DE2916283C2

DE2916283C2 - Magnetowiderstandskopf

Info

Publication number: DE2916283C2
Application number: DE19792916283
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Jacobus Van Gestel; Lambertus Eindhoven Postma
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-04-25
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1985-07-25
Also published as: JPS5749965B2; JPS54143612A; GB2019638A; FR2424602B1; GB2019638B; FR2424602A1; CA1137627A; DE2916283A1

Description

— eine Quarzisolierschicht,

Loch in der ersten Quarzschicht das Ferrit kontaktiert.

H /wci .Sneilen iitis cleklii.seh gill Iu lciidem Werkstoff, die schräg zu einer Seile der Magnetowiderstandsschicht verlaufen, eine zweite Quarzisolierschicht, eine Nickel-Eisen-Schicht in zwei Teilen durch einen Zwischenraum voneinander getrennt, der den Mittelbereich der MagnetowiderEtandsschicht frei läßt, wobei einer der Teile über ein Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem in bezug auf den Magnetkopf relativ bewegbaren

ίο magnetischen Aufzeichnungsmedium, mit einem länglichen Magnetowiderstandselement, welches an zwei einander gegenüberliegenden Enden mit Kontakten für die Verbindung mit einer Meßstromquelle versehen ist und eine solche magnetische Anisotropie aufweist, daß die leichte Magnetisierungsachse der Längsachse des Elements parallel ist. und welches mit mindestens zwei elektrisch gut leitenden Streifen (Äquipotentialstreifen) versehen ist, die schräg auf einer Fläche des Elements unter einem Winkel α von mindestens 30° und höchstens 60° mit der Längsachse des Elements angebracht sind.

Bei einem aus der DE-AS 25 12 525 bekannten Magnetkopf dieser Art sind auf einer der Flächen des Magnetowiderstandseiements mehrere elektrisch gut leitende Streifen schräg angebracht, vorzugsweise unter einem Winkel von 45° zur Längsachse des Elements. Diese Streifen arbeiter als Äquipotentialstreifen, so daß die Stromrichtung im Element, die senkrecht auf den Äquipotentialstreifen steht, einen Winkel mit der leichten Magnetisierungsachse von 45° bildet. Auf diese Weise wird die Wirkung des bekannten Magnetkopfes linearisiert: die relative Widerstandsänderung des Magnetowiderstandselements

[AR\

als Funktion des äußeren Magnetfelds (H), welches von einem auszulesenden magnetischen Ai'.fzeichnungsmcdium stammt, wird dabei nämlich von einer nahezu linearen ungeraden Funktion dargestell¹.. Die eine Längsseite des Magnetowiderstandselementes arbeitet unmittelbar mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zusammen.

Aus der DE-OS 26 30 515 ist ein Magnetkopf bekannt, in dessen Magnetkreis außer dem Arbeitsluftspalt ein weiterer Luftspalt vorgesehen ist, der durch ein Magnetowiderstandselement überbrückt ist. Dabei ist dieses Element an seinen Randzonen von Magnctkreisteilen bedeckt. Das Magnetowiderstandselement besitzt aber keine schräg zum Magnetfluß des Magnetkreises verlaufenden elektrisch leitenden Streifen.

Neben dem Vorteil einer einfachen Linearisierung haben Magnetköpfe mit leitenden Schrägstreifen auf dem Magnetowiderstandselement jedoch den Nachteil, daß eine Abweichung von der linearen Kennlinie dadurch auftritt, daß in der Nähe der längs verlaufenden Ränder des Magnetowiderstandselements sich der Winkel, unter dem der Strom in bezug auf die Längsachse

ι,ιι vcrlmifi, iiiulcTi, his hi-i di-i ISr^rcn/iiiiv ili-s Hrinriiis der Winkel gleich Null wiul. Dnhei wird die Wieile-if'.i bekcnnlinie des bekannten Magncikopfs faktisch nicht durch eine ungerade Funktion, sondern durch die Summe einer ungeraden Funktion und einer geraden Funktion dargestellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf mit leitenden Schrägstreifen auf dem Magnetowiderstandsclement so auszubilden, daß die

ideale Wiedergabekennlinic weitgehend erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Magnetkopf eingangs erwähnter Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Magnetkopf zwei fluchtende Teile aus magnetisch permeablem Material enthält, zwischen denen sich ein Spalt befindet, wobei das Magnetowiderstandselement diesen Spalt überbrückt und die einander zugewandten Enden der Teile aus magnetisch permeablem Werkstoff die sich parallel zur Längsachse erstreckender- Randzonen des Magnetowiderstandselementes derart bedekken, daß die Randzonen eine über die Länge des Magnetuwiderstandselementes nahezu konstante Breite aufweisen, die mindestens den Wert d χ cos a hat, wobei dder Abstand zwischen zwei benachbarten Streifen ist, und daß das dem Magnetowiderstandseiement abgewandte Ende des ersten Teils aus magnetisch permeablem Material mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zusammenarbeitet

Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß die parallel zur Längsachse verlaufenden Randzonen des Magneiowidersiandseiernents von den magnetisch permeabien Teilen magnetisch kurzgeschlossen werden. Da jetzt nahezu kein magnetischer Fluß aus dem Aufzeichnungsmedium die Randzonen durchfließt, ist der Beitrag ihrer Widerstandsänderung zur Gesamtwiderstandsänderung des Elements äußerst gering, und somit auch die von den Randzonen verursachte Nicht-Linearität, so daß die Wiedergabekennlinie einen besseren linearen Verlauf hat als die der bekannten Magnetköpfe. Da die Bedeckungszonen eine über die ganze Länge des Magnetowiderstandselementes nahezu konstante Breite aufweisen, die wenigstens gleich d ■ cos λ ist, sind die Randzonen des Magnetowiderstandselementes vollständig bedeckt, wodurch ihr nicht linearer Beitrag zur Widerstandsänderung maximal herabgesetzt wird.

Obgleich die Verzerrung eines von Strom vorgespannten Magnetowiderstandselements mit magnetisch kurzgeschlossenen Randgebieten schon bedeutend geringer ist als die eines gleichartigen Elements, dessen Randgebiete nicht magnetisch kurzgeschlossen sind, können doch einige Verzerrungen übrigbleiben. Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, daß der Mngnetowiderstandskopf überempfindlich ist für Signale mit großen Wellenlängen.

Dieser Nachteil wird bei einer bevorzugten Aust'ührungsform des erfindungsgemäJcn Magnetowiderstandskopfs dadurch beseitigt, daß er weiter ein an einer Seite des Magnetowiderstandselementes liegendes, verhältnismäßig dickes Element aus magnetisch permeablem Werkstoff enthäii, das mit dem zweiten Teil aus magnetisch permeablem Materia! magnetisch gekoppelt ist.

Durch die Kopplung eines derartigen magnetischen Elements mit dem vom Aufzeichnungsmedium entfernten Flußleiter kann der Magnetfluß, der in dem beim Aufzeichnungsmedium angeordneten Flußleiter erzeugt wird, wieder zum Aufzeichnungsmedium zurückgeführt werden, wodurch sich die Empfindlichkeit des Magnctowiderstandselementes für Signale mit kurzen Wellenlängen vergrößert. Hierdurch kann die Gesamtempfindlichkeit verringert werden, so daß das Magnetowiderstandseiement für große Wellenlängen nicht mehr so überempfindlich ist.

Abhängig von der Wahl des Werkstoffs für das verhältnismäßig dicke Element aus magnetisch permeablcm Werkstoff wird nicht immer ein gutes Ergebnis erreicht. Bei Anwendung verhältnismäßig geringer Meßströme (Größenordnung 1OmA). die den Vorteil aufweisen, daß das (Temperatur-) Rauschen geringer ist als bei verhältnismäßig großen Meßströmen, hat es sich herausgestellt, daß die Wahl von Legierungen vom Nikkel-Eisen-Typ für das verhältnismäßig dicke Element dazu führt, daß der im Punkt der Verzerrung erreichte Gewinn zum Teil verlorengeht Dies wird dem Auftreten einer oder einiger georteten Domänenwände in einem Element zugeschrieben, das aus Nickel-Eisen hergestellt ist Diese Domänenwände können die Magnetisierung des Magnetowiderstandselemenis derart beeinflussen, daß sie nicht mehr mit der Richtung des (schwachen) Meßstroms in Zusammenhang steht

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsforrn des erfindungsgemäßen Magnetkopfs besteht das verhältnismäßig dicke Element aus magnetisch permeablem Material aus Ferrit. In einem Element aus Ferrit sind so viele beliebig orientierte Domänenwände vorhanden, daß sie netto keinen Einfluß auf das Magnetowiderstandseiement ausüben, so daß bei Verwendung eines Elements aus Ferrit ein geringer Meßstrom ausreicht um die Richtung der Magnetisiert!« in einer gewünschten Richtung festzuhalten.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Magnetkopfs nach der Erfindung ist dadurch geker_;nzeichnet, daß die Dicke des magnetisch permeabien Teils, der zum Zusammenarbeiten mit dem Aufzeichnungsmedium bestimmt ist, größer ist als die des Magnetowiderstandselements. Dies ermöglicht es, bei gleichbleibenden magnetischen Verlusten die Höhe des erwähnten Teils zu vergrößern, wodurch der Verschleiß durch den Reibungskontakt mit dem Aufzeichnungsmedium das Verhalten des Magnetkopfs weniger beeinflußt.

