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Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin:
B0 971 043/972 023 Vorrichtung zur Ermittlung magnetischer Feldstärken Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung magnetischer Feldstärken durch
Umwandlung des einwirkenden Magnetflusses in elektrische Widerstandswerte.
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Magnetosensitive Elemente erfahren eine Widerstandsänderung als Funktion
eines Magnetflusses, dem sie ausgesetzt sind. Diese Eigeschaft steht im Gegensatz
zu jener konventionaller Vorrichtungen, welche die zeitlichen Ändern daß das Magnetflusses
d#/dt erfassen und deshalb entegratteres Signale erzeugen, die von der Änderungsgeschwindigkeit
und nicht von der Anzahl der erfassten
Flusslinien abhängig sind.
So ist beispielsweise das Ausgangssignal eines konventionellen Kopfes zum Abfühlen
von Information auf einem magnetischem Medium eine Funktion der Geschwindigkeit
des Mediums. Diese ist für die Aenderungsgeschwindigkeitdes vom Kopf erfassten Magnetflusses
bestimmend. Anwendbar ist dieses Verfahren nur in einemverhältmässig engen Bereich
mittlerer Geschwindigkeiten. Anderseits liefert ein magnetoresistives Element konstante
Ausgangsignale in einem aussergewöhnlich weiten Bereich von Geschwindigkeiten, da
seine Funktion von der Aenderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses unabhängig ist.
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Der magnetoresistive (MR-)Effekt unterscheidet su#ich such vom Hall-Effekt.
Bei letzterem erzeugt ein magnetisches Feld ein elektrisches Potential in einem
bestimmten Material als Funktion derMagnetflussdichte B.Hall- wie auch magnetoresistive
Elemente senitigen keine Bewegung mit Bezug auf das Magnetfeld. Sie sind jedoch
recht verschieden @ der @@-bezüglich des verwendeten Werkstoffes der Erzeugung wird
Rauschen, das nutzbarem Begrenzbereiches, der Herstellungsprobleme, u. z. Aus der
amerikanischen Patentschrift @
3.379.895 geht hervor, dass zwischen
magnetoresistiven und Hall-Elementen Gegensätze bestehen.
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Die Widerstandsänderung eines MR-Elementes ist im wesentlichen eine
nichtlineare Funktion der magnetischen Feldstärke H, deren Wirkung das Element ausgesetzt
ist. Bei fast allen Anwendungen, so auch Üür Leseköpfe, ist es wünschenswert, solche
Elemente in ihrem möglichst linearen Bereich zu betreiben. Dies wird üblicherweise
durch konstante Vormagnetisierung mittels eines Elektromagneten oder eines Permanentmagnetell
erzielt, wie den US-Patentschriften Nr.
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1.596.558 bzw. Nr. 2.500.953 entnommen werden kann. U.n die Abmessungen
von MR-Elementen zu reduzieren, werden diese in Dünnschicht-Technologie hergestellt.
Das als Film auf einem Substrat niedergeschlagene Element wird vormagnetisiert,
indem durch eine weitere dünne Schicht ein elektrischer Strom geleitet wird. In
der US-Patentschrift Nr.
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3.016-507 ist ein MR-Element als Dünnschicht beschrieben, das einen
durch eine Isolationsschicht getrennten dünnen Leiter zwecks Erzeugung der Vormagnetisierung
aufweist. Im US-Patnet Nr. 3.366.939 wird die Funktion des separaten Leiters ersetzt
durch einen steuerstrom, der ein dünnes
MR-Element durchfliesst
und ein Magnetfeld erzeugt.
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Dadurch wird eine Widerstandsänderung det MR-Schicht bewirkt, und
eine besondere Signalauswerteschaltung übernimmt das Abfühlen der jeweiligen Widerstandswerte.
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Nach der amerikanischen Patentschrift Nr. 3.678.478 hingegen wird
eine teilweise Eigenvormagnetisierung von separaten Schichten erzielt, die Einzelwand-Domänen
enthalten.
