DE2363123A1

DE2363123A1 - Magnetoresistiver signalwandler

Info

Publication number: DE2363123A1
Application number: DE2363123A
Authority: DE
Inventors: Christopher Henry Bajorek; Lubomyr Taras Romankiw; David Alexander Thompson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-18
Also published as: JPS501712A; US3840898A; DE2363123B2; BR7310254D0; FR2212594B1; NL7317754A; GB1450204A; CH563645A5; DE2363123C3; AU6270973A; FR2212594A1; JPS548291B2; CA1009749A; BE808080A; IT1001110B

Description

Böblingen, 17. Dezember 1973 bu-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 972 056

Magnetoresistiver Signalwandler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Signalwandler zur Abtastung magnetischer Aufzeichnungsträger.

Die Verwendung magnetoresistiver Elemente als Abfühlelement oder Signalwandler ist allgemein bekannt und z.B. in den USA-Patentschriften Nr. 3 493 694 und 3 691 54O beschrieben. Solche Wandler können wirksam benutzt werden, wenn das Abfühlelement bis zu einem Punkt in der Mitte des linearen Bereiches in seiner Widerstandskennlinie bezogen auf magnetische Feldstärke vormagnetisiert ist. Während das erste oben erwähnte USA-Patent Vormagnetisierung anwendet, verwendet es dazu externe Einrichtungen, d.h. einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, die vom Abfühlelement getrennt sind. Ein nichtabgeschirmter magnetoresistiver Abfühlkopf hat im allgemeinen ein geringes Auflösungsvermögen. Abschirmung und externe Vorspanneinrichtungen resultieren zwangsläufig in einer Aufzeichnungsvorrichtung, die zu groß ist, um mit den in Miniaturausführung und Massenfabrikation hergestellten Köpfen für große Aufzeichnungsdichte vereinbar zu sein.

Wo ein Maximum an Empfindlichkeit und/oder ein bipolares Ausgangssignal von einem magnetoresistiven Fühler verlangt sind, wird der Abfühlkopf im weitgehend linearen Teil seines Betriebsbereiches mit einem konstanten Feld vormagnetisiert, das selbst einem zeitveränderlichen, abzufühlenden Feld überlagert wird. Alle bekannten Vormagnetisiereinrichtungen sind als vom magnetoresistiven Abfühlkopf unabhängig ausgebildet, so daß entweder eine große Anzahl von

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Herstellungsschritten erforderlich oder eine komplexe Struktur der Vorrichtung unvermeidlich ist.

Gemäß der Aufgabe vorliegender Erfindung soll jedoch unter Vermeidung oben erwähnter- Nachteile eine Vorrichtung hergestellt werden, die das magnetoresistive Abfühlelement in den Teil seines Betriebsbereiches vormagnetisiert, welcher einer Linearität am ^nächsten kommt, wobei verschiedene erwünschte Eigenschaften erzielt werden, nämlich Einfachheit in Aufbau und Herstellung der Abfühl- und Vormagnetisierelemente, erhöhte Zuverlässigkeit des magnetoresistiven Abfühlers nebst maximalem Wirkungsgrad desselben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine magnetoresistive Schicht vorgesehen ist, der wenigstens eine benachbarte magnetisch harte Schicht zugeordnet ist, welche zur Vormagnetisierung der erstgenannten Schicht ein permanentes Magnetfeld aufweist, das in beliebig vorgegebener Richtung einstellbar ist.

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Der Hauptvorteil der Erfindung ist ersichtlich, nämlich daß die Vormagnetisierungsmittel einen integralen Bestandteil des magnetoresistiven Wandlers bilden. Damit ist aber der Weg frei für eine weitgehende Miniaturisierung solcher Art gestalteter Magnetköpfe, die dann für Anwendung bei hohen Speicherdichten von z.B. 8OO Bits pro cm in hervorragender Masse geeignet sind.

