DE2349423B2 - Magnetoresistiver Wandler zur Ermittlung magnetischer Feldstärken und Schaltung zum Betrieb des Wandlers - Google Patents

Description

Erzeugung der Vormagnetisierung aufweist. Im US-Patent Nr. 33 66 939 wird die Funktion des separaten Leiters ersetzt durch einen Steuerstrom, der ein dünnes MR-Element durchfließt und ein Magnetfeld erzeugt. Dadurch wird eine Widerstandsänderung der MR-Schicht bewirkt, und eine besondere Signalauswerteschaltung übernimmt das Abfühlen der jeweiligen Widerstandswerte. Nach der amerikanischen Patentschrift Nr. 36 78 478 hingegen wird eine teilweise Eigenvormagnetisierung von separaten Schichten erzielt, die Einzelwand-Domänen enthalten.

In den genannten und weiteren Veröffentlichungen 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 wurden z. 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 Kurzschüessen von Hall-Magnetfeldern, die beide die erwartete Beeinträchtigung der Empfindlichkeit eines MR-Elements verhindern sollten. Nicht zuletzt werden in der US-Patentschrift Nr. 34 93 694 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 Magnetblasen durch Aufbringen einer magnetisch vorgespannten Permailoy-Schicht auf das magnetische Substrat, wodurch das äußere Vorspannfeld um mindestens 25% reduziert werden kann.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen magnetoresistiven Wandler der eingangs genannten Strukturart und der vorstehend aufgrund verschiedener Veröffentlichungen bekannter Art so weiterzubilden bzw. so auszugestalten, daß er ohne äußeres Vorspann-Magnetfeld auskommt und seine Leistung sowie seine Zuverlässigkeit gleichzeitig wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei dem magnetoresistiven Wandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale angewendet werden.

In vorteilhafter Weise wird durch diese prinzipielle Lösung ein magnetoresistiver Wandler zur Verfügung gestellt, der ohne Anwendung eines äußeren Vorspann-Magnetfeldes auskommt, die Einstellung des Arbeitspunktes in vorteilhafter Weise ermöglicht und eine Herstellung von ungewöhnlich einfachen und brauchbaren Leseköpfen und Abfühischaltungen goUattet, die über einen weiten Bereich der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Lesekopf und dem magnetischen Medium verwendbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der prinzipiellen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele ist nachfolgend Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen im einzelnen

Fig. la, Ib die Darstellung der erfinderischen Vorrichtung bestehend aus zwei Schichten, und die dazugehörige Arbeitskennlinie,

F i g. 2 eine abweichende Ausführung der Vorrichtung von F i g. 1 a,

Fig.3 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach F i g. 2 zur Erläuterung ihres Aufbaus,

F i g. 4 eine Schaltungsanordnung zum Abfühlen der von den Vorrichtungen nach F i g. 2 und 3 erzeugten Signale und

F i g. 5 die Arbeitskennlinie der Vorrichtung aas Fig. 2.

In der Fig. la ist ein magnetoresistiver (MR) Film 1 dargestellt, der mit einer dahinterliegenden 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 dem Zweck, magnetischen Fluß abzufühlen. Die Vorrichtung kann als fester, beweglicher, von Hand bedienter usf. Wandler zum Abfühlen von magnetischem, von gespeicherter Information stammendem Fluß gebraucht werden. Die Speicherung kann auf einem Medium 9 beispielsweise auf Magnetband, auf einer Scheibe oder einer Trommel usw. erfolgreich sein. Magnetisierungsmuster, die sich auf dem Medium befinden, werden auf die MR-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 geliefert. 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 Ohmschen Gesetz, von dem Gesamtwiderstand des Drahtes 3, der Schichten 1 und 2 sowie des Widerstandes 4. Daher erscheint am Ausgang 5 eine Spannung, die dem Gesamtwiderstand der Schichten 1 und 2 umgekehrt proportional ist.

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.

