DE2355672B2

DE2355672B2 - Magnetkopf in Dünnschichttechnik

Info

Publication number: DE2355672B2
Application number: DE2355672A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Villiers Saint Frederic Lazzari (Frankreich)
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1980-01-31
Also published as: IT999733B; FR2205701A1; NL7314869A; DE2355672A1; ES420322A1; BE806212A; HU169854B; DE2355672C3; US3867368A; FR2205701B1; GB1453288A

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf in Dünnschichttechnik zur Verwendung beim Schreiben und Lesen auf einem relativ dazu bewegten magnetischen Aufzeichnungsträger, mit einem Kernteil, das durch einen Stapel von aufeinanderliegenden dünnen anisotropen magnetischen Schichten gebildet ist, zwischen die an der einen Stirnseite des Stapels eine nichtmagnetische Zwischenlage zur Bildung eines Luftspaltes eingefügt ist, und mit einer durch den Luftspalt verlaufenden Flachwicklung aus einem nichtmagnetischen Leitermaterial, wobei die zu beiden Seiten des Luftspalts liegenden, jeweils durch eine Hälfte des Schichtenstapels gebildeten Polteile in zueinander symmetrischer Reihenfolge jeweils eine weichmagnetische Schicht und eine hartmagnetische Schicht enthalten, von denen die hartmagneüschen Schichten außen liegen.

Ein Magnetkopf dieser Art ist aus der US-PS 36 39 699 bekannt Durch den Aufbau des Kernteils aus s weichmagnetischen und hartmagnetischen Schichten soll eine bessere Anpassung an die sehr unterschiedlichen Bedingungen beim Schreiben und beim Lesen erreicht werden. Der Wirkungsgrad des Magnetkopfes beim Lesebetrieb kann nämlich in einfacher Weise

ίο durch das Verhältnis des von der Wicklung geschnittenen Flusses zu dem auf der Höhe des Luftspalts verfügbaren Fluß definiert werden; in dieser Hinsicht muß der magnetische Widerstand des magnetischen Materials zwischen der Wicklung und dem Luftspalt

is möglichst Wein sein, und damit eine gute Auflösung erhalten wird, muß die Luftspaltbreite möglichst klein sein. Beim Schreiben hängt dagegen der Wirkungsgrad von dem Verhältnis des Schreibfelds zum Schreibstrom und von dem Feldgradient auf der Höhe des Luftspalts ab; in dieser Hinsicht müßte das magnetische Material praktisch die Remanenzinduktion Null aufweisen und eine möglichst große Sättigungsinduktion und eine möglichst große Anisotropie-Feldstärke haben, wobei zugleich die Permeabilität sehr viel größer als 50 sein muß. Diese beiden Gruppen von Bedingungen stehen physikalisch im Widerspruch zueinander oder sind zumindest schlecht vereinbar.

Bei dem zuvor erwähnten bekannten Magnetkopf enthält jeder der zu beiden Seiten des Luftspalts liegende Schenkel des Kernteils zwei direkt aufeinanderliegende um) in Berührung miteinander stehende Schichten, wobei das Material der näher beim Luftspalt liegenden Schicht eine merklich größere Permeabilität und eine merklich niedrigere Sättigungsflußdichte als das Material der anderen Schicht aufweist. Theoretisch wäre dann der Luftspalt beim Lesen durch die ihn geometrisch begrenzenden weichmagnetischen Schichten definiert, während er beim Schreiben dured die an die beiden weichmagnetischen Schichten angrenzenden hartmagnetischen Schienen b.stimmt wäre. Diese bekannte Kopfanordnung ergibt jedoch nicht ohne weiteres das gewünschte Ergebnis, und zwar insbesondere deshalb, weil beim Aufbringen einer hartmagnetischen Schicht unmittelbar auf eine weichmagnetische

Schicht eine Blockierung der Magnetisierung der

weichmagnetischen Schicht entsteht, wodurch die weichmagnetische Schicht ihre Eigenschaft großer

Permeabilität verliert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Magnetkopf zu schaffen, der die unterschiedlichen Bedingungen beim Schreiben und beim Lesen besonders gut erfüllt.