Die Nützlichkeit der Erfindung wird durch den Umstand weiter erhöht, daß der magnetoresistive Streifen mit seinem Vormagnetisierelement im selben photolithographischen Verfahrensschritt hergestellt werden kann. Dadurch werden extreme Ausrichttoleranzen und hochgradig selektive Ätztechnik überflüssig, die bei getrennter Herstellung erforderlich wären. Außerdem unterscheidet sich, genau betrachtet, die Verteilung der Vormagnetisierung im Abfühlstreifen gemäß vorliegender Erfindung von der externen Vormagnetisierung nach der erstgenannten USA-Patentschrift, was zu einer besseren Leistung solcher Strukturen führt.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anscliliessend näher beschrieben. Es zeigen :

3^rig. 1 - einen Aufbau für einen abgeschirmten Dünnfilm-Aufzeichnungskopf zur Verwendung der vorliegenden Erfindung ; ■

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines in einem. Kopf der in Fig. 1 gezeigten Art verwendeten magnetoresistiven Streifens-;

, - f * _r andere Ausführungsbeispiele der in Fig. 2 gezeigten Erfindung ;

Dl SO·

* r

Fig. 7 eine normale Widerstandskcnnlinie eines magnetoresistiven Materials ; Fig. 8 eine Hysteresis-Schleife des Ausführungsbeispieles nach der Erfindung, das mit gekoppelten Filmen zur Erzielung der Vormagnetisiei-ung in einer rnagneloresistiven Schleife arbeitet ;

Fig. 9 schematise» die Verwendung des neuartigen Leselcopfes in einer

Leseschaltung, und

Fig. 1OA

und 1OB Kurven der Magnetisierung innerhalb des Fühlers zum Vergleich der herkömmlichen.Vormagnetisiereinrichtungen mit denen der Erfindung.

Fig. 7 zeigt in. einer Kurve, wie Permalloymaterial aus Ni-Fe, Ni-Co, Ki-Co-Fe und dergleichen! mit niedriger Koerzitivkraft in seinem Widerstand ,als Funktion des angelegten magnetischen Feldes verändert wird. Wenn ein positives Feld ill au ein solches magnetoresistives Material angelegt wird,

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durchläuft dieses eine Bahn ähnlich der Kurve ABC. Wenn ein negatives Feld -H angelegt wird, folgt das Material einer Bahn, die durch die Route AB¹C gekennzeichnet ist. Wenn das gewählte magnetoresistrve !Material im Punkt B vor magnetisiert ist, der innerhalb des linearen Teiles der Kurve liegt, lassen sich kleine positive oder negative magnetische Abweichungen vom Startpunkt E leicht unterscheiden. Da bei der Herstellung magnetischer Abfühlköpfe, die Daten abfühlen, welche mit einer Dichte von etwa 800 Bit pro cm oder mehr gespeichert wurden, die Grosse wesentlich ist, müssen sowohl Vormagnetisiereinrichtung als auch Abfühlelement so klein wie möglich gehalten werden.

Fig. 1 zeigt den selbstvormagnetisierenden magnetoresistiven Fühler 6 der Erfindung, eingeschlossen in eine magnetische Abschirmung 8, die im wesentliehen sein Auflösungsvermögen als Aufzeichnungskopf bestimmt. Der selbst-. vormagnetisierende Fühler 6 ist eine zusammengesetzte Struktur, die im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 genauer erklärt wird. Das den Fühler 6 von der Abschirmung 8 trennende Material 10 umfasst gewöhnlich das Substrat 12 in den Figuren 2, 3 und 6.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auf einem Substrat 12, welches aus SiO₀, Glas, Photoresistmaterial oder einem anderen nichtmagnetischen, indifferenten Material bestehen und, falls erwünscht, auf einer magnetischen Abschirmung niedergeschlagen sein kann, eine dünne Schicht eines Materials aufweist, welches wirklich als Permanentmagnet dient. Eine

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solche dünne Schicht 14 muss hohe Koerzitivkraft haben, welche die grösste Streu- oder Datenfeldstärke übersteigt, die von einem nichtdargestellten magnetischen Speichermedium erzeugt wird. Ein solches Speichermedium kann ein Band, eine Platte, ein magnetischer Farbstoff, eine zur Erzeugung und zum Transport von Magnetblasen fähige Schicht und dergleichen sein. Der eine hohe Koerzitivkraft aufweisende Film 14 behält immer seine Magnetisierung M in der durch den entsprechenden Pfeil dargestellten Richtung bei. Als Beispiele für solche schwer zu magnetisierenden Schichten seien .; Co-P und-Fe O genannt. Ein durch eine Isolierschicht 18 getrennter magnetoresistiver Streifen oder Fühler 16 liegt über dem Vormagnetisierstreifen und wird von. seinem Magnetfeld so beeinflusst, dass die sonst in'der leicht zu magnetisierenden Achse des Films 16 liegende Magnetisierung parallel zum Abfühlstrom I innerhalb der Ebene des Filmes 16 um einen Winkel Θ = 45 gedreht wird. Eine solche Einwirkung auf den magnetoresistiven Streifen 1 "6'durch den Permanentmagneten 14 magnetisiert ersteren in der Nähe des Punktes B der in Fig. 7 gezeigten R-H-Kurve vor.

