DE2052710A1

DE2052710A1 - Magnetkreis mit geringem Widerstand

Info

Publication number: DE2052710A1
Application number: DE19702052710
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Seyssinet Melnick Igor Grenoble Lazzari, (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1969-10-28
Filing date: 1970-10-27
Publication date: 1971-05-06
Also published as: JPS5115238B1; GB1331438A; BE758054A; FR2063694A5; DE2052710C2; CH521007A

Description

Dipi Λ· .■-,.·

8 München 22, Stainsdorfstr. 12

27.IO.I97O

Commissariat ä I¹Energie Atomique, Paris (Frankreich)

und

COMPAONIE INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE, Louveciennes

(Frankreieh)

Magnetkreis mit geringem Widerstand

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkreis mit geringem Widerstand für den Durchgang eines Magnetflusses, der sich längs eines bestimmten Weges in diesem Magnetkreis fortpflanzt.

Dieser ist nur möglich, wenn das den Magnetkreis bil- ™ dende Material eine starke magnetische Permeabilität besitzt und wenn der Querschnitt des den Magnetfluß aufnehmenden Kreises ausreichend ist. Bei der Erfindung geht es um einen ^Magnetkreis mit einer oder mehreren Schichten, die eine starke Permeabilität und eine ausreichende Dicke aufweisen.

Es ist bekannt, daß die magnetischen, dünnen, anisotropen Schichten in der Achse schwieriger Magnetisierung

-r (7)
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eine große Permeabilität aufweisen, daß qedoch die geringe Dicke der bisher zum Darstellen dieser Eigenschaft bekannten Schichten den Widerstand der diese verwendenden Magnetkreise stark erhöht?

In Fig. 1, die eine dünne, anisotrope Schicht aus einem magnetischen Material darstellt, sind die Achse leichter Magnetisierung und die Achse schwieriger Magnetisierung der Probe durch die Pfeile 1 bzw. 2 angedeutet. Nach der Richtung 1 leichter Magnetisierung erscheinen positive fc (+) und negative (-) elektrische Ladungen auf den Wangen bzw. h der Probe. Diese Ladungen sind um so zahlreicher, je größer die Dicke e der Probe und je kleiner die Breite der Probe sind_o Sie lassen ein Entmagnetisierungsfeld H auftreten, das von der Fläche 3 zur Fläche h gerichtet ist. Wenn der Wert H, kleiner oder gleich dem des Koerzitiyfeldes H der Probe ist, werden die magnetischen Eigenschaften der Schicht nicht gestört, und insbesondere bleibt die Permeabilität erhalten. Wenn im Gegensatz dazu der Wert des Entmagnetisierungsfeldes H, größer als der dejs

Koerzitivfeldes H ist, desorientiert sich die Schicht, und die magnetische Permeabilität wird geringer. Der Wert des Entmagnetisierungsfeldes H, hängt von den Abmessungen und der Form der Schicht ab. Zwei Fälle können sich nun ergeben, je nachdem, ob die Oberfläche der betrachteten Schicht groß oder klein ist.

Xm Fall großer Oberflächen ist dfr ifagne ti si erungsvektor praktisch dem längs d^r Richtung;.£ schwieriger Magnetisierung angelegten Magnetfeld proportional, und wenn man ein schwaches Anisotropst f^^{ld ei>}liält, .lsi; die Permeabilität bedeutend. Indessen yerschlechten sich, sobald

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die Schicht eine Dicke von 0,5 /U erreicht, ihre magnetischen Eigenschaften, und insbesondere verringert sich die Permeabilität erheblich. Es war daher im Fall großer Oberflächen erforderlich, ein Material zu finden, das seine magnetischen Eigenschaften in dünnen Schichten relativ großer Wanddicke beibehält.

Im Fall dünner Schichten kleiner Oberflächen kann die Magnetisierung nicht senkrecht zur Ebene der Schicht gerichtet werden. Solange die beiden Abmessungen, die Breite 1 und die Länge L der Probe, im Verhältnis zu der Wanddikke e groß sind, bleibt die Schicht gut orientiert, und die Achsen 1 und 2 leichter bzw«, schwieriger Magnetisierung sind gut definiert» Venn jedoch die Dicke e der Schicht im Verhältnis zur Breite 1 der Probe (Abmessung nach der Achse 1 leichter Magnetisierung) nicht mehr vernachlässigbar ist, wird das Entmagnetisierungsfeld H, größer als das oder gleich dem Koerzitiffeld H · Die Randeffekte sind

nun nicht mehr vernachlässigbar; die Schicht desorientiert sich, Wände entstehen, und die Permeabilität geht zurück. Die Herstellung eines Magnetkreises geringer Oberfläche und geringer Verluste wird unter diesen Bedingungen praktisch unmöglich.

Der Erfindung liegt also die Aufegabe zugrunde, einen Magnetkreis aus einer oder mehreren dünnen Schichten anzugeben, der besser als mit den bisher bekannten Schichten den Erfordernissen der Praxis genügt und insbesondere die genannten Nachteile nicht aufweist.

