DE3246282C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halleffekt-Magnetkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Halleffekt-Magnetkopf ist bereits in der DE-OS 30 39 290 beschrieben. Es ist bekannt, daß die Frequenzcharakteristik eines Magnetkopfes, der ein Hallelement als magnetisch elektrischen Wandler verwendet, insbesondere auch von der Breite des den magnetischen Fluß aufnehmenden ersten Spaltes, also des Spaltes, der dem Aufzeichnungsträger am nächsten liegt, abhängt. Gerade die Spaltbreite dieses vorderen oder Frontspaltes hat großen Einfluß auf die Frequenzcharakteristik. Zur Erhöhung der Auflösung bei Hochfrequenzsignalen sollte die Spaltbreite möglichst gering sein. Da dies auf Schwierigkeiten stoßen würde, wenn das Hallelement im Bereich dieses Frontspaltes angeordnet wäre - zur Erzeugung des Halleffekts wird eine bestimmte minimale Dicke des Hallelementes benötigt - wird in der DE-OS 30 39 290 bereits vorgeschlagen, das Hallelement in einen bezüglich des ersten Spaltes weiter hinten liegenden zweiten Spaltes einzusetzen, so daß der Frontspalt ohne Rücksicht auf die Dicke des Hallelementes verkleinert werden kann.

Bei dem bekannten Halleffekt-Magnetkopf hat diese Anordnung des Hallelementes in dem zweiten Spalt jedoch immer noch den Nachteil, daß ein großer Anteil des erfaßten magnetischen Flusses im Bereich des ersten Spaltes kurzgeschlossen wird, so daß die Größe des zum Hallelement in dem zweiten Spalt übertragenen magnetischen Flusses reduziert wird. Ein derartiges, in einem weiter hinten gelegenen zweiten Spalt angeordnetes Hallelement besitzt aber, wenn der vordere erste Spalt sehr klein gehalten ist, relativ schlechte Wiedergabeeigenschaften bei hohen Frequenzen, so daß in der DE-OS 30 39 290 vorgeschlagen wird, zwischen dem Aufzeichnungsträger und dem Hallelement eine Wicklung anzuordnen, die dann insbesondere für die Wiedergabe des Hochfrequenzbereiches verwendet werden soll. Um ausreichende Wiederausgabeleistungen über die Wicklung zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, entsprechend viele Windungen vorzusehen, die insgesamt relativ große Abmessungen des gesamten Magnetkopfes nach sich ziehen. Darüber hinaus benötigt dieser bekannte Magnetkopf eine geeignete magnetische Abschirmung, um insbesondere den magnetischen Widerstand des sich ergebenden magnetischen Pfades zu erhöhten. Eine solche magnetische Abschirmung begrenzt aber nicht nur die Eigenschaften der Wiedergabe des Magnetkopfes insbesondere bei hohen Frequenzen, sondern macht auch das Produktionsverfahren umständlicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halleffekt-Magnetkopf der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß er bei der Datenwiedergabe in allen Frequenzbereichen eine ausgezeichnete Empfindlichkeit aufweist und der durch Störsignale aufgrund externer Magnetfelder kaum beeinflußt wird, ohne daß spezielle magnetische Abschirmungen vorgesehen sein müssen.

Bei einem Halleffekt-Magnetkopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Wiedergabemagnetkopf arbeitet so, daß der Signalmagnetfluß, der aus dem Band abgeleitet wird, zu dem Hallelement durch den zweiten Spalt hindurch über den ersten Spalt hinweg gelangt und dort von einem hochfrequenten Strom überlagert wird, der von außen über eine Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt wird und somit ein Vormagnetisierungsfeld für das Hallelement darstellt. Der Signalmagnetfluß und das hochfrequente Vormagnetisierungsfeld überlagern sich als Eingangsmagnetfeld für das Hallelement. Da das Hallelement in dem Magnetkopf nach der Erfindung eine Hystereseeigenschaft bezüglich des Eingangsmagnetfeldes und der Hallausgangsspannung aufweist, dreht sich die Polarität der Hallspannung jedesmal um, wenn das Eingangsmagnetfeld den Magnetfeldwert an den Schnittpunkten der Hysteresekurve mit der Magnetfeldachse übersteigt, wobei der Absolutwert der Ausgangsspannung des Hallelements dann immer derselbe bleibt. Daher kann der erfindungsgemäße Hallmagnetkopf auch dann, wenn das Signalmagnetfeld eine sehr geringe Intensität hat, eine solche Magnetfeldstärke hervorrufen, die die genannten Schwellwerte übersteigt, weil es mit einem Vormagnetisierungsfeld einer ausreichend hohen Frequenz überlagert ist. Dies führt zu einer ausgezeichneten Empfindlichkeit.

Um zu verhindern, daß das hochfrequente Vormagnetisierungsfeld auch den Aufzeichnungsträger durchgreift, was zu einem Löschen der dort gespeicherten Information führen würde, wird die Spaltbreite des ersten Spalts größer gewählt als die Spaltbreite im Bereich des zweiten Spaltes, in dem das Hallelement angeordnet ist, so daß das Vormagnetisierungsfeld im wesentlichen im Bereich des Hallelementes zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element durchtritt.

