DE2512525A1

DE2512525A1 - Magnetoresistiver magnetkopf

Info

Publication number: DE2512525A1
Application number: DE19752512525
Authority: DE
Inventors: Karel Elbert Kuijk
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-10-09
Also published as: IT1034707B; BE827434A; SE406382B; JPS547564B2; NL7404362A; DE2512525C3; SE7503597L; DE2512525B2; NL164410C; JPS50134624A; FR2266253A1; CA1055155A; GB1508892A; FR2266253B1

Description

Dipl.-ing. F-J. KUPFERMANN PHN.

Patentanwalt . EOPP/DEEN/JB

it„_K - / - - 6-2-1975

Akte No. PHH. 7469

Anmeldung vom: 18o3o75 2512525

"Magnetoresistiver Magnetkopf"".

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf

zum Detektieren Information darstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmittel, wobei die Magnetkopf ein längliches magnetoresistives Element magnetisch anisotropen Materials enthält, welches Element an den Enden Kontakte für Verbindungsherstellung mit einer Strom- oder Spannungsquelle aufweist.

Ein.'derartiger Magnetkopf ist z.B. aus der U.S. Patentschrift 3.493.694 bekannt.

Die Wirkung dieses sogenannten magnetoresistiven Magnetkopfes basiert auf der Verwendung eines streifenförmigen Elements eines ferromagnetischen magnetisch anisotropen Materials, wie Ni-Fe, welches

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Element mit einem einer Ränder in unmittelbarer Nähe eines magnetischen Aufzeichnungsmittels oder in Kontakt damit gebracht wird. Das Feld des Aufzeichnungsmittels verursacht Änderungen in der Magnetisierung des Elements und moduliert dessen Widerstand über den magnetoresistiven Effekt. Dies bedeutet, dass, wenn das Aufzeichnungsmittel den Kopf passiert, die auf dem Mittel vorhandenen, Information darstellenden Magnetfelder das Spinsystem des magnetoresistiven Elements drehen lassen, wodurch sich der Widerstand ändert. Auf diese Weise lässt sich ein einem mit dem Element verbundenen ausserhalb gelegenen Kreis ein von den im Aufzeichnungsmittel gespeicherten Information abhängiges aus Strom- oder SpännungsSchwankungen bestehendes Ausgangssignal ableiten.

Da die Widerstandsänderung in einem magnetoresistiven Element unter dem Einfluss eines Magnetfeldes quadratisch ist, ist es üblich, bei der Wiedergabe analoger Informationen die Wirkung durch Linearisierung des Kopfes zu optimalisieren.

Nach der bereits erwähnten U.S. Patentschrift wird dazu einem länglichen Element, dessen Achse mit leichter Magnetisierung mit der Längsrichtung des Elements zusammenfällt, mit Hilfe ausserer Mittel ein

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transversales magnetisches Vorspannungsfeld zugeführt. Unter dem Einfluss dieses Feldes wird die Magnetisierungsrichtung des Elementes, die ohne F_eid mit der Achse mit leichter Magnetisierung zusammenfällt, um einen gewissen Winkel gedrfeht. Die Stärke des Vorspannungsfeldes muss derart sein, dass die Magnetisierungsrichtung einen Winkel von k5° mit der Längsrichtung des Elements bildet, die auch die Richtung des Stromdurchgangs durch das Element ist. Der Nachteil der Verwendung des transversalen magnetischen Vorspannungsfeldes ist, dass die Gefahr des Löschens der Information auf dem Aufzeichnungsmittel besteht, während es schwierig ist, die Feldstärke auf den richtigen Wert abzugleichen.