Dabei geht es bei der Erfindung insbesondere darum, daß der dem Durchgang eines sich in diesem Magnetkreis

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fortpflanzenden Magnetflusses entgegengesetzte Widerstand sehr gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetkreis wenigstens eine dünne, anisotrope, aus einer Fe-Ni-Cr-Legierung bestehende, von dem Magnetfluß in der Richtung schwieriger Magnetisierung durchsetzte Schicht enthält.

Nach einer ersten Ausführungsart der Erfindung umfaßt der Magnetkreis eine einzige Schicht aus Eisen-Nickel-Chrom mit einer Dicke von mindestens 0,5 /u·

Nach einer zweiten Ausführungsart der Erfindung enthält er einen Stapel von abwechselnden, dünnen, anisotropen Fe-Ni-Cr-Schichten und dünnen, nichtmagnetischen Schichten, die Richtungen der Entmagnetisierungsfeider zweier aufeinanderfolgender Fe-Ni-Cr-Schichten sind entgegengesetzt, die Zahl der Fe-Ni-Cr-Schichten ist geradzahlig, und die Dicke der nichtmagnetischen Schichten ist so bemessen, daß der Wert des Unterschiedes der Entmagnetisierungsfeider zweier aufeinanderfolgender Fe-Ni-Cr-Schichten höchstens gleich dem Wert des Koerzitivfeldes Η_β jeder Fe_;-Ni-Cr-Schicht ist.

Die verwendete Eisen-Nickel-Chrom-Legierung besteht vorzugsweise aus einer Mischung von 83 $ Eisen und 17 $ Nickel, der 2,5 $ Chrom zugesetzt sind, d. h. aus 83 Teilen Eisen, 17 Teilen Nickel und 2,5 Teilen Chrom.

Die Erfindung wirdanhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert? darin zeigen:

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Figo 1 schematisch eine Probe einer aus magnetischem Material hergestellten, anisotropen Schicht;

Fig. 2 den Wer.t des Anisotropiefeldes H. in Oersted

IC

als Funktion der Dicke, e der Magnetschicht in /u;

Figo 3 den Wert der Permeabilität einer Fe-Ni-Cr-Schicht als Funktion der Erregungsfrequenz F in MHz; und

Fig. k einen Stapel von zwei dünnen, magnetischen, durch einen gewissen Abstand getrennten Schichten.

Um eine starke magnetische Permeabilität in dünnen Schichten zu erhalten, besteht eine Lösung darin, ein anisotropes Material, z» B_e Eisen-Nickel 83-17 (83 $ Eisen und 17 $ Nickel) zu wählen, das längs der Achse schwieriger Magnetisierung ausgenutzt wird. Wenn die Dicke der Schicht 0,5 /U erreicht, verschlechtern sich jedoch die magnetischen Eigenschaften von Eisen-Nickel, und insbe- ^

sondere verringert sich die Permeabilität erheblich. Eisen-Nickel-Chrom (Eisen-Nickel 83-17 mit Zusatz von 2,5 ^ Chrom) wurde andererseits schon zur Herstellung von Magnetspeichern verwendet, wobei jeder Speicher aus einer dünnen Schicht mit einer Dicke von höchstens 0,4 /U besteht.

Erfindungsgemäß läßt sich die Eisen-Niokel-Chrom-Legierung zur Herstellung von Magnetkreisen mit geringem

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Widerstand bis zu S chi ent dicken von 3 vii #erwenderi₀ Im Zuge der Erfindung wurde festgestellt, daß eine dünne Schicht aus Fe-Ni-Cr großer Oberfläche ϋϊτέ magnetischih Eigenschaften bis zu Schichtdickön nahe 3 /ti beibehält» Die Hystereseschleifen, die man in der Richtung schwieriger Magnetisierung bei einer Schicht aas¹ Eisen-Nickel-Chrom mit einer Dicke über 0,5 M erhält, sind sehr geschlossen, was zeigt, daß das Material ein Minimum an Verlusten aufweist.

L· In Figo 2, die den Wert des Anisotropiefeldes H, in

Oersted als Funktion der Dicke e der iaagaeiischen Schicht in /U darstellt, bemerkt man, daß für eine gleiche Schichtdicke der Wert des Anisötropiefeldes des Eisen-Nickels (Kurve a) viel größer als der Wert des Bläön-Nickel-Chroms (Kurve b) ist» was einer viel geringeren Permeabilität entspricht.

Fig₀ 3 zeigt den Wert der Permeabilität /u einer Schicht aus Elsen-Nickel-Chrom mit einer Dicke e von 1 /U als Funktion der Erregungsfrequenz F in IfHz₀ Die Permeabilität /u ist eine komplexe Große uad lallt sich durch ^ die Beziehung ausdrücken

■ ./ /^U - /^U1 - ^J /^U2'

2
in der j = - 1 ist.

Es sind die Werte von /U₁, yu- und des Moduls von /u (dargestellt durch J /uj) als Funktion der Erregungsfre- - quenz F dargestellte Man stellt fest, daß bei einer Schichtdicke von 1 /ct. der Wert der Permeabilität erheblich bleibt.