Aufgrund der gewählten Hystereseeigenschaft des Hallelements und der Anwendung von einem überlagerten Magnetfeld ist der erfindungsgemäße Hallmagnetkopf gegenüber äußeren Störmagnetfeldern unempfindlich, so daß es keiner zusätzlichen Abschirmung mehr bedarf. Insgesamt baut der erfindungsgemäße Magnetkopf daher auch wesentlich kleiner als der aus der DE-OS 30 39 290 bekannte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines grundsätzlichen Aufbaus eines Magnetkopfes, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines die vorliegende Erfindung verwendenden Magnetkopfs,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4a bis 4c Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Magnetkopfs gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Zwischenteil weggebrochen ist,

Fig. 6 ein äquivalentes magnetisches Schaltbild, das den Magnetkopf der Fig. 5 darstellt,

Fig. 7 ein Diagramm, das beispielsweise Kennlinien des Magnetkopfs gemäß Fig. 5 veranschaulicht,

Fig. 8 eine Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Obwohl der Halleffekt-Magnetkopf der vorliegenden Erfindung abhängig von der Umgebung und den Verwendungsbedingungen zahlreiche körperliche Ausführungsformen annehmen kann, wurde eine beachtliche Anzahl der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen hergestellt, getestet und verwendet und alle haben äußerst zufriedenstellend gearbeitet.

Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird kurz Bezug genommen auf den grundlegenden Aufbau eines Magnetkopfes, der ein Hallelement verwendet und in Fig. 1 dargestellt ist. Der Magnetkopf 10 ist auf einem Substrat 12 ausgebildet. Ein Aufzeichnungsträger 14 in Form eines magnetischen Aufzeichnungsbandes ist relativ zum Kopf 10 in der durch einen Pfeil FA in der Zeichnung angezeigten Richtung bewegbar. Nur die linke Hälfte des Kopfes 10 ist in der Zeichnung gezeigt, die den Magnetkopf 10 an einen Zwischenteil weggebrochen veranschaulicht. Die nicht gezeigte rechte Hälfte arbeitet mit der linken Hälfte zusammen.

Der Magnetkopf 10 ist in einem Endteil des Substrats 12 untergebracht, der dem bewegten Magnetband 14 gegenüberliegt. Auf dem Substrat 12 ist eine dünne Schicht oder ein Film 16 aus weichmagnetischem Material, etwa Permalloy, abgelagert. Eine dünne Schicht oder ein Film 18 aus Isoliermaterial ist auf dem weichmagnetischen Film 16 ausgebildet. Ein Hallelement 20 ist auf dem Isolierfilm 18 geformt. Das Hallelement 20 wird dargestellt durch einen vertikal magnetisierbaren Film, beispielsweise aus GdFe (Gadolinium-Eisenverbindung) oder GdCo mit nicht gezeigten Stromelektroden versehen, um mit Strom versorgt werden zu können, sowie mit Hallspannungsaufnahmeelektroden 22 und 24. Die Hallspannungselektrode 24 ist mit einer Klemme 26 zum Anschluß mit der Außenseite des Kopfes in Verbindung. Eine der Stromelektroden ist mit einer Klemme 28 verbunden. Die anderen Elektroden sind an Klemmen auf der rechten Hälfte des Magnetkopfs angeschlossen, obwohl sie nicht in der Zeichnung gezeigt sind.

Auf dem Hallelement 20 ist ein Isolierfilm 30 abgelagert, auf dem ein Film 32 aus weichmagnetischem Material abgelagert ist.

Der Magnetfluß, der durch das Magnetband 14 in der Nachbarschaft des Magnetkopfes erzeugt wird, durchdringt einen Teil mit niedrigem magnetischen Widerstand, d. h. die weichmagnetischen Filme 16 und 32. Somit durchdringt der Magnetfluß das Hallelement 20 senkrecht zu dessen Oberfläche. Da ein Strom durch das Hallelement 20 unter einem Winkel von 90° zum Magnetfluß fließt, wird eine Hallspannung in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen des Magnetflusses und des Stromes erzeugt. Die Hallspannung wird über die Elektrode 22 zur Klemme 26 und einer nicht gezeigten Klemme geleitet, über die sie nach außen geführt wird. Die Hallspannung entspricht der Aufzeichnungsmagnetisierung auf dem Magnetband 12, so daß die in dem Magnetband 12 gespeicherten Daten elektrisch durch den Magnetkopf 10 wiedergegeben und nach außen geleitet werden.

