DE3404274C2

DE3404274C2 -

Info

Publication number: DE3404274C2
Application number: DE3404274A
Authority: DE
Inventors: Toru Tenri Nara Jp Kira; Teiichi Nara Jp Miyauchi; Kiyohito Nakai; Kengo Tenri Nara Jp Shiiba; Mitsuhiko Ikoma Nara Jp Yoshikawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1987-06-19
Also published as: DE3404274A1; GB2146481A; GB8403587D0; GB2146481B; US4803581A; JPS6069806A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dünnfilm- Magnetkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dieser Dünnfilm-Magnetkopf dient zum Nachweis von auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Signalen unter Verwendung eines magnetoresistiven Elements (im folgenden kurz als MR-Element bezeichnet), das auf der Grundlage des magnetoresistiven Effekts eines ferromagnetischen Dünnfilms erhalten wurde.

US-PS 43 21 640 beschreibt einen Dünnfilm-Magnetkopf vom Joch-Typ mit einem magnetoresistiven Element und lehrt insbesondere die Verwendung eines zweigeteilten oberen Jochs, bei dem das MR-Element als Brücke dient. Des weiteren ist wesentlicher Bestandteil der US-PS 43 21 640 die Verwendung eines Kurzstreifen-Magnetkopfes zur Messung der Richtungsänderung des elektrischen Stromes, der durch Widerstandsänderungen des magnetoresistiven Elements hervorgerufen wird.

Es ist bekannt, daß derartige mit MR-Elementen ausgerüstete Dünnfilm-Magnetköpfe (im folgenden als MR-Köpfe bezeichnet) viele Vorteile gegenüber induktiven Magnetköpfen aufweisen. Das heißt, daß die MR-Köpfe den Vorteil besitzen, daß sie aufgrund ihrer Eigenschaft, Widerstandsänderungen in Spannungsänderungen umzuwandeln, wenn sie einem magnetischen Feld von auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Signalen ausgesetzt werden, befähigt sind, das Magnetfeld der Signale unabhängig von den Fortbewegungsgeschwindigkeiten der magnetischen Aufzeichnungsmedien zu reproduzieren. Weiterhin besitzen die MR-Köpfe einen dahingehenden Vorteil, daß sie in dem Fall niedriger Fortbewegungsgeschwindigkeiten der magnetischen Aufzeichnungsmedien ein Signal höherer Ausgangsleistung abgeben als die induktiven Magnetköpfe.

Da die MR-Elemente für den Einsatz mit magnetischen Aufzeichnungsmaterialien mit hohen Aufzeichnungsdichten vorgesehen sind, weisen herkömmlicherweise die MR-Köpfe eine solche Bauweise auf, daß die MR-Elemente den magnetischen Aufzeichnungsmedien benachbart angeordnet sind, so daß sie an den vorderen Enden der MR-Köpfe freiliegen. Weiterhin sind ein oder zwei magnetische Abschirmungen aus einem magnetischen Material hoher Permeabilität auf einer Seite oder gegenüberliegenden Seiten jedes der MR-Elemente angebracht, wie beispielsweise der US-PS 43 18 148 zu entnehmen ist. Im Falle bekannter mehrspuriger MR-Köpfe wird nunmehr eine untere magnetische Abschirmung (ein Substrat) aus NiZn- Ferrit oder MnZn-Ferrit hergestellt, während eine obere magnetische Abschirmung aus einem metallischen magnetischen Material mit hoher Permeabilität wie Permalloy etc. im Hinblick auf deren ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit hergestellt wird. Zur Anpassung der abgeschirmten MR-Köpfe für einen Einsatz mit magnetischen Aufzeichnungsmaterialien hoher Aufzeichnungsdichten (50 KBPI oder mehr) ist es erforderlich, die Länge des Abstandes auf 0,5 Em oder weniger zu erniedrigen. Aufgrunddessen sind die abgeschirmten MR-Köpfe mit dem Nachteil behaftet, daß beim Anordnen des MR-Elements in einer solchen engen Lücke ein Kurzschluß des MR-Elements infolge von feuchtem Staub auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium oder geringfügigem Abschälen der aus magnetischem Material hoher Permeabilität hergestellten oberen magnetischen Abschirmung eintritt, wenn das Vorderende der abgeschirmten MR-Köpfe mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium in Kontakt gebracht wird, was dazu führt, daß das Ausgangssignal des Kopfes verkleinert wird.