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Im Fall von geringen Oberflächen, wobei das Entmagnetisierungsfeld aufgrund der Randeffekte größer als das Koerzitivfeld der Schient wird_f macht die Erfindung von einer bekannten, jedoch zum Erhalten eines Magnetkreises aus dünnen Schichten mit geringen Verlusten noch nicht angewendeten oder ausgenutzten Theorie (JM. DAUGHTON und Ho CHANG, Journal of Applied Physics, vol. 36, n° 3, März 1965, Seite 1124) Gebrauch. Nach dieser Theorie betrachtet man (Fig. k) zwei identische Schichten 5 und 6 aus magnetischem Material, die durch einen Abstand d getrennt und so ausgebildet sind, daß ihr Koerzitivfeld H in ent-

^C f

gegengesetzten Richtungen orientiert ist» Man bemerkt, daß die Entmagnetisierungsfelder H. dann in umgekehrter Richtung liegen,, So läßt sich infolge der antiparallelen Orientierung der Schichten 5 und 6 der Wert des Entmagnetisierungsfeldes einer der Schichten von dem der anderen Schicht abziehen und umgekehrt. Wenn der Wert Δ Η, der Differenz der beiden Entmagnetisierungsfelder unter dem Wert des Koerzitivfeldes H der betrachteten Schicht liegt, desorientieren sich die Schichten 5 und 6 nicht, sondern im Gegenteil ist die Richtung ihrer Magnetisierung in einer stabilen Lage. Wenn die Dicke e und die Breite 1 der Schichten 5 und 6 festgelegt sind, genügt man der Bedingung ^H, < H , indem man Ihren Abstand d festlegt, nachdem man den m Wert ihres Entmagnetisierungsfeldes H, berechnet hat_e Tatsächlich findet man einen Grenzwert für d, der nicht Überschritten werden darf. Man kann nun den Abstand d unterhalb dieses Grenzwertes bringen, vorausgesetzt, daß die betrachtete Schicht kontinuierlich ist und daß es eine magnetische Unterbrechung zwischen den beiden Schichten 5 und 6 gibt.

Beispielsweise wurde ein Magnetkreis gemäß der Erfindung aus zwei Schichten aus Eisen-Nickel-Chrom von je

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0,5 /U Dicke, 300 λχ Breite und 500 ,u Länge hergestellt, und die beiden Schichten wurden durch ein nichtmagnetisches Material (SiO) von 0,1 /U Dicke getrennt. Der Wert des Anisotropiefeldes H, war nicht über 4 Oe, während H, bei einer einzigen gleichen Schicht aus Eisen-Nickel-'Chrom von 1 /U Dicke (d. h. für eine insgesamt gleiche Dicke von magnetischem Material) nahe 16 Oe ist. Dieser Wert von k Oe des Anisotropiefeides läßt sich für einen Stapel von zahlreichen gleichen magnetischen Schichten unter der Bedingung beibehalten, daß ihre Zahl geradzahlig ist. Mit zwei Schichten aus Fe-Ni-Cr von je 1 /U Dicke unter Trennung durch eine SiO-Schicht durchgeführte Versuche ergaben gleiche Ergebnisse. Man erhält also Magnetkreise aus dünnen Schichten mit starker Permeabilität und erreicht solche Abmessungen, bei denen die Entmagnetisierungseffekte die magnetischen Eigenschaften der bekannten Magnetkreise bereits merklich verändern.

Die Magnetkreise gemäß der Erfindung lassen sich vorteilhaft zur Herstellung von integrierten Magnetköpfen verwenden, die in der dt. Patentanmeldung gleicher Priorität der Anmelderin unter dem Titel "Integrierter Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung" (41Ö-(B 3422.3) beschrieben sind. .

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Claims

Patentansprüche

Magnetkreis mit geringem Widerstand für den Durchgang eines Magnetflusses, dadurch gekennze i c h net, daß er wenigstens eine dünne, anisotrope, aus einer Fe-Ni-Cr-Legierung bestehende, von dem Magnetfluß in der Richtung (2) schwieriger Magnetisierung durchsetzte Schicht enthält.
2. Magnetkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 83 Teilen Eisen, 1? Teilen Nikkei und 2,5 Teilen Chrom besteht_o

3· Magnetkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nur eine Schicht mit einer Dicke von wenigstens 0,5 /U enthält.

k. Magnetkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Stapel von abwechselnden, dünnen, anisotropen Fe-Ni-Cr-Schichten (5 und 6) und dünnen, nichtmagnetischen Schichten enthält, daß die Richtungen der Entmagnetisierungsfeider zweier aufeinanderfolgender Fe-Ni-Cr-Schichten entgegengesetzt sind, daß die Zahl der Fe-Ni-Cr-Schichten geradzahlig ist und daß die Dicke (d) der nichtmagnetischen Schichten so bemessen ist, daß der Wert des Unterschiedes der Entmagnetisierungsfeider zweier aufeinanderfolgender Fe-Ni-Cr-Sohichten höchstens gleich dem Wert des Koerzitivfeldes H jeder Fe-Ni-Cr-Sohicht ist.

5, Magnetkreis nach Anspruch k-, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetischen Schichten aus SiO bestehen.

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