DE2263077C3

DE2263077C3 - Magnetoresistives Bauelement

Info

Publication number: DE2263077C3
Application number: DE2263077A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Villiers Saint Frederic Lazzari
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1984-03-29
Also published as: FR2165206A5; NL160119C; NL160119B; GB1364348A; US3848217A; DE2263077B2; DE2263077A1; NL7217495A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetoresistives schrieben, bei welchem die leichte Magnetisierungsach-Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentan- se parallel zu der Stromrichtung liegt. Zur Einstellung Spruchs 1. 55 des Arbeitspunktes wird der Magnetisierungsvektor

Aus der DE-OS 21 21 443 ist ein magnetoresistives durch ein beispielsweise von einem Permanentmagnet Bauelement dieser Art bekannt, das zum Auslesen des erzeugtes Vormagnetisierungsfeld um einen Winkel von magnetischen Inhalts eines magnetischen Mediums ver- etwa 45° aus der Richtung der leichten Magnetisiewendet wird. Die dünne magnetoresistive Schicht steht rungsachse herausgedreht. Diese Maßnahme erfordert dabei senkrecht zu dem magnetischen Medium, so daß 60 jedoch einen zusätzlichen Aufwand und Platzbedarf, die am einen Rand der magnetoresistiven Schicht anlie- und die richtige Einstellung des Winkels ist schwierig, gende Stelle des magnetischen Mediums die örtlich be- insbesondere wenn die magnetoresistiven Bauelemente grenzte Quelle des den Widerstand beeinflussenden in Massenfertigung nach der Dünnschichttechnik herge-Magnetfelds bildet; die magnetoresistive Schicht liegt stellt werden.

somit der Höhe nach im Erregermagnetfeld. Bei diesem 65 Aus dieser US-Patentschrift ist es auch bereits bebekannten magnetoresistiven Bauelement liegt die kannt, die magnetoresistive Schicht sandwichartig zwi-Richtung des durch die magnetoresistive Schicht flie- sehen Blöcken aus Ferrit, also einem magnetisch isotroßenden Stroms im wesentlichen senkrecht zu der Rich- pen Material, anzuordnen, die den Zweck haben, das

Magnetfeld des abzulesenden Aufzeichnungsträgers auf die magnetoresistive Schicht zu konzentrieren.

Die Einstellung des Arbeitspunktes durch die bei der Herstellung festgelegte Richtung der leichten Magnetisierungsachse im Winkel zu der später beabsichtigten Stromrichtung ergibt gegenüber der Vormagnetisierung den Vorteil, daß sie ohne zusätzlichen Aufwand und Platzbedarf möglich ist Ferner kann die Richtung der leichten Magnetisierungsachse auch bei Massenfertigung in Dünnschichttechnik exakt festgelegt werden. Es hat sich aber gezeigt, daß die Einstellung des Arbeitspunktes dadurch nicht mit der erforderlichen Genauigkeit und Stabilität möglich ist Die Voraussetzung, daß sich der Magnetisierungsvektor im Ruhezustand in die Richtung der leichten Magnetisierungsachse einstellt, ist nämlich bei den sehr geringen Dicken der verwendeten magneioresistiven Schichten gewöhnlich nicht erfüllt Der bei der Herstellung der magnetoresistiven Schicht induzierten Anisotropie ist eine Form-Anisotropie überlagert die bei den geringen Schichtdicken zur FoI-ge hat daß sich der Magnetisierungsvektor im Ruhezustand in eine Richtung einstellt, die zwischen der Richtung der leichten Magnetisierungsachse und er Längsrichtung der magnetoresistiven Schicht liegt und sich im Lauf der Zeit immer mehr der Längsrichtung nähert. Diese Erscheinung ist um so ausgeprägter, je größer die Länge der magnetoresistiven Schicht gegenüber ihrer Höhe ist. Sie wirkt sich also gerade bei den zum Lesen von Aufzeichnungsträgern verwendeten magnetoresistiven Bauelementen aus, bei denen man aus den zuvor erläuterten Gründen vorzugsweise magnetoresistive Schichten verwendet, deren Höhe klein gegen ihre Länge ät.

