DE2409323B2

DE2409323B2 - Magnetoresistiver Wiedergabekopf

Info

Publication number: DE2409323B2
Application number: DE2409323A
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Villiers Saint Frederic Lazzari (Frankreich)
Original assignee: INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE LOUVECIENNES (FRANKREICH) Cie
Current assignee: INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE LOUVECIENNES (FRANKREICH) Cie
Priority date: 1973-02-27
Filing date: 1974-02-27
Publication date: 1978-07-27
Also published as: NL7401548A; DE2409323A1; BE815689A; FR2219482A1; FR2219482B1; DE2409323C3; GB1457189A; US3879760A; IT1004930B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetoresistiven Wiedergabekopf zum Ablesen eines Magnetaufzeichnungsträgers, mit einer auf einem starren Träger angebrachten dünnen anisotropen Schicht aus magnetoresistivem ferromagnetischem Material, die in einer senkrecht zur Oberfläche des Magnetaufzeichnungsträgers stehenden Ebene so angeordnet ist, daß eine Kante der Schicht entlang der Oberfläche des Magnetaufzeichnungsträgers liegt, wobei die leichte Magnetisierungsachse im Winkel von 45° zu der Richtung des in die Schicht eingeprägten elektrischen Stroms und im Winkel von 45° zu der Oberfläche des Magnetaufzeichnungsträgers liegt.

Bei einem aus der DE-OS 21 21443 bekannten magnetoresistiven Wiedergabekopf dieser Art ist nur eine einzige anisotrope magnetoresistive Schicht vorhanden. Dagegen ist in dem »IBM Technical Disclosure Bulletin« Vol. 14, Nr. 8, Januar 1972, S. 2488/2489, ein magnetoresisiiver Wiedergabekopf gleicher Art beschrieben, bei dem auf dem gleichen Träger eine zweite anisotrope magnetoresistive Schicht in der gleichen Ebene wie die erste Schicht, jedoch an einer möglichst weit von dem Magnetaufzeichnungsträger entfernten Stelle angebracht ist. Die beiden magnetoresistiven Schichten liegen zusammen mit zwei weiteren auf dem Träger angebrachten Widerstandsschichten in einer Brückenschaltung, an deren Diagonale das Ausgangssignal abgenommen wird. Auch bei diesem

bekannten Wiedergabekopf ist nur eine der beiden magnetoresistiven Schichten für das Ablesen des Magnetaufzeichnungsträgers wirksam; die andere magnetoresistive Schicht nimmt nur magnetische Störfelder auf, so daß infolge der Brückenschaltung die Auswirkungen solcher Störfelder auf die beiden magnetoresistiven Schichten im Ausgangssignal kompensiert werden.

Magnetoresistive Wiedergabeköpfe dieser Art ermöglichen das Ablesen von Magnetaufzeichnungen sowohl im Stillstand als auch bei einer Relativbewegung des Magnetaufzeichnungsträgers mit großer Empfindlichkeit, wobei das Ausgangssignal infolge der Neigung der leichten Magnetisierungsachse um 45° gegen die Stromrichtung nicht nur den Betrag, sondern auch die Richtung der die Aufzeichnung darstellenden Magnetisierung anzeigt, wie es bei den meisten Magnetaufzeichnungsverfahren erforderlich ist. Sie können jedoch nahe beieinanderliegende unterschiedliche Magnetisierungszustände nicht unterscheiden, so daß ihr Auflösungsvermögen für die heutzutage geforderten Magnetaufzeichnungen mit großer Informationsdichte nicht ausreicht.

