DE2744993A1 - Magnetowiderstandslesekopf - Google Patents

Description

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PHN. 855*».

21.7.1977. DEEN/EVH.

"Magiie towider stand sie sekopf"

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Lesekopf zum Detektieren datendarstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, welcher Kopf ein auf einem Substrat angeordnetes Magnetowiderstandselement aus metallischem ferromagnetischem Material mit einer Achse leichter Magnetisierung in der Ebene des Elements enthält, das mit Kontakten für die Verbindung mit einer Quelle, die einen Messstroni liefert, mit Mitteln die den Messstrom unter einem Winkel von minimal 35° und maximal mit der Achse leichter Magnetisierung durch das Element

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zwingen, und mit einer magnetischen Einrichtung versehen ist, um das Element einem magnetischen Hilfsfeld auszusetzen, das mit der Achse leichter Magnetisierung parallel verläuft.
Magnetische Leseköpfe der erwähnten Art sind beispielsweise aus dem Artikel "The Barberpole, a linear magnetoresistive head" in IEEE Transactions on Magnetics, September 1975, Vol. Mag. 11, Nr. 5, S. 1215 ... 1217, bekannt.

Die Wirkungsweise des dort beschriebenen Magnetowiderstandslesekopfes basiert auf der Verwendung eines streifenförmigen Elements aus einem ferromagnetischen metallischen Werkstoff mit niedriger Anisotropie, wie Ni-Fe, das mit einem seiner Ränder in der unmittelbaren Nähe des magnetischen Aufzcichmingsmediums oder im Kontakt damit gebracht wird. Das Feld des Aufzeichnungsmediums bewirkt Änderungen in der Magnetisierung des Elements und moduliert den Widerstand des Elements über den sogenannten Magnetowiderstandseffekt. Dies bedeutet, dass beim Passieren des Kopfes durch das Aufzeichnungsmedium die auf dem Medium vorgesehenen, datendarstellenden Magnetfelder das Spinsystem des Magnetowiderstandselementes rotieren, wodurch sicli der Widerstand ändert. Das Ausgangs — signal eines Detektorkreises, der mit dem Element verbunden ist, ist dabei eine Funktion der im Aufzeichnungsmedium gespeicherten Daten.

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Da die Änderung des Widerstandes eines Magnetowiderstandselements unter dem Einfluss eines äusseren magnetischen Feldes quadratisch ist, ist es üblich, bei der Wiedergabe analoger Aufzeichnungen die Wirkungsweise des Kopfes durch Linearisierung des widers tandinagne tischen Feldes charakteristisch zu optimieren. Hierzu muss die Magnetisierungsrichtung des Elements bei einem Signalfeld gleich Null einen Winkel von etwa ^5° mit der Richtung des Stromflusses durch das Element bilden.

Bei dem im erwähnten Artikel beschriebenen Magnetowiderstandslesekopf wird dies dadurch verwirklicht, dass die Achse leichter Magnetisierung zur grössten Abmessung des Elements parallel genommen ist, und dass Mittel vorgesehen sind, die den Strom unter einem Winkel von etwa 45° mit der Längsrichtung durch das Element zwingen,

Der bekannte Lesekopf ist weiterhin mit einer magnetischen Anordnung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes versehen, dessen Richtung zur Achse leichter Magnetisierung des Elements parallel verläuft. Mit einem derartigen Hilfsfeld wird dafür gesorgt, dass eine der zwei entgegengesetzten Richtungen, in denen der Magnetisierungsvektor stehen kann, übervorteilt wird, wodurch Umkippen von der einen Richtung zur anderen, was eine Änderung des Elementwiderstandes ergeben würde, vermieden wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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Bei Magnetowiderstandsköpfen der erwähnten Art kann das Ausgangssignal V als V = f {eP , h, H ) beschrieben werden, worin ^ der Winkel zwischen der Magnetisierung und der Stromrichtung bei einem Signalfelc Null, h das Signalfeld des Aufzeichnungsmediums, und H eine charakteristische Kenngrösse für ein bestimmtes Magnetowiderstandselement ist, die als H = (— χ h Jl M ) + H, beschrieben wird, wobei d die Dicke des Magnetowiderstandselements, w die Höhe, M die Sattigungsmagnetisierung und H. das Anisotropiefeld ist.

Es ist üblich, bei einem gegebenen Mittelwert für h den Winkel pw auf minimale Verzerrung einzustellen. (Wie bereits früher erwähnt, hat O^ meistens einen Wert um 45°)· Nachdem w einmal eingestellt ist, indem beispielsweise ein Muster von qudpotentialstreifen oder von Schlitzen angebracht ist, die einen Stromdurchfluss unter einem bestimmten Winkel erzwingen, ist eine Änderung nicht mehr möglich. Die Dynamik von h, d.h. die maximale Amplitude von h für eine zuverlässige Verzerrung, folgt dabei aus der charakteristischen Kenngrösse H , die durch die Geometrie und die physikalischen Eigenschaften des ausgewählten Elements bestimmt wird. Der Nachteil dieser Situation ist, dass die Dynamik von vornherein festliegt, und beispielsweise an andere Aufzeichnungswerkstoffe oder an das mittlere Signal, das gelesen wird,

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nicht mehr angepasst werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magntischen Lesekopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei der dynamische Bereich an das auszulesende Signal angepasst werden kann.