Repräsentative Dicken für die verschiedenen Komponenten des neuen Uebertragers sind folgende : "

Das Substrat 12 hat eine beliebige Dicke. Der vormagnetisierende Magnetstreifen 14 ist 200 - 2000 A dick, die SiO₀-Isolierung 18 ist 500 - 5000 R und der

magnetoresistive Streifen 16 50 - 400 J? dick.

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Um einen Miniatur-Kopf oder -Uebertragei- zu bekommen, sollte die SiO-Schicht 18 möglichst dünn sein, etwa 300 - 500 A, und je nach Art der einzelnen Struktur mit einer guten elektrischen Isolation und/oder Austauschentkopplung übereinstimmen.

\Die Materialien der Schichten 14, 16 und 18, die diesen selbslvorinagneti sierenden magnetoresistiven Fühler bilden, können aufgedampft, aufgesprüht, elektroplattiert oder mit gleichwertigen Methoden aufgebracht werden. Der Film 14 ist normalerweise ein Metall, weil Metalle ein hohes magnetisches Moment aufweisen, so dass ein Isolator das magnetoresistive Element 16 vom Vormagnetisierstreifen 14 trennen sollte. Im Rahmen der Erfindung liegt die Verwendung von magnetisierteii Ferriten als Vormagnetisierslreifen. 14, da Ferrite schlechte elektrische Leiter sind. Magnetisiertes.Fer.rit kann also mit dem magnetoresistiven Streifen IC in elektrischer Verbindung stehen und dadurch die elektrisch isolierende Schicht 18 überflüssig machen. Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Schicht 14 sowohl magnetisch als auch elektrisch isolierend ist. Obwohl die beiden Schichten 14 und 16 sich in der Darstellung direkt berühren, kann der Herstellungsprozess so geregelt werden, dass eine magnetisch indifferente Schicht mit einer Mindestdicke von einigen Atomen an der Berührungsfläche liegt, um eine Austauschkopplung zwischen den beiden Schichten 14 und 16 zu verhindern. Verglichen mit der für eine zuverlässige elektrische Isolierung

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benötigten Dicke ist die Dicke einer solchen Distanzschicht jedoch vernachlässigbar klein. Für die Kompaktheit werden schlecht leitende Permanentmagnete bevorzugt, vorausgesetzt, dass ihr magnetisches Moment gross genug ist, um den magnetoresistiven Streifen 1 6 dicht zum Punkt B der in Fig. 1 gezeigten Kurve vorzumagnetisieren. Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Tatsache, dass die Lage der Filme 14 und 16 vertauscht werden kann, solange das Speichermedium gegenüber dem integrierten Kopf oder Uebertrager so liegt, dass das informationsträchtige Streufeld des Speichermediums den magnetischen Vektor des magnetoresistiven Filmes 16 dreht.

Obwohl anderswo in dieser Beschreibung davon gesprochen wird, dass die in der magnetisch weichen Schicht durch die harte Schicht erzeugte Vormagnetisierung auf eine magnetostatische Wechselwirkung zurückzuführen" ist, liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Vorspannung auf eine gegenseitige Austauschwirkung zwischen den beiden Schichten zurückgehen kann. Diese Art Vormagnetisierung kann auftreten, wenn ein direkter atomischer Kontakt zwischen den Schichten wie in Fig. 6 besteht, oder wenn Poren in der Trennschicht 18 (siehe Fig. 2) verteilt sind.

Zusätzlich zur Ausnutzung der gegenseitigen Austauschwirkung zur direkten Vormagnetisierung des magnetoresistiven Elementes kann man auch Austauscheffekte innerhalb einer zusammengesetzten schwer magnetisierbaren Schicht zur Erzielung der gewünschten Härte ausnutzen.