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In den genannten und weiteren Veröffentlicllungen ist nirgends die
Vermeidung der separaten Vormagnetisierung und der Abfühlschaltungen, die für ein
dünnschichtiges MR-Element in einem Lesekopf benötigt werden, das angestrebte Ziel
gewesen. Es wurdenz.B. MR-Elemente aus mehreren verschiedenen Magnetschichten, worunter
solche mit Zwischenisolation, vorgeschlagen. Härtung der Schichten durch Zusätze
von Kupfer, Aluminium usw. war ein Problem, ein anderes die Kürzung von magnetischen
Nebenschlüssen oder das Kurzschliessen von Hall-Magnetfeldern, die beide die erwartete
Beeinträchtigung der Empfindlichkeit- eines MR-Elementes verhindern sollten. Nicht
zuletzt werden in
der US-Patentschrift Nr. -3.493.694 zwecks Konzentration
des Magnetfeldes für einen-Lesekopf mit konventionell vorgespanntem MR-Element zusätzliche
Ferritschichten vorgeschlagen. Sodann beschreiben Ahn und Hendel in einem Artikel
im "IBM Technical Disclosure bulletin", NoVember 1971, Seite 1850, die Verbesserung
eines Vorspann Magnetfeldes in einer Vorrichtung mit Magnetbiasen durch Aufbringen
einer magnetisch vorgespannten Permalloy-Schicht auf das magnetische Substrat, wodurch
das äussere Vorspann feld um mindestens 25 t reduziert werden kann.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird nun bezweckt, vollständig ohne
äusseres Vorspann-Magnetfeld auszukommen und gleichzeitig die Leistung sowie die
Zuverlässigkeit von magnetoresistiven Elementen zu erhöhen. Die :j-achstehend anhand
der Zeichnung beschriebene Vorrichtung erlaubt die Herstellung ungewöhnlich einfacher
und brauchbare: Leseköpfe und Abfühlschaltungen, die über einen weiten Bereich der
Geschwindigkeit eines magnetischen Mediums verwendbar sind. Es zeigen:
Fig.
la, b die Darstellung der erfinderischen Vorrichtung bestehend aus zwei Schichten,
und die dazugehörige Arbeitskennlinie, Fig. 2 eine abweichende Ausführung der Vorrichtung
von Fig. la, Fig. 3 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung der Vorrichtung
nadi Fig. 2 zur Erläuterung ihres Aufbaus, Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zum Abfühlen
der von den Vorrichtungen nach Fig. 2 und 3 erzeugten Signale, und Fig. 5 die Arbeitskennlinie
der Vorrichtung aus Fig. 2.
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In der Fig. la ist ein magnetoresistiver (MR) Film l.dargestellt,
der mit einer dahinter liegenden Schicht 2 in intimem elektrischem Kontakt steht.
Eine oder beide dieser Schichten können von einem Substrat getragen werden. Sie
bilden zusammen
eine magnetoresistive Vorrichtung mit demZweck,
magnetischen Fluss abzufühlen. Die Vorrichtung kann als fester, beweglicher, von
Hand bedienter usf. Wandler zum Abfühlen von magnetischem, von gespeicherter Information
stamniendem Fluss gebraucht werden. Die Speicherung kann auf einem Medium 9 beispielsweise
auf Magnetband, auf einer Scheibe oder einer Trommel usw. erfolgt sein. Magnetisierungsniuster,
die sich auf dem Medium befinden, werden auf die WR-Schicht einwirken und deren
Widerstand in Funktion der von den Mustern darzustellenden Information beeinflussen.
Ein elektrischer Strom wird über den Zuführungsdraht 3 von einer Spannungsquelle
V-gellefert. Der Strom dringt in die Schichten 1 und 2 gleichzeitig ein und durchfliesst
beide zusammen. Ein Eintrittspunkt ist deshalb an der Trennlinie der beiden Schichten
eingezeichnet, weil der Strom zuerst in Schicht 1 oder in Schicht 2 eindringen kann.
Der im Draht 3 fliessende Strom wird von der angelegten Spannung bestimmt und,entsprechend
dem Ohm'schen Gesetz, von dem Gesamtwiderstand des Drahtes 3, der Schichten 1 und
2 sowie des Widerstandes 4.
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Daher erscheint am Ausgang 5 eine Spannung, die dem Gesamtwiderstand
der Schichten 1 und 2 umgekehrt proportional ist.
