DE3418822A1

DE3418822A1 - Schreib-/lese-magnetkopf mit einem schichtweisen aufbau fuer ein senkrecht zu magnetisierendes aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE3418822A1
Application number: DE19843418822
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8520 Erlangen Bartsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3418822C2

Description

Schreib-/Lese-Magnetkopf mit einem schichtweisen Aufbau
für ein senkrecht zu magnetisierendes Aufzeichnungsmedium Die Erfindung bezieht sich auf einen Schreib-/Lese-Magnetkopf mit einem schichtweisen Aufbau auf einem nicht-magnetischen Substrat für ein Aufzeichnungsmedium, das mit einer magnetisierbaren Speicherschicht versehen ist, in welche längs einer Spur Informationen durch senkrechte (vertikale) Magnetisierung einzuschreiben sind, welcher Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper mit zwei Magnetschenkeln aufweist, deren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Pole in Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit vorbestimmtem Abstand untereinander angeordnet sind, und ferner eine Magnetspuleneinrichtung zum Schreiben und Lesen enthält. Ein solcher Magnetkopf ist der DE-OS 29 24 013 zu entnehmen.
Das Prinzip der senkrechten Magnetisierung zur Speicherung von Informationen ist allgemein bekannt (vgl. z.B.
"IEEE Transactions on Magnetics", vol. MAG-16, no. 1, Jan. 1980, Seiten 71 bis 76 oder die genannte DE-OS).
Für dieses Prinzip, das vielfach auch als vertikale Magnetisierung bezeichnet wird, sind besondere Aufzeichnungsmedien in Form von starren Magnetspeicherplatten, flexiblen Einzelplatten (Floppy Disks) oder Magnetbändern erforderlich. Ein entsprechendes Aufzeichnungsmedium weist mindestens eine magnetisier bare Speicherschicht vorbestimmter Dicke auf, welche ein magnetisch anisotropes Material, insbesondere aus einer CoCr-Legierung enthält. Dabei ist die Achse der sogenannten leichten Magnetisierung dieser Schicht senkrecht zur Oberfläche des Mediums gerichtet. Mittels eines besonderen Magnetkopfes werden dann längs einer Spur die einzelnen Informationen in aufeinanderfolgenden Abschnitten, auch Zellen oder Blöcke genannt, durch entsprechende Magnetisierung der Speicherschicht eingeschrieben. In der Praxis werden im allgemeinen die magnetischen Flußwechsel, d.h. die Übergänge von einer Magnetisierungseinrichtung zur entgegengesetzten, als Informationen benutzt. Die Abschnitte haben dabei eine vorbestimmte, auch als Wellenlänge bezeichnete Ausdehnung in Längsrichtung der Spur. Diese Ausdehnung kann im Vergleich zu der Grenze, die bei dem Verfahren der longitudinalen (horizontalen) Speicherung durch die Entmagnetisierung gegeben ist, wesentlich kleiner sein.
Somit läßt sich nach dem Prinzip der senkrechten Magnetisierung die Informationsdichte in dem Aufzeichnungsmedium vorteilhaft vergrößern.
Die für das Prinzip der longitudinalen Magnetisierung bekannten kombinierten Schreib- und Lese-Köpfe, d.h.
Köpfe, mit denen sowohl die Schreib- als auch die Lese-Funktion auszuüben ist, können jedoch nicht ohne weiteres auch für eine senkrechte Magnetisierung eingesetzt werden. Bei Verwendung dieser Köpfe, die im allgemeinen ringkopfähnliche Gestalt haben, läßt sich zwar die auch bei dem Prinzip der senkrechten Magnetisierung angestrebte Flußführung zu einem möglichst geschlossenen Kreis mit geringem magnetischen Widerstand erreichen. Jedoch ist ein Schreiben beider Pole dieser Ringköpfe kaum zu unterdrücken, so daß sich entsprechende Schwierigkeiten beim Lesen der eingeschriebenen Informationen ergeben.
Man sieht sich deshalb gezwungen, für das Prinzip der senkrechten Magnetisierung spezielle Schreib- und Leseköpfe zu entwickeln. Ein hierfür geeigneter Magnetkopf weist im allgemeinen einen sogenannten Hauptpol auf, mit dem ein hinreichend starkes senkrechtes Magnetfeld zum Ummagnetisieren der einzelnen Abschnitte der Speicherschicht erzeugt wird. Der notwendige magnetische Rückschluß kann dann z.B. mittels eines sogenannten Hilfspoles vorgenommen werden, der sich beispielsweise auf derselben Seite wie der Hauptpol befindet (vgl. z.B. "IEEE Trans. Magn.", vol. MAG-17, no. 6, Nov. 1981, Seiten 3120 bis 3122 oder vol.
