DE2355672C3

DE2355672C3 - Magnetkopf in Dünnschichttechnik

Info

Publication number: DE2355672C3
Application number: DE2355672A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Villiers Saint Frederic Lazzari (Frankreich)
Original assignee: Compagnie Internationale Pour L'informatique Cii-Honeywell Bull, Paris
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1980-10-09
Also published as: US3867368A; GB1453288A; HU169854B; FR2205701A1; FR2205701B1; DE2355672A1; DE2355672B2; NL7314869A; BE806212A; IT999733B; ES420322A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf in Dünnschichttechnik zur Verwendung beim Schreiben und l.cscn auf einem relativ dazu bewegten magnetischen Aufzeichnungsträger, mit einem Kcrntcil, das durch einen Stapel von aufeinanderliegenden dünnen anisotropen magnetischen Schichten gebildet ist, /wischen die an der einen Stirnseite des Stapels eine nichtmagnetische Zwischenlage /Ur Bildung eines l.uftspaltes eingefügt ist. und mil einer durch den Luftspalt verlaufenden Flachwicklung ,ins einem nichtmngnciischen Leitermaterial, wobei die /ti beiden Seilen des Luftspalts hegenden, jeweils durch eine Hüllte des Schichlenstiipels gebikl· icn Poileilc in zueinander symmetrischer Reihenfolge jeweils eine weich'iiagncli sehe Schicht und eine hartm.iL'iictische Schicht enthalten, von denen die hartmagnetischen Schichten außen liegen.

Ein Magnetkopf dieser Art ist aus der US-PS 36 39 699 bekannt. Durch den Aufbau des Kernteils aus 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 einfachei Weise 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 möglichst klein 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 Schr^ibstrom und von dem Feldgradient auf der Höhe des Luftspalts ab; in dieser Hinsicht müßte das magnetische Material praktisch die Remanenzinrinktion 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 ν -reinbar.

Bei dem zuvor erwähnten bekannten Magnetkopf enthält jeder der zu beiden Seiten des Luftspalts liegende Schenkel des Kernieils zwei direkt aufeinanderliegende und 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 durch die an die beiden weichmagnetisciien Schichten angrenzenden hartmagnetischen Schichten bestimmt 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

■45 Schicht eine Bl· kierung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht einsieht, wodurch die weichmagnetischc Schicht ihre Eigenschaft großer Permeabilität verliert.

Der Erfindung Legt die Aufgabe zugrunde, einen

v. Magnetkopf /ti 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 Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem l'oheil die hartmagnetische Schicht und die weichmagnetische Schicht magnetostatisch voneinander durch eine Zwischenschicht entkoppelt sind, welche die Blockierung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht

ho durch die Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht verhindert.

In Cjegensat/ dazu ergibt die erfindungsgeniiillo Ausbildung die Wirkung, daß die Eigenschaften des Matrnetkopfes beim Lesen in erster Linie durch dir

h^r, inneren, wcichmagiietischen Schichten, beim Schreiben dagegen durch die alliieren. h;w !magnetischen Schichten bestimmt werden: die eingefügte Zwischenschicht wviinderl. flail der Mauiietisienint/svektor der .miso

tropen hartmagnetischen Schicht den Magnetisierungsvektor der weichmagnetischen Schicht »blockiert«, wodurch die weichmagnetisch^ Schicht ihre Eigenschaft großer Permeabilität verlieren würde.

Es ist zu bemerken, daß aus der DE-AS 11 97 508 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 Arbeitsspaltes Teile vorgesehen sind, die eine 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 Magnetkopfkerns 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 Trcnncbcncn zwischen den Kernieiien senkrecht zum Luftspalt stehen und alle Kcniteile aus Material mit gleichen magnetischen Eigenschaften bestehen.

Schließlich ist aus der DE-AS !2 34 793 ein Späh-Löschkopf bekannt, dessen Kernteil aus parallel zum Luftspah liegenden B'.echlamellen besteht, wobei zur scharfen Ausprägung des Löschfeldes an beiden Seiten des Spaltfüllers eine magnetisierbar 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

F i g. I eine Explosionszeichnung der verschiedenen Bestandteile eines Ausführungsbeispieis des Magnetkopfes nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Oberansicht des Magnetkopfs von Fig.!.

F 1 g. 3 eine Schnittansicht in Richtung des Pfeils a von Γ i g. 2.

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

F i g. 5 cmc Tcilansicht einer Ausführungsform einer Polteilstruktur in größerem Maßslab.

Die Abmessungen, insbesondere die Dicken, sind in der Zeichnung der Klarhei' der Darstellung wegen nicht maßstabsgerecht dargestellt und aus dem gleichen Crund sind in Fig.! die Verwerfungen nicht gezeigt, welche die verschiedenen Teile des Magnetkopfes bei ihrer BiIcIu,ig auf dem Substrat 1 annehmen, wenn sie beispielsweise nach einem an sich bekannten Verfahren durch Vakuum-Aufdampfen in Dünnschichten aufgebracht werden. Vi

Auf das Substrat 1 wird zunächst eine Schicht 2 aus einem magnetischen Material aufgebracht, das eine Sättigungsinduktion und eine Sättigungfifeklstärke von großem Wert, eine Remanenz-Induklion, die praktisch Null ist. und eine Permeabilität hat. die sehr viel größer 1,0 als ^r)0 ist. Ein solches Material kann Kobalt oder eine lasen-Kobalt-Legicrurig sein, doch wird vorzugsweise Eisen verwendet, dessen Siittigungsincluktion größer als diejenige von Kobalt und seiner Legierungen ist. das bei Temperature¹! v'.-rdampft werden kann, die mit dem μ zuvor erwähnten nllgeme'nen Herstellungsverfahren vereinbar sind, und et is'.'n Remanenzinduktion ir solchen Dünnschichtcn sch' klein im·! fur 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 1,0 T für Kobalt. Die Permeabilität von Eisen, das in einer dünnen Schicht bei einer Substrattemperatur von etwa 200 bis 300^cC aufgebracht worden ist. liegt he. 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. A uf die Schicht 3 wird dann eine magnetische Cchicht 4 aus einem Material aufgebracht, das gegenüber dem Material der Schicht 2 eine Sättigungsinduktion ν kleinerem Wen.

Drt p*rt-v rt U

pie-Feldstärke hat. die beträchtlich kleiner als die Sättigungsfeldstärke des Materials der Schicht 2 ist. Ein solches Material kann vorzugsweise eine Eisen-Nickei-Legieri'Tg sein, deren Säitigungsindukiion in der Größenordnung von 1 T liegt, deren Permeabilität annähernd zwischen 5000 und !000 liegt und ae^en Anisotropie-Feldstärke etwa 5.6 A'cm beträgt, wenn die Form und die Dicke etwa die gleichen iind wie bei der Schicht 2.

Dann wird auf diesem Schichtenstapel. der eines der magnetischen Polteile des. Magnetkopfes b'ldet. die Flachwicklung 5 gebildet. Diese Wicklung wird .n an sich bekannter Weise in Form einer Flachwicklung mit mehreren Windungen geformt, die voneinander isohe.t sind und auf dem Stapel der Schichten 2 bis 4 nur mit dem vorderen Schenkel auflieger während die seitlichen Schenkel und der hintere Schenkel au' dein Substrat 1 aufliegen. Nach der Bildung wird die Wicklung 5 vo'lkomrnen mit einer Isolierschicht urr- 'lullt, wie sie bei 9 ir. Fi g. 4 dargestellt ist. mit Ausnahme ihrer Luftspallfläche, an de^r die blanken Ränder der Leiter 10 erscheinen. Die Luft^paltfiachen des Stapels 2-3-4 und der Wicklung 5 liegen natürlich in einer Linie mit dem entsprechenden Rand des Substrat·* I. Die Breite L 3 des Substrats ist dann gleich der Breite /. 1 der Schichten 2 und 3. zu beiden Seilen vergrößert um die Breite s der seit'chen Schenkel der Wicklung 5. Die Breite L 2 der Schient 4 ist vorzugsweise kleiner als die Breite L 1.

Der Stapel der Schichten 2-3-4 bilde: eines der Polteile des Magnetkopfs. Das andere Polte¹·! und dam* oberhalb der Wicklung 5 und des Substrats symmetrisch zu dem ersten Poltcil in Bezug auf den durch die Dicke c der Wicklung gebildeten geometrischer. 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 Zwischensc'zieht 7. auf die eine magnetische Schicht 8 aufgebracht wird, die aus dem gleichen Material wie die Schicht 2 besteht und die gleichen Abmessungen wie diese hat. Als Beispiel i >t angegeben, obgleich dies nicht zwingend ist. daß vor dem Aufbringen der Schicht b zwei Isolierblöcke Il von gleicher Dicke wie u."jsc Schicht und zu beiden Seiten des für sie vorgesehenen Pl.itzes auf den entsprechenden Teilen des vordren Schenkels der Wicklung 5 gebildet werden. Die zusammengesetzte Schiv hi β—11

ergibt (iiiTiii cmc ebene Flüche i\cv Biene /. I fur d.is Aufbringen tier .Schichten 7 und 8 an dieser Stelle der Struktur. Man kann die Blöcke Il fortlassen, wenn man /ulaßt. daß die Schichten 7 und 8 dann über die seitliche :i Ränder der Schicht 6 bis zur Oberseite des Luftspalt schenkeis der Wicklung 5 nach unten gehen.

Die /wischenschichten 3 und 7 Italien den Zweck, eine magnelostatische Entkopplung zwischen der »harten« Schicht und der »weichen« Schicht der i'olteile /u 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 l'unktio· non. 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 /u der Breite des Luflspaltcs beibehalten können.

Für die Zwischenschichten 3 und 7 sind zwei Hersicllungsweisen möglich. Die erste besteht darin, daß sie aus einem dielektrischen Material, wie SiOi gebildet werden, dessen Dicke so bemessen wird, daß die gewünschte Entkopplung gewährleistet ist. Die zweite Herstellungswcise 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 Gesatntentmagnetisierungsfelder, 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

C _L : _t_ .

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 aufeinande: folgendes Aufbringen von dünnen Filmen aus ihren jeweiligen Materialien erhalten sind, wobei diese I ilme elektrisch umeinander durch 1 liuiu-hen getrenn! μγκΙ. die außerordentlich dünn ■' gegen ihre eigene Dicke sind. Diese Ausbildung, ιΐκ gegebenenfalls, wenn es erwünscht und ausreichend i¹-nur fur di'' weichen Schichten angewendet werden kann, ermöglicht die Ausschaltung einei Einwirkung der E'itmagnetisierungsfelder, die sich bei einstückig gcbil

ι» deten Schichten zwangsläufig in den harten Schichten über Wege schließen wurden, die durch die Luft gehen, wodurch wieder Kopplungen zwischen den weichen und den harten Schichten entstünden, ti ie den gewünschten Betrieb beeinträchtigen wurden, außer wenn die Dicke

¹^ der Zwischenschichten übertrieben groß bemessen würde. Diese Maßnahme ermöglicht also eine optimale Bestimmung der Abmessungen des Magnetkopfcs.

Mit einer Magnetkopfstruktur der beschriebenen Art. die also aus weichen und harten Schichten besieht, die

2» 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 d'-r Schichten 2 und 8 vorherrschend ist und eine Schreib Luftspaltbrei·

ii te C; (fig. 4) bestimmt, die ein tiefes Schreiben in tier Aufzeichnungsschicht gewährleistet, welche in der Richtung des Pfeils S vor der Luftspaltfläche des Magnetkopfcs vorbeiläuft. Dagegen sind beim Lesen die Schichten 2 und 8 vollkommen unwirksam, und nur die

jo Schichten 4 und 6 bestimmen den Lese-Luftspalt C\. dei im wesentlichen gleich dem geometrischen Luftspalt c· 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 uürCiiiüiii~Cri, uäu vjii: wtiuiicii ov-Miinicii UdI III umeinander 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 hartmagnetischen Schichten außen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Polteil die hartmagnetische Schicht (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 I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3, 7) aus einem unmagnclischen dielektrischen Material besteht.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3, 7) aus einem Stapel von sehr dünnen Filmen (14, 15) besteht, die abwechselnd aus dem Mater j| der weichmagnetischen Schicht (4, 6) u.id aus dem Material der hartmagnetischen Schicht (2,8) estehcn.

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

5. Magnetkopf nach einem de! Ansprüche 1 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 cmc Eisen- und/oder Kobalt-Legierung ist.