Die verschiedenen Probleme, die bei solchen magnetoresistiven Bauelementen ohne Vormagnetisierung bestehen, können durch die Hinzufügung von Ferritblökken oder ähnlichen isotropen Schichten großer Permeabilität nicht befriedigend gelöst werden. Wenn diese Schichten sehr weichmagnetisch sind, also praktisch keine Remanenz haben, tragen sie offensichtlich zur Einstellung des Arbeitspunktes im Ruhezustand nichts bei. Haben sie dagegen eine merkliche Remanenz, so wirken sie sich sogar nachteilig aus, denn dann sucht der Magnetisierungsvektor in diesen Schichten die zuletzt eingekommene Richtung beizubehalten. Infolge der magnetostatischen Kopplung mit der magnetoresistiven Schicht nehmen die Magnetisierungsvektoren aller Schichten dann im Ruhezustand eine Lage ein, die vom letzten Magnetisierungszustand abhängt. Es gibt dann überhaupt keinen definierten Arbeitspunkt in der magnetoresJstiven Schicht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines ohne Vormagnetisierung betriebenen magnetoresistiven Bauelements der eingangs angegebenen Art, das eine erhöhte Empfindlichkeit, ein gutes Auflösungsvennögen und einen stabilen Arbeitspunkt aufweist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Einfügung der magnetoresistiven Schicht zwischen anisotrope magnetische Schichten großer Per- sq meabilitiit, deren leichte Magnetisierungsachsen im wesentlichen parallel zu derjenigen der magnetoresistiven Schicht liegen, wirkt sich auf alle zuvor geschilderten Probleme, die bei solchen magnetoresistiven Bauelementen bestehen, '.orteilhaft aus. Dies beruht da rau·', daß die Magnetisierunpsvektoren in den Schichten großer Permeabilität grundsätzlich das gleiche Verhalten wie der Magnetisierungsvektor in der magnetoresistiven Schicht zeigen: Sie suchen im Ruhezustand die Richtung der leichten Magnetisierungsachse einzunehmen und werden durch ein äußeres Magnetfeld aus dieser Richtung herausgedreht Da jedoch die Schichten großer Permeabilität hinsichtlich ihrer Form und Dicke nicht den gleichen Einschränkungen unterworfen sind wie die magnetoresistive Schicht können sie so ausgebildet sein, daß sich die Form-Anisotropie nicht merklich auswirkt so daß die Magnetisierungsvektoren in diesen Schichten im Ruhezustand tatsächlich die Richtung der leichten Magnetisierungsachse einnehmen. Da die Magnetisierungsvektoren aller Schichten infolge der magnetostatischen Kopplung im wesentlichen parallele Richtungen einnehmen, gewährleisten die Schichten großer Permeabilität die Einstellung eines definierten und zeitlich stabilen Arbeitspunkts der magnetoresistiven Schicht Zusätzlich bewirken die Schichten großer Permeabilität eine Kanalisierung des äußeren Magnetfelds, die. zur Folge hat, daß sich die Magnetisierungsvektoren über die ganze Höhe d'.-ser Schichten und, wiederum infolge der magnetostatisi hen Kopplung, auch über die ganze Höhe der magnetoresistiven Schicht gleichmäßig drehen. Dadurch wird die maximale Empfindlichkeit erzielt Wenn ein solches magnetoresistive"' Bauelement als Lese:kopf für einen Magnetaufzeichnungsträger verwendet wird, dessen Magnetisierungszustände die Magnetfeldquelle bilden, wird dementsprechend ein erhöhtes Auflösungsvermögen erzielt, das wiederum das Lesen von Magnetauf/eichnungsträgern mit erhöhter Aufzeichnungsdichte erlaubt Schließlich ist es durch geeignete Bemessung der Dicke der Schichten großer Permeabilität möglich, für eine gegebene Magnetfeldquelle, also beispielsweise für bestimmte Magnetaufzeichnungsträger, den optimalen Dreh winkel von ±45° einzustellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden ün Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Verhalten eines magnetoresistiven Bauelements klassischer Art gegenüber einem Erregermagnetfeld, wobei das magnetoresistive Bauelement von der Kante her gesehen ist,

