DE3126775A1 - Magnetkopf - Google Patents

Description

BESCHREIBJNG

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , insbesondere einen Magnetkopf, bei dem der Halleffekt einer dünnen Schicht aus einer amorphen Legierung ausgelöst wird.

In jüngster Zeit wurden Untersuchungen an Magnetköpfen vorgenommen, bei denen eine dünne Schicht aus einer amorphen Legierung verwendet wird, die aus Übergangsmetallen und Seltenen Erdmetallen gebildet sind. Ein derartiger Magnetkopf ist in der japanischen Patentanmeldung 52-131,711 beschrieben. Der dort beschriebene Magnetkopf umfaßt eine amorphe magnetische Dünnschicht, deren Achse leichter Magnetisierung senkrecht zu der Schichtebene gerichtet ist, wobei der angestrebte Effekt erreicht wird, indem die Speichereigenschaft der Dünnschicht und ihr anormaler Halleffekt ausgenutzt werden.

Wie in den Fig. 3 und 4 der oben erwähnten Patentanmeldung gezeigt ist, wird bei diesem Magnetkopf eine Hallspannung erzeugt, indem die Ebene der amorphen magnetischen Dünnschicht in Berührung mit der Ebene eines gegenüberliegenden Magnetbandes 5 gebracht wird. Wenn nicht die in Laufrichtung des Magnetbandes 5 gemessene Breite der Dünnschicht 2 kleiner ist als die Breite eines magnetisierten Gebietes auf dem Magnetband 5, so ist es uniuöglich, korrekte Daten (Hallspannung) zu gewinnen, die dem magnetisierten Bereich entsprechen. Der oben erwähnte Magnetkopf kann also keine Daten reproduzieren, die eine kürzere·. Wellenlänge haben als die Breite der Dünnschicht 2; er ist ilaher ungeeignet, mit hoher Dichte durch ein vertikales magnetisches Aufzeichnungssystem gespeicherte Daten zu reproduzieren. (Bezüglich eines vertikalen magnetischen Aufζeichnungssystems wird z.B. auf die japanische Patentanmeldung 52-134,706 verwiesen.)

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Magnetkopfes, der zur Reproduzierung von mit hoher Dichte aufgezeichneten Daten bei einem vertikalen magnetischen Aufzeichnungssystem geeignet ist.

Es wurde gefunden, daß bei Anwendung eines Hallelementes, dessen Achse leichter Magnetisierung sich in der Richtung der Dünnschichtebene erstreckt, anstatt die vertikale magnetische Anisotropie auszunutzen, ein Magnetkopf geschaffen werden kann, der zum Reproduzieren von mit hoher Dichte aufgezeichneten Daten geeignet ist.

Bei dem erfindungsgen äßen Magnetkopf wird als elektromagnetische Wandlereinrichtung ein Magnetfilm verwendet, dessen Achse leichter Magnetisierung sich in der Richtung der Dünnsehichtebene erstreckt, wobei der den zu reproduzierenden Daten entsprechende Magnetfluß in der Richtung der Ebene der magnetischen Dünnschicht fließt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die magretische Anisotropie der magnetischen Dünnschicht ausgenutzt werden kann, und ferner kann die Dicke der magnetischen Dünnschicht an den Magnetkopfspalt angepaßt werden, so caß eine äußerst geringe effektive Spaltbreite erhalten wird. Die Daten können mit äußerst hoher Auflösung aus einem Auf2eichnungsmedium ausgelesen werden, auf dem Daten mittels eir es vertikalen Aufzeichnungssystems oder durch ein anderes Verfahren zur Aufzeichnung mit hoher Dichte gespeichert sind.

Eine amorphe magnetische Dünnschicht, die aus einem Gemisch oder einer Verbindung von Seltenen Erden und übergangsmetallen gebildet ist/ insbesondere Gadoliniumkobalt (GdCo) und Gadoliniumeisen (GdEe), hat einen hohen Wirkungsgrad bei der Umsetzung von magnetischen Feldern in elektrische Signale und ist frei von Störsigralen, die durch die Grenzbereiche eines Polykristails erzeugt werden. Wenn eine solche amorphe magne-

tische Dünnschicht auf der vorderen bzw. Spaltseite angeordnet wird, um als Wandlereinrichtung zur Umsetzung der Magnetfelder in elektrische Signale zu dienen, so werden eine hohe Empfindlichkeit und eroi hohes Stör/Nutzsignalverhältnis gewährleistet, selbst wenn der Spalt des Magnetkopfes schmaler gemacht wird, d.h. wenn die amorphe magnetische Dünnschicht dünn gemacht wird, um eine hohe Auflösung zu erreichen. Bei dem erfindung.3 gemäß en Magnetkopf können ferner Signale einer Mehrzahl von Kanälen durch ein einziges Dünnschicht-Hallelement erfaßt werden. In diesem Fall wird ein der amorphen magnetischen Dünnschicht zugeführter Vorpolar isierungsstrom gemeinsam von allen Kanälen ausgenutzt. Der erfindungsgemäße Magnetkopf hat daher eine geringere Anzahl von äußeren Anschlüssen als herkömmliche Vielkanal-Halleffekt-Magnetköpfe für dieselbe Anzahl von Kanälen. Es ist daher möglich, einen Vielkanal-Magnetkopf mit einem kleinen Kanalabstand in großen Serien bei niedrigen Herstellungskosten zu produzieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes;

