DE3603903A1 - Magnetische speichereinrichtung mit einem senkrecht zu magnetisierenden aufzeichnungsmedium - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Speichereinrichtung mit einem auf einem nicht-magnetischen Substrat schichtweise aufgebauten Dünnfilm- Magnetkopf und mit einem Aufzeichnungsmedium, das mit einer magnetisierbaren Speicherschicht aus einem Material vorbestimmter Koerzitivfeldstärke versehen ist, in welche längs einer Spur Informationen durch senkrechte (vertikale) Magnetisierung dieser Schicht einzuschreiben sind, wobei der Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden, ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörper mit zwei Magnetschenkeln enthält,

• - die jeweils mindestens eine magnetische Schicht mit vorbestimmtem magnetischen Widerstand aufweisen,
• - deren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Magnetpole in (relativer) Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander geordnet sind, wobei ein Spalt vorbestimmter Länge ausgebildet ist, und
• - die außerhalb des Polbereiches einen Zwischenraum begrenzen, durch welchen sich die Windungen einer Schreib- und/oder Lesespulenwicklung erstrecken.

Ein entsprechender Magnetkopf einer solchen Speichereinrichtung ist z. B. aus der EP 00 12 912 A1 zu entnehmen. Mit diesem Kopf kann eine Speicherung von Informationen durch senkrechte Magnetisierung eines entsprechenden Aufzeichnungsmediums vorgenommen werden. Dieses Prinzip ist allgemein bekannt (vgl. z. B. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-16, No. 1, Januar 1980, Seiten 71 bis 76, oder Vol. MAG-20, No. 5, Sept. 1984, Seiten 657 bis 662 und 675 bis 680). Die für dieses vielfach auch als vertikale Magnetisierung bezeichnete Prinzip vorzusehenden Aufzeichnungsmedien können in Form von starren Magnetspeicherplatten, flexiblen Einzelplatten (Floppy Discs) oder Magnetbändern vorliegen. Diese Medien weisen jeweils mindestens eine magnetisierbare Speicherschicht vorbestimmter Dicke auf, welche ein magnetisch anisotropes Material vorbestimmter Koerzitivfeldstärke, insbesondere aus einer CoCr-Legierung, enthält. Dabei ist die Achse der sogenannten leichten Magnetisierung dieser Schicht senkrecht zur Oberfläche des Mediums ausgerichtet. Mittels besonderer Magnetköpfe können dann längs einer Spur einzelne Informationen als Bits in aufeinanderfolgenden Abschnitten durch entsprechende Magnetisierung der Speicherschicht eingeschrieben werden.

Die für das Prinzip der sogenannten longitudinalen Magnetisierung bekannten kombinierten Schreib- und Lese-Magnetköpfe können jedoch nicht ohne weiteres auch für eine senkrechte Magnetisierung übernommen werden. Bei Verwendung dieser Köpfe, deren aus Magnetschenkeln gebildeter magnetischer Leitkörper im allgemeinen eine ringkopfähnliche Gestalt hat, läßt sich zwar die auch bei dem Prinzip der senkrechten Magnetisierung angestrebte Magnetflußführung zu einem möglichst geschlossenen Kreis mit geringem magnetischen Widerstand erreichen. Jedoch ist es schwierig, bei hohen Bit-Dichten und damit bedingt entsprechend kleiner Länge des sogenannten Luftspaltes, der zwischen den dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Magnetpolen des Ringkopfes ausgebildet ist, ein hinreichend starkes Schreibfeld zu erzeugen.

Man sieht sich deshalb veranlaßt, für das Prinzip der senkrechten Magnetisierung spezielle Schreib-/Lese- Magnetköpfe zu entwickeln. Der Aufbau eines solchen Kopfes geht z. B. aus der eingangs genannten EP-Al hervor. Dieser bekannte Magnetkopf weist zur Führung des magnetischen Flusses einen sogenannten Leitkörper auf, der von zwei Magnetschenkeln gebildet wird, die jeweils aus mindestens einer Schicht aus einem magnetischen Material mit vorbestimmtem spezifischen magnetischen Widerstand wie z. B. aus einer speziellen NiFe-Legierung (z. B. "Permalloy": Warenzeichen der "Bell Telephone Manufacturing Comp.") bestehen. Mit ihren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Endbereichen sind zwei Magnetpole ausgebildet, die in Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit vorbestimmter geringer Spaltlänge zueinander angeordnet sind. Aufgrund der Materialwahl und ihrer besonderen Formgebung haben die Endbereiche mit den beiden Magnetpolen bestimmte Werte des magnetischen Widerstandes. An diese Endbereiche schließt sich ein Bereich des Kopfes an, in dem die Magnetschenkel auf einen größeren gegenseitigen Abstand geführt sind. Auf diese Weise wird ein ausreichend weiter Zwischenraum zwischen den beiden Magnetschenkeln erhalten, durch welchen sich die Windungen einer Schreib- und Lesespulenwicklung erstrecken. Sowohl für die Schreibfunktion als auch für die Lesefunktion dieses Magnetkopfes wird die ringkopfähnliche Gestalt seines magnetischen Leitkörpers mit beiden Magnetschenkeln ausgenutzt.