Der Magnetkopf nach der Erfindung beseitigt außerdem noch einen weiteren Nachteil der bekannten Magnetköpfe. Beim bekannten Magnetkopf ist durch die Bedeckung des Magnetowiderstandselements mit dem leitenden Streifenmuster die Spurbreite nicht exakt definiert (an der Stelle, an der sich leitendes Material auf den Magnetowiderstandsstreifen befindet, wird das darunter befindliche Magnetowiderstandsmaterial kurzges< hlossen). Beim Magnetkopf nach der Erfindung »saugt« der erste magnetisch permeable Teil den Fluß des Aufzeichnungsmediums auf und führt ihn dem Magnetowiderstandselement zu, so daß die Breite des betreffenden Teils genau die Spürbreite definiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt und

Fig.2 einen Längsschnitt durch einen Magnetkopf mit einem Magnetowiderstandselement, das mit schrägen Äquipotentiaistreifen und mit den Magnetfluß führenden Teilen versehen ist,

F' g. 3 weitere Einzelheiten eines Teils der F i g. 2,
F i g. 4 schematisch den Verlauf der Stromlinien am Rand eines Mpgnetowiderstandselements, auf dem schräg verlaufende Äquipotentialstreifen angebracht sind.

In Fig. 1 ist ein Magnetkopf t dargestellt, der zum Detektieren vo.< Magnetfeldern aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium 2 bestimmt ist, das längs des Kopfes 1 in Richtung der Pfeilspitze 14 bewegt wird. Die Detektion dieser Felder erfolgt durch die Messung der relativen Widerstandsänderung in einem Magnetowiderstandseiement 3, dem ein magnetischer Fluß über einen magni'Jsch permeabien Teil 6 (sog. Flußleiter) zugeführt wird, auf dem oder unter dem es mit einem Rand liegt, während der Magnetfluß über einen magnetisch permeabien Teil 7, auf dem es mit dem ande-

ren Rand liegt, und über ein damit gekoppeltes magnetisches Element 4, das vorzugsweise aus Ferrit besteht, zum Aufzeichnungsmedium 2 zurückgeführt wird.

Der Magnetkopf kann nach Bedarf noch ein Ferritplättchen 55 enthalten, das dabei mit dem Element 4 für eine vollständige Abschirmung des Magnctowiderstandselements 3 gegen Langwelleninformationen sorgt. Die Teile 6 und 7 bestehen aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, z. B. aus einer Nickel-Eisen-Legierung, und sind so angeordnet, daß eier Teil 6 dem Aufzeichnungsmedium 2 zugewandt und derTeil 7 mit den Ferritplättchen4 und 5 gekoppelt ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, können die Teile 6 und 7 länger als das Magnetowiderstandselement 3 sein, und sie bedecken Randzonen 8 und 9 an den Längsseiten des ι ^r, Elements 3, während an den Querseiten Kontakte 10 und M angebracht sind, die mit einer Meßstromquelle 15 sowie mit elektrisch gut leitenden Streifen 12 verbunden sind, die unter einem Winkel zwischen .30 und fiO° vorzugsweise 45°, zur Längsachse des Elements 3 stehen. Diese Streifen 12 erzwingen einen schrägen Stromlauf zwischen den Streifen in bezug auf die Längsachse, wodurch das Element .3 gleichsam eine elektrische Voreinstellung besitzt. In den Streifen 12 fließt der Strom ;' in Längsrichtung der Streifen und erzeugt dadurch im Magnetowidersiandselement 3 ein kleines Magnetfeld, das die Möglichkeit hat. die Magnetisierung M in der gewünschten Richtung festzuhalten.

Vorzugsweise erstrecken sich die Bedeckungszonen 8 und 9 vollständig ii^er die Gebiete des Magnetowider- jo Standselements 3, in uencn die Richtung der Stromlinien nicht einheitlich ist. In F i g. 3 ist mit weiteren Einzelheiten die Breite reines dieser Gebiete dargestellt, wobei r auf folgende Weise ableitbar ist:

Wenn beispielsweise d der Zwischenraum zwischen zwei leitenden Aquipotentialstreifen 12 ist und λ die Neigung dieser gleichen Streifen in bezug auf die Längsrichtung des Magnetowiderstandselements 3, ergibt sich eine einfache trigonometrische Berechnung:

r = d χ cos

beeinflussende und d:\her Geräusch bewirkende Tempera turensch wankungen auftreten.

Außerdem ist die Breite der Spur, die gelesen wird, durch die Verwendung eines magnetischen Fiußleiicrs 6 mit einer Breite gleich der Spurbreite besser definier!