Weiterhin haftet den MR-Köpfen des Standes der Technik insofern ein Nachteil an, als in dem Fall, in dem das magnetische Aufzeichnungsmedium aus elektrisch leitendem ferromagnetischen Metall hergestellt ist, ein Kurzschluß des MR-Elements durch das magnetische Aufzeichnungsmedium verursacht wird. Ein weiterer Nachteil der abgeschirmten MR-Köpfe liegt darin, daß die Dicke des MR-Elements zwecks Verbesserung seiner Empfindlichkeit außerordentlich stark auf 30 bis 70 nm (300 bis 700 Å) verringert ist, so daß die Haltbarkeit des MR-Elements in dem Fall, in dem das MR-Element so angeordnet ist, daß es an dem vorderen Ende jedes der abgeschirmten MR-Köpfe freiliegt, gering ist.

Zur Behebung der im Vorstehenden beschriebenen Nachteile der abgeschirmten Magnetköpfe wurde in US-PS 43 21 640 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ein Dünnfilm- Magnetkopf vorgeschlagen, der mit einem Fluß- Führungselement (Joch) 2 zur Übertragung des von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium 5 erzeugten magnetischen Flusses auf ein MR-Element 1 ausgerüstet ist (im Folgenden als "MR-Kopf des Joch-Typs" bezeichnet), in dem das MR-Element 1 in einem gewissen Abstand vom Vorderende des MR-Kopfes vom Joch-Typ angeordnet ist.

Das Joch 2 ist zusammengesetzt aus einem Vorderjoch 2 A und einem Hinterjoch 2 B. Das MR-Element ist zwischen dem Vorderjoch 2 A und dem Hinterjoch 2 B aus magnetischem Material hoher Permeabilität eingesetzt, das einen Abstand s zu dem magnetischen Aufzeichnungsmedium 5 aufweist.

Im einzelnen haben das Vorderjoch 2 A und das Hinterjoch 2 B jeweils eine Dicke ty. Das Vorderjoch 2 A umfaßt einen Basisteil 2 A′″ mit einer Länge th, einen geneigten Teil 2 A″, das sich vom hinteren Ende des Basisteils 2 A′″ unter einem Winkel mit der Oberseite eines unteren Joches 4 aufwärts-rückwärts erstreckt, und einen oberen Teil 2 A′ mit einer Länge yl, so daß der geneigte Teil 2 A″ den Basisteil 2 A′″ und den oberen Teil 2 A′ miteinander verbindet. Das Hinterjoch 2 B umfaßt einen geneigten Teil 2 B″, der sich unter einem Winkel mit der Oberseite des unteren Joches 4 aufwärts-vorwärts erstreckt, und einen oberen Teil 2 B′ mit einer Länge y2. Der obere Teil 2 A′ des Vorderjochs 2 A überlappt mit seinem rückwärtigen Ende das vordere Ende des MR-Elements 1 auf einer Länge ovy 1, während der obere Teil 2 B′ des Hinterjochs 2 B mit seinem vorderen Ende das rückwärtige Ende des MR-Elements 1 auf einer Länge ovy2 überlappt. Der Basisteil 2 A′″ des Vorderjochs 2 A weist zu dem unteren Joch 4 einen Abstand g auf, während der obere Teil 2 A′ des Vorderjochs 2 A und der obere Teil 2 B′ des Hinterjochs 2 B einen Abstand yh von dem unteren Joch 4 haben. Weiterhin haben der obere Teil 2 A′ des Vorderjochs 2 A und der obere Teil 2 B′ des Hinterjochs 2 B einen freien Abstand ovh von dem MR-Element 1, das eine Länge w und eine Filmdicke t besitzt.