Das Hallelement 20 besitzt wie beschrieben einen vertikal magnetisierbaren Film und entwickelt eine Hallspannung V, die eine Hysterese-Eigenschaft bezüglich des angelegten Magnetfelds H aufweist, wie dies beispielsweise in Fig. 4a gezeichnet ist. In Fig. 4a nimmt die Hallspannung V entweder den einen oder anderen der gezeigten Werte VH bzw. VL an. Wird beispielsweise angenommen, daß ein Magnetfeld HC an das Hallelement 20 angelegt wird, das sich in einem durch einen Punkt PA angezeigten Zustand befindet, dann läuft der Zustand des Hallelementes 20 zum Punkt PB, wie dies ein Pfeil in Fig. 4a angibt, so daß die Hallspannung von VL zu VH verändert wird. Somit wird die Richtung des an das Hallelement 20 angelegten Magnetfelds invertiert und somit auch die Polarität der Hallspannung. Das Magnetfeld HC oder HA soll gewöhnlich eine Koerzitivkraft ausüben. Ist das invertierte Magnetfeld größer als das Magnetfeld HC, das an das Hallelement 20 angelegt wird, dann wechselt die Polarität der Hallspannung. Der Magnetkopf der vorliegenden Erfindung dient dazu, eine derartige Eigenschaft des Hallelementes auszunützen.

Zur Erläuterung des neuen und verbesserten Magnetkopfs gemäß der Erfindung wird nun auf die Fig. 2 bis 9 Bezug genommen.

Gemäß den Fig. 2 und 3 besitzt ein Substrat 100 eine weichmagnetische Platte aus Ferrit, Permalloy oder dgl. und liegt beispielsweise mit seiner Stirnfläche 102 einem Magnetband gegenüber. Ein Isolierfilm 104 ist über der gesamten oberen Fläche des Substrats 100 beispielsweise durch Vakuum-Aufdampfung oder chemische Dampfablagerung von SiO₂ (Siliziumoxid), Si₂N₄ (Siliziumnitrid), Al₂O₃ (Aluminiumoxid) oder dgl. ausgebildet.

Der Isolierfilm 104 besitzt in seinem Zwischenabschnitt und benachbart zur Stirnfläche 102 eine dünne Schicht oder einen Film 106 mit einem geeigneten Bereich und ist geeignet, einen vorderen Frontspalt FGA zu definieren, wie dies noch beschrieben wird. Die Schicht 106 kann beispielsweise aus SiO₂ gebildet und mittels der gleichen Technik abgelagert sein, wie sie für die Ablagerung des Isolierfilms 104 verwendet wurde.

Ein Hallelement 108 besteht aus einem vertikal magnetisierbaren Film aus GdFe, GdCo oder dgl., der rückseitig von und in einem geeigneten Abstand von dem Film 106 vorgesehen ist. Elektroden 110 und 112 sind am Hallelement 108 vorgesehen und entsprechend mit Klemmen 114 und 116 verbunden, so daß die in dem Hallelement 102 induzierte Hallspannung nach außen geführt werden kann. Obwohl in den Zeichnungen nicht zu sehen, trägt die senkrecht zur die Elektroden 110 und 112 tragenden Stirnfläche angeordnete Stirnfläche andere Elektroden. Diese unsichtbaren Elektroden sind mit Klemmen 118 bzw. 120 verbunden und dienen dazu, einen Strom durch das Hallelement 108 zu leiten. Alle erwähnten Elektroden und Anschlüsse sind aus Metall, beispielsweise Al, Cu-Cr oder Au-Cr gebildet und durch Vakuumverdampfung, Elektroablagerung oder eine andere geeignete Methode aufgebracht.

Auf der Hinterseite des Hallelements 108 ist ein leitender Film 122 angeordnet, der zur Entwicklung eines Vormagnetisierungsfeldes dient. Der Film 122 ist an die Klemmen 124 und 126 angeschlossen und durch Verwendung des gleichen Materials und der gleichen Technik gebildet wie dies bei den Elektroden 110 und 112 und dgl. der Fall war.

Der Film 106, die Elektroden 110 und 112 und der leitende Film 122 sind voneinander durch einen Isolierfilm 128 isoliert, der sie von oben bedeckt. Das Material und das Verfahren zum Ablagern des Isolierfilms 128 können die gleichen sein wie sie für den Isolierfilm 104 auf dem Substrat 100 verwendet wurden.

Der Isolierfilm 128 wird von einem weichmagnetischen Film 130 über einen Bereich bedeckt, der sich von der Position des Films 106 zur Position des leitenden Films 122 erstreckt. Der weichmagnetische Film 130 kann aus Permalloy oder einer anderen Legierung, etwa einer Ni-Fe oder Fe-Al-Si beispielsweise durch Vakuumaufdampfung oder Elektroablagerung aufgebracht sein.

Um eine Beziehung zwischen dem Magnetkopf 100 und einem üblichen Magnetkopf herzustellen, ist zu sagen, daß das Substrat 100 und der weichmagnetische Film 130 zusammen einem Magnetkern entsprechen, wobei der durch den Film 106 definierte Spalt FGA einem Luftspalt in dem Magnetkern entspricht; der leitende Film 122 entspricht einer um den Magnetkern gelegten Wicklung.

Der vordere Frontspalt FGA wird durch den Film 106 zwischen dem weichmagnetischen Film 130 und dem Substrat 100 benachbart zum Aufzeichnungsträger gebildet. Rückwärtig zum vorderen Spalt FGA ist ein zweiter Spalt RGA, der durch das Hallelement 108 definiert wird. Rückwärtig zum zweiten Spalt RGA liegt ein dritter Spalt SPA, der durch den leitenden Film 122 definiert wird.

Es wird nun zusätzlich auf die Fig. 4a und 4c Bezug genommen, um die Arbeitsweise des zuvor beschriebenen Magnetkopfs zu erläutern. Die Kurven der Fig. 4a bis 4c zeigen den Fall einer Wechselstromvormagnetisierung. Fig. 4a zeigt die Kennlinie des Hallelements 108, wobei die Abszisse das Magnetfeld H und die Ordinate die Hallspannung V wiedergeben. Fig. 4b zeigt die Änderung des an das Hallelement 108 angelegten elektrischen Feldes über der Zeit t. Fig. 4c zeigt die Änderung der Hallspannung, wie sie von dem Hallelement 108 abgenommen wurde, über der Zeit t.

Ein Wechselstrom wird von außen an den leitenden Film 122 über die Klemmen 124 und 126 angelegt. Die Frequenz dieses Wechselstroms wird vorzugsweise derart gewählt, daß sie zumindest das Fünffache der maximalen Frequenz eines elektrischen Signalfeldes aufweist, wie es durch einen Aufzeichnungsträger erzeugt wird. Der dem leitenden Film 122 zugeführte Strom entwickelt einen Magnetfluß, der das Substrat 100 durchdringt und zu dem weichmagnetischen Film 130 durch das Hallelement 108 gelangt. Somit wird ein Magnetfluß in dem Hallelement 108 im wesentlichen senkrecht zu seiner Oberfläche erzeugt. Dies resultiert in einem Vormagnetisierungsfeld HB für das Hallelement 108, wie dies in Fig. 4b angezeigt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt das Vormagnetisierungsfeld HB eine Amplitude AB, die kleiner ist als diejenige des Magnetfelds HC der Fig. 4a.

Wird ein Signalmagnetfeld HS an den Magnetkopf durch einen nicht gezeigten Aufzeichnungsträger angelegt, dann durchdringt dieses das Substrat 100 und den weichmagnetischen Film 130 und gelangt an das Hallelement 108, wie dies bei dem Vormagnetisierungsfeld HB der Fall ist. Somit steht das Hallelement 108 unter dem Einfluß des zusammengesetzten Magnetfeldes HT aus dem Vormagnetisierungsfeld HB und dem Signalmagnetfeld HS. In Fig. 4b ist angenommen, daß das Signalmagnetfeld HS eine Amplitude AS besitzt.

Zum Zeitpunkt t₁ ist das zusammengesetzte Magnetfeld HT stärker als das Magnetfeld HC, so daß die Hallspannung V des Hallelements 108 den Pegel VH erreicht (Fig. 4c). Dieser Zustand hält bis zum Zeitpunkt t₁ an, d. h. daß die Hallspannung während der Zeitperiode t _a auf dem Wert VH bleibt. Zum Zeitpunkt t₂ wird das zusammengesetzte Magnetfeld HT stärker als das Magnetfeld HA, wodurch das Ausgangssignal des Hallelementes 108 auf den VL-Pegel wechselt. Diese VL-Hallspannung wird für eine Zeitdauer t _b bis zum Zeitpunt t₃ aufrechterhalten. Zum Zeitpunkt t₃ wird das zusammengesetzte Magnetfeld HT wiederum stärker als das Magnetfeld HC und die Hallspannung invertiert zum VH-Pegel. Dieser Hallspannungspegel VH bleibt über die Zeit t _c bis zum Zeitpunkt t₄ erhalten. Auf diese Weise wird das an das Hallelement 108 angelegte Magnetfeld bestimmt durch das Vormagnetisierungsfeld HB derart, daß das Signalmagnetsignalfeld HS nicht sehr weit über das Magnetfeld HC oder HA schwankt, das die Koexerzitivkraft ausübt. Der Magnetkopf kann somit sehr gut auch eine sehr geringe Änderung in dem Signalmagnetfeld in ein elektrisches Signal umsetzen, und zwar aufgrund der Invertierung der Hallspannung, so daß sich eine ausgezeichnete Empfindlichkeit ergibt.

Die Amplitude AB des Vormagnetisierungsfeldes HB sollte notwendigerweise nicht kleiner als die Größe des Magnetfeldes HC sein. Der Grundgedanke ist, daß die Amplitude AS des Signalmagnetfeldes größer oder gleich beispielsweise einem Schwellwert Δ H = |AB-HC | ist. Die Amplitude AB des Vormagnetisierungsfeldes HB wird derart bestimmt, daß sie dieser Bedingung genügt.

