DE69122260T2

DE69122260T2 - Unabgeschirmter horizontaler magnetoresistiver kopf und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE69122260T2
Application number: DE69122260T
Authority: DE
Inventors: Javier Ignacio Pittsburgh Pa 15237 Guzman; Robert Edward Jr. San Jose Ca 95120 Jones; Mark Howard Bradford Woods Pa 15015 Kryder; Keith Robert Pittsburgh Pa 15221 Mountfield
Original assignee: Mars Inc
Current assignee: Mars Inc
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: KR100228837B1; EP0555354B1; CA2095035A1; WO1992008226A1; CA2095035C; JPH06504391A; EP0555354A1; US5155643A; DE69122260D1; KR930702747A; EP0555354A4; ES2093114T3; JP3244503B2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen nicht abgeschirmten horizontalen magnetoresistiven Kopf, der für ein magnetisches Abtasten und Lesen verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin solche Köpfe, die gegenüber aktuellen Köpfen Kosten- und Herstellungsvorteile aufweisen, sowie das Verfahren zur Herstellung solcher Köpfe. Genauer gesagt können die Köpfe gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Geldschein-Gültigkeitsprüfvorrichtung zum Abtasten der einer Papierwährung, wie der US-Währung, eigenen magnetischen Eigenschaften oder für viele andere Anwendungen, die ein magnetisches Abtasten und Lesen einschließen, welche im Hinblick auf die folgende Offenbarung für Fachleute unmittelbar verständlich sein werden, verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Ein magnetoresistiver Kopf ist ein Abtast- oder Lesekopf, bei dem magnetoresistive Elemente zum Abtasten oder Lesen einer in einem magnetischen Medium vorhandenen magnetischen Information verwendet werden. Ein magnetoresistives Element ist ein Element, dessen elektrischer Widerstand sich bei veränderlichen einwirkenden Magnetfeldern ändert.
Zahlreiche Magnetköpfe aus dem Stand der Technik für zahlreiche Anwendungen, wie einer Abtastung von Münzen, einer Bestimmung des Inhalts einer Münzröhre, einer Währungs- und Geldschein-Gültigkeitsprüfung und einer Bestimmung des Nennwerts einer Papierwährung oder anderer Formen von Geldnoten, sind vom induktiven Typ, bei dem ein sich schnell änderndes Magnetfeld erforderlich ist, um eine magnetische Information zu erfassen und aufzuzeichnen. Magnetoresistive Köpfe können andererseits in einem sich langsam bewegenden Magnetfeld vorhandene Informationen erfassen und lesen. Magnetoresistive Köpfe aus dem Stand der Technik sind typischerweise schwierig herzustellen und dementsprechend relativ teuer, wie nachfolgend weiter erörtert wird.
Die Orientierung eines Abtastelements eines magnetoresistiven Kopfes kann entweder vertikal oder horizontal bezüglich des gelesenen magnetischen Mediums sein. In der in R. S. Indeck, J. H. Judy und S. Iwaski, "A Magnetoresistive Gradiometer", IEEE Trans. Magn. 24, 2617 (1988), beschriebenen vertikalen Orientierung befindet sich der magnetoresistive Kopf auf dem magnetischen Medium in einer vertikalen oder aufrecht stehenden Position, bei der die untere Kante des Kopfes entweder in Kontakt mit dem magnetischen Medium, von dem er lesen soll, angeordnet ist oder dicht benachbart oder nahe dazu.
Eine Anzahl aus zwei Elementen zusammengesetzter vertikaler magnetoresistiver Sensoren wurden in der Literatur aus dem Stand der Technik für eine Verwendung mit einem Lesen mit hoher Leistung beschrieben. In allgemeinen bestanden diese vertikalen Anordnungen aus zwei parallelen magnetoresistiven Elementen oder Sensoren, die dicht zueinander angeordnet waren und senkrecht zur Ebene des zu lesenden magnetischen Mediums standen. Die für solche Anordnungen behaupteten Vorteile schließen eine gute allgemeine Rauschunterdrückung, einen breiteren Bereich einer linearen Funktionsweise (und demzufolge eine Verringerung der Verzerrung durch zweite Harmonische) sowie ein höheres Signal pro Breiteneinheit, als dies bei einzelnen Sensorköpfen erzielt wird, ein.