Die einzelnen Teile dieses bekannten Magnetkopfes sind in Dünnfilmtechnik auf der ebenen Rückseite eines nicht-magnetischen Substrates aufgebracht. Diese Technik ist für Schreib-/Lese-Magnetköpfe allgemein bekannt (vgl. z. B. "Feinwerktechnik und Meßtechnik", 88. Jahrgang, Heft 2, März 1980, Seiten 53 bis 59, oder "Siemens-Zeitschrift", Band 52, Heft 7, 1978, Seiten 434 bis 437). Problematisch bei derartigen Dünnfilm- Magnetköpfen ist jedoch die Erzeugung hinreichend großer Schreibfelder unter gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Auflösung beim Lesen. Diese beiden Forderungen sind an sich gegensätzlicher Natur, da im allgemeinen hohe Magnetfelder nur mit großen Spaltweiten und/oder großen Poldicken zu erreichen sind, während sich eine hohe Auflösung bei hohen Bit-Dichten nur mit kleinen Spaltweiten und/oder geringen Poldicken erzielen läßt (vgl. z. B. "IEEE Transaction on Magnetics", Vol. MAG-19, No. 5, Sept. 1983, Seiten 1617 bis 1619). Darüber hinaus sollte bei einem Magnetkopf zur vertikalen Aufzeichnung das Schreibfeld möglichst asymmetrisch sein, um die Vertikalkomponente dieses Feldes an der ablaufenden Kante des schreibenden Magnetpoles anzuheben und die Vertikalkomponente entgegengesetzter Polarität an der vorlaufenden Kante des anderen Magnetpoles abzuschwächen. Bei dem bekannten Magnetkopf-Typ ist jedoch das Magnetfeld an der ablaufenden Kante im allgemeinen etwas schwächer als das Magnetfeld an der vorlaufenden Kante.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die magnetische Speichereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit ihrem Magnetkopf eine Schreib- und Lesefunktion mit jeweils verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad nach dem Prinzip der vertikalen Magnetisierung ermöglicht ist. Dabei sollen die erwähnten Forderungen hinsichtlich großer Schreibfelder und hohen Auflösungsvermögens zumindest weitgehend berücksichtigt sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - die Magnetschicht des in Bewegungsrichtung gesehen nachlaufenden Magnetschenkels zumindest in ihrem den Magnetpol ausbildenden Endbereich einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand hat,
• - die Magnetschicht des vorlaufenden Magnetschenkels zumindest in ihrem den Magnetpol ausbildenden Endbereich einen magnetischen Widerstand hat, der um ein vorbestimmtes Maß niedriger als der vergleichsweise hohe magnetische Widerstand der Magnetschicht des nachlaufenden Magnetschenkels ist, und
• - die Koerzitivfeldstärke des Materials der Speicherschicht des Aufzeichnungsmediums hinreichend hoch gewählt ist,

so daß ein Überschreiben der Speicherschicht des Aufzeichnungsmediums mit dem an dem Magnetpol des nachlaufenden Magnetschenkels hervorzurufenden Magnetfeld zumindest weitgehend ausgeschlossen ist.

Die mit dieser Ausgestaltung der magnetischen Speichereinrichtung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß beim Schreiben die Magnetisierung der Magnetschicht des nachlaufenden Magnetschenkels in ihrem Polbereich wegen des höheren magnetischen Widerstandes gegenüber der Magnetisierung der Magnetschicht des vorlaufenden Schenkels erniedrigt ist und deshalb auch die Vertikalkomponente des Magnetfeldes des nachlaufenden Schenkels entsprechend kleiner ist als das Vertikalfeld des vorlaufenden Magnetpoles. Dies bedeutet, daß der Magnetkopf mit einer sehr steilen Flanke des zwischen den beiden Magnetpolen ausgebildeten Magnetfeldes schreibt. Damit wird auch die für die Leseamplitude wichtige magnetische Übergangslänge gegenüber dem üblichen Schreiben mit der ablaufenden Kante stark verkürzt. Der Magnetkopf der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung schreibt also, bedingt durch die verschiedenen magnetischen Widerstandswerte seiner Schenkel, im Unterschied zu bekannten Köpfen mit seinem vorlaufenden Magnetpol. Dies läßt sich insbesondere dadurch gewährleisten, daß für die Speicherschicht des Aufzeichnungsmediums ein Material mit einem so hohen Wert der (senkrechten) Koerzitivfeldstärke gewählt wird, daß das Magnetfeld des ablaufenden Magnetpoles nicht mehr ausreicht, um diese Speicherschicht zu beschreiben. Dagegen treten beim Lesen aufgrund der bekanntlich geringeren Felder keine magnetischen Sättigungseffekt in den Magnetschenkeln auf, so daß der Magnetkopf wie ein gebräuchlicher Dünnfilm-Ringkopf wirkt, der einen sehr scharfen magnetischen Übergang mit entsprechend großer Lesespannung registriert. Besonders vorteilhaft ist außerdem, daß die Spaltlänge bei dem Magnetkopf der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung ohne wesentliche Beeinträchtigung der Schreibeigenschaften sehr klein gehalten werden kann und daß damit die maximal erreichbare Bitdichte entsprechend groß ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung schematisch veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die mit dem Magnetkopf dieser Speichereinrichtung gemäß Fig. 1 erzeugte senkrechte Magnetfeldkomponente. In Fig. 3 sind in einem weiteren Diagramm die entsprechenden Magnetisierungsverhältnisse angedeutet.