Fig.2 die Parameter, die zur Erläuterung der Wirkungsweise des magnetore:;istiven Bauelements in Betracht zu ziehen sind,

F i g. 3 ein Diagramm der Änderung des elektrischen Widerstands des magnetoresistiven Bauelements als Funktion des Wertes des Erregermagnetfeldes,

F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung des Verhaltens eines Ausführungsbeispiels eines magnetoresistiven Bauelements nach der Erfindung,

F i g. 5 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung für das magnetoresiswve Bauelement nach der Erfindung,

F i g. 6 eine der F i g. 3 entsprechende Darstellung für das magnetoresiitive Bauelement nach der Erfindung,

F i g. 7 eine Seitenansicht eines weiteren praktischen Ausführungsbeispiels eines magnetoresistiven Bauelements nach der Erfindung,

Fig.8 eine Vorderansicht des mafjnetoiesistiven Bauelements von Fig. 7,

F i g. 9 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des magnetoresistiven Bauelements nach der Erfindung,

Fig. 10 eine Vorderansicht des magnetoresistiven Bauelements von Fig. 9,

F i g. 11 eine schematische Darstellung eines Beispiels

der relativen Verteilung der Orientierung der Magnetisierungsvektoren in den Bestandteilen der magnetoresistiven Bauelemente,

Fig. 12 ein Diagramm der Änderung des Widerstands als Funktion des Erregermagnetfeldes bei einem magnetoresistiven Bauelement nach der Erfindung und

Fig. 13 eine zum Teil geschnittene Teilseitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schreib-Lese-Magnetkopfes für Magnetaufzeichnungen, bei welchem die magnetoresistiven Bauelemente nach der Erfindung angewendet werden.

Es wird zunächst ein magnetoresistives Bauelement betrachtet, das ein Substrat aufweist, das nicht näher identifiziert wird, weil es für die Zwecke der Beschreibung nicht erforderlich ist, und auf diesem Substrat eine dünne Schicht mit einer Dicke von 200 bis 300 Ä aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Diese Schicht hat, wie in F i g. 2 dargestellt, eine leichte Magnetisierungsachse A, die im wesentlichen parallel zu der Flußrichtung eines elektrischen Stroms /liegt, aus dem ein Signal abgeleitet wird, wenn an das magnetoresistive Bauelement ein Magnetfeld H so angelegt wird, daß seine Richtung im wesentlichen senkrecht zu der leichten Magnetisierungsachse A und der Richtung des Stroms / steht. Es wird angenommen, daß dieses Feld von einer Magnetflußquelle 4 ( F i g. 1 und 2) ausgeht, die in der dargestellten Weise örtlich begrenzt ist, wobei ihre Breite parallel zu der Dicke des magnetoresistiven Bauelements 1 beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 5 μπι liegt, während sie sich beispielsweise über die ganze Breite des magnetoresistiven Bauelements (Fig. 2) erstreckt. Die Magnetflußquelle 4 liegt sehr nahe bei einem Rand des magnetoresistiven Bauelements, beispielsweise in einem Abstand von einigen Mikron oder weniger. Die Magnetflußquelle ist an einer Stelle dargestellt, für die ein maximales Ansprechen des magnetoresistiven Bauelements 1 erhalten wird.

Bei der Umgebungstemperatur" weist das materia! der magnetoresistiven Schicht einen Magnetoresistivitäts-Koeffizienten AR/R in der Größenordnung von 2% auf. dessen Änderung als Funktion der Stärke des Erregermagnetfeldes H im wesentlichen der qualitativen Darstellung von F i g. 3 entspricht. Wie zu erkennen ist. ist dieser Koeffizient negativ. Wenn der Wert des Erregermagnetfeldes den Wert der Anisotropiefeldstärke Η* der magnetoresistiven Schicht erreicht, wird diese in der schweren Magnetisierungsrichtung gesättigt. Damit man eine Angabe über die Richtung des Erregermagnetfeldes erhält, muß die Ordinatenachse von 0 nach O¹ verschoben werden, also die magnetoresistive Schicht durch ein zusätzliches äußeres Feld vormagnetisiert werden.