Der erfindungsgemässe Lesekopf ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des dynamischen Bereichs des Elements Mittel zum Variieren der Stärke des Hilfsfeldes zwischen 0,1 H_n und 5 H_n vorgesehen sind.

Die Erfindung basiert darauf, dass durch das Ändern der Stärke des Hilfsfeldes sich die Neigung des Widerstandssignalfeldes bei gleichbleibendem Arbeitspunkt charakteristisch für linearisierte Magnetowiderstandselemente der betreffenden Art, d.h. durch nicht-magnetische Mittel linearisiert, ändert. Dies steht an sich im Gegensatz zum Verhalten von Magnetowiderstandselementen, deren Kennlinie durch das Anlegen eines Magnetfeldes senkrecht zur Achse leichter Magnetisierung linearisiert wird. Bei Magnetowiderstandselementen von einem derartigen, magnetisch voreingestellten (biased) Typ verschiebt sich aber der Arbeitspunkt, wenn die Stärke des voreingestellten Feldes variiert wird, und es tritt somit Verzerrung auf.

Obgleich es bei nicht magnetisch voreingestellten Magnetowiderstandsköpfen der eingangs erwähnten Art

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möglich ist, die gewünschte Stromrichtung auf" verschiedene Weisen zu erzwingen, beispielsweise durch das Anbringen von Schlitzen im Element, die unter dem gewünschten Winkel in bezug auf die Längsrichtung verlaufen und abwechselnd in die Oberseite und die Unterseite münden, wird eine bevorzugte Ausführungsforni des erfindungsgemässen Lesekopfes dadurch gekennzeichnet, dass die Achse leichter Magnetisierung zur grössten Abmessung des Elements parallel verläuft und dass eine Anzahl paralleler A.quipotentialstreifen elektrisch leitenden Werkstoffes auf einer Hauptfläche des Magnetowiderstandselements unter einem Winkel von minimal 35° und maximal 55° mit der grössten Abmessung zwischen den Kontakten angebracht ist. Der Vorteil hiervon besteht darin, dass bei Verwendungen, bei denen das Magnetowiderstandselement mit dem Aufzeichnungsmedium im Kontakt ist, ein Verschleiss des Elements sich nicht auf die gute Wirkung nachteilig auswirkt, was bei einer Ausführungsform mit Schlitzen schon der Fall sein würde. Ausserdem wird die magnetische Kontinuität einos Magneto— widerstandseloiiieuts nicht unterbrochen, wenn Äquipotentialstreifen darauf angebracht werden. Bei einer Ausführungs— form mit Schlitzen wird dagegen die Kontinuität unterbrochen,

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert, sie beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Beispiel. Es zeigt:

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Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen magnetischen Lesekopfes mit den zugeordneten Schaltungen in Blockform, Fig. 2 eine Vergrösserung der gesonderten Einzelteile aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Anordnung zur Erzeugung eines Hilfsfeldes,

Fig. h eine graphische Darstellung, die die Widerstandsänderung Δ R/ Alt des Magnetowiderstandselementes 3 des Kopfes aus Fig. 1 als Funktion eines transversal auwendigen Feldes h bei verschiedenen Werten

. eines longitudinalen Feldes h darstellt.

In Fig. 1 wird ein Magnetowiderstandskopf 1 dargestellt, der beim Lesen des Dateninhalts eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 2 Verwendung findet. Der Kopf enthält ein Magnetowiderstandselement 3» das über leitende Kontakte h und 5 mit einer externen Leseschaltung 6 verbunden ist. Die Teile 3, h und 5 sind mit Hilfe von Dünnfilmtechniken auf einem Substrat 7 angebracht, das aus Glas bestehen kann. Zum Liefern eines Messstromes ist eine Stromquelle mit den Kontakten K und 5 verbunden. Fig. 2, in der die gleichen Teile wie in Fig. 1 die gleichen Bezugsziffern aufweisen, zeigt eine Vergrösserung der gesonderten Teile. Bei einem Prototyp des Magnetkopfes nach der Erfindung bestand das Element 3 aus einer dünnen Schicht einer