Der bekannte MR-Kopf des Joch-Typs ist jedoch wegen des Abstandes zwischen dem MR-Element 1 und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium 5 mit dem Nachteil behaftet, daß magnetischer Fluß von dem Vorderjoch 2 A zu dem unteren Joch 4 streut, bevor er das MR-Element 1 erreicht. Wenn man den Abstand g zwischen dem Vorderjoch 2 A und dem unteren Joch 4 vergrößert, wird die erwähnte Streuung des magnetischen Flusses zwar verringert, jedoch tritt in diesem Falle ein anderer Nachteil insofern auf, als die Wiedergabeschärfe des MR-Kopfs vom Joch-Typ gemäß dem Stand der Technik verringert wird. Weiterhin ist der bekannte MR-Kopf des Joch-Typs auch dadurch nachteilig, daß das Vorderjoch 2 A″ bzw. 2 B″ die Permeabilität verringert werden kann. Hierzu ist anzumerken, daß die Anwesenheit des Hinterjochs 2 B erforderlich ist, damit der magnetische Fluß auf den zentralen Teil des MR-Elements 1 übertragen wird. Außerdem hat der bekannte MR-Kopf des Joch-Typs solche Nachteile, daß sein Aufbau kompliziert ist und seine Ausgangsleistung im Bereich kurzer Wellenlängen niedrig ist.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten MR-Kopf des Joch-Typs verfügbar zu machen, der einen vereinfachten Aufbau, insbesondere des oberen Jochs aufweist, wodurch ein geringerer insbesondere bei Mehrspurköpfen erwünschter Raumbedarf des MR-Kopfes erforderlich ist, und der im praktischen Gebrauch in hohem Maße zuverlässig ist und sich für eine Massenherstellung zu niedrigen Kosten eignet.

Zur Erreichung dieses Zieles wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Dünnfilm- Magnetkopf verfügbar gemacht mit einem unteren Joch aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität, einem magnetoresistiven Element und einem oberen Joch zum Übertragen des magnetischen Flusses zu dem magnetoresistiven Element, das über dem unteren Joch in der Weise angeordnet ist, daß es sich waagerecht von einem Vorderende des Dünnfilm-Magnetkopfes in rückwärtiger Richtung erstreckt, so daß das magnetoresistive Element eingeschoben ist zwischen das untere Joch und das obere Joch,
der dadurch gekennzeichnet ist, daß das obere Joch mit einem Teil seines rückwärtigen Endes einen Teil des vorderen Endes des magnetoresistiven Elements überlappt und
wobei das untere Joch an einem dem magnetoresistiven Element gegenüberliegenden Teil mit einer Nute versehen ist, so daß das magnetoresistive Element mit einem Teil seines rückwärtigen Endes das untere Joch überlappt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der MR-Kopf des Joch-Typs hinsichtlich seiner Bauweise vereinfacht und seine Reproduktionsleistung gegenüber den MR-Köpfen vom Joch-Typ des Standes der Technik vergrößert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Dünnfilm-Magnetkopf vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, daß das obere Joch (8) so ausgebildet ist, daß es einen rechteckigen Querschnitt besitzt.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Nute (11) so ausgebildet ist, daß sie sich im wesentlichen entlang des magnetoresistiven Elements (7) erstreckt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dünnfilm-Magnetkopfes ist dieser dadurch gekennzeichnet, daß das obere Joch (8) aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität hergestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Dünnfilm-Magnetkopf dadurch gekennzeichnet, daß die Nute (11) so ausgebildet ist, daß sie sich von dem Teil des vorderen Endes des magnetoresistiven Elements (7) in Richtung nach vorn erstreckt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen MR-Kopf vom Joch-Typ nach dem Stand der Technik (der bereits beschrieben wurde).

Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen MR-Kopf vom Joch-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine erläuternde graphische Darstellung zum Magnetisierungsverhalten des MR-Kopfes vom Joch-Typ nach dem Stand der Technik entsprechend Fig. 1 und des in Fig. 2 dargestellten MR-Kopfes vom Joch-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bzw. -zeichen dargestellt.

Der in der Fig. 2 dargestellte MR-Kopf K vom Joch-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein MR-Element 7, beispielsweise hergestellt aus einem Dünnfilm aus Permalloy etc., und ein oberes Joch 8 aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität wie Permalloy etc. zur Übertragung des magnetischen Flusses auf das MR-Element 7. Der MR-Kopf K vom Joch-Typ umfaßt ferner ein unteres Joch 9 aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität und ein magnetisches Aufzeichnungsmedium 10, wobei das MR-Element 7 so angeordnet ist, daß es sich zwischen dem oberen Joch 8 und dem unteren Joch 9 befindet. Das untere Joch 9 weiterhin so ausgebildet, daß ein dem MR-Element 7 gegenüberliegender Teil eine Nute 11 mit einer Breite gw und einer Tiefe gd bildet, um zu verhindern, daß das untere Joch 9 in unnötigem Maße magnetischen Fluß absorbiert, wobei das vordere Ende der Nute 11 einen Abstand th von dem vorderen Ende des unteren Jochs 9 aufweist.

