DE2349423B2 - Magnetoresistiver Wandler zur Ermittlung magnetischer Feldstärken und Schaltung zum Betrieb des Wandlers - Google Patents
Magnetoresistiver Wandler zur Ermittlung magnetischer Feldstärken und Schaltung zum Betrieb des WandlersInfo
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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 ARB 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
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
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 ΦΑ + .
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 +...
+ 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- An + Ai Cosw 1 + A2 Cos2...i
+ A3 Cos Τ·ι«ι + A4 Cos 4πι/ + .. .]
Es sei:
i\ = 1 \R
i\ = 1 \R
i', = (Ό -I- /i(, + O1 Cos ml -I- B2 Cos 2mi
+ B3 Cos 3mi -I- ß4Cos4«.if + ...
+ 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 = Ex + au Ex Sin mi + ii\zE2 x Sin2 mi
+ anEl Sin3 m/ + U14E^ Sin4 mt + ...
Signal 27:
<-'s2 = £.v + "2i £s Sin (mt + π) + a21 E2 Sin2 (mi + .-τ)
+ a2iEi Sin3 (mt + π) + O24E4 Sin4 (mf + n)
esl = Es + 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:
exl = Es + 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 - esl = (B10 - B20) + (ßii + ^21) Sin mt
- (B12 - B22) Cos 2 m t
+ (Bn + 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.
40
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
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
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US00296743A US3814863A (en) | 1972-10-11 | 1972-10-11 | Internally biased magnetoresistive magnetic transducer |
US00296742A US3813692A (en) | 1972-10-11 | 1972-10-11 | Internally biased magnetoresistive magnetic transducer |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2349423A1 DE2349423A1 (de) | 1974-04-18 |
DE2349423B2 true DE2349423B2 (de) | 1978-11-09 |
DE2349423C3 DE2349423C3 (de) | 1979-07-19 |
Family
ID=26969802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE2349423C3 (de) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3308352A1 (de) * | 1982-03-10 | 1983-09-22 | Copal Co. Ltd., Tokyo | Magnetdetektorvorrichtung |
-
1973
- 1973-09-03 NL NL7312099A patent/NL180552C/xx not_active IP Right Cessation
- 1973-09-21 CH CH1363673A patent/CH569289A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1973-10-02 DE DE19732349423 patent/DE2349423C3/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3308352A1 (de) * | 1982-03-10 | 1983-09-22 | Copal Co. Ltd., Tokyo | Magnetdetektorvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2349423C3 (de) | 1979-07-19 |
NL7312099A (de) | 1974-04-16 |
DE2349423A1 (de) | 1974-04-18 |
NL180552B (nl) | 1986-10-01 |
CH569289A5 (de) | 1975-11-14 |
NL180552C (nl) | 1987-03-02 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |