DE2723593A1

DE2723593A1 - Feldzugriffmethode fuer einzelwand- magnetdomaenenspeicher

Info

Publication number: DE2723593A1
Application number: DE19772723593
Authority: DE
Inventors: Otto Voegeli
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-06-03
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1977-12-15
Also published as: US4058801A; JPS5653826B2; FR2353927B1; CA1100634A; JPS52149448A; FR2353927A1; GB1534567A; IT1115321B

Description

Böblingen, den 24. Mai 1977 bu-cn/bb

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: SA 975 068

Vertreter:

Patentanwalt Dipl.-Ing. Robert Busch Böblingen

Bezeichnung?

FELDZUGRIFFMETHODE FÜR EINZ ELWAND-MAGNETDOMÄNENSPEIC HER

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Einzelwand-Magnetdomänen werden in einem Magnetdomänen-Schichtmedium im allgemeinen mit Hilfe eines unter dem Namen "Feldzugriffsmethode" bekannten Weiterleitungsschemas weitergeleitet. Feldzugriffs-Weiterleitungsmethoden sind aus den US-Patentschriften 3 534 347, 3 541 534 und 3 797 001, um nur
einige als Beispiel zu nennen, bekannt. Der Ausdruck "Feldzugrif fsmethode" charakterisiert ein Verfahren, das sich weichmagnetischer Streifenelemente bedient, die auf der Hauptoberfläche eines Magnetdomänen-Schichtmediums in entsprechendem
Muster aufgebracht sind. Diese streifenförmigen Elemente
besitzen jeweils eine derartige Gestalt bzw. Form, daß sie Magnetpole unter dem Einwirken eines sich in Schichtmediumebene drehenden Magnetfeldes beherbergen können. Außerdem sind derar-f tige weichmagnetische Streifenelemente auf dem Magnetdomänen-Schichtmedium so angebracht und versetzt zueinander in einem kontinuierlichen Muster angeordnet, daß sie im Ansprechen
auf die verschiedenen Winkellagen des sich in Schichtebene
drehenden Weiterleitungsmagnetfeldes aufeinanderfolgend
anziehende Magnetpole bereitstellen, so daß die im darunter
befindlichen Magnetdomänen-Schichtmedium enthaltenen Einzelwand-Magnetdomänen zwischen einer Eingangs- und Ausgangsposition längs eines magnetischen Leitungskanals von Streifenelement zu Streifenelement weiterbewegt werden.

Im Zusammenwirken mit einem sich in Schichtebene drehenden
Weiterleitungsfeld sind als weichmagnetische Streifenelemente abwechseld aufeinanderfolgende T- und I-Streifen, nebeneinander angeordnete Y-Streifenelemente, ineinander geschachtelte Chevron-Streifenelemente, T- und X-förmige Streifenelemente usw. bekannt. An anderer Stelle sind Feldzugriffsanordnungen für Einzelwand-Magnetdomänen vorgeschlagen, bei denen einmal das Feldzugriffsmuster aus zwei parallelen Gruppen

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länglicher Streifenelemente besteht, die ini wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet und in speziellen Positionen bezüglich der in einem Domänenschichtgitter enthaltenen Einzelwand-Magnetoomänen angebracht sind, wohingegen gemäß einer anderen Version ein Serienzug von rhombenförmigen, weichinagnetischen Diementen in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind. Die jeweils mit Abstand aneinandergereihten, weichreagnetischen, rhombenförmigen Elemente besitzen zv;ei Seiten, die parallel zu einer Achse des Domänenschichtgitters verlaufen, wohingegen die beiden anderen Seiten parallel zur anderen Achse des Domänenschichtgitters liegen. Die Einzelwand-Magnetdomänen werden dabei in Richtung einer dritten Dcmänenschicht-Gitterachse weitergeleitet.

Feldzugriffsanordnungen der oben beschriebenen Art sind bei zuverlässiger Betriebsweise in ihrer Herstellung nicht besonders aufwendig, da sich in einem einzigen photolithographischen Prozeß eine große Anzahl von Bit-Stellen definieren läßt und zudem keineäußeren Verbindungsleitungen angewendet zu werden brauchen. Die Domänenchip-Verlustleistung in Feldzugriffssyste·^ men ist rheblich geringer als in Einzelwand-Magnetdomänen-Zugriffssystemen, bei denen die Induktionswirkung von elektrischen Leitungszügen ausgenutzt wird. Bei einem Feluzugriffssystem entsteht die Verlustleistung hauptsächlich in den Spulen, die zur Bereitstellung des magnetischen Drehfeldes dienen. Dabei ist eine Feldstärke von etwa 50 Oe typisch für den Betrieb bei streifenförmigen, weichmagnetischen Elementen, wobei die Feldstärke ausreichend sein muß, um die Entmagnetisierung ί dieser diskreten Streifenelemente überwinden zu können. Außer-i dem ergibt sich ein gewisser Leistungsverbrauch, insofern als sich das Welterleitungs-Magnetfeld über ein relativ großes Volumen erstrecken muß, um eine ausreichende Gleichförmigkeit über dem Domänenchip gewährleisten zu können.