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Der durch die Schichten 1 und 2 fliessende Strom verteilt sich auf
diese, und zwar umgekehrt proportional zu deren Widerstand. Dabei erzeugt der durch
die Schicht 2 fliessende Stromanteil ein Magnetfeld 7, das auf die MR-Schicht 1
einwirkt. Dadurch wird also die MR-Schicht 1 magnetisch vorgespannt. Obwohl der
durch die MR-Schicht fliessende Stromanteil ebenfalls ein die Nachbarschicht 2 umfassendes
Magnetfeld 7 erzeugt, so wird letzteres in der vorliegenden Erfindung nicht benutzt.
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Die Fig. lb dient dem besseren Verständnis der Wirkung der Vormagnetisierung
der MR-Schicht 1. Die dargestellte Kurve gibt die Widerstandsänderung AR in Funktion
des magnetischen Flusses k an. Ein als Eingangssignal wirkendes Magnetfeld, das
von einem zugehörigen magnetischen Medium stammt, verursacht eine Widerstandsänderung
im Ausgangskreis, ausgehend von einem Wert aRBJ der durch die Vormagnetisierung
4>B bestimmt ist. Die Vormagnetisierung ist zur Erlangung eines Ausgangssignals
mit den geringsten Verzerrungen so zu wählen, dass der Wert ARB in die linearste
Strecke der gezeigten Kennlinie fällt. In der vorliegenden Erfindung ist B eine
Funktion
des durch die Schicht 2 fliessenden Stroinanteils. Das
Vorhandensein dieser Schicht erbringt aber noch einen anderen Vorteil.
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Bei der Herstellung von Vorrichtungen mit sehr dünnen Schichten treten
in einer oder mehreren dieser Schichten öfter defekte Stellen auf. Gemäss der Fig.
la lYird angenommen, dass während des Aufbringens der Schicht 1 auf die Schicht
2 ein Loch 6 entstanden ist. Es ist zu beachten, dass währen eines Herstellungsvorganges
oder nachher bei der Benutzung einer solchen Vorrichtung vielerlei Arten von Defekten
entstehen können. Beispielsweise können häufig Risse in der einen oder anderen Schicht
festgestellt werden.
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Solche Defekte bilden eine Sperre für den Stromfluss und beeinflussen
daher den Betrieb der Schaltungsanordnung, in der die Vorrichtung benutzt wird,
indem der Widerstand der MR-Schicht nicht die gewünschte Beziehung zum einwirkenden,
äusseren Magnetfeld zum Ausdruck bringt. Der Strom I fliesst zur Umgehung des Defektes
6 durch die Schicht 2. Beim Fehlen einer zweiten Schicht würde die defekte Stelle
eine merkliche Behinderung für den Strom I in der Schicht 1 darstellen. Dank
der
vorhandenen Schicht 2 kann jetzt aber der Strom die defekte Stelle umfahren und
praktisch unbehindert die kombinierten Schichten 1 und 2 durchfliessen.
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Die Wahl des Materials für die Schichten 1 und 2 in der Fig. la ist
wichtig. Für die MR-Schicht 1 kommt irgendein zweckentsprechendes Material mit magnetoresistivem
Effekt in Frage. Nickel-Eisen (NiFe) wird beispielsweise als eine geeignete Lösung
für die Schicht 1 gehalten, weil dieses-Material geringe Koerzitivfeldstärke Hc,
hohe Permeabilität und natürlich gute magnetoresistive Elapfindlichkeit aufweist.
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Zu den Stoffen, welche diese Anforderungen erfüllen, gehören ausser
Nickel-Eisen (Permalloy) noch Nickel u.w. Bei der Dickemfahl für die Schicht 2 müssen
ganz dünne Filme vermieden werden, weil sie nur schwierig aufzubringen sind und
keinen homogenen elektrischen Widerstandaufweisen. Ebenso sind sehr dicke Schichten
ungeeignet, da wegen ihrer rauhen Oberfläche auf ihnen kein MR-Film niedergeschlagen
werden kann. Wenn also eine sehr dünne MR-Schicht 1 von etwa 300 benutzt wird, dann
ist eine diesbezügiich <lickere, Nebenschluss und Vormagnetisierung erzeugende
Schicht von der
Grössenordnung 1350 Å zu bevorzugen, was die Verarbeitung
sehr erleichtern würde. Die Widerstände der Nebenschlussschicht 2 und der MR-Schicht
1 müssen solche Werte haben, dass durch die Schicht 2 genügend Strom fliesst, um
die' Schicht 1 vorzumagnetisieren. Dies trifft für verschiedene Stromverteilungen
zu, beispielweise dann, wenn die Widerstände etwa gleich sind und daher die Schicht
2 annähernd 50 % des Stromes aufnimmt. Es ist festgestellt worden, dass diese Halbierung
des Stromes brauchbare Ausgangswerte ergibt, dass aber auch andere Aufteilungen
befriedigend ausfallen.