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Ni-Fe-Legierung mit einer Dicke d von etwa 0,1 Mikrometer, einer Länge 1 von 100 Mikrometer und einer Höhe von 10 Mikrometer. Die Kontakte h und 5 wurden durch aufgedampfte Goldstreifen gebildet. Eine AnzahT dünner GoIdstreifen 9 mit einer Dicke von 1 Mikrometer und einer Breite von 2 Mikrometer ist in gegenseitigen Abständen von 2,5 Mikrometer unter einem Winkel von 95° auf dem Element 3 angebracht. Da Gold einen 5 x niedrigeren spezifischen Widerstand als das benutzte Ni-Fe hat, und die Dicke der Goldstreifen etwa 10 χ grosser als die Dicke des Magnetowiderstandsmaterials ist, leiten die Goldstreifen 50 χ besser und arbeiten als Äquipotentialstreifen", die den Strom in die Ni-Fe-Strecken zwischen ihnen unter einem Winkel von etwa h5° mit der Längsrichtung zwingen. Wenn der Kopf in Flusskupplung mit einem datentragenden magnetischen Feld gebracht wird, wird der Widerstand einer jeden der zwischen den Äquipotentialstreifen 9 liegenden Ni-Fe-Strecken kleiner oder grosser, je nachdem die Majnetisierungsrichtung unter dem Einfluss des Feldes mehr oder weniger mit der Stromrichtung zusammenfällt. Auf diese Weise können magnetische Aufzeichnungen mit Hilfe eines nicht magnetischen voreingestellten Magnetowiderstandskopfes unverzerrt wiedergegeben werden.

Mit Hilfe eines Magnetkernes 10 wird ein longitudinales Hilfsfeld H erzeugt. Die Stärke dieses

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Hilfsfeldes ist durch die Schwankung des Stromes durch eine Spule 11, die mit einer variablen Stromquelle 12 verbunden ist, zwischen 0,1 H und 5 H variierbar, wobei

H eine für das betreffende Element charakteristische ο

Grosse ist, wie bereits definiert. Diese Feldstärke ist so, dass nicht befürchtet zu werden braucht, dass die Daten auf dem Medium 2 dadurch gelöscht werden. Weiter ist es möglich, einen Dauermagneten zu verwenden, der parallel zur Längsrichtung des Magnetowiderstandselements magnetisiert ist und dessen Abstand zum Element variiert werden kann, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, in der mit der Bezugsziffer 13 ein Substrat bezeichnet ist, auf dem ein nicht magnetisches vorgespanntes Magnetowiderstandselement λΗ und ein mit Hilfe einer Schraube 15 verschiebbarer Magnet angeordnet sind.

Um den Effekt des Variieren»des Hilfsfeldes zu veranschaulichen, wird in Fig. k die Variation AR/ AR des Widerstandes des Elements 3 unter dem Einfluss eines Signalfeldes h bei verschiedenen Stärken eines Hilfs-

feldes II in der +y-Richtung dargestellt. Es sei bemerkt, dass sowohl das Signalfeld Ii als auch das Hilfsfeld h genormt sind, d.h. h = H /H und h = H /H , wobei H

ζ ζ' ο y Υ ο ζ

und H das wirkliche Signal feld bzw. das wirkliche Längsfeld sind. Es zeigt sich, dass die charakteristische Kenngrösse H die u.a. vom Höhen/Dicken-Verhältnis w/d abhängig ist, in der Praxis meistens zwischen zehn und hundert Oersted 1iegt.

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Claims (2)

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   PATENTANSPRÜCHE;

   (1·) Magnetischer Lesekopf zum Detektieren datendarstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, welcher Lesekopf ein auf einem Substrat angeordnetes Magnetoviderstandselement aus metallischem, ferromagne ti schein Werkstoff mit einer Achse leichter Magnetisierung in der Ebene des Elements, das mit Kontakten für die Verbindung mit einer Quelle, die einen Messstrom liefert, mit Mitteln, die den Messstrom unter einem Winkel von minimal 35" und maximal 55* mit der Achse leichter Magnetisierung durch das Element zwingen, und mit einer magnetischen Anordnung versehen ist, um das Element einem magnetischen Hilfsfeld auszusetzen, das zur Achse leichter Magnetisierung parallel verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des dynamischen Bereichs des Elements Mittel vorgesehen sind, um die Stärke des Hilfsfeldes zwischen 0,1 H und 5 H zu variieren, wobei H = (— χ k M ) + H. , worin d die Dicke des Magneto-Widerstandselements, w die Höhe, M die Sättigungs-

   magnetisierung und IL das Anisotropiefeld ist.
2. 2. Magnetischer Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse leichter Magnetisierung zur grössten Abmessung des Elementes parallel vorläuft und dass eine Anzahl parallel verkufender Äquipotential-

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   streifen elektrisch leitenden Materials auf einer Hauptfläche des Magnetowiderstandselements unter einem Winkel von minimal 35° und maximal 55° mit der grössten Abmessung zwischen den Kontakten angebracht ist.

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