In der US-PS 36 91540 ist andererseits eine Abtastvorrichtung zum Feststellen von Magnetblasen beschrieben, die gleichfalls mit anisotropen magnetoresistiven Schichten arbeitet. In diesem Fall liegen aber die Schichten parallel zu der Oberfläche des abzutastenden magnetischen Mediums, und die Richtung der leichten Magnetisierungsachse liegt parallel zu dieser Oberfläche und auch zur Richtung des eingeprägten Stroms. Zwar ist es zur Erhöhung des Ausgangssignals vorgesehen, zwei einander völlig gleiche Abtastelemente zu verwenden, die zu beiden Seiten der Bahn der festzustellenden Magnetblasen liegen, doch ergibt diese Maßnahme offensichtlich keine Verbesserung des Auflösungsvermögens.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zug· unde, einen magnetoresistiven Wiedergabekopf der eingangs angegebenen Art mit erhöhtem Auflösungsvermögen zu schaffen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß parallel zu der anisotropen magnetoresistiven Schicht eine mit dieser Schicht magnetostatisch gekoppelte zweite anisotrope magnetoresistive Schicht angeordnet ist, deren leichte Magnetisierungsachse im rechten Winkel zu der leichten Magnetisierungsachse der ersten Schicht liegt, und daß die beiden Schichten elektrisch so angeschlossen sind, daß ihre Ausgangssignale summiert werden.

Infolge der gegenseitigen magnetostatischen Kopplung und des rechten Winkels zwischen den leichten Magnetisierungsrichtungen der beiden Schichten ist beim Wiedergabekopf nach der Erfindung das erhaltene Ausgangssignal nicht einfach die Summe von zwei gleichen Signalen, sondern es hängt von der Differenz der Werte der beiden Feldkomponenten ab, die auf die beiden Schichten einwirken. Dies hat zur Folge, daß das Ausgangssignal proportional zu dem. Wert des Erregerfeldes ist, das durch ein »Fenster« gesehen wird, dessen Breite gleich dem Abstand zwischen den beiden Schichten ist. Dieses Fenster ist also dem Luftspalt herkömmlicher Magnetköpfe vergleichbar, und das Auflösungsvermögen ist durch den Abstand zwischen den beiden Schichten bedingt, der sehr klein gemacht werden kann.

Ein sehr kleiner Abstand und damit ein hohes Auflösungsvermögen kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erlindung dadurch erhalten werden,

daß bei magnetoresistiven Schichten, deren Dicke in der Größenordnung von einigen hundert Angström liegt, zwischen die magnetoresisliven Schichten eine dielektrische Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen Zehntel Mikron eingefügt ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung und Beschallung eines Zweischicht-Wiedergabekopfes nach der Erfindung, ι ο

Fig.2 ein^: schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Zweischicht-Wiedergabekopfes nach der Erfindung,

Fig.3 eine Darstellung einer Schicht zur Definition verschiedener Parameter, die von Einfluß für die r> Wirkungsweise des Wiedergabekopfes sind,

Fig.4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Wiedergabekopfes und

F i g. 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines praktischen Ausführungsbeispiels. _>o

Ein Wiedergabekopf nach der Erfindung enthält im wesentlichen zwei ebene Elemente von gleichen Abmessungen, von denen jedes aus einer dünnen Magnetwiderstandsschicht 1 bzw. 2 besteht, wobei diese Schichten zueinander parallel sind und im Abstand L >> voneinander liegen. Die Zweischichtenordnung ist dazu bestimmt, an eine Magnetaufzeichnungsfläche M angesetzt zu werden, in welcher die Information in Form von Magnetisierungs-Unstetigkeiten oder Flußübergängen »aufgeschrieben« ist, wie in F i g. 1 und 2 beispielshalber bei Φ angedeutet ist. Das Ansetzen erfolgt so, daß die Ebenen der Schichten senkrecht zu der Magnetaufzeichnungsfläche stehen. Bei jeder Stellung der Fläche M relativ zu diesen Ebenen wirken somit auf die Schichten 1 und 2 Feldkomponenten, wie r> die Feldkomponenten H\ und H2, des von der Fläche M ausgehenden Erregerfeldes ein. Die Schicht 1 ist mit zwei Anschlußleitern ausgestattet, die zu den Klemmen A und B führen, und die Schicht 2 ist in gleicher Weise mit zwei Anschlußleitern versehen, die zu den Klemmen w C und D führen. Durch jede Schicht fließt ein elektrischer Strom /, der von einer nicht dargestellten Konstantspannungsquelle stammt und ir. der Längsrichtung der Schicht fließt, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Jede Schicht besteht aus einem anisotropen Magnet- v> widerstandsmaterial, in welchem bei der Bildung eine leichte Magnetisierungsachse induziert worden ist, die für die Schicht 1 mit a und für die Schicht 2 mit b bezeichnet ist. Diese Achsen sind im Winkel von 90° zueinander gekreuzt, und jede Achse steht im Winkel ><> von 45° zu der Flußrichtung des Stroms / und somit auch zu der Richtung jeder aktiven Komponente des von der Magnetaufzeichnungsfläche M ausgehenden Erregerfeldes.

