DE3390321T1

DE3390321T1 - Dünnfilm-Magnetkopf

Info

Publication number: DE3390321T1
Application number: DE19833390321
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Neyagawa Osaka Kaminaka; Satoru Hirakata Osaka Mitani; Hiroshi Hirakata Osaka Youda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-11-10
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3390321C2; US4663683A; WO1984002028A1

Description

Beschre ibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dünnfilm-Magnetkopf, der zur Wiedergabe der Signalmagnetisierung auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, beispielsweise einem Magnetband o.dgl., eingesetzt wird.

Der Dünnfilm-Magnetkopf verwendet den magnetoresistiven Effekt eines ferromagnetische^ dünnen Films. Er ist geeignet als Wiedergabekopf von PCM(Pulse Coded Modulation) -Signalen ö.dgl., da sein Wiedergabe-Ausgangssignal nicht von der relativen Geschwindigkeit in Bezug auf das Aufzeichnungsmedium abhängt und das Ausgangssignal verhältnismäßig groß ist. Zur tatsächlichen Verwendung muß der Dünnfilm-Magnetkopf mit seinem Arbeitspunkt so gesetzt werden, daß seine Linearität so gut wie möglich ist, da die Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld und dem Widerstand nicht linear ist.

Abschirmschichten aus hochpermeablem Material sind auf entgegengesetzten Seiten des ferromagnetischen dünnen Filmes angeordnet, um die Auflösung in Bezug auf das Signal-Magnetfeld zu verbessern. Innerhalb der Abschirmschichten ist eine Einrichtung vorgesehen, die dem ferromagnetischen dünnen Film ein Vorspannungsmagnetfeld anlegt.

Zum Anlegen eines solchen Vorspannungsmagnetfeldes werden zwei Verfahren in Erwägung gezogen. Das eine verwendet einen hartmagnetischen Film in der Umgebung des

ferromagnetischen dünnen Films. Das andere läßt einen elektrischen Strom durch einen elektrisch leitfähigen Film fließen, der nahe dem ferromagnetischen dünnen Film angeordnet ist. Das erste Verfahren besitzt den Nachteil, daß aufgrund des hartmagnetischen Films für die Vorspannung eine Demagnetisierung des Aufzeichnungsmediums auftritt. Das zweite Verfahren besitzt den Nachteil, daß bei Magnetköpfen mit schmalem Spalt die Verzerrung (der Klirrfaktor) groß wird, da der Vorspannungsstrom aufgrund der Begrenzung der Stromkapazität des Films nicht bis zum optimalen Punkt fließen kann. Wird eine Gegentakt-Konstruktion zur Herabsetzung der Verzerrung verwendet, so wird ein hoher Grad an Azimutgenäuigkeit erforderlich. Dies erschwert im praktischen Gebrauch ein Auswechseln. Wird die Vorspannungseinrichtung in dem Spalt zwischen dem ferromagnetischen Film und den Abschirmschichten angeordnet, so stellt dies ein Hindernis dar, wenn die Spaltbreite verringert werden soll. Dadurch wird die Herstellung eines Magnetkopfes zum Wiedergeben kurzer Wellenlängen schwierig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dünnfilm-Magnetkopf mit schmalem Spalt vorzuschlagen, der in der Lage ist, kurze Wellenlängen mit geringer Verzerrung wiederzugeben, indem der Arbeitspunkt des ferromagnetischen dünnen Films auf einen optimalen Wert gesetzt wird, ohne daß in dem Spalt eine Vorspannungseinrichtung vorgesehen werden muß, die eine Begrenzung beim Verkleinern der Spaltbreite darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Magnetkopf vorgesehen wird, der einen ferromagnetischen dünnen Film mit einem Gitter auf mindestens einer seiner Oberflächen aufweist und den magnetoresistiven Effekt zeigt, daß die Winkel zwischen der Richtung des Gitters und dem durch den ferromagnetischen dünnen Film fließenden Strom größer als 60° und kleiner als 80° gewählt werden, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die elektrischen Strom durch den ferromagnetischen dünnen Film fließen lassen, daß hochpermeable Elemente auf entgegengesetzten Seiten des ferromagnetischen dünnen Films angeordnet sind, und daß ein nichtmagnetisches isolierendes Element zwischen dem ferromagnetischen dünnen Film und den hoch permeablen Elemente angeordnet ist.

