DE2612090C3 - Magnetoresistiver Domänendetektor zum Lesen der gespeicherten Information eines Zylinderdomänen-Transportspeichers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Domänendetektor zum Lesen der gespeicherten Information eines Zylinderdomänen-Transportspeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

In ferromagnetischen Einkristallschichten mit 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 '-erbindung 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 dabei 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 Aufbaus hat sich allgemein der magnetoresistive Domänendetektor durchgesetzt, d. h. der Detektor, der den letztgenannten Effekt aus· nützt. 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-Legierunj;.

Ist der Detektorstreifen keinem magnetischen Streufeld einer Zylinderdomäne ausgesetzt, so liegt die Magnetisierung A/„ des Detektorstreifens parallel zur Richtung eines im Speictierbetrieb durch den Detektor fließenden Stromes i_D. Läuft nun am DetektorAU=i_D-AR(Q),

der als Lesesignal weiterverarbeitet werden kanru

Bei vorgegebenem Detektorstrom i_D ist also das Lesesignal um so höher, je größer die durch die Zylinderdomäne bewirkte Widerstandsänderung AR des Detektorelements 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 H_D der Zylinderdomäne vollständig gesättigt wird, muß dieser größer als die Summe aus der Anisotropiefeldstärke H_k des Detektormaterials, als das üblicherweise eine ferromagnetische Ni-Fe-Legierung dient, und dem entmagnetisierenden Feld H_m 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 ge-

JO samte 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 Detektorstreifens streckt, d. h. zu einer langen Streifendomäne auseinanderzieht, wodurch das Streufeld der zu detektierenden Zylinderdomäne wesentlich ausgedehnter wird. Für die Domänen-Streckung wird üblicherweise der in'Fig. 1 dargestellte Domänenstrecker verwendet, wobei der Detektorstreifen 1 zwischen symmetrisch zum Detektorstreifen angeordneten Chevron-Staffeln 2 sitzt, die aus der gleichen Anzahl von 90°-Chevron-Balken 3 gebildet sind, die jeweils in den Bereichen 4 den Detektorstreifen überlappen und mit diesem metallischen Kontakt haben. In Richtung der in Fig. 1 nicht dargestellten und lediglich mit Pfeil A bezeichneten Zylinderdomänenbahn sind weitere, zu den gezeigten Chevron-Staffeln parallele Chevron-Staffeln angeordnet.

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 DE-AS 23 09 668 beschreibt einen magnetoresistiven Domänendetektor, bei dem die Längsmittel· achse des Detektorstreifens zur Symmetrieachse des Domänenstreckers parallel versetzt ist. Allerdings ist bei dieser bekannten Ausführung der Detektorstreifen mit dem Domänenstrecker galvanisch gekoppelt, was eine relativ geringe Größe des Lesesignals bedingt.

Dem Hauptpatent 24 40 997 liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetoresistiven Domänendetektor

mit im Vergleich zu bekannten magnetoresistiven Domänendetektoren verbessertem Lesesignal zu schaffen durch Erhöhung der vom Streufeld der Zylinderdomänen hervorgerufenen Widerstandsänderung des Detektorstreifens.

Die Lehre nach dem Hauptpatent beruht dabei auf der Erkenntnis, daß der vorstehend erwähnte Nachteil durch die galvanische Überlappung der magnetischen Balken des Domänenstreckers mit dem Detektorstreifen bedingt ist Ausgehend von dieser Erkenntnis in schlägt die Lehre nach dem Hauptpatent bei einem magnetoresistiven Domänendetektor zum Lesen der gespeicherten Information eines Zylinderdomänen-Transportspeichers mit e^:nem insbesondere senkrecht zur Zylinderdomänenbahn verlaufenden, schichtförmigen Detektorstreifen aus magnetoresistivem Material und einem Domänenstrecker mit beiderseits des Detektorstreifens angeordneten Chevron-Staffeln vor, daß der Detektorstreifen von dem Domänenstrecker galvanisch entkoppelt ist. Zu diesem Zweck ist der dem Detektorstreifen zugekehrte Teil des Domänenstreckers, d. h. die zum Detektorstreifen zugekehrte Begrenzungslinie jedes Balkens, zum Detektorstreifen beispielsweise beabstandet angeordnet. Überlappen sich der dem Detektorstreifen zugekehrte 2Ί Teil des Domänenstreckers und der Detektorstreifen, so kann die galvanische Entkopplung, z. B. durch eine isolierende Zwischenschicht, z. B. SiO₂-Schicht erfolgen.

Bei einem derart ausgebildeten Domänendetektor m entsteht das Lesesignal dann, wenn die Magnetisierung Mo des Detektormaterials parallel zur Richtung des Detektorstroms fa liegt (Md ändert synchron mit dem zum Transport der Zylinderdomänen verwendeten Drehfeld seine Richtung). J5

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Domänendetektor nach dem Hauptpatent derart weiterzuentwickeln, daß dieser eine höhere Signalempfindlichkeit und ein verbessertes Signal/Störverhältnis besitzt -to

Bei einem magnetoresistiven Domänendetektor zum Lesen der gespeicherten Information eines Zylinderdomänen-Transportspeichers der eingangs genannten Art, schlägt die Erfindung in weiterer Verbesserung des Gegenstandes nach dem Hauptpatent vor, daß die Längsmittclactae des Detektorytreifens zur Symmetrieachse des Domänenstreckers parallel versetzt ist

Da der Magnetwiderstand eine Funktion von cos² Θ ist, wobei mit θ der Winkel zwischen der Magnetisie- ίο rung Mp und dem Detektorstrom i_D bezeichnet ist, ergibt sich die höchste Signalempfindlichkeit dann, wenn die Richtungen der Magnetisierung und des Detektorstroms einen Winkel von 45° einschließen. Diese für eine optimale Signalempfindlichkeit erforderliche Bedingung wird durch die vorstehend vorgeschlagene erfindungsgemäße asymmetrische Anordnung des Domänenstreckers und des Detektorstreifens erfüllt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der ho Zeichnung näher erläutert, wobei in Fig. 1 - wie bereits angedeutet - ein bekannter Domänendetektor schematisch und teilweise gebrochen dargestellt ist.