Bei dem in Fig. 1 nur teilweise als Längsschnitt dargestellten Magnetkopf einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung wird von an sich bekannten, ringkopfähnlichen Ausführungsformen mit schichtweisem Aufbau ausgegangen, wie sie für das Prinzip der senkrechten (vertikalen) Magnetisierung entwickelt worden sind (vgl. z. B. die eingangs genannte EP-A1). Mit dem allgemein mit 2 bezeichneten Magnetkopf soll sowohl eine Schreib- als auch Lese-Funktion auszuüben sein. Dieser Kopf befindet sich auf einer Flachseite eines nichtmagnetischen Substrates 3, das die Stirn- oder insbesondere die Rückseite eines gebräuchlichen, auch als Flugkörper bezeichneten Elementes bildet und das in der Figur nicht weiter ausgeführt ist. Der Magnetkopf ist relativ zu einem an sich bekannten Aufzeichnungsmedium A in geringer Flughöhe f zu führen, wobei die relative Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmediums bezüglich des Magnetkopfes durch eine mit v bezeichnete gepfeilte Linie angedeutet ist. Die sich zwischen der zumindest einer Flugkufe gestalteten, dem Aufzeichnungsmedium A zugewandten Unterseite des Kopfes 2 und dem Aufzeichnungsmedium einstellende Flughöhe f beträgt beispielsweise nur einige Zehntel Mikrometer. Das Aufzeichnungsmedium A, z. B. eine Magnetspeicherplatte, weist eine Speicherschicht 6 auf, die vertikal (senkrecht) orientiert ist und eine vorbestimmte Dicke D hat. Das Material der Speicherschicht, für das beispielsweise eine CoCr-Legierung gewählt wird, soll dabei einen vorbestimmten hohen Wert der (senkrechten) Koerzitivfeldstärke H _c von beispielsweise mehr als 20 kA/m, vorzugsweise mehr als 60 kA/m aufweisen (vgl. z. B. EP 01 20 413 A1 oder EP 00 54 269 A2).

Die Speicherschicht 6 kann vorteilhaft noch auf mindestens einer weiteren, weichmagnetischen Schicht, z. B. aus einer speziellen NiFe-Legierung oder aus amorphem CoZr oder CoHf, die gegebenenfalls noch ternäre Zusätze wie z. B. aus Ni oder Nb aufweisen, angeordnet sein. Diese Unterschicht ist in der Figur mit 7 bezeichnet.

Der Magnetkopf 2 enthält einen den Magnetfluß führenden, ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörper 8 mit zwei Magnetschenkeln 9 und 10. Diese Schenkel sind weitgehend und insbesondere in ihren dem Aufzeichnungsmedium A zugewandten, Magnetpole Mp 1 bzw. Mp 2 ausbildenden Endbereichen 11 bzw. 12 zumindest annähernd senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums ausgerichtet. Unter den Endbereichen wird dabei jeweils das dünne Endstück eines Magnetschenkels verstanden, das eine zumindest weitgehend einheitliche Querausdehnung bzw. Dicke aufweist oder das durch keine weiteren Schichten verstärkt ist. Die Endbereiche 11 und 12 sind durch einen Luftspalt 13 räumlich getrennt, der im Bereich der Magnetpole Mp 1 und Mp 2 eine vorteilhaft geringe longitudinale, d. h. in Bewegungsrichtung v des Magnetkopfes weisende Länge g von unter 1 µm, insbesondere von unter 0,5 µm, vorzugsweise unter 0,25 µm aufweist. In einem mittleren Bereich 15 des magnetischen Leitkörpers 8 ist der Abstand zwischen den beiden Magnetschenkeln 9 und 10 gegenüber dieser Spaltlänge g erweitert, indem z. B. der hinsichtlich der Bewegungsrichtung v rückwärtige, d. h. nachlaufende Magnetschenkel 10 auf eine größere Weite w bezüglich des vorderen, eben ausgebildeten und dem Substrat 3 zugewandten Magnetschenkels 9 führt. Außerhalb dieses Bereiches 15 ist auf der dem Aufzeichnungsmedium A abgewandten Seite des Leitkörpers 8 der Magnetschenkel 10 in bekannter Weise in einem Verbindungsbereich 16 an den Magnetschenkel 9 angefügt, so daß sich damit die ringkopfähnliche Gestalt des Leitkörpers 8 ergibt.