Im folgenden wird anhand der Figuren die Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm des Funktionsprinzips eines Dünnfilm-Magnetkopfes,

Fig. 2 die magnetische Flußverteilung innerhalb eines ferromagnetischen dünnen Films,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Magnetkopf

gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein Abschnitt des ferromagnetischen

dünnen Films des Magnetkopfes gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 5 die Beziehung zwischen der Tiefe und dem Strichabstand.des Gitters und der Größe eines anisotropen Magnetfeldes,

- yf -

Fig. 6 die sekundäre Verzerrung abhängig von der äußeren Vorspannung des Magnetkopfes gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 die Arbeitsweise des Magnetkopfes gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 8 die Beziehung zwischen dem Strichabstand des Gitters, der Dicke des ferromagnetischen dünnen Films und der Größe des anisotropen Magnetfeldes,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkopfes gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 11 einen Schnitt durch einen Magnetkopf gemäß einer vierten Ausführungsform,

Fig. 12 eine Konfiguration des Gitters auf dem

ferromagnetischen dünnen Film des Magnetkopfes gemäß der vierten Ausführungsform, und

Fig. 13 die Arbeitsweise des Magnetkopfes gemäß der vierten Ausführungsform.

In einem beidseitig abgeschirmten Magnetkopf, der kurze Wellenlängen wiedergeben kann, ist auf mindestens einer Oberfläche eines ferromagnetischen dünnen Films ein Gitter, Strichmuster oder Raster ausgebildet, das dem ferromagnetischen dünnen Film eine magnetische Anisotropie verleiht. Werden die zwischen der Ausrichtung des Gitters und dem durch den ferromagnetischen dünnen Film fließenden elektrischen Strom gebildeten Winkel

größer als 60° und kleiner als 80° gewählt, so ist es möglich, ein Ausgangssignal mit einer geringeren Sekundärverzerrung zu erhalten, ohne den Einsatz äußerer Vorspannung.

Die Widerstandsveränderung des ferromagnetischen dünnen Films aufgrund eines äußeren Magnetfeldes besitzt die größte Linearität, wenn der zwischen der Magnetisierungsrichtung und der Richtung des elektrischen Stroms gebildete Winkel um 45° beträgt, sofern der ferromagnetische dünne Film eine einachsige Anisotropie besitzt. Daher scheint es am günstigsten, wenn die magnetische Anisotropie des ferromagnetischen dünnen Films einen Winkel von 45° zur Richtung des elektrischen Stromes aufweist. Wie allerdings Fig. 1 zeigt, ist die Magnetisierungsrichtung M in dem ferromagnetischen dünnen Film 1 an den gegenüberliegenden seitlichen Abschnitten, d.h. an den gegenüberliegenden parallel zum elektrischen Strom i verlaufenden Kanten, weniger steil als im mittleren Abschnitt des ferromagnetischen dünnen Films. Grund ist der Einfluß eines Demagnetisierungsfeldes. Außerdem zeigt Fig. 1 Elektroden 2. Werden Abschirmfilme ο.dgl. auf den gegenüberliegenden Seiten des ferromagnetischen dünnen Films angeordnet (vgl. Fig. 2), so dringt mehr äußerer Signal-Magnetfluß φ durch die dem magnetischen Aufzeichnungsmedium benachbarte Seite des ferromagnetischen dünnen Films 1, d.h. durch das vordere Ende des Magnetkopfes, und mit zunehmendem Abstand nimmt der Magnetfluß durch den ferromagnetischen dünnen Film 1 ab. Eine Berechnung des Übertragungsweges (durchgezogene Linie in Fig. 2) unter der An-