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Versuche haben zum Beispiel gezeigt, dass eine Stromübernahme durch
die Schicht 2 von 60 t oder nur 40 t etwa 96 t der Güte einer Stromhalbierung erreicht.
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Der spezifische Widerstand des Nebonch-iussmaterials sollte zu jenem
des Materials für die MR-Schicht 1 in einem Verhältnis stehen, das erlaubt, dieweiter
oben erwähnten Kriterien bezüglich Dicke und Stronverteilung zu verwirklichen. Der
spezifische Widerstand dr Nebenschlusschicht 2 darf auch viel höher sein, wenn nur
suf Stabilisierung d.h.
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Verminderung des Einflusses von Dfekten Wert gelegt wird.
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In so einem Fall würde der Strom für wirksame Vormagnetisierung zu
klein ausfallen. Titan (Ti) besitzt einen erwünschten spezifischen Widerstand von
75 Mikro-Ohm-Zentimeter im Vergleich zu 20 Mikro-Ohm-Zentimeter für Nickel-Eisen
der MR-Schicht 1. Gold (Au) mit 2,35 Mikro-Ohm-Zentimeter und Kupfer mit 2,00 Mikro-Ohm-Zentimeter
eignen sich nicht. Tantal (Ta) ist nicht geprüft worden, obwohl vermute-t wird,
dass es dem Titan ähnliche Qualitäten aufweist. Es besitzt aber einen spezifischen
Widerstand, der jenem von Nickel-Eisen sehr nahe. kommt.
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Zusätzlich zu den vorangegangenen Ueberlegungen bezüglich des Materials
muss die Nebenschlusschicht 2 während des Herstellungsvorgangs leicht und kerbfrei
geätzt werden können. Sie muss auch auf einem ver£-gbaren Substrat haften. So ist
beispielsweise Rhodiur.i (Rh) kein geeignetes Material für den Nebenschluss, da
es nicht ätzbar ist. Das Material des Nebenschlusses darf auch nicht Veränderungen
durch Elektronenwanderung oder wechselseitigen Einflüssen bezüglich der Schicht
1 sowie anderen Schichten, die es berührt, unterliegen. Chrom (Cr) wurde als ungeeignet
befunden,
wenn für die MR-Schicht l Nickel-Eisen benutzt wird, es sei denn, man verwende zwischen
den beiden eine Trennschicht. Da es aber von Vorteil ist, keine Trennschicht zu
verwenden, so ist folglich Chrom als Nebenschluss nicht zweckdienlich.
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In der Fig. 2 ist eine andere Ausführung der erfinderischen Vorrichtung
von Fig. la dargestellt und wird im folgenden erläutert. Sie umfasst eine MR-Schicht
10 und eine Nebenschlusschicht 11 in der Form des grossen Buchstabens E, wodurch
der Anschluss der Drähte 12, 13 und 14 ermöglicht wird. Die Formgebung der Vorrichtung
ähnlich dem Buchstaben E ist nur soweit von Bedeutung, als dadurch der Anschluss
eines Mittelabgriffs 13 auf halber Strecke zwischen den Anschlüssen 12 und 14 erfolgen
kann. Irgendein Medium, z.B.
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ein magnetband 9, ist schematisch zur Vorrichtung in Beziehung gesetzt,
um dadurch die Quelle eines magnetischen Flusses anzudeuten. Die Vorrichtung kann
natürlich noch anderen Verwendungszwecken dienen und das magnetische Medium verschiedene
andere Formen, wie z.B. die einer Trommel oder Scheibe, annehmen. Verwendung und
Betrieb dieser Vorrichtung werden später mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 erläutert
werden.