Es werden auf einem Wafer vertikale magnetoresistive Köpfe hergestellt, und daraufhin wird ein Streifen mit einer Anzahl dieser in einer Reihe angeordneten Köpfe aus dem Wafer herausgeschnitten. Durch diesen Schneid- oder Trennvorgang werden Grate oder rauhe Kanten an den Trennkanten erzeugt. Die Kante dieses Streifens, die das magnetische Medium berührt, muß daraufhin poliert werden. Dieser Polierschritt ist kritisch, da er die Sensorhöhe bestimmt. Da die Toleranzen typischerweise sehr eng sind, ist das Verfahren teuer. Der sich ergebende polierte Streifen wird daraufhin in Chips zerschnitten, um die einzelnen Köpfe zu trennen.
Die Herstellung horizontaler magnetoresistiver Köpfe ist gemäß der vorliegenden Erfindung viel einfacher als beim vorhergehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung vertikaler Köpfe. Sobald der den Kopf enthaltende Wafer in der vorliegenden Erfindung in Chips zerschnitten worden ist, sind die Außenflächen der in Chips zerschnittenen Kopfelemente und nicht ihre seitlichen Kanten zu verwenden, um einen Kontakt zum zu lesenden magnetischen Medium herzustellen oder dicht benachbart dazu angeordnet zu werden. Die vorliegende Erfindung macht demnach den kostspieligen und zeitaufwendigen Poliervorgang überflüssig.
Wenngleich horizontale magnetoresistive Köpfe im Stand der Technik beschrieben sind, beispielsweise von D. W. Chapman, D. E. Heim und M. L. William, "A New, Horizontal MR Head Structure", IEEE Trans. Magn. 25, 3689 (1989) und D. W. Chapman, "A new approach to naking thin film head-slider devices", IEEE Trans., Magn. 25, 3686 (1989), wurde bei diesen horizontalen magnetoresistiven Köpfen eine Abschirmung verwendet, und das zu ihrer Erzeugung verwendete Herstellungsverfahren setzt die Einbeziehung dieser Abschirmung voraus. Die vorliegende Erfindung macht eine solche Abschirmung überflüssig und sieht einen horizontalen magnetoresistiven Lesekopf vor, der nicht abgeschirmt ist. Hierdurch wird ein einfacheres und weniger kostspieliges Herstellungsverfahren verwendet, um nicht abgeschirmte horizontale Köpfe gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Diese Köpfe weisen eine ausreichende Auflösung auf, um für eine Verwendung in zahlreichen bisher nicht erkannten Anwendungen sehr wünschenswert zu sein, die bisher nicht als geeignet für kostspieligere Köpfe angesehen wurden, sowie als Ersatz für gegenwärtig in bestimmten Anwendungen verwendete kostspieligere Köpfe.
In der britischen Patentanmeldung GB 2 098 768 ist eine Matrix von Magnetköpfen zum Abtasten eines Codes auf einem Sicherheitsstreifen offenbart, der auf einem Sicherheitsdokument vorgesehen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wäre wünschenswert, einen nicht abgeschirmten horizontalen magnetoresistiven Lesekopf für eine Verwendung in magnetischen Abtast- und Lesevorrichtungen und in anderen verwandten Vorrichtungen zu schaffen, um eine Untersuchung oder Überprüfung der magnetischen Eigenschaften gewisser magnetischer Medien durchzuführen. Diese Erfindung kann eine Anwendung in Geldschein-Gültigkeitsprüfvorrichtungen und ähnlichem finden, wo gegenwärtig magnetische Prüfungseinrichtungen verwendet werden.
Es wäre ebenfalls wünschenswert, ein vereinfachtes Konstruktions- und Herstellungsverfahren für magnetoresistive Köpfe zu schaffen, so daß sich weniger kostspielige und wirksamere Herstellungsabläufe ergeben.
Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den begleitenden Ansprüchen ausgeführt.
Es wird eine neue Art eines zweifachen magnetoresistiven Kopfes beschrieben, bei der die beiden magnetoresistiven Elemente oder Sensoren in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei sie das zu lesende magnetische Medium in einer horizontalen Anordnung entweder berühren oder neben diesem liegen. Anders als bei horizontalen Köpfen aus dem Stand der Technik ist ein horizontaler Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung nicht abgeschirmt.
Der Aufbau und das Verfahren zur Verwendung und Herstellung von Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten beim Lesen der detaillierten Beschreibung zusammen mit der Zeichnung verständlich werden. Ebenso werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung Fachleuten leicht verständlich werden.

Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist ein nicht abgeschirmter horizontaler magnetoresistiver Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt;
in Fig. 2 ist ein abgeschirmter horizontaler magnetoresistiver Kopf aus dem Stand der Technik dargestellt;
in Fig. 3 ist eine magnetoresistive Ansprechkurve für einen Streifen aus einem magnetoresistiven Material vor dem Vormagnetisieren in Querrichtung dargestellt;
in Fig. 4 ist eine magnetoresistive Ansprechkurve für einen gegebenen Streifen aus einem magnetoresistiven Material dargestellt, nachdem es in Querrichtung vormagnetisiert worden ist;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung eines Ausgangssignals eines nicht abgeschirmten horizontalen magnetoresistiven Kopfes aus Fig. 1;
Fig. 6 ist eine Darstellung der von einem jeden magnetoresistiven Streifen des magnetoresistiven Kopfes aus Fig. 1 erzeugten Signale, wenn der magnetische Übergang quer zum magnetoresistiven Kopf bewegt wird; und
die Figuren 7 und 8 sind Darstellungen der Verwendung des magnetoresistiven Kopfes aus Fig. 1 zur Erfassung von magnetischen Übergängen bei einer Währung in einer Währungs- Gültigkeitsprüfvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung

In Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus eines nicht abgeschirmten horizontalen magnetoresistiven Kopfes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Zwei magnetoresistive Streifen 2 verlaufen durch eine Lücke 10 getrennt in derselben horizontalen Ebene parallel zueinander. Die Lücke 10 kann mit Luft oder einem anderen Typ eines dielektrischen Materials angefüllt sein, das als ein elektrischer Isolator festgelegt ist, der ein elektrisches oder magnetisches Feld bei einer sehr geringen Verlustleistung tragen kann. Die magnetoresistiven Streifen 2 sind an einem Ende durch ein Querstück 3 miteinander verbunden. Das Querstück 3 ist ein elektrischer Leiter und dient dazu, die nagnetoresistiven Streifen 2 baulich miteinander zu verbinden und sie elektrisch mit einem gemeinsamen elektrischen Punkt 4 zu verbinden, der typischerweise die System-Masse ist. Die nicht an Masse liegenden Enden eines jeden der magnetoresistiven Streifen 2 sind über Widerstände 26 und 27 mit gleichen Werten an ein Paar von Konstantstromversorgungen 7 angeschlossen. Hierdurch sind die nicht an Masse liegenden Enden eines jeden der magnetoresistiven Streifen 2 ebenfalls an die Eingänge einer Differenzspannungs-Erfassungseinrichtung 35 angeschlossen. Identische Ströme (1) fließen von den Konstantstromversorgungen 7 durch die Widerstände 26 und 27 und daraufhin durch einen jeden der magnetoresistiven Streifen 2 zur Masse. Eine Spitzenerfassungsschaltung 9 ist an den Ausgang der Differenzspannungs-Erfassungsschaltung 35 angeschlossen.
Die Streifen 2 sollten innerhalb praktischer Konstruktionszwänge so dünn wie möglich sein, um die an jedem Streifen für einen gegebenen magnetischen Übergang oder ein zu erfassendes Signal auftretende Spannungsänderung zu maximieren, um dadurch einen höheren Grad der Auflösung zu erreichen. Die Größe der Lücke 10 wird durch die Anwendung bestimmt, für die der magnetoresistive Kopf verwendet wird. Um genaue Ergebnisse zu erreichen, sollte die Größe der Lücke 10 derart sein, daß in keinem gegebenen Fall während des Abtastund Lesevorgangs mehr als ein magnetischer Übergang in der Lücke 10 auftritt. Für Anwendungen, die eine höhere Auflösung erfordern oder bei denen magnetische Übergänge in geringen Abständen auftreten, ist eine geringe Lückengröße erforderlich. Bei Anwendungen mit einer geringeren Auflösung, bei denen die magnetischen Übergänge sich in einem größeren Abstand befinden, kann die Größe der Lücke höher sein, solange in keinem gegebenen Fall mehrere Übergänge innerhalb der Lücke auftreten.
Magnetoresistive Elemente erfahren von Natur aus eine Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands oder des elektrischen Widerstands als Funktion der Orientierung der magnetischen Dipolmomente, die in dem Material auftreten, wenn ein Magnetfeld angelegt wird. Anders als induktive Köpfe können magnetoresistive Elemente so arbeiten, daß ein sich langsam änderndes Magnetfeld abgetastet wird.