nähme, daß der ferromagnetische dünne Film 1 eine Permeabilität von 500, eine Breite von 15 pm und eine Dicke von 50 nm (500 Ä) besitzt, zeigt bei einer Entfernung gl = g2 = 500 nm (0,5 pm) von der Abschirmung, das 70% des Wiedergabeausgangssignal in dem Bereich bei 3 pm vom vorderen Ende bestimmt werden. Demgegenüber zeigt die gestrichelte Linie Φ /W₀ . Aus diesen Daten ergibt sich, daß das vordere Ende des Magnetkopfes den wesentlichen Beitrag zum Ausgangssignal liefert. Um die sekundäre Verzerrung im Ausgangssignal des Magnetkopfes herabzusetzen, muß die Magnetisierung M im Bereich des vorderen Endes des Magnetkopfes optimal ausgerichtet sein. Mit anderen Worten, falls die Anisotropie durch ein auf der Oberfläche des ferromagnetischen dünnen Films ausgebildetes Gitter verliehen werden soll, so werden bei Berücksichtigung des Einflußes des Demagnetisierungsfeldes am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films günstige Ergebnisse erzielt, wenn die zwischen der Ausrichtung des Gitters und der Flußrichtung des elektrischen Stromes gebildeten Winkel größer als 60° und kleiner als 80° sind. Dies hängt teilweise von der Anordnung der Magnetköpfe ab.

Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Magnetkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf einem Substrat 3 aus hochpermeablem (weichmagnetischem) Material wie beispielsweise Ferrit o.dgl. ist ein ferromagnetischer dünner Film 5 aus Ni-Fe o.dgl. mit einer Dicke von 50 nm (500 A) angeordnet, über einem nichtmagnetischen isolierenden Film 4 aus S1O2 o.dgl. mit einer Dicke von 500 nm

(0,5 pm). Elektroden 6 aus nichtmagnetischem elektrisch leitfähigem Material wie beispielsweise Gold, Kupfer, Aluminium o.dgl. stehen in Kontakt mit den Endabschnitten des ferromagnetischen dünnen Films 5. Ein magnetischer Abschirmfilm 7 von 500 nm (0,5 pm) Dicke aus Ni-Fe, Fe-Al-Si o.dgl. ist über einer weiteren nichtmagnetischen isolierenden Schicht 4 von 500 nm (0,5 pm) Dicke angeordnet. Die dünnen, bisher beschriebenen Filme werden mittels Aufdampfen, Sputtern, Beschichten, Galvanisieren o.dgl. gebildet und mittels Photolithographie in die gewünschte Form gebracht.

Auf der Oberfläche des Substrates 3 wird ein Raster oder Gitter von beispielsweise 300 nm (0,3 pm) Strichabstand und 20 nm (200 K) Tiefe in einem Winkel von 70° zur Richtung des elektrischen Stromes i ausgebildet (vgl. Fig. 4). Das Substrat wird einem Ionenbeschuß (ion-milling) mit einer als Gitter ausgebildeten Schablone aus Photoresistmaterial unter Verwendung des Interferenzeffektes eines Laserstrahls ausgesetzt. Das anisotrope Magnetfeld, das dem ferromagnetischen dünnen Film 5 aufgeprägt wird, unterscheidet sich je nach Strichabstand P und Tiefe D des Gitters. Ein 83 Ni-Fe-FiIm von 50 nm (500 R) Dicke beispielsweise ist in Fig. 5 dargestellt, dabei ist Hk = 36 Oe im Beispiel aus Fig. 4. Beobachtet man die Veränderungen der sekundären Verzerrung des vorbeschrieben präparierten Magnetkopfes abhängig von der Größe des äußeren Vorspannungs-Magnetfeldes , so wird die Verzerrung zu einem Minimum, wenn das äußere Vorspannungs-Magnetfeld im Magnetkopf

A-

zu null wird (vgl. Fig. 6). Bei einem Magnetkopf dagegen, bei dem der zwischen der Ausrichtung des Gitters und der Flußrichtung des elektrischen Stromes gebildete Winkel 50° beträgt, wird die Verzerrung zu einem Minimum, wenn eine äußere Vorspannung angewendet wird. Daher ist ein größerer Wert als 50° für den zwischen der Richtung der durch das Gitter eingeführten Anisotropie und der Flußrichtung des elektrischen Stromes gebildeten Winkel erforderlich. Der Ausrichtungswinkel des Gitters mit dem optimalen Vorspannungspunkt ist in dieser Ausführungsform 70°. Dies ist allerdings nur ein Beispiel und der Winkel kann abhängig von der Dicke, Breite, Spaltbreite etc. des ferromagnetischen dünnen Films verschieden sein. Aufgrund dieser Erkenntnisse und unter weiterer Berücksichtigung von Streuungen bei der Herstellung etc. ergaben sich Winkel, die größer waren als 60° und kleiner als 80°, um einen Zustand nahe dem optimalen Vorspannungspunkt zu erreichen.

Falls die Tiefe des Gitters die Dicke des ferromagnetischen dünnen Films übersteigt, kann der ferromagnetische dünne Film in rippenförmige Abschnitte zerschnitten werden. Daher sollte die Tiefe des Gitters, das die benötigte Stärke des anisotropen Magnetfeldes bilden soll, nicht die Dicke des Films übersteigen und der Strichabstand des Gitters geeignet ausgewählt werden.

Wird an dem so vorbereiteten Magnetkopf von außen ein starkes Magnetfeld angelegt, richtet sich die Magnetisierung in dem ferromagnetischen dünnen Film in eine

Richtung aus. Die Veränderung Δ R des Widerstandes desselben bezüglich eines äußeren Signal-Magnetfeldes Hsig verhält sich in Richtung senkrecht zur Richtung des elektrischen Stromes wie in Fig. 7 dargestellt. Fig. 7B betrifft einen Fall, in dem das äußere Signal-Magnetfeld stärker ist als in Fig. 7A. In diesem Fall wird die Richtung der Magnetisierung in dem ferromagnetischen dünnen Film zufällig, mit einer dementsprechenden Abnahme des Ausgangssignals. Wird die magnetische Anisotropie durch sorgfältige Auswahl des Strichabstandes und der Tiefe des Gitters bewirkt, so daß ein solcher Zustand durch das Signal-Magnetfeld von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium nicht herbeigeführt werden kann, so arbeitet der Magnetkopf zufriedenstellend stabil.

Die Permeabilität der Abschirmfilme sollte so groß wie möglich sein. Es besteht allerdings eine Beziehung zwischen dem anisotropen Magnetfeld und der Filmdicke (vgl. Fig. 8). Die Anisotropie neigt dazu, aufgrund des Einflusses des Gitters im unteren Bereich groß zu werden. Bei gleicher Filmdicke wie in den bekannten Magnetköpfen ist die Permeabilität kleiner. Vorteilhafte charakteristische Eigenschaften können daher erhalten werden, falls die Abschirmfilmdicke über die von bekannten Filmen erhöht wird. Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Dieser Dünnfilm-Magnetkopf ist auf beiden Seiten abgeschirmt. Magnetische Elemente 9 und 10 mit einer hohen Permeabilität sind auf entgegengesetzten Seiten des

ferromagnetischen dünnen Films 8 angeordnet, üblicherweise ist das magnetische Element 9 ein Substrat zum. Bilden des dünnen Films und verwendet ein hochpermeables (weichmagnetisches) Material wie Ferrit o.dgl. Das Gitter wird auf der Oberfläche auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.

Andererseits wird das hochpermeable magnetische Element 10 aus einem dünnen Film einer Legierung wie Ni-Fe, Fe-Al-Si, amorphem ferromagnetischem Material etc. hergestellt und besitzt eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 5 pm. Unter der Annahme, daß eine durchschnittliche Richtung der Magnetisierung M des ferromagnetischen dünnen Films 8 zum elektrischen Strom i einen Winkel O aufweist, kann eine Eigenvorspannung erreicht werden, falls der Winkel θ geeignet ausgewählt wird. Dadurch wird ein lineares Arbeiten möglich. Es ist wichtig, daß keine Störung des Winkels O in der Umgebung des vorderen Endes auftritt.

Demzufolge wird angenommen, daß der Einfluß der Bearbeitungsverformung, die nach dem Bearbeiten des Magnetkopf im Bereich des vorderen Endes verbleibt, mit den Eigenschaften des Magnetkopfes in Verbindung gebracht werden sollte.

In Beispielen wie in Fig. 9 wird üblicherweise der Bereich des vorderen Endes des Magnetkopfes geläppt. Ein solches Verfahren bewirkt - wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß - eine bleibende Druckspannung, die durch

J&-

den Pfeil X dargestellt ist, in einer Ebene parallel zur Fläche ABCD in der Richtung der Dicke des dünnen Films 8 des Magnetkopfes. Die Richtung der Magnetisierung wird daher nicht im geringsten beeinflußt, sofern die Magnetostriktionskonstante Λ des ferromagnetischen dünnen Films 8 genau Null ist (ein nur schwer zu realisierender Zustand), aber der Winkel Q verändert sich aufgrund eines gegen-magnetostriktiven Phänomens, sofern die Magnetostriktionskonstante nicht exakt Null ist. Da die Dicke des ferromagnetischen dünnen Films 8 im Bereich zwischen 50 und nm (500 - 1000 K) liegt, was kleiner als die anderen Abmessungen ist, ist im allgemeinen das Demagnetisierungsfeld in Richtung der Dicke groß. Eine Neigung der Magnetisierung in der Richtung der Dicke tritt daher nicht auf. Näherungsweise sind alle Magnetisierungen in einer Ebene parallel zur Oberfläche BCEF vorhanden.

Falls ^ größer als Null ist, wird die Magnetisierung in eine Richtung senkrecht zur Druckspannung ausgerichtet, um die Energie zu verringern. Dies ist die Richtung, in der der Winkel θ zunimmt (d.h. senkrecht zum Strom i). Falls "^ kleiner als Null ist, wird eine Veränderung in der Richtung bewirkt, die den Winkel verkleinert (d.h. die Richtung parallel zum Strom i), da die Magnetisierung parallel zur Richtung der Druckspannung ausgerichtet ist. In der Umgebung des vorderen Endes neigt die Richtung der Magnetisierung, aufgrund des Demagnetisierungsfeldes dazu, den Winkel 0 zu verkleinern. Um den Einfluß des Demagnetisierungsfeldes aufzuheben und den optimalen Winkel 9 zu erhalten,

ist es vorzuziehen, wenn der Wert "7\ positiv ist.

Andererseits ist es vorteilhaft, wenn der hochpermeable magnetische Film 10 eine magnetostriktive Konstante ^ bei Null oder im Negativen aufweist. Da es wichtig ist, daß dieser Bereich als magnetisches Abschirmelement eine hohe Permeabilität aufweisen sollte, sollte zu diesem Zweck die Anisotropie vorzugsweise in der longitudinalen Richtung 11 sein (d.h. in eine Richtung parallel zur Spurbreite im vorstehenden Fall), um die Funktion der Hartachse verwenden zu können, d.h. die Drehung der Magnetisierung für eine höhere Permeabilität im Hochfrequenzbereich. Da die Permeabilität aber bei übermäßiger Anisotropie ebenfalls abnimmt, sollte die magnetostriktive Konstante nicht zu groß werden, auch wenn sie negativ ist.

Wird die Materialzusammensetzung des ferromagnetischen dünnen Films 8 so gewählt, daß die magnetostriktive Konstante positiv oder Null wird, so scheint dies einen vorbestimmten qualitativen Effekt zu haben. Experimentell hat sich allerdings herausgestellt, daß ins Auge fallende Effekte nur erreicht werden, wenn die magnetostriktive Konstante ^ des hochpermeablen magnetischen Elementes 10 (des dünnen Films aus der Legierung), das als Abschirmung dient, Null oder negativ ist. Folgende Gründe mögen dazu führen. Falls die magnetostriktive Konstante der Zusammensetzung des hochpermeablen magnetischen Elementes 10 positiv ist, ist die effektive Permeabilität am vorderen Ende klein und

daher ist es nicht möglich, die Größe des Demagnetisierungfeldes aufgrund der am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films 8 erzeugten magnetischen Belegungen zu verringern. Demzufolge wirkt am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films 8 die Magnetisierung in einer Richtung, die vom optimalen Winkel ablenkt. Selbst wenn die magnetostriktive Konstante des hochpermeablen magnetischen Elementes 10 Null oder negativ ist und eine hohe Permeabilität an dessen vorderem Ende erhalten wird, so tritt der gewünschte Effekt nicht ein, betrachtet vom Gesichtspunkt der Wiedergabe kurzer Wellenlängen, falls die ausgewählte Zusammensetzung so ist, daß die Magnetisierung vom optimalen Winkel am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films 8 ablenkt.

Die Laufrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums wird durch "y" gekennzeichnet.

Die Auswahl desselben Materials, einer Ni-Fe-Legierung, für den ferromagnetischen dünnen Film 8 und das Element 10 hat folgende Vorteile. Erstens besitzt das hochpermeable Material einen verhältnismäßig großen Magnetwiderstand. Zweitens besitzen Nickel und Eisen nahe beieinanderliegende Dampfdrücke und ihre Zusammensetzung kann verhältnismäßig einfach durch ein Vakuumaufdampfverfahren unter Verwendung einer einzigen Verdampfungsquelle gesteuert werden. Eine genauere Untersuchung liefert darüber hinaus einen dritten Vorteil. Von den nahe beieinanderliegenden Dampfdruckkurven von Nickel und Eisen, besitzt Eisen einen geringfügig höheren Dampfdruck. Während des Aufdampfens finden mehrere Verdampfungen in Bezug auf eine Mutterlegierung mit einer

bestimmten Anfangszusammensetzung, die als Verdampfungsquelle dient, statt. Die Zusammensetzung der Mutterlegierung verändert sich dabei. Dementsprechend entstehen dünne Filme mit veränderter Zusammensetzung aus der Mutterlegierung. Falls dasselbe Material wie in der vorliegenden Erfindung dafür benutzt wird, so kann eine Mutterlegierung geeignet verwendet werden, deren magnetostriktive Konstante zur positiven oder negativen Seite verändert wird. Dies ermöglicht eine effektive Verwendung der Mutterlegierung bzw. Verdampfungsquelle.

Während der Bearbeitung der Magnetköpfe kann der Einfluß des Bearbeitungsdruckes nie vollständig auf Null verringert werden, auch nicht durch die Anwendung irgendwelcher spezieller Bearbeitungsverfahren. Daher sollte stattdessen eine bevorzugte Richtung in Bezug auf die Eigenschaften des Magnetkopfes aufgeprägt werden. Dementsprechend kann die Orientierung der Magnetisierung des vorderen Endes des ferromagnetischen dünnen Films optimiert werden. Zusammen mit der höheren Permeabilität der Abschirmschicht können Wiedergabesignale mit einer guten Linearität und wenig Verzerrung gewonnen werden. Es wird möglich, eine wirksame Wiedergabe kurzer Wellenlängen zu erreichen.

10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dünnfilm-Magnetkopfes einer weiteren Ausführungsform. Auf ein Substrat 12 aus einem hochpermeablen magnetischen Material, beispielsweise Ferrit o.dgl., wird eine Zink-Ferritschicht 13 aus einem nichtmagnetischen isolierenden Material gesputtert. Auf diesem wird ein ferromagne-

tischer dünner Film 14 aus Ni-Fe etc. ausgebildet und Elektroden 15 aus einem nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise Gold, Kupfer o.dgl. Auf diesem wiederum wird ein nichtmagnetischer isolierender Film 16 gebildet. Der Brechungsindex der Zink-Ferritschicht 13 ist größer als der Brechungsindex von Photoresistmaterial (der beispielsweise bei dem Typ AZ-1350J ungefähr 1,6 beträgt). Es ist möglich, eine Abdeckungsschablone mit einem Gitter mit einem Strichabstand von beispielsweise 400 nm (0,4 pm) mittels geeigneter Adhesion und Konfigurationswiedergabe durch Lichtinterferenz und dergleichen herzustellen: während der Interferenzbestrahlung durch einen Laserstrahl oder ähnliches bildet sich eine stehende Welle. Die Position eines Knotens der stehenden Welle wird exakt auf die Grenzfläche von dem Ferrit bzw. dem Keramikteil des nichtmagnetischen isolierenden Materials und dem Photoresistmaterial (das den kleineren Brechungsindex besitzt) ausgerichtet. Daher ist die Adhäsion des Photoresistmaterials nach der Entwicklung gut und die Reproduzierbarkeit der Konfiguration der Abdeckungsschablone wird verbessert. Diese Abdeckschablone wird als Maske eingesetzt. Ein Gitter mit einem Strichabstand von 400 nm (0,4 pm) und einer Tiefe von 40 nm (400 A) wird auf der Oberfläche der Zink-Ferritschicht 13 durch das Ionenbeschußverfahren ausgebildet. In dem darüber ausgebildeten ferromagnetischen dünnen Film 14 entsteht aufgrund des Gitters eine Anisotropie, die sich auf die Konfiguration stützt. Magnetische Anisotropie entsteht in Richtung längs des Gitters. Das anisotrope Magnetfeld Hk beträgt 20 Oe.

-JA -

Außerdem ist das magnetische Aufzeichnungsmedium 17 dargestellt.

Als Vergleichsbeispiel wurde S1O2 auf einer Oberfläche der Zink-Ferritschicht mit 300 nm (0,3 pm) bzw. 500 nm (0,5 pm) abgesetzt und darüber ein ferromagnetischer dünner Film gebildet. Die anisotropen Magnetfelder Hk dieser ferromagnetischen dünnen Filme betrugen 15 Oe bzw. 11 Oe. Wurden dagegen die SiO2~Schichten unter Veränderung der beim Sputtern verwendeten Menge ausgebildet, so streuten die anisotropen Magnetfelder Hk um bis 18 Oe bei e:rner Dicke von 300 nm (0,3 pm) und von bis 15 Oe bei 500 nm (0,5 pm) Dicke. Nach der Bildung der SiO2~Schichten auf der Oberfläche mit dem Gitter wird es schwierig, die Größe des anisotropen Magnet- 7 i feldes Hk entsprechend der Dicke und den beim Sputtern des S1O2 auftretenden Bedingungen mit einer guten Reproduzierbarkeit zu steuern. Diese Unannehmlichkeit liegt vermutlich daran, daß die Erzeugung der Anisotropie sich auf die magnetischen Konfigurationsanisotropie stützt und die Konfiguration des Gitters durch die SiO2~Schicht verändert wird. Verschiedene Arten Ferrite und keramische Grundstoffe wie beispielsweise T1O2, die als Isoliermaterialien verwendet werden, sind sehr hart und besitzen einen genügenden Widerstand gegen Abrieb, Abnutzung oder Verschleiß. Außerdem zeigen sie gute Eigenschaften als Material zum Bilden des Spaltes des Magnetkopfes.

Die magnetischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit in Zink-Ferrit kann üblicherweise durch eine

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Veränderung des Verhältnisses von ZnO und Fe2Ü3 verändert werden. Durch das richtige Zusammensetzungsverhältnis und geeignete Herstellungsbedingungen kann Zink-Ferrit nichtmagnetisch und isolierend gemacht werden. Der spezifische Widerstand von normalerweise erhältlichem Ferrit liegt im Bereich von mehreren SL χ cm bis zu mehreren 10^ Q- χ cm. Dieser Bereich kann gemäß der vorliegenden Erfindung als isolierend betrachtet werden.

Anschließend soll ein Beispiel erläutert werden, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Magnetkopf mit einem Gegentaktaufbau angewendet wird. Fig. 11 zeigt im Schnitt den Aufbau dieses Magnetkopfes. Ein ferromagnetischer dünner Film 21 aus Ni-Fe oder dergleichen wird auf einem Substrat 18 aus einem hochpermeablen magnetischen Material wie beispielsweise Ferrit o.dgl. über einem nichtmagnetischen isolierenden Film 19 aus S1O2 o.dgl. ausgebildet. Elektroden 20 aus einem nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise Gold/ Kupfer o.dgl. sind mit dem ferromagnetischen dünnen Film 21 verbunden. Ein weiterer Film 19 aus demselben nichtmagnetischen isolierenden Material wie eben ist darüber ausgebildet, und darüber ein magnetischer Abschirmfilm 22 aus Ni-Fe, Fe-Al-Si o.dgl. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, ist auf der Oberfläche des Substrates 18 ein Gitter von beispielsweise 300 nm (0,3 pm) Spaltabstand und 2& nm (200 A) Tiefe symmetrisch in Bezug auf die Stellung einer zentralen Elektrode 22b ausgebildet. Elektroden 20a, 2Ob^- und 20c sind mit dem ferromagnetischen dünnen Film 21 ver-

bunden. Diese Abschnitte werden dadurch gebildet, daß das Photoresistmaterial in Form von Streifen als Maske beim Ionenbeschuß verwendet wird. Aufgrund des Gitters besitzt der ferromagnetische dünne Film 21 eine starke Anisotropie in Richtung des Gitters. Die Magnetisierung in dem Film liegt in Richtung längs des Gitters. Wird in diesem Zustand ein starkes äußeres Magnetfeld H in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung des elektrischen Stromes i im ferromagnetischen dünnen Film 21 angelegt (vgl. Fig. 13)/ so richtet sich die Magnetisierung M wie in der Darstellung aus. Wird ein äußeres Signal-Magnetfeld Hsig in einer Richtung senkrecht zum elektrischen Strom i angelegt, d.h. senkrecht zum Magnetfeld H, so erhält man die Wiedergabesignale zwischen den Elektroden 20a und 20b, sowie zwischen den Elektroden 20b und 20c. Wird die Spannung zwischen den Elektroden 20a und 20b erhöht, so sinkt die Spannung zwischen den Elektroden 20b und 20c. Werden daher beide Wiedergabesignale mittels Differentiation entnommen, so können die sekundären harmonischen Verzerrungen in ihnen gegeneinander in einem hohen Grad aufgehoben werden.

Im Gegensatz zu bekannten Magnetköpfen, in denen die Vorspannung durch einen elektrischen durch den elektrisch leitfähigen Film fließenden Strom bewirkt wird, ist es in einem erfindungsgemäßen Magnetkopf möglich, das Ausmaß der sekundären Verzerrung der entsprechenden Elemente in den verschiedenen Bereichen der Richtungen des Gitters auf ein Minimum zu senken, indem die Richtung des Gitters auf der Oberfläche des ferromagne-

tischen dünnen Films geeignet bestimmt wird. Die sekundäre Verzerrung kann demzufolge mittels eines durch
Differentiation gewonnenen Ausgangssignals weiter herabgesetzt werden. Gleichzeitig wird die Zunahme der durch Azimutabweichung verursachten sekundären Verzerrung verringert.

Claims

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., 1006, Oaza Kadoma, Kadoma-shi, Osaka-fu, 571, Japan Dünnfilm-Magnetkopf A η s ρ r ü c h e

1. Dünnfilm-Magnetkopf mit einem ferromagnetischen dünnen Film, mit magnetoresistiver Wirkung und mit einer Einrichtung, die elektrischen Strom durch den ferromagnetischen dünnen Film fließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß auf entgegengesetzten Seiten des ferromagnetischen dünnen Films (1, 5, 8, 14, 21) Elemente (3, 7, 9, 10, 12, 18, 22) aus hochpermeablem Material angeordnet sind, daß zwischen dem ferromagnetischen dünnen Film (1, 5, 8, 14, 21) und den Elementen (3, 7, 9, 10, 12, 18, 22) aus hoch permeablem Material nichtmagnetische isolierende Filme (4, 16, 19) angeordnet sind, daß der ferromagnetische dünne Film (1, 5, 8, 14, 21) auf mindestens einer Oberfläche ein Gitter besitzt, und

WWR/ME/em Teleeopierer Telex pat (I Datex -P Martinistraße 24 Telelon 7 0421-32 68 34 2 44 020 (ι: 44 42IO4O31I n-TKnn Rrnmnn 1 0471-128(H

daß die Richtung des Gitters mit dem durch den ferromagnetischen dünnen Film (1, 5, 8, 14, 21) fließenden elektrischen Strom (i) einen Winkel von mehr als 60° und weniger als 80° einschließt.

2. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter eine Tiefe besitzt, die kleiner ist als die Dicke des ferromagnetischen dünnen Films (1,5, 8, 14, 21).

3. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische dünne Film (1, 5, 8, 14, 21) eine magnetostriktive Konstante besitzt, die positiv oder null ist, und daß wenigstens eines der Elemente (3, 7, 9, 10, 12, 18, 22) aus hochpermeablem Material eine magnetostriktive Konstante besitzt, die null oder negativ ist.

4. Dünnfilm-Magnetkopf nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter auf dem nichtmagnetischen isolierenden Film gebildet ist, der einen Brechungsindex besitzt, der größer ist als der Brechungsindex von Photoresistmaterial.

5. Dünnfilm-Magnetkopf nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmagnetische isolierende Film aus Ferrit besteht.

6. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit Zinkferrit ist.

7. Dünnfilm-Magnetkopf nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Gitters in verschiedenen Bereichen des Dünnfilm-Magnetkopfes unterschiedlich ist, und daß die Richtungen des Gitters symmetrisch in Bezug auf die Grenzen dieser Bereiche sind.