Die Fig. Ib dient dem besseren Verständnis der Wirkung der Vormagnetisierung der MR-Schicht 1. Die dargestellte Kurve gibt die Widerstandsänderung Δ R in Funktion des magnetischen Flusses Φ an. Ein als Eingangssignal wirkendes Magnetfeld, Jas von einem zugehörigen magnetischen Medium stammt, verursacht eine Widerstandsänderung im Ausgangskreis, ausgehend von einem Wert ARb, der durch die Vormagnetisierung Φβ bestimmt ist. Die Vormagnetisierung ist zur Erlangung eines Ausgangssignals mit den geringsten Verzerrungen so zu wählen, daß der Wert AR_B in die linearste Strecke der gezeigten Kennlinie fällt. In der vorliegenden Erfindung ist Φβ eine Funktion des durch die Schicht 2 fließenden Stromanteils. Das Vorhandensein dieser Schicht erbringt aber noch einen anderen Vorteil.

Bei der Herstellung von Vorrichtungen mit sehr dünnen Schichten treten in einer oder mehreren dieser Schichten öfter defekte Stellen auf. Gemäß der F i g. la

wird angenommen, daß während des Aufbringens der Schicht 1 auf die Schicht 2 ein Loch 6 entstanden ist. Es ist zu beachten, daß während eines Herstellungsvorganges oder nachher bei der Benutzung einer solchen Vorrichtung vielerlei Arten von Defekten entstehen ^r, können. Beispielsweise können häufig Risse in der einen oder anderen Schicht festgestellt werden. Solche Defekte bilden eine Sperre für den Stromfluß und beeinflussen daher den Betrieb der Schaltungsanordnung, in der die Vorrichtung benutzt wird, indem der ι ο Widerstand der MR-Schicht nicht die gewünschte Beziehung zum einwirkenden, äußeren Magnetfeld zum Ausdruck bringt. Der Strom /fließt zur Umgehung des Defektes 6 durch die Schicht 2. Beim Fehlen einer zweiten Schicht würde die defekte Stelle eine merkliche ι ·> Behinderung für den Strom /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.

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 Empfindlichkeit aufweist. Zu den Stoffen, welche diese Anforderungen erfüllen, gehören außer Nickel-Eisen (Permalloy) nach Nickel u. w. Bei jn der Dickenwahl für die Schicht 2 müssen ganz dünne Filme vermieden werden, weil sie nur schwierig aufzubringen sind und keinen homogenen elektrischen Widerstand aufweisen. Ebenso sind sehr dicke Schichten ungeeignet, da wegen ihrer rauhen Oberfläche auf ihnen r> kein MR-FiIm niedergeschlagen werden kann. Wenn also eine sehr dünne MR-Schicht 1 von etwa 300 Ä benutzt wird, dann ist eine diesbezüglich dickere, Nebenschluß und Vormagnetisierung erzeugende Schicht von der Größenordnung 1350 A zu bevorzugen, w 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 Strom-Verteilungen zu, beispielsweise 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. Versuche haben zum Beispie! gezeigt, daß eine Stromübernahme durch die Schicht 2 von 60% oder nur 40% etwa 96% der Güte einer Stromhalbierung erreicht.

Der spezifische Widerstand des Nebenschlußmate- ^r,^r> rials sollte zu jenem des Materials für die MR-Schicht 1 in einem Verhältnis stehen, das erlaubt, die weiter oben erwähnten Kriterien bezüglich Dicke und Stromverteilung zu verwirklichen. Der spzifische Widerstand der Nebenschlußschicht 2 darf auch viel höher sein, wenn w> nur auf Stabilisierung d. h. Verminderung des Einflusses von Defekten Wert gelegt wird.

In so einem Fall würde der Strom für wirksame Vormagnetisierung zu klein ausfallen. Titan (Ti) besitzt einen erwünschten spezifischen Widerstand von 75 ti¹. 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 vermutet wird, daß es dem Titan ähnliche Qualitäten aufweist. Es besitzt aber einen spezifischen Widerstand, der jenem Nickel-Eisen sehr nahe kommt.