Fig. 5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 ist der Magnetkopf als in zwei Teile längs eines Zwischenabschnitts gezeigt, um das Verständnis zu erleichtern, wobei nur die wesentlichen Aufbauelemente dargestellt sind unter Weglassung der Isolierfilme der Fig. 2. Der Magnetkopf besitzt einen Magnetkern 500, der einen Magnetkern 504 in seinem obersten Mittelbereich benachbart zu seiner Stirnfläche 502 aufweist, die einem nicht gezeigten Aufzeichnungsträger während des Betriebs gegenüberliegt. Die Magnetkerne 500 und 504 bilden zwischen sich einen ersten Spalt, der aus einem vorderen Frontspalt FGB und einem Abschnitt größerer Spalthöhe SPB besteht, einen zweiten Spalt RGB und einen dritten Spalt, bestehend aus einem Abschnitt SPC größerer Spalthöhe und einem Abschnitt RGC, in der Reihenfolge von der der Stirnfläche 502 des Magnetkerns 500 her aufgeführt. Der zweite Spalt RGB ist kleiner dimensioniert als der vordere Frontspalt FGB, so daß der magnetische Widerstand des zweiten Spaltes RGB geringer als derjenige des vorderen Frontspaltes FGB ist. Der Abschnitt RGC des dritten Spaltes ist andererseits größer als der vordere Frontspalt FGB, so daß der magnetische Widerstand des Abschnitts RGC größer als derjenige des vorderen Frontspaltes FGB ist.

In dem zweiten Spalt RGB ist das Hallelement 506 untergebracht, das 0,01-0,1 µm dick ist. Das Hallelement 506 weist ähnlich wie das Hallelement 108 der Fig. 3 einen vertikal magnetisierbaren Film auf, der beispielsweise aus GdFe oder GdCo besteht und durch Vakuumaufdampfung oder -aufstäubung aufgebracht sein kann. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 besitzt das Hallelement 506 Stromelektroden und Hallspannungselektroden, die entsprechend mit den Klemmen 508, 510, 512 bzw. 514 verbunden sind.

In dem Abschnitt SPC ist ein Leiter 516 untergebracht, der mit einer Klemme 518 an seinem einen Ende und mit einer Klemme 520 an dem anderen Ende verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Klemmen 518 und 520 einstückig mit dem Leiter 516 ausgeführt, so daß ein Strom durch die Klemme 518 zur Klemme 520 fließen kann, wie dies durch die Pfeile FB und FC in der Zeichnung angezeigt ist. Dieser Strom entwickelt ein Magnetfeld in der Nachbarschaft des Leiters 516, das auf das Hallelement als Vormagnetisierungsfeld einwirkt. Die Beziehung zwischen dem Vormagnetisierungsfeld und dem durch einen Aufzeichnungsträger hervorgerufenen Signalmagnetfeld, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4c beschrieben wurde, gilt auch für das Ausführungsbeispiel der Fig. 5.

Der in Fig. 5 gezeigte Aufbau kann durch eine äquivalente magnetische Schaltung bezüglich des Signalmagnetfeldes dargestellt werden, wie dies Fig. 6 zeigt. Eine magneto-motorische Kraft e, die das Signalmagnetfeld erzeugt, entspricht der elektromotorischen Kraft eines elektrischen Stromes und ist als Spannungsquelle dargestellt. Der durch die magneto-motorische Kraft e erzeugte Magnetfluß Φ entspricht dem Strom in einer elektrischen Schaltung. Ferner entsprechen die magnetischen Widerstände RC₁, RC₂, Rg, RH und RB den Widerständen in einer elektrischen Schaltung. Von den magnetischen Widerständen entsprechen Rg, RH und RB dem vorderen Frontspalt FGB, dem zweiten Spalt RGB bzw. dem Abschnitt RGC, die parallel zur magneto-motorischen Kraft e geschaltet sind. Der Widerstand RC₁ ist der Widerstand der Magnetkerne 500 und 504 zwischen dem vorderen Frontspalt FGB und dem zweiten Spalt RGB. In ähnlicher Weise ist der Widerstand RC₂ der Widerstand der Magnetkerne 500 und 504 zwischen dem zweiten Spalt RGB und dem Abschnitt RGC. Somit ist der Widerstand RC₁ mit den Widerständen Rg und RH verbunden, während der Widerstand RC₂ mit den Widerständen RH und RB in Verbindung steht.