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In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung so abgewandelt, dass ein grundsätzlich nieht-permanenimagnetisches Material in Form einer dünnen Schicht so verändert werden kann, dass es als eingebauter Permanentmagnet 14 für die in den Figuren 2 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele dient. Eine Schicht 14', die aus einem antiferromagnetiscben Material, wie tL Fe O₁ besteht, wird auf einem Glassubstrat 12 niedergeschlagen und ein weiches magnetisches Material 20, z. B. Ni-Fe, wird auf das Fe O aufgedampft, während ein starkes Magnetfeld angelegt ist. Durch die Austauschkopplung macht der aus der antiferromagnetischen Schicht 14' und einem weichen magnetischen Material Ni-Fe zusammengesetzte Film letzteres schwer magnetisierbar und verleiht ihm eine hohe Koerzitivkraft. In dieser Beschreibung bedeutet das Wort "hart", dass die magnetisierende Schicht 14 oder ihr A equivalent (14^!-20) unter der Wirkung aller magnetischer Felder, die diese Schicht während des normalen Betriebes des Lesestreifens 16 mit integrierter Vormagnetisierung beeinflussen, iii derselben Richtung konstant magnetisiert bleiben. Koerzitivkräfte von 100 Oe können daher in bestimmten Anwendungsfällen hart sein, in anderen Fällen dagegen kann man eine Koerzitivkraft von weniger als 600 Oe für den Permanentmagneten nicht tolerieren.

Nachdem für die Vormagnetisierung der harte Magnet 20-14' hergestellt ist, wird das magnetoresistive Abfühlelement 16 nach zwischengelegter Isolierschicht 18 darübergelegt. Das in Fig. 3 gezeigte Element kann besonders

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vorteilhaft sein, wenn der Dünnfilmfühler IG so gebaut sein muss, dass er zu einem Komponententräger passt, .der antiferromagnelisch ist. So kann dieser Teil des Trägers, der* die magnetische Vorspannung für den Streifen 16 liefern soll, wahlweise mit einem weichen magnetischen Material behandelt werden, welches durch die Wirkung der Austauschkopplung hart werden kann. Das weiche magnetische Material (Ni-Fe oder dergleichen) ist tatsächlich atomisch mit der obersten Schicht des antiferromagnetischen Materials 14' gekoppelt uiid nimmt die Magnetisierungsrichtung dieser Schicht an.

Typische, jedoch keineswegs vollständige Beispiele für die Benutzung der Austauschkopplung zur Umwandlung von Materialien mit niedriger Koerzitivkraft in solche mit hoher Koerzitivkraft sind der Niederschlag von Ni-Fe auf ei. Fe₀O₀ oder von oC Fe₀O₀ ,auf Ni-Fe. Wenn z. B. Ni-Fe auf Fe₀O „ niedergeschlagen wird, ändert sich die Koerzitivkraft von Ni-Fe von einem Wert von 5 Oe auf einen Wert von 200 Oe. In den obigen Beispielen nimmt die mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft versehene niedergeschlagene Schicht wegen der wechselseitigen Austausch wirkung mit dem Substratmaterial, welches die niedergeschlagene Schicht aufnimmt, eine hohe Koerzitivkraft an.

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Zwischen zwei Schichten kann eiae weiter© Wechselwirkung zur Erzielung einer hohen Koerzitivkraft ausgenutzt werden,, Wenn eine dünne Schicht ■ auf ein Material mit etwas unterschiedliehen'atomaren Abständen niedergeschlagen wird, können an der Berührungsfläche resultierende Spannungen und Verzerrungen die magnetische Koerzitivkraft der Schichten stark erhöhen.

Beim Niederschlagen auf V- oder Cr-Unterlagen können Co oder Co-reiche Ni-Co-Legierungen Koerzitivkrafte bis zu 800 Oe erreichen. In diesem Fall "wäre die Schicht 14' der Fig. 3 V oder Cr oad die Schicht 20 der Fig. 3 "•^? Co oder Ni-Co. Binäre Co-P-Verbindungen sind für beide Schichten geeignet.

