DE2630515A1 - Duennschicht-magnetkopf zum lesen und schreiben von informationen - Google Patents

Duennschicht-magnetkopf zum lesen und schreiben von informationen

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DE2630515A1
DE2630515A1 DE19762630515 DE2630515A DE2630515A1 DE 2630515 A1 DE2630515 A1 DE 2630515A1 DE 19762630515 DE19762630515 DE 19762630515 DE 2630515 A DE2630515 A DE 2630515A DE 2630515 A1 DE2630515 A1 DE 2630515A1
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Jan Gerkema
Frederik Willem Gorter
Gerrit Jan Koel
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

263ObI5
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Dunnschicht-Magnetkopf zum Lesen und Schreiben von Informationen
Die Erfindung betrifft einen Dünnschicht-Magnetkopf zum Lesen von Informationen aus und zum Schreiben von Informationen in einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, mit einem magnetischen permeablen Joch, damit gekoppelten Mitteln zum Zuführen eines Schreibstroms und einem einen Spalt zwischen zwei Teilen des Jochs überbrückenden magnetoresistiven Leseelement.
Ein Dünnschicht-Magnetkopf der eingangs erwähnten Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 62 659 bekannt. Dieser bekannte Kopf besteht aus einem dreischenkligen Joch mit zwei verhältnismäßig dicken Außenschenkeln und einem verhältnismäßig dünnen, in zwei Teile aufgeteilten Mittelschenkel, die von einem magnetoresistiven Leseelement überbrückt werden, während die Außenschenkel in der Bewegungsrichtung eines längs dem Kopf geführten Aufzeichnungsmediums hintereinanderliegen. Weiter befinden sich in den Räumen zwischen den Außenschenkeln elektrische Leiter zum Zuführen eines Schreibstroms. Der Schreibspalt ist zwischen den Enden der Außenschenkel ausgebil-
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det und der Lesespalt zwischen einem der Außenschenkel und dem Mittelschenkel. Obgleich eine derartige Konfiguration den Vorteil bietet, daß das magnetoresistive Element durch seine besondere Aufstellung nicht dem Verschleiß ausgesetzt ist, besteht der Nachteil, daß die Außenschenkel beim Lesen wie ein Schirm wirken, so daß nur kurzwellige Signale das magnetoresistive Element erreichen. Langwellensignale, wie sie beispielsweise bei Audioaufzeichnungen auftreten, kann der Kopf dadurch nicht lesen. Außerdem ist der Aufbau eines Kopfes mit einem dreischenkligen Joch in Dünnschichttechnik an sich eine komplizierte Sache.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem dreischenklige Joche vermieden werden und der einfach in der Herstellung ist, ohne dabei auf die Vorteile der bekannten Anordnungen verzichten zu müssen.
Der erfindungsgemäße Kopf ist dadurch gekennzeichnet, daß das Joch zwei Schenkel aufweist, während zwischen den Enden der Schenkel ein Schreib/Lesespalt gebildet ist.
Der Vorteil des Kopfes nach der Erfindung ist, daß die Schenkel des Joches nicht wie Schirme arbeiten, sondern den Magnetfluß vom Aufzeichnungsmedium direkt zum magnetoresistiven Element führen. Dies bewirkt, daß der Kopf auch für Langwellensignale empfindlich ist und somit eine breitbandige Wiedergabekennlinie hat. Das Auflösungsvermögen ist gleich dem eines induktiven Lesekopfes mit gleicher Jochkonfiguration. Außerdem ist durch seine einfache Konfiguration das zweischenklige magnetische permeable Joch des Kopfes nach der Erfindung leicht mit Hilfe von Dünnschichttechniken ausführbar. Dabei ist es ein zusätzlicher Vorteil, daß diese Jochkonfiguration sowohl mit Schenkeln, die an der Stelle des Schreib/Lesespaltes einander gegenüberliegen, als auch mit Schenkeln, die einander an der Stelle des Schreib/Lesespaltes überlappen, ausführbar ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes ist daher dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schenkel des Joches direkt gegenüberliegen, und daß einer der Schenkel von einem nichtmagiieti sehen Spalt in zwei Teile aufgeteilt wird, der vom magnetoresistiven Element überbrückt wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsforni des erfindungsgemäßen Magnetkopfes ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Enden der Jochschenkel an der Stelle des Schreib/Lesespaltes seitwärts überlappen, und daß die Schenkel an einer von der Überlappungsstelle entfernten Stelle einen Spalt einschließen, der vom magnetoresistiven Leseelement überbrückt wird.