Wie wiederum in Fig. 1 dargestellt ist, besteht der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung aus den beiden durch die Lücke 10 getrennten magnetoresistiven Streifen 2. Die Streifen 2 weisen im wesentlichen die gleichen elektrischen Eigenschaften und den gleichen durch sie fließenden Strom (I) auf. Als Folge hiervon ist der Spannungsabfall an jedem der Streifen in Abwesenheit eines Magnetfelds im wesentlichen gleich, und das Ausgangssignal des Differenzspannungsverstärkers 35 beträgt in etwa 0 Volt. Wenn ein Magnetfeld in der Nähe der Streifen derart angelegt wird, daß sie nicht in gleichem Maße beeinflußt werden, ändern sich die Widerstände der beiden Streifen, und es ändern sich die Spannungsabfälle an den Streifen 2, wenn die durch die Streifen 2 fließenden Ströme durch die Konstantstromversorgungen 7, die in Fig. 1 dargestellt sind, konstant gehalten werden. Das typische von diesem magnetoresistiven Kopf 1 erhaltene Signal ist die Differenz der Änderungen der Spannungsabfälle an den beiden magnetoresistiven Streifen 2. Die Differenz der Spannungsabfälle an einem jeden magnetoresistiven Streifen 2 wird bestimmt und durch das magnetische Abtast- oder Lesesystem verwendet. Wie im weiteren Text erörtert wird, tritt die maximale Differenz, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, auf, wenn sich ein magnetischer Übergang in der Mitte der Lücke 10 befindet.
Die Anderung des Widerstands der magnetoresistiven Streifen 2 ist auch eine Funktion der Orientierung der dem Material der Streifen 2 eigenen magnetischen Dipolmomente. Um ein lineares Ansprechen zu erreichen und die Empfindlichkeit zu maximieren, ist es erforderlich, Dipolmomente der Streifen 2 in Querrichtung auszurichten, um sie gleichmäßig von der leichten Achse wegzurichten. Die leichte Achse ist als die Eigenorientierung der magnetischen Dipolmomente eines Materials definiert, auf das kein äußeres magnetisches oder ausrichtendes Feld einwirkt. Die Orientierung der Dipole nach dem Ausrichten ist typischerweise um 45 Grad gegenüber der Richtung des Stromflusses (I) versetzt. Jegliche durch das Anlegen eines Magnetfelds bewirkte Anderung dieser Winkelorientierung führt zu einer Anderung des spezifischen Widerstands oder des Widerstands der magnetoresistiven Streifen 2.
Beim magnetoresistiven Material ändert sich der Widerstand des Materials in Abhängigkeit von der Richtung seiner Messung in bezug auf die Orientierung der Magnetisierung der Dipole. Der parallel zur Orientierung der Dipolmagnetisierung gemessene spezifische Widerstand weicht vom senkrecht zur Orientierung der Dipolmagnetisierung gemessenen spezifischen Widerstand ab. Diese Differenz des Widerstands ist ΔR. ΔR ist eine dem Material eigene Eigenschaft. Bei einem bei Null liegenden Quermagnetfeld nimmt ΔR seinen Maximalwert an. Der Widerstand R ist der Widerstand des magnetoresistiven Elements bei einem bei Null liegenden Querfeld.
Die Kurve des magnetoresistiven Ansprechens, die durch das Verhältnis von ΔR zu R gegeben ist, das gegen das Quermagnetfeld aufgetragen ist, das an das magnetoresistive Element angelegt ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte glockenförmige Kurve weist ein schnelles Abfallen nach dem Spitzenwert auf und nähert sich daraufhin langsam der horizontalen Achse. Eine lineare Beziehung zwischen diesen beiden Parametern ist für magnetische Abtast- und Leseanwendungen erwünscht. Als Folge des Ausrichtens der Dipole der magnetoresistiven Streifen 2 kann die in Fig. 3 dargestellte Kurve nach links verschoben sein. In Fig. 4 ist das Verschieben dieser Kurve infolge des Ausrichtens der Dipole dargestellt, und es sei bemerkt, daß die X-Achse aus Fig. 4 nicht im gleichen Maßstab wie die X-Achse aus Fig. 3 dargestellt ist. Das Ausrichten der Streifen 2 bewirkt, daß ein linearerer Abschnitt der Ansprechkurve um die Y-Achse aus Fig. 4 zentriert ist, der als Bereich A bezeichnet ist, welcher der typische Arbeitsbereich für den magnetoresistiven Kopf ist. Die magnetoresistiven Streifen 2 werden nun in einem linearen Arbeitsbereich (Bereich A) angeordnet, was zu einer maximalen Empfindlichkeit und zur Linearisierung der Arbeitsweise des magnetoresistiven Kopfes führt. Auf diese Weise wird eine genauere und empfindlichere Vorrichtung erreicht.