In allen obigen Beispielen können die Schichten 14, 18, 20 usw. als ganze Tafeln niedergeschlagen und der vollständige mehrschichtige vormagnetisierte Streifen auf einmal ausgeätzt werden. Beim Vergleich mit Herstellungsverfahren, in denen ein sehr kleiner magneloresistiver Streifen in genauer Ausrichtung mit anderweitig ausgerichteten kleinen Strukturen zur Vormagnetisierung ausgeätzt werden muss, ist das ein .sehr vorteilhaftes Verfahren. , -

Den in Fig. 4 gezeigten vormagnetisierten magnetoresistiven Streifen 16 führt man so aus, indem man mit einem Permalloy-Streifenfühler 16 beginnt, der eine Breite W hat. Dann werden beide Seitenteile 14-14 dieses Streifens 16 so oxydiert, dass sie zu hartem Magnet werden, d.h. dass sie hohe Koerzitivkrafte an den Seiten aufweisen, während der nichtoxydierte Mittelteil weich bleibt. Die Pfeile zeigen die Magnetisierungsrichtung innerhalb der harten und weichen Bereiche während der Benutzung an.

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In Fig.- 5 kann die Erfindung mit nur einer durch eine stark koerziüve Schicht 14 voiuiiagnetisierten Seite des magnetoresistiven Abfühlstreifens 16 verwirklicht werden. In diesem Beispiel kann anstelle der in Fig. 4 gezeigten zwei Vormagnetisierstreifen eine Sc.hicht 14 verwendet werden, solange ihr Kopplungsfeld zum Vormagnetisieren des Streifens 16 gross genug und ihre Koerzitivkraft hoch ist. .

Ein Verfahren zur Erzielung solcher in den Fig. 4 und 5 gezeigten Schichten ist in einem Artikel von C. H. Bajorek, M^A, Nicolet und CH. Wilts mit dem Titel "Preferential Oxidation of Fe in Permalloy Films", erschienen in Applied Physics Letters, 15. August 1971, beschrieben. .Die thermische und zeitliche Kontrolle des Ausmasses der bevorzugten Oxydation von Fe in einer Ni-Fe-Legierungsschicht gestattet die Steuerung des Koerzitivfelde's

H , des Anisotropiefeldes H₁ und der Sättigungsmagnetisierung M in grossen c ic

Bereichen. Nach dem in dem erwähnten Artikel beschriebenen Verfahren lassen sich die in den Figuren 4 und 5 gezeigten Strukturen zur Vormagnetisierung herstellen.

Die Oxydschicht auf der Oberseite eines oxydierten Ni-Fe-Filmes besteht vorwiegend aus Fe-Oxyd. Die Oxydation eines solchen Ni-Fe-Filmes resultiert •im Entzug von Fe aus der Gesamtmasse, so dass deren Zusammensetzung tatsächlich geändert wird. Da die Werte von M, H und H des Ni-Fe-Filmes von der Zusammensetzung abhängig sind, kann man die obigen Parameter

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durch Veränderung des Oxydationsgrades steuern. Das Anisotropiefeld H. für Ni-Fe-Filme ändert sich z. B. schrittweise mil der Zusammensetzung, wenn der Ni-Gehalt über 80% liegt und erreicht eimMinimum, wenn der Ni-Gehalt der Zusammensetzung in der Nähe von 90% liegt. Andererseits sind das Koerzitivfeld II und die Sättigungsmagnetisierung M strenge Funktionen der Zusammensetzung. Durch Veränderung des Ni-Gehaltes von 80 auf 100% steigt II monoton von weniger als 1 Oe auf mehr als 100 Oe an, während M von 800 Gauss auf 480 Gauss abfällt. Eine andere Besonderheit von Ni-Fe-FiImen liegt darin, dass für einen Ni-G ehalt von mehr als 80% II ausserdem von der Dicke des Ni-Fe-Filmes abhängt.

So wird z; B. zur Herstellung der in Fig. 4 oder 5 gezeigten Schichten eine Permalloyschicht 16 auf einem niehtdargestellten Substrat niedergeschlagen

und ein Schutzüberzug aus Fotoresistmaterial über einem vorher ausgewählten Teil der Permalloys chichi angebracht. Durch Erhitzung dieser Struktur auf hohe Temperatur und in einer sauerstoffreicheii Atmosphäre wird nur der ungeschützte Teil des Permalloyfilm.es 16 oxydiert. Durch diesen Herstellungsschritt werden die Faktoren II , H und M je nach, dem Oxydationsgrad verändert. Durch die Oxydation wird einmal der oxydierte Teil des magnetoresistiven Streifens 16 magnetisch und zum anderen nichtleitend, so dass man keinen Isolator zwischen den Abfühlstr.eifen 16 und den Hartmagneten 14 zu legen braucht.