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Bei Feldzugriffssystemen ergeben sich noch weitere Probleme, und zwar infolge entmagnetisierter Dereichskonfigurationen in den streif enförinigen Treiberelementen. So hat sich z. D. gezeigt, daß kleine NiFe(Permalloy)-Streifenelemente erhöhte Weiterleitungsfeidstärken verlangen, um diese Ent- iuagnetisierungseffekte überwinden zu können. Fernerhin ist zu ,

beobachten, daß Einzelwand-Magnetdomänen das Bestreben haben, sich an derartig entmagnetisierte NiFe(Permalloy)-Streifenelemente anzulagern. ;

Probleme dieser Art fallen jedoch umsomehr ins Gewicht, wie Abmessungen der Einzelwand-Magnetdomänen kleiner gewählt werden; mit anderen Worten, die Schwierigkeiten bei Einzelwand-Magnetdomänen mit einem Durchmesser von 3 μπ\ sind größer als bei solchen mit einem Durchmesser von 5 bis 6 μια. Die Anwendung von weichmagnetischen Überzugsfilmen bei Magnetdomänen-Baugruppen zur Unterdrückung von "harten" Einzelwand-Magnetdomänen und zur Ausweitung des Stabilitätsbereichs von Einzelwand-Magnetdomänen hinsichtlich des Stützfeldes ist in den USA-Patenten 3 603 9 39 und 3 825 885 ebenso beschrieben, wie i einem Artikel der "3M Proceedings", Seiten 633 bis 644, (1974). In all diesen Druckschriften ist eine Struktur gezeigt, bei der ein dünner NiFe(Permalloy)-Film in der Größenordnung von etwa 300 A direkt auf der Magnetdomänen-Schicht aufliegt, jedoch einen gewissen Abstand gegenüber den diskreten streifenförmigen Treiberelementen für die Weiterleitung der Einzelwand-Magnetdomänen im Magnetdomänen-Schichtmedium besitzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Feldzugriffssystem zur Weiterleitung von Einzelwand-Magnetdomänen im Magnetdomänen-Schichtmedium unter gegenüber bisher verringertem Leistungsbedarf bereitzustellen, wobei außerdem ein gleichförmiger Magnetisierungzustand in jedem streifenför-

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migen, weichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Treiberelement gewährleistet ist, und zwar bei Anwendung von Einzelwand-Magnetdomänen, deren Durchmesser geringer ist als 3 um. Das Ganze soll sich in einem einzigen Domänenchip realisieren lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie es dem ' Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Gegenüber den bekannten Anordnungen ist also beim Feldzugriffssystem gemäß der Erfindung ein enger Kontakt zwischen streifenförmigen, weichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Treiberelementen und dem kontinuierlichen, weichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Treiberfilm vorhanden. Dieser kontinuierliche Treiberfilm ist jedoch in einem gewissen Abstand zum Ilagnetdomänen-Schichtmediumfilm angebracht. Ein Weiterleitungs-Magnetdrehfeld wird an den kontinuierlichen Treiberfilm ange-j legt, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Teil eines geschlossenen magnetischen Kreises für das Treiberfeld ist. Eine Austausch-Wechselwirkung zwischen dem kontinuierlichen Treiberfilm und den streifenförmigen Treiberelementen steuert den Betrieb jedes streifenförmigen Treiberelements, in dem in jedem streifenförmigen Treiberelement gleiche gleichförmige Magnetisierungsrichtung zu verzeichnen ist, wie es auch im kontinuierlichen Treiberfilm der Fall ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Anschließend soll die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert werden.

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Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen kontinuierlichen,

vreichmagnetischen NiFe (Permalloy) -Treiberfilm mit darauf angebrachten streifenförmigen, weichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Treiberelementen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Feldzugriffsmuster gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Draufsicht auf die in Fig. 2 im Querschnitt gezeigte Anordnung,

Fign. 4A - 4c jeweils Querschnittsansichten zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens der Treiberfilm-Treiberelement-Struktur,

Fig. 5 eine Perspektiven- und Querschnittsansicht

der auf einem Domänenchip hergestellten erfindungsgemäßen Struktur.

