DE2262659A1 - Magnetkopf - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin«. YO 9 71 038

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf mindestens zum Lesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger speicherbaren Informationen mit einem Magneten und einem magneto-resistiven Element.'

Magnetköpfe, bei denen zur Abtastung magneto-resistive Elemente verwendet werden, sind beispielsweise durch die US-Patentschriften 3 274 575 und 3 493 694 bekannt. Diese Elemente haben beim Lesen magnetisch gespeicherter Informationen den Vorteil, daß die flöhe ihrer Ausgangssignale unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen Aufzeichnungsträger und Magnetkopf ist. Magnetköpfe mit magneto-resistiven Elementen sind daher besonders dann gut verwendbar, wenn die Aufzeichnungsträgergeschwindigkeit relativ niedrig ist. Die bekannten derartigen Magnetköpfe besitzen jedoch noch einige Mängel, die ihren Einsatz nicht immer geeignet erscheinen lassen. Dies gilt insbesondere für Dünnschicht-Magnetköpfe .

Ein bekannter Magnetkopf besitzt einen aufgespalteten Kern aus magnetischem Material, in dem zwei übertragungsspalte, gegeben sind. Das magneto-resistive Element befindet sich im hinteren

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Spalt, während mit dem vorderen Spalt der die Information tragende Aufzeichnungsträger abgetastet wird. Es werden dabei durch den vorderen Spalt auch die Störeinflüsse_f so z.B. Streuflüsse, erfaßt. Die Auflösung beim Lesevorgang ist somit nicht sehr hoch. Weiterhin werden bei diesem Magnetkopf zwei Impulse bei jedem übergang erzeugt, so daß aufwendige Filterkreise zur Ausblendung der unerwünschten Impulse erforderlich sind. Auch ist dieser Kopf nicht für die Herstellung als Dünnschicht-Magnetkopf geeignet, da der verwendete magneto-resistive Streifen senkrecht zu seiner Unterlage angeordnet werden muß.

Bei einem weiteren bekannten Magnetkopf ist das magneto-resistive Element als dünner Streifen ausgebildet und entweder senkrecht oder waagerecht auf eine Unterlage aufgebracht. Um eine gute Auflösung beim Lesevorgang zu erreichen, muß das magneto-resistive Element mit dem Aufzeichnungsträger praktisch in Berührung gebracht werden. Es wurde gefunden, daß, wenn das magneto-resistive Element vertikal angeordnet ist, dieses füt eine hohe Auflösung beim Lesen mit einer nicht erreichbaren Genauigkeit hergestellt werden müßte, während bei einem horizontal angeordneten magnetoresistiven Element dieses durch den bewegten Aufzeichnungsträger, vorzugsweise ein Magnetband, einem beträchtlichen Verschleiß unterworfen und somit seine Lebensdauer sehr eingeschränkt ist.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetkopf mit einem magneto-resistiven Element zu schaffen, bei dem ein Verschleiß des magneto-resistiven Elementes nicht stattfindet und der ein hohes Auflösungsvermögen beim Lesevorgang besitzt. Weiterhin soll seine Herstellung als Dünnschicht-Magnetkopf keine Schwierigkeiten bereiten. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Magnetkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schenkel des Magneten in zwei Teile aufgeteilt ist, wobei der eine Teil so in bezug auf den Aufzeichnungsträger angeordnet ist, daß er durch die auf dem Aufzeichnungsträger gespeicherten Informationen beeinflußbar ist, und daß die beiden Teile des Schenkels magnetisch durch das magneto-resistive Element verbunden sind. Vorzugsweise

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ist der aus zwei Teilen bestehende Schenkel des Magneten zwischen zwei äußeren Schenkeln angeordnet. Zwischen dem mittleren und mindestens einem der beiden äußeren Schenkel des Magneten ist vorteilhaft ein vom magneto-resistiven Element elektrisch isolierter _r nichtmagnetischer Leiter angeordnet.

Die Anordnung des mit dem magneto-resistiven Element versehenen Schenkels zwischen den beiden äußeren Schenkeln hat den Vorteil, daß die beiden äußeren Schenkel jede magnetische Einwirkung auf das magneto-resistive Element von außerhalb des Bereiches zwischen den beiden äußeren Schenkeln gespeicherten Informationen abschirmen. Es wird somit nur die Information abgetastet, die jeweils zwischen den beiden äußeren Schenkeln auf dem Aufzeichnungsträger gespeichert ist. Da der Abstand zwischen diesen Schenkeln bei Verwendung der Dünnschichtteehnxk sehr gering gehalten werden kann, erhält man eine hohe Auflösung beim Lesen. Der nichtmagnetische Leiter kann sowohl zum Schreiben von Informationen als auch zur Herstellung einer Vormagnetisierung für das magneto-resistive Element verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen;

Fig. 1 einen Schnitt durch einen beanspruchten Magnetkopf j.

