DE2512525B2 - Magnetoresistiver magnetkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, der ein langgestrecktes magnetoresistives Element aus magnetisch anisotropem Material enthält, dessen Achse mit leichter Magnetisierung mit der Längsrichtung zusammenfällt, welches Element an den Enden Kontakte zur Verbindung mii einer Stromquelle aufweist, wobei Mittel zur zwangsweisen Festlegung des Richtungsverlaufes des Stromes und der Magnetisierungsrichtung des η Elements unter einem Winkel zueinander vorgesehen sind.

Ein derartiger Magnetkopf ist z. B. aus der US-PS 93 694 bekannt.

Die Wirkung dieses sogenannten magnetoresistiven t><> Magnetkopfes basiert auf der Verwendung eines streifenförmigen Elements eines ferromagnetischen magnetisch anisotropen Materials, wie Ni-Fe, welches Element mit einem Rand in unmittelbarer Nähe eines magnetischen Aufzeichnungsmediums oder in Kontakt i>^r> 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 Aufzeichnungsmedium den Kopf passiert, die auf dem Medium vorhandenen, Informationen darstellenden Magnetfelder das Spinsystem des magnetoresistiven Elements drehen lassen, wodurch sich der Widerstand ändert. Auf diese Weise läßt sich mittels eines mit dem Element verbundenen elektrischen Kreises ein von den im Aufzeichnungsmedium gespeicherten Information abhängiges, aus Strom- oder Spannungsschwankungen bestehendes Ausgangssignal ableiten.

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

Nach der bereits erwähnten US-Patentschrift wird dazu einem langgestreckten Element, dessen Achse mit leichter Magnetisierung mit der Längsrichtung zusammenfällt, mit Hilfe äußerer Mittel (ein Dauermagnet) ein transversales magnetisches Vorspannungsfeld zugeführt. Unter dem Einfluß dieses Feldes wird die Magnetisierungsrichtung des Elements, die ohne Feld mit der Achse mit leichter Magnetisierung zusammenfällt, um einen gewissen Winkel gedreht. Die Stärke des Vorspannungsfeldes ist vorzugsweise derart, daß die Magnetisierungsrichtung einen Winkel von 45° mit der Richtung des Stromdurchgangs durch das Element bildet. Der Nachteil der Verwendung eines transversalen magnetischen Vorspannungsfeldes ist, daß die Gefahr des Löschens der Information auf dem Aufzeichnungsmedium besteht, während es schwierig ist, die Feldstärke auf den richtigen Wert abzugleichen.

Aus der DT-OS 21 21 443 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 magnetoresistiven 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 magnetoresistiven Elements wieder anders ist, ist es sehr schwer, auf die angegebene Weise in allen Fällen das gleiche Ergebnis zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf des vorliegenden Typs zu schaffen, der besonders einfach im Aufbau ist und bei dem die erwähnten Nachteile beseitigt sind. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch gut leitende Äquipotentialstreifen quer über mindestens einer Seitenfläche des magnetoresistiven Elements die zwangsweise Festlegung des Richtungsverlaufes des Stromes zur Magnetisierungsrichtung unter einem Winkel erreichbar ist. Vorzugsweise beträgt dieser Winkel etwa 45°.

Aus der OE-PS 2 02 645 ist an sich ein Halbleitergerät bekannt, das auf der Änderung des elektrischen Widerstandes beruht, den eine Halbleiterplatte aus nichtmagnetischem Material unter der Wirkung eines Magnetfeldes erfährt, das die Beweglichkeit der Ladungsträger herabsetzt. An den Schmalseiten der Platte sind Elektroden für eine Stromspeisung angebracht. Parallel zu den Schmalseiten sind auf der Platte leitende Streifen zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes angebracht.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetkopfes sind unverkennbar.

1. Um den gewünschten Winkel zwischen der Stromrichtung und der Magnetisierungsrichtung zu

wirklichen wird kein transversales magnetics Vorspannungsfeld benötigt. Es gibt also keine Unerwünschten Löscheffekte,
rier Winkel zwischen der Stromnvhtung und der A Ve mit leichter Magnetisierung (die Magnelisie-Jungsrichtung im Ruhezustand) kann mit äußeren Mitteln festgelegt werden.