Damit die induzierte Anisotropie in jeder der v> Schichten für sich allein betrachtet aufrechterhalten wird, wäre es notwendig, daß sie größer als die Form-Anisotropie der Schicht ist, wie sie durch deren Dimensionen Li, L2 und e definiert ist; dies ist nur selten der Fall für eine Schicht, deren Länge L 1 sehr viel größer als ihre Breite L 2 ist, und deren Dicke e dann, wenn für die Schicht die Näherung eines Ellypsoids angewendet wird, mit L2 die folgende Beziehung erfüllen müßte:

ö_r-(t'/L2),

b^r)

(1)

worin H₁- die Koerzitivfeldstärke u;id £?_rdie Remanenzinduktion des Materials der Schicht sind. Bei der erfindungsgemäßen Struktur hegen jedoch die beiden Schichten sehr nahe beieinander, so daß sie magnetostatisch gekoppelt sind, wodurch für jede Schicht der Einfluß der Form-Anisotropie verringert wird, so daß ihre leichte Magnetisierungsachse die durch die induzierte Anisotropie erteilte Orientierung beibehalten kann. Wenn also der Magnetisierungsvektor der Schicht 1 beispielsweise in der Richtung des Pfeil;, (a)von F i g. 3 orientiert ist, liegt die Orientierung des Magnetisierungsvektors der Schicht 2 in der Richtung des Pfeils (b), der in Fig.3 gestrichelt dargestellt ist. Diese Orientierungen können in ihrer Gesamtheit umgekehrt werden, wie beispielsweise in F i g. 1, 2 und 5 dargestellt ist. Dies sind die einzigen eindeutig umkehrbaren Gleichgewichtsbedingungen des von den Schichten gebildeten gekoppelten Systems, und jede dieser Bedingungen bildet sich automatisch aus, sobald die Richtungen der Anisotropieachsen der Schichten festgelegt sind. Die Resultierende der Magnetisierungen der Schichten bildet sich also parallel zu ihrer Längsrichtung aus, und somit parallel zu jedem Magnetisierungswechsel der Aufzeichnung, an die der Wiedergabekopf angesetzt wird.

Wie bekannt ist, weist ein Magnetwiderstandselement der in Fig.3 gezeigten Art mit einer einzigen Schicht beim Anlegen eines Erregerfeldes, das sich von einem Wert -r/_rsin0 bis zu einem Wert + W_c cos Θ ändert, wobei im vorliegenden Fall 0 = 45° gilt, einen Widerstand R auf, der sich für die Schicht 1 mit der leichten Magnetisierungsachse a von Fig. 3 nach der durch die Kurve (1) in Fig.4 dargestellten Funktion ändert. Der Spannungsabfall V in der Schicht folgt der gleichen Funktion. Da der Magnetisierungsvektor der Schicht 2 im rechten Winkel zu demjenigen der Schicht 1 orientiert ist, ist die Änderungsfunktion des Widerstands dieser zweiten Schicht im wesentlichen symmetrisch dazu, wie durch die Kurve (2) von Fig.4 dargestellt ist. Wie üblich erfolgt die Festlegung des Ursprungs am Punkt O am Ort der Abnahme des Lesesignals.

Die Spannungsabfälle an den Klemmen der Schichten 1 und 2 werden an einem Ausgang E(Fig. 1 und 2) addiert, und da die Flußrichtung des Stroms / für den Magnetwiderstandseffekt gleichgültig ist, kann der elektrische Strom an den Klemmen A und D der Schichten zugeführt und das Ausgangssignal zwischen den Klemmen B und C abgenommen werden, wie in F i g. 1 dargestellt ist, oder es kann auch der Strom gemäß F i g. 2 über die Klemmen A und Czugeführt und das Ausgangssignal zwischen den Klemmen B und D abgenommen werden. Aus Fig.4 ist folgendes zu erkennen: Solange auf die beiden Schichteil der gleiche Wert der Komponente des Erregerfeldes einwirkt, ist die Summe der Spannungsabfälle gleich O^]CP und konstant. Wenn dagegen die Werte der Feldkomponenten verschieden sind, wobei beispielsweise die eine Feldkomponente für die Schicht 1 den Wert H, und die andere Feldkomponente für die Schicht 2 den Wert Hj hat, ist aus den entsprechenden Kurven von F i g. 4 zu erkennen, daß die Spannungsabfälle E\ und £·> beim Addieren nicht mehr diesen konstanten maximalen Wert ergeben, sondern einen Wert, der von der Differenz der Werte dieser Feldkomponenten abhängt. Damit ein Ausgangssignal erhalten wird, das nach Betrag und Vorzeichen für diese Wertedifferenz kennzeichnend ist, braucht nur am Punkt E eine Spannung des Wertes O^ O¹ von entgegengesetzter

S=SSS

Polarität hinzugefügt zu werden, damit der Nullpunkt des Ausgangssignals des Lesekopfcs festgelegt wird: Solange der Wert der an den Magnetwiderstandskopf angelegten Feldkomponente für die beiden Schichten gleich ist, hat dieses Ausgangssignal dann den Wert Null; wenn eine der Feldkomponenten größer als die andere Feldkomponente wird, nimmt das Ausgangssignal einen Differenzwert der einen oder der anderen Polarität an, je nachdem, ob die auf die Schicht 1 einwirkende Feldkomponente größer oder kleiner als die auf die Schicht 2 einwirkende Feldkomponente ist. Damit dieser Bedingung genügt wird, kann am Ausgang E vorzugsweise ein Summierverstärker angeordnet werden, der die von den Schichten abgegebenen Spannungen und die den Nullpunkt festlegende Spannung empfängt.

Das Auflösungsvermögen des Wiedergabekopfes ist offensichtlich mit dem Abstand zwischen den Schichten verknüpft, und dieser Abstand kann sehr klein gegenüber dem Abstand bemessen werden, der bei einer Aufzeichnung großer Informationsdichte zwei Flußwechsel voneinander trennt. Praktisch verhält sich dieses »Fenster« also wie der Luftspalt eines klassischen Magnetkopfs.

F i g. 5 zeigt lediglich als Beispiel eine Ausführungsform eines nach der Erfindung ausgebildeten Magnetwiderstands-Wiedergabekopfes, die dadurch gebildet ist, daß ihre Schichten in aufeinanderfolgenden Aufträgen, beispielsweise durch Vakuumaufdampfung, aufgebracht sind. Als Anhaltspunkt kann angegeben werden, daß eine solche Struktur die folgenden Abmessungen haben kann: eine Länge L 1 von 1 mm, eine Breite L 2 von 60 μΐπ, eine Dicke c in der Größenordnung von 600 Ä und einen Abstand L zwischen den Schichten in der Größenordnung von 0,8 μπι.

