DE2407669A1

DE2407669A1 - Magnetkopf

Info

Publication number: DE2407669A1
Application number: DE19742407669
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ishihara; Kenji Kanai; Fukashi Kobayashi; Hiroshi Sugaya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-02-20
Filing date: 1974-02-18
Publication date: 1974-08-29
Also published as: US3987485A; GB1468551A

Description

18. fet. 1974

IiATSUSHITAiILECTHIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, Japan

Kasustkopf
Die Erfindung "bezieht sich, auf flußempfindliche Magnetköpfe .

Als Magnetköpfe verwendet man heute vielfach Hingköpfe und dieser Zopftyp weist in seinem Aufbau einen aus einem laagnetischen Material bestehenden Kern, eine auf den Eern aufgewickelte Spule und einen in dem durch den Kern gebildeten Magnetkreis vorgesehenen Spalt auf.

Das schwierigste Problem, dem man sich bei der Herstellung von rlagne tköpfen ge genübersieht, besteht darin, daß hierbei sehr kleine Bauteile weitgehend von Hand montiert v/erden müssen, so daß die Arbeitsproduktivität gering ist. Insbesondere gilt im Pail der Mehrspurköpfe, für die sich voraussichtlich ein steigender Bedarf ergeben wird, daß sich die Arbeitsausbeute bei einer Erhöhung der Spurenzahl auf η Spuren dementsprechend auf l/n verringert. Auch ist die Zahl der Spuren wegen des Kaumbedarfs der Spule auf die Höchst-

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zahl von 40 bis 50 Spuren pro Zoll begrenzt. Ξ ε zeichnet sich jedoch eine Tendenz zur Erhöhung der erforderlichen Spurenzahl pro Zoll ab«

Durch die Erfindung wird eine zweckdienliche Lösung dieses Problems ins Auge gefaßt, indem hierzu ein Magnetkopf geschaffen wird, bei dem auf oder in einem Halbleitersubstrat wie etwa einem. SiIi ei um substrat Elektroden ausgeformt sind und bei dem ein die Elektroden miteinander verbindendes flußempfindliches Bauelement in ibrm einer ferromagnetische η Dünnschicht oder eines Hallelements vorgesehen ist.

Die Erfindung hat zur Hauptaufgabe, die Abmessung der Kopfeinheit in der Richtung der Spurbreite auf ein Ilinde stmaß herabzusetzer·.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, einen einfach aufgebauten Kehrspurkopf zu schaffen, der aus mehreren Kopfeinheiten besteht.

Des weiteren hat die Erfindung zur Aufgabe, einen Kopf von hoher Empfindlichkeit zu schaffen.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, eine Anzahl von flußempfindlichen Kagnetköpfeη, die in der Querrichtung des Aufzeichnungsbandes angeordnet sind, selektiv nacheinander anzusteuern. Zur Wiedergabe eines Hochfrequenzsignals sind somit im Vergleich zu der nach dem Stand der Technik bekannten Anordnung, bei der eine Drehkopfanordnung vorgesehen ist, also weniger mechanische Bauteile erforderlich.

Die obigen und weitere Ziele der Erfindung sowie der Aufbau des erfindungsgemäßen llagne tkopfe s und die mit diesem zu erzielenden Wirkungen sind im einzelnen in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigegebenen Zeichnungen erläutert. Darin zeigenj

Hg» 1 eine üfeilansicht eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes in perspektivischer Darstellung;

Fig_a 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfe s;

Figo 3 und 4 Teilansichten weiterer Ausführungsformen der

Erfindung

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Erfindung in perspektivischer Barstellung;

Pig. 5 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Darstellung;

Pig. 6 eine schematische Darstellung eines die Erfindung verkörpernden Magnetkopf systems; und