Eine Hilfsanordnung (nicht dargestellt) wird vorzugsweise vorgesehen, um die Streifen 2 richtig vorzumagnetisieren, um die magnetischen Dipole in der gerade beschriebenen Weise zu orientieren. Der Winkel 0 der magnetischen Dipolorientierung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Hilfsstruktur zum Vormagnetisieren kann beispielsweise durch angrenzende weichmagnetische Schichten gegeben sein, die über den magnetoresistiven Streifen 2 aufgebracht sind.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann hohe Signale mit einer hohen Auflösung ausgeben. Falls ein jeder der Streifen 2 beispielsweise 1 µm breit ist und die Streifen 2 durch eine 0,2 µm umfassende Lücke getrennt sind, ist die Signaispitze bei der halben Amplitude nur 0,9 µm breit (die Flughöhe oder der Abstand des Kopfes vom magnetischen Medium, von dem zu lesen ist, beträgt 0,25 µm). Solche feinen Linien und Abstände sind durch Herstellungsverfahren für mikroelektronische Bauelemente nach dem aktuellen Stand der Technik erreichbar, insbesondere wenn die Streifen 2 auf einer ebenen, strukturlosen Oberfläche festgelegt sind. Die Herstellung magnetoresistiver Köpfe erfordert eine hochauflösende Strukturierung dieser Elemente in einer zur Strukturierung elektrischer Transistoren ähnlichen Weise. Dieser Strukturierungsvorgang umfaßt mehrere Maskierungsschritte. Die magnetoresistiven Köpfe werden unter Verwendung aufeinanderfolgender Schichten verschiedener Materialien, die mit verschiedenen Geometrien strukturiert wurden, "aufgebaut". Bei abgeschirmten magnetoresistiven Köpfen aus dem Stand der Technik muß eine Strukturierung sowohl der Abschirmung als auch des magnetoresistiven Elements vorgenommen werden. Weiterhin ist die Ausrichtung zwischen der Abschirmung und dem magnetoresistiven Streifen besonders kritisch, und die für die Strukturierung der Bauelemente verwendeten Maskierungsschritte sind insbesondere sehr wichtig.
Es ist ersichtlich, daß der in Fig. 1 dargestellte Aufbau der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem in Fig. 2 dargestellten aus dem Stand der Technik vereinfacht ist. In Fig. 2 ist ein abgeschirmter horizontaler magnetoresistiver Kopf 15 aus dem Stand der Technik dargestellt, der eine magnetische Schicht 16 aufweist, die als Abschirmung wirkt.
Der Aufbau der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich dadurch vom Stand der Technik, daß es keine Abschirmung gibt. Bei Bauelementen aus dem Stand der Technik, die ausschließlich bei hochauflösenden Anwendungen verwendet wurden, wurden magnetische Abschirmungen verwendet, um von anderen Quellen in der Umgebung als dem abzutastenden oder zu lesenden magnetischen Medium ausgehende elektromagnetische Signale zu blockieren. Diese elektromagnetischen Streusignale können durch den magnetoresistiven Kopf erfaßt werden, was zu einer ungenauen Anzeige des vom magnetischen Medium erfaßten Magnetfelds führt. Solche Ungenauigkeitsguellen wurden bei diesen hochauflösenden Anwendungen eines magnetoresistiven Kopfes durch Verwendung einer Abschirmung abgeschwächt.
Die vorliegende Erfindung erkennt, daß früher bei hochauflösenden Anwendungen verwendete horizontale magnetoresistive Köpfe für geringauflösende Anwendungen geeignet wären, falls sie einfacher und weniger kostspielig hergestellt werden könnten. Die vorliegende Erfindung erkennt, daß jeglicher elektromagnetische Streufluß bei geringauflösenden Anwendungen die Messung nicht in erheblichem Maße beeinflußt. Demzufolge ist die Abschirmung gemäß der vorliegenden Erfindung fortgelassen, und der vereinfachte Herstellungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung bietet eine mehr als hinlängliche Auflösung für zahlreiche Anwendungen und ermöglicht weiter ein Bauelement, das erheblich einfacher und weniger kostspielig hergestellt werden kann.
Beim nicht abgeschirmten magnetoresistiven Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsvorgang einer hochauflösenden Strukturierung beseitigt, da das Abschirmelement beseitigt ist. Die Möglichkeit, die Abschirmung außer acht zu lassen, verringert die Anzahl der erforderlichen Schritte zur Herstellung des Typs eines Abtast- und Lesekopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine bessere Oberfläche vor, auf der die Sensoren strukturiert werden. Bei einem Bauelement aus dem Stand der Technik war das Bilden der Sensoren über einer Öffnung in einer Abschirmstruktur erforderlich. Es ist nicht einfach möglich, die Oberfläche über dieser Öffnung eben und glatt zu machen, um die Bildung des Musters des magnetoresistiven Streifensensors zu erleichtern. Dementsprechend waren eine zusätzliche Zeit und zusätzliche Ausgaben erforderlich, um diese im Stand der Technik auftretende Situation zu lösen. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung auch nicht erforderlich, die Sensoren sehr genau über der Öffnung zu positionieren. Die vorliegende Erfindung sieht daher ein verbessertes Herstellungsverfahren vor und liefert weiterhin den zur Durchführung einer großen Anzahl der gewünschten Aufgaben erforderlichen Auflösungsgrad.
Bei manchen Bauelementen magnetoresistiver Köpfe aus dem Stand der Technik war die Herstellung zweier magnetoresistiver Filme und einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht erforderlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden beide magnetoresistiven Streifen 2 im selben Lithographie Arbeitsgang und aus demselben aufgebrachten magnetoresistiven Film gebildet. Dies bietet gegenüber dem Stand der Technik einen weiteren Vorteil bei der Herstellung.
Es ist weiterhin unwahrscheinlich, daß die beiden sich aus dem Verfahren zur Herstellung vertikaler magnetore sistiver Köpfe aus dem Stand der Technik ergebenden magnetoresistiven Filme identisch sind, da sie aus getrennten Filmen gebildet werden. Bei der Herstellung horizontaler magnetoresistiver Köpfe können die nagnetoresistiven Streifen 2 aus derselben Materialschicht gebildet sein, und es kann daher ein Paar sich in höherem Maße gleichender Streifen erreicht werden. Demzufolge ist eine Verringerung der Anzahl der Schichten erforderlich, um die horizontalen magnetoresistiven Streifen 2 zu bilden. Da weiterhin eine horizontale Struktur hergestellt wird, sind keine zusätzlichen Schritte hinsichtlich der Herstellung genauer Sensorbreiten erforderlich, wenn vertikale Bauelemente hergestellt werden. Es werden daher durch die vorliegende Erfindung zahlreiche Herstellungsschritte und Probleme beseitigt, was zu kostengünstigen und einfacheren Herstellungs abläufen führt.
Weiterhin geben Ausgangssignal-"Unterschwinger" bei magnetoresistiven Köpfen zur Sorge Anlaß. Ein Ausgangssignal- Unterschwinger und sein zugehöriger negativer Ausläufer sind in Fig. 5 dargestellt, wo die normierte Amplitude des magnetoresistiven Kopfes gegen die Position des magnetischen Übergangs des abgetasteten oder gelesenen Materials von der Mitte der Lücke 10 aus Fig. 1 aufgetragen ist. Ein Ausgangssignal- Unterschwinger und sein zugehöriger negativer Ausläufer ergeben sich aus der Subtraktion der an jedem magnetoresistiven Streifen 2 erzeugten Spannungssignale.
In Fig. 6 ist der magnetoresistive Kopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die jeweiligen magnetoresistiven Streifen 2 und die sich ergebende graphische Darstellung der durch jeden Streifen erzeugten Signale gezeigt sind. Ein magnetisches Medium 12 wird so unter dem Kopf vorbeigeführt, daß sich der magnetische Übergang 90, wie dargestellt, von links nach rechts bewegt. Das durch die unterbrochene Linie dargestellte Signal wird durch den linken Streifen 2 erzeugt, wenn der magnetische Übergang 90 von links nach rechts vorbeiläuft, während die durchgezogene Linie das Negative des durch das rechte Streifenelement 2 erzeugten Signals darstellt, wenn sich der magnetische Übergang 90 weiterhin von links nach rechts bewegt. Die Summe dieser durch die beiden Streifen erzeugten Signale führt zum in Fig. dargestellten Ausgangssignal des Kopfes.
Es sei bemerkt, daß das Signal eines jeweiligen Streifens 2 auf dem Graphen Null bei der Mittellinie des jeweiligen Streifens kreuzt und zu dieser symmetrisch ist. Das Signal im rechten Streifen 2 nimmt beispielsweise dann den maximalen positiven Wert an, wenn sich der Übergang am linken Rand befindet, und nimmt den maximalen negativen Wert an, wenn sich der Übergang am rechten Rand befindet, und nimmt Null an, wenn sich der Übergang in der Mitte des Streifens 2 befindet. Wenn sich der Übergang 90 vom Streifen 2 fortbewegt, fällt das Signal ab, da das Magnetfeld dann am stärksten ist, wenn sich der Übergang am nächsten zum Streifen befindet. Beide in Fig. 6 dargestellten Signale werden durch die Differenzspannungs-Erfassungsschaltung 35 aus Fig. 1 addiert. Die Summe der Signale ist das Ausgangssignal des magnetoresistiven Kopfes, das in Fig. 5 dargestellt ist.
Die Unterschwinger des Signals des Bauelements treten auf, da der negative Spitzenwert beim Streifen 2 viel stärker ist als das im weiter entfernten Streifen 2 erzeugte positive Signal. Es treten daher stets Unterschwinger in diesen magnetoresistiven Köpfen auf.
Diese Unterschwinger sind unerwünscht, da die Leseschaltung, die das Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung begleitet, einen Spitzensignaldetektor 9 (in Fig. 1 dargestellt) für die weitere Verarbeitung des Ausgangssignals aufweist. Die Schaltung neigt dazu, negative Spitzenwerte und positive Spitzenwerte zu erfassen, und es ist daher ersichtlich, daß das Auftreten von Unterschwingern ein gewichtiges Problem darstellen kann, da der Unterschwinger anstelle des wirklichen positiven Spitzenwerts erfaßt werden kann.