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Kopfblockes, der durch Zusammenfügen von zwei Kopfhälften gebildet ist;

Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung des Vorganges, durch den die Ebene des Magnetkopfes, die mit dem vorbeigleitenden Magnetband in Berührung gelangt, in bogenförmige Gestalt geschliffen wird;

Fig. 4 eine Schnitt.msicht längs Linie IV-IV in Fig. 3, wobei die Richtungen der Magnetströme gezeigt sind, die von magnetisieren Bereichen ausgehen, welche auf einem Magnetband gespeichert sind;

Fig. 5 ein Beispiel der Hysteresecharakteristik einer amorphen magnetischen Dünnschicht bei dem Magnetkopf nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Vielkanal-Magnetkopfes, bei dem es sich um eine Anwendung des Ln den Fig. 1 bis 4 gezeigten Magnetkopfes handelt;

Fig. 7 eine vergrößerte Draufsicht der amorphen magnetischen Dünnschicht 12 in Fig. 6;

Fig. 7A und 7B andere Ausführungsformen der amorphen magnetischen Dünnschicht nach Fig. 7;

Fig. 8 ein SchaltbiLd einer Anordnung zum elektrischen Auslöschen des überSprechens zwischen den Kanälen; und

Fig. 9 eine gegenüber Fig. 4 abgewandelte Ausführungsform.

Der erfindungsgemäße Magnetkopf ist wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut. Die oberseitige Oberfläche 10.. eines isolierenden Substrates 10 wird geschliffen, um eine optisch glatte Ebene zu schaffen. Das zur Bildung des Substrates 10 verwendete Material kann Glas, Keramik o.dgl. sein. Eine amorphe magnetische Dünnschicht 12 (im folgenden einfach als Dünnschicht bezeichnet) wird in /orbestimmter Lage auf der Oberfläche 10.J des Substrates 10 angeordnet, z.B. durch übliche thermische Ablagerungs- oder Zerstäubungsverfahren. Nach dem Aufbringen der Dünnschicht 12 wird diese durch ein fotografisches

Ätzverfahren in die in Fig. 1 gezeigte Gestalt gebracht. Nachdem die Dünnschicht 12 aufgebracht ist, werden Spannungsanschlüsse 14q, 14., und Stromanschlüsse 16.,, 16₂ auf der Dünnschicht 12 gebildet. Die Herstellung dieser Anschlüsse kann durch thermische Ablagerung oder durch Aufstäuben einer Schicht aus Aluminium oder Kupfer erfolgen. Danach werden die Anschlüsse unter Anwendung eines fotografischen Ätzverfahrens in die vorgeschriebene Form gebracht. Nach Ausführen der oben genannten Schritte ist eine erste Hälfte 18 eines Magnetkopfblockes fertiggestellt.

Die Dünnschicht 12 kann aus einer Legierung gebildet sein, z.B. aus Seltenen Erden und übe^rgangsmetallen wie Gadoliniumkobalt (GdCo) und Gadoliniumeisen (GdFe). Eine amorphe magnetische Legierung wie GdCo zeigt nicht nur den normalen Halleffekt, wie er in einem Halbleiter-Hallelement beobachtet wird (elektromagnetischer Wandler), z.B. aus Indiumantimon (InSb), sondern auch den anomalen Halleffekt, der von der Magnetisierung M bzw. der Magnetdipoldichte abhängt. Die Dünnschicht 12 ist frei von Störsignalen, die an den Randbereichen eines Polykristalls entstehen. Selbst wenn das aus der Dünnschicht 12 gebildete H£illelement extrem dünn gemacht wird, so erzeugt es daher eine hohe Hai1-Ausgangsspannung bei geringem Storsignalanteil, wodurch ein hohes S/N-Verhältnis gewährleistet ist. Wenn als Hallelement die Dünnschicht 12 aus der GdCo-Verbindung verwendet wird, so beträgt der Anteil von Gadolinium vorzugsweise etwa 15 bis 40 Atom-%. Diese bevorzugte Zusammensetzuig ändert sich natürlich mit der Umgebungstemperatur oder anderen Bedingungen, unter denen der Magnetkopf verwendet werden soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Magnetkopf soll die magnetische Anisotropie der Dünnschicht 12 in Richtung der Ebene vorhanden sein. Die Dünnschicht 12 muß also eine Achse leichter Magnetisierung in einer vorgeschriebenen Richtung aufweisen,