Im zweiten Fall ist es wesentlich, daß beim Lesen der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln des Joches ein hoher magnetischer Widerstand gegeben ist, damit ein möglichst großer Magnetfluß aus dem Aufzeichnungsmedium das magnetoresistive Element durchfließt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes ist dadurch gekennzeichnet, daß das Joch an der Stelle der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln mit einer elektrischen Windung zum stellenweise Sättigen des magnetischen Materials des Joches beim Lesen versehen ist.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Magnetkopf dazu derart ausgeführt, daß das Joch an der Stelle der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln mit mindestens einem Fenster ausgerüstet ist, durch das die erwähnte Windung hindurchgeht.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiter möglich, einen Magnetkopf der eingangs erwähnten Art so zu bauen, daß der Kopf ein Signal liefert, wenn er nicht über der Mitte einer zu lesenden Spur positioniert ist. Dieses Signal kann dabei als Servosignal in einer Anordnung benutzt werden, die die Lage des Kopfes korrigiert.
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Der Kopf der eingangs erwähnten Art ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß das Joch drei Schenkel hat: einen in einer ersten Ebene liegenden Mittelschenkel und zwei in einer zweiten Ebene liegende Außenschenkel, die sich an der Stelle des Mittelschenkels unter Bildung eines Schreib/Lesespaltes zwischen dem Mittelschenkel und den Außenschenkeln begegnen, wobei sich an der Stelle der Mitte des Mittelschenkels ein Hilfsspalt zwischen den Außenschenkeln befindet, und daß jeder Außenschenkel an einer vom Schreib/Lesespalt entfernten Stelle von einem Spalt des Mittelschenkels getrennt ist. Diese Spalte werden durch je ein magnetoresistives Element überbrückt, wobei die magnetoresistiven Elemente Teile einer elektrischen Schaltung sind, in der ihre Signale voneinander abgezogen werden und das Bifferenzsignal dazu benutzt wird, die Lage des Kopfes in bezug auf die Spurmittel zu steuern.
In allen erwähnten Fällen ist es weiter äußerst praktisch, durch den Schreib/Lesespalt einen elektrischen Leiter hindurchlaufen zu lassen, durch den beim Schreiben der Schreibstrom geführt wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopfes,
Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes,
Fig. 3 eine vereinfachte Ansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes.
Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Kopfausführung mit zwei einander direkt gegenüberliegenden, einen Teil des Magnetooches 10 bildenden Schenkeln 2 und9. Sie
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schließen einen Schreib/Lesespalt 3 ein, durch den ein Leiter geht, der während der Schreiboperation erregt wird. Auch andere an sich bekannte Mittel können jedoch dazu benutzt werden, im Magnetjoch 10 einen Schreibfluß zu erzeugen. Der Schenkel 9 ist durch einen Spalt 8 in zwei Teile aufgeteilt. Dieser Spalt 8 wird von einem magnetoresistxven Leseelement 6 überbrückt. Bas Element 6 ist im Raum zwischen den Schenkeln dargestellt, kann aber auch an der Außenseite des Schenkels 9 angeordnet sein. Bei Leseoperationen ändert sich der Widerstand des Elements 6 unter dem Einfluß der durch den Spalt 3 detektierten Magnetfelder eines magnetischen Aufzeichnungsmediunis 11, das in Richtung des Pfeiles 12 längs dem Kopf bewegt wird.
Der Kopf wird auf folgende Weise hergestellt. Auf einem oxydierten Siliziumsubstrat 1 wird eine Nickel-Eisenschicht 2 gesputtert (Sputterleistung 1,25 W/cm , 2% Vorspannung, Argoncruck 8 Millitorr zu einer Dicke von 3,5 Mikron). Mit Hilfe photolithographischer Techniken wird in die Schicht 2 ein gewünschtes Muster eingeätzt, was damit zusammenhängt, daß auf dem Substrat 1 eine große Anzahl von Köpfen gleichzeitig angeordnet wird. Die Ränder des Nickel-Eisen-Musters weisen einen Neigungswinkel von etwa 30° auf, um das Entstehen von Einschnürungen beim Sputtern nachfolgender Schichten zu vermeiden. In der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 73 17 ist beschrieben, wie man durch die Verwendung einer dünnen Deckschicht dieses Einätzen von Neigungen durchführen kann.