Aus der offengelegten deutschen Patentanmeldung 2.121.443 ist es bekannt, im Gegensatz zu der oben beschriebenen Technik den Magnetowiderstandskopf mit Hilfe innerer Mittel zu linearisieren. Hierzu wird mittels eines Temperprozesses-oder unter Verwendung der magnetostriktiven Eigenschaften der Achse mit leichter Magnetisierung ein fest eingestellter Winkel in bezug auf die Längsrichtung des. Elements !(die Richtung des Stromdurchgangs) erteilt. Da die Kennlinie jedes magnetoresxstiven Elements wieder anders

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ist, ist es sehr schwer, auf die angegebene Weise in allen Fällen das gleiche Ergebnis zu erreichen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Magnetkopf vom vorliegenden Typ zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile beseitigt sind.

Der erfindungsgemässe Magnetkopf ist dadurch gekennzeichnet, dass die Achse mit leichte Magnetisierung mit der Längsrichtung des Elements zusammenfällt, und dass Mittel zur zwargsweisen Festlegung des Richtungverlaufes des Stromes zur Längsrichtung des Elementes unter einen Winkel von minimal 15 und maximal 75° vorhanden sind. Vorzugsweise ist der Winkel h5° *

Die Vorteile des erfindungsgemässen Magnetkopfes sind unverkennbar.'

1. Um den gewünschten Winkel zwischen der Stromrichtung und der Magnetisierungsrichtung zu verwirklichen, wird kein transversales magnetisches Vorspannungsfeld benötigt. Es gibt also keine unerwünschte Löscheffekte.

2. Der Winkel zwischen der Stromrichtung und der Achse mit leichter Magnetisierung (die Magnetisierungsrichtung im Ruhezustand) kann mit äusseren Mitteln festgelegt werden.

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Obgleich es möglich ist, die gewünschte Stromrichtung durch das Anordnen von Schlitzen im Element, die unter dem gewünschten Winkel in bezug auf die Längsrichtung verlaufen und abwechselnd in die Ober- und in die Unterseite münden, aufzuzwingen, ist eine bevorzugte Ausführungsform des Magnetkopfes erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein gut leitender Equipotentialstreifen quer über mindestens eine Seitenfläche des magnetoresistiven Elements unter einem Winkel von minimal 1$ und maximal 75° mit der Längsrichtung des Elements zwischen den Kontakten angeordnet ist. Der Vorteil davon ist, dass, wenn das Element beim Gebrauch abnutzt, die gute Wirkung nicht·verloren geht, was bei einer Ausführung mit Schlitzen schon der Fall sein würde, während auch beim magnetischen Material selbst nichts geändert zu werden braucht. Ausserdem kann der Equipotentialstreifen (vorzugsweise ist das Element jedoch mit einer Anzahl gegenseitig paralleler Equipotentialstreif en versehen) über die gleiche Maske angebracht werden, mit der auch die Stromkontakte auf dem Element angeordnet werden. Bei einer Ausführung mit Schlitzen wird eine zusätzliche Ätzstufe benötigt.

Eine weitere bevorzugte Form des erfin-

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dungsgemässen Magnetkopfes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Anordnung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes vorhanden ist, dessen Richtung mit der Längsrichtung des magnetoresistiven Elements zusammenfällt. Mit einem derartigen länglichen Hilfsfeld, das vorzugsweise eine Stärke in der Grössenordnung der koerzitiven Feldstärkengrösse des Materials des magnetoresistiven Elemente hat, zeigt sich eine optimale Linearisierung erreichbar. Die Stärke dieses Feldes ist jedoch so gering, dass kein Gefahr des Löschens des Aufzeichnungsmittels besteht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Magnetkopfes,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Widerstandsänderung Λ, R/R des magnetoresistiven Elements des Kopfes nach Fig. 1 als Funktion eines transversal äusseren Feldes H darstellt, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Widerstandsänderung ^ R/R eines konventionellen magnetoresistiven Elements zeigt.