Diese Notwendigkeit kann gemäß Fig.5 dadurch vermieden werden, daß die magnetoresistive Schicht so ausgebildet wird, daß ihre leichte Magnetisierungsachse A einen Winkel θ zwischen 0 und 90° mit der Richtung des Lesestroms / einschließt Der Wert des Winkels θ kann vorzugsweise in der Nähe von 45° gewählt werden. Die Änderung des Magnetoresistivitäts-Koeffizienten ARJR als Funktion des Erregermagnetfelds H entspricht dann der Darstellung von F i g. 6. Bei einem Wert H- Hc cos Θ, wobei H_c der Wert der Koerzitivfeldstärke des anisotropen Materials der Schicht 1 ist. Hegt der Magnetisierungsvektor in der Schicht 1 senkrecht zu der Richtung des Stroms. Bei dem Wert H= H_c sin θ liegt der Magnetisicrungsvektor in dieser Schicht parallel zu der Richtung des Stroms /. Man braucht dann gemäß Fig. 12 nur davon auszugehen, daß in dem äußeren Verbraucherkreis für das vom magnetoresistiven Bauelement abgegebene Signal der Wert Ro, der dem Schnittpunkt der Ordinatenachse von Fig.6 mit der Kennlinie des Magnetoresistivitäts-KoeffiiJenten entspricht, als Bezugswert gewählt ist, um zu erreichen, daß die Polarität des Signals unmittelbar die Richtung des Erregermagnetfelds zusätzlich zu dem durch die Intensität des Signals angegebenen Wert des Erregermagnetfelds definiert. Der scheinbare Wert des Widerstands R ίο ändert sich von + R;, in — Ri, wenn sich die Feldstärke H von Hcsin #bis H_ccos ö ändert. Es ist kein Vormagnetisierungsfeld für die Schicht 1 mehr erforderlich, und es genügt, wenn der den Strom / aufnehmende Kreis beispielsweise eine Abgleichsschaltung aufweist, die einen Widerstand des Wertes R₀ enthält.

Die Empfindlichkeit der Messung hängt jedoch nicht nur von dem Magnetoresistivitäts-Koeffizienten des Materials der Schicht 1 ab, sondern auch und vor allem von der Gleichförmigkeit der Drehung des Magnetisierungsvektors in der Schicht über tieren Höhe ti. Wenn nun wieder auf F i g. 1 Bezug genommen wird, wo Kraftlinien des von der Magnetflußquelle 4 ausgehenden Feldes dargestellt sind, ist zu erkennen, daß sich dieses Feld in der Schicht 1 in Abhängigkeit von der Höhe der jeweils betrachteten Stelle in dieser Schicht ändert. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Drehung des Magnetisierungsvektors über die Höhe h der Schicht ungleichförmig und nicht kohärent ist, wodurch sich in^jesamt eine Abschwächung des Ansprechens des magnetoresistiven Bauelements ergibt. Der Wert des Erregermagnetfelds, der erforderlich ist, um die Magnetisierung der Schicht zu dreden. liegt, wie bereits erwähnt, in der Größenordnung der Anisotropiefeldstärke des Schichtmaterials, wenn die Entmagnetisierungsfelder über die Höhe h gering sind. Wenn eine örtlich begrenzte Quelle ein Magnetfeld von einigen Hundert Oersted erzeugt, wie es bei den Informations-Magnetaufzeichnur.gsträgern und den magnetischen »Linealen« der Fall ist, spricht die magnetoresistive Schicht eine Linie gleicher Feldstärke für einen Wert an, der im wesentlichen gleich dem Wert der Anisotropiefeldstärke ist, also für einen Wert in der Größenordnung von 3 Oersted bei der als Beispiel gewählten Eisen-Nikkel-Legierung. Da diese Linie gleicher Feldstärke von der Quelle weit entfernt ist, ist die Lokalisierung der Quelle durch das magnetoresistive Bauelement sehr schlecht. Das magnetoresistive Bauelement könnte daher als Lesekopf für Magnetaufzeichnungen nur dann verwendet werden, wenn die Aufzeichnungen eine sehr geringe Dichte der Ziffern oder Marken aufweisen. Es wäre natürlich erwünscht, v/enn man derartige magnetoresistive Bauelemente für das Lesen von Magnetaufzeichnungen mit großer Dichte anwenden könnte, beispielsweise für Magnetaufzeichnungen, bei denen die Speicherpunkte für die Bits und Markierungen eine maximale Breite von 5 μίτι pro Magnetisierungsbereich an den schwächstmögiichen Stellen nicht überschreiten, die ihrerseits maximal 15 μπι für Punktbreiten von 5 μηη nicht überschreiten.