Im einzelnen weist das untere Joch 9, in ähnlicher Weise wie bei dem in Fig. 1 dargestellten MR-Kopf vom Joch-Typ des Standes der Technik, einen Abstand s zu dem magnetischen Aufzeichnungsmedium 10 auf, und das obere Joch 8 besitzt eine Dicke ty. Das obere Joch 8 überlappt mit seinem rückwärtigen Ende das vordere Ende des MR-Elements 7 auf einer Länge ovy 1, während das MR-Element 7 seinerseits mit seinem hinteren Ende das untere Joch 9 auf einer Länge ovy2 überlappt. Das obere Joch 8 hat von dem unteren Joch 9 einen Abstand g und einen freien Abstand ovh von dem MR-Element 7. Überdies ist das vordere Ende der Nute 11 um die Länge y1 von dem vorderen Ende des MR-Elements 7 entfernt.

Auf diese Weise wird das an dem magnetischen Aufzeichnungsmedium 10 erzeugte magnetische Feld von dem oberen Joch 8 über den Überlappungsbereich des oberen Jochs 8 und des MR-Elements 7, der die Strecke ovy 1 umfaßt, auf das MR-Element 7 übertragen.

Aufgrund der oben beschriebenen Anordnung weist der MR-Kopf K vom Joch-Typ eine bemerkenswert vereinfachte Bauart auf, da es nicht erforderlich ist, daß das obere Joch in die in Fig. 1 dargestellte Stufenform gebracht wird. Wie im Vorstehenden beschrieben überlappt das MR-Element 7 mit seinem hinteren Ende das untere Joch 9 und wird mit seinem zentralen Teil von dem unteren Joch 9 durch die Nute 11 auf Abstand gehalten, so daß Streuverluste des magnetischen Flusses von dem MR-Element 7 verhindert werden.

Der Vorteil, daß der MR-Kopf K vom Joch-Typ zur Abgabe einer höheren Ausgangsleistung befähigt ist als der in Fig. 1 dargestellte MR-Kopf vom Joch-Typ des Standes der Technik, wird im Folgenden durch die Berechnung der Verteilung der Magnetisierung auf dem MR-Element aufgrund des von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium erzeugten magnetischen Feldes aufgezeigt.

Für den Fall der Wiedergabe einer hinreichend großen Wellenlänge der Aufzeichnung auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium durch den MR-Kopf vom Joch-Typ wird angenommen, daß das magnetische Aufzeichnungsmedium aufgrund des Arcustangens-Übergangs der Magnetisierung gleichmäßig in Richtung seiner Dicke magnetisiert wird und die Magnetisierung durch die Gleichung gegeben ist, in der

Mr = Restmagnetisierung auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium, a = Übergangs-Länge und p = Wert der Position, an der der Übergang erfolgt.

Es ist möglich, Magnetisierungsverteilungen auf dem MR-Element und dem Joch aufgrund des durch den Magnetisierungsübergang erzeugten magnetischen Feldes mit Hilfe einer sogenannten integralen Methode zu erhalten, die beispielsweise in einem Bericht unter dem Titel "An analysis of the effect of shield length on the performance of magnetoresistive heads" (IEEE Trans.Magn. Vol. MAG-14 (1978), S. 515) von G. V. Kelly und R. A. Ketcham beschrieben ist.

Weiterhin ist die Ausgangsspannung V des MR-Kopfes aus der berechneten Magnetisierungsverteilung gegeben durch die Gleichung

V = Is R(x) (2),

in der
Is= durch das MR-Element fließender Lesestrom (sense current) und R(x)= Widerstandswert des MR-Elements.

Der spezifische Widerstand des MR-Elements ändert sich in Breitenrichtung y des MR-Elements und wird nach der Gleichung berechnet, in der

ρ₀= spezifischer Widerstand zur Zeit der Sättigung (Mx₂ + My₂ + Mz₂) der Magnetisierung auf dem MR-Element und Δρ _max= Maximalwert der Änderung des spezifischen Widerstandes ρ .

In dem Fall, in dem das MR-Element aus Ni₈₁Fe₁₉ hergestellt ist und eine Filmdicke von 50 nm (500 Å) besitzt, werden ρ₀ = 35 × 10^-6 Ω · cm und ein maximales Änderungsverhältnis Δρ _max / ρ₀ = 0,02 erhalten.

