DE2440997B1

DE2440997B1 - Magnetoresistiver domaenendetektor fuer zylinderdomaenen-transportspeicher

Info

Publication number: DE2440997B1
Application number: DE19742440997
Authority: DE
Inventors: Arnulf Dr.phil. 8000 München LiIl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-08-27
Filing date: 1974-08-27
Publication date: 1976-02-12
Also published as: SU1181570A3; LU72444A1; GB1522694A; SU867331A3; JPS5846787B2; NL7509371A; JPS5149640A; DE2440997C2; US4042917A; FR2283512A1; FR2283512B3

Description

In ferrimagnetischen Einkristallschichten uniaxialer Anisotropie senkrecht zur Schichtebene existieren bei Anlegen eines äußeren magnetischen Stütz- bzw. Haltefeldes geeigneter Richtung und Größe kreiszylindrische, magnetische Domänen, sogenannte Zylinderdomänen, deren Magnetisierungsrichtung entgegengesetzt zur Magnetisierung der Umgebung und des magnetischen Haltefeldes ist. Die Zylinderdomänen können durch ein in der Schichtebene rotierendes Magnetfeld in Verbindung mit einem auf die Speicherschicht aufgebrachten Manipulationsmuster, dessen Einzelelemente aus magnetisierbarem Material, z. B. Ni-Fe-Legierung, schicht- und rechteckförmig auf die eine Schichtebene aufgebracht sind, mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden und eignen sich daher zum Aufbau von Schieberegistern, die man zu seriellen Speichern zusammenschalten kann.

Für den Speicherbetrieb ist es deshalb erforderlich, daß die An- oder Abwesenheit einer Zylinderdomäne an einer bestimmten Stelle innerhalb des Speichers, einem Detektor, angezeigt wird, der das von einer Zylinderdomäne am Ort des Detektors erzeugte Magnetfeld in ein elektrisches Signal umsetzt. Es sind Detektoren bekannt, welche die verschiedensten physikalischen Effekte ausnutzen, etwa den Faraday-Effekt bei magnetooptischem Lesen, den Hall-Effekt oder die Änderung des Widerstandes ferromagnetischer Materialien im Magnetfeld. Auf Grund des technologisch einfachen Aufbaues hat sich allgemein der magnetoresistive Domänendetektor durchgesetzt, d. h. der Detektor, der den letztgenannten Effekt ausnützt. Dabei verwendet man als Detektorelement einen insbesondere senkrecht zur Zylinderdomänenbahn verlaufenden, z. B. durch Aufdampfen auf die Speicherebene aufgebrachten schichtförmigen Detektorstreifen aus einer vorzugsweise magnetostriktionsfreien Ni-Fe-Legierung.

Ist der Detektorstreifen keinem magnetischen Streufeld einer Zylinderdomäne ausgesetzt, so liegt die Magnetisierung Md des Detektorstreifens parallel zur Richtung eines im Speicherbetrieb durch den Detektor fließenden Stromes id. Läuft nun am Detektorstreifen eine Zylinderdomäne vorbei, so wird durch deren Streufeld die Magnetisierung um einen Winkel Θ aus der Stromrichtung herausgedreht. Der Widerstand Ra des Detektorelementes ändert sich hierdurch um den Betrag AR. Diese Widerstandsänderung erzeugt am Detektorstreifen den Spannungsabfall

AU= iD- AR(Q),

der als Lesesignal weiterverarbeitet werden kann.

Bei vorgegebenem Detektorstrom id ist also das Lesesignal um so höher, je größer die durch die Zylinderdomäne bewirkte Widerstandsänderung AR des Detektorelementes ist. AR ist zum einen eine Funktion der spezifischen Magnetowiderstandsänderung des Detektormaterials. Diese steigt zunächst linear mit der magnetischen Feldstärke an und strebt dann einem Sättigungswert zu. Damit der Detektorstreifen durch das Streufeld Hd der Zylinderdomäne vollständig gesättigt wird, muß dieses größer als die Summe aus der Anisotropiefeldstärke Hk des Detektormaterials, als das üblicherweise eine ferromagnetische Ni-Fe-Legierung dient, und dem entmagnetisierenden Feld Hem des Detektorstreifens sein.