Fig. 2 in der Darstellung nach Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Domänendetektors nach der Er- ^h5 findung zeigt, und die Fig, 3 und 4 Diagramme enthalten, aus denen Vorteile des Domänendetektors nach der Erfindung entnehmbar sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig, 2 ist die Symmetrieachse des Domänenstreckers 5 zur Längsmittelachse des Detektorstreifens 1 parallel versetzt, wobei die auf dem Detektorstreifen 1 aufliegenden Enden der in der Zeichnungsebene linksseitig dargestellten Chevron-Staffel 2 durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Isolierschicht, z. B. SiO₂-Schicht, vom Detektorstreifen galvanisch entkoppelt sind.

Im Diagramm nach Fig. 3 ist für die Domänendetektoren nach Fig. 1 und Fig. 2 das Lesesignal i/_Äg als Funktion des Detektorstroms i_D dargestellt, wobei die Länge der Detektoren jeweils 285 μπι und ihre Breite je 6,5 μ beträgt. Mit 1' und 2' sind hierbei die Lesesignal-Detektorstromkurven für die Domänendetektoren nach Fig. 1 und 2 bezeichnet. Die Signalempfindlichkeit für die Domänendetektoren nach Fig. 1 und 2 beträgt 1,3 mV/mA bzw. 2 mVVmA, d. h. daß durch die Versetzung der Symmetrieachse des Domänenstreckers zur Längsmittelachse des Detektorstreifens eine Verbesserung der Signalempfindlichkeit um 50% erreicht wird.

Zur einwandfreien elektronischen Unterscheidung der Binärziffer »1«, bei der die Zylinderdomäne am Detektor vorbeiläufr, und der binären »0«, bei der keine Domäne am Domänendetektor vorbeiläuft, ist neben der Absoluthöhe des Lesesignals insbesondere das Signal/Störverhältnis von Bedeutung. Bei der elektronischen Verarbeitung des Lesesignals wird dieses nur während eines Bruchteils der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen bewertet. Es ist also zwischen dem auf das maximale Störsignal bezogenen Signal/Störverhältnis (SZN)_17111x und dem Signal/Störverhältnis (SZN)_Fmur, welches auf das im Bewertungsfenster auftretende Störsignal bezogen ist, zu unterscheiden. Für den symmetrisch aufgebauten Domänendetektor nach Fig. 1 ist (SZN)₁₇₁^=(SZ N)_Camtr, da Lesesignal und maximales Störsignal innerhalb eines Lesezyklus etwa zum gleichen Zeitpunkt auftreten. Durch die erfindungsgemäße asymmetrische Anordnung des Domänendetektors nach Fig. 2 wird erreicht, daß sich zwar das Lesesignal auf der Zeitachse innerhalb eines Lesezyklus verschiebt, nicht aber das maximale Störsignal, so daß in diesem Fall (MV)««< (S/N)_Faaler ist.

Im Diagramm nach Fig. 4 sind für die Domänendetektoren nach Fig. 1 und 2 die Größen (SZN)₁₁₁₁₁₁ und (SZN)_Fmler als Funktion des Detektorstroms i_D dargestellt, wobei für den Domänendetektor nirti ^F'g· 1 (S/N) = (SZN)_Fmur ist (s. Kurve 1"). Als sogenanntes Bewertungsfenster wurde hierbei ein Zeitintervall gewählt, das, auf das Signalmaxiraum bezogen, ca. 20% eines Lesezyklus beträgt. Man sieht, daß beim Domänendetektor nach Fig. 2 (SZN)_F
(s. Kurve 2") erwartungsgemäß wesentlich größer als (SZN) ist (s. Xurve 2'"). Der Unterschied von (5/ /V) beider Domänendetektoren hat seine Ursache in der unterschiedlichen Signalempfindlichkeit. Für einen im Speicherbetrieb typischen Deteklorstrom von 3 mA beträgt die Verbesserung des Wertes (SZ N)_FemKr des Domänendetektors nach Fig. 2 ca. 400%.

Hierzu 2 BIa(I Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Magnetoresistiver Domänendetektor zum Lesen der gespeicherten Information eines Zylinderdomänen-Transportspejchers mit einem, insbesondere senkrecht zur Zylinderdomänenbahn verlaufenden, schichtförmigen Detektorstreifen aus magnetoresistivem Material und einem Domänenstrecker mit beiderseits des Detektorstreifens angeordneten Chevron-Staffeln wobei der Detektorstreifen von dem Domänenstrecker galvanisch entkoppelt ist, nach Patent 24 40 997, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelachse, des Detektorstreifens zur Symmetrieachse des Domänenstreckers parallel versetzt ist

   streifen eine Zylinderdomäne vorbei, so wird durch deren Streufeld die Magnetisierung um einen Winkel Θ aus der Stromrichtung herausgedreht. Der Widerstand R₀ des Detektorelements ändert sich hierdurch um den Betrag AR, Diese Widerstandsänderung erzeugt am Detektorstreifen den Spannungsabfall