die durch einen Pfeil M angegeben ist, welcher sich entlang der Ebene 1O₁ des isolierenden Substrates 10 erstreckt. Diese Dünnschicht 12 zeigt einen Planar-Halleffekt. Es soll nun angenommen werden, daß die Richtung, in der der Vorpolarisierungsstrom verläuft, der über die Stromanschlüsse 16*, I62 zugeführt wird, einen Winkel θ mit der Richtung M bildet, in welcher die Dünnschicht 12 magnetisiert ist. Dann wird den Anschlüssen 14_Q, 14.^ eine Hallspannung aufgeprägt, die proportional zu sin 2Θ ist. In diesem Fall wird die Hallspannung überwiegend in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Vorpolarisierungsstromes I erzeugt. Die Stromanschlüsse 16., , I62 sind daher auf der Dünnschicht 12 so angeordnet, daß der erwähnte Winkel θ möglichst genau gleich ist. Ferner werden die Spannungsanschlüsse 14_Q, 14- auf der Dünnschicht 12 so gebildet, daß ein Winkel η zwischen einer geraden Linie L, welche die Spannungsanschlüsse 14_Q, 14. miteinander verbindet, und der Richtung des Vorpolarisierungsstromes I ungefähr gleich .90 ist.

Die Dünnschicht 12, die eine planare magnetische Anisotropie aufweist, kann durch irgendeines der im folgenden erläuterten Verfahren hergestellt werden.

1. Eine amorphe magnetische Dünnschicht 12, die z.B. aus GdCo gebildet ist,.zaigt oft eine vertikale magnetische Anisotropie, wenn sie eine größere Dicke als 0,2 bis 1,0 Mikron aufweist. Wenn aber die Dünnschicht 12 mit einer geringeren Dicke als ein vorbestimmter Wert gebildet wird, so weist sie eine planare magnetische Anisotropie auf. Ein zu Versuchszwecken mit einer Dicke von etwa 0,15 Mikron gebildeter Film aus GdCo weist z.B. eine planare magnetische Anisotropie auf. Wenn die Dünnschicht 12 also mit einer geringeren Dicke gebildet wird als diejenige, bei der vertikale magnetische Anisotropie auftritt, so weist sie planare magnetische Anisotropie auf. Bei einem Vielkanal-Magnetkopf, wie er in der japanischen Patentanmeldung 55-4303 beschrieben ist, zeigt

eine amorphe magnetische Dünnschicht aus GdCo mit 10 bis 40 Atom-% Gd und einer Dicke veη 0,2 bis 1 Mikron eine vertikale magnetische Anisotropie. Bei dem oben erläuterten Verfahren kann die Dünnschicht 12. wesentlich dünner gemacht werden, um planare magnetische Anisotropie zu erhalten. Wenn die Dünnschicht 12 extrem dünn gemacht wird, nimmt die Stromdichte des zuzuführenden Vorpolarisierungsstromes zu. Da jedoch die Dünnschicht 12 amorph ist, wird das S/N-Verhältnis wenig beeinträchtigt. Die Verdünnung der Dünnschicht 12 ist vielmehr vorteilhaft,.um die Auflösung zu erhöhen.

2. Die Dünnschicht 12 wird z.B. durch Vakuumaufdampfen gebildet, unter Verwendung einer Verdampfungsquelle vom Elektronenstrahl-Erhitzungstyp. Bei Bildung der Dünnschicht 12 mit geringer Dicke durch ein solches Vakuum-Aufdampfverfahren zeigt diese Dünnschicht, z.B. aus GdCo, häufig planare magnetische Anisotropie. Dieses Verfahren ermöglicht eine relativ leichte Herstellung der Dünnschicht 12.

3. Die Dünnschicht 12 wird in .solcher Weise gebildet, daß die Teilchen aus z.B. GdCo auf dem Substrat 10 durch thermischen Niederschlag, Vakuumaufdampfen oder Aufstäuben aufgebracht werden, und zwar in einor Richtung, die einen vorgeschriebenen Winkel (z.B. etwa ()0°) mit der Senkrechten auf dem Substrat 10 bildet.

Bei den drei zuvor beschriebenen Verfahren kann das Substrat 10 gedreht werden, um eine gleichmäßige Ablagerung der Dünnschicht 12 zu erreichen. Besonders zweckmäßig ist es, alle drei oben erwähnten Verfahren anzuwenden, nämlich das Verfahren zur Herstellung der Dünnschicht 12, z.B. aus GdCo, durch schräges thermisches Ablagern mit einer Dicke von 0,15 Mikron. Natürlich müssen die drei Verfahren nicht gemeinsam angewendet werden. Der Grund hierfür ist, daß in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Ablagerung

stattfindet, die Dünnschicht 12 planare magnetische Anisotropie auch dann zeigen kann, wenn sie mit größerer Dicke als 0,2 Mikron ausgebildet wird. Es ist z.Z. nicht möglich, die Richtung, in der die magnetische Anisotropie an der Ebene der Dünnschicht 12 auftritt, anders als experimentell anzugeben. Es ist daher erforderlich, die Dünnschicht 12 unter bestimmten Versuchsbedingungen herzustellen, durch Versuche die Richtung zu ermitteln, in der die magnetische Anisotropie an der Ebene der Schicht 12 auftritt, und schließlich die Dünnschicht so herzustellen, daß die magnetische Anisotropie in der Magnetisierungsrichtung M verläuft, die in Fig. 1 angegeben ist. Sobald die Bedingungen festgelegt sind, unter denen die Dünnschicht hergestellt werden muß, liegt die Richtung fest, in der die planare magnetische Anisotropie geschaffen wird.