Zusätzlich zu den vorangegangenen Überlegungen bezüglich des Materials muß die Nebenschlußschicht 2 während des Herstellungsvorgangs leicht und kerbfrei geätzt werden können. Sie muß auch auf einem verfügbaren Substrat haften. So ist beispielsweise Rhodium (Rh) kein geeignetes Material für den Nebenschluß, da es nicht ätzbar ist. Das Material des Nebenschluß darf auch nicht Veränderungen durch Elektronenwanderung oder wechselseitigen Einflüssen bezüglich der Schicht 1 sowie anderer Schichten, die es berührt, unterliegen. Chrom (Cr) wurde als ungeeignet befunden, wenn für die MR-Schicht 1 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.

In der F i g. 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 Nebenschlußschicht 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. 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 F i g. 4 und 5 erläutert werden.

Anhand der F i g. 3 wird nun der detaillierte Aufbau sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung von F i g. 2 erklärt. Die MR-Schicht 10 aus Nickel-Eisen und die Titan-Schicht 11 der Fig.2 sind nun auf einer Schicht 18 Aluminiumoxyd AI2O3 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 Polstücke 16 und 17 bilden zusammen einen geschlossenen magnetischen Pfad einschließlich einem nicht eingezeichneten rückwärtigen Luftspalt. Die Schichten 18 und 19 aus Aluminiumoxyd ergeben eine abriebfeste Fläche an der Oberfläche des Kopfes und trennen die Magnetschichten 10 und 11 von den Ferrit-Polstücken. Wenn Abnutzungswiderstand nicht gefragt oder in anderer Weise erzielt ist, so können die AI₂O;rSchichten gegen einen Ersatz ausgetauscht werden. Die Ferrit-Blöcke 16 und 17 bilden einen magnetischen Kreis und lenken zugleich unerwünschte magnetische Felder von der MR-Schicht 10 ab.

Nachstehend ist nun als Erläuterung ein Verfahren zur Herstellung des Magnetkopfes nach der Fig.3 beschrieben:

Schritt 1 Ein Ferrit-Substrat wird beschafft. Schritt 2 Auf dessen ganzer Oberfläche wird AI2O3 bis zu einer Dicke von 0,63 μπι aufgesprüht.

Schritt 3 Auf das Aluminiumoxyd wird unter ^r)

Vakuum Titan (Ti) bis zu einer Dicke von 1800 Ä niedergeschlagen. Schritt 4 Auf das Titan wird mit einer Dicke

von 600 Ä Permalloy aufgebracht. Das Permalloy wird während des Auf-

bringens durch ein Magnetfeld von 40 Oersted so orientiert, daß die durch einen Pfeil angedeutete leichte Achse entsteht.

Schritt 5 Das Vakuum wird abgebrochen und das 1 > Substrat für den nächsten Schritt mit einer Maske überdeckt. Schritt 6 Unter neuem Vakuum wird auf das Permalloy eine 0,50 μιτι dicke Schicht Kupfer niedergebracht, wobei kein 2»

Kupfer in den Bereich der Halsenge gelangen darf.
Schritt 7 Das metallisierte Substrat wird mit

Photoresist überdeckt, um das Muster zum Abfühlen einer Informationsspur 2 >

freilegen zu können.
Schritt 8 Permalloy und Kupfer werden mit einer

Eisenchlorid-Lösung weggeätzt. Schritt 9 Das geätzte Material wird gespült und

getrocknet. jo

Schritt 10 Das Titan wird mit Fluorwasserstoffsäure weggeätzt und die Photoresistüberdeckung entfernt. Schritt 11 Auf der ganzen Oberfläche wird jetzt

AI2O3 bis zu einer Dicke von J5

0,25 μΐη aufgesprüht, damit die Schenkel vor dem Anschließen von Drähten geschützt sind. Schritt 12 Zur Freilegung des Kupferstreifens 15

wird das Aluminiumoxyd mit einem

geeigneten Ätzmittel entfernt. Schritt 13 Mit Hilfe üblicher Technik werden

Anschlußdrähte angebracht. Schritt 14 Ein Ferritblock wird auf die entstandene Vorrichtung gesetzt. Vi Mit Bezug auf die F i g. 4 und 5 soll nun die Schaltung zur Benutzung der Vorrichtung von F i g. 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 andererseits die Brücke im Gleichgewicht ist. Ein Differenzverstärker 22 und eine Spannungsquelle Vsind als Diagonalen mit der Brückenschaltung verbunden. Das am Ausgang 23 des Differenzverstärkers erscheinende Signal vermittelt ein genaues Bild der Widerstandsänderungen der Schichten 10 und 11. Verzerrun- mi gen, die auf der Nichtlinearität der Kurve von Fig.5 beruhen, werden gleichzeitig gedämpft.

In der F i g. 5 sind typische Wiedergabekurven für die gleich und symmetrisch vormagnetisierten, angrenzenden MR-Zweige Ri und R2 der Fig.4 abgebildet, μ Jeder MR-Zweig weist eine kleine Widerstandsänderung AR 1 bis AR 2 auf, wenn er unter den Einfluß eines entsprechenden Magnetflusses Φ gerät.

Ohne Vormagnetisierung des MR-Elements erzeugt ein Magnetflußwechsel stets nur eine Art Widerstandsänderung. 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 Φ β angelegt wird. Das Magnetfeld 24 bzw. 25 eines Informationssignals wird so in die Lage versetzt. Änderungen um diesen Arbeitspunkt zu erzeugen.

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 Ampiitudenverzerrungen zu rechnen. Dies trifft beispielsweise auch auf das Abfühlen gespeicherter Daten auf einem magnetischen Medium zu. Die Verzerrungen können theoretisch durch Vormagnetisierung, d. h. durch Verschieben des Arbeitspunktes auf der Kurve in einen relativ linearen Bereich vermindert werden. Für kommerzielle Magnetköpfe ist diese Methode allerdings wegen der Toleranzen für Herstellung und Betrieb praktisch nicht anwendbar.

In jedem gegebenen Arbeitspunkt (Φ, AR) kann die Arbeitskurve durch eine Potenzreihe dargestellt werden. Im vorliegenden Fall eignet sich eine Taylor-Reihe:

I R = «₀ + U₁ Φ + a₂ Φ² + a₃ Φ³

+ O₄ Φ^Α + .

wenn nur die zwei ersten Glieder auf der rechten Seite benutzt werden, dann entspricht die Gleichung einer Geraden, und das Resultat ist linear. Wird das dritte Glied dazu genommen, dann fügt sich zur Geraden noch 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:

Φ = Φιη Cos mi; daraus ergibt sich:

\R = IR₀ + α, Φτη Cos ml + Ci₂ Φιη² Cos² ml

+ «3 </>m³ Cos³ tni + U₄ Φιη⁴ Cos⁴ ml + . . .

und durch trigonometrische Umwandlung:

\R = AR₀ + A₀ + Ai Cos (.1 t + A₂ Cos 2 «> 1
+ A₃ Cos 3mi + /I₄ Cos4<»i +...

Es wird somit ersichtlich, daß bei einem nichtlinearen Fühlerelement die Amplitudenverzerrungen durch die Erzeugung von Harmonischen entstehen. Um mit 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 /zugeführt und das Signal in Spannungsform ermittelt wird. Es kann geschrieben werden:

/.IR = /[IR₀ I- A_n + Ai Cosw 1 + A₂ Cos2...i + A₃ Cos Τ·ι«ι + A₄ Cos 4πι/ + .. .]

Es sei:
i\ = 1 \R

i', = (Ό -I- /i(, + O₁ Cos ml -I- B₂ Cos 2mi
+ B₃ Cos 3mi -I- ß₄Cos4«.if + ...

Wenn in Fig.5 die beiden Elementhälften durch Vormagnetisierung mit — Φ/jbzw. + Φ« auf symmetrisch

K)

liegende Arbeitspunkte eingestellt sind, dann erzeugt ein einzelnes ankommendes Informationssignal 24 bzw. 25, z. B. ein positiv beginnender Wechsel des Magnetflusses, Ausgangssignale in den Elementhälften, die 180° Phasendifferenz aufweisen.

Signal 26:

t'_sl = E_x + a_u E_x Sin mi + ii\zE² _x Sin² mi + a_nEl Sin³ m/ + U₁₄E^ Sin⁴ mt + ...