In ig. 1 wird ein magnetoresistiver Kopf

1 dargestellt, der beim Lesen des Dateninhalts eines

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magnetischen Aufzeichnungsmittels 2 Anwendung findet. Der Kopf 1 enthält ein .magnetoresistives Element 3> das über leitende Kontakte 4 und 5 mit einer äusseren Leseschaltung 6 verbunden ist. Die Elemente 3» 4 und 5 sind mit Hilfe integrierter Techniken auf einem Substrat 7» das aus Glas sein kann, angeordnet. Bei einem Prototyp des erfindungsgemässen Magnetkopfes bestand das Element 3 aus einer Ni-Fe-Legierung mit einer Dicke d von ungefähr 1200 Ä, mit einer Länge 1 von 200 Mikron und mit einer Höhe h von 10 Mikron. Die Kontakte 4 und 5 wurden durch aufgedampfte Goldstreifen gebildet. Eine Anzahl dünner Goldstreifen 8, 8', 8.", 8·" ... mit einer Dicke von 1 Mikron und einer Breite von 5 Mikron waren in gegenseitigen Abständen von 5 Mikron unter einem Winkel von 45° auf dem Element 3 angeordnet. Da Gold einen.5x niedrigeren spezifischen . Widerstand als das benutzte Ni-Fe hat und die Dicke der Goldstreifen ungefähr 10x so gross ist als die Dicke d des magnetoresistiven Materials, leiten die Goldstreifen 50 χ besser und sie arbeiten als "Equipotentialstreifen"·, die den Strom in den zwischen ihnen liegenden Ni-Fe-Bahnen unter einem Winkel von ungefähr 45° mit der Längsrichtung zwingen. Unter dem Einfluss eines datenfenthaltenden magnetischen Feldes

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auf dem Aufzeichnungsmittel 2 vergrössert oder verkleinert sich der Widerstand jeder dieser zwischenliegenden Ni-Fe-Bahnen, je nachdem die Magnetisierung mehr oder weniger mit der Stromrichtung zusammenfällt. Dies bedeutet, dass im Prinzip lineare Wiedergabe mit Hilfe eines nicht vorgespannten magnetoresistiven Kopfes möglich ist.

Mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Magneten wird ein längliches Hilfsfeld H, erzeugt. Die Stärke dieses Hilfsfeldes war im vorliegenden Falle 6 Oe, was der koerzitiven Feldstärke des für das Element 3 benutzte Ni-Fe (5, 9 Oe) entspricht. Diese Feldstärke ist so klein, dass ein löschen der Information auf dem Mittel 2 nicht befürchtet zu werden braucht. Dies ist im Gegensatz zur Verwendung eines transversalen Feldes für die Liniarisierung, bei dem Feldstärken von z.B. 100 Oe benötigt werden. Dazu kommt, dass, wenn der Kopf 1 mit Hilfe integrierter Techniken hergestellt wird, es ziemlich einfach ist, den Magneten fürrdas längliche Hilfsfeld in Form einer geringen Platz beanspruchenden Dauermagnetschicht mit der erforderlichen _t kleinen Feldstärke anzuordnen. Eine zweckmässige ösung ist auch, das Substrat 7 aus magnetischem Material herzustellen und

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in der gewünschten Richtung zu magnetisieren. Um die mit dem oben beschriebenen Prototyp erhaltenen Ergebnisse zu veranschaulichen, wird in Fig. 2 die Schwankung.^ R/R des Widerstandes R des Elements 3 unter dem Einfluss eines äusseren Feldes H dargestellt. Die Kurve 1 stellt das Verhalten des Elements 3 dar, wenn "ein Hilfsfeld H, mit einer Stärke von 6 Oersted in der + x-Richtung (Fig. 1) angelegt ist, und die Kurve 2 stellt das Verhalten des Elements 3 dar, wenn ein Hilfsfeld H, mit einer Stärke von 6 Oersted in der - x-Richtung (Fig. 1) angelegt ist. Der Ohmsche Widerstand des Elements 3 betrug 20 Ohm, während die Stromquelle 9 einen Strom von 5 mA lieferte. Die Linearität des Verhaltens des Elements im Bereich von Feldwerten zwischen -120 Oersted und +120 Oersted ist bemerkenswert.