Ausgehend von einem Magnetkopf der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der

W Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem Polteil die hartmagnetische Schicht und die weichmagnetische Schicht magnetostatisch voneinander durch eine Zwischenschicht entkoppelt sind, welche die Blockierung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht durch die Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht verhindert.

Im Gegensatz dazu ergibt die erfindungsgemäße Ausbildung die Wirkung, daß die Eigenschaften des Magnetkopfes beim Lesen in erster Linie durch die inneren, weichmagnetischen Schichten, beim Schreiben dagegen durch die äußeren, hartmagnetischen Schichten bestimmt werden; die eingefügte Zwischenschicht verhindert, daß der Magnetisierungsvektor der aniso-

tropen hartmagnetischen Schicht den Magnetisieningsvektor der weichmagnetischen Schicht »blockiert«, wodurch die weichmagnetische Schicht ihre Eigenschaft großer Permeabilität verlieren würde.

Es ist zu bemerken, daß aus der DE-AS U 91' 508 s bereits ein Magnetkopf bekannt ist, bei welchem zur Aufzeichnung von Informationen in einer breiten Spur und zur Abfühlung der aufgezeichneten Informationen in einer schmalen Spur am Rand der Spur des Arbeitsspall-s Teile vorgesehen sind, die erne höhere magnetische Permeabilität aufweisen als die Spaltfüllung innerhalb der übrigen Länge des Arbeitsspaltes, und die Spaltfüllungen am Rand und im übrigen Teil des Arbeitsspaltes in verschiedenen magnetisch getrennten Kreisen des Magnetkopfkems angeordnet sind. Zur is magnetischen Trennung sind beispielsweise Lamellen aus nichtmagnetisierbarem Material, wie Messing, zwischen den Kernteilen verschiedener Kreise angeordnet Hierbei handelt es sich aber um einen Magnetkopf diskreter Bauart, also nicht in Dünnschichttechnik, bei welchem die Trennebenen zwischen den Kernteilen senkrecht zum LuftspaJt stehen und alle Kernteile aus Material mit gleichen magnetischen Liegenschaften bestehen.

Schließlich ist aus der DE-AS 12 34 793 ein Spalt-Löschkopf bekannt, dessen Kernteil aus parallel zum Luftspalt liegenden Blechlamellen besteht, wobeii zur scharfen Ausprägung des Löschfeldes an beiden Seiten des Spaltfüllers eine magnetisierbare Lamelle, dann jeweils eine nichtmagnetisierbare Lamelle und schließlieh eine Reihe magnetisierbarer Lamellen angeordnet sind. Das Problem der unterschiedlichen Bedingungen beim Schreiben und Lesen ist mit dieser Ausbildung des Magnetkopfes nicht lösbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Explosionszeichnung der verschiedenen Bestandteile eines Ausführungsbeispiels des Magnetkopfes nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Oberansicht des Magnetkopfs von F i g. 1,

F i g. 3 eine Schnittansicht in Richtung des Pfeils a von Fig. 2,

F i g. 4 eine Schnittansicht in Richtung des Pfeils b von F i g. 2 und

F i g. 5 eine Teilansicht einer Ausführungsform dner « Polteilstruktur in größerem Maßstab.

Die Abmessungen, insbesondre die Dicken, sind in der Zeichnung der Klarheit der Darstellung wegen nicht maßstabsgerecht dargestellt und aus dem gleichen Grund sind in Fig. 1 die Verwerfungen nicht gezeigt, welche die verschiedenen Teile des Magnetkopfes bei ihrer Bildung auf dem Substrat t annehmen, wenn sie beispielsweise nach einem an sich bekannten Verfahren durch Vakuum-Aufdampfen in Dünnschichten aufgebracht werden.