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Andere Behandlungen können denselben Effekt haben wie die Oxydation : die Koerzitivkraft anzuheben. Chloride, Sulfate und andere Bestandteile erzeugen diesen Effekt auf chemischem Wege. Aetzmittel haben dieselbe Wirkung durch Aufrauhen der-Oberfläche. Auch durch wahlweisen Niederschlag von Materialien, die mit der Schicht in Austausch-Wechselwirkung treten, lassen sich diese Veränderungen erzielen.

Fig. 5 zeigt, wie ein magnetoresistiver Streifen 16 durch Anlegen eines Feldes von nur einer Seite her vormagnetisiert werden kann. Obwohl die Gleichförmigkeit der Vormagnetisierung über dem Streifen 16 nicht so zufriedenstellend ist wie bei den anderen angeführten Beispielen, ist diese Möglichkeit für einen vertikalen Aufzeichnungskopf oder Wandler zu empfehlen, wo die untere Kante des magnetoresistiven Streifens 16 möglichst .dicht am Auf- -

.«
zeichnungsmedium liegen muss. Diese Unterkante kann auch durch den letzten

Schliff der Kopf fläche bestimmt werden.

Aehnliche Ueberlegungen gelten für die in den Figuren 2, 3, 4 und 6 gezeigten vormagnetisierten Strukturen. Obwohl in den Figuren die Kanten der Vormagnetisierschichten genau mit den Kanten des-magnetoresitiven Str.eif ens 16 zusammenfallen, wobei dies zu einer überlegenen Vormagnetisierungskonfiguration führt, die sich leicht verwirklichen lässt, so ist doch ein genaues Zusammenfallen einer oder beider Kanten nicht unbedingt erforderlich. Vormagnetisier- und Isolierschicht können sich auch unbegrenzt

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über eine Seite des Streifens 16 erstrecken, vorausgesetzt dass die Vormagnetisierwirkung an der anderen Kante trotzdem durch Austauschkopplung über der Berührungsfläche erzielt wird. Diese Struktur kann z.B. vorteilhaft sein, wenn keine geeignete Aetztechnik für eine der Schichten zur Verfügung steht und eine Kante infolge Schliff sowieso Koinzidenz aufweist.

Bei der Herstellung von selbstausrichtenden und vormagnetisierten magnetoresistiven Fühlern der hier gezeigten und beschriebenen.Art verläuft das Vormagnetisierfeld für den Betrieb am Punkt B in Fig. 7 parallel zum Abfühlfeld oder rechtwinklig zur Richtung des Abfühlstromes. Um jedoch bei der magnetischen Abfühlung den sogenannten Barkhausen-Effekt zu vermeiden, muss das magnetische Feld des Permanentmagneten 14 so orientiert sein, dass eine Komponente dieses Feldes M parallel zur Richtung, des-Abfühlstromes im Streifen IG verläuft und eine rechtwinklig dazu. Das Vormagnetisiei*feld, das parallel zur Richtung des Abfühlstx-omes verläuft, hilft, den Effekt der Wanddomänen-Umschaltung (den Barkhausen-Effekt) im magnetoresistiven Fühler 16 zu vermindern".

Der mägnetoresistive Streifen besteht gewöhnlich aus einem Material wie Permalloy, welches mit uniaxialer Anisotropie, d.h. mit einer Achse in leicht zu inagnetisierender Richtung, hergestellt werden kann. Der magnetische Zustand des Streifens bei Fehlen eines Signals vom Medium wird durch diese innere Anisotropie, durch Formanisotropie und durch die Vormagnetisierung

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in der leicht und schwer zu magnetisierenden Achsrichtung bestimmt. Die letzteren Effekte können so angelegt werden, dass sie eine bestimmte innere Anisotropie kompensieren. Die Richtung der leicht zu magnetisierenden Achse muss daher nicht mit der Stromrichtung übereinstimmen. 'Ausserdem können auch isotropische magnetoresistive Materialien mit H, = 0 für die praktische Verwirklichung, dieser Erfindung verwendet werden.