Auf ein Substrat 10 aus Glas oder Keramik werden zunächst Anschlußleiter 11 und 12 aufgebracht, die an den Flächen der Klemmen A bzw. öenden. Dann erfolg! das Aufbringen der Schicht 1, beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit 82% Eisen und 18% Nickel die bekanntlich praktisch keinen Magnetwiderstandseffekt aufweist. Während dieses Aufbringens wird ein orientierendes Magnetfeld angelegt, das in der bekannten Weise eine leichte Magnetisierungsachse der Richtung a in der Schicht 1 induziert. Dann erfolgt das Aufbringen einer Schicht 15, beispielsweise aus S1O2, mil der für die Festlegung des Abstands zwischen den Magnetwiderstandsschichten erforderlichen Dicke, und auf diese Schicht 15 wird die zweite Magnetwiderstandsschicht 2 aus dem gleichen Material wie die erste Schicht aufgebracht, jedoch mit einem orientierenden Magnetfeld (wobei das erste Magnetfeld aufgehoben ist), in der Weise, daß in der Schicht 2 eine leichte Magnetisierungsachse induziert wird, die in dei Richtung b liegt, die einen Winkel von 90° mit dei Richtung a einschließt. Damit die Orientierung dei Achse a während des Aufbringens der zweiter Magnetwiderstandsschicht nicht gestört wird, arbeitel man bei einer Substrattemperatur und einem Wert de« orientierenden Magnetfeldes, die so bemessen sind, daC zwar das gewünschte Ergebnis erhalten wird, aber jede Störung vermieden wird. Auf die freiliegende Fläche dei Schicht 15 und der Schicht 2 bringt man dann die Anschlußleiter 13 und 14 auf, die zu den Klemmen C bzw. D führen. Man kann dann eine Schutzschicht aufbringen, beispielsweise ebenfalls aus SiO₂, derer Dicke für die Wirkungsweise des Magnetwiderstands kopfes ohne Bedeutung ist.

Die Anschlüsse können beispielsweise aus Kupfci sein, doch können sie auch aus dem gleichen Matcria wie die Magnetwiderstandsschichten gebildet werden in diesem Fall können sie gleichzeitig mit dieser Schichten geformt werden, wodurch die Anzahl dei Arbeitsgänge verringert wird.

Hierzu I HIaIi ZeichiHirmen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetoresistor Wiedergabekopf zum Ablesen eines Magnetaufzeichnungsträgers, mit einer auf einem starren Träger angebrachten dünnen anisotropen Schicht aus magnetoresistivem ferromagnetischem Material, die in einer senkrecht zur Oberfläche des Magnetaufzeichnungsträgers stehenden Ebene so angeordnet ist, daß eine Kante der Schicht entlang der Oberfläche des Magnetaufzeichnungsträgers liegt, wobei die leichte Magnetisierungsachse im Winkel von 45° zu der Richtung des in die Schicht eingeprägten elektrischen Stroms und im Winkel von 45° zu der Oberfläche des Magnetaufzeichnungsträgers liegt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der anisotropen magnetoresistiven Schicht (1) eine mit dieser Schicht magnetostatisch gekoppelte zweite anisotrope magnetoresistive Schicht (2) angeordnet ist, deren leichte Magnetisierungsachse im rechten Winkel zu der leichten Magnetisierungsachse der ersten Schicht (1) liegt, und daß die beiden Schichten (1, 2) elektrisch so angeschlossen sind, daß ihre Ausgangssignale summiert werden.

2. Magnetoresistiver Wiedergabekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei magnetoresistiven Schichten, deren Dicke in der Größenordnung von einigen hundert Angström liegt, zwischen die magnetoresistiven Schichten eine dielektrische Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen Zehntel Mikron eingefügt ist.

3. Magnetoresistiver Wiedergabekopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Summierung der Ausgangssignale der magnetoresistiven Schichten eine zusätzliche Spannungskomponente zur Festlegung des Nullpunkts des resultierenden Summensignals eingeführt wird.

ίο