Eine zweite Hälfte 20 des Mangetkopfblockes wird in engen Verbund mit der ersten Hälfte 18 gebracht. Die Unterseite 20^ der zweiten Magnotkopfhälfte 20, die gegenüber der oberseitigen Oberfläche IO- der ersten Magnetkopfhalfte 18 angeordnet wird, ist flachgeschliffen. Die beiden Magnetkopfhalften 18, 20 werden durch bei niedrigen Temperaturen schmelzendes Glas oder organischen Kleber miteinander in Verbund gebracht. Die Magnetkopfhälfte 20 kann aus dem gleichen Material wie das Substrat 10 gebildet sein. Fig. 2 zeigt einen Magnetkopfblock 22, der dadurch hergestellt wird, daß die beiden Magnetkopfhälften 18, 20 vollständig miteinander in Verbund gebracht werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird derjenige Teil 24 (schraffiert) des Magnetkopfblockes 22, der mit dem vorbeigleitenden Aufzeichnungsmedium, z.B. ein Magnetband, in Berührung gelangen soll, bogenförmig abgeschliffen. Der Magnetkopfspalt ist an der Verbindungsstelle 26 des Substrates 10 mit der zweiten Magnetkopfhalfte 20 gebildet.

Der erfindungsgemäße Magnetkopf ist besonders geeignet zum Reproduzieren von Informationer, die durch ein "vertikales magnetisches Aufzeichnungssystem" aufgezeichnet wurden. Im folgenden wird kurz die Reproduktion von Informationen erläutert, die in einem Magnetbar d vertikal magnetisch aufgezeichnet sind. Bei einem vertikalen magnetischen Aufzeichnungssystem wird eine Magnetschicht senkrecht zu ihrer Ebene magnetisiert. Die vertikal magnetisch aufgezeichnete Information in einer Magnetschicht ist frei von Selbstentmagnetisierung, so daß dieses System die Verwirklichung einer hohen Aufzeichnungsdichte ermöglicht.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht längs Linie IV-IV in Fig. 3. Zum leichteren Verständnis sind die Verbindung 26 und die Dünnschicht 12 vergrößert dargestellt. In einer Magnetschicht 32 eines Magnetbandes ist eine große Anzahl von Magnetgebieteinheiten 34 gebildet, in denen jeweils die Magnetisierungsrichtung (Lage der Pole S und N) abwechselt. Wenn der seitliche Rand 12- der Dünnschicht 12 unmittelbar über das Magnetgebiet 342 gebracht wird, so verläuft der von diesem Gebiet 34- ausgehende Magnetfluß φ in Richtung eines Pfeiles A längs der Achse leichter Magnetisierung der Dünnschicht 12 und kehrt zu den Gebieten 34₁ und 34-, zurück. Wenn der seitliehe Rand 12- der Dünnschicht 12 unmittelbar über das Magnetgebiet 34₃ gebracht wird, so erstreckt sich der von dem Gebiet 34g ausgehende Magnetfluß in Richtung eines Pfeiles B entlang der Achse leichter Magnetisierung der Dünnschicht 12 und gelangt zu den Magnetgebieten 34« und 34,,. Wenn nun

£ fr

angenommen wird, daß der Magnetfluß φ in Richtung des Pfeiles A verläuft, so wird dem Spannungsanschluß 14-j in Fig. 1 eine positive Hallspannung aufgeprägt (der Anschluß 14_O wird als Bezugspotential betrachtet). Wenn der Magnetfluß φ in Richtung des Pfeiles B verläuft, so wird dem Spannungsanschluß 14- eine negative Hallspannung aufgeprägt. Die Dünnschicht kann also Daten erfassen, die in den äußerst kleinen Magnet-

- 15 gebieteinheiten 34^ bis 34₄ gespeichert sind.

I Die Dünnschicht 12 kann den Magnetisierungszustand des Magnet-

! - gebietes 34, dessen Breite größer ist als die Dicke der Dünn- ^: schicht (im allgemeinen weniger als 0,2 Mikron) erfassen, so

daß ein Magnetkopf geschaffen wird, der eine äußerst hohe Auflösung aufweist. Eie Dünnschicht 12, welche planare magne- ; tische Anisotropie aufweist, kann also äußerst dünn ausge-