Für die zuvor beschriebene äquivalente magnetische Schaltung kann die für übliche elektrische Schaltungen bekannte Berechnung durchgeführt werden, um den Magnetfluß Φ H in dem Abschnitt des magnetischen Widerstandes RH zu bestimmen, der das Hallelement 506 durchdringt, und zwar wie folgt:

Da in der Gleichung (1) sowohl der magnetische Widerstand RC₁ als auch der magnetische Widerstand RC₂ der Magnetkerne vernachlässigbar klein, verglichen mit den magnetischen Widerständen Rg, RH und RB der Spalte FGB, RGB und RGC ist, kann die Gleichung (1) geschrieben werden als:

Gleichung (2) wird durch die Kurven in Fig. 7 dargestellt, in der die Ordinate Φ H/Φ die Abszisse RB/Rg und RH/Rg der Parameter ist. Aus den Kurven ergibt sich, daß das Verhältnis Φ H/Φ umso größer wird, je kleiner das Verhältnis RH/Rg ist. Wird somit der magnetische Widerstand RH des zweiten Spaltes RGB kleiner als der magnetische Widerstand Rg des vorderen Frontspaltes FGB, dann wird die Magnetfluß-Komponente Φ H des Signalfeldes, die das Hallelement 506 durchdringt, stärker, was die Empfindlichkeit des Magnetkopfs entsprechend verbessert. Andererseits ist der magnetische Widerstand RH geringer als der Magnetfluß Rg und zwar infolge der Tatsache, daß das Hallelement 506 aus einem vertikal magnetisierbaren Film besteht, der in dem zweiten Spalt RGB untergebracht ist, wobei der zweite Spalt RGB kleiner als der vordere Frontspalt FGB bemessen ist. Somit durchdringen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fast alle Komponenten des Magnetflusses Φ das Hallelement 506, so daß der Magnetkopf eine höhere Empfindlichkeit erzielt.

Außerdem beeinträchtigt der Magnetfluß des durch den Leiter 516 erzeugten Vormagnetisierungsfeldes kaum den Aufzeichnungsträger. Dies kommt daher, daß der in Frage kommende Magnetfluß durch den zweiten Spalt RGB verläuft, dessen Widerstand wie beschrieben, klein ist, und kaum durch den vorderen Frontspalt FGB fließen kann.

In Fig. 7 erhöht sich das Verhältnis Φ H/Φ proportional zum Verhältnis RB/Rg. Anders ausgedrückt, erhöht sich der Magnetfluß Φ H durch das Hallelement 506, wenn der magnetische Widerstand RB des Abschnitts RGC höher als der magnetische Widerstand Rg des vorderen Frontspaltes FGB wird. In der Praxis ist der magnetische Widerstand RB zumindest die Hälfte, vorzugsweise das Ein- bis Zweifache des magnetischen Widerstandes Rg. Bei einer derartigen Wahl des magnetischen Widerstandes RB des Abschnitts RGC kann die Empfindlichkeit des Magnetkopfes verbessert und auch dann konstant gehalten werden, wenn Ungenauigkeiten in der Bemessung des vorderen Spalts FGB vorhanden sind. Dies fördert die Massenherstellung derartiger Magnetköpfe mit verbesserter Widergabefähigkeit.

Fig. 8 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das im wesentlichen gleich dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist und in der gleichen Weise veranschaulicht wird wie in der Fig. 5. Der Unterschied besteht darin, daß gemäß Fig. 8 ein zweites Hallelement 800 in dem Abschnitt RGC des dritten Spaltes zusätzlich zu dem Hallelement 506 in dem zweiten Spalt RGB vorgesehen ist. Das Hallelement 800 ist wie das Hallelement 506 mit Stromelektroden und Hallspannungselektroden versehen, die mit den Klemmen 802, 804, 806 bzw. 808 verbunden sind. Das Hallelement 800 besteht aus einem vertikal magnetisierbaren Film, der aus einem Material hergestellt und mittels einer Technik abgelagert ist, die derjenigen des Hallelements 506 gleichen.

Bei dieser Anordnung werden Hallspannungen entsprechend einem Singalmagnetfeld von den Hallelementen 506 und 800 abgegeben. Die Hallspannungen werden differentiell über Differentialverstärker oder dgl. Schaltungselemente (nicht gezeigt) aufgenommen. Das resultierende Signal wird praktisch kaum von externen Störsignalen beeinflußt.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das dahingehend verbessert ist, um wirksam die Beeinträchtigung eines Aufzeichungsträgers durch das Vormagnetisierungsfeld zu eliminieren. Der Magnetkopf nach Fig. 9 ist in der gleichen Weise dargestellt wie der Magnetkopf gemäß den Fig. 5 oder 8. Wie gezeigt, besitzt der Magnetkopf einen Magnetkern 900, der in einem obersten Zentralbereich benachbart zu einer Stirnfläche 902 einen Magnetkern 904 trägt, die einem nicht gezeigten Aufzeichnungsträger gegenüberliegt. Zwischen den Magnetkernen 900 und 904 werden ein vorderer Frontspalt FGC, ein Abschnitt SPD, ein zweiter Spalt RGD, ein dritter Spalt mit einem Abschnitt SPE und einem Abschnitt RGE definiert, und zwar in der Reihenfolge von der Stirnfläche 902 aus aufgezählt. Der zweite Spalt RGD ist kleiner bemessen als der vordere Frontspalt FGC, so daß der magnetische Widerstand des zweiten Spalts RGD kleiner sein kann als derjenige des vorderen Frontspaltes FGC. Der Abschnitt RGE ist größer bemessen als der vordere Frontspalt FGC, und somit ist der magnetische Widerstand des Abschnitts RGE größer als derjenige des vorderen Frontspaltes FGC.