MAG-18, no. 6, Nov. 1982, Seiten 1158 bis 1163; "J.Appl.Phys.", vol. 53, no. 3, 1982, Seiten 2593 bis 2595; DE-OS 29 24 013; EP 0 012 910 Al).
Bei diesem Magnetkopftyp soll der Hilfspol in jedem Falle nur zur magnetischen Flußrückführung dienen. Ein eventuelles Mitschreiben dieses Poles kann gegebenenfalls zwar in Kauf genommen werden, wenn ihm der schreibende Hauptpol nacheilt und somit vom Hilfspol eventuell geschriebene Informationen überschreibt. Um jedoch ein Mitlesen des Hilfspoles mit seiner ablaufenden Kante zumindest weitgehend zu unterbinden, müßte der zwischen den beiden Polen ausgebildete sogenannte Luftspalt verhältnismäßig breit sein, um eine weitgehende Reduzierung der magnetischen Flußdichte am Hilfspol gewährleisten zu können. Die Fertigung von Magnetköpfen mit entsprechend breiten Spaltschichten stellt jedoch hohe Anforderungen an die Dünnschicht-Technik. Außerdem ist das mit diesen bekannten Magnetköpfen zu erhaltende Lesesignal verhältnismäßig schwach, da bei ihnen mit einer einzigen Spulenwicklung sowohl die Lese funktion als auch die Schreibfunktion ausgeübt wird.
Aufgrund der erwähnten Schwierigkeiten beim Lesen mit den bekannten kombinierten Schreib- und Lese-Magnetköpfen sind auch Kopf-Systeme bekannt, bei denen die Funktion des Schreibens und Lesens von jeweils getrennten Köpfen auszuüben ist. Diese Köpfe lassen sich dann an die jeweilige Funktion besser anpassen (vgl.
z.B. IEEE Trans.Magn.", vol. MAG-16, no. 5, Sept.
1980, Seiten 967 bis 972). Danach werden für das Lesen an sich bekannte Ringköpfe verwendet, während das Schreiben mit speziellen Köpfen durchzuführen ist. Ein entsprechender, hierfür geeigneter, auch als Einzel-Pol-Kopf bezeichneter Schreibkopf weist z.B. auf seiner der Speicherschicht des Aufzeichnungsmediums zugewandten Seite einen Hauptpol mit longitudinaler Ausdehnung von z.B. 3 um auf, dem auf der Rückseite des Aufzeichnungsmediums ein wesentlich ausgedehnterer Hilfspol gegenüberliegt. Der zweite, nur zum Lesen benötigte Kopf ist ein Ringkopf mit einer Spaltweite von z.B. 0,2 um (vgl. "IEEE Trans.Magn.", vol. MAG-17, no. 6, Nov.
1981, Seiten 2538 bis 2540). Entsprechende Kopf-Systeme zum magnetischen Lesen und Schreiben mit an die jeweilige Funktion angepaßten besonderen Köpfen sind jedoch konstruktiv verhältnismäßig aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den eingangs genannten Schreib-/Lese-Magnetkopf dahingehend zu verbessern, daß bei ihm zum einen die erwähnten Probleme bei kombinierten Köpfen hinsichtlich ihres mechanischen Aufbaus verringert sind und zum anderen eine schaltbare Schreib- und Lese funktion mit jeweils hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kenn-zeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
Der Magnetkopf nach der Erfindung weist somit einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper auf, der nach Art eines gepolten Relais mit steuerbarem Nebenschluß ausgelegt ist. Die Lese- und Schreibfunktion werden dabei durch eine gesonderte Lese- bzw. Schreibspulenwicklung ausgeübt, welche zur Begrenzung ihrer gegenseitigen Beeinflussung durch den steuerbaren Nebenschluß voneinander entkoppelt sind. Zur Ausübung der Schreibfunktion wirkt der erfindungsgemäße Magnetkopf vorteilhaft wie ein sogenannter Einzel-Pol-Kopf, indem die Flußrückführung über den magnetischen Nebenschluß dadurch unterbrochen wird, daß dessen magnetisches Material mit verhältnismäßig niedrigem Curie-Punkt über die entsprechende Temperatur hinaus erhitzt wird. Für die Lese funktion kann der Magnetkopf in bekannter Weise vorteilhaft als Ringkopf betrieben werden, der aus den beiden Magnetschenkeln des Leitkörpers und dem Nebenschluß gebildet wird, wobei der Nebenschluß kalt und damit magnetisch leitend ist. Auf diese Weise wird ein verhältnismäßig starkes Lesesignal erhalten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Magnetkopfes nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schreib-/Lese-Magnetkopfes als Längsschnitt veranschaulicht ist.
Bei dem in der Figur wiedergegebenen Magnetkopf wird von an sich bekannten Ausführungsformen für das Prinzip der senkrechten (vertikalen) Magnetisierung ausgegangen.
Der in der Figur allgemein mit 2 bezeichnete Kopf, der z.B. während seiner Schreibfunktion gezeigt sein soll, befindet sich auf einer Flachseite eines Substratkörpers 3, der z.B. die Stirnseite oder die Rückseite eines gebräuchlichen, als Flugkörper bezeichneten Elementes bildet, das in der Figur nur als Teil angedeutet ist. Dieser Kopf ist relativ zu einem an sich bekannten, vertikal zu magnetisierenden Aufzeichnungsmedium M in geringer Flughöhe f von beispielsweise 0,2 pm über einer Speicherschicht 4 dieses Mediums M längs einer Spur zu führen. Z.B. wird das Aufzeichnungsmedium M unter dem Kopf hinweggeführt. Die relative Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmediums M bezüglich des Magnetkopfes 2 ist durch eine mit v bezeichnete gepfeilte Linie angedeutet.
Der Magnetkopf 2 weist einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper 6 mit zwei Magnetschenkeln 7 und 8 auf, welche weitgehend und insbesondere an ihren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Enden 9 und 10 zumindest annähernd senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums M ausgerichtet sind und dort jeweils einen Magnetpol P1 bzw. P2 bilden. Zwischen diesen Schenkelenden ist ein Luftspalt 11 mit vorteilhaft geringer longitudinaler, d.h. in Bewegungsrichtung v weisender Weite w von unter 1 um, insbesondere unter 0,3 um ausgebildet. Auf der dem Aufzeichnungsmedium M abgewandten Seite des Leitkörpers 6 sind die Magnetschenkel 7 und 8 in bekannter Weise an ihren entsprechenden Enden 12 und 13 einandergefügt. In Bereichen 14 und 15 zwischen diesen Enden 12 und 13 sowie den Enden 9 und 10 der Magnetschenkel sind bis auf eine vorbestimmte mittlere Zone 16 des Magnetkopfes 2 die Abstände zwischen den Magnetschenkeln 7 und 8 gegenüber der Spaltweite w erweitert, indem z.B. der hinsichtlich der Bewegungsrichtung rückwärtige, äußere Magnetschenkel 8 in diesen Bereichen auf einen größeren Abstand a bzw. a' bezüglich des inneren, im wesentlichen auf dem Substratkörper 3 liegenden Magnetschenkels 7 führt.
Erfindungsgemäß sind in der mittleren Zone 16 die beiden Schenkel 7 und 8 des Leitkörpers 6 so zusammengeführt, daß dort ein in der Figur durch eine verstärkte Linie 18 angedeuteter magnetischer Nebenschluß zwischen den beiden Magnetschenkeln ausgebildet ist. Außerdem soll erfindungsgemäß einer der Magnetschenkel, beispielsweise der äußere Magnetschenkel 8 zumindest in der Zone 16 dieses Nebenschlusses 18 aus einem magnetisierbaren Material bestehen, das eine vorbestimmte, verhältnismäßig niedrige Curie-Temperatur Tc aufweist.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das aus diesem speziellen Material bestehende Teilstück 8' des Magnetschenkels 8 bis an das obere Schenkelende 13. Entsprechende Materialien sind z.B.
besondere FeNi-Legierungen. So hat beispielsweise die unter dem Handelsnamen THERMOFLUX (eingetragenes Warenzeichen der Firma Vacuumschmelze GmbH, Hanau) bekannte Legierung einen Ni-Anteil von etwa 30 %, wobei durch geringe Variation der Zusammensetzung eine Curie-Temperatur Tc zwischen 300C und 1200C einstellbar ist (vgl. z.B. Weichmagnetische Werkstoffe", Herausgeber: Vacuumschmelze GmbH, Verlag: Siemens AG, Berlin und München, 3. Auflage, 1977, insbesondere Seiten 128 und 290 bis 292). Für die Schreibfunktion wird dann das aus einem solchen Material bestehende Teilstück 8' des Magnetschenkels 8 so stark erhitzt, daß seine Temperatur die Curie-Temperatur Tc überschreitet. Hierbei wird das Teilstück 8' paramagnetisch, so daß es praktisch wie ein Luftspalt einen entsprechend hohen Widerstand für den magnetischen Fluß in dem Magnetschenkel 8 aufweist. Der Nebenschluß 18 zwischen den beiden Magnetschenkeln 7 und 8 ist somit über die Temperatur des Teilstückes 8' des Magnetschenkels 8 steuerbar.