I bildet werden und ermöglicht, daß die Breite des effektiven

Magnetkopfspaltes selrr gering gemacht wird. Wenn eine Dünn-

\ schicht 12 mit vertil· aler magnetischer Anisotropie aufgebracht

' wird, wird durch eine- Verbindungsschicht die Verbindung 26

j verbreitert, so daß cie Breite des effektiven Magnetkopfspal-

' tes vergrößert wird,

j Eine z.B. aus GdCo gebildete amorphe magnetische Dünnschicht

i ist frei von Grenzbereichen eines Polykristails und zeigt

j einen anomalen Halleffekt, so daß ein gutes S/N-Verhältnis

selbst dann gegeben ist, wenn die Dünnschicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 Mikron (einige tausend Angström) gebildet wird. Durch diese GdCo-Dünnschicht kann also ein Mag- ; netkopf geschaffen werden, der eine hohe Auflösung und ein

großes S/N-Verhältni:3 aufweist. Die Technik zur Herstellung ! einer äußerst dünnen Schicht ist nun verfügbar. In Fig. 4

ι ist der seitliche Rand 12- der Dünnschicht 12 leicht von der

Oberfläche der Magnetschicht 32 fort versetzt. Wenn jedoch die Abnutzung des verwendeten Magnetkopfes nicht berücksich-' tigt werden muß, so kann eine höhere Hallspannung erzeugt

werden, indem der seitliche Rand 12- der Dünnschicht 12 mit der Magnetschicht 32 in Berührung gebracht wird.

Fig. 5 zeigt die Hysteresecharakteristik einer amorphen magnetischen Dünnschicht aus GdCo, die aus 23 Atom-% Gd und 77 Atom-% Co gebildet ist und planare magnetische Anisotropie aufweist. Die Hysterese ändert sich je nach den Stoffen, aus

denen die amorphe Legierung der Dünnschicht gebildet ist, je nach ihrer Zusammensetzung, der Umgebungstemperatur und weiteren Paktoren. Wenn Analogsignale reproduziert werden sollen, so wird vorzugsweise eine Dünnschicht verwendet, die geringe Hystereseverluste aufweist. Wenn Digitalsignale reproduziert werden sollen, so soll die Dünnschicht möglichst eine rechtwinkelige Hysteresekurve aufweisen. Ein Magnetkopf zur Wiedergabe von Analogsignalen ist im einzelnen in der japanischen Patentanmeldung 54-137263 entsprechend der US-Patentanmeldung 192,394 vom. 9. Oktober 1980 beschrieben. Ein Magnetkopf zur Wiedergabe von Digitalsignalen ist im einzelnen in der japanischen Patentanmeldung 54-137,264 entsprechend der US-Patentanmeldung 195,935 vom 9. Oktober 1980 beschrieben. Diese Anmeldungen betreffen einen Magnetkopf mit einer amorphen magnetischen-Dünnschicht, die vertikale magnetische Anisotropie aufweist. Die Eigenschaften der vorstehend erläuterten Art der magnetischen Dünnschicht ändern sich mit ihrer Zusammensetzung und mit der Umgebungstemperartür, bei der die Dünnschicht praktisch eingesetzt werden soll, wie in den oben genannten Anmeldungen beschrieben ist.

Fig. 6 zeigt den Aufbau eines Vielkanal-Magnetkopfes, der einem Magnetkopf entspricht, wie er in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Die amorphe magnetische Dünnschicht 12 nach Fig. kann für jeden Kanal getrennt vorgesehen sein. In Fig. 6 wird jedoch eine einzige Dünnschicht 12 verwendet, um einen Magnetkopf mit neun Kanälen zu bilden. Es kann dann ein Vorpol arisierungstrom I Anwendung finden, der allen Kanälen gemeinsam ist. Pro Kanal braucht nur einer der Spannungsanschlüsse 14- bis 14g verwendet zu werden. Der Spannungsanschluß 14„ wird gemeinsam für alle Kanäle verwendet. Bei der Anordnung nach Fig. 6 kann der Abstand zwischen den Kanälen leicht sehr gering gemacht werden, und die Anzahl der Anschlüsse ist ebenfalls gering, so daß ein Magnetkopf geschaffen wird, der wesentlich leichter herstellbar ist, als

wenn für jeden Kanal ein getrenntes Hallelement vorgesehen wäre.

Fig. 7 zeigt die Dünnschicht 12 nach Fig. 6 in Draufsicht. Auf der Seite des sextlichen Randes M^ der Dünnschicht 12 befindet sich ein (nicht gezeigtes) Magnetband, in dem Signale für die neun Kanäle aufgezeichnet sind. Die von den Spuren 1 bis 9 ausgehenden Magnetflüsse φ* bis φς werden den entsprechenden Kanälen zugeführt. Diese Magnetflüsse φ^ bis φα gelangen zu der Dünnschicht 12 entlang ihrer Achse leichter Magnetisierung. In den Spannungsanschlüssen 14., bis 14g werden dann Hallspannungssignale E- bis Eg erzeugt, entsprechend den magnetischen Flüssen φ- bis φη.. Bei einem solchen Vielkanal-Magnetkopf ist es schwierig zu erreichen, daß der Vorpolarisierungsstrom I einen Winkel θ von 45° mit der Achse M jeder Magnetisieruig in der Dünnschicht 12 bildet. Wenn aber der Winkel θ im Bereich 0<θ<ττ/2 liegt, so können die Hallspannungssignale E- bis E_g erzeugt werden.