Die in Fig. 1 gezeigte Auflageschicht 8 besteht aus einem kontinuierlichen, weichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Treiberfilm 10, der in unmittelbarem Kontakt mit den streifenförmigen, v/eichmagnetischen NiFe (Permalloy)-Treiberelementen 12 steht, die hier in an sich bekanntem Muster von abwechselnden I- und T-förmigen Streifenelementen einer Weiterleitungsstruktur für Einzelwand-Magnetdomänen in einem darunterliegenden, hier nicht gezeigten Magnetdomänen-Schichtmedium gezeigt ist. Auch der kontinuierliche Treiberfilm besteht aus einem weichmagnetischen Material, wie z. B. NiFe (Permalloy) und besitzt eine Dicke von etwa 0,2 bis 0,4 pn. In gleicher Weise bestehen wie gesagt auch die streifenförmigen Treiberelemente aus weichmagnetischem Material und zwar ebenfalls aus

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NiFe (Permalloy). Wenn im vorliegenden Fall auch die streifenförmigen Treiberelemente 12 aus einem Muster von abwechselnd aufeinanderfolgenden T- und I-förmigen Streifen bestehen, so lassen sich selbstverständlich auch alle anderen geometrischen Formen von Treiberstreifen und Weiterleitungsmustern verwenden. Zum Unterschied gegenüber diesen wird im vorliegenden Fall jedoch jedes diskrete streifenförmige Element 12 nicht direkt durch Wechselwirkung mit einem angelegten Weiterleitungstreiberfeld, dessen Richtung in an sich bekannter Weise in der Ebene des Magnetdomänen-Schichtmediums liegt, erregt, sondern vielmehr über eine Austausch-Wechselwirkung mit dem kontinuierlichen Treiberfilm 10. Als Ergebnis hiervon ergibt sich der gleiche, gleichförmige Magnetisierungszustand in jedem streifenförmigen Treiberelement 12, wie er im kontinuierlichen Treiberfilm 10 existiert, wobei nur sehr geringe Energie erforderlich ist, um die Magnetisierungsrichtung in der Ebene des geometrisch isotropen Treiberfilms 10 zu drehen. Die , in Fig. 1 gezeigte Auflagestruktur, bestehend aus dem kontinuierlichen Treiberfilm 10 und den streifenförmigen Treiberelementen 12, ist auf einem Magnetdomänen-Schichtmedium, jedoch im bestimmten Abstand hiervon, aufgelegt.

Zum Betrieb der Auflagestruktur 8 müssen natürlich hier ' ! nicht gezeigte äußere Maßnahmen getroffen sein, um die

Magnetisierungsrichtung im kontinuierlichen Treiberfilm 10 in Schichtebene gleichförmig drehen zu können. Ein hier nicht angedeutetes Treiberdrehfeld wird z. B. durch einen Satz· orthogonal zueinander ausgerichteter Treiberspulen, wie i bei Anwendung von Magnetdomänen-Baugruppen üblich, bereit- ι gestellt. Eine magnetische Feldstärke von weniger als 10 Oe genügt, um die Magnetisierungsrichtung im kontinuierlichen j Treiberfilm 10 für zuverlässige Einzelwand-Magnetdomänen-Weiterleitung zu drehen, wohingegen eine magnetische Treiberfeldstärke von etwa 50 Oe erforderlich wäre, um diskrete strei-

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fenförmige Treiberelemente ohne zusätzliche Anwendung eines kontinuierlichen Treiberfilms entsprechend zu magnetisieren.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fign. 2, 3 und 5 gezeigt, bei denen der kontinuierliche Treiberfilm einen Teil eines geschlossenen magnetischen Kreises bildet, um so den Leistungsbedarf noch weiter herabzusetzen. In der Darstellung nach den Fign. 2 und 3 besteht die Auflagestruktur 8 aus dem kontinuierlichen Treiberfilm 10 mit den darauf angebrachten streifenförmigen Treiberelementen 12. Das ganze befindet sich in einem bestimmten Abstand von einem Magnetdomänen-Schichtmedium 14, das auf einem Substrat 16 aufgebracht ist. Unterhalb des Substrats 16 befindet sich ein parallel zur Auflagestruktur 8 liegendes Joch 18. Das Treiberdrehfeld wird durch zwei Paare von Treibermagneten 20 und 22, wie in Fig. 3 gezeigt, bereitgestellt. Der entsprechende Magnetfluß wird durch einen elektrischen Stromfluß um die jeweiligen Treibermagnete 20 und 22 herum erzeugt. Wenn sich die Magnetisierungsrichtung im kontinuierlichen Treiberfilm im Ansprechen auf die um 90° versetzten, durch die Treibermagnetpaare erzeugten, magnetij sehen Spannungen dreht, dann dreht sich auch die durch Wechself· ' wirkung in jedem streifenförmigen Treiberelement bereitgestellte Magnetisierung im Einklang mit der Magnetisierung im kontinuierlichen Treiberfilm. Von den gleichförmig