Auf das Substrat 1 wird zunächst eine Schicht .1 aus einem magnetischen Material aufgebracht, das eine Sättigungsinduktion und eine Sättigungsfeldstärke von großem Wert, eine Remanenz-Induktion, die praktisch Null ist, und eine Permeablilität hat, die sehr viel größer als 50 ist. Ein solches Material kann Kobalt oder eine Eisen-Kobalt-Legierung sein, doch wird vorzugsweise Eisen verwendet, dessen Slttigungsinduktion größer als diejenige von Kobalt und seiner Legierungen ist, das bei Temperaturen verdampft werden kann, die mit dem zuvor erwähnten allgemeinen Herstellungsverfahren vereinbar sind, und dessen Remanenzinduktion ir. solchen Dünnschicht! J sehr klein und für die endgültig geforderten Eigenschaften des Magnetkopfs praktisch vernachlässigbar ist Als Anhaltspunkt kann angegeben werden, daß der Wert der Sättigungsinduktion von aufgedampftem Eisen etwa 2 T beträgt, gegenüber 1,8 T für Kobalt Die Permeabilität von Eisen, das in einer dünnen Schicht bei einer Substrattemperatur von etwa 200 bis 30O⁰C aufgebracht worden ist liegt bei einer Dicke von einigen Mikron zwischen 100 und 300, und die Sättigungsfeldstärke, die näherungsweise der Anisotropiefeldstärke einer dünnen einachsigen Schicht gleichgesetzt werden kann, da sie hinsichtlich der Erfindung die gleichen Wirkungen hat, erreicht und überschreitet sogar 20 A/cm.

Die Schicht 2, deren Dicke beispielsweise in der Größenordnung von etwa 20 Mikron liegt wird dann mit einer dünneren Schicht 3 bedeckt auf deren Beschaffenheit später eingegangen wird. Auf die Schicht 3 wird dann eine magnetische Schicht 4 aus einem Material aufgebracht das gegenüber dem Material der Schicht 2 eine Sättigungsinduktion von kleinerem Wert, eine merklich größere Permeabilität und eine Anisotropie-Feldstärke hat, die beträcht.'ich kleiner als die Sättigungsfeldstärke des Materials der Schicht 2 ist. Ein solches Material kann vorzugsweise eine Eisen-Nickel-Legierung sein, deren Sättigungsinduktion in der Größenordnung von 1 T liegt, deren Permeabilität annähernd zwischen 5000 und 1000 liegt und deren Anisotropie-Feldstärke etwa 5,6 A/cm beträgt, wenn die Form und die Dicke etwa die gleichen sind wie bei der Schicht 2.

Dann wird auf diesem Schichtenstapel, der eines der magnetischen Polteile des Magnetkopfes bildet, die Flachwicklung 5 gebildet. Diese Wicklung wird in an sich bekannter Weise in Form einer Flachwicklung mit mehreren Windungen geformt, die voneinander isoliert sind und auf dem Stapel der Schichten 2 bis 4 nur mit dem vorderen Schenkel aufliegen, während die seitlichen Schenkel und der hintere Schenkel auf dem Substrat 1 aufliegen. Nach der Bildung wird die Wicklung 5 vollkommen mit einer Isolierschicht umhüllt, wie sie bei 9 in Fig.4 dargestellt ist, mit Ausnahme ihrer Luftspaltfläche, an der die blanken Ränder der Leiter 10 erscheinen. Die Luftspalttlächen des Stapels 2-3-4 und der Wicklung 5 liegen natürlich in einer Linie mit dem entsprechenden Rand des Substrats 1. Die Breite L 3 des Substrats ist dami gleich der Breite L 1 der Schichten 2 und 3, zu beiden Seiten vergrößert um die Breite sder seitlichen Schenkel der Wicklung 5. Die Breite L 2 der Schicht 4 ist vorzugsweise kleiner als die Breite L 1.

Der Stapel der Schichten 2-3-4 bildet eines der Polteile des Magnetkopfs. Das andere Polteil wird dann oberhalb der Wicklung 5 und des Substrats symmetrisch zu dem ersten Polteil in Bezug auf den durch die Dicke e der Wicklung gebildeten geometrischen Luftspalt geformt. Dieses zweite Polteil beginnt also mit einer Schicht 6 aus dem gleichen Material und von den gleichen Abmessungen wie die Schicht 4, gefolgt von einer Zwischenschicht 7, auf die eine magnetische Schicht 8 ausbracht wird, die aus dem gleichen Material wie die Schicht 2 besteht und die gleichen Abmessungen wie diese hat. Als Beispiel ist angegeben, obgleich dies nicht zwingend ist, daß vor dem Aufbringen der Schicht 6 zwei Isolierblöcke 11 vor, gleicher Dicke wie diese Schicht und zu beiden Seiten des für sie vorgesehenen Platzes auf den entsprechenden Teilen des vorderen Schenkels der Wicklung 5 gebildet werden. Die zusammengesetzte Schicht 6—11

ergibt dann eine ebene Fläche der Breite L 1 für das Aufbringen der Schichten 7 und 8 an dieser Stelle der Struktur. Man kann die Blöcke 11 fortlassen, wenn man zuläßt, daß die Schichten 7 und 8 dann über die seitlichen Ränder der Schicht 6 bis zur Oberseite des Luftspaltschenkels der Wicklung 5 nach unten gehen.

Die Zwischenschichten 3 und 7 haben den Zweck, eine magnetostatische Entkopplung zwischen der »harten« Schicht und der »weichen« Schicht der Polteile zu bewirken Die Schichten 2 und 8 sind die »harten« Schichten, und die Schichten 4 und 6 sind die »weichen« Schichten. Damit der Magnetkopf seine beiden Funktionen, nämlich das Schreiben und das Lesen, richtig ausüben kann, ist es nämlich zwingend erforderlich, daß die Magnetisierung der weichen Schichten nicht durch die Magnetisierung der entsprechenden harten Schicht gestört werden kann, und daß die weichen Schichten ihre Richtung leichter Magnetisierbarkeit parallel zu a_zt g_rc|<_c a_z. Lüf:;~s!ie: beibehalten können

Für die Zwischenschichten 3 und 7 sind zwei Herstellungsweisen möglich. Die erste besteht darin, daß sie aus einem dielektrischen Material, wie SiOj gebildet werden, dessen Dicke so bemessen wird, daß die gewünschte Entkopplung gewährleistet ist. Die zweite Herstellungsweise besteht darin, daß die Zwischenschichten durch aufeinanderfolgendes und abwechselndes Aufdampfen von Filmen gebildet werden, die sehr dünn gegen die Dicke der Schichten sind, die sie in jedem Polteil voneinander trennen, wobei diese abwechselnden Filme aus dem gleichen Material wie diese Schichten bestehen. In einer derartigen Zwischenschicht blockieren dann die Filme aus dem »harten« Material die Magnetisierungen der Filme aus dem »weichen« Material, doch hat die zusammengesetzte Struktur keine Streufelder und auch keine Gesamtentmagnetisierungsfelder, die in der Lage wären, die zu beiden Seiten liegenden Schichten zu beeinflussen, wodurch sich die gewünschte magnetische Entkopplung zwischen diesen zu beiden Seiten liegenden Schichten ergibt.

Die zweite Ausführungsform der Zwischenschichten ist für die Schicht 3 in F i g. 5 in Form der aufeinanderliegenden Filme 14 und 15 dargestellt, deren Anzahl in dieser Darstellung willkürlich gewählt ist.

Wie ferner in F i g. 5 gezeigt ist, ist jede der Schichten 2 und 4 somit auch jede der entsprechenden Schichten 8 und 6 des anderen Polteils in einer Schichtstruktur gebildet, die durch aufeinanderfolgendes Aufbringen von dünnen Filmen aus ihren jeweiligen Materialien erhalten sind, wobei diese Filme elektrisch voneinander durch Häutchen getrennt sind, die außerordentlich dünn gegen ihre eigene Dicke sind. Diese Ausbildung, die gegebenenfalls, wenn es erwünscht und ausreichend ist, nur für die weichen Schichten angewendet werden kann, ermöglicht die Ausschaltung einer Einwirkung der Entmagnetisierungsfelder, die sich bei einstückig gebildeten Schichten zwangsläufig in den harten Schichten über Wege schließen würden, die durch die Luft gehen, wodurch wieder Kopplungen zwischen den weichen und den harten Schichten entstünden, die den gewünschten Betrieb beeinträchtigen wurden, außer wenn die Dicke der Zwischenschichten übertrieben groß bemessen würde. Diese Maßnahme ermöglicht also eine optimale Bestimmung der Abmessungen des Magnetkopfes.