Fig. 7 und 8 Schaltschemata zur Darstellung der elektrischen Schal tve rhi ndungen hei erfindungsgemäßen Magnetkopf systemen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße flußempfindliche Magnetkopfeinheit. Mit der Bezugszahl 1 ist ein Ealhleitersuhstrat beispielsweise in Form eines Siliciumplättchens oder einer Siliciumspitze "bezeichnet, in dem parallele Elektroden 2 ausgeformt sind, die an die Suhstratfläche angrenzen und voneinander einen vorgegebenen Abstand haben. Die Elektroden 2 können durch Aufdampfen eines Leitermaterials wie etwa Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Doch kann es sich erwünschtenfalls dabei auch um Leiter schichte η handeln, die durch Eindiffundieren· durch anodische Oxidation, durch Injektion oder durch Implantation des Leitermaterials in das Substrat so ausgebildet wurden wie in dem hier dargestellten Fall. Hierauf wird zum Verbinden der Elektroden 2 an der dem Aufzeichnungsmedium zugekehrten Fläche des Substrats ein magnetflußempfindliches Bauelement 3 ausgeformt. Bei dem flußempfindlichen Element kann es sich um eine Niederschlagsschicht handeln, die durch Aufdampfen eines ferromagnetischen Materials wie beispielsweise Permalloy gebildet ist. Erwünschtenfalls kann statt eines solchen flußempfindlichen Elements ein Hallelement vorgesehen sein. Die Reihenfolge der Arbeitsschritte bei der Bildung der Elektroden und des flußempfindlichen Elements oder Hallelements kann erforderlichenfalls umgekehrt werden, d.h. das flußempfindliche Element 3 kann zuerst erzeugt werden, worauf an den hierfür vorgesehenen Stellen die Elektroden 2 gebildet werden.

Im Fall der Verwendung einer ferro magnetische η Dünnschicht für das flußempfindliche Element 3 läßt sich eine hohe Empfindlichkeit des flußempfindlichen Elements dadurch herbeiführen, daß eine anisotrope Dünnschicht gebildet wird, die in der Richtung der Verbindung der Elektroden Anisotropie oder Orientierungseigenschaften aufweist. Zur Erzeugung eines solchen anisotropen flußempfindlichen Elements

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ments wird die Auf dampf!- η j Ii ε ferromagnetische η Materials, bei dem es sich beisoielsweise also vlli Permalloy handeln kann, in einem Magnetfeld vorgenommeη, das in der Terbindungsrichtung der Elektroden aufgebaut ist.

In Fig. 2 ist eine fertige flußempfindliche Magnetkopf einheit dargestellt. Sie besteht aus Elektroden 2, die auf einem SiIiciumsubstrat ausgeformt sind, einem die Elektroden 2 verbindenden flußempfindlichen Element J, einem der v/irkfl£che des flußempfindlichen Elements 3 zugekehrten ferroiaagne ti sehen Ksrn 5 und einem Rahmen 6, durch den das flußempfindliche Element und der ferromagnetische Kern 5 in bezug auf die Elektroden 2 in einer bestimmten Anordnung gehalten werden. Der ferromagnetische Kern 5 dient zur wirksamen Zuleitung des Signaire stfIusses von dem Aufzeichnungsmedium zu dem flußempfindlichen Element. Wird das flußempfindliche Element 3 durch eine ferromagnetische Dünnschicht gebildet, so verläuft der Signalfluß in der Stärkenrichtung dieser Schicht. Für gewöhnlich erweist sich die liagnetisierung einer Dünnschicht in Sichtung ihrer Stärke wegen des hohen Entmagnetisierungskoeffizienten als sehr schwierig. Ist in der Stärkenrichtung der ferro magnetische η Dünnschicht ein fe rromagne ti sehe r Kern vorgesehen, so kann der Entmagneti sie rungskoe ff izient verringert werden, was der permeanz des Signalflusses sehr entgegenkommt. Aus diesem Grund ist es erwünscht, daß der ferromagnetische Kern 5 eine hohe magnetische Durchlässigkeit aufv/ei st.

Anhand der Figo 3 ^und 4 soll nun beispielartig der Aufbau von llehrspurköpfen erläutert werden, bei denen eine Anzahl von Magnetkopfeinheiten in Richtung der Spurbreite angeordnet ist.

In Fig. 3 ist der Aufbau eines Mehrspurkopfes mit flußempfindlichen Elementen gezeigt, bei dem eine gemeinsame Elektrode für alle Kopfeinheiten vorgesehen ist. In einem Siliciumsubstrat 1 sind ferner Elektroden 2a, 2b, 2c, ..»in einer Anzahl entsprechend der Zahl der Spuren vorgesehen, wobei das eine Ende einer jeden dieser Elektroden in einem kleinen Abstand von der vorderen Kopf fläche 4 " angeordnet ist, die dem Aufzeichnungsmedium zugekehrt ist. Die Bezugszahl 6 bezeichnet die gemeinsame Elektrode, die sich mit einem