Man kann eine Erhöhung der Widerstandsänderung aber auch dadurch bewirken, daß man den Detektorstreifen möglichst lang macht. Dies ist jedoch nur sinnvoll, wenn der Detektorstreifen über seine gesamte Länge vom Streufeld der Zylinderdomäne erfaßt wird, weshalb man die Zylinderdomäne durch einen sogenannten Domänenstrecker, im allgemeinen ein geeignetes, schichtförmiges Muster aus einer magnetostriktionsfreien ferromagnetischen Nickel-Eisen-Legierung, schrittweise auf die vorgegebene Länge des Detektor-Streifens streckt, d. h. zu einer langen Streifendomäne auseinanderzieht, wodurch das Streufeld der zu detektierenden Zylinderdomäne wesentlich ausgedehnter wird. Für die Domänenstreckung wird üblicherweise der in F i g. 1 dargestellte Chevron-Domänenstrecker verwendet, wobei der Detektorstreifen 1 zwischen symmetrisch zum Detektorstreifen angeordneten Chevron-Staffeln 2 sitzt, die aus der gleichen Anzahl von 90^C-Chevron-Balken 3 gebildet sind, die jeweils in den Bereichen 4 den Detektorstreifen überlappen und mit diesem metallischen Kontakt haben. Ergänzend sei noch erwähnt, daß in Richtung der in F i g. 1 nicht dargestellten Zylinderdomänenbahn weitere zu den gezeigten Chevron-Staffeln parallele Chevron-Staffeln mit in Richtung der Zylinderdomänenbahn abnehmender Anzahl von Chevron-Balken folgen.

Bei diesem bekannten magnetoresistiven Domänendetektor liegt der Sättigungswert der relativen Magnetowiderstandsänderung des Detektorelements unter dem Wert des Detektormaterials, so daß für die Signaldetektion die magnetoresistiven Eigenschaften des Detektormaterials nur teilweise ausgenutzt und folglich nur Lesesignale relativ geringer Größe erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen magnetoresistiven Domänendetektor mit in Vergleich zu bekannten magnetoresistiven Domänendetektoren verbessertem Lesesignal zu schaffen durch Erhöhung der vom Streufeld der Zylinderdomä-

nen hervorgerufenen Widerstandsänderung des Detektorstreifens.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß der vorstehend erwähnte Nachteil durch die Überlappung der magnetischen Balken des Domänenstreckers mit dem Detektorstreifen bedingt ist. Ausgehend von dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung bei einem magnetoresistiven Domänendetektor mit einem, insbesondere senkrecht zur Zylinderdomänenbahn verlaufenden, schichtförmigen Detektorstreifen aus magneto- ίο resistivem Material und einem Domänenstrecker vor, daß Detektorstreifen und Domänenstrecker galvanisch entkoppelt angeordnet sind.

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, das das dem Detektorstreifen zugekehrte Ende des Domänen-Streckers, d. h. die zum Detektorstreifen gekehrte Begrenzungslinie jedes Balkens, zum Detektorstreifen beabstandet angeordnet ist.

Es kann auch der dem Detektorstreifen zugekehrte Teil des Domänenstreckers und der Detektorstreifen sich überlappen und durch eine isolierende Zwischenschicht, z. B. SiCte-Schicht, galvanisch entkoppelt sein.

