DE2614165A1

DE2614165A1 - Magnetowiderstandsmagnetkopf

Info

Publication number: DE2614165A1
Application number: DE19762614165
Authority: DE
Inventors: Frederik Willem Gorter
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-04-15
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1976-10-28
Also published as: NL7504438A; CA1062369A; US4040113A; NL168981C; JPS51124411A; DE2614165C2; NL168981B; GB1532093A; JPS5713049B2; FR2308159B1; FR2308159A1

Description

6.3.197ο

"·,;.;. , ■ 26 U165 ίοίρΛΑ/cB

PHN 8005
: 1. April 1976

Magnetowiderstandsmagnetkopf.

Die Erfindung bezieht sich auf

einen Magnetkopf zum Detektieren datendarstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, der ein langgestrecktes Magnetowiderstandselement enthält, dessen Vorzugsmagnetisationsach.se eine zu der Längsachse dieses Elements parallele Richtung aufweist und das an den Enden mit Kontakten zur Verbindung mit einer elektrischen Schaltung zum Detektieren auftretender Widerstandsänderungen'versehen ist.

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

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Die Wirkung dieses sogenannten

Magnetowiderstandsmagnetkopfes beruht auf dem Gebrauch eines auf einem nichtmagnetischen Substrat angebrachten streifenförmigen Elements aus einem ferromagnetisehen metallischen Material, wie Ni-Fe, das in der unmittelbaren Nähe von oder in Berührung mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium gebracht wird. Das Feld des Aufzeichnungsmediums ruft Änderungen in der Magnetisation des Elements hervor und moduliei-t dessen ¥iderstand über den Magnetowiderstandseffekt. Dies bedeutet, dass, wenn das Aufzeichnungsmedium den Kopf passiert, die auf dem Medium vorhandenen datendarstellenden Magnetfelder das Spinsystem des Magnetowiderstandselements in Drehung versetzen, wodurch sich der Widerstand ändert. Auf diese Weise nimmt das Ausgangssignal einer äusseren Schaltung, die mit dem Element verbunden ist, die Form von Strom- oder SpannungsSchwankungen an, die die in dem Aufzeichnungsmedium gespeicherten Daten darstellen.

Da die Änderung des Widerstandes eines Magnetowiderstandselements unter dem Einfluss eines Magnetfeldes quadratisch ist,

ist es gebräuchlich, bei analoger Aufzeichnung die Wirkung durch Linearisierung des Kopfes zu

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Nach, der vorgenannten USA-Patentschrift wird dazu an ein Element, dessen Vorzugsmagnetisationsachse mit der Langsach.se des Elements zusammenfällt, mit Hilfe äusserer Mittel ein transversales magnetisches Vorspannungsfeld angelegt. Unter dem Einfluss dieses Feldes wird die Magnetisationsrichtung des Elements, die ohne Vorhandensein eines Feldes mit der Vorzugsmagnetisationsachse zusammenfällt, über einen bestimmten Winkel gedreht. Die Stärke des Vorspannungsfeldes ist vorzugsweise derart, dass die Magnetisationsrichtung einen Winkel von 45° mit der Längsrichtung des Elements, die auch die Richtung des Stromdurchgangs durch das Element ist, einschliesst. Der Nachteil der Anwendung des transversalen magnetischen Vorspannungsfeldes ist, dass die Gefahr besteht, dass die Daten auf dem Aufzeichnungsmedium dadurch geändert werden, während es schwierig ist, die Stärke des Feldes auf den richtigen

Wert einzustellen.
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Aus der DT-OS 2.121.443 ist es

bekannt, im Gegensatz zu der obenbeschriebenen Technik den Magnetowiderstandskopf mit Hilfe

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innerer Mittel zu linearisieren. Dazu wird mittels eines Ausglühvorgangs oder unter Verwendung der magnetostriktiven Eigenschaften der Vorzugsmagnetisationsach.se ein fest eingestellter Winkel zu der Stromdurchgangsrichtung gegeben. Da die Kennlinie jedes Magnetowiderstandselements wieder verschieden ist, ist es besonders schwierig, auf die angegebene Weise in allen Fällen das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Die Erfindung bezweckt, einen

Magnetkopf des vorliegenden Typs zu schaffen, bei dem der Winkel zwischen der Vorzugsmagnetisationsach.se und der Stromdurchgangsrichtung auf eine ganz neue reproduzierbare Weise eingestellt ist und der ausserdem eine Anzahl zusätzlicher Vorteile bietet.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass der Strom dazu gezwungen werden kann, unter einem Winkel zu der· Längsrichtung eines MagnetoWiderstandselements zu fliessen, indem ein Muster eines oder mehrerer paralleler gut leitender Äquipotentialstreifen auf dem Magnetowiderstandselement angebracht wird, welche Streifen sich

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unter einem Winkel von mindestens 30° und höchstens 60° zu der Längsrichtung dieses Elements zwischen den Kontakten erstrecken. Die Vorteile des Magnetkopfes nach der Erfindung sind auffallend:

1. Zur Erzielung des gewünschten Winkels zwischen der Stromrichtung und der Magnetisationsrichtung wird kein transversales magnetisches Vorspannungsfeld benötigt. Es kann also keine unerwünschte Beeinflussung der Daten auf dem Aufzeichnungsmedium auftreten.