Durch den zwischen den beiden Magnetschenkeln 9 und 10 in dem mittleren Bereich 15 ausgebildeten Zwischenraum 17 erstreckt sich mindestens eine flache Spulenwicklung 18, die sowohl als Schreib- als auch als Lesespule dienen kann. Diese in der Figur nur mit einer einzigen Lage 18 a angedeutete Wicklung kann auch mehrlagig ausgebildet sein und weist im allgemeinen eine verhältnismäßig große Anzahl von Windungen auf. Durch sie kann ein verhältnismäßig großer Schreibstrom I fließen.

Die beiden Magnetschenkel 9 und 10 des Magnetkopfes 2 sind jeweils durch mindestens eine magnetische Schicht 9 a bzw. 10 a mit einer Schichtdicke d ₁ bzw. d ₂ ausgebildet. Unter der jeweiligen Schichtdicke wird dabei die in dem jeweiligen Polbereich 11 bzw. 12 herrschende Ausdehnung der entsprechenden Schicht in Bewegungsrichtung v verstanden. Gemäß der Erfindung sollen nun diese Magnetschichten zumindest in ihren Polbereichen 11 und 12 unterschiedliche magnetische Widerstände haben, wobei die Schicht 10 a des in der relativen Bewegungsrichtung gesehen nachlaufenden Magnetschenkels 10 den wesentlich höheren, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 2 höheren magnetischen Widerstand R _M2 aufweisen soll. Der demgegenüber geringere magnetische Widerstand der Schicht 9 a des vorlaufenden Magnetschenkels 9 ist dabei mit R _M1 bezeichnet. Die Größe des magnetischen Widerstandes der jeweiligen Magnetschicht hängt dabei bekanntlich von der relativen Permeabilität μ _r und der Geometrie der jeweiligen Schicht ab. Die relative Permeabilität der Schichten kann durch Materialwahl und durch die Herstellungsbedingungen, z. B. beim Sputtern, festgelegt werden. Vorzugsweise wird für die Magnetschicht 9 a des vorlaufenden Magnetschenkels 9 ein Material mit einer relativen Permeabilität μ _r1 gewählt, die größer ist als die Permeabilität μ _r2 der Magnetschicht 10 a des nachlaufenden Magnetschenkels. Vorteilhaft soll dabei die größere Permeabilität μ _r1 einen Wert über 1000, vorzugsweise über 3000 haben, während der Wert der geringeren Permeabilität μ _r2 im allgemeinen unter 1000 liegen sollte und beispielsweise ungefähr 500 beträgt. Vorzugsweise werden Materialien gewählt, deren Permeabilitäten sich mindestens um einen Faktor 3 unterscheiden.

Darüber hinaus kann durch geeignete Wahl der Schichtdicken d ₁ und d ₂ der Magnetschichten 9 a und 10 a der magnetische Widerstand dieser Schichten zusätzlich variiert werden. Diese Schichtdicken sollten kleiner als 2 µm, insbesondere kleiner als 1 µm, vorzugsweise kleiner als 0,7 µm gewählt werden. Vorteilhaft wird dabei für die Magnetschicht 9 a des vorlaufenden Magnetschenkels 9 ein Wert der Dicke d ₁ vorgesehen, der größer, vorzugsweise um mindestens das 1,5fache größer als der Wert der Dicke d ₂ der Magnetschicht 10 a des nachlaufenden Magnetschenkels 10 ist. Für Bit-Dichten über 30 kFCI (kilo Flux Changes per Inch) können beispielsweise d ₁ ≦ωτ 0,6 µm, d ₂ ≦ωτ 0,4 µm und g ≦ωτ 0,25 µm zu wählen sein. Die Flughöhe f und die Dicke D der CoCr-Speicherschicht 6 sollten in diesem Fall der Ungleichung f + D ≦ωτ 0,5 µm genügen. Außerdem sollte die Dicke der weichmagnetischen Unterschicht 7 die Dicke des dickeren der beiden Magnetpole Mp 1, Mp 2 nicht wesentlich unterschreiten.

Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, kann jeder der Magnetschenkel 9 und 10 außerhalb des jeweiligen Endbereichs 11 bzw. 12 mit einer zusätzlichen, verhältnismäßig dicken Magnetschicht 9 b bzw. 10 b versehen sein, wobei diese Schichten insbesondere den mittleren Bereich 15 des magnetischen Leitkörpers 8 mit der Spulenwicklung 18 abdecken. Die Dicken dieser zusätzlichen Schichten 9 b und 10 b sind mit d ₃ bzw. d ₄ bezeichnet. Die Schichten 9 b und 10 b reichen nicht bis zu den jeweiligen Magnetpolen Mp 1 bzw. Mp 2 heran, sondern enden jeweils ein vorbestimmtes Stückweit davon entfernt. Sie legen so die oberen Grenzen der Endbereiche 11 bzw. 12 fest. Dementsprechend beginnt der Endbereich 12 des Magnetschenkels 10 an der Stelle, an der die mit 20 bezeichnete Außenseite der Magnetschicht 10 b an die Außenseite der Magnetschicht 10 a anstößt. Wie in der Figur ferner durch gestrichelte Linien 20′ und 20″ angedeutet sein soll, kann die Außenseite der Magnetschicht 10 b auch weiter zurückgezogen enden, so daß dann der Endbereich der Magnetschicht 10 a entsprechend weiter ausgedehnt ist. Diese durch die Außenseite 20′ bzw. 20″ begrenzten Endbereiche sind mit 12′ bzw. 12″ bezeichnet. Die zusätzlichen Schichten 9 b und 10 b können so vorteilhaft zur Beeinflussung des magnetischen Widerstandes des jeweiligen Magnetschenkels dienen und außerdem auch für die angestrebte Asymmetrierung des Feldverlaufes des Schreibfeldes herangezogen werden. So haben verschiedene Lagen der Außenseiten 20, 20′, 20″ bzw. verschiedene Ausdehnungen der Magnetschicht 10 b bezüglich des Aufzeichnungsmediums A auf das Schreib-Lese-Verhalten des Magnetkopfes 2 einen starken Einfluß. So führen z. B. kürzere Schenkel zu besseren Schreibfeldern, jedoch zu kleineren Leseamplituden.

Eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung des magnetischen Widerstandes des nachlaufenden Magnetschenkels 10 ist dadurch gegeben, daß man eine den magnetischen Widerstand erhöhende Querschnittsverminderung in der Magnetschicht 10 a vorsieht. Diese Querschnittsverminderung kann vorzugsweise an dem dem mittleren Bereich 15 zugewandten Rand des Endbereiches 12 oder 12′ oder 12″ liegen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich eine derartige Widerstandserhöhung dadurch erhalten, daß man z. B. bei einem Ionenstrahlätzen der zusätzlichen Magnetschicht 10 b des Schenkels 10 einen Ätzgraben in der den Magnetpol Mp 2 ausbildenden Magnetschicht 10 a dieses Schenkels durch Überätzung erzeugt. Der Umriß dieses Ätzgrabens ist in der Figur durch eine gestrichelte Linie 22 angedeutet.

Auf das Sättigungsverhalten der Endstücke 11 und 12 bzw. 12′, 12″ der Magnetschenkel 9 bzw. 10 mit den Polen Mp 1 und Mp 2 und damit auf die erzeugbaren Magnetfelder hat auch die Lage der Schreib-/Lesespulenwicklung 18 Einfluß. So sind die Magnetfelder umso größer, je näher diese Wicklung an dem Spalt 13 liegt. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß mit dieser Annäherung die gewünschte Asymmetrie der Feldverteilung teilweise wieder rückgängig gemacht wird. Man hat somit eine weitere Möglichkeit, durch die Lage der Schreib-/ Lesespulenwicklung 18 sowohl die Amplitude als auch die Asymmetrie des Vertikalfeldes zu beeinflussen.

Als Materialien für die Schichten 9 a, 9 b und 10 a, 10 b kommen insbesondere FeNi-Legierungen wie z. B. aus "Permalloy" oder amorphe CoZr- oder CoHf-Legierungen in Frage. Gegebenenfalls können den Legierungspartnern dieser amorphen Legierungen noch weitere, z. B. ternäre Partner beigefügt sein.

Aufgrund der so einzustellenden unterschiedlichen magnetischen Widerstandsverhältnisse in den beiden Magnetschenkel 9 und 10 insbesondere in ihren entsprechenden Endbereichen 11 bzw. 12, 12′, 12″ läßt sich dann erreichen, daß praktisch nur mit dem Magnetpol Mp 1 des vorlaufenden Magnetschenkels 9 die Schreibfunktion ausgeübt wird. Um diese charakteristische Wirkungsweise des Magnetkopfes 2 zu gewährleisten, d. h. ein Überschreiben von mit dem vorlaufenden Magnetschenkel 9 geschriebener Informationen durch den nachlaufenden Magnetschenkel 10 zumindest weitgehend zu vermeiden, ist bei der Magnetspeichereinrichtung nach der Erfindung außerdem vorgesehen, daß die Koerzitivfeldstärke H _c der Speicherschicht 6 des Aufzeichnungsmediums A so hoch gewählt ist, daß das Magnetfeld des ablaufenden Pols Mp 2 nicht mehr zu einer Ummagnetisierung der geschriebenen Informationen ausreicht. Die entsprechenden Feldverhältnisse sind aus dem Diagramm der Fig. 2 näher abzulesen. Dabei soll der absolute Wert der Koerzitivfeldstärke H _c z. B. mindestens 20 kA/m, vorzugsweise mindestens 60 kA/m betragen.