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Anhand der Fig. 3 wird nun der detaillierte Aufbau sowie ein Verfahren
zur Herstellung der Vorrichtung von Fig. 2 erklärt. Die MR-Schicht 10 aus Nickel-Eisen
und die Titan-Schicht 11 der Fig. 2 sind nun auf einer Schicht 18 Aluminiumoxyd
Al203 aufgebracht, die ihrerseits auf einem Ferrit-Polstück 16 befestigt ist. Die
kupfernen Anschlussdrähte 12, 13 und 14 sind je mit einem Kupferstreifen 15 verbunden,
der auf der Nickel-Eisen- Schicht 10 aufgebracht worden ist. Eine weitere Schicht
19 Aluminiumoxyd bedeckt die Vorrichtung und ein weiteres Polstück 17 ergänzt diese
im vorliegenden Fall zu einem abgeschirmten Magnetkopf. Die Pol stücke 16 und 17
bilden zusammen einen geschlossenen magnetischen Pfad einschliesslich eirem nicht
eingezeichneten rückwärtigen Luftspalt. Die Schichten 18 und 19 aus Aluminiumoxyd
ergeben eine abriebfeste Fläche an der Oberfläche des Kopfes und trennen die Ma:-ietschichten
10 und 11 von den Ferrit-Polstücken. Wenr Abnut.ungswiderstand nicht gefragt oder
in anderer Weise erzielt ist, so können die A12O3-Schichten gegen einen Ersatz ausgetauscht
werden. Die Ferrit-Blöcke 16 und 17 bilden einen nagnetischen Kreis und lenken zugleich
unerwünschte magnetische Felder von der MR-Schicht 10 ab.
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Nachstehend ist nun als Erläuterung ein Verfahren zur Herstellung
des Magnetkopfes nach der Fig. 3 beschrieben: Schritt 1 Ein Perrit-Substrat wird
beschafft.
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Schritt 2 Auf dessen ganzer Oberfläche wird A1203 bis zu einer Dicke
von 0,63 µm aufgesprüht.
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Schritt 3 Auf das Aluminiumoxyd wird unter Vakuum Titan (Ti) bis zu
einer Dicke von 1300 Å niederge-' schlagen.
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Schritt 4 Auf das Titan wird mit einer Dicke von 600 R Permalloy aufgebracht.
Das Permalloy wird während des Aufbringens durch ein agnetfeld von 40 Oersted so
orientiert , dass die durch einen Pfeil angedeutete leichte Achse entsteht.
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Schritt 5 Das Vakuum wird abgebrochen und das Substrat für den nächsten
Schritt mit einer Maske überdeckt.
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Schritt 6 Unter neuem Vakuum wird auf das Permalloy eine 0,50 pm-dicke
Schicht Kupfer niedergebracllt, wobei kein Kupfer in den Bereich der Halsenge gelangen
darf.
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Schritt 7 Das metallisierte Substrat wird mit Photoresist überdeckt,
um- das Muster zaia Abfühlen einer Informationsspur freilegen zu können.
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Schritt 8 Permalloy und Kupfer werden mit einer Eisenchlorid-Lösung
weggeätzt.
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Schritt 9 Das geä-tzte Material wird gespült und getrocknet.
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Schritt 10 Das Titan wird mit Fluorasserstoffsäure weggeätzt und die
Photoresist-Ueberdeckung entfernt.
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Schritt 11 Auf der ganzen Oberfläche wird jetzt A1203 bis zu einer
Dicke von 0,25 ym aufgesprüht, damit die Schenkel vor dem Anschliesstn von Drähten
geschützt sind.
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Schritt 12 Zur Freilegung des Kupférstleifens 15 wird das Aluminiumoxyd
mit einem geeigneten Aetzmittel entfernt.
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Schritt 13 Mit Hilfe üblicher Technik werden Anschlussdrähte angebracht.
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Schritt 14 Ein Ferritblock wird auf die entstandene Vorrichtung gesetzt.