2. Der Winkel zwischen der Stromrichtung und der Vorzugsmagnetisationsach.se kann mittels äusserer Mittel festgelegt werden. Ausserdem kann das Muster von Äquipotentialstreifen über dieselbe Maske angebracht werden, mit der auch, die elektrischen Kontakte auf dem Element angebracht werden.

Obgleich sich zeigt, dass die

Wxderstandskennlxnie eines auf derartige Weise ausgebildeten Magnetowiderstandselements eine befriedigende Linearität aufweist, ist diese doch noch nicht optimal, weil an den Rändern des Elements der Strom nicht genau unter dem

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gewünschten ¥inkel fliesst, was eine gewisse Verzerrung des Ausgangssignals mit sich, bringt. Die Grosse dieser Verzerrung hängt von der Höhe des Elements ab. Je geringer diese Höhe ist, desto grös.er ist der Einfluss der Ränder. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine optimale Linearität der ¥iderstandskennlinie dadurch erreicht, dass das Element in der Mitte mit einem elektrischen Kontakt versehen ist, während auf einer Seite dieses Kontakts ein Muster eines oder mehrerer zueinander paralleler gut leitender Äquipotentialstreifen unter einem ¥inkel zwischen 30° und 60° zu der Vorzugsmagnet.isationsrichtung des Elements und auf der anderen Seite dieses Kontakts ein Muster eines oder mehrerer zueinander paralleler gut leitender Äquipotentialstreifen unter einem ¥inkel zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung des Elements, der wenigstens nahezu das Supplement des genannten ¥inkels ist, angebracht ist, wobei die Signale zwischen dem einen Endkontakt und dem Mittelkontakt und dem anderen Endkontakt und dem Mittelkontakt einer elektrischen Schaltung zugeführt werden, in der sie voneinander subtrahiert werden.

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Der auf die obenbeschriebene

Weise ausgebildete Magnetowiderstandskopf ist derart eingerichtet, dass die Widerstandsänderung der einen Hälfte unter dem Einfluss eines äusseren Magnetfeldes der der anderen Hälfte entgegengesetzt ist. Indem die Signale voneinander subtrahiert werden, wird dafür gesorgt, dass doch ein Ausgangssignal erhalten wird. Die Verzerrungen infolge des Einflusses der Ränder gleichen sich aber aus, so dass das Ausgangssignal sehr genau linear ist.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Magnetkopfes mit Magnetowiderstandselement nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Widerstandsänderung £ R/R der linken Hälfte des Magnetowiderstandselements des Kopfes nach Fig. 1 als Funktion eines äusseren Magnetfeldes H /H ,

X O

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Widerstandsänderung AR/R der rechten Hälfte des Magnetowideräbands des Kopfes nach

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Fig. 1 als Funktion eines äusseren Magnetfeldes

H /H , und
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Fig. h eine graphische Darstellung der Widerstandsänderung A R/R des Gesamtmagnetowiders tandselements des Kopfes nach Fig.1 als I^runktion eines äusseren Magnetfeldes H _/H .

Fig. 1 zeigt einen Magnetowiderst andskopf zur Anwendung beim Auslesen des Dateninhalts eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 10. Der Dateninhalt desselben wird durch das Magnetfeld H dargestellt. Der Kopf umfasst ein Magnetowiderstandselement 1, das mit einem leitenden Mittelkontakt 21 und leitenden Endkontakten 5s 6 versehen ist. Das Element 1 ist in der Praxis auf einem Substrat angebracht, aber der Deutlichkeit halber ist in der Figur ein derartiges Substrat, gleich wie ein etwaiges weiteres Gehäuse, fortgelassen. Der Mittelkontakt ist geerdet (4) und durch die beiden Hälften 2,3 des Elements 1 werden Ströme I und !„ aus den Stromquellen 7 bzw. 8 geschickt. Die Spannungen zwischen den Kontakten 21 und 5 bzw. 21 und 6 werden einem Differenzverstärker 9 zugeführt. Bei einem Prototyp des Magnetkopfes nach der Erfindung bestand das Element 1 aus einer Ni-Fe-

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Legierung mit einer Dicke von etwa 1200 A, einer Länge von etwa 200 /um und einer Höhe von etwa 10 /um. Dünne Goldstreifen 11, 12, 13» 1^· und 15 mit einer Dicke von 1 /um und einer Breite von 5 /um waren auf der linken Hälfte 2 unter einem Winkel von etwa 45° zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung M angebracht, während ähnliche Streifen 16, 17» 18, 19 und 20 unter einem ¥inkel von 135° zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung M auf der rechten Hälfte 3 angebracht waren. Da Gold einen fünfmal niedrigeren spezifischen Widerstand als das verwendete Ni-Fe aufweist und die Dicke der Goldstreifen etwa zehnmal grosser als die Dicke des Ni-Fe ist, leiten die Goldstreifen fünfzigmal besser und wirken als "üquipotentialstreifen", die den Strom in die Ni-Fe-Bahnen zwischen ihnen zwingen, damit er in der linken Hälfte 2 unter einem Winkel von 135° zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung und in der rechten Hälfte 3 unter einem Winkel von 45° zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung fliesst. Unter dem Einfluss des Feldes H wird die Magnetisationsrichtung des Elements 1 über einen bestimmten Winkel zu der Vorzugsachse