Durch einen Domänendetektor dieser Art ist die Magnetowiderstandsänderung des Detektormaterials für die Signaldetektion optimal ausnutzbar. Dabei muß berücksichtigt werden, daß z. B. durch eine Vergrößerung des Abstandes der zu beiden Seiten des Detektorstreifens angeordneten Staffeln des Domänenstreckers die Zylinderdomänen-Fortbewegung nicht behindert wird. Dieses Problem ist dadurch lösbar, daß bei im Vergleich zu bekannten magnetoresistiven Domänendetektoren unverändertem gegenseitigem Abstand der zum Detektorstreifen benachbarten Staffeln, insbesondere Chevron-Staffeln, die mit dem Detektorstreifen überlappenden Enden der Balken, die in F i g. 1 mit 4 bezeichnet sind, weggelassen werden und gleichzeitig die Breite des Detektorstreifens etwas verkleinert wird. Ein in diesem Sinne geänderter erfindungsgemäßer Domänendetektor ist in F i g. 2 dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und die gebrochen dargestellten Elemente 5, 6 die Zuleitungen zum Detektorstreifen 1 und 7 eine der angedeuteten Zylinderdomänenbahnen darstellen. Wie bereits erwähnt, ist die in Fig.2 rechtsseitig vom Detektorstreifen 1 dargestellte Anordnung auch linksseitig vorhanden, jedoch nieht dargestellt. In einem untersuchten und in seinen 'Werten in den Fig.3 und 4 festgehaltenen Ausführungsbeispiel eines Domänendetektors nach der Erfindung betrug die Breite des Detektorstreifens 7,5 μΐη und seine Länge 208 μηι.

In Fig.3 ist hierbei die relative Magnetowiderstandsänderung AR/R in Abhängigkeit vom magnetischen Drehfeld Hmt für die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Domänendetektoren gegenübergestellt, wobei die Kurve a dem bekannten Domänendetektor nach F i g. 1 und die Kurve b dem Domänendetektor nach F i g. 2 zugeordnet ist. Für den Domänendetektor nach F i g. 2 ist demnach der Sättigungswert der Magnetowiderstandsänderung etwa um 50% höher. Außerdem ist daraus auch ersichtlich, daß sich trotz der verringerten Breite des Detektorstreifens beim Domänendetektor nach Fig.2 und der damit verbundenen Erhöhung des entmagnetisierenden Feldes des Detektorstreifens das zur Sättigung des Domänendetektors notwendige Magnetfeld nicht erhöht hat. Entsprechend der höheren Magnetowiderstandsänderung muß auch das von einer Zylinderdomäne am Domänendetektor erzeugte Signal für die Anordnung nach F i g. 2 größer sein. Dies ist in F i g. 4 gezeigt, in der für die in Vergleich stehenden Detektoren nach den F i g. 1 und 2 das im 50-Hz-Drehfeld gemessene Zylinderdomänensignal Us (Zylinderdomänendurchmesser etwa 9 μηι) als Funktion des Detektorstromes id dargestellt ist. Es zeigt sich, daß die Empfindlichkeit des Domänendetektors nach F i g. 2 mit 0,6 mV/mA etwa um einen Faktor 3 größer ist als für die Anordnung nach Fig. 1. Der Domänendetektor nach Fig.2 wurde auch in einem magnetischen Drehfeld mit 100 kHz erprobt und lieferte auch unter diesen Arbeitsbedingungen das erwartete hohe Signal.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetoresistor Domänendetektor zum Lesen der gespeicherten Information eines Zylinderdomänen-Transportspeichers mit einem, insbesondere senkrecht zur Zylinderdomänenbahn verlaufenden, schichtförmigen Detektorstreifen aus magnetoresitivem Materia! und einem Domänenstrecker, dadurch gekennzeichnet, daß Detektorstreifen und Domänenstrecker galvanisch gekoppelt angeordnet sind.

2. Domänendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Detektorstreifen zugekehrte Teil des Domänenstreckers zum Detektorstreifen beabstandet angeordnet ist.

3. Domänendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Detektorstreifen zugekehrte Teil des Domänenstreckers und der Detektorstreifen sich überlappen und durch eine isolierende Zwischenschicht galvanisch entkoppelt sind.

4. Domänendetektor nach Anspruch 1 und einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektorstreifen und ein Domänenstrecker galvanisch entkoppelt sind, der beiderseits des Detektorstreifens mindestens je eine Chevron-Staffel aufweist.