Fig. 2 einen Schnitt durch einen beanspruchten Magnetkopf, der in Dünnschichtteehnxk aufgebaut ist,

Fig. 3 das Zusammenwirken des lh. Fig. 2 gezeigten Magnetkopfes mit einem Aufzeichnungsträger,

Fig. 4 einen Schaltkreis zur Auswertung der Lesesignale

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und zum Vormagnetisieren des magneto-resistiven Elementes bzw. Schreiben von Informationen und

Fig. 5 die Abhängigkeit des Widerstandes eines magneto resistiven Elementes von seiner Magnetisierung.

Der in Fig. 1 gezeigte Magnetkopf 2 besitzt ein Joch 4 mit zwei äußeren Schenkeln 6 und 8 sowie einen mittleren Schenkel, der in einen oberen Teil IO und einen unteren Teil 12 aufgeteilt ist. Die beiden Teile 10 und 12 sind durch ein nichtmagnetisches Zwischenstück 14 miteinander verbunden. Das Joch 4 mit den drei Schenkeln besteht aus ferromagnetischem Material, beispielsweise aus Permalloy oder einem Ferrit. Das Zwischenstück 14 sowie die Schichten 18 und 20 zwischen den Schenkeln sind aus nichtmagnetischem Material, z.B. Kupfer oder Glas, gebildet. Das magneto-resistive Element 16 muß von den anderen Teilen des Magnetkopfes elektrisch isoliert sein. Wenn daher die Teile 10 und 12, das Zwischenstück 14 oder die Schicht 18 elektrisch leitend ist, dann muß eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen dem magneto-resistiven Element und dem entsprechenden leitenden Teil vorgesehen sein. Eine solche Isolierung ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Wenn der Magnetkopf 2 auch zum Schreiben von Informationen auf einen Aufzeichnungsträger vorgesehen ist, dann muß mindestens eine der beiden Schichten 18 oder 20 aus leitfähigem Material bestehen. Vorzugsweise wird hier die Schicht 20 gewählt, da diese nicht in Berührung mit dem magneto-resistiven Element 16 steht. Das magneto-resistive Element 16 besteht aus einer dünnen ferromagnetischen Schicht, die eine geringe Anisotropie und einen hohen magneto-resistiven Koeffizienten aufweist. Als Material für dieses Element kann beispielsweise Permalloy verwendet werden. Die zum Schreiben von Informationen benötigte leitende Schicht 18 oder 20 kann auch zur Herstellung einer Vormagnetisierung für das magneto-resistive Element 16 benutzt werden.

Die Fig. 2 zeigt, wie der in Fig. 1 dargestellte Magnetkopf als

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Dünnschicht-Hagnetkopf aufgebaut ist. Dieser Kopf besteht aus übereinanderliegenden Schichten. die beispielsweise durch Aufdampfen oder Elektroplattieren hergestellt werden. Auf einem geeigneten Substrat 22 aus Glas _f Siliciumdioxid oder einem ähnlichen Material wird eine erste Permalloyschicht 24 aufgedampft, auf der eine isolierende Schicht 26 niedergeschlagen wird. Als Material für diese Schicht 26 kann Siliciumdioxid gewählt werden, es können hierfür jedoch auch andere geeignete isolierende Materalien verwendet werden. Auf der Schicht 26 wird das magnetoresistive Element 2 8 aufgebracht, das zur elektrischen Isolierung mit einer zweiten isolierenden Schicht 30 bedeckt wird. Auf der Schicht 30 wird eine zweite Permalloyschicht 32 niedergeschlagen, die an ihrem linken Ende auch mit der Permalloyschicht 24 in Berührung steht. In der Permalloyschicht 34 befindet sich ein Fenster 34, so daß sich direkt über dem magneto-resistiven Element 28 kein magnetisches Material befindet. Das Fenster 34 wird mit einem isolierenden Material gefüllt, das dem der Schichten 26 und 30 entspricht. Die Schicht 32 wird durch das Fenster 34 in einen oberen Abschnitt 10' und einen unteren Abschnitt 12' unterteilt. Auf der Permalloyschicht 32 wird ein leitender Streifen 36 aufgebracht, der etwa die gleiche Ausdehnung wie die isolierenden Schichten 26 und 30 besitzt und der aus einem beliebigen elektrisch leitenden, nxchtmagnetischen Material, z.B. Kupfer, bestehen kann. Schließlich wird noch eine dritte Permalloyschicht über dem leitenden Streifen 36 aufgetragen, wobei diese Schicht 38 ebenfalls mit den beiden anderen Permalloyschichten 24 und in Berührung steht. Nach dem Aufbringen der letzten Schicht 38 wird die Anordnung entlang der Linien AA und BB geschnitten und poliert. Der zwischen den beiden Linien gezeigte Teil der Anordnung in Fig. 2 stellt den fertigen Magnetkopf dar, der nur noch mit den elektrischen Zuleitungen versehen werden muß.