Auf der Schicht 2 wird zunächst eine 1 Mikron dicke Quarzschicht gesputtert (nicht dargestellt; Sputterleistung: 1,5 Watt/cm , 10% Vorspannung, Argondruck 10 Millibar) und anschließend eine Leiterschicht 4, die aus verschiedenen Unterschichten (nicht dargestellt) aufgebaut ist. Die Schicht 4 enthält eine Haftschicht aus Molybdän mit einer Dicke von 1000 Ä und einer Goldschicht mit einer Dicke von 2 Mikron (beide auf-
gesputtert; Sputterleistung 1,5 W/cm , Argondruck: 20 Millitorr, keine Vorspannung). Auf der Goldschicht wird stromlos eine
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ORIGIMALINSPECTED
1000 A dicke Kupferschicht abgelagert und anschließend das gewünschte Muster in die leitenden Schichten eingeätzt. Die Deckschicht aus Kupfer sorgt dabei dafür, daß die Ränder des eingeätzten Musters einen Neigungswinkel von etwa 30° aufweisen.
Die Deckschicht wird mit Hilfe verdünnter Salpetersäure entfernt, wonach das Leitermuster mit Hilfe eines Sputterverfahrens und mit photolithographischen Techniken mit einer Molybdänschicht mit einer Dicke von 1000 A* versehen wird. Darauf wird eine Quarzschicht mit einer Dicke von 1 Mikron gesputtert (nicht dargestellt). Anschließend wird magnetoresistives Material zu einer Dicke von 500 α aufgedampft. Dem magnetoresistiven Material wird durch Einätzen die gewünschte Form gegeben (streifenförmige Schicht 6) und es wird eine Aluminiumschicht (nicht dargestellt) mit einer Dicke von 2000 A* aufgedampft. Mit Hilfe dieser Schicht, die auch in die gewünschte Form geätzt wird, werden die erforderlichen Anschlüsse 7 und 71 mit einer elektrischen Schaltung hergestellt. Danach wird eine 1000 A* dicke Quarzschicht (nicht dargestellt) aufgesputtert, und anschließend ein Durchverbindungsloch 13 durch die angebrachten Quarzschichten angebracht. Eine 3,5 Mikron dicke Nickel-Eisen-Schicht 9 wird aufgesputtert, die sich an der Stelle des Durchverbindungsloches mit der Schicht 2 berührt, so daß die Schichten 2 und 9 ein magnetisch permeables Joch bilden. Der Schicht 9 wird mit Hilfe photolithographischer Techniken eine gewünschte Form gegeben, die sich durch einen Spalt an der Stelle einer magnetoresistiven Schicht 6 kennzeichnet. Zur Verwirklichung einer maximalen Flußübertragung zur Schicht sind die Ränder des Spaltes 8 abgeschrägt. Sowohl die Anschlüsse (mit 7 und 71 schematisch dargestellt) der magnetoresistiven Schicht 6 als auch die Anschlüsse (mit 5 und 5' schematisch dargestellt) der Leitungsschicht 4, die eine Schreibwindung bildet, können, wenn nötig, im Sputterverfahren oder mit Hilfe javanischer Techniken verdickt werden, um ihren ohmschen Widerstand, zu verkleinern und Verbindungen mit einer äußeren elektrischen Schaltung leichter herzustellen.
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OFUGINAL INSPECTED
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform betrifft eine Kopfausführung mit zwei sich seitwärts überlappenden, einen Teil des magnetischen Jochs 14 bildenden Schenkeln 15 und 16. Diese schließen einer Schreib/Lesespalt 17 ein, durch den ein Leiter 18 geht, der bei Schreiboperationen erregt wird. Auch andere an sich bekannte Mittel können zum Erzeugen eines Schreibflusses im magnetischen Joch benutzt werden. Zwischen den zwei Schenkeln 15 und 16 befindet sich ein weiterer Spalt 19, der von einem magnetoresistiven Element 20 überbrückt wird. Bei Leseoperationen ändert sich der Widerstand des Elements 20 unter dem Einfluß der über den Spalt 17 detektierten magnetischen Felder eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 21, das in Richtung des Pfeiles 22 längs dem Kopf bewegt wird.
Um dafür zu sorgen, daß der Magnetfluß des Aufzeichnungsmediums vom magnetoresistiven Element 20 kanalisiert wird, ist das Joch 14 an der Stelle der Hinterschaltung 27 mit einer elektrischen Wicklung 25 versehen, die derart durch die Fenster 23 und 24 gewickelt ist, daß bei Erregung der Wicklung 25 die Hinterschaltung 27 magnetisch gesättigt wird. Durch die Wicklung 25 kann somit kein Magnetfluß in die Hinterschaltung 27 induziert werden.