Es folgt nun eine Erläuterung bezüglich des Übersprechens zwischen den Kanälen, wobei auf Fig. 7 Bezug genommen wird. Ein Magnetfluß φ_6& ist ein Streufluß vom sechsten zum siebten Kanal. Ein Magnetfluß φ,-, ist ein Streufluß vom sechsten vom fünften Kanal. Die Dünnschicht 12 zeigt überwiegend einen anomalen Halleffekt entlang der Achse M leichter Magnetisierung. Magnetflüsse, die nicht parallel zur Achse leichter Magnetisierung M verlaufen, erzeugen eine sehr niedrige Hallspannung. Z.B. prägt der Magnetfluß φ_β dem Spannungsanschluß 14y eine wesentlich niedrigere Spannung auf als der Magnetfluß φ~. Xn glaicher Weise prägt der Magnetfluß φ_β, dem Spannungsanschlu3 14,- eine wesentlich niedrigere Spannung auf als der Magnetflaß φ,-. Daher kann das übersprechen aufgrund des Magnetflusses φ_β vom sechsten Kanal zu dem daneben liegenden fünften bzw. siebten Kanal stark gedämpft werden. Dieser günstige Effekt wird erreicht, weil die Dünnschicht 12 eine planare magnetische Anisotropie aufweist und die

Hauptrichtungen der Magnetflüsse der jeweiligen Kanäle in der Dünnschicht 12 in Richtung der planaren magnetischen Anisotropie verlaufen. Je geringer der Abstand zwischen den Hauptbereichen der aneinander angrenzenden Magnetflüsse ist (z.B. φ_β und φ₇), desto stärker wird das übersprechen zwischen den Kanälen. Wenn das Übersprechen zu praktischen Schwierigkeiten führt, so ist es zweckmäßig, das übersprechen elektrisch auszulöschen, wie später erläutert wird.

Die Fig. 7A und 7B zeigen Abwardlungen der Ausführungsform nach Fig. 7. In Fig. 7A liegt c.er gemeinsame Spannungsanschluß 1 4q gegenüber sämtlichen Spannlingsanschlüssen 14-, bis 14n. Diese Anordnung bewirkt, daß die kürzesten Linien L- bis Lg, welche den gemeinsamen Spannuncfsanschluß 14_Q mit den anderen Spannungs anschluss en 14.. bis Kr „ verbinden, parallel zueinander sind. Folglich werden die Winkel n1 bis η8, die durch die Stromlaufrichtung des Vorpolarisierungsstromes I mit den Verbindungslinien L- bis L_g gebildet werden, im wesentlichen gleich. Daher können bei der Anordnung nach Fig. 7A alle Kanäle dieselbe Empfindlichkeit (dE/dcj)) aufweisen. Hingegen hat bei der Anordnung nach Fig. 7 der erste Kanal die höchste Empfindlichkeit (dE-j/dt^ >

Fig. 7B zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Winkel η im Bereich über 90° bis unter '30° liegt. Bei dieser Anordnung haben die mittleren Kanäle (dritter und vierter Kanal) die höchste Empfindlichkeit, währeid die unteren Kanäle (erster und zweiter Kanal) sowie die ooeren Kanäle (fünfter, sechster und siebter Kanal) eine geringe Empfindlichkeit haben. Die Ausführungsformen nach den Fig. 7 und 7B sind für Anwendungsfälle bestimmt, bei denen die Empfindlichkeit der Hallelemente der verschiedenen Kanäle unterschiedlich sein soll.

In der Praxis wird bei den Ausführungsformen der Fig. 7, 7A und ~7B" bevorzugt, daß der Winkel θ auf 45 ±30° eingestellt

wird, während der Winkel η auf 90 ±60 eingestellt ist. Die höchste Empfindlichkeit ergibt sich, wenn der Winkel θ bei 45° liegt und der Winkel η 90° aufweist.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild zur elektrischen Auslöschung des Übersprechens zwischen den Kanälen bei dem Magnetkopf nach den Fig. 7, 7A und 7B. Ein Hallspannungssignal E* am Spannungsanschluß 14- entsprechend dem ersten Kanal der Dünnschicht 12 wird durch einen ersten (nicht gezeigten) Verstärker verstärkt. Ein Ausgangs spannungs sign al Eq.. des ersten Verstärkers wird dem nicht invertierenden Eingangsanschluß eines Mischers 50- und ferner dem invertierenden Eingangsanschluß eines Mischers 5O₂ über ein Dämpfungsglied 52^ mit dem Dämpfungsverhältnis K- zugeführt. Ein Ausgangsspannungssignal E_Q2 entsprechend einem Hallspannungssignal E₂ wird dem nicht invertierenden Eingang des Mischers 5O₂ sowie den invertierenden Eingängem der Mischer 50-, 50, über entsprechende Dämpfungsgiiecler 52₂, 52₃ zugeführt. Die obige Beschreibung gilt analog für ein Eingangsspannungssignal E_Q, und weitere Eingangssignale.