In diesem Diagramm ist die Feldstärke H des von den beiden Magnetpolen Mp 1 und Mp 2 erzeugten Magnetfeldes in Abhängigkeit von der in Bewegungsrichtung v weisenden Ausdehnung x des Magnetkopfes wiedergegeben. Dabei sind in dem Diagramm die Konturen dieser Magnetpole nur schematisch, nicht maßstabgerecht angedeutet. Die sich ergebende, in Ordinatenrichtung aufgetragenen Feldstärke H ist an der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums A in Normalenrichtung (y-Richtung) gemessen. Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, weist die Feldstärkekurve H _y ein im wesentlichen dem vorlaufenden Magnetpol Mp 1 zuzuschreibendes ausgeprägtes (positives) Maximum auf, das ganz deutlich das entsprechende (positive) Schaltfeld "+H _c " der Speicherschicht 6 überschreitet. Unter diesem durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Schaltfeld "+H _c " wird dabei das Magnetfeld verstanden, das gerade ausreicht, um eine Ummagnetisierung in der Speicherschicht 6 zu bewirken. Im Idealfall entspricht dieses Schaltfeld der entsprechenden Koerzitivfeldstärke des Materials der Speicherschicht; im allgemeinen weicht es aber hiervon um einen geringfügigen Faktor ab. In dem Diagramm ist jedoch der Idealfall angenommen, in dem das Schaltfeld gleich der Koerzitivfeldstärke H _c gesetzt ist. Wie außerdem aus dem Diagramm hervorgeht, zeigt die Feldstärkekurve H _y zwischen dem dem vorlaufenden Magnetpol Mp 1 zuzuschreibenden Scheitelpunkt S 1 mit H _s1 und dem Schnittpunkt P mit dem Schaltfeld "+H _c " vorteilhaft einen sehr steilen Verlauf. Dies bedeutet, daß der Magnetkopf mit dieser sehr steilen, in dem Diagramm durch eine Verstärkung der Feldstärkekurve hervorgehobenen Flanke F zwischen den Magnetpolen Mp 1 und Mp 2 schreibt. D. h., die sogenannte magnetische Übergangslänge Ü, die die Ausdehnung dieser Flanke F in x-Richtung darstellt, ist gegenüber dem bisher bekannten Schreiben mit der ablaufenden Kante bekannter Magnetköpfe wesentlich verkürzt. Außerdem ist aus dem Diagramm die Tatsache zu ersehen, daß ein Schreiben des nachlaufenden Magnetpols Mp 2 praktisch nicht möglich ist. Der diesem Magnetpol zuzuschreibende Verlauf der Feldstärkekurve H _y hat nämlich in deren negativen Scheitelpunkt S 2 einem Minimalwert H _s2, der ganz wesentlich oberhalb des entsprechenden, durch eine gestrichelte Linie dargestellten negativen Schaltfeldes "-H _c " liegt. D. h., die Feldstärkekurve H _y schneidet nicht diese Linie. Für die Speicherschicht 6 eines Aufzeichnungsmediums A der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung ist also ein Material zu wählen, das eine ein entsprechend hohes Schaltfeld ergebende Koerzitivfeldstärke H _c aufweist. Entsprechende Materialien hierfür sind allgemein bekannt (vgl. z. B. die genannten EP 01 20 413 oder EP 00 54 269). In dem Diagramm ist außerdem durch eine strichpunktierte Linie die Feldstärkekurve H _x der in Bewegungsrichtung v ausgebildeten (longitudinalen) Feldkomponente eingetragen.

Gemäß dem Kurvenverlauf des Diagramms der Fig. 2 wurde von einem Magnetkopf 2 ausgegangen, dessen Schreibstrom I ein Maximum H _s1 des Magnetpoles Mp 1 des vorlaufenden Magnetschenkels und ein Minimum H _s2 des Magnetpoles Mp 2 des nachlaufenden Magnetschenkels hervorruft. Demgegenüber wird bei einem Schreibstrom mit umgekehrter Flußrichtung ein entsprechender, jedoch zur x-Achse gespiegelter Feldverlauf erhalten.