Das Fenster 34 kann auch durch den leitenden Streifen 36 ausgefüllt werden. Die Oberfläche des Streifens 36 weist dann im Bereich des Fensters 34 eine entsprechende Absenkung auf. Es ist dabei zu beachten, daß die Dicke des Streifens 36 mindestens derjenigen des

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Permalloystreifens 32 entspricht.

Es werden im folgenden für die Dicke der einzelnen Schichten in Fig. 2 folgende beispielhafte V/erte angegeben;

Permalloyschicht 24 etwa 30 000 8 Isolierende Schicht 26 aus

Siliciumdioxid etwa 5 000 Ä

Magneto-resistive Schicht 28, etwa 200 ί?

Isolierende Schicht 30

aus Siliciumdioxid etwa 800 Ä

Permalloyschicht 32 etwa 2 000 Ä* Kupferschicht 36 etwa 5 000 8

Permalloyschicht 38 etwa 30 000 A*

Es ist wünschenswert, bei einem Hagnetkopf eine hohe lineare Auflösung zu erreichen. Wenn man das Ausgangssignal eines Magnetkopfes als Funktion der Anzahl der auf einem Aufzeichnungsträger gespeicherten Bits/cm betrachtet, dann ergibt die Anzahl der Bits/cm für die halbe Signalamplitude, d.h. für den halben Wert der maximalen Ausgangsspannung, ein Maß für die lineare Auflösung des Kopfes. Beim bereits genannten US-Patent 3 493 69 4 hat die Bitdichte bei dem halben Amplitudenwert etwa den Wert ■.,·-__—--_r wobei w die Länge des magneto-resistiven Elementes und s den kürzesten Abstand zwischen dem Element und dem magnetischen Aufzeichnungsträger bedeuten. Die Länge w wird durch die minimal erreichbare Spurbreite und s im wesentlichen durch die unvermeidbaren Toleranzen in der Flughöhe begrenzt. Auch mit den modernsten Fertigungsverfahren läßt sich damit eine Auflösung von nur einigen tausend Bits pro Zoll erreichen. Bei dem in der vorliegenden Fig. 3 dargestellten Magnetkopf wird die lineare Auflösung in erster Linie durch die Dicken der Schichten 26, 30, 32 und 36 bestimmt. Dies entspricht der Auflösung eines mit induktiver Abtastung arbeitenden Magnetkopfes, dessen übertragungsspaltbreite etwa dem halben Wert der Summe der Dicken der Schichten 26, 30, 32 und entspricht. Da diese Schichten sehr dünn hergestellt werden können, ist eine sehr hohe Auflösung von etwa 12 000 Bits/cm erzielbar.

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Daß diese Überlegungen zutreffend sind, kann anhand der Fig. 3 deutlich gemacht werden. Die Permalloyschichten 24 und 38 begrenzen das magnetische Feld, das auf das magneto-resistive Element 28 einwirken kann. Die Bits In₁, m„ und m^ auf dem in Richtung des Pfeils bewegten Aufzeichnungsträger m werden somit solange gegenüber dem magneto -resistiven Element 28 abgeschirmt, wie sie sich außerhalb des zwischen den Permalloyschichten 24 und 38 liegenden Bereiches befinden. Sie können somit nur abgetastet werden, wenn sie sich direkt unterhalb des magneto-resistiven Elementes 28 befinden.

Ein Vorteil des Hagnetkopfes nach Fig. 3 besteht darin, daß die lineare Auflösung und die Verschleißfestigkeit getrennt eingestellt und damit getrennt optimiert werden können. Die Verschleißfestigkeit wird durch den Abstand s' bestimmt, da ein Abrieb des Magnetkopfes um diesen Betrag stattfinden kann, ohne daß das magneto-resistive Element 28 beeinträchtigt wird. Die lineare Auflösung dagegen wird, wie bereits erwähnt wurde, durch die Dicken der Schichten 26,- 30, 32 und 36 bestimmt. Sie hängt nur sehr schwach ab von den Dicken der beiden äußeren Permalloyschichten 24 und 38. so daß diese sehr dick ausgebildet sein können und damit eine mechanische Stütze für den Magnetkopf darstellen. Dadurch kann auch das Substrat 22 fortgelassen werden.