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Mit Bezug auf die Fig. 4 und S soll nun die Schaltung zur Benutzung
der Vorrichtung von Fig. 2 und 3 sowie deren Betrieb beschrieben werden Die Anschlüsse
des Wandlers 12, 13 und 14 dienen der Verbindung desselben mit zwei zusätzlichen
Ausgleichswiderständen 20 und 21 zu einer aus vier Zweigen aufgebauten Brückenschaltung.
Der Wert dieser Widerstände ist so gewählt, damit einerseits der richtige Vormagnetisierstrom
durch die Schichten 10 und 11 des Wandlers fliesst und anderseits cie Brücke im
Gleichgewicht ist. Ein Differenzverstärker 22 und eine Spannungs quelle V sind als
Diagonalen mit der .r?irückenschaltung verbunden. Das am Ausgang 23 des Differenzverstärkers
erscheiwende Signal vermittelt ein genaues Bild der Widerstandsänderungen der Schichten
10 und 11. Verzerrungen, die auf der Nichtlinearität der Kurve von Fig. 5 beruhen,
werden gleichzeitig gedämpft.
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In der Fig. 5 sind typische Wiedergabekurven für die gleich und symmetrisch
vormagnetisierten, ar,renzenden MR-Zweige R1 und R2 der Fig. 4 abgebildet. Jeder
MR-Zweig weist eine kleine Widerstandsänderung AR,l bzw. #R2 auf, wenn er unter
den Einfluss eines entsprechenden Magnetflusses # gerät.
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Ohne Vormagnetisierung des MR-Elementes erzeugt ein Magnetflusswechsel
stets nur eine Art Widerstandsänderung.
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Wie der Kennlinie abgelesen werden kann, ist die Wiedergabe einer
Magnetflussänderung in einer Richtung nicht linear. Im allgemeinen wird ein Arbeitspunkt
dadurch gewählt, dass zur Vormagnetisierung ein Magnetfeld #B angelegt wird. Das
Magnetfeld 24 bzw 25 eines Informationssignales wird so in die Lage versetzt, Aenderungen
um diesen Arbeitspunkt zu erzeugen.
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Die Widerstandsänderungen 26 bzw. 27, die aus dem Informationssignal
hervorgehen, sind keine lineare Funktion desselben, weil die Arbeitskennlinie keine
geraden Strecken aufweist. Wird das MR-Element als quantitativer Fühler verwendet,
so ist mit grossen Amplitudenverzerrungen zu -rechnen. Dies~trifft beispielsweise
auch auf das Abfühlen gespeicherter Daten auf einem magnetischen Medium zu. Die
Verzerrungen kennen theoretisch durch Vormagnetisierung, d.h. durch Verschieben
des Arbeitspunktes auf der Kurve in einen relativ linearen Bereich vermindert werden.
Für kommerzielle Magnetköpfe ist diese Methole allerdings wegen
der
Toleranzen für Herstellung und Betrieb praktisch nicht anwendbar.
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In jedem gegebenen Arbeitspunkt (, #R) kann die Arbeitskurve durch
eine Potenzreihe dargestrllt werden. Im vorliegenden Fall eignet sich eine Taylor-Reihe:
AR = aO + alb + a22 + a3#3 + a44 + wenn nur die zwei ersten Glieder auf der rechten
Seite benutzt werden, dann entspricht die gleichung einer Geraden, und das Resultat
ist linear. Wird da: dritte Glied dazu genomment dann fügt sich zur Geraden nceh
eine Parabel. Es kann so jede beliebige Kurve durch Berücksichtigung der passenden
Glieder höherer Ordnung angenähert werden. Es wird nun im Arbeitspunkt ein Signal
der folgenden Form angenommen: b = #mCoswt; daraus ergibt sich: 2 a4#m4Cos4wt +
und durch trigonometrische Urwandlung: AR = #R0 + A0 + A1Cosn,t + A2Cos2t + A3Cos3wt
+ A4Cos4wt + ....
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Es wird somit ersichtlich, dass bei einem nichtlinearen Fühlerelement
die Amplitudenverzerrungen durch die Erzeugung von Harmonischen entstehen. Um ]fit
üblichen elektrischen Mitteln die Widerstandsänderungen AR zu erfassen, muss dem
Element ein Strom zugeführt und an seinen Klemmen die Spannung gemessen werden oder
umgekehrt. Es sei angenommen, dass dem Element ein Strom I ungeführt und das Signal
in Spannungsform ermittelt hTid. Es kann geschrieben werden: I#R = I [#R0 + A0 +
A1Coswt + A2Cos2wt + A3Cos3wt + A4Cos4wt + ....] Es sei.: es = I#R es = eO + Bo
+ B1Coswt + B2Cos2wt + B3Cos3wt + B4Cos4wt + ....