Um diesen Empfindlichkeitsmangel zu beseitigen und dadurch die Auflösung des magnetoresistiven Bauelements beim Lesen zu erhöhen ist es gemäß F i g. 4 vorgesehen, ein Bauelement auszubilden, das wenigstens eine magnetoresistive Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von enigen Hundert Ängström, beispielsweise 200 oder 300 A, aufweist die zwischen zwei dickeren Schichten 2 und 3 mit großer Permeabilität liegt Diese Schichten sind ebenfalls magnetisch aniso-

tmp. Jede dieser Schichten kann beispielsweise eine Dicke von wenigstens 1000 Ä haben, die bis zu 5 μπι und mehr gehen kann, wobei diese Dicke an sich in keiner Weise kritisch ist, aber an die physikalischen Parameter angepaßt sein muß, wie aji die Feldstärke der Erregermagnetfelder, in denen die magnetoresistiven Bauelemente arbeiten müssen. Diese Schichten stehen in magntijstatischer Kopplung mit der magnetoresistiven Schicht und sind von dieser beispielsweise durch dielektrische Filme, beispielsweise aus Siliziumdioxid, getrennt. Die Dicke jeder dielektrischen Schicht ist klein, doch ist es vor allem notwendig, daß sie keine Poren aufweist, durch welche die Materialien der von ihr getrennten Schichten in Kontakt gebracht werden. Eine Dicke von einigen Hundert Angstrom ist hierfür ausreichend.

Falls erforderlich, können auf einer Seite oder auf beiden Seiten der magnetoresistiven Schicht mehr als Schichten 2 und 3 in einer Linie mit dem Magnetisierungsvektor der Schicht 1 (Fig. 11) bis auf eine Richtungsumkehr für den Magnetisierungsvektor einer Schicht, beispielsweise der Schicht 3, wobei in F i g. 11 angenommen ist, daß der Winkel θ in der Nähe von 45° liegt. Je nach der Eigendicke der Schichten 2 und 3 drehen sich deren Magnetisierungsvektoren um einen bestimmten Winkel, wenn sie einem Erregermagnetfeld ausgesetzt werden, und zwar kohärent über ihre ganze Höhe. Infolge der magnetostatischen Kopplung hat die Drehung der Magnetisierungsvektoren der Schichten großer Permeabilität auch die Drehung des Magnetisierungsvektors der magnetoresistiven Schicht zur Folge, und für eine gewisse Dicke der Schichten 2 und 3 kann der Drehwinkel auf den Wert Θ, im vorliegenden Fall also 45°, eingestellt werden. Diese Dicke muß in Abhängigkeit von Parametern der Aufzeichnungsträger bestimmt werden, mit denen die Bauelemente zusammen

eine Schicht großer Permeabilität nach Art der Schich- arbeiten scücn. Ein Bauelement der beschriebenen Art

ten 2 und 3 vorgesehen werden. Man kann auch, falls erforderlich, Bauelemente der dargestellten Art aufeinanderstapeln, also ein Bauelement herstellen, das eine magnetoresistive Schicht zwischen zwei Schichten großer Permeabilität aufweist, dann eine weitere magnetoresistive Schicht auf jeder dieser Schichten großer Permeabilität, eine weitere Schicht großer Permeabilität auf jeder dieser magnetoresistiven Schichten usw. Das Material der Schichten 2, 3 usw. kann, falls erwünscht, das gleiche Material wie in den magnetoresistiven Schichten sein. Zur Erzielung der erforderlichen mechanisjien Festigkeit des Bauelements kann beispielsweise an einer Seite des Stapels ein dielektrisches Substrat angebracht sein.