Die dem Kurvenverlauf der Fig. 2 entsprechenden Magnetisierungsverhältnisse sind in dem Diagramm der Fig. 3 angedeutet. Dabei ist zur vereinfachten Beschreibung ein Aufzeichnungsmedium nur mit einer idealen, vertikalen dünnen Speicherschicht 6, einer sogenannten Einfachschicht, angenommen. In dieser Figur ist die gescherte Magnetisierungskurve angegeben, wobei auf der Ordinate die Magnetisierung M und auf der Abszisse die Feldstärke H in willkürlichen Einheiten aufgetragen sind. Für eine derartige dünne Schicht 6 aus einem Material mit einer Sättigungsmagnetisierung M _s beträgt dabei der Entmagnetisierungsfaktor N in Richtung der Schichtnormalen genau N = 1; d. h. die Remanenz M _r und die Koerzitivfeldstärke H _c sind in diesem Falle gleich groß: M _r = H _c . Vor Beginn des Schreibvorganges befindet sich die zu beschreibende Stelle auf der Hysteresekurve im Punkt P ₀. Der sich relativ zu der Speicherschicht bewegende Magnetkopf magnetisiert dann zunächst mit seinem vorlaufenden Magnetpol Mp 1 mit der maximalen Schreibfeldstärke |H _s1| ≦λτ H _c die Schicht um, so daß die Magnetisierung längs der Hysteresekurve zum Punkt P ₁ wandert. Das vertikale Feld wird dann zwischen den beiden Magnetpolen Mp 1 und Mp 2 umgepolt, wobei der Punkt P ₂ auf der Ordinate durchschritten wird, und nimmt schließlich den negativen Wert des Betrages |H _s2| mit |H _s2| ≦ωτ H- _c an. Dabei wird auf der Magnetisierungskurve der Punkt P ₃ erreicht. Mit der dann folgenden Feldabnahme auf Null wird die Magnetisierungsumkehr und dabei der Schreibvorgang abgeschlossen. Der entsprechende Punkt auf der Ordinate ist mit P ₄ bezeichnet. Er deckt sich mit dem Punkt P ₂. Da die Größe des Lesesignals proportional zur Magnetisierung in diesem Punkt P ₄ ist, muß das Vertikalfeld des ablaufenden Magnetpoles Mp 2 der Ungleichung genügen:

|H _s2| 2 · H _c - |H _s1|.

Bei dieser Formulierung der Ungleichung ist auch berücksichtigt, daß bei umgekehrter Stromflußrichtung des Schreibstromes I H _s1 negativ und H _s2 positiv werden.

Dem Diagramm der Fig. 3 wurde ein Aufzeichnungsmedium A mit einer Einfachschicht als Speicherschicht 6 zugrundegelegt. Bei Verwendung eines Doppelschicht-Speichermediums, das zusätzlich zu der insbesondere aus CoCr bestehenden Speicherschicht 6 noch eine weichmagnetische Unterlage 7 z. B. aus NiFe, CoZr, CoHf usw. aufweist, ist zusätzlich noch zu berücksichtigen, daß alle in Fig. 1 wiedergegebenen kritischen Abmessungen: g, d ₁ + g/2, d ₂ + g/2, f + D von der minimalen Flußwechsel-Wellenlänge abhängen (vgl. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-19, No. 5, 1983, Seiten 1611 bis 1613). Die Vorteile einer solchen Doppelschicht 6, 7 im Vergleich zu einer Einfachschicht sind die wesentlich größeren Vertikalfelder beim Schreiben, die durch die weichmagnetische Unterlage 7 auf Kosten eines unerwünschten Horizontalfeldes stark bevorzugt sind. Die Magnetschicht wird hierbei wesentlich tiefer und schärfer ummagnetisiert und damit das Lesesignal vorteilhaft deutlich vergrößert.

Claims (16)

1. Magnetische Speichereinrichtung mit einem auf einem nicht-magnetischen Substrat schichtweise aufgebauten Dünnfilm-Magnetkopf und mit einem Aufzeichnungsmedium, das mit einer magnetisierbaren Speicherschicht aus einem Material vorbestimmter Koerzitivfeldstärke versehen ist, in welche längs einer Spur Informationen durch senkrechte (vertikale) Magnetisierung dieser Schicht einzuschreiben sind, wobei der Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden, ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörper mit zwei Magnetschenkeln enthält,