Mit einer Magnetkopfstruktur der beschriebenen Art, die also «us -A-cichcr. und harten Schichten besieh¹., die magnetisch voneinander entkoppelt sind und deren Dicke in der gleichen Größenordnung liegt, haben die Schichten 4 und 6 beim Schreiben nur eine vernachlässigbare Wirkung, während die Wirkung der Schichten 2 und 8 vorherrschend ist und eine Schreib-Luftspaltbreite ft (Fig.4) bestimmt, die ein tiefes Schreiben in der Aufzeichnungsschicht gewährleistet, welche in der Richtung des Pfeils 5 vor der Luftspaltfläche des MagiK" !kopfes vorbeiläuft. Dagegen sind beim Lesen die Schichten 2 und 8 vollkommen unwirksam, und nur die Schichten 4 und 6 bestimmen den Lese-Luftspalt ei, der im wesentlichen gleich dem geometrischen Luftspalt e ist.

Für die weichen und harten Schichten sind verschiedene Breiten dargestellt, da es vorteilhaft erscheint, das Lesen über eine Breite der Magnetspur des Aufzeichnungsträgers vorzunehmen, die kleiner als die Breite ist, über welche diese Spur beschrieben worden ist, doch ist diese Besonderheit an sich nicht zwingend notwendig.
Abschließend läßt sich feststellen, daß die beschriebenen Magnetkopfstrukturen ihre Funktionen des Schreibens und Lesens vollkommen getrennt in der Hinsicht durchführen, daß die weichen Schichten darin miteinander gekoppelt sind und kein merkliches Streufeld haben, und daß sie magnetostatisch von den harten Schichten entkoppelt und daher unempfindlich für die Streufelder dieser harten Schichten sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetkopf in Dünnschichttechnik zur Verwendung beim Schreiben und Lesen auf einem relativ dazu bewegten magnetischen Aufzeichnungsträger, mit einem Kernteil, das durch einen Stapel von aufeinanderlegenden dünnen anisotropen magnetischen Schichten gebildet ist, zwischen die an der einen Stirnseite des Stapels eine nichtmagnetische Zwischenlage zur Bildung eines Luftspaltes eingefügt ist, und mit einer durch den Luftspalt verlaufenden Flachwicklung aus einem nichtmagnetischen Leitermaterial, wobei die zu beiden Seiten des Luftspalts liegenden, jeweils durch eine Hälfte des Schichtenstapels gebildeten Polteile in zueinander symmetrischer Reihenfolge jeweils eine weichmagnetische Schicht und eine hartmagnetische Schicht enthalten, von denen die hartmagneiischen Schichten außen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Polteil die hartmagnetische Schacht (2,8) und die weichmagnetische Schicht (4, 6) magnetostatisch voneinander durch eine Zwischenschicht (3, 7) entkoppelt sind, welche die Blockierung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht (4, 6) durch die Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht (2,8) verhindert.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3, 7) aus einem unmagnetischen dielektrischen Material besteht.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3, 7) aus einem Stapel ve·:, sehr dünnen Filmen (14, S5) besteht, die abwechselnd aus dem Ma'erial der weichmagnetischen Schicht (4, 6» und aus dem Material der hartmagnetischen Schicht (2_: "-) bestehen.

4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens jede der weichmagnetischen Schichten (4,6) aus einem Stapel von dünnen, elektrisch voneinander isolierten Filmen (13) gebildet ist, deren Isolierdicke sehr klein gegen die Dicke eines der Filme ist.

5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der weichmagnetischen Schichten (4, 6) eine Eisen-Nikkel-Legierung ist, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit parallel zu der Breite des Luftspalts hat, und daß das Material der hartmagnetischen Schichten (2, 8) Eisen oder Kobalt oder eine Eisen- und/oder Kobalt-Legierung ist.