magnetisierten streifenförmigen Treiberelementen ausgehende Streufelder treten in Wechselwirkung mit den Einzelwand-Magnetdomänen im darunterliegenden Magnetdomänen-Schichtmedium so daß diese Einzelwand-Magnetdomänen in an sich üblicher Weise längs eines Weiterleitungsmusters von streifenförmigen Treiberelementen weitergeleitet werden.

Die Einzelwand-Magnetdomänen-Weiterleitung, wie sie bei Anwendung der erfindungsqemäßen Struktur stattfindet, ist

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gleich der bei Strukturen üblicher Bauart. Der Wechselwirkungsmechanismus zwischen den streifenförmigen Treiberelementen und jeweiliger Einzelwand-Magnetdomäne ist jedoch nicht der gleiche wie bei üblichen Magnetdomctnen-Baugruppen. In üblichen Magnetdomänen-Baugruppen bestimmt das Seitenverhältnis eines streifenförmigen Treiberelements den Grad seiner Magnetisierung als Funktion der Treiberfeldrichtungswinkellage und hiermit wiederum das auf die jeweilige Einzelwand-Magnetdomäne einwirkende magnetische Streufeld. Bei der erfindungsgemäßen Struktur jedoch bleiben alle streifenförmigen Treiberelemente gleichförmig magnetisiert, wobei das Seitenverhältnis eines streifenförmigen Treiberelements lediglich dazu her- ' hält, seine Dipolmomentstärke in Abhängigkeit von der Magne- j

tisierungsrichtung zu bringen. j

Die vorteilhafte Anwendung eines kontinuierlichen Treiberfilms gemäß der Erfindung ist speziell bei kleinen Einzelwand-Magnetdomänen mit einem Durchmesser von weniger als 3 jam von Nutzen. In einem kontinuierlichen NiFe(Permalloy)-Film strebt die Magnetisierung aufgrund einer magnetostatischen Wechselwirkungskopplung danach zumindest über Abstände von weniger als etwa 2 um gleichförmig zu bleiben. Sind die Abmessungen der streifenförmigen Treiberelemente kleiner als dieser Austauschkopplungsabstand, dann wird die örtliche Permeabilität des Treiberfilms sehr klein, so daß die überbrückung des Treiberfeldes, ausgehend von den Einzelwand-Magnetdomänenund den streifenförmigen Treiberelementen, vernachlässigbar ist. Als Resultat zeigt sich, daß die erfindungsgemäße Struktur hauptsächlich bei kleinen Einzelwand-Magnetdomänen vorteilhaft ist.

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Fign. 4A bis 4B lassen sich zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Struktur heranziehen. Ein Photoresistmuster 24 wird zunächst auf eine adhäsive Leitungsschicht 22 aufgetragen. Die NiFe(Permalloy) -streifenförmigen Treiberelemente 12 v/erden dann in einem Galvanisierungsverfahren auf die leitende Schicht 22 in den durch das Photoresistmuster 24 freigelassenen Bereichen, wie in Fig. 4B gezeigt, niedergeschlagen. Der gleichmäßige kontinuierliche Treiberfilm 10 wird darauf mit Hilfe eines Vakuumniederschlagsverfahrens oberhalb der

streifenförmigen Treiberelemente 12 und des Photoresistmusters 24 aufgebracht.

In den Darstellungen nach Fig. 1 bis Fig. 4 ist zwar immer gezeigt, daß der kontinuierliche Treiberfilm oberhalb der streifenförmigen Treiberelemente angebracht ist, doch läßt sich die Erfindung ebensogut auch auf Strukturen anwenden, bei denen die streifenförmigen Treiberelemente sich oberhalb des kontinuierlichen Treiberfilms befinden. Diese letztere Ausführungsform ist zwar nicht so wirksam wie die erstere, läßt sich jedoch viel einfacher mit Hilfe der gleichen Niederschlagsverfahren herstellen, wobei sich auch für eine derartige Struktur gemäß der Erfindung noch vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden lassen.