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Wenn in Fig. 5 die beiden Elementhälften durch Vormagnetisierung mit
-#B bzw. + #B auf symmetrisch liegende Arbeitspunkte eingestellt sind, dann erzeugt
ein einzelnes ankommendes Informationssignal 24 bzw. 25, z.B. ein positiv
beginnender
Wechsel des Magnetflusses, Ausgangssignale in den Elementhalften, die 1800 Phasendifferenz
aufweisen.
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Signal 26: es1 = Es + a11EsSinwt + a12Es2Sin2wt + a13Es3Sin3wt + a14Es4Sin4wt
+ ....
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Signal 27: e52 ~ Es + a21EsSin(wt + #) + a21Es2Sin2(wt + #) + a23Es3Sin3(wt
+ #) + a24Es4Sin4(wt + #) + ....
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es1 = Es + B10 +B11Sinwt - B12Cos2wt + B13Sin3wt -B14Cos4wt + ....
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es2 =Es + B20 + B21Sin(wt + #) - B22Cos2(wt + #) + B23Sin3(wt + #)
- B24Cos4(wt + #) + ....
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aber: Sin(wt + #) = -Sinwt Cos2(wt + #) = Cos2wt und ähnlich werden
auch alle weiteren geraden und ungeraden Harmonischen umgewandelt. Daraus wird:
es2
= Es + B20 - B21Sinwt - B22Cos2wt - B23Sin3wt -B24Cos4tot + Die Differenzbildung
der zwei Signale ergibt nun: Signal 28: es1 - es2 = (B10 - B20) + (B11 +B21)Sinwt
-(B12 - B22) Cos2wt + (B13 + B23) Sin3wt - (B14 -B24)Cos4wt + Hier ist zu beachten,
dass die Gleichstromkomponenten und die Koeffizienten der geraden Harmonischen gegensätzliche
die Koeffizienten der ungeraden Harmonischen jedoch gleiche Vorzeichen aufweisen.
Sind die beiden Fühlerelemente annähernd gleich, dann neigen die Koeffizienten entsprechender
Glieder der Reihe dazu, einander gleich zu sein. Daher kann geschrieben werden:
es1 - es2 - 2B1Sinwt + 2BSin3wt + wobei die Komponenten für Gleichstrom und gerade
Harmonische auf den Amplitudenwert Null zustreben. Es kann im weiteren gezeigt werden,
dass die geradn Harmonischen dem Ausgangssignal
sowohl Amplituden-
als auch zeitliche Asymmetrie beisteuern. Die ungeraden Harmonischen erzeugen jedoch
symmetrische Verzerrungen. Es sind aber vor allem die asymmetrischen Verzerrungen,
welche zur Verschleierung von Datensignalen beitragen.
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Selbstverständlich sind vielerlei Abweichungen von dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich. Beispielsweise könnten alle Schichten
des Fühlerelementes magnetoresistives Material umfassen. In so einem Fall würden-die
erwähnten optimalen Retriebseigenschaften nicht erzielt, aber andere Vorteile konnten
den Verzicht darauf wünschenswert erscheinen lassen. Bei Verwendung von mehr als
zwei Schichten aus MR- oder Nebenschlussmaterial können unter Umständen die Ausblendung
von Gleichtaktsignalen und andere Effekte erzielt werden. Die in der Beschreibung
verwendeten Ausdrücke Film, Schicht, Dünnschicht o..ä. stehen gleichbedeutend für
die B-zeichnung von dünnem, geschichtetem Material. In ähnlicher -.'eise stehen
auch für die anliegende Schicht, z.B. Schicht 2. in Fig. la, entsprechend den verschiedenen
Funktionen, die sie erfüllt,
Ausdrücke wie: stabilisierende Schicht,
Nebenschlussschicht, Widerstands schicht, Vormagnetisierungsschicht u.a.m.