Zum Vergleich diene Fig. 3, in der die

Kurve das Verhalten des Elements 3 vor dem Anbringen leitender Streifen darstellt. (Dies bedeutet, dass also faktisch das Verhalten des! konventionellen magnetoresistiven Elements dargestellt wird). Das Verhalten ist deutlich weniger linear, während sich weiter herausstellt, dass zum Erhalt einer möglichst grossen Linearität ein transversales Feld von unge-

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fähr 90 Oersted angelegt werden muss (Arbeitspunkt ¥). Das Feld ist so gross, dass Beeinflussung (Löschen) des Aufzeichnungsmittels auftreten könnte.

Das an den erfindungsgemässen Magnetkopf anzulegende längliche Hilfsfeld ist bedeutend kleiner, denn ungefähr gleich der Stärke des koerzitiven Feldes des Materials des magnetoresistiven Elements (im vorliegenden Beispiel 6 Oersted) . die koerz.itive Feldstärke des magnetoresistiven Materials kann sehr klein gehalten werden, wenn es nicht direkt auf dem Substrat, sondern auf einer dünnen Zwischenschicht (von z.B. 30 Ä) aus Chrom oder Titan aufgedampft wird. Koerzitive Feldstärken von 1 Oersted sind auf diese Weise verwirklichbar. Das längliche Hilfsfeld kann dabei eine entsprechende kleine Stärke haben. Auch wurde das Verhalten des Elements bei anderen Feldstärken des Hilfsfeldes betrachtet. Bei geringeren Feldstärken verhielten sich die Kurven gemäss einer ungefähren Hysterese, während bei grösseren Feldstärken die Neigung des geraden Teiles der Kurve schwacher wurde. Die Stärke des Hilfsfeldes ist jedoch nicht sehr kritisch, da der Winkel zwischen der Strromrichtung und der Anisotropieach.se durch die Geometrie des Streifenmusters festliegt. Dies be-

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deutet, dass mit Hilfe ein und derselben Maske zum Anbringen der Streifen einer grossen Anzahl magnetoresistiver Elemente die gleiche Einstellung gegeben werden kann, unabhängig von der genauen Stärke der zur verwendenden Magneten zum Erzuegen des Hilfsfeldes.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

,i7) Magnetkopf zum Detektieren Daten darstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmittel, wobei der Magnetkopf ein längliches magnetoresistives Element aus magnetisch anisotropem Material enthält, welches Element an den Enden Kontakte zur Verbindungsherstellung mit einer Strom- oder Spannungsquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse mit leichter Magnetisierung mit der Längsrichtung des Elements zusammenfällt und dass Mittel zur zwangsweisen Festlegung des Richtungsverlaufes des Stroms zur Längsrichtung des Elementes, unter einem Winkel von minimal 15 und maximal 75° vorhanden sind.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ungefähr 45° ist.

3. Magnetkopf, nach Anspruch 1code~r 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer gut leitender Equipotentialstrexfen quer über mindestens eine Seitenfläche des magnetoresisti-ven Elements unter einem Winkel von minimal 15 und maximal 75" mit der Längsrichtung des Elements zwischen den Kontakten angeordnet ist.

h. Hagnetkopf nach Anspruch 3» dadurch ge-

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kennzeichnet, dass eine Anzahl gegenseitig paralleler Equipotentialstreifen unter einem Winkel von minimal 15 und maximal 75° mit der Längsrichtung zwischen den Stromkontakten angeordnet ist.

5. Magnetkopf nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Anordnung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes vorhanden ist, dessen Richtung mit der Längsrichtung des magnetoresistiven Elements zusammenfällt.

6. Magnetkopf nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anordnung zum Erzeugen eines Hilfsfeldes mit einer Feldstärke eingerichtet ist, die von der Grössenordnung der koerzitiven Feldstärke des Materials des magnetoresistiven Elements ist.

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