Signal 27:

<-'s2 = ^£.v + "2i £_s Sin (mt + π) + a₂₁ E² Sin² (mi + .-τ) + a_2iEi Sin³ (mt + π) + O₂₄E⁴ Sin⁴ (mf + n)

e_sl = E_s + B₁₀ + B₁₁ Sin mi - B₁₂ Cos 2m/ + B₁₃ Sin 3m/ - B₁₄ Cos4mt + ...

e*2 = ^£.s- + ^ß2o + B₂₁ Sin (mi + .-7)

- B₂₂ Cos 2(m/ + .-7) + B₂₃ Sin 3(m/ + .-7)

- B₂₄ Cos4(mt + .-7) + ...

Sin (mi + .-7) = -Sin mi

COS 2(mt + ,-7) = Cos2mi

und ähnlich werden auf alle weiteren geraden und ungeraden Harmonischen umgewandelt. Daraus wird:

e_xl = E_s + B₂₀ - B₂₁ Sin mi - B₂₂ Cos 2mi ^J0

- B₂₃ Sin 3mt - B₂₄ Cos4mi +...

Die Differenzbildung der zwei Signale ergibt nun:

20

25

Signal 28:

e.,1 - e_sl = (B₁₀ - B₂₀) + (ßii + ^21) Sin mt

- (B₁₂ - B₂₂) Cos 2 m t + (B_n + B₂₃) Sin 3mi

- (B₁₄ - B₂₄) Cos4mi +...

35 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 annährend gleich, dann neigen die Koeffizienten entsprechender Glieder der Reihe dazu, einander gleich zu sein. Daher kann geschrieben werden:

''.vi - e.v2 -> 2ß, Sin mt + 2B₃ Sin 3m/ + . . .

wobei die Komponenten für Gleichstrom und gerade Harmonische auf den Amplitudenwert Null zustreben. Es kann im weiteren gezeigt werden, daß die geraden 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.

Selbstverständlich sind vielerlei Abweichungen von dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich. Beispielsweise könnten alle Schichten des Fühlerelements magnetoresistives Material umfassen. In so einem Fall würden die erwähnten optimalen Betriebseigenschaften nicht erzielt, aber andere Vorteile könnten 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.a. stehen gleichbedeutend für die Bezeichnung von dünnem, geschichtetem Material. In ähnlicher Weise stehen auch für die anliegende Schicht, z. B. Schicht 2 in F i g. 1 a, entsprechend den verschiedenen Funktionen, die sie erfüllt, Ausdrücke wie: stabilisierende Schicht, Nebenschlußschicht, Widerstandsschicht, Vormagnetisierungsschicht u. a. m.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Magnetoresistiver Wandler aus mindestens einer magnetoresistiven Materialschicht und mindestens einer daran angrenzenden Leiterschicht, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Wandleranschlüssen (12, 13 bzw. 13, 14) mindestens eine magnetoresistive Materialschicht (1, 10) und mindestens eine Leiterschicht (2, 11) erstrecken, die zumindest zweidimensional im wesentlichen gleiche Ausdehnung besitzen und elektrisch parallel geschaltet sind, su daß eine Stromaufteilung zwischen beiden Schichten (1, 10 bzw. 2,11) bei in Betrieb an die Wandleranschlüsse (12, 13 bzw. 13,14) angelegter Spannungsquelle (V) auftritt und der Arbeitspunkt der magnetoresistiven Schicht (1,10) festlegbar ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Leitermaterials (2, 11) größenordnungsmäßig 1- bis 4mal so groß wie jener des magnetoresistiven Materials (1,10) ist.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des r\ magnetoresistiven Materials (1, 10) etwa 20u£lcm beträgt.

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschicht (2, 11) aus Material der vierten Gruppe des Periodensystems der m Elemente, insbesondere Titan, besteht.

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive Schicht (1,10) aus Material bzw. Materialien der achten Gruppe des Periodensystems, insbesondere Nickel-Eisen, be- r> steht.

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schichtdicken und spezifische Widerstände der magnetoresistiven Schicht (1,10) und der Leiterschicht (2, 11) so bemessen sind, daß die von den beiden Schichten geführten Stromanteile zumindest annährend gleich groß sind.

7. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive Schicht (1,10) aus Material mit uniaxialer Anisotropie in einer « vorgegebenen Richtung besteht.

8. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei bezüglich einer Mittellinie symmetrische Form aufweisenden Teilwandlern (Fig.2, 3) besteht und mit drei symmetrisch w angeordneten Wandleranschlüssen (12, 13, 14) ausgerüstet ist.

9. Schaltung zum Betrieb eines Wandlers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der symmetrische Wandler (F i g. 2, 3) über die beiden v> außenliegenden Wandleranschlüsse (12,14) mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen (20,21) zu einer Brückenschaltung verbunden ist, daß an der einen Brückendiagonale zwischen der Verbindungsleitung der zwei Widerstände und dem mittleren Wandleranschluß (13) eine Stromquelle angeschlossen ist, und daß die andere Brückendiagonale, nämlich die Verbindungspunkte je eines Widerstandes (20 bzw. 21) mit einem äußeren Wandleranschluß (12 bzw. 14) mit den zwei Eingängen eines Differenzverstärkers <r> (22) verbunden ist.

Die Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Wandler aus mindestens einer magnetoresistiven Materialschicht und mindestens einer daran angrenzenden Leiterschicht. Mit diesem Wandler werden magnetische Feldstärken durch Umwandlung des einwirkenden Magnetfeldes in elektrische Widerstandswerte ermittelt.

Aus der AT-PS 2 02 645 ist ein Halbleitergerät bekannt, das als magnetoresistiver Wandler angesprochen werden kann. Dabei sind gemäß dieser Patentschrift auf der Wandlerschicht leitende Belegungen, d. h. Leiterelemente, quer zur Stromrichtung und parallel zu den Anschlußelektroden angebracht Diese Leiterelemente dienen der Homogenisierung der Feldverteilung. Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem der Vormagnetisierung des magnetoresistiven Elements und die Art, wie diese Vormagnetisierung erzeugt wird, ist dieser Patentschrift fremd.

Magnetoresistive Elemente erfahren eine Widerstandsänderung als Funktion eines Magnetflusses, dem sie ausgesetzt sind. Diese Eigenschaft steht im Gegensatz zu jener konventioneller Vorrichtungen, welche die zeitlichen Änderungen des Magnetflusses άΦ/dt erfassen und deshalb entsprechende 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 Abfühler. von Information auf einem magnetischen Medium eine Funktion der Geschwindigkeit des Mediums. Diese ist für die Änderungsgeschwindigkeit des vom Kopf erfaßten Magnetflusses bestimmend. Anwendbar ist dieses Verfahren nur in einem verhältnismäßig engen Bereich mittlerer Geschwindigkeiten. Andererseits liefert ein magnetoresistives Element konstante Ausgangssignale in einem außergewöhnlich weiten Bereich von Geschwindigkeiten, da seine Funktion von der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses unabhängig ist

Der magnetoresistive (MR-)Effekt unterscheidet sich auch vom Hall-Effekt Bei letzterem erzeugt ein magnetisches Feld ein elektrisches Potential in einem bestimmten Material als Funktion der Magnetflußdichte B. Hall- wie auch magnetoresistive Elemente benötigen keine Bewegung mit Bezug auf das Magnetfeld. Sie sind jedoch recht verschieden voneinander bezüglich des verwendeten Werkstoffs, der Erzeugung von Rauschen, des nutzbaren Frequenzbereichs, der Herstellungsprobleme, u. a. Aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 33 79 895 geht hervor, daß zwischen magnetoresistiven und Hall-Elementen Gegensätze bestehen.

Die Widerstandsänderung eines MR-Elements ist im wesentlichen eine nichtlineare Funktion der magnetischen Feldstärke H, deren Wirkung das Element ausgesetzt ist. Bei fast allen Anwendungen, so auch für Leseköpfe, ist es wünschenswert solche Elemente in ihrem möglichst iineran Bereich zu betreiben. Dies wird üblicherweise durch konstante Vormagnetisierung mittels eines Elektromagneten oder eines Permanentmagneten erzielt, wie den US-Patentschriften Nr. 15 96 558 bzw. Nr. 25 00 953 entnommen werden kann. Um die Abmessungen von M R-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. 30 16 507 ist ein MR-Element als Dünnschicht beschrieben, das einen durch eine Isolationsschicht getrennten dünnen Leiter zwecks