Bei Schreiboperationen wird die Hinterschaltung 27 gerade nicht magnetisch gesättigt, um eine gute Schreibausbeute zu gewährleisten.
Der technologische Aufbau dieser Kopfausführung ist im großen und ganzen gleich dem der Kopfausführung nach Fig. 1.
Die in Fig. 3 dargestellte Kopfausführung enthält ein Joch 30 aus einer Nickel-Eisen-Legierung, das aus zwei Teilen gebildet ist, die an der Stelle des Schreib/Lesespaltes 31 durch einen Leiter 35 voneinander getrennt und an der Stelle der Hinterschaltung 45 miteinander mittels der Vorsprünge 39, 39', 39''» 39'lf und 40, 40', 40fI, 40''f verbunden sind. Der eine Teil
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ist mit 32a, der andere,der vom eingeätzten Spalt 34 in zwei Teile aufgeteilt ist, mit 33a und 33b bezeichnet.
An verschiedenen Stellen ist die Dicke des Jochs 30 durch Stapelung zweier Schichten vergrößert. So ist der Teil 33a durch den Teil 33c verdickt, während der Jochteil 33b auf dem Teil 33d und der Teil 32b auf dem Teil 32a liegen.
Über dem Spalt 37 liegt eine dünne Schicht 36 aus einem magnetoresistiven Material, die die Teile 32a und 33c überbrückt, aber von den Teilen 32b und 33a eingeschlossen wird. Auf gleiche Weise liegt über dem Spalt 37' eine dünne Schicht 36· aus einem magnetoresistiven Material derart, daß die Schicht 36' die Teile 32a und 33d überbrückt, aber von den Teilen 32b und 33b eingeschlossen wird.
In der Figur sind schematisch Verbindungen 41, 42 bzw. 43, 44 mit der datenverarbeitenden Elektronik angegeben.
Die von der Begrenzung der Teile 32a, 33a, 33b und 35 gebildete Fläche wird im Betrieb mit einem Aufzeichnungsmedium (nicht dargestellt) in engem Kontakt gebracht.
Die Schichtdicken und die Technologie des Aufbaus werden nachstehend beschrieben.
1. Zunächst wird eine 35000 S dicke Nickel-Eisen-Schicht auf einem Substrat (nicht dargestellt) im Sputterverfahren derart abgelagert, daß die Koerzitivkraft der abgelagerten Schicht unter 0,5 Oersted liegt.
2. Diese Schicht wird mit einem bekannten Ätzmittel nach teilweisem Abdecken mit einem Photoschutzlack derart eingeätzt, daß die Teile 32a, 33c, 33d und 40 entstehen.
3. Nach dem Anbringen einer 1/um dicken Isolatorschicht aus SiO2
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auf die obenerwähnten Teile und das Einätzen von Löchern darin folgt eine Leiterschicht, die zu 20000 $ elektrolytisch in einer Lackmaske und auf einer zuvor angeordneten dünnen Metallschicht (Kathode) angewachsen wird. Dies bildet den Schreibführer 35 und die Windung 38 sowie die Leitungen 41, 42 und 43, 44.
4. Nach dem Entfernen der Lackmaske und der darunterliegenden dünnen Metallschicht folgt eine neue Isolatorschicht, die gleichfalls aufgesputtert wird.
5. Anschließend wird das Material (Ni(80)F (20)) für die magnetoresistiven Detektoren 36 und 36' zur Dicke von 500 S aufgedampft.
6. Die Teile 33a, 33b, 32b und 39 werden elektrolytisch auf 20500 £ angewachsen.
7. Im Sputterverfahren wird außerhalb der Teile 36, 36' überall 500 2. Material entfernt, so daß ein Kopf mit der dargestellten Form entsteht.
8. Dieser Kopf wird darauf durch eine Isolatorschicht abgedeckt und gegebenenfalls mit einer starken Abdeckplatte gefertigt.
Die Anschlüsse 41, 42 und 43, 44 der Detektoren 36 und 36' werden in eine Wheatstone-Brücke eingeschaltet, die ein Signal proportional dem Unterschied der über die Jochhälften 32a, 33a bzw. 32a, 33b detektierten Signale liefert. Dieser Unterschied ist ein Ausmaß für die Lage des Kopfes in bezug auf die Mitte einer gelesenen Spur. Die Detektoren 36, 36' sind vorher mit Mitteln versehen, die eine lineare Wiedergabekennlinie gewährleisten, wie dies beispielsweise aus der belgischen Patentschrift 827 434 ersichtlich ist.