Teilbereich

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Teübe reich in Richtung der Spurbreite entlang- der vorderen Kopffläche 4 erstreckt. Die flußempfindlichen Elemente 3 sind jeweils für die betreffende der Elektroden 2a, 2b, 2c, ..« zu deren Verbindung mit der gemeinsamen Elektrode 6 vorgesehen. Diese Anordnung kann in ähnlicher Weise hergestellt werden wie im Pail der weiter oben beschriebenen Magnetkopf einheit. Bei die gern Aufbau eines Mehrspurmagnetkopf es mit flußempfindlichen Elementen kann zwischen jeder der Elektroden 2a, 2b, 2c, ... und der gemeinsamen Elektrode 6 ein Ausgang erhalten werden. Zur Entnahme der Ausgänge der einzelnen Kopfeinheiten kann also mit einer geringeren Gesamtanzahl von Elektroden gearbeitet werden.

Während bei der Anordnung der Figo 3 gesonderte flußempfindliche Elemente 3 iⁿ einer Anzahl entsprechend der Zahl der Spuren vorgesehen sind, zeigt Hg₀ 4 eine Ausfiihrungsform mit einem einzigen, gemeinsamen flußempfindliohen Element 3· Genauer gesagt, bei dieser Ausführungsform sind in einem SiIi ei um subs trat 1 Elektroden 2a, 2b, 2c, ... in einer die Zahl der Spuren um eins übersteigenden Anzahl vorgesehen, wobei die Elektroden auf der einen Seite jeweils in der vorderen Hache 4 de s Kopfes enden und das in Form einer f e rromagne ti sehe η Schicht mit geringem magnetischen Widerstand ausgebildete gemeinsame flußempfindliche Element 3 auf dem Si Ii ei um substrat 1 nahe der Torderfläche des Kopfes in dem Luftspalt vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung zum Verbinden der Elektroden 2a bis 2e , die sich von der Vorderfläche 4 zwischen den Spuren einwärts erstrecken, werden Ausgänge jeweils zwischen den Elektroden 2a und 2b, zwischen den Elektroden 2b und 2c, zwisehen den Elektroden 2c und 2d usw. erhalten. Auch bei einem solchen Aufbau eines Mehrspurkopfes kann die Reihenfolge der Arbeitsschritte zur Bildung der Elektroden 2 und des flußempfindlichen Elements 3 wiederum umgekehrt wie bei der hier gezeigten Kopfeinheit sein. Ferner können die Elektroden entweder durch Aufdampfen aufgebracht oder in dem Substrat durch Diffusion ausgeformt sein und das flußempfindliche Element oder die flußempfindlichen Elemente können durch Aufdampfen gebildet sein_o

Bei den obigen Ausführungsformen sind flußempfindliche Elemente mit zwei Anschlüssen vorgesehen, doch kann der Erfindungs-

ge danke

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gedanke auch in der weise Verkörperung finden, daß flußempfindliche Elemente rrit vier Anschlüssen wie be i sp ie 1 s.we i se Hai !elemente vorgesehen werden.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsfora ist auch der dazugehörige, beispielsweise aus Schaltkreisen bestehende elektrische Schaltungsaufbau 7 nach der Technik der integrierten Halbleiter schaltungen auf dem Halbleitersubstrat 1 gebildet, das einen Mehrspurkopf der gleichen Bauweise γ/ie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform trägt, !.lit der Bezugszahl 8 ist hier eine Eingangs-Ausgangs-Leitung der elektrischen Schaltung 7 bezeichnet, während die Bezugszahl 9 die Leitungsteile bezeichnet, welche die Elektroden der Kopfeinheiten mit der elektrischen Schaltung 7 verbinden. Diese Leitungsteile können durch Aufdampfen oder nach einem Photoätzverfahren gebildet werden. Erforderlichenfalls kommen als Verbindungsmittel auch Drahtverbindungen in Betracht.

Wie aus dem Gesagten hervorgeht, ist im Rahmen der Erfindung die Bildung von Elektroden und flußempfindlichen Elementen auf oder in einem Halbleitersubstrat durch Aufdampfen oder unter Zuhilfenahme eines Diffusionsverfahrens vorgesehen, so daß bei Einhaltung hoher Liaßgenauigkeiten Kopfeinheiten nit kleinen Abmessungen erzeugt werden können.

Auch besteht hierbei die Möglichkeit, gleichzeitig auf ein und demselben Substrat eine Vielzahl von Jlagnetkopfeinheiten zu bilden, was bei der Herstellung von !,iehrspurköpfen sehr zweckdienlich ist.