ρ·«ρ bevorzugte Ausführungsform des erfmdungsge-

nnn Magnetkopfes wird dadurch gekennzeichnet,

& Anzahl paralleler Äquipotentialstmfen unter ,

Winkel von minimal 15 und maximal 75" mit der ^einem irhiunß des magnetoresisliven Elements zwi-^Ll^ngn den Kontakten angeordnet ist. Dadurch ergibt 1,1 Vorteil daß bei Abnutzung des Elements durch ^SA hriuch die gute Wirkung nicht verlorengeht, was bei ■ ,.i sich bekannten Ausführung mit abwechselnd in Ü^mernne und in die Unterseite de, Elements Hunden Schlitzen zur Festlegung der Stromrichtung "¹¹¹F sein würde, während auch beim magnetischen Eterial selbst nichts geändert zu werden braucht. Serdem können die Äquipotentialsten über die leiche Maske angebracht werden, mit der auch die g^|eic . __.„b,„ _auf dem Element angeordnet werden. ' mit Schlitzen wird eine zusätzliche

;_newiterebevorzugte Form des erfindungsgemä-Ben Magnetkopfes ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Genetische Anordnung zum Erzeugen eines magi.eli-

If_n Hilfsfeldes vorhanden ist, dessen Richtung mit der !-»,richtung des magnetoresistiven Elements zusam-^L3 Mi einem derartigen länglichen Hilfsfeld, das ΓζΙΐ weise eine Stärke in der Größenordnung der loerzft ven Feldstärkengröße des Materials des magneinreScn Elements hat, zeigt sich eine optimale

ineär ierung erreichbar. Die Stärke dieses Feldes ist HSso gering, daß keine Gefahr des Löschens des

^SStir'iehend an Hand der S detektivische Ansicht

^^^hKe^Äe die Wider-Standsänderung AR/R des magnetoresistiven Elements des Kopfes nach F i g. 1 als Funktion eines transversal äußeren Feldes tf darstellt, und

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

In FiR 1 wird ein magnetoresistor Kopf dargestellt' der beim Lesen des Dateninhalts eines 2Xchen Aufzeichnungsmittels 2 Anwendung f.ndet De Kopf 1 enthält ein magnetores.stives Element 3, das über leitende Kontakte 4 und 5 m,- emer äußeren ieseschaltung 6 verbunden ist. Die Elemente 3 4 und S mi Se 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-Legjerung nut einer Dicke dvon ungefähr 1200 λ, mit einer Lange /von Mikron und mit einer Höhe h von 10 Mikron. Die Kontakte 4 und 5 wurden durch aufgedampfte Streifen gebildet. Eine Anzahl dünner Goldstreifen g 8 Ϊ 8" . mit einer Dicke von 1 Mikron und einer Breite von 5 Mikron waren in gegenseitigen «osiandcn von 5 Mikron unter einem Winkel von 45° auf dem Semem i angeordnet Da Gold einen 5mal niedrigeren sSschen Widerstand als das benutzte N.-Fe hat und 1 Πcke der Goldstreifen ungefähr lOmal so groß -st als die Dicke d des magnetoresistiven Materials, leiten die Goldstreifen 50mal besser und sie arbeiten als Äquipotentialstreifen, die den Sirom in den zwischen ihnen liegenden Ni-Fe-Bahnen unter einem Winkel von ungefähr 45° mit der Längsrichtung zwingen. Unter dem Einfluß eines datenenthaltenden magnetischen Feldes auf dem Aufzeichnungsmittel 2 vergrößert oder verkleinert sich der Widerstand jeder dieser /.wischenliegenden 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 magneioresistiven Kopfes möglich ist.

Mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Magneten wird ein längliches Hilfsfeld H_h erzeugt. Die Stärke dieses Hilfsfeldes war im vorliegenden Falle 6 Oe, was der koerzitivcn Feldstärke des für das Element 3 benutzten Ni-Fe (5,9 Oc) 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 Linearisierung, 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 ί einfach ist, den Magneten für das längliche Hilfsfeld in Form einer geringen Platz beanspruchenden Dauermagnetschicht mit der erforderlichen kleinen Feldstärke anzuordnen. Eine zweckmäßige Lösung ist auch, das Substrat 7 aus magnetischem Material herzustellen und κι in der gewünschten Richtung zu magnetisieren. Um die mit dem oben beschriebenen Prototyp erhaltenen Ergebnisse zu veranschaulichen, wird in Fig. 2 die Schwankung AR/R des Widerstandes R des Elements unter dem Einfluß eines äußeren Feldes H dargestellt. Γ) Die Kurve 1 stellt das Verhalten des Elements 3 dar, wenn ein Hilfsfeld Hi, mit einer Stärke von 6 Oersted in der + x-Richiung (F i g. 1) angelegt ist, und die Kurve stellt das Verhalten des Elements 3 dar, wenn ein Hilfsfeld H/, mit einer Stärke von 6 Oersted in der -x-RichUing (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 ungefähr 90 Oersted angelegt werden muß (Arbeitspunkt Wj. Das Feld ist so groß, daß Beeinflussung (Löschen) des Aufzeiehnungsmittels auftreten könnte.

Das an den erfindungsgemäßen Magnetkopf anzulegende längliche Hilfsfeld ist bedeutend kleiner, denn ungefähr gleich der Stärke des kocrzitiven Feldes des Materials des magnetoresistiven Elements (im vorliegenden Beispiel 6 Oersted). Die koerzitive 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 entsprechend kleine Stärke haben. Auch

wurde das Verhalten des Elements bei anderen Feldstärken des Hilfsfeldcs betrachtet. Bei geringeren Feldstärken verhielten sich die Kurven gemäß einer ungefähren Hysterese, während bei größeren Feldstärken die Neigung des geraden Teils der Kurve schwacher wurde. Die Stärke des Hilfsfeldes ist jedoch nicht sehr kritisch, da der Winkel zwischen der Stromrichtung und der Anisotropieachse durch die Geometrie des Streife: musters festliegt. Dies bedeutet, daß mit Hilfe ein ur derselben Maske zum Anbringen der Streifen eini großen Anzahl magneloresistiver Elemente die gleicl Einstellung gegeben werden kann, unabhängig von di genauen Stärke der zu verwendenden Magneten zu Erzeugen des Hilfsfeldcs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magnetkopf zum Detektieren vo _;Xiten darstellenden Magnetfeldern auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, der ein langgestrecktes magnetoresistives Element aus magnetisch anisotropem Material enthält, dessen Achse mit leichter Magnetisierung mit der Längsrichtung zusammenfällt, welches Element an den Enden Kontakte zur Verbindung mit einer Stromquelle aufweist, wobei Mittel zur zwangsweisen Festlegung des Richtungsverlaufes des Stromes und der Magnetisierungsrichtung des Elements unter einem Winke! zueinander vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch gut leitende Äquipotentialstreifen (8, 8', 8", 8'") quer über mindestens einer Seitenfläche des magnetoresistiven Elements (3) die zwangsweise Festlegung des Richtungsverlaufes des Stromes zur Magnetisierungsrichtung unter einem Winkel erreichbar ist.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl paralleler Äquipotentialstreifen (8, 8', 8", 8'") unter einem Winkel von minimal 15 und maximal 75° mit der Längsrichtung des magnetoresistiven Elements (3) zwischen den Stromkontakten (4,5) angeordnet ist.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Anordnung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes (Hh) vorgesehen ist, dessen Richtung mit der Längsrichtung des magnetoresistiven Elements (3) zusammenfällt.

4. Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Anordnung eingerichtet ist zum Erzeugen eines Hilfsfeldes (Hh) mit einer Feldstärke, die etwa der koerzitiven Feldstärke des Materials des magnetoresistiven Elements (3) entspricht.

5. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ungefähr 45° beträgt.

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