Die Wahl eines Kopfes aus einer Reihe mehrerer derartiger Köpfe
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kann bei einer Schreiboperation dadurch erfolgen, daß nur der ausgewählte Kopf mit Strom durch den Schreibleiter 35 oder alle Köpfe in Serie mit einem Schreibstrom durch den Leiter 35 versorgt wird und bis auf einem Kopf alle Köpfe mittels der Windung 38 in der Hinterschaltung magnetisch gesättigt wird, so daß nur der ausgewählte Kopf eine gute Ausbeute hat. Beim Lesen kann die Wahl durch Auswählen der Anschlüsse an den Detektoren 36, 36' erfolgen, dazu muß der ausgewählte Kopf in jedem Fall mit Hilfe der Windung 38 in der Hinterschaltung 35 gesättigt werden, um den Magnetfluß des Aufzeichnungsmediums durch die Detektoren 36, 36' zu kanalisieren.
Patentansprüche ι
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Claims (7)

  1. - 11 Patentansprüche:
    ( 1.; Dünnschichtmagnetkopf zum Lesen und Schreiben von Informationen in einer Spur eines magnetischen Aufzeichnungsmediums, mit einem magnetisch permeablen Joch und damit gekoppelten Mitteln zum Zuführen eines Schreibstroms, und einem einen Spalt zwischen zwei Teilen des Jochs überbrückenden magnetoresistiven Leseelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (10) zv/ei Schenkel (2,9) besitzt und daß zwischen den Enden der Schenkel (2,9) ein Schreib/Lesespalt (3) gebildet ist.
  2. 2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (2,9) des Jochs direkt einander gegenüberliegen und daß einer der Schenkel (9) durch einen nicht magnetischen Spalt (8) in zwei Teile aufgeteilt ist, der vom magnetoresistiven Element (6) überbrückt ist.
  3. 3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Enden der Schenkel (15,16) an der Stelle des Schreib/Lesespalts (17) seitwärts überlappen und daß die Schenkel (15,16) an einer von der Überlappungsstelle entfernten Stelle einen Spalt (19) einschließen, der vom magnetoresistiven Leseelement (20) überbrückt ist.
  4. 4. Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (14) an der Stelle der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln mit einer elektrischen Windung (25) zum stellenweise Sättigen des magnetischen Materials des Jochs beim Lesen versehen ist.
  5. 5. Magnetkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (14) an der Stelle der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln (15,16) mit mindestens einem Fenster (23) versehen ist, durch das die Windung (25) hindurchgeht.
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  6. 6. Dünnschichtmagnetkopf zum Lesen und Schreiben von Informationen in einer Spur eines magnetischen Aufzeichnungsmediums, mit einem magnetisch permeablen Joch, damit gekoppelten Mitteln zum Zuführen eines SchreibStroms, und einem einen Spalt zwischen zwei Teilen des Jochs überbrückenden magnetoresistiven Leseelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch
    (30) drei Schenkel besitzt, von denen der eine in einer ersten Ebene liegt und einen Mittelschenkel (32a) bildet und von denen die beiden anderen gemeinsam in einer zweiten Ebene liegen, die Außenschenkel (32a, 33b) bilder; und sich an der Stelle des Mittelschenkels (32a) unter Bildung eines Schreib/Lesespaltes
    (31) zwischen dem Mittelschenkel und den Außenschenkeln begegnen, und dadurch im Bereich der Mittel des Mittelschenkels (32a) ein Hilfsspalt (34) zwischen den Außenschenkeln entsteht, und daß die Außenschenkel (33a,33b) an einer vom Schreib/Lesespalt entfernten Stelle durch je einen Spalt (37,37') vom Mittelschenkel (32a) getrennt sind, welche Spalte (37,37') durch je ein magnetoresistives Element (36,36') überbrückt sind, wobei die magnetoresistiven Elemente (36,36') Teile einer elektrischen Schaltung sind, in der ihre Signale voneinander abziehbar sind und das Differenzsignal zur Steuerung der Lage des Kopfes in bezug auf die Mitte der Informationsspur benutzbar ist.
  7. 7. Magnetkopf nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Schreib/Lesespalt (3) ein elektrischer Leiter (4) geht, durch den beim Schreiben der Schreibstrom geführt ist.
    PHN 8086
    6 0 9 8 8 5/0789
DE19762630515 1975-07-17 1976-07-07 Duennschicht-magnetkopf zum lesen und schreiben von informationen Withdrawn DE2630515A1 (de)

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FR (1) FR2318479A1 (de)
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