Die Ausgangssignal-Unterschwinger der vorliegenden Erfindung sind größer als jene, die für die abgeschirmte Version des horizontalen magnetoresistiven Kopfes kennzeichnend sind Wenngleich der nicht abgeschirmte horizontale magnetoresistive Kopf einen höheren Wert des negativen Unterschwingers aufweisen kann als die abgeschirmten Köpfe, sind ähnliche Unterschwinger auch ein Merkmal des Ausgangssignals des induktiven Kopfes, bei dem ein Dünnfilm verwendet wird, was insbesondere dann gilt, wenn der Kopf dicht an einem dünnen magnetischen Medium entlangfliegt. Trotz dieses Nachteils wurden induktive Köpfe jedoch über zehn Jahre lang praktisch verwendet. In ähnlicher Weise bilden die in der vorliegenden Erfindung auftretenden Unterschwinger insbesondere deswegen kein unüberwindliches Hindernis, da auf dem Gebiet bekannte Signalverarbeitungstechniken verwendet werden können, um ihr Auftreten zu korrigieren.
Im Spitzendetektor 9 aus Fig. 1 wird eine Signalverarbeitungsschaltung verwendet, um unerwünschte Unterschwinger zu erfassen und zu unterdrücken. Diese Schaltung muß für jede Ausgangssignal-Kennlinie speziell ausgelegt werden. Im Prinzip kann ein jedes zweidimensionales "x-y"-Erfassungsschema, das (1) einen Spitzenwert sucht und (2) prüft, ob seine Höhe oberhalb eines bestimmten Minimums liegt, verwendet werden, um diese Unterschwinger zu erfassen und zu unterdrücken. Die großen Unterschwinger der vorliegenden Erfindung stellen daher kein ernsthaftes Problem für den nicht abgeschirmten horizontalen magnetoresistiven Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Weiterhin überwiegen bei der vorliegenden Erfindung die Vorteile hinsichtlich der Kosten und der Herstellung jegliche Probleme hinsichtlich der Kosten oder der Herstellung bei weitem, die sich aus dem Entwerfen und Aufbauen einer Schaltung zum Unterdrücken der erwähnten Unterschwinger ergeben können.
Es wird erwogen, die vorliegende Erfindung in einer Währungs-Gültigkeitsprüfvorrichtung als einen von mehreren Sensoren zu verwenden, die positioniert werden, um einer Banknote zu begegnen und elektrische Signale in Reaktion auf gewisse Merkmale der Banknote zu erzeugen. In den Figuren 7 und 8 ist eine Währungs-Gültigkeitsprüfvorrichtung 60 mit einem Gehäuse 62 dargestellt, das einen Banknoten-Durchgang 64 mit einem Eingang 66 und einem Ausgang 68 aufweist. Antriebsriemen 70 sind von parallelen Rollen 72 aufgenommen, die wirkungsmäßig mit einem Motor 74 verbunden sind. Die durch den Motor gesteuerten Riemen 70 bewegen eine Banknote oder andere magnetische Medien an einem Transmissionssensor 78, einem Reflektionssensor 84 und einem magnetischen Sensor 80 vorbei. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der magnetische Sensor 80 ein nicht abgeschirmter horizontaler magnetoresistiver Sensor, der ein elektrisches Signal in Reaktion auf eine magnetische Information auf der Oberfläche einer unmittelbar unterhalb des Sensors zugeführten Banknote erzeugt.
Ein Permanentmagnet 79 ist oberhalb des Durchgangs zwischen dem Eingang 66 und dem magnetoresistiven Sensor 80 angeordnet. Der Magnet 79 verstärkt die magnetischen Übergangsdaten auf der Banknote, so daß das durch den magnetoresistiven Sensor 80 erzeugte Signal ebenfalls verstärkt ist, wodurch eine genaue Erfassung der magnetischen Information auf der Banknote gewährleistet ist.
Wenngleich die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform im Hinblick auf ihre Verwendung in einer Währungs-Gültigkeitsprüfvorrichtung beschrieben wurde, wird auch ins Auge gefaßt, daß Abänderungen der vorliegenden Erfindung leicht vorgenommen werden können, so daß ihre Verwendung in Anwendungen, wie einer Abtastung von Münzen, einer Bestimmung des Inhalts einer Münzröhre, Karten-Leseeinrichtungen, einem Ersatz für die weithin verwendeten Hall-Effekt- Sensoren sowie in anderen Anwendungen, die Fachleuten bekannt sind oder diesen bekannt werden können, ermöglicht wird. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung im Zusammenwirken mit einem festen Magneten oder einer anderen äußeren Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds verwendet werden.
Kurz gesagt kann die vorliegende Erfindung in einer jeden relativ geringauflösenden magnetischen Abtast- und Leseanwendung mit den zugehörigen Vorteilen hinsichtlich der Kosten und der Herstellung verwendet werden.
Die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist lediglich als erläuternd vorgesehen und sollte nicht als einschränkend angesehen werden. Die vorliegende Erfindung schließt daher alle Modifikationen, Abänderungen und Alternativen hinsichtlich ihrer Auslegung, ihrer Herstellungsverfahren und Anwendungsverfahren ein, die innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