Da ein Halbleitersubstrat Verwendung findet, besteht ferner die Möglichkeit, auf diesem auch elektrische Schaltanordnungen wie etwa Verstärker und Schaltkreise zu erzeugen, die mit den Magnetköpfen verbunden werden. Es können somit auch sehr schwache Wiedergabesignale mit einem kleinen flußempfindlichen Element oder mit mehreren solcher Elemente entnommen werden.

In Fig. 6 ist ein die Erfindung verkörpernder Mehrspurkopf dargestellt, der hier zur Aufzeichnung verwendet wird. Er weist eine Anzahl von Ivopfeinheiten 12 auf, die in der Breitenrichtung eines

Magne tbande s

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Magnetbandes 11 hintereinandergereiht sind. Diese Kopfeinheiten 12 werden nacheinander zum Aufzeichnen von Signalen in den gewünschten Spuren 13 des Hagnetbandes 11 in einer von der Portbewegungsrichtung de s Sande s unte r schie dli ehe η Ei ch tung be täti gt.

Bei diesem System müssen die Kopfeinheiten nahe beieinander angeordnet sein. Probleme ergeben sich hierbei auch in der Anbringung der Leitungen, die zu den Kopfeinheiten führen und von diesen fortführen.

In Jig. 7 ^^e zeichne η die Bezugssymbole EPl, EP2, ..<> HPn Magnetkopfeinheiten mit dem obenbeschriebenen Aufbau. Das magnetische Material 90 einer jeden dieser llagnetkopfeinheiten ist mit einem Schalttransistor 91 für die Kopfwahl verbunden, während das magnetische Material der einzelnen Kopfeinheiten auf der anderen Seite mit einem gemeinsamen Anschluß 93 verbunden ist. Die einzelnen Schalttransistoren 91 sind mit dem anderen Ende ebenfalls an einen gemeinsamen Anschluß 94 gelegt. Dein. Steuereingangsanschluß eines jeden der Schalttransistoren 91 wird der Ausgang eines dazugehörigen Ringzahlers oder Schieberegisters 92 zugeführt, wobei den einzelnen Eingzählern oder Schiebersgi stern Taktimpulse zugeleitet werden, die an einem Taktsignalanschluß 95 erscheinen. Bei dieser Anordnung können die Kerne der einzelnen Kopfeinheiten nacheinander angesteuert werden. Wenn in dem Aufzeichnungsmedium in einem dem Spalt der gewählten Kopfeinheit entsprechenden Teilbereich ein Signaire s tfluß vorhanden ist, durchdringt der Signalfluß den Kern der gewählten Kopfeinheit. Falls die Wiedergabeköpfe so aufgebaut sind, daß sie in ihrer Wirkweise auf dem magnetischen Widerstand einer durch Aufdampfen gebildeten Permalloy-Dünnschicht beruhen, ist die Schaltung zwischen den gemeinsamen Anschlüssen 93 und 94 an die eine Seite einer Abgleichbrücke 96 gelegt, während eine Stromquelle 97 über die eine Diagonale der Brücke geschaltet ist. Die andere Diagonale der Brücke ist hierbei zur Se st stellung von Änderungen im Widerstandswert des magnetwi der standsbehafteten Elements über einen Differential verstärker oder einen üblichen Vorverstärker 98 geschaltet, so daß an einem Ausgangsanschluß 99 ein Wiedergabeausgang erscheint.

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In Hg. 8 i st eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrspurkopf systems dargestellt, bei der für die flußempfindlichen Kopfeinheiten die Verv/endung von Hallelementen vorgesehen ist. Zum Empfang des SLgnalre stflusses aus dem Aufzeichnungsmedium dient eine Anordnung von η Hallelementen Hl his Hn. Ein Anschluß 10J zur Zuführung eines Vormagne ti sie rungs stroms ist durch die aufeinanderfolgenden Eallelemente mit einem weiteren Anschluß 104 für die Zuführung des y'ormagne ti sie rungs stroms verbunden. Der eine der zur !feststellung eines Ausgangs dienenden Anschlüsse eines jeden Hallelements ist an einen gemeinsamen Anschluß 105 gelegt, während der andere der zur Fe st stellung eines Ausgangs dienenden Anschlüsse eines jeden der Hallelemente an den betreffenden der Torverstärker GAl bis GAn gelegt ist. Für die einzelnen Torverstärker sind Ringzähler oder Schieberegister I¹Pl bis FFn vorgesehen, wobei diesen Ringzählern oder Schieberegistern Taktimpulse zugeführt werden, die an einem Taktimpulsanschluß 107 erscheinen. Bei diesem Aufbau werden die Hallelemente nacheinander unter der Steuerung durch das an dem Taktimpulsanschluß 107 erscheinende Taktsignal mit einer der Taktfrequenz entsprechenden Geschwindigkeit gespeist, und falls in einem Teilbereich des Aufzeichnungsmediums, der einem der Hallelemente Hl bis Hn entspricht, ein Restfluß vorhanden ist, erscheint zwischen den Anschlüssen 105 und 106 das wiedergegebene Signal.