Ein Hallelement 906, das etwa 0,01-0,1 µm dick ist, ist in dem zweiten Spalt RGD untergebracht. Das Hallelement 906 besteht, wie das Hallelement 108 der Fig. 3, aus einem vertikal magnetisierbaren Film, der aus GdFe oder GdCo hergestellt und durch Vakuumverdampfung oder -zerstäubung gebildet sein kann. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 oder 3 ist das Hallelement 906 mit Stromelektroden und Hallspannungselektroden versehen, die mit Klemmen 908, 910, 912 bzw. 914 verbunden sind.

Ein Leiter 916 ist in dem Abschnitt SPD vorgesehen und mit Klemmen 918 und 920 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Klemmen 908 und 920 integriert mit dem Leiter 916 ausgebildet, so daß ein Strom von der Klemme 918 zu der Klemme 920 angezeigt durch die Pfeile FD und FE, fließt. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Leiter 922 in dem Abschnitt SPE angeordnet und mit Klemmen 924 und 926 verbunden. Wiederum ist der Leiter 922 mit den Klemmen 924 und 926 einstückig ausgebildet, was einen Stromfluß von der Klemme 924 zur Klemme 926 gemäß Pfeilen FF und FG ermöglicht. Somit ist die Stromrichtung durch den Leiter 922 entgegengesetzt zu derjenigen durch den Leiter 916.

Der in 9 gezeigte Aufbau entspricht im wesentlichen demjenigen der Fig. 5 mit der Ausnahme des Leiters 916 und der Klemme 918 und 920, wobei die Funktionen der verschiedenen Teile im wesentlichen die gleichen sind. Es ist zu beachten, daß in Fig. 9 die Schraffierung teilweise an der zentralen Schnittfläche des Magnetkerns 904 vollkommen weggelassen ist. Stattdessen sind an diesen Schnittflächen der Magnetkerne 900 und 904 strichpunktierte Linien gezeigt, die die Vormagnetisierungsflüsse Φ BF und Φ BH veranschaulichen, die durch den über den Leiter 922 zugeführten Strom hervorgerufen werden sowie den Magnetfluß Φ R, der durch den Strom durch den Leiter 916 erzeugt wird.

Wird in Fig. 9 ein Strom dem Leiter 922 gemäß den Pfeilen FF und FG zugeführt, dann entwickelt sich ein Vormagnetisierungsfluß Φ BH, der durch den zweiten Spalt RGD und den Abschnitt RGE verläuft, sowie ein Vormagnetisierungsfluß Φ BF, der durch den vorderen Frontspalt FGC und den Abschnitt RGE verläuft. Da der magnetische Widerstand des zweiten Spalts RGD wesentlich kleiner als derjenige des vorderen Frontspaltes FGC ist, ist auch der Vormagnetisierungsfluß Φ BF wesentlich geringer als der Vormagnetisierungsfluß Φ BH.

Fließt nun ein Strom durch den anderen Leiter 916 gemäß den Pfeilen FD und FE, dann wird ein Magnetfluß Φ R gebildet, der durch den vorderen Frontspalt FGC und den zweiten Spalt RGD verläuft. Der Stromfluß durch den Leiter 916 tritt mit der gleichen Frequenz und Phase auf wie der Stromfluß durch den Leiter 922, jedoch mit entgegengesetzter Richtung. Somit ist der Magnetfluß entgegengesetzt zu dem Magnetfluß Φ BF in dem vorderen Frontspalt FBC, jedoch gemeinsam zu dem Magnetfluß Φ BH in dem zweiten Spalt RGD. Mit anderen Worten, hebt der Magnetfluß Φ R den Vormagnetisierungsfluß Φ B in dem vorderen Frontspalt FDC auf, während er dem Vormagnetisierungsfluß Φ BH in dem zweiten Spalt RGD überlagert wird. Hieraus folgt, daß bei entsprechender Wahl des durch den Leiter 916 geleiteten Stroms das Magnetfeld bzw. der Magnetfluß in dem vorderen Frontspalt FGC vollständig aufgehoben werden kann, um den Einfluß des Vormagnetisierungsfeldes auf einen Aufzeichnungsträger zu eliminieren.

Obwohl sich auch ein Magnetfluß durch den vorderen Frontspalt FGC und den Abschnitt RGE entwickelt, ist verständlich, daß ein derartiger Magnetfluß lediglich dazu dient, den in dem Abschnitt des dritten Spaltes gebildeten Magnetfluß aufzuheben.

Zusammenfassend zeigt sich somit, daß die vorliegende Erfindung einen Magnetkopf bringt, der eine ausgezeichnete Empfindlichkeit besitzt und der für eine Integration geeignet ist und äußerst kleine Abmessungen auch bei einer Vielkanalanordnung ermöglicht. Außerdem ist der Magnetkopf gemäß der Erfindung unempfindlich gegenüber dem Einfluß von Störsignalen, wie sie durch äußere Magnetfelder hervorgerufen werden, und es erfolgt keine Beeinträchtigung des Aufzeichnungsträgers. Aus diesen Gründen ist der Magnetkopf wirtschaftlich und entspricht trotzdem der gegenwärtigen Tendenz für eine Datenaufzeichnung hoher Dichte.