1. Horizontaler magnetoresistiver Kopf (1) zum Abtasten oder Lesen magnetischer Daten, aufweisend:

zwei durch eine Lücke (10) getrennte Streifen (2) aus magnetoresistivem Material,

ein mit einem Ende jedes der beiden Streifen verbundenes, leitfähiges Querstück (3), um die beiden Streifen im Betrieb miteinander und mit einem gemeinsamen elektrischen Punkt (4) zu verbinden, und

eine mit den beiden Streifen verbundene Differenzspannungs-Erfassungsschaltung (35), um bei Abtasten magnetischer Daten durch den Kopf Anderungen der Spannung zwischen den beiden Streifen zu erfassen und in Reaktion auf die Änderungen Signale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Material nicht abgeschirmt ist.

2. Kopf nach Anspruch 1, mit einem Signalverarbeitungsschaltkreis, der einen mit der Differenzspannungs-Erfassungsschaltung verbundenen Spitzensignaldetektor (9) zur Erkennung und zur Unterdrückung von Signal-Unterschwingern aufweist.

3. Kopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Differenzspannungs-Erfassungsschaltung einen Differenzverstärker darstellt.

4. Kopf nach Anspruch 3, wobei die Differenzspannungs-Erfassungschaltung einen Operationsverstärker darstellt.

5. Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Paar Konstantstromquellen, von denen jeweils eine über einen Widerstand mit einem der beiden Streifen verbunden ist.

6. Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der gemeinsame elektrische Punkt die System-Masse darstellt.

7. Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lücke von dielektrischem Material gebildet ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines horizontalen magnetoresistiven Sensors (1) für einen Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgenden Schritten:

Ausbilden zweier von einer aus dielektrischem Material gebildeten Lücke (10) getrennter, nicht abgeschirmter magnetoresistiver Streifen (2) mit ersten und zweiten Enden in der gleichen horizontalen Fläche, aus dem gleichen magnetoresistiven Film und in dem gleichen lithographischen Prozeß,

Verbinden des ersten Endes jedes der nicht abgeschirmten magnetoresistiven Streifen mit einem gemeinsamen elektrischen Punkt (4), und

Verbinden des zweiten Endes jedes nicht abgeschirmten magnetoresistiven Streifens mit einer Differenzspannungs-Erfassungsschaltung (35).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner die dem Material der magnetoresistiven Streifen eigenen Dipolmomente quer vormagnetisiert werden, um sie von der leichten Achse wegzurichten, so ein lineares Ansprechen zu erzielen und dadurch die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Sensors zu maximieren.

10. Verfahren nach Anspruch 91 wobei die Dipolmomente um 45º abweichend von der Richtung des Stromflusses in den nicht abgeschirmten magnetoresistiven Streifen ausgerichtet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Größe der Lücke so gewählt ist, daß beim Abtastungs- oder Lesevorgang innerhalb der Lücke nicht mehr als ein magnetischer Übergang erscheint.

12. Horizontaler magnetoresistiver Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung in einem Geldprüfer, um magnetische Daten von sich an den beiden Streifen vorbeibewegenden Banknoten abzutasten.