aufgetragen ist.
6. 6. Lesestation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in seiner Länge etwa dem Querschnitt einer gestreckten Einzelwanddomäne (36) entsprechende den zweiten weichmagnetischen Streifen (54) tragende Leitungsstück an seinen Enden vom ersten weichmagnetischen Streifen (62) weggerichtete rechtwinklig abgebogene weichmagnetische überzüge (52) aufweisende Leitungszüge besitzt.
7. 7. Lesestation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß rechtwinklig von den weichmagnetischen Streifen (54) bzw. überzügen (52) des Leitungsstücks bzw. der Leitungszüge verlaufende Stege (56) weichmagnetischen Materials derart angeordnet sind, daß deren freien Enden den Umfang eines durch einen Einzelwanddomänenquerschnitt gebildeten Kreises tangieren.
8. 8. Lesestation nach Anspruch 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Zwischenraums (35) zwisehen den beiden weichmagnetischen Streifen (24, 26) etwa doppelt so groß ist wie der Durchmesser einer zylindrischen Einzelwanddomäne (36)*
9. 9. Lesestation'nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch gedruckte Schaltungsanordnung der Leitungen (28, 64) und der weichmagnetischen Streifen (24, 26, 37,-38, 52, 54, 62) auf einem Speicher- und/oder Verknüpfungsglieder tragenden Substrat (12).

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