Für die Schreib- und Lesefunktion ist der Magnetkopf 2 mit einer Magnetspuleneinrichtung 20 versehen, welche aus zwei ein- oder mehrlagigen, flachen Spulenwicklungen 21 und 22 gebildet wird. Diese Spulenwicklungen sind untereinander zumindest weitgehend parallel angeordnet, wobei die Stromleiter dieser beiden Spulenwicklungen jeweils nur einem der Magnetschenkel 7 bzw.
8 zugeordnet, insbesondere um den jeweiligen Magnetschenkel gewickelt sind. Dabei sollen sich die Leiter der Lesespulenwicklung an dem das Teilstück 8' mit dem Material vorbestimmter Curie-Temperatur enthaltenden Magnetschenkel befinden. Außerdem sind die Spulenwicklungen 21 und 22 vorteilhaft durch den steuerbaren Nebenschluß 18 voneinander entkoppelt, indem die Stromleiter der einen Spulenwicklung von den Stromleitern der anderen Spulenwicklung jeweils durch einen Magnetschenkelteil voneinander räumlich getrennt sind. Dementsprechend erstrecken sich gemäß dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel die Stromleiter der Schreibspulenwicklung 21 durch eine zwischen dem schreibenden Magnetschenkel 7 und dem Substratkörper 3 ausgebildete Aussparung 24 sowie durch den Zwischenraum 25, welcher zwischen den Magnetschenkeln 7 und 8 zwischen deren gemeinsamen Enden 12, 13 und dem Nebenschluß 18 in dem Bereich 15 liegt. In entsprechender Weise führen die Stromleiter der Lesespulenwicklung 22 durch den Zwischenraum 26, welcher zwischen den Magnetschenkeln 7 und 8 zwischen deren Polenden 9 und 10 und dem Nebenschluß 18 im Bereich 14 ausgebildet ist. Der übrige Teil dieser Spulenwicklung 22 liegt dabei außerhalb des Teilstückes 8' des äußeren Magnetschenkels 8.
Um die Schreibfunktion lediglich mit dem Magnetschenkel 7 quasi als Einzel-Pol-Kopf auszuüben, kann die Erhitzung des Teilstückes 8' des anderen Magnetschenkels 8 über die Curie-Temperaur Tc hinaus z.B. durch den Schreibstrom der Spulenwicklung 21 erfolgen. Selbstverständlich kann dieses Teilstück 8' auch durch zusätzliche, in der Figur nicht dargestellte Einrichtungen zum Aufheizen auf die gewünschte Temperatur gebracht werden.
Darüber hinaus kann vorteilhaft für die Ausübung der Schreibfunktion in der Lesespulenwicklung 22 eine Stromflußrichtung eingestellt werden, die entgegengesetzt zu der Stromflußrichtung in der Schreibspulenwicklung 21 ist. Auf diese Weise läßt sich nämlich der magnetische Widerstand in dem Magnetschenkel 8 noch weiter erhöhen und damit ein Mitschreiben dieses Schenkels entsprechend unterdrücken. Der sich somit allein in dem schreibenden Magnetschenkel 7 einstellende magnetische Fluß ist in der Figur durch eine mit 28 bezeichnete gepfeilte Linie veranschaulicht.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Magnetkopfes wird vorteilhaft in an sich bekannter Dünnschicht- bzw.
Dünnfilm-Technik vorgenommen. Die hierbei verwendeten Substratkörper bestehen z.B. aus TiC und A1203. Zum Aufbau der Magnetschenkel werden dünne Magnetschichten aus speziellen NiFe-Legierungen wie Permalloy (Ni/Fe-81/19) oder aus weichmagnetischen amorphen Materialien, z.B. aus FeB, durch Sputtern, Aufdampfen oder galvanische Abscheidung aufgebracht und jeweils durch nicht-magnetische Zwischenlagen voneinander getrennt.