Die Schichten großer Permeabilität kanalisieren die Kraftlinien des Erregermagnetfeldes, wie in F i g. 4 zu erkennen ist, was zur Folge hat, daß die magnetoresistive Schicht 1, wenn sie der Wirkung der Magnetflußquelle ausgesetzt ist. sich in einem praktisch gleichförmigen Magnetfeld befindet, so daß die Drehung der Magnetisierung ihres Materials kohärent, die Empfindlichkeit maximal und die Lokalisierung der Flußquelle gewährleistet sind. Die Drehung der Magnetisierung in den Schichten großer Permeabilität (groß infolge ihrer eigenen Dicke) ist nämlich kohärent, und daher ist die Drehung der Magnetisierung in der zwischen ihnen liegenden magnetoresistiven Schicht in ihrer Ebene konstant und einem Erregerrnagnetfeld von gleicher Größenordnung wie ihrer Koerzitivfeldstärke ausgesetzt, so daß sich die Schichten großer Permeabilität also wie ein »Transformator« für den Wert des Magnetfeldes verhalten. Die Gesamtdicke des Bauelements definiert die Breite eines »Fensters« für die Lokalisierung. Der gleichförmige Magnetfluß, in dem sich die magnetoresistive Schicht befindet hat ein Maximum, wenn die Achse dieses Fensters mit der vertikalen Ebene zusammenfällt die durch die Quelle des Erregermagnetfeldes H geht

Es ist zu bemerken, daß ein Bauelement der beschriebenen Art darüber hinaus die Anwendung von magnetoresistiven Bauelementen ermöglicht die merkliche Entmagnetisierungsfelder erzeugen, da es diese Felder »kurzschließt«.

Die Schichten großer Permeabilität haben infolge der Tatsache, daß sie zu beiden Seiten der magnetoresistiven Schicht liegen, einen weiteren Effekt, der zu dem Effekt der Ausrichtung der leichten Magnetisierungsachse dieser Schicht im Winkel θ hinzukomm ·- Im Ruhezustand liegen die Magnetisierungsvekioren der kann somit füi das Ablesen einer besonderen Magnetaufzeichnung vorbestimmt werden, was an sich ein Vorteil für den endgültigen Wirkungsgrad der Anordnung ist. Zu diesem Zweck genügt es, die Dicke E und die Remanenzinduktion Order Schichten großer Permeabilität an die Dicke e und die Remanenzinduktion Bra des Aufzeichnungsträgers nach der folgenden Gleichung anzupassen:

(E) ■ Br<K ■ e · Br₀,

wobei K ein Wirkungsgradfaktor ist, der sich in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers und der ihr gegenüberliegenden Fläche des Bauelements während der Anwendung ändert; wenn dieser Abstand 0 ist, gilt K= \.

Als Anhaltspunkt sind in der folgenden Tabelle Beispiele angegeben, mit denen eine Drehung des Magnetisierungsvektors um 45° in den Schichten des Bauelements erhalten werden kann:

Aufzeichnungsschichten:
e^m] Br₀ [Gauß]

Schichten 2 und 3:
Ε[μ.τι] ßr[Gauß]

13	1 000	1,2	10000
8	1 000	0.7	10 000
0,2	10000	0,18	10 000
0,1	10 000	0,1	10 000

Für die praktische Ausführung der beschriebenen Bauelemente kann man beispielsweise eine der in Fig.7 und 8 bzw. in 9 und 10 dargestellten Ausführ-ingsformen anwenden.

Bei dem Ausführungsbeispiet von F i g. 7 und 8 ist die niagnetoresistive Schicht 1 aus zickzackförmig angeordneten Segmenten gebildet, die um 45° gegen den Rand der Schicht 2 geneigt sind, wobei ein Stromeingang 5 und ein Stromausgang 6 vorgesehen sind. Die leichte Magnetisierungsachse des Materials der Schicht ist bei A angegeben; sie liegt also im Winkel von 45° gegen die Richtung des Stromflusses in der magnetoresistiven Schicht Natürlich liegt zwischen der Schicht 2 und der magnetoresistiven Schicht 1 wie auch zwischen der magnetoresistiven Schicht 1 und der Schicht 3 jeweils ein dielektrischer Film, wie bei 7 und 8 in F i g. 7 zu erkennen ist

Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 9 und 10 ist die magnetoresistive Schicht 1 aus einem Streifen der erforderlichen Höhe gebildet, der parallel zum unteren Rand der Schicht 2 liegt und von dieser durch einen

dielektrischen Film 7 sowie von der Schicht 3 durch einen weiteren dielektrischen Film 8 getrennt ist. Die Richtung der leichten Magnetisierungsachsen der Schichten ist bei A angegeben; sie ist um 45° gegen die Ränder der Bestandteile des Bauelements geneigt, steht also im Winkel von 45° zu der Richtung des Stromflusses in der magnetoresistiven Schicht 1, deren Stromeingang 5 und Stromausgang 6 in F i g. 10 gezeigt sind.

