DE2512525C3 - Magnetoresistiver Magnetkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, der ein langgestrecktes magnetoresistives Element aus magnetisch anisotropem Materiai 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 v. 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 h<i 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 b> 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 Spannungsschwankunfen 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 optimalisieren.

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 KeId 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 F.lement 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 erfindungsgemäUeri Magnetkopfes sind unverkennbar.

1. Um den gewünschten Winkel /wischen der Stromrichtung und der Magnetisierungsrichtung zu

verwirklichen, wird kein transversal« magnetisches Vorspannungsfeld benötigt. Es gibt also keine unerwünschten Löscheffekte.

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

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes wird dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl puralleler Äquipotentialstreifen unter einem Winkel von minimal 15 und maximal 75° mit der Längsrichtung des magneioresistiven Elements zwischen den Kontakten angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß bei Abnutzung des Elements durch Gebrauch die gute Wirkung nicht verlorengeht, was bei einer an sich bekannten Ausführung mit abwechselnd in die Ober- und in die Unterseile des Elements mündenden Schlitzen zur Festlegung der Stromrichtung der Fall sein würde, während auch beim magnetischen Material selbst nichts geändert zu werden bnaucht. Außerdem können die Äquipotentialstreifen 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 erfindungsgemäßen 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 Elements hat, zeigt sich eine optimale Linearisierung erreichbar. Die Stärke dieses Feldes ist jedoch so gering, daß keine Gefahr des Löschens des Aufzeichnungsmittels besteht.

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

Fig. I eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes,

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die die Widerstandsänderung AR/R des magnetoresistiven Elements des Kopfes nach Fig. 1 als Funktion eines transversal äußeren Feldes Wdarstellt, und

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

In Fig. 1 wird ein magnetoresisliver Kopf 1 dargestellt, der beim Lesen des Dateninhalts eines 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 integriertjr 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 t/von ungefähr 1200 A, mit einer Länge /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. Üa Gold einen 5mal niedrigeren spezifischen Widerstand als das benutzte Ni-Fe hat und die Dicke dor Goldstreifen ungefähr lOmal so groß ist als die Dicke c/des magnetoresistiven Materials, leiten die Goldstreifen 50mal besser und sie arbeiten als ÄquipotentiaNreifen, 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 datenenthaltenden magnetischen Feldes auf dem Aufzeichnungsmittel 2 vergrößert oder verkleinert sich der Widerstand jeder dieser zwischenliegenden Ni-Fe-Bahnen, je nachdem die Magnetisie-

iii rung 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

Γι ein längliches Hilfsfeld Hh erzeugt. Die Stärke dieses Hilfsfeldes war im vorliegenden Falle 6 Oe, was der koerzitiven Feldstärke des für das Element 3 benutzten Ni-Fe (5,9 Oe) entspricht. Diese Feldstärke ist so klein, daß ein Löschen der Information auf dem Mittel 2 nicht

>ii befürchtet zu -a erden braucht. Dies ist im Gegensatz zur Verwendung eines transversalen Feldes j-xt die Linearisierung, bei dem Feldstärken von z. B. löuCe benötigt werden. Dazu kommt, daß, wenn der Kopf I mit Hilfe integrierter Techniken hergestellt wird, es ziemlich

>-i einfach ist, den Magneten für das längliche Hilfsfeld in Form eine- geringen Platz beanspruchenden Dauermagnetschicht mit der erforderlichen kleinen Feldstärke anzuordnen. Eine zweckmäßige Lösung ist auch, das Substrat 7 aus magnetischem Material herzustellen und

in in der gewünschten Richtung zu magnetisieren. Um die mit dem oben beschriebenen Prototyp erhaltenen Ergebnisse zu veranschaulichen, wird in F i g. 2 die Schwankung Δ R/R des Widerstandes /?des Elements 3 unter dem Einfluß eines äußeren Feldes H dargestellt.

ι, Die Kurve 1 stellt das Verhalten des Elements 3 dar, wenn ein Hilfsfeld Hh mit einer Stärke von 6 Oersted in der +Ar-Richtung (Fig. 1) angelegt ist, und die Kurve 2 stellt das Verhalten des Elements 3 dar, wenn ein Hilfsfeld Hh mit einer Stärke von öOersteci in üer

4» -Ar-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

4--i ist bemerkenswert.

Zum Vergleich diene F i g. 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 EIe-

-,n ments dargestellt wird.) Das Verhalten ist deutlich weniger linear, während sich weiter herausstellt, daß zum Erhalt einer möglichst großen Linearität ein transversales Feld von ungifähr 90 Oersted angelegt werden n*tiD(Arbeitspunkit W). Das Feld ist so groß, daß

γ, 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

hu Materials des magnetoreüistiven 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.

h-> 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 ties Flements bei anderen Feldstärken des Hilfsfcldcs 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 llilfsfeldes ist jedoch nicht sehr kritisch, da der Winkel /wischen der Stmmrichtung und der Anisotropieachsc durch die Geometric des .S muslers festliegt. Dies bedeutet, daß mit Hilfe derselben Maske /um Anbringen der Streife großen Anzahl magnetoresistivcr Flemcnlc die lünstellung gegeben werden kann, unabhängig genauen Stärke der zu verwendenden Magnet Fr/eugcn des I lilfsfcldes.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem magneti- ^r> sehen 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 ι» Kontakte zur Verbindung mit einer Stromquelle aufweist, wobei Mittel zur zwangsweisen Festlegung des Richtungsverlaufes des Stromes und der Magnetisierungsrichtung des Elements unter einem Winkel zueinander vorgesehen sind, dadurch i'· 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 Magnetisie- ->» rungsrichtung unter einem Winkel erreichbar ist.
2. 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 r. des magnetoresistiven Elements (3) zwischen den Stromkontakten (4,5) angeordnet ist.
3. 3. Magnetkopf nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Anordnung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes (Hh) u> vorgesehen ist, dessen Richtung mit der Längsrichtung des magnetoi_sistiven Elements(3)zusammenfällt.
4. 4. Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischeAnordringeingerich- r· tet ist zum Erzeugen eines Hilfsfeldes (Hh) mit einer Feldstärke, die etwa der koerzitiven Feldstärke des Materials des magnetoresistiven Elements (3) entspricht.
5. 5. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn- t.i zeichnet, daß der Winkel ungefähr 45° beträgt.