Durch die Herstellungstechnik der in den Figuren 2 bis 6 gezeigten Abfühlköpfe kann man nach Herstellung der Köpfe kräftige Magnete dazu benutzen, das Vorspannfeld M in jedem gewünschten Winkel zwischen 0 und 180 auszurichten. Durch dieses Merkmal wird die vorliegende Erfindung besonders deshalb attraktiv, weil zur Vormagnetisierung eines Abfühlelementes bisher stromführende Schichten verwendet wurden, die sich jedoch nicht für eine solche willkürliche Ausrichtung des Vormagnetisierfeldes eignen.

Wird eine harte magnetische Schicht durch gegenseitige Austauschkopplung zwischen zwei Materialien ex-zeugt, wie z.B. den Materialien 14' und 20 in Fig. 3, dann hat eine solche Austauschkopplung verschiedene nützliche Wirkungen für die Vormagnetisierung sehr dünner geschichteter Fühlelemente. In manchen Fällen hat der resultierende Schichtkörper eine Magnetisierungskurve (B-H-Schieife), die normal erscheint, jedoch eine grosse Koerzitiv-•kraft (II ) aufweist. In anderen Fällen verschiebt sich die Hysteresis-Schleife eines weichen Permalloys, wenn dieses auf antiferromagnetischem Material 14" niedergeschlagen wird. Fig. 8 zeigt,, dass der kombinierte Film 14'-20 eine

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verschobene Hystei*esis~Schleife erzeugt, so dass Streufelder~mirßlein"e¥en

r mit ßleinerei

Werten als II die weiche Schicht 20 nicht schalten. Wenn also die vom c

magnetoresistiven Film 16 abgefühlten Streufelder niemals die H -Werte erreichen, dann verhält sich eine kombinierte Schicht 14'-20 wie ein harter Magnet, der den Streifen 16 vormagnetisiert.

Die Kurve in Fig. 10.A zeigt die Verteilung der Magnetisierungskomponente in der Richtung des Abfühlfeldes auf dem Fühler mit der Breite W für den , Fall, dass das Abfühlelement in einem homogenen Vormagnetisierfeld liegt. Durch Entmagnetisierungseffekte sind die Kantendes Abfühlelementes nicht vormagnetisiert. Daraus ergibt sich, dass Teile des Abfühlelementes an einem anderen Punkt als in der Nähe des Punktes B von Fig. 7 betrieben werden. Die Kurve in Fig. 1013 zeigt die Verteilung für die vorliegende Erfindung und die Tatsache, dasjS der Abfühlstreifen 16 über seine ganze Breite gleichmassig vormagnetisiert ist, dass er überall im linearen Teil der B-H-Kurve der Fig. 7 betrieben werden kann und somit der Wirkungsgrad des Fühlers auf ein Maximum gebracht ist.

Fig. 9 zeigt schematisch, wie das neuartige Schichtelement mit selbstausrichtender Vormagnetisierung zum Abfüblen magnetisch gespeicherter Information auf einem Speichermedium m benutzt wird. Der in einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgeführte geschichtete Kopf umfasst das vormagnetisierte Abfühlelement 16 in Abfühlstellung zum Speicher-

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medium m. Die Batterie 22 liefert über den Widerstand 24 einen Vorspannstrom L an das magnetoresistivo Element 16. Wenn eine Widerstandsänderung AR im Abfühlstreifen. 16 aufgrund des magnetischen Flusses in dem von ihm abgefülilten Speicherelement m auftritt, wird ein Spannungssignal I · AR erzeugt, welches über den Kondensator 28 an den Verstärker 26 weitergeleitet wird. Das verstärkte Spannungssignal wird vom Detektor 30 abgefühlt. -

Bei der Abfühlung von Magnetblasen können die oben für die magnetische Aufzeichnung beschriebenen Magnetstreifen im wesentlichen unverändert benutzt werden. Die in den Fig. 2 bis 6 gezeigte Fühler struktur kann z. B. das Element 16, wie es in Fig. 1 der USA-Patentschrift 3, 691, 540 beschrieben ist, ersetzen. Hier ist. die Möglichkeit, das Element in einer willkürlichen Richtung in der Schichtebene vorzumagnetisleren, um dessen Empfindlichkeit im Hinblick auf eine bestimmte Art des Blasentransports auf ein Optimum ,zu steigern, sehr von Nutzen.