Bei diesen Beispielen, bei denen natürlich wenigstens auf einer Seite des »Stapels« sich ein nicht dargestelltes starres Substrat befindet, ist die magnetoresistive Schicht innerhalb der Schichten großer Permeabilität gezeigt. Diese Anordnung ist zweckmäßig, denn wenn das Bauelement bei der Verwendung auf einem unter ihm ablaufenden Aufzeichnungsträger schleift, ist die Lebensdauer verlängert, weil die mechanische Abnutzung die Stelle der eigentlichen magnetoresistiven Schicht erst später erreicht.

Die Technologie der Bildung der Dünnschichten ist so allgemein bekannt, daß hier nicht mehr darauf eingegangen zu werden braucht.

Jedes in der beschriebenen Weise ausgebildete magnetoresistive Bauelement kann ohne weiteres direkt als Wandler für das Ablesen von Magnetaufzeichnungen angewendet werden. Es kann ferner vorteilhaft beim Aufbau von Schreib-Lese-Magnetköpfen Verwendung finden, d. h. von Wandlern, die ebensogut zum Ablesen einer Magnetaufzeichnung wie zur Herstellung der Magnetaufzeichnung auf einem entsprechenden Aufzeichnungsträger geeignet sind.

Wenn nämlich kein Strom in der bzw. jeder magnetoresistiven Schicht vorhanden ist, die noch dazu vorzugsweise in einem Stapel der zuvor beschriebenen Art in Serie verbunden werden können, verhält sich ein solches Bauelement ausschließlich wie ein Magnetjoch für die Flußkonzentration. Wenn gemäß F i g. 13 zwei Bauelemente 10 und 11, die jeweils aus einem solchen Stapel bestehen, so zusammengebaut werden, daß zwischen ihnen am einen Ende ein Luftspalt besteht, in dem Leiter 12 angeordnet werden, entsteht ein Wandler, der beim Lesen, wenn den magnetoresistiven Schichten in den Stapeln 10 und 11 ein Strom zugeführt wird, das Abnehmen der Informationen mit einem Leseluftspalt EL bewirkt., und der heim Schreiben, wenn die magnetoresistiven Schichten inaktiv sind, aber durch die Leiter 12 Schreibströme geschickt werden, das Schreiben auf dem Aufzeichnungsträger mit dem Schreibluftspalt ER bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

tung des Erregermagnetfelds, und die leichte Magneti-

Patentansprüche: sierungsachse bildet einen Winkel von etwa 45° mit der ■ Stromrichtung und somit auch mit der Richtung des ': 1. Magnetoresistives Bauelement, das wenigstens Erregermagnetf elds. Die Wirkung beruht auf der Ande-1 eine dünne magnetoresistive Schicht aus magnetisch 5 rung des elektrischen Widerstands des anisotropen rr.a- ^; anisotropem Material enthält, die bei Erregung gnetoresistiven Materials in Abhängigkeit von der Stärdurch ein Magnetfeld, das von einer örtlich begrenz- ke einer parallel zur Schichtebene liegenden Magnetten, in der Nähe eines ihrer Ränder liegenden Quelle feldkomponente infolge der Drehung des Magnetisiestammt, die Stärke eines Stroms, der in einer um rungsvektors. Die Widerstandsänderung hängt vom Coetwa 45° gegen die leichte Magnetisierungsachse 10 sinus des Winkels zwischen dem Magnetisierungsvektor geneigten Richtung durch die magnetoresistive und der Stromrichtung ab.