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gedreht, wodurch der Widerstand der Hälfte 2 z.B. niedriger wird, während der Widerstand der Hälfte 3 zunimmt. Diese Situation wird an Hand der Figuren 2 und 3 erläutert. In Fig. 2 ist als Ordinate die Widerstandsänderung ^ R/R der Hälfte 2 als Funktion eines genormten ausseren Feldes H /H aufgetragen

Λ. Ο

H stellt das Feld des Aufzeichnungsmediums 10 dar. H ist das Feld, bei dem Sättigung des Elements 1 auftritt mit der Annahme, dass der quadratische Charakter der Widerstandskennlinie bis zu einem Winkel von 90° zwischen der Stromdurchgangsrichtung und der Magnetisationsrichtung erhalten bleibt. H hängt von der Höhe und der Dicke des betreffenden Magnetowiderstandselements ab.

Infolge der Tatsache, dass der

Strom an den Rändern des Elements 1 nicht genau unter dem gewünschten Winkel zu der Längsrichtung fliesst, weist die Kurve, die den Verlauf von Λ R/R als Funktion von H /H dlrstellt, eine gewisse Verzerrung auf. Ausserdem liegt der Arbeitspunkt (der Schnittpunkt der Kurve mit der senkrechten Achse) nicht gunstig. Mutatis mutandis trifft ahn-

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liches für die rechte Hälfte des Elements 1 zu. Diese Situation ist in Fig. 3 dargestellt. Wenn die Spannung zwischen den Kontakten 21 und 6 von der Spannung zwischen den Kontakten 21 und 5 nun in dem Differenzveistärker 9 subtrahiert wird, gleichen sich die Verzerrungen der beiden Hälften aus sodass die Widerstandskennünie nach Fig. k erhalten wird. Diese stellt also das Verhalten des Elements 1 als ganzes dar. Die Beziehung zwischen dar Widerstandsänderung Δ R/R und dem genormten äusseren Feld H./H weist eine dbutlich grössere Linearität als das in Figuren 2 und 3 gezeigte Verhalten der beiden Hälften je für sich auf. Auch der Arbeitspunkt liegt günstiger. Ein zusätzlicher nicht unwesentlicher Vorteil ist noch der, dass das sogenannte thermische Rauschen in der beschriebenen Vorrichtung erheblich herabgesetzt wird. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass die durch Temperaturschwankungen herbeigeführte Widerstandsänderung eines Magnetowiderstandselements in derselben Grössenordnung liegt wie die durch sich ändernde

Magnetfelder auf einem von dem Magnetowider-

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standskopf abgetasteten Aufzeichnungsmedium herbeigeführten Widerstandsänderungen. Temperaturschwankungen können durch Änderungen in der Rauhigkeit des AufZeichnungsmediums, mit dem der Magnetowiderstandskopf in Kontakt ist, sowie durch Änderungen in der Wärmeleitung des Magnetowiderstandskopfes zu dem Aufzeichnungsmedium auftreten. Wenn die durch Temperaturschwankungen herbeigeführte Widerstandsänderung in den beiden Hälften des Elements gleich ist, wird dieses thermische Rauschen ausgeglichen.

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Claims

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PUN 8005 -13- 6.3.1970

PATENTANSPRUCH:

Magnetkopf zum Detektieren

datendarstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, der ein langgestrecktes Magnetοwiderstandselement enthält, dessen Vorzugsmagn.etisationsach.se eine zu der Längsachse des Elements parallele Richtung aufweist und das an den Enden mit Kontakten zur Verbindung mit einer äusseren Schaltung zum Detektieren auftretender Widerstandsänderungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1) in der Mitte mit einem elektrischen Kontakt (21) versehen ist, während auf einer Seite dieses Kontakts ein Muster eines oder mehrerer zueinander paralleler gut leitender Äquipotentialstreifen (11 bis 15) unter einem Winkel zwischen 30° und 6o° zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung des Elements und auf der anderen Seite dieses Kontakts ein Muster eines oder mehrerer zueinander paralleler gut leitender Äquipotentialstreifen (16 bis 20) unter einem Winkel zu der Vorzugsmagnetisationsrichtung des Elements, der wenigstens nahezu das Supplement des genannten Winkels ist, angebracht ist, wobei die Signale zwischen dem

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einen Endkontakt (5) und dem Mittelkontakt (2l) und dem anderen Endkontakt (6) und dem Mittelkontakt (21) einer elektrischen Schaltung (9) zugeführt werden, in der sie voneinander subtrahiert werden.

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