Ein Ausführungsbeispiel mit einem geschlossenen magnetischen Kreis ist in Fig. 5 als Magnetdomänen-Baugruppe gezeigt. Die Auflagestruktur 26 besteht aus einem kontinuierlichen Treiberfilm 23, der in unmittelbarem Kontakt mit den streifenförmigen Treiberelementen 30 steht. Ein Joch 32 ist mit den Randkanten des kontinuierlichen Treiberfilms 28 verbunden. Der Hauptanteil des Jochs 32 jedoch ist vom Treiberfilm 28 durch die Treibermetallisierung 34 getrennt. Die Treibermetallisierung 34 wird durch Treiberströme I₁

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erregt, die über die Anschlüsse 36 und 38 zugeführt werden, sowie durch Treiberströme I_, die gegenüber den Strömen I₁ um 9O versetzt sowohl über Anschluß 4O, als auch einen hier nicht gezeigten weiteren Anschluß zugeführt werden. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, fließen die Ströme I₁ und I-orthogonal zueinander durch die Treibermetallisierung 34. Dementsprechend entstehen auch orthogonal zueinander ausgerichtete Magnetfelder, deren jevjeilige Stärke in Abhängigkeit von der Stromstärke derart variiert, daß die Feldstärke des Drehfeldes, als jeweilige resultierende, in allen Winkellagen gleiche Feldstärke aufweist. Letzteres Ausführungsbeispiel zeigt mannigfaltige Vorteile, v/ie z. B. leichte Herstellbarkeit als auch beachtliche Vereinfachung bei der Hodulauslegung.

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Le e rs e i t e

Claims

PATE N TA ΓΙ SPRUCH E

Magnetdomänenbaugruppe, bestehend aus einem Magnetdomänen-Schichtmedium einer kontinuierlichen v/eichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Treiberschicht und einem Weiterleitungsmuster für die Einzelwand-Magnetdomänen im Magnetdomänen-Schichtmedium, bestehend aus weichmagnetischen NiFe(Permalloy)-Streifen in kontinuierlicher Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das v/eichmagnetische NiFe(Permalloy)-Weiterleitungsmuster direkt auf dem weichmagnetischen NiFe (Permalloy)-Treiberfilm aufgebracht ist, so daß die streifenförmigen Treiberelemente des Weiterleitungsmusters über Wechselwirkungskopplung mit dem kontinuierlichen Treiberfilra beim Anlegen eines in Schichtebene ausgerichteten magnetischen Drehfeldes erregt werden, und daß die Auflagestruktur, bestehend aus dem kontinuierlichen Treiberfilm, mit dem weichmagnetischen NiFe-Weiterleitungsmuster in bestimmtem Abstand vom Magnetdomänen-Schichtmedium, parallel hierzu verlaufend, angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gskennzeichnet, daß der kontinuierliche Treiberfilm eine Dicke von mindestens 0,2 jjm aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberfilmdicke zwischen 0,2 bis 0,4 pm liegt.

j4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische NiFe-Weiterleitungsmuster zwischen dem kontinuierlichen Treiberfilm und dem Magnetdomänen-Schichtmedium im besagten Abstand liegt.

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ORIGINAL INSPECTED

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche Treiberfilm zwischen , dem weichmagnetischen NiFe-Weiterleitungsmuster und dem Magnetdomänen-Schichtmedium, im besagten Abstand hiervon, liegt.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines geschlossenen
magnetischen Kreises die kontinuierliche Treiberschicht über magnetisierbare Randstege mit einem parallel hierzu im Abstand verlaufenden, flächenmäßig kongruenten, magnetisch leitenden Joch verbunden ist.

Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische NiFe-Weiterleitungsmuster sowie das Magnetdomänen-Schichtmedium zwischen kontinuierlicher Treiberschicht und dem flächenförmigen Joch angeordnet sind.

Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem kontinuierlichen Treiberfilm und
dem flächenförmigen Joch eine nicht-magnetische Metallisierungsfläche angebracht ist, die in orthogonal zueinander stehenden Richtungen durch Magnetisierungsströme beaufschlagbar ist, um ein Weiterleitungsmagnetdrehfeld jeweils gleicher Feldstärke in allen in der Treiberfilmebene liegenden Richtungen bereitzustellen und daß das weichmagnetische NiFe-Weiterleitungsmuster sich auf der Außenfläche des
kontinuierlichen Treiberfilms befindet.

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