Es wird nun angenommen, daß die Ausgangsspannung E_Q~ des zweiten Kanals durch folgende Gleichung ausgedrückt wird:

^E02 = ^₂" ^{+ K}1^E01 ^{+ K}4^EO3' ⁽¹⁾

worin:

E₀₂ = eine reine Signalkomponente aus dem zweiten Kanal ohne überSprechkomponente;

E-|K₀- = überspriichkomponente aus dem ersten Kanal in den zweiten Kanal;

^K4^EO3 ⁼ übersprechkomponente aus dem dritten Kanal in den zweiten Kanal.

Wenn durch den Mischer 5O₂ die Anteile KiEq₁ sowie K₄E₀-. von obiger Gleichung (1) subtrahiert werden, so ist die von dem Mischer 5O₂ abgegebene Komponente des Signals E_Q2 des zweiten Kanals allein das Signal Eq₂ » Die Auslöschung der übersprechkomponente in dem Signal E_Q2 des zweiten Kanals wird erreicht, indem die Dämpfungsverhältnisse K-, K₄ der Dämpfungsglieder 52-j , 52₄ eingestellt werden. Wenn eine konstante Phasendifferenz zwischen den Ausgangsspannungssignalen E₀₁ bis E_o_, vorhanden ist, so wird vorzugsweise ein variabler Phasenschieber in Reihe mit dem Dämpfungsglied 52 geschaltet. Der Grund hierfür ist, daß bei großen Phasenunterschieden zwischen den AusgangsSignalen E₀₁ bis E_n^ die Übersprechkompönenten aus dem Signel E₀₂ nicht eliminiert werden können, unabhängig von dem eingestellten Dämpfungsverhältnis des Dämpfungsgliedes 52.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung sind das Substrat 10 und die zweite Magnetkopfhalfte 20 nicht nur aus isolierendem Material, sondern auch aus leitfähigem Metall gebildet, z.B. Messing. Wenn das Substrat 10 aus Messing gebildet wird, ist es erforderlich, eine Isolierschicht 60, z.B. aus SiO₂, auf der oberseitigen Oberfläche TO- des Substrates 10 vorzusehen, damit die Anschlüsse 14, 16 und die Dünnschicht 12 nicht elektrisch kurzgeschlossen werden. Durch die Isolierschicht 60 wird die Breite L26 der Verbindungsstelle 26 vergrößert. Bei dem erfindungsgemäßen Magnetkopf ist jedoch die effektive Spaltbreite durch die Dicke L12 der Dünnschicht 12 bestimmt, nicht durch die Breite L26 der Verbindungsstelle. Wenn das Substrat 10 und die zweite Magnetkopfhalfte 20 aus leitendem Werkstoff gebildet sind, kann eine elektrostatische Abschirmung der Dünnschicht 12 erreicht werden, indem das Substrat 10 und die zweite Magnetkopfhälfte 20 mit Masse verbunden werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 oder 9 kann ein ferromagnetisches Teil 62, das in Fig. 9 gezeigt ist (nicht jedoch

in Pig. 4), entlang clem seitlichen Rand 122 gegenüber dem bereits erwähnten seitlichen Rand 12.. der Dünnschicht 12 angeordnet werden. Der von einem Magnetgebiet 342 ausgehende Magnetfluß φ wird dann durch das ferromagnetische Teil 62 angezogen, wodurch de^r Teil des Magnetflusses Φ verstärkt wird, der entlang der Achse leichter Magnetisierung der Dünnschicht 12 verläuft. Das ferromagnetische Teil 62 vermindert also den magnetischen Widerstand des Magnetkreises, über den der Magnetfluß φ entlang der Achse leichter Magnetisierung der Dünnschicht 12 verläuft.

Die Dünnschicht 12 mit planarer magnetischer Anisotropie, welche die Hauptkomponente des erfindungsgemäßen Magnetkopfes bildet, kann auch be:·. Magnetköpfen Anwendung finden, wie sei in der japanischen Patentanmeldung 54-91,377 (entsprechend der US-Patentanmeldung 168,281 vom 10. Juli 1980) beschrieben sind. Das in dieser Anmeldung beschriebene Teil 14 kann durch die erfindungsgemäße amorphe magnetische Dünnschicht 12 ersetzt werden.

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Claims (17)

1. PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O

   .,." SU 10-2096

   P/HD-ro

   Olympus Optical Co., Ltd Tokyo/Japan

   Magnetkopf

   PATENTANSPRÜCHE

   (i .) Magnetkopf mit einem Trägerelement (10) und einer Ebene (24), welche einem magnetischen Aufzeichnungsmedium (30) zugewandt ist, wobei ein elektromagnetischer Wandler auf dem Trägerelement (10) angeordnet ist, und mit einer amorphen magnetischen Dünnschicht (12), die eine Achse leichter Magnetisierung aufweist, welche sich in einer vorgeschriebenen Richtung (M) entlang der Ebene der Dünnschicht (12) erstreckt, dadurch gekennzeichnst, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) eine solche Lage auf dem Trägerelement (10) einnimmt, daß ein von dem Aufzeichnungsmedium (30) ausgehender Magnetfluß.(4) durch die amorphe magnetische Dünnschicht (12) hindurch in der vorgeschriebenen Richtung (M) verläuft.

   PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN SO · WILLROIDERSTR. 8 · TEL. (089) 64064O
2. 2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Wandler ferner ein ferromagnetisches Material (62) umfaßt, das eine vorgeschriebene Stellung auf dem Trägerelement (10) einnimmt, und daß die amorphe magnetische .Dünnschicht (12) zwischen dem ferromagnetischen Material (22) und der Ebene (24) angeordnet ist.
3. 3. Magnetkopf nach Anspruch 1 cder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Wandler ferner umfaßt: zwei Stromanschlüsse (16.,, 16^) zur Führung eines Vorpolar isxerungsstromes (I) über die Ebene der amorphen magnetischen Dünnschicht (12) ; und zwei Spannungsanschiüsse (1^_o/ 14-) zum Aufprägen einer Hallspannung (E) entsprechend dem Magnetfluß (φ).
4. 4. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Wandler ferner umfaßt: zwei Polaris xerungs Stromanschlüsse (16.,, 16?) zur Leitung des Polarisxerungsstromes (I) über die Ebene der amorphen magnetischen Dünnschicht (12); und eine Mehrzahl von Spannungsanschlüssen (14_Q bis 14„) zum Aufprägen einer Mehrzahl von Hallspannungen, die jeweils einer Mehrzahl von Ilagnetflüssen (φ., bis φ₉) entsprechen, welche von dem Aufzeichnungsmedium (30) ausgehen.
5. 5. Magnetkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanschlüsse (16^, I62) so angeordnet sind, daß ein erster Winkel (Θ) durc.i die vorgeschriebene Richtung (M) mit der Strömungsrichtung des Polarisierungsstromes (I) gebildet wird, der größer als 0° und kleiner als 90° ist.
6. 6. Magnetkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanschlüsse (14_Q bis 14^) so angeordnet sind, daß ein zweiter Winkel (η), der durch die Strömungsrichtung des Polarisierungsstromes (I) und eine Linie (L) definiert

   ist, welche zwei der Spannungsanschlüsse miteinander verbindet (T4_O mit einen der Anschlüsse 14- bis 14^), größer als 0° und kleiner als 180° ist.
7. 7. Magnetkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (Θ) auf etwa 45 +30° eingestellt ist.
8. 8. Magnetkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkel (η) etwa 90 ±60° beträgt.
9. 9. Magnetkopf nach e.Lnem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) aus einer Legierung gebildet ist, die ein Element der Seltenen Erden und ein ubergangsmetallelement enthält.
10. 10. Magnetkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Seltenen Erde,n Gadolinium ist und daß der Gadoliniumgehalt in der Legierung etwa 15 bis etwa 40 Atom-% beträgt.
11. 11. Magnetkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das.Übergangsmetall <2in Element aus der Eisengruppe ist.
12. 12. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) eine geringere Dicke als etwa 0,2 Mikron aufweist.
13. 13. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

    a) eine amorphe magnetische Dünnschicht (12) wird gebildet, die ein Element der Seltenen Erden und ein Ubergangsmetallelement enthält, und zwar auf einer vorgeschriebenen Ebene (10-) eines ersten Isolierblocks (10) (Fig. 1);

    b) Polarisierungsstromanschlüsse (16-j, 16₂) und Signalleitungen (14_Q, 14.j) werden auf der Oberfläche der amorphen

    magnetischen Dünnschicht (12) und der vorgeschriebenen Ebene (10-) des ersten Isolierblocks (10) gebildet;

    c) ein zweiter Isolierblock (20) wird auf der vorgeschriebenen Ebene (10^) des ersten Isolierblocks (10) so aufgesetzt, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) zwischen dem ers-ten und dem zweiten Isolier block (10, 20) gehalten ist (Fig. 2); und

    d) der erste und der zweite Isolierblock (10, 20) werden auf einer Seite so geschliffen, daß die geschliffene Fläche (24) im wesentlicher senkrecht zur Achse (M) leichter Magnetisierung dei amorphen magnetischen Dünnschicht (12) ist (Fig. 3).
14. 14. Verfahren nach Anspruch 1»:, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) durch Zerstäubung aufgebracht wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) durch thermischen Vakuumniederschlag auf der Grundlage einer Elektronenstrahl-Erhitzung gebildet wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) gebildet wird, während der erste Isolierblock (10) gedreht wird.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Dünnschicht (12) gebildet wird, indem der Stoff, aus dem sie gebildet ist, in der angegebenen Richtung auf der vorgeschriebenen Ebene (10^) des ersten Isolierblocks (10) abgelagert wird, und daß eine Senkrechte, die durch die vorgeschriebene Richtung (M) mit der vorgeschriebenen Ebene definiert ist, einen vorgeschriebenen spitzen Winkel aufweist.

    1.8. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschriebene Winkel etwa 60° beträgt.