Patentansprüche

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Claims

- 9 Pate nt ansprüche

"ί^ Magnetkopf, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat (l), mindestens zwei-an die Hauptfläche des Halbleitersubstrats (l) angrenzende Elektroden (2) und ein die Elektroden (2) miteinander verbindendes flußempfindliches Element (3)·
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Elektroden (2) um Leiterschichten handelt, die in dem Halbleitersubstrat (l) durch Diffusion,'anodische Oxidation oder Implantation gebildet sind.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem flußempfindlichen Element (3) um eine anisotrope ferromagnetische Dünnschicht mit Anisotropie in der Richtung der Verbindung der Elektroden (2) handelt.
4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2a-2n) mit einer in Form einer integrierten Halbleiterschaltung auf dem Halbleitersubstrat (l) vorgesehenen Wiedergabeschaltung (7) verbunden sind.
5- Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontakt mit dem auf dem Halbleitersubstrat (l) gebildeten flußempfindlichen Element (3) ein Magnetkern (5) vorgesehen ist.
6. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flußempfindliche Element (3) auf dem Halbleitersubstrat (l) entlang der einen Seite desselben und in einer an das eine Ende einer jeden der Elektroden (2) angrenzenden Anordnung vorgesehen ist.
7. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Hauptfläche des Halblei te r sub strats (l) angrenzende und sich mit einem Teil entlang der einen Seite des Halbleiter sub strats (l) erstreckende erste Elektrode (6), eine Vielzahl von ebenfalls an die Hauptfläche des Halbleiter sub strats (l) angrenzenden und in einem bestimmten Abstand von dem genannten TsIl der ersten Elektrode (6) sowie in rechtwinkliger Erstreckung zu diesem angeordneten zweiten Elektroden (2a-2c) und ein zwischen der ersten Elektrode (6) und einer Jeden der zweiten Elektroden (2_a-2c) angeordnetes

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netes fluidempfindliches Element (3) vorgesehen sind.
8. Magnetkopf system mit einer Vielzahl von Magnetköpfen mit einen Aufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kagnetköpfe (EPl-HPn) auf dem gleichen Halbleitersubstrat (l) gebildet sind, wobei das flußempfindliche Element (90) eines jeden der Iiagnetköpfe (HPl-HPn) mit dem einen Ende über einen Schalttransi'stor (91) an eine gemeinsame Leitung und mit dem anderen Knde an einen Eingangsanschluß (93) eines gemeinsamen Wiedergabe Verstärkers (9⁸) gelegt ist, Yrabei jeder der Schalttransistoren (91) einen Steuereingangsanschluß aufweist, der mit einem dazugehörigen Ringzähler oder Schieberegister (92) verbunden ist, und wobei die Magnetköpfe (HPl-HPn) nacheinander ansteuerbar sind.

9· Magnetkopf system mit einer Vielzahl von Magnetkopf en mit einem Aufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Magnetköpfe (lOO) auf dem gleichen Halbleitersubstrat (l) gebildet sind, wobei es sich bei dem flußempfindlichen ELenent eines jeden der Hagnetköpfe (lOO) um ein Hallelement (Hl-Hn) handelt, wobei die Hallelemente (Hl-Hn) der einzelnen LIagnetköpfe (lOO) zwischen zwei Anschlüsse (lOJ, 104) für den Vo rmagne ti sie rungs strom hintereinander ge schaltet sind, wobei jedes der Hallelemente (Hl-Hn) einen mit einer ersten gemeinsamen Leitung verbundenen Anschluß zur Signalfeststellung und einen weiteren, über einen !Porverstärker (GAl-CrAn) mit einer zweiten gemeinsamen Leitung verbundenen Anschluß zur Signalfeststellung aufweist und wobei die Torverstärker (G-Al-GAn) zur nacheinander erfolgenden Entnahme der Ausgänge der Magnetköpfe (lOO) durch die erste und zweite der gemeinsamen Leitungen in Aufeinanderfolge ansteuerbar sind.

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