Der erfindungsgemäße Magnetkopf eignet sich gut für eine Dünnschichtausführung über geeignete Masken, was zur folgenden Mehrschichtstruktur führt, die ein Substrat aus Ferrit oder ein Substrat mit einer Deck schicht aus Ferrit enthält, auf dem nacheinander angebracht sind:

— eine erste Quarzisolierschicht,

— eine Magnetowiderstandsschicht,

— wenigstens zwei Streifen aus elektrisch gut !eilendem Werkstoff, die schräg zu einer Seite der Magnetowidersta.idsschicht verlaufen.

— eine zweite Quarzisolierschicht.

— eine Nickel-F.ixen-Schieht in zwei Teilen durch einen Zwischenraum voneinander getrennt, der den Mittelbereich der Magnetowiderstandsschicht frei läßt, wobei einer der Teile über ein Loch in der ersten Quarzschicht das Ferrit kontaktiert.

40

Die Bedeckungsbreite muß zumindest genau so groß sein wie die Randzone des Magnetowiderstandselements, in der die Stromlinien nicht einheitlich verlaufen. wie in Fig.4 dargestellt. Die Stromlinien sind Bahnen, die senkrecht auf den Aquipotentialstreifen stehen, jedoch stört die Diskontinuität am Rande den einheitlichen Verlauf dieser Linien über einen bestimmten Abstand. Dieser Abstand wird durch einen Punkt A erhalten, der den Fuß ei^es ersten Äquipotentialstreifen bildet, indem letzterer auf einen benachbarten Äquipotentialstreifen projiziert wird, was einen Punkt H ergibt.

In der Zone zwischen einer Linie durch H und dem Rand zeigen die Stromlinien einen schwankenden Winkel mit der Längsachse des Elements. (Die bevorzugte Magnetrichtung des Magnetowiderstandseiements verläuft parallel zur Längsachse.)

Beim Magnetkopf nach der Erfindung werden die Randzonen gleichsam inaktiv gemacht, wodurch es möglich ist. an die ideale Wiedergabekennlinie sehr nahe heranzukommen.

Zusätzliche Voneile aus der Verwendung der magnetischen Flußleiter 6 und 7 bestehen darin, daß das Magnetowiderstandselement 3, weil es nicht in direktem Kontakt mit dem beweglichen magnetischen Aufzeichnungsmedium 2 angeordnet ist, keinen mechanischen Verschleiß erfährt während weniger den Widerstand Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem in bezug auf den Magnetkopf relativ bewegbaren magnetischen Aufzeichnungsmedium, mit einem länglichen Magnetowiderstandselement, welches an zwei einander gegenüberliegenden Enden mit Kontakten für die Verbindung mit einer Meßstromquelle versehen ist und eine solche magnetische Anisotropie aufweist, daß die leichte Magnetisierungsachse der Längsachse des Elements parallel ist, und welches mit mindestens zwei elektrisch gut leitenden Streifen (Äquipotentialstreifen) versehen ist, die schräg auf einer Fläche des Elements unter einem Winkel λ von mindestens 30° und höchstens 60° mit der Längsachse des Elements angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkopf zwei fluchtende Teile (6, 7) aus magnetisch permeablem Material enthält, zwischen denen sich ein Spalt befindet, wobei das Magnetowiderstandselement (3) diesen Spalt überbrückt und die einander zugewandten Enden der Teile (6, 7) aus magnetisch permeablem Werkstoff die sich parallel zur Längsachse erstreckenden Randzonen (8,9) des Magnetowiderstandselementes (3) derart bedecken, daß die Raraizonen (8, 9) eine über die Länge des Magnetowiderstandselementes (3) nahezu konstante Breite aufweisen, die mindestens den Wert c/xcos« hat, wobei d der Abstand zwischen zwei benachbarten Streifen (12) ist, und daß das dem fvijgnetowiderstandselement (3) abgewandte Ende des erster Teils '.'>) aus magnetisch permeablem Material mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium (2) zusamwiens beitet.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß er weiter ein an einer Seite des Magnetowiderstandselementes (3) liegendes, verhältnismäßig dickes Element (4) aus magnetisch permeablem Werkstoff enthält, das mit dem zweiten Teil (7) aus magnetisch permeablem Material magnetisch gekoppelt ist.

3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verhältnismäßig dicke Element (4) aus magnetisch permeablem Material aus Ferrit besteht.

4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des magnetisch permeablem Teils (6), der dazu bestimmt ist, mit dem Aufzeichnungsmedium (2) zusammenzuarbeiten, größer ist als die des Magnetowiderstandselements (3).

5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mehrschichtstruktur besteht, die ein Substrat aus Ferrit oder ein Substrat mit einer Deckschicht aus Ferrit enthält, auf dem nacheinander angebracht sind: