DE3404273A1

DE3404273A1 - Duennfilm-magnetkopf

Info

Publication number: DE3404273A1
Application number: DE19843404273
Authority: DE
Inventors: Toru Tenri Nara Kira; Teiichi Nara Miyauchi; Mitsuhiko Ikoma Nara Yoshikawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1985-03-28
Also published as: GB8403588D0; DE3404273C2; GB2146482B; US4639806A; GB2146482A

Description

Dünnfilm-Magnetkopf

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dünnfilm-Magnetkopf zum Empfang von auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Signalen unter Anwendung des magnetoresistiven Effekts eines ferromagnetisehen dünnen Films aus Permalloy oder dergleichen.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verbesserung der Konstruktion eines Dünnfilm-Magnetkopfes (im Folgenden als Dünnfilm-MR-Kopf bezeichnet) mit einem magnetoresistiven Element (im Folgenden als

MR-Element bezeichnet), das eingerichtet ist, in Form einer Änderung des elektrischen Widerstandes längs der Richtung der Achse der Weichmagnetisierung eine änderung des magnetischen Feldes eines Signals nachzuweisen, das längs der Richtung der Achse der Hartmagnetisierung eines metallischen ferromagnetischen Dünnfilms mit einachsiger magnetischer Anisotropie anzulegen ist, wodurch die auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Signal-Magnetfelder nachgewiesen werden.

Herkömmlicherweise ist bekannt, daß der Dünnfilm-MF-Kopf im Vergleich zu einem Blockir.agnetkopf des induktiven Typs viele Vorteile aufweist. Der Dünnfilm-MR-Kopf liest nämlich den magnetischen Fluß proportional, weil die Magnetisierungsrichtung innerhalb des MR-

Elements sich mit dem Signal-Magnetfeld ändert, das auf dem magnetischem Aufzeichnungsmedium, etwa einem Magnetband oder dergleichen, aufgezeichnet ist, und sich entsprechend auch der Widerstand des MR-Elements ändert

und die Widerstandsänderungen des MR-Elements in Form eines Ausgangsspannungssignals entnommen werden können. Dementsprechend kann das Signal-Magnetfeld unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des magnetischen Aufzeichnungsmediums reproduziert werden. Dem DünnfiIm-MR-Kopf steht eine leuchtende Zukunft als magnetischer Wiedergabe-Kopf für einen mit feststehendem Kopf arbeitenden PCM-Recorder bevor, in dem die Aufzeichnung mit hoher Dichte erfolgt, weil Mehrfach-Elemente höherer
Integration wegen der Verfeinerung der Halbleitertechnik leichter realisiert werden können.

Da das MR-Element eine Ansprechcharakteristik aufweist, die in bezug auf das äußere Magnetfeld eine Rechteck-Kurve ist, ist es erforderlich, das MR-Element zur Stabilisierung der Richtung der Magnetisierung in Form eines Streifens herzustellen und das Magnetfeld für die Vormagnetisierung an das MR-Element anzulegen, damit eine lineare Ansprechcharakteristik erhalten wird, wenn das MR-Element als Wiedergabe-Kopf konstruiert wird. Um das MR-Element mit hoher Wiedergabeschärfe auszustatten, ist es außerdem erforderlich, als magnetische Abschirmungsschicht einen Dünnfilm aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Permalloy und Sendust auf der Ober- und Unterseite des streifen-

förmigen MR-Elements mittels einer Isolierschicht zu bilden.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen herkömmlichen MR-Kopf. Darin ist 1 ein magnetisches Material mit hoher Permeabilität für den Einsatz als magnetische Abschirmung, 2 ist ein Permanent-Magnet zur Verwendung für die Vormagnetisierung, 3 ist ein MR-Element, 4 ist ein Leiter-Teil, der die Zuleitung des MR-

Elements 3 bildet, und 5 ist ein magnetisches Material mit hoher Permeabilität für den Einsatz als magnetische Abschirmung. In dem in Fig. 1 dargestellten Kopf wird das von der Vorderseite des Spalts durchdringende Magnetfeld (Pfeil A) an das MR-Element 3 angelegt, um dieses zu magnetisieren.

Wenn der durch die Magnetisierungsrichtung innerhalb des MR-Elements 3 und der Streifen-Längsrichtung (X-Achse) des MR-Elements gebildete Winkel θ (Y) ist, ist
der spezifische Widerstand des MR-Elements 5 (Y) wie folgt:

S (y) = 0 + Ajmax . cos² θ

(§0 bezeichnet den spezifischen Widerstand des MR-Elements bei einem magnetischen Feld Nullj^j'max bezeichnet die maximale Änderung des spezifischen Widerstandes des MR-Elements).

Der Wert des Widerstand des MR-Elements 3 errechnet sich zu

„ ν, iw, 1 1-I

worin ν die Spurbreite, t die Filmdicke des MR-Elements und w die Breite des MR-Elements sind. Obwohl die Magnetisierung des MR-Elements 3 in Wechselwirkung mit der Magnetisierung innerhalb der magnetischen Abschirmungen 1 und 5 steht, hängt in jedem Falle die Signal-Aus-

gangsleistung des MR-Elements von der Magnetisierungsrichtung des MR-Elements ab.

Da das MR-Element 3 so angeordnet ist, daß die Richtung des eingegebenen Magnetfeldes (input magnetic field) mit der Richtung der Achse der Schwermagnetisierung

(magnetization-hard-axis) zusammenfallen kann, wird in dem Idealfall, in dem die Magnetisierungsrichtung des MR-Elements 3 sich mit dem Drehungszustand (rotary mode) ändert, My (Magnetisierung in der Y-Richtung)
eine lineare Funktion von Hy (Magnetfeld in Y-Richtung) , mit dem Ergebnis, daß die Ausgangsleistung des MR-Elements 3 sich nach einer quadratischen Funktion mit dem eingegebenen Magnetfeld ändert. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Die Ausgangsleistung des
MR-Elements 3 erreicht einen Sättigungswert wegen der Sättigung von My bei hohem Magnetfeld.

Im Vorstehenden wurde die Leistung eines idealen MR-Elements beschrieben. Bei einem realen Element ändert sich My nicht nur mit dem Drehungszustand. Innerhalb
des MR-Elements findet eine Spaltung der magnetischen Domänen (Weiss'sehen Bezirke) statt, oft begleitet von einer Bewegung der magnetischen Domänen. Insbesondere dann, wenn die Spurbreite des MR-Elements der Fig. 1 kleiner wird, wird die Änderung von My aufgrund der

0 Bewegung der magnetischen Domänen aus der Beziehung der statischen magnetischen Energie beträchtlich. Die Bewegung der magnetischen Domänen geht einher mit einer diskontinuierlichen Änderung von My, die als Barkhausen-Sprung (im Folgenden B-Sprung genannt) bezeichnet
wird. Die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung des MR-Elements und dem eingegebenen Magnetfeld in dem Fall, in dem sowohl die Drehung der Magnetisierung als auch die Bewegung der magnetischen Bezirke stattfinden, ist in Fig. 3 dargestellt. Der B-Sprung äußert sich als 0 Rauschen bei der Wiedergabeleistung und verschlechtert das S/N-Verhältnis des MR-Kopfes beträchtlich. Um einen überlegenen MR-Kopf verfügbar zu machen, ist es demnach unerläßlich, die B-Sprünge des MR-Elements zu unterdrücken.

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Zur Unterdrückung der B-Sprünge ist es konventionell bekannt, daß man ein schwaches Magnetfeld entlang der Achse der Leichtmagnetisierung (easy-axis) (Streifenlängsrichtung) des MR-Elements anlegen muß, um das MR-Element in den Zustand einer einzigen magnetischen Domäne zu überführen. Weiterhin wurden vorgeschlagen

1) das Anlegen äußerer Wicklungen an den Kopf,

2) das Anlegen eines äußeren Permanent-Magneten an den Kopf,

3) das Anwenden einer antiferromagnetischen Dünnfilm-Kopplung zwischen dem MR-Element und dem antiferromagnetischen Dünnfilm oder dergleichen als Verfahren zum Anlegen eines Magnetfelds entlang der Achse der Leichtmagnetisierung.

Fig. 4 zeigt die Bauweise eines Kopfes unter Einsatz der vorstehenden Methode 3). In der Fig. 4 bezeichnen 6 ein MR-Element, 7 einen dünnen Film aus antiferromagnetischem Material und 8 Teile der Zuleitung.

Die oben beschriebenen Methoden 1) und 2) sind jedoch
mit dahingehenden Nachteilen behaftet, daß sich aufgrund der außerhalb des Kopfes vorzusehenden Vorrichtungen zum Anlegen eines Magnetfeldes Beschränkungen in bezug auf das Gehäuse etc. des Kopfes ergeben, daß das angelegte Magnetfeld im Falle eines Mehrspuren-Kopfes
seine Größe mit der Position des in dem Kopfgehäuse untergebrachten einzelnen Kopfes ändert und daß der MR-Kopf der Fig. 1 nicht verwendet werden kann, da das angelegte Magnetfeld nicht hinreichend in die Abschirmung eindringt. Die Methode 3), die frei von den den
Methoden 1) und 2) anhaftenden Nachteilen sind, hat ihrerseits folgende Nachteile: Der antiferromagnetische Film 7 ist so an das MR-Element 6 gekoppelt, daß das

Magnetfeld längs der Achse der Leichtmagnetisierung des MR-Elements anliegt, jedoch die magnetischen Kennwerte des MR-Elements werden verschlechtert. Die Koerzitivkraft¹ Hc und das anisotrope Magnetfeld HR des MR-EIements werden nämlich durch den antiferromagnetischen Film 7 vergrößert. Dies beeinflußt die Charakteristik des Kopfes nachteilig. Der als antiferromagnetischer Film 7 verwendete Dünnfilm aus FeMn ist außerdem elektrisch leitend. Das heißt, daß der aus der Leitung 8 fließende Strom nicht nur zu dem MR-Element 6 abzweigt, sondern auch zu dem antiferromagnetischen Material 7, und dadurch die Empfindlichkeit des Kopfes verringert.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf entwickelt, die oben genannten Nachteile der herkömmlichen Technik im wesentlichen zu vermeiden. Dementsprechend ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, auf einem Teil unterhalb der Zuleitung des MR-Elements ein ferromagnetisches Material mit hoher Koerzitivkraft auszubilden, um das schwache Magnetfeld entlang der Streifen-Längsrichtung des MR-Elements durch die ferromagnetische Kopplung zwischen dem ferromagnetischen Material und dem MR-Element anzulegen und dadurch den B-Sprung des MR-Elements zu unterdrücken, so daß sich ein MR-Kopf mit einem überlegenen S/N-Verhältnis (Rauschabstand) realisieren läßt.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnfilm-Magnetkopf verfügbar gemacht zum Nachweis einer Änderung eines magnetischen Feldes eines Signals, das längs der Richtung der Achse der Schwer-0 magnetisierung eines Dünnfilms aus ferromagnetischem Metall (MR-Element) mit einachsiger Anisotropie anzu-

legen ist, als elektrische Widerstandsänderung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein ferromagnetische^ Film, dessen Koerzitivkraft hinreichend größer ist als diejenige des Dünnfilms aus ferromagnetischem Metall
(MR-Element), auf einem überlagerten Teil zwischen einem Zuführungsleiter-Teil und dem Dünnfilm aus ferromagnetischem Metall (MR-Element) angeordnet ist und wobei der Dünnfilm aus ferromagnetischem Metall (MR-Element) in ferromagnetischem Austausch an den ferromagnetischen Film mit größerer Koerzitivkraft gekoppelt ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnfilm-Magnetkopf verfügbar gemacht, bei dem eine Vielzahl bandförmiger ferromagnetischer dünner Filme mit hoher Koerzitivkraft auf der Oberfläche eines rechteckigen magnetoresistxven Elements parallel zueinander so aufgebracht sind, daß sie schräg zu der Längsrichtung des MR-Elements verlaufen.

Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Darstellung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Dünnfilm-MR-Kopfes des Standes der Technik.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Ansprechcharakteristik eines idealen MR-Kopfes.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Ansprechcharakteristik eines realen MR-Kopfes, in dem B-Sprünge auftreten.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bauart eines Dünnfilm-MR-Kopfes, bei der die B-Sprünge durch Anwendung der konventionellen antiferromagnetischen Kopplung unterdrückt werden.

Fig. 5 zeigt schematisch die Bauweise eines MR-Kopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung der B-H-Charakteristik eines in ferromagneti schein Austausch gekoppelten Verbundfilms.

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung der Koerzitivkraft des in ferromagnetischem Austausch gekoppelten Verbundfilms.

Fig. 8 zeigt eine Skizze zur Erläuterung des Mechanismus der Unterdrückung der B-Sprünge gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung von MR-Kopf-Charakteristiken.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 (a) zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dünnfilm-Magnetkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 (b) zeigt eine Draufsicht desselben;
Fig. 11 (c) zeigt eine perspektivische Ansicht noch

einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 12 (a) erläutert eine erste Magnetisierungsmethode in bezug auf den Verbundfilm;

Fig. 12 (b) ist eine graphische Darstellung der Kurve der Magnetfeld-Widerstandsänderung des Dünnfilm-Magnetkopfes.

Fig. 13 (a) erläutert eine zweite Magnetisierungsmethode in bezug auf den Verbundfilm; und Fig. 13 (b) ist eine graphische Darstellung der Kurve der Magnetfeld-Widerstandsänderung des Dünnfilm-Magnetkopfes.

Eine Ausführungsform des MR-Kopfes gemäß der vorliegenden Erfindung wird hiernach im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 10 beschrieben.

Fig. 5 zeigt die Bauweise eines Dünnfilm-MR-Kopfes gemaß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 (a) ist eine Draufsicht, Fig. 5 (b) eine Querschnittansicht von vorn entlang der Linie A A' und Fig. 5 (c) eine Querschnittansicht von der Seite. In diesen Figuren bezeichnen 9 und 17 magnetische Dünnfilme mit hoher Permeabilität (normalerweise wurden Ni-Zn-Ferrit, Mn-Zn-Ferrit, Sendust und Permalloy verwendet), die als magnetische Abschirmung wirken. 10, 12 und 16 zeigen Zwischenschichten aus Isoliermaterial (SiO„, SiN, A1„O_ etc.). 11 ist ein Dünnfilm zur Verwendung für die Vormagnetisierung, 13 ist ein MR-Element (Ni-Fe, Ni-Co etc.), 15 ist ein Dünnfilm aus einem Leiter (Al, Cu, Au etc.), der als Zuleitung des MR-Elements dient", und 14 ist ein ferromagnetischer Dünnfilm (Ni-Co, Ni-Co-P, Co-P, Fe„Cv etc.) der eine hohe Koerzitivkraft besitzt und in ferromagnetische!!! Austausch mit dem MR-Element

13 gekoppelt ist. Wenn ein Film, der eine niedrige Koerzitivkraft (79,6 bis 795,8 A/m (1 bis 10 Oe)) wie das MR-Element besitzt, und ein Film, der eine höhere Koerzitivkraft (23,87 bis 238,74 kA/m (300 Oe bis 3 kOe))
wie Co-P besitzt, zusammenlaminiert werden, ist die magnetische Charakteristik nicht einfach die Summe einer Zweischichten-Film-Charakteristik aufgrund einer gegenseitigen Wechselwirkung des Zweischichten-Films, sondern sie weichen um die ferromagnetische Austausch-Kopplung der Zweischichten-Grenzfläche davon ab. Dieser Zustand ist in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 (a) zeigt die B-H-Kennlinie in Richtung der Achse der Leichtmagnetisierung des Ni-Fe-Einzelfilms (Filmdicke etwa 50 nm

(500 A)) für die Verwendung als MR-Element, und Fig. 6 (b) zeigt die B-H-Kennlinie des mit Co-P plattierten

Einzelfilms (Filmdicke etwa 80 nm (800 A)). Fig. 6 (c) zeigt die Kennlinie des Verbundfilms, bei dem der Co-P plattierte Einzelfilm der Fig. 6 (b) auf den Ni-Fe-FiIm der Fig. 6 (a) laminiert ist. Wie aus der Fig. 6 (c)

0 hervorgeht, fallen die beiden Magnetisierungsrichtungen des Zweischichten-Films infolge der gegenseitigen Austausch-Wechselwirkung der Grenzfläche des Zweischichten-Films bei dem ferromagnetischen Austausch des gekoppelten Zweischichten-Verbundfilms mit passender

5 Film-Dicke zusammen, mit dem Ergebnis, daß das Winkelverhältnis und die Koerzitivkraft einen Zwischenwert zwischen denen der beiden Filme annehmen. Für den Fall, daß beispielsweise ein Co-P-plattierter Film unterschiedlicher Dicke auf den Aufdampfungsfilm aus Ni-Fe

(80/20) von 50 nm (500 A) laminiert ist, ist die Koerzitivkraft in Fig. 7 dargestellt. Es zeigt sich, daß der Zweischichten-Verbundfilm des Co-P sich bei einer

Co-P-Filmdicke von 40 nm (400 A) oder mehr wie ein einzelner Film mit hoher Koerzitivkraft verhält. Anders

_ TO _

ausgedrückt: Die Magnetisierungsrichtung des magnetischen Films (Ni-Fe-FiIm), der eine kleinere Koerzitivkraft besitzt, kann als in der Magnetisierungsrichtung des magnetischen Films (Co-P-FiIm), der die größere
Koerzitivkraft besitzt, fixiert angesehen werden.

In der Fig. 5 liegt der unter der Zuleitung liegende Teil des MR-Elements in Form eines Verbundfilms mit gekoppeltem ferromagnetischen Austausch vor. Infolgedessen kann die Magnetisierungsrichtung innerhalb des

unter der Zuleitung liegenden Teils des MR-Elements in der Magnetisierungsrichtung des ferromagnetischen Materials 14 der Fig. 5 fixiert werden. Die Magnetisierungsrichtung des ferromagnetischen Materials 14 der Fig. 5 kann durch Magnetisierung durch Anlegen eines

äußeren Magnetfeldes von etwa 795,8 kA/m (10 kOe) gesteuert werden. Demgemäß kann das Magnetfeld von etwa 795,8 kA/m (10 kOe) entlang der Streifen-Längsrichtung des MR-Elements in Fig. 5 angelegt werden, um die Magnetisierungsrichtung in dem unter der Zuleitung liegenden Teil des MR-Elements und des ferromagnetischen Films 14 in der Längsrichtung anzuordnen. Dieser Zustand ist in Fig. 8 dargestellt. Jedoch sind in Fig. 8 der Dünnfilia für die magnetische Abschirmung und die Vormagnetisierung fortgelassen. In Fig. 8 ist 18 ein

MR-Element, 19 ist jeweils ein ferromagnetischer Film mit hoher Koerzitivkraft, und 20 sind Leitungen. Die durch M bezeichneten Pfeile zeigen die Magnetisierungsrichtung jedes Teils des Magnetfilms. Der Teil des MR-Elements 18, der tatsächlich auf das Magnetfeld an-

spricht, d.h. der Teil zwischen den Leitungen 20, ist mit den Enden (d.h. den unter den Leitungen und dem ferromagnetischen Film 19 liegenden Teilen) des MR-Elements 18 verbunden, so daß das Magnetfeld Hx in der

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Längsrichtung des MR-Elements anliegt. Das MR-Element wird durch das in der Längsrichtung des MR-Elements anliegende Magnetfeld Hx in den Zustand einer einzigen magnetischen Domäne versetzt, so daß sich B-Sprünge
unterdrücken lassen. Der Wert dieses Magnetfeldes Hx läßt sich auch dadurch einstellen, daß die Filmdicken des ferromagnetischen Films 19 oder die Restmagnetisierung des ferromagnetischen Films 19 gesteuert werden, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Da der Teil des MR-Elements 18, von dem das Signal-Magnetfeld gelesen wird, sich nicht von einem gewöhnlichen MR-Element unterscheidet, gibt es auch keine Möglichkeiten, daß die MR-Charakteristik an Qualität einbüßt oder die Empfindlichkeit des Kopfs abnimmt, so daß die vorliegende Erfindung in diesem Punkt dem konventionellen Verfahren, das sich der antiferromagnetischen Kopplung bedient, überlegen ist. Da außerdem der ferromagnetische Film 19 zum Anlegen des Magnetfeldes Hx direkt an das MR-Element gekoppelt ist, ist die Rate, mit der das angelegte Magnetfeld

gedämpft wird, auch in den Abschirmungen niedriger, so daß die vorliegende Erfindung in diesem Punkt einem Verfahren überlegen ist, bei dem das Magnetfeld über eine äußere Wicklung oder einen äußeren Permanentmagneten (external coil permanent magnet) angelegt wird.

Im Folgenden wird ein Beispiel für die Methode der Fertigung des oben beschriebenen Dünnfilm-MR-Kopfes angegeben. Hierzu ist anzumerken, daß auf die Beschreibung' der Herstellung der Abschimrungsschichten 9 und 17, des Dünnfilms 11 für die Vormagnetisierung etc.

verzichtet wird, da diese Verfahren die gleichen sind wie beim herkömmlichen Stand der Technik, so daß hier lediglich die Herstellung des MR-Elements im einzelnen

beschrieben wird. Zuerst wird der Ni-Fe-FiIm (MR) bis

zu einer Dicke von 20 bis 100 nm (200 bis 1000 A) in einem homogenen Magnetfeld mittels eines Zerstäubungsverfahrens oder eines Aufdampfverfahrens auf dem Substrat abgeschieden; anschließend wird zur Masken-Ausrichtung Photoresist darüber geschichtet, und die Belichtung und Entwicklung werden durchgeführt, um die Streifenform auszubilden. Anschließend wird der belichtete Teil des Ni-Fe-Films mit der Resist-Schicht als

Maske durch Ätzen entfernt. Mittels dieses Verfahrens wird das MR-Element 13 hergestellt. Nach der Entfernung des Resists auf dem Ni-Fe-FiIm (13) wird neues Resist wiederum darauf aufgetragen, um das Resist von dem Teil zu entfernen, wo das MR-Element 13 auf den

Leiter-Teil 15 gelegt wird, um ein Fenster zu schaffen. Anschließend wird das Substrat in die Flüssigkeit zum stromlosen Plattieren mit Co-P oder Ni-Co-P getaucht, um die selektive Plattierung von Co-P (oder Ni-Co-P) zur Bildung des Dünnfilms (14) aus Co-P (oder Ni-Co-P)

mit einer Dicke von etwa 50 nm bis 300 nm (500 A bis

3000 A) auf dem MR-Element 13 durchzuführen. Danach wird das Resist entfernt. Anschließend wird auf die gesamte Fläche Al aufgedampft, um den Arbeitsgang des Photoätzens mit Hilfe eines Ätzmittels durchzuführen,
das zur Selektion in bezug auf Ni-Fe, Co-P etc. befähigt ist, wodurch der Leiter-Teil 15 gebildet wird, womit das MR-Element fertiggsteilt ist.

Um schließlich die Magnetisierung innerhalb des Teils des Ni-Fe-Films unter dem Co-P-Dünnfilm (14) und des
Co-P-Dünnfilms in Längsrichtung des Ni-Fe-Films (13) zu fixieren, wird das Magnetfeld von etwa 795,8 kA/m (10 kOe) zur Magnetisierung in dieser Richtung angelegt.

Ein Beispiel für die Kennlinie der Ausgangsleistung des mit Hilfe des im Vorstehenden beschriebenen Verfahrens gefertigten MR-Kopf ist in Fig. 9 dargestellt. Fig. 9 (a) zeigt die gemessene Kennlinie der Ausgangsleistung eines MR-Kopfes herkömmlicher Bauart, und Fig. 9 (b) zeigt diejenige eines MR-Kopfes der oben beschriebenen Bauweise gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 9 (b) hervorgeht, sind die B-Sprünge vollständig unterdrückt. Die Streifenbreite des MR-Kopfes mit der dargestellten Kennlinie beträgt 10 μπι, die Spurbreite beträgt 50 μπι, und die Breite der Leitung beträgt 20 μπι. Im Falle des konventionellen Magnetkopfes ist die Aufspaltung der magnetischen Bezirke beträchtlich, und B-Sprünge treten häufig auf, wenn die Spurbreite schmaler und die Streifenbreite größer wird, d.h. wenn das Verhältnis zwischen der Länge und der Breite des Streifens des MR-Elements (als Aspekt-Verhältnis bezeichnet) kleiner wird. Im Falle der Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung liegt das Magnetfeld (Hx) in Längs-0 richtung der Streifen zur Unterdrückung der B-Sprünge auch dann stark an, wenn das Aspekt-Verhältnis kleiner wird, so daß sich die B-Sprünge in starkem Maße unterdrücken lassen. Dementsprechend ließ sich die Unterdrückungswirkung auf die B-Sprünge in dem breiten Be-

reich der Formen, ausgenommen die Streifengröße des MR-Kopfes, bestätigen.

Der Fall, in dem ein ferromagntischer Dünnfilm mit hoher Koerzitivkraft zwischen den Zuleitungen und dem MR-Element angeordnet ist, wird im Folgenden beschrieben. Eine ähnliche Wirkung läßt sich mittels einer Konstruktion erzielen, in der das Element 21 und der ferromagnetische Film 22 mit hoher Koerzitivkraft in

bezug auf die Zuleitungen 23 in ihrer Lage vertauscht angeordnet sind, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Wenngleich das Modell eines MR-Kopfes mit Abschirmung im einzelnen beschrieben wurde, läßt sich die vorliegende Erfindung auch anwenden auf MR-Köpfe des Barber-Pole-Typs, des Joch-Typs, des Typs ohne Abschirmung und weiterhin auf einen unter Ausnutzung des magnetoresistiven Effekts des ferromagnetischen Dünnfilms arbeitenden magnetischen Sensor. Entsprechend der Kopf-Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich ein MR-Kopf verwirklichen, der aufgrund der Unterdrückung der Barkhausen-Sprünge ein überlegenes S/N-Verhältnis aufweist.

In der in Fig. 11 bis 13 dargestellten Ausführungsform ist 39 ein Permalloy-Dünnfilm (magnetoresistives Element) aus 81 % Ni + 19 % Fe mit einer Film-Dicke von

50 nm (500 A) . 30 sind Leitungen für die Stromzufuhr. Der elektrolytisch abgeschiedene CoP-FiIm 32 mit einer Koerzitivkraft von 39,8 bis 55,7 kA/m (500 bis 700 Oe)

wird in einer Dicke von 100 nm (1000 A) auf den Permalloy-Dünnfilm 39 aufgetragen. Wie aus der gleichen Zeichnung zu ersehen ist, ist der elektrolytisch abgeschiedene CoP-FiIm 32 in Form eines schräg zu der Längsrichtung des dort dargestellten rechteckigen Permalloy-Dünnfilms 39 verlaufenden (der Winkel ψ beträgt etwa 30° bis 60°) Streifenmusters ausgebildet. 31 bezeichnet die Einwirkungsrichtung eines magnetischen Signals. Wie im Vorstehenden beschrieben wurde, wird eine magnetische Kopplungskraft (die ferromagnetische

Austausch-Kopplung genannt wird), die bewirkt, daß die gegenseitige Magnetisierung parallel wird, an der Stelle erzeugt, an der der elektrolytisch abgeschiedene

CoP-FiIm 32 unmittelbar auf dem Permalloy-Film 39 abgeschieden ist, wodurch wie oben beschrieben ein Verbund-Film gebildet wird, der kollektiv als magnetischer Dünnfilm mit hoher Koerzitivkraft wirkt. Die Stelle des Verbundfilms der vorliegenden Ausführungsform wird ein harter Film mit einer Koerzitivkraft von 15,9 bis 39,8 kA/m (200 bis 500 Oe). Dementsprechend ändert sich die Magnetisierung der Stelle des Verbundfilms nicht, wenn das Signal-Magnetfeld gegeben ist. Auch die Form der exponierten Stellen 33 (im Folgenden als MR-Segmente bezeichnet) des Permalloy-Dünnfilms 39 ist so gestaltet, daß das Verhältnis d/q, in dem d die Breite und q die Länge des Segments bezeichnen (der Wert entspricht dem Aspekt-Verhältnis), in hinreichendem Maße

kleiner als 1 gemacht ist. Wenn in dem Fall dieser Ausführungsform die Breite d des MR-Segments 33 zu etwa 1 μΐη angenommen wird, wird mit einer Spurenbreite 1 = 50 um und einer Element-Breite w = 10 \im das Verhältnis d/q ·< 0,1 und damit hinreichend kleiner als 1.

Es wird schwierig, in dem MR-Segment 33 die magnetischen Bezirke zu spalten, so daß dieses, unter der Bedingung, daß das Aspekt-Verhältnis hinreichend kleiner als 1 ist, als eine einzelne magnetische Domäne wirkt. Zwischen dem MR-Segment 33 und dem MR-Segment 33 gibt

es auch Stellen, an denen der Film zu einem Verbundfilm geworden ist, jedoch werden diese Stellen des Verbundfilms zu einem hartmagnetischen Dünnfilm. Somit arbeiten sämtliche einzelnen MR-Segmente 33 jeweils als voneinander unabhängige weichmagnetische Dünnfilme. Es ist 0 wohlbekannt, zur Erzielung der linearen Ansprechcharakteristik ein Magnetfeld zur Vormagnetisierung einzusetzen, da in dem Dünnfilm-Magnetkopf die Widerstandsänderung in dem magnetoresistiven Element proportional ist

zu dem Quadrat des inneren Produktes aus dem Magnetisierungsvektor und dem Lesestrom-Vektor. In dem Dünnfilm-Magnet kopf in der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Magnetfeld zur Vormagnetisierung an die MR-Segmente 33 durch den oben beschriebenen Verbundfilm angelegt. Die lineare Ansprechcharakteristik wird mittels des Magnetfeldes zur Vormagnetisierung hergestellt.

Hiernach werden zwei Magnetisierungsverfahren in bezug auf den Verbundfilm beschrieben.

Das erste Magnetisierungsverfahren in bezug auf den oben beschriebenen Verbundfilm ist in Fig. 12 (a) dargestellt. Hierin ist 39 ein Permalloy-Dünnfilm, 32 ein elektrolytisch abgeschiedener CoP-FiIm und 33 ein MR-Segment. Der Verbundfilm zwischen dem Permalloy.-Dünnfilm 39 und dem elektrolytisch abgeschiedenen Film 32 bildet eine Streifenform unter einem Winkel ψ von etwa 30° bis 60°. Die Magnetisierungsrichtung in bezug auf den Verbundfilm verläuft in Richtung des Pfeils 34, 0 d.h. in Richtung parallel zu den Streifen. Die Magnetisierung wird durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes durchgeführt, das größer als die Koerzitivkraft des Verbundfilms ist. In diesem Fall werden das Plus und das Minus der magnetischen Ladungen ((+) und (-) in Fig. 12) an den Spitzen des Verbundfilms erzeugt, und durch die magnetischen Ladungen (+) und (-) wird hinwiederum die Magnetisierung in Richtung der gestrichelten Pfeile 35 bewirkt, so daß die Magnetisierung des MR-Segments 33 durch das solchermaßen erzeugte Magnet-0 feld gestört werden kann. Dementsprechend ist es erforderlich, daß die Breite des Veirbundfilms (d.h. die

Breite des elektrolytisch abgeschiedenen Films 32) hinreichend kleiner gemacht wird als diejenige des MR-Segments 33.

Da in dem oben beschriebenen Dünnfilm-Magnetkopf der
Winkel zwischen der Magnetisierung innerhalb des MR-Segments 33 und dem Lesestrom 37 sich 90° nähert, wenn das Signal-Magnetfeld in positiver Richtung des Pfeils 36 einwirkt, nimmt der Widerstand ab, wohingegen bei Anlegen des Signal-Magnetfeldes in negativer Richtung

der Widerstand ansteigt, da der Winkel zwischen der Magnetisierung innerhalb des MR-Segments 33 und dem Lesestrom gegen 180° geht. Die Kurve der Änderungen des Magnetowiderstandes mit der Änderung des Magnetfeldes ist in Fig. 12 (b) dargestellt. Wie aus Fig. 12 (b) zu ersehen ist, zeigt die Magnetfeld-Magnetowiderstands-Kurve die lineare Ansprechcharakteristik.

Fig. 13 (a) erläutert das zweite Magnetisierungsverfahren in bezug auf den Verbundfilm. Die in Fig. 13 (a) dargestellte Konstruktion ähnelt der in Fig. 12 (a)

dargestellten. Die Magnetisierungsrichtung in bezug auf den Verbundfilm ist die durch den Pfeil 38 bezeichnete Richtung, d.h. eine Richtung, die zu dem Winkel \γ (etwa 45° bis 60°) des Verbundfilms den Supplementwinkel bildet. Das äußere Magnetfeld, das eine höhere Koerzitivkraft als der Verbundfilm besitzt, wird unter diesem Winkel angelegt. In diesem Fall werden die magnetischen Ladungen Plus und Minus· ( (+) und (-) in Fig. 13 (a) ) and den Kantenteilen des Verbundfilms erzeugt. Das durch die gestrichelten Pfeile 3 9 bezeichnete Magnet-

feld wird durch die magnetischen Ladungen (+) und (-)

in der gleichen Richtung erzeugt, die die Magnetisierungsrichtung bildet. Das Magnetfeld wirkt als Vormagnetisierungsfeld in bezug auf das MR-Segment 33. Gemäß der zweiten Richtung besteht die Gefahr einer Störung
der Magnetisierung des MR-Segments 33 durch das von den Ladungen (+) und (-) an den Kantenteilen des Verbundfilms erzeugte Magnetfeld 19 nicht.

Wenn das Signal-Magnetfeld in positiver Richtung des Pfeiles Y auf den oben beschriebenen Dünnfilm-Magnet-

kopf einwirkt, nähert sich der Winkel zwischen der Magnetisierung innerhalb des MR-Segments 33 und dem Lesestrom 90°, so daß der Magnetowiderstand des MR-Segments abnimmt. Wenn das Signal-Magnetfeld in negativer Pfeilrichtung anliegt, nähert sich der Winkel zwischen der

Magnetisierung innerhalb des MR-Segments 33 und dem Lesestrom 180°, wodurch der Magnetowiderstand des MR-Segments zunimmt. Die Kurve der Magnetfeld-Magnetowiderstands-Ä'nderung ist in Fig. 13 (b) dargestellt. Wie zu erkennen ist, zeigt die Magnetfeld-Magnetowider-0 stands-Kurve die lineare Ansprechcharakteristik in der eines Signal-Magnetfeldes nahe Null.

In der oben erläuterten Ausführungsform ist der elektrolytisch abgeschiedene CoP-FiIm 32 auf dem Permalloy-Dünnfilm 39 aufgebracht, jedoch kann der elektrolytisch abgeschiedene CoP-FiIm 32 auch in einer Bauweise unterhalb des Permalloy-Dünnfilms 39 angeordnet werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen Dünnfilm-Magnetkopf verfügbar zu machen, in dem die magnetischen Bezirke nur schwer zu spalten sind und das

0 Barkhausen-Rauschen kleiner ist.

Claims

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Sharp Kabushiki Kaisha, Dr.-Ing. K.W. Eishold 11981

Osaka , Japan . Dr.-Ing. K. Schönwald

Dr. J. F. Fues

Dipl.-Chem. AIeIc von Kreisier
Dipl.-Chem. Carola Keller
Dipl.-Ing. G. Selting
Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

07. Februar 1984
AvK/GF 110

Patentansprüche

Dünnfilm-Magnetkopf zum Nachweis einer Änderung eines magnetischen Feldes eines Signals, das längs der Richtung der Achse der Schwermagnetisierung (magnetizationhard-axis direction) eines Dünnfilms aus ferromagnetischem Metall (MR-Element) mit einachsiger Anisotropie anzulegen ist, als elektrische Widerstandsänderung, umfassend

einen ferromagnetischen Film, dessen Koerzitivkraft hinreichend größer ist als diejenige des Dünnfilms aus ferromagnetischein Metall (MR-Element) , wobei der ferromagnetische Film auf einem überlagerten Teil zwischen einem Zuführungsleiter-Teil und dem Dünnfilm aus ferromagnetischem Metall (MR-Element) angeordnet ist und wobei der Dünnfilm aus ferromagnetischem Metall (MR-Element) in ferromagnetischer Austausch-Wechselwirkung an den ferromagnetischen Film mit größerer Koerzitivkraft gekoppelt ist.

Telefon: (0221) 131041 ■ Telex: 888 2307 dopa d ■ Telegramm: Dompatent Koin
2. Dtinnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl bandförmiger ferromagnetischer dünner Filme mit hoher Koerzitivkraft auf der Oberfläche eines rechteckigen magnetoresistiven Elements parallel zueinander so aufgebracht sind, daß sie schräg zu der Längsrichtung des magnetoresistiven Elements verlaufen.