Für den Fachmann ergeben sich die verschiedensten Modifikationen des vorliegenden Halleffekt-Magnetkopfs. Beispielsweise können die Magnetfeld- Entwicklungsvorrichtungen, die bei allen vorstehenden Ausführungsformen als dünne Schichten oder Filme gezeigt wurden, derart aufgebaut sein, daß sie einen vorderen Spalt und einen hinteren Spalt in einem normalen Magnetkern definieren, ein Hallelement darin aufgenommen wird und eine Leitung auf dem Magnetkern gewickelt ist. Für eine Vielkanal-Magnetkopfanordnung wird im allgemeinen ein Substrat oder ein Magnetkern, der als Substrat dient, gemeinsam für alle Magnetköpfe verwendet. Auch ist die Anzahl der hinteren Spalte nicht auf ein oder zwei begrenzt, sondern es können auch drei oder mehr vorgesehen sein. Das den Magnetkopf darstellende magnetische Material kann hartes Permalloy (78% Ni, 21% Fe, Spuren anderer Elemente mit zugesetztem Ti oder Si, Sendust-Legierung (7-13% Si, 4-7% Al, Rest Fe) oder, falls erwünscht, ein amorphes Material sein.

Claims (9)

1. Halleffekt-Magnetkopf zum Abspielen von Datensignalen und ähnlichem, die auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet sind, mit einem ersten magnetischen Element und einem diesem gegenüberliegenden zweiten magnetischen Element, mit einem ersten Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element, der auf den Aufzeichnungsträger weist, mit einem zweiten Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element, der hinter dem ersten Spalt liegt und mit einem Hallelement, das in dem zweiten Spalt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Hallelement (108; 506; 906) ein Element vorgesehen ist, welches zwischen einem Eingangsmagnetfeld und der Hallausgangsspannung eine Hystereseeigenschaft besitzt und daß nach hinten anschließend an den zweiten Spalt (RGA; RGB; RGD) zwischen dem ersten (100; 500; 900) und dem zweiten (130; 504; 904) magnetischen Element ein dritter Spalt (SPA; SPC, RGC; SPE, RGE) gebildet ist und daß in dem dritten Spalt eine erste Einrichtung (122; 516; 922) zur Erzeugung eines Magnetfeldes zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element angeordnet ist, die mit einem äußeren, bezüglich der Datensignalfrequenz hochfrequenten Strom über Anschlüsse (124, 126; 518, 520; 924, 926) beaufschlagt ist, so daß ein Magnetfluß entsteht, der sich über den im Bereich des ersten Spaltes entstehenden Datensignalmagnetfluß legt, um so ein überlagertes Eingangsmagnetfeld (HS, HB) für das Hallelement zu erzeugen und daß der magnetische Widerstand des zweiten Spaltes kleiner als der des ersten Spaltes ist.

2. Halleffekt-Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spalt von einem vorderen Frontspalt (FGB, FGC) in einen sich daran in Richtung zum zweiten Spalt anschließenden Abschnitt (SPB, SPD) größerer Spalthöhe übergeht.

3. Halleffekt-Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Abschnitt größerer Spalthöhe (SPD) eine zweite Einrichtung (916) zur Erzeugung eines Magnetflusses verläuft, der dem von der ersten Einrichtung (922) erzeugten Magnetfluß im Frontspalt (FGC) entgegenwirkt.

4. Halleffekt-Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite magnetische Element (100, 130; 500, 504; 900, 904) aus einer dünnen Schicht aus weichmagnetischem Material besteht.

5. Halleffekt-Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierschicht (104) zum Isolieren des ersten und zweiten magnetischen Elementes (100, 130) von anderen Bauelementen des Magnetkopfes vorgesehen ist.

6. Halleffekt-Magnetkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalthöhe des zweiten Spaltes (RGA; RGB; RGD) kleiner als die Spalthöhe des ersten Spaltes auf der Stirnseite (102; 502; 902) ist.

7. Halleffekt-Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Spalt aus einem sich an den zweiten Spalt (RGB; RGD) anschließenden Abschnitt (SPC; SPE) größerer Spalthöhe und einem sich daran anschließenden Abschnitt (RGC; RGE) kleinerer Spalthöhe zusammensetzt, wobei die erste Einrichtung (516; 922) in den Abschnitt (SPC; SPE) größerer Spalthöhe durchläuft.

8. Halleffekt-Magnetkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt kleinerer Spalthöhe (RGC; RGE) eine Spalthöhe aufweist, die größer ist als diejenige des Frontspaltes (FGB; FGC).

9. Halleffekt-Magnetkopf nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hallelement (108; 506; 906) durch eine vertikale magnetisierbare dünne Schicht gebildet wird.