Die Art, in welcher der Magnetkopf zum Lesen und Schreiben verwendet wird, ist aus den Fign. 4 und 5 ersichtlich. In Fig. 4 ist'das magneto-resistive Element 28 als Widerstand dargestellt. Es ist parallel zu der Reihenschaltung aus einer Batterie 40 und einem Widerstand 48, die einen Strom I, durch das magnetoresistive Element 28 erzeugt, geschaltet. Änderungen im Widerstandswert des Elementes 28 bewirken eine Spannungsänderung an diesem Element, die auch auf die Eingänge eines Verstärkers 42 übertragen wird. Das verstärkte Lesesignal wird dann einem Detektor 44 zugeführt. Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit des Widerstandes des Elementes 28 von seiner Magnetisierung. Das Element 28 wird

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vorzugsweise so vormagnetisiert, daß der Zustand P in der Kurve nach Fig. 5 erhalten wird. Das für die Vormagnetisierung erforderliche magnetische Feld H, kann durch einen Strom in dem leitenden Streifen 36 erzeugt werden. Der Streifen 36 ist in Fig. 4 als Widerstand dargestellt. Es sind somit zwei getrennte Stromkreise für den Magnetkopf vorgesehen. In einigen Fällen können jedoch die Widerstände 28 und 36 in Reihe geschaltet werden, so daß nur ein einziger Stromkreis erforderlich ist. Die Vormagnetisierung des magneto-resistiven Elementes 2 8 wird durchgeführt, um einen günstigen Ausgangszustand für das Abtasten der gespeicherten Informationen zu erhalten. Der Punkt P liegt in einem Bereich der Kurve. in dem die Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Magnetisierung am größten ist.

Wenn ein Schreibvorgang durchgeführt wird, dann wird durch den Generator 46 in Fig. 4 ein Strom I erzeugt, der erheblich größer als der Strom I, ist. Es wirkt dadurch ein starkes magnetisches Feld auf den Aufzeichnungsträger m ein. Im vorliegenden Fall ist die Breite einer geschriebenen Spur größer als die einer gelesenen Spur. Die Breite der gelesenen Spur ist abhängig von der Länge des magneto-resistiven Elementes 28 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers, wohingegen die Breite der geschriebenen Spur von der Ausdehnung der leitenden Schichten 18, 20 oder 36 und der magnetischen Schichten 24 und 38 in der gleichen Richtung abhängt. Die Länge des magneto-resistiven Elementes wird daher kürzer gehalten als die der genannten Schichten. Dadurch, daß die Lesespur schmaler als die Schreibspur ist, sind die Anforderungen an die mechanischen Toleranzen des Magnetkopfes nicht so streng wie bei gleich breiten Spuren.

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Claims (1)

1. P A Tl ft T A N. S P R ft. CJ E

   Magnetkopf mindestens zum Lesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger speicherbaren Informationen mit einem Magneten und einem magneto-resistiven Element, dadurch gekennzeichnet,, daß ein Schenkel des Magneten in zwei Teile ' aufgeteilt ist, wobei der eine Teil so in bezug auf den Aufzeichnungsträger angeordnet ist, daß er durch die auf dem Aufzeichnungsträger gespeicherten Informationen beeinflußbar ist, und daß die beiden Teile des Schenkels magnetisch durch das magneto-resistive Element verbunden sind.

   2♦ Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile des Schenkels durch ein unmagnetisches Zwischenstück getrennt sind und daß das magneto-resistive Element dieses Zwischenstück magnetisch überbrückt»

   3* Magnetköpf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der aus zwei Teilen bestehende Schenkel des Magneten zwischen zwei äußeren Schenkeln angeordnet ist.

   4. Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß zwischen dem mittleren und mindestens einem der beiden äußeren Schenkel des Magneten ein vom magneto-resistiven Element elektrisch isolierter, nichtmagnetischer Leiter angeordnet ist.

   5. Magnetkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des Leiters senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers «größer ist als die des magneto~resistiven Elementes.

   6. Magnetkopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Leiters Kupfer ist.

   7. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6 _r dadurch ge-YO 971 038 309828/0 767

   kennzeichnet, daß das magneto-resistive Element elektrisch' von den beiden mit ihm magnetisch verbundenen feilen is Q^ llert ist.

   8. Magnetkopf nach einem der Ansprüche J. bit 7, kennzeichnet, daß er als Dünnschicht-Magnetkopf aufgebaut ist.

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