Der oben genannte Widerstandswert R(x) des MR-Elements ist gegeben durch die Gleichung in der

v = Spurbreite des MR-Elements, w = Breite des Elements und t = Filmdicke des Elements.

Ein Widerstands-Änderungsverhältnis das seine Gleichstrom-Komponente ausschließt, ist gegeben durch die Gleichung in der

Es wird angenommen, daß das oben bezeichnete Widerstands- Änderungsverhältnis den Werten der Magnetisierung auf dem MR-Element angenähert proportional ist.

Im Folgenden werden die Magnetisierungs-Kennwerte des MR-Kopfes K vom Joch-Typ (Fig. 2) gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu denjenigen des in der Fig. 1 dargestellten MR-Kopfes vom Joch-Typ des Standes der Technik angegeben. Die Abmessungen des MR-Kopfes vom Joch-Typ des Standes der Technik und des MR-Kopfes K vom Joch-Typ sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

(alle Angaben mit Ausnahme des Winkels α in µm).

Aufgrund der Annahme, daß die Restmagnetisierung Mr des magnetischen Aufzeichnungsmediums 123,83 emu/cm³ ist, die Übergangs-Länge a 0,5 µm ist, das magnetische Aufzeichnungsmedium eine Dicke von 0,5 µm hat und die magnetischen Susceptibilitäten des oberen Jochs, des MR- Elements und des unteren Jochs aus einem magnetischen Substrat mit hoher Permeabilität 227,4, 199 bzw. 144 betragen, wurde die Magnetisierung auf dem MR-Element berechnet. Aus Fig. 3, in der die Magnetisierungsverteilungen des MR-Kopfes vom Joch-Typ des Standes der Technik und des MR-Kopfes K vom Joch-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, ist zu entnehmen, daß die Magnetisierung des MR-Kopfes K vom Joch-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung größer ist als die des MR-Kopfes vom Joch-Typ des Standes der Technik und dem Wert nach etwa das 1,5fache beträgt. Das bedeutet, daß die Reproduktions-Leitung des MR-Kopfes K vom Joch-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung bei weitem größer ist als die des MR-Kopfes vom Joch-Typ des Standes der Technik.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, kann der MR-Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer einfachen Bauart relativ leicht gefertigt und seine Reproduktionsleistung erheblich gegenüber der der MR- Köpfe vom Joch-Typ des Standes der Technik vergrößert werden.

Da weiterhin der erfindungsgemäße MR-Kopf ein solcher des Joch-Typs ist, liegt das MR-Element am vorderen Ende des MR-Kopfes nicht frei, wodurch solche unerwünschten Erscheinungen wie die Erzeugung von Rauschen durch das MR-Element und Qualitätsminderung des MR- Elements ausgeschaltet werden können.

Claims

1. Dünnfilm-Magnetkopf (K) mit
einem unteren Joch (9) aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität,
einem magnetoresistiven Element (7) und
einem oberen Joch (8) zum Übertragen des magnetischen Flusses zu dem magnetoresistiven Element, das über dem unteren Joch (9) in der Weise angeordnet ist, daß es sich waagerecht von einem Vorderende des Dünnfilm-Magnetkopfes (K) in rückwärtiger Richtung erstreckt, so daß das magnetoresistive Element (7) eingeschoben ist zwischen das untere Joch (9) und das obere Joch (8), dadurch gekennzeichnet, daß das obere Joch (8) mit einem Teil seines rückwärtigen Endes einen Teil des vorderen Endes des magnetoresistiven Elements (7) überlappt und
wobei das untere Joch (9) an einem dem magnetoresistiven Element (7) gegenüberliegenden Teil mit einer Nute (11) versehen ist, so daß das magnetoresistive Element (7) mit einem Teil seines rückwärtigen Endes das untere Joch (9) überlappt.

2. Dünnfilm-Magnetkopf (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Joch (8) so ausgebildet ist, daß es einen rechteckigen Querschnitt besitzt.

3. Dünnfilm-Magnetkopf (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nute (11) so ausgebildet ist, daß sie sich im wesentlichen entlang des magnetoresistiven Elements (7) erstreckt.

4. Dünnfilm-Magnetkopf (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Joch (8) aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität hergestellt ist.

5. Dünnfilm-Magnetkopf (K) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nute (11) so ausgebildet ist, daß sie sich von dem Teil des vorderen Endes des magnetoresistiven Elements (7) in Richtung nach vorn erstreckt.