Schicht fließt, entsprechend der Änderung ihres von Die Ausbildung einer leichten Magnetisierungsachse der Feldstärke abhängigen elektrischen Wider- im Winkel von etwa 45° zur Stromrichtung hat den stands verändert, dadurch gekennzeich- Zweck, dem Magnetisierungsvektor im Ruhezustand, net, daß die magnetoresistive Schicht (1) zwischen 15 ± h. wenn kein äußeres Magnetfeld auf die magnetorernagnetischen Schichten (2,3) großer Permeabilität S:stive Schicht einwirkt, den gleichen Winkel gegenüber liegt die elektrisch von der magnetoresistiven der Stromrichtung zu erteilen, damit entgegengesetzt Schicht (1) isoliert, aber mit dieser magnetostatisch gerichtete äußere Magnetfelder, die den Magnetisiegekoppelt sind, daß das Material der Schichten (2,3) rungsvektor in entgegengesetzten Richtungen aus seigroßer Permeabilität anisotrop ist, und daß die leich- 20 ner Ruhelage drehen, entgegengesetzte Widerstandsänten Magnet^ierungsachsen (A) der Schichten (2, 3) derungen zur Folge haben. Auf diese Weise ist nicht nur großer Permeabilität im wesentlichen parallel zu der Betrag, sondern auch die Richtung des äußeren Maderjenigen der magnetoresistiven Schicht (1) liegen. gnetfelds feststellbar, denn ein positiv gerichtetes Ma-2. Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch gnetfeld verursacht eine Verkleinerung und ein negativ

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der 25 gerichtetes Magnetfeld eine Vergrößerung des WiderSchichten großer Permeabilität (2,3) wenigstens das stands. Außerdem ist die Widerstandsänderung als Vierfache der Dicke der magnetoresistiven Schicht Funktion der Änderung des Magnetfelds in der Umge-(1) beträgt bung des Arbeitspuiutes am größten.

, 3. Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch Die Anwendung dieser bekannten magnetoresistiven

2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive 30 Bauelemente stößt jedoch auf gewisse Schwierigkeiten. Schicht (1) und die Schichten großer Permeabilität Infolge der örtlichen Konzentration der Magnetfeldes) aus dergleichen Material gebildet sind, quelle an einem Rand der Schicht ist das Magnetfeld

4. Magnetoresistive«: Bauelement nach einem der über die senkrecht zur Magnetfeldquelle liegende Höhe Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schicht nicht gleichförmig, so daß die Drehung des Schichten großer Permeabilität '2,3) ihrerseits zwi- 35 Magnetisierungsvektors und demzufolge auch die Wischen magnetoresistiven Schichten liegen, die wie- derstandsänderung über die Höhe der Schicht ungleichderum zwischen Schichten großer Permeabilität lie- förmig ist Dies hat eine Verringerung der Empfindlichgen usw, so daß ein regelmäßiger Stapel gebildet ist, keit zur Folge. Ferner definiert die erhaltene Widerder auf beiden Seiten in Schichten großer Permeabi- Standsänderung keine genaue Lage der Magnetfeldlität endet. 40 quelle in bezug auf die Schichteben.;., wodurch das Auf-

5. Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch lösungsvermögen begrenzt ist. Dies ist insbesondere 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines beim Lesen von Magnetaufzeichnungsträgern mit ho-Schreib-Lese-Magnetkopfs an einer im Innern des her Aufzeichnungsdichte nachteilig. Zur Verminderung Stapels liegenden Stelle zwischen zwei Schichten dieser beiden Nachteile verwendet man vorzugsweise großer Permeabilität wenigstens eine als Leiter für 45 magnetoresistive Schichten, deren Länge parallel zum den Schreibstrom dienende elektrisch leitende Aufzeichnungsträger groß gegen die Höhe senkrecht Schicht (12) eingefügt ist, die von den sie umgeben- zum Aufzeichnungsträger ist.

den Schichten isoliert ist ( F i g. 13). Die Einstellung des Arbeitspunktes durch die Rich

tung der leichten Magnetisierungsachse erübrigt die aus

50 der US-PS 34 93 694 bekannte Anwendung eines Vormagnetisierungsfeldes zu dem gleichen Zweck. In dieser Patentschrift ist ein magnetoresistives Bauelement be-