Herkömmliche magnetoresistive Abfühlstreifen sind vormagnetisiert worden, indem man sie der Wirkung eines gleichförmigen Magnetfeldes, beispielsweise von einem benachbarten Stromleiter, aussetzte. Solche Vormagnetisie rf elder erzeugen jedoch eine ungldchmässige Magnetisierung des Abfühlstreifens wegen der Entmagnetisiereffekte an den Kanten des Abfühlstreifens. An den Kanten des Fühlers geht dann die Quermagnetisierung bis" zum Wert 0

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zurück. Bei der vorliegenden Erfindung erzielt die auf der selbstausgerichteten Vormagneüsiereinrichtung beruhende-Methode eine grössore Magnetisierung au den Kanten des magnetoresistiven Fühlers IC, so dass man gegenüber dein Stand der Technik eine gleichförmigere Vormagnetisierung erhält. Ausserdem werden mit der dargestellten und beschriebenen Emrichtung Probleme der Strom speisung und der zugehörigen Leistungsverluste vermieden, die bei Vormagnetisierung durch stromführende Strukturen auftreten und die bei Anwendung der Technologie dünner Schichten zur Herstellung von Leseköpfen fast unlösbar werden. Schliesslich ist die erfindungsgemässe Struktur in der Herstellung selbstausrichtend und erfordert somit keine genaue Ausrichtoperation zwischen der Vormagnetisiereiririchtung und dem magnetoresistiven Element.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(\J Magnetoresistiver Signalwandler zur Abtastung magnetischer Aufzeichnungsträger, gekennzeichnet durch eine magnetoresistive Schicht, der wenigstens eine benachbarte, magnetisch harte Schicht, zugeordnet ist, welche zur Vormagnetisierung der erstgenannten Schicht ein permanentes Magnetfeld aufweist, das in beliebig vorgegebener Richtung einstellbar ist.
2. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive und die magnetisch" harte Schicht (16 bzw. 14) durch eine elektrisch isolierende Schicht (18) voneinander getrennt sind.
3. ' Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Größenordnung der Dicke " der magnetoresistiven Schicht (16) 50-400 R, der Isolierschicht (18) 300-1000 A* und der magnetisch harten Schicht ; (14) 200-1000 8 ist.
4. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive und die magnetisch harte Schicht (16 bzw. 14) Teilschichten eines einzigen Streifens aus magnetoresistivem Material sind, indem eine Teilschicht oxidiert und dadurch magnetisch hart ist.

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5. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der magnetisch harten Teilschicht innewohnende Magnetfeld eine Richtung senkrecht zur Längs-

• ausdehnung des genannten Streifens auf v/eist.
6. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch harte Schicht (14) aus zwei Materiallagen zusammengesetzt ist, daß die zwei Lagen in Austauschkopplung stehen oder epitaxial
miteinander verbunden sind, wobei die eine Lage (20)

aus ursprünglich magnetisch weichem Material mit hartem Material der zweiten Lage (14') atomar gekoppelt ist und daher dieselbe hohe Koerzitivkraft aufweist.
7. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Lage aus α Fe₂°3 k^estent» auf welche Ni-Fe aufgebracht ist.
8. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Lage aus Ni-Fe besteht, auf welche α Fe₃O₃ aufgebracht ist.
9. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material Kobalt und auf
Vanadium aufgebracht ist.
10. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch

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gekennzeichnet, daß das harte Material Kobalt und auf Chrom aufgebracht ist.
11. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß das eine Material Ni-Co und auf Vanadium aufgebracht ist.
12. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Material Ni-Co und auf Chrom aufgebracht ist.
13. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß die zwei Lagen aus binären Kobalt-Phosphor-Verbindungen bestehen.
14. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilschicht an der der zweiten Teilschicht gegenüberliegenden Seite eine weitere dritte Teilschicht aus oxidiertem magnetoresistivem Material aufweist und daß die zweite und dritte Teilschicht gleiche Magnetisierungsrichtung haben.
15. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus einem magnetisierten Ferrit besteht.

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16. Magnetoresistiver Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste magnetoresistive Schicht (16) anisotropisch ist und eine leichte sowie eine schwere Magnetisierungsrichtung aufweist.

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