Die leichte Richtung der Magnetisierung kann z.B. beim Aufbringen der jeweiligen Schicht durch ein angelegtes Magnetfeld induziert werden. Sie liegt im allgemeinen immer senkrecht zur Richtung des magnetischen Flusses in dem magnetischen Leitkörper, d.h. im Bereich der Magnetpole P1 und P2 im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums M. Die aufgewachsenen unterschiedlichen Schichten werden durch an sich bekannte Techniken wie Fotolithographie, Plasma-, Ionenstrahl- oder naßchemisches Ätzen strukturiert und damit die Magnetschenkel des Kopfes ausgebildet. Zur Herstellung der für die Schreib- und Lese funktion vorgesehenen Magnetspuleneinrichtung werden Schichten aus Cu oder Al oder Au abgeschieden und entsprechend strukturiert. Die einzelnen für den Aufbau des Magnetkopfes erforderlichen Isolationsschichten sind in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung weggelassen.
Von besonderem Vorteil für die Fertigungstechnologie des erfindungsgemäßen Magnetkopfes ist es, daß der zur Erfüllung der Lese funktion erforderliche Teil des Kopfes hinsichtlich seiner Formgebung und Ausführung weitgehend bisher bekannten Longitudinalköpfen entspricht. Insbesondere wird die Mehrlagentechnik für die Lese- und Schreibspulenwicklung durch die spezielle Auslegung des den Magnetfluß führenden Leitkörpers entflochten.
8 Patentansprüche 1 Figur - Leerseite -

Claims

Patentansprüche C1.! Schreib-/lese -Magnetkopf mit einem schichtweisen Aufbau auf einem nicht-magnetischen Substrat für ein Aufzeichnungsmedium, das mit einer magnetisierbaren Speicherschicht versehen ist, in welche längs einer Spur Informationen durch senkrechte (vertikale) Magnetisierung einzuschreiben sind, welcher Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper mit zwei Magnetschenkeln aufweist, deren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Pole in Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit vorbestimmtem Abstand untereinander angeordnet sind, und ferner eine Magnetspuleneinrichtung zum Schreiben und Lesen enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ot) die Magnetspuleneinrichtung (20) aus einer Schreibspulenwicklung (21) und einer Lesespulenwicklung (22) gebildet ist, wobei diese Wicklungen (21, 22) jeweils einem der Magnetschenkel (7 bzw. 8) zugeordnet sind, ß) die beiden Magnetschenkel (7, 8) in einer mittleren Zone (16) zwischen ihren dem Aufzeichnungsmedium (M) zugewandten Enden (9, 10) und dem gegenüberliegenden Enden (12, 13) des Leitkörpers (6) so zusammengeführt sind, daß dort ein magnetischer Nebenschluß (18) zwischen den Magnetschenkeln (7, 8) ausgebildet ist und der Magnetschenkel (8) mit der zugeordneten Lesespulenwicklung (22) zumindest in der mittleren Zone (16) des magnetischen Nebenschlusses (18) aus einem magnetisierbaren Material mit einer vorbestimmten Curie-Temperatur besteht, wobei Mittel vorgesehen sind, um das in dieser Zone (16) liegende Teilstück (8') des Magnetschenkels (8) während der Schreibfunktion über die Curie-Temperatur hinaus zu erhitzen.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß zur Erhitzung des in der mittleren Zone (16) liegenden Teilstücks (8') des Magnetschenkels (8) aus dem Material mit der vorbestimmten Curie-Temperatur der Schreibstrom der Schreibspulenwicklung (21) vorgesehen ist.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß besondere Einrichtungen zum Erhitzen des aus dem Material mit vorbestimmter Curie-Temperatur bestehenden Teilstückes (8') des Magnetschenkels (8) vorgesehen sind.
4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Material mit vorbestimmter Curie-Temperatur für das Teilstück (8') des einen Magnetschenkels (8) eine besondere Eisen-Nickel-Legierung vorgesehen ist.
5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Spulenwicklungen (21, 22) durch Teile der Magnetschenkel (7, 8, 8') räumlich voneinander getrennt sind.
6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Schreibfunktion die Stromflußrichtung in der Lesespulenwicklung (22) entgegengesetzt zur Stromflußrichtung in der Schreibspulenwicklung (21) eingestellt ist.
7. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumin- dest teilweise sein den Magnetfluß führender Leitkörper (6) aus weichmagnetischem Material besteht.
8. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest teilweise sein den Magnetfluß führender Leitkörper (6) aus einem Material besteht, dessen leichte Magnetisierung zumindest weitgehend senkrecht zur Führungsrichtung des Magnetflusses gerichtet ist.