• - die jeweils mindestens eine magnetische Schicht mit vorbestimmtem magnetischen Widerstand aufweisen,
• - deren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Magnetpole in (relativer) Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei ein Spalt vorbestimmter Länge ausgebildet ist, und
• - die außerhalb des Polbereichs einen Zwischenraum begrenzen, durch welchen sich die Windungen einer Schreib- und/oder Lesespulenwicklung erstrecken,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Magnetschicht (10 a) des in Bewegungsrichtung (v) gesehen nachlaufenden Magnetschenkels (10) zumindest in ihrem den Magnetpol (Mp 2) ausbildenden Endbereich (12, 12′, 12″) einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand (R _M2) hat,
• - die Magnetschicht (9 a) des vorlaufenden Magnetschenkels (9) zumindest in ihrem den Magnetpol (Mp 1) ausbildenden Endbereich (11) einen magnetischen Widerstand (R _M1) hat, der um ein vorbestimmtes Maß niedriger als der vergleichsweise hohe magnetische Widerstand (R _M2) der Magnetschicht (10 a) des nachlaufenden Magnetschenkels (10) ist, und
• - die Koerzitivfeldstärke (H _c ) des Materials der Speicherschicht (6) des Aufzeichnungsmediums (A) hinreichend hoch gewählt ist,

so daß ein Überschreiben der Speicherschicht (6) des Aufzeichnungsmediums (A) mit dem an dem Magnetpol (Mp 2) des nachlaufenden Magnetschenkels (10) hervorzurufenden Magnetfeld zumindest weitgehend ausgeschlossen ist.

2. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherschicht (6) aus einem Material vorgesehen ist, dessen Koerzitivfeldstärke (H _c ) einen vorbestimmten Wert hat, so daß die Beziehung gilt: |H _s2| 2 · H _c - |H _s1|,wobei H _s1 und H _s2 die dem Magnetpol (Mp 1) des vorlaufenden Magnetschenkels (9) bzw. dem Magnetpol (Mp 2) des nachlaufenden Magnetschenkels (10) zuzuordnenden Scheitelwerte der Vertikalkomponente des mit dem Magnetkopf (2) an der Oberfläche der Speicherschicht (6) erzeugten Magnetfeldes sind.

3. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschichten (9 a, 10 a) der Magnetschenkel (9, 10) in ihren die Magnetpole (Mp 1, Mp 2) ausbildenden Endbereichen (11; 12, 12′, 12″) magnetische Widerstände (R _M1, R _M2) aufweisen, deren Werte sich mindestens um einen Faktor 2 unterscheiden.

4. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschichten (9 a, 10 a) der beiden Magnetschenkel (9, 10) zumindest in ihren den jeweiligen Magnetpol (Mp 1 bzw. Mp 2) ausbildenden Endbereichen (11 bzw. 12, 12′, 12″) jeweils eine in Bewegungsrichtung (v) zu messende Schichtdicke (d ₁ bzw. d ₂) aufweisen, die kleiner als 2 µm, insbesondere kleiner als 1 µm, vorzugsweise kleiner als 0,7 µm ist.

5. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht (9 a) des vorlaufenden Magnetschenkels (9) zumindest in ihrem den Magnetpol (Mp 1) ausbildenden Endbereich (11) eine in Bewegungsrichtung (v) zu messende Schichtdicke (d ₁) aufweist, die mindestens um einen Faktor 1,5 größer als die Dicke (d ₂) ist, die die Magnetschicht (10 a) des nachlaufenden Magnetschenkels (10) zumindest in ihrem den Magnetpol (Mp 2) ausbildenden Endbereich (12, 12′, 12″) hat.

6. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschichten (9 a, 10 a) der Magnetschenkel (9, 10) zumindest in ihren die Magnetpole (Mp 1, Mp 2) ausbildenden Endbereichen (11, 12, 12′, 12″) aus Materialien unterschiedlicher (relativer) Permeabilität (μ _r1 bzw. m _r2) bestehen, wobei die Permeabilität (μ _r1) des Endbereichs (11) der Magnetschicht (9 a) des vorlaufenden Magnetschenkels (9) größer als die Permeabilität (μ _r2) des entsprechenden Endbereiches (12) des nachlaufenden Magnetschenkels (10) ist.

7. Speichereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der verschiedenen Permeabilitäten (μ _r1, μ _v2) der beiden Magnetschenkel (9, 10) sich mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 5 unterscheiden.

8. Speichereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vergleichsweise größere Permeabilität (μ _r1) größer als 1000, vorzugsweise größer als 3000 ist.

9. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vergleichsweise geringere Permeabilität (μ _r2) einen Wert unter 1000 hat.

10. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetschenkel (9, 10) des Magnetkopfes (2) jeweils eine zusätzliche Magnetschicht (9 b bzw. 10 b) aufweisen.

11. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Magnetpol (Mp 2) des nachlaufenden Magnetschenkels (10) ausbildende Magnetschicht (10 a), vorzugsweise an dem von den Aufzeichnungsmedium (A) abgewandten Ende ihres Endbereiches (12, 12′, 12″), eine den magnetischen Widerstand (R _M2) erhöhende Querschnittsverminderung (Ätzgraben 22) aufweist.

12. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (6) aus einem Material besteht, dessen Koerzitivfeldstärke (H _c ) einen absoluten Wert von mindestens 20 kA/m, vorzugsweise mindestens 60 kA/m hat.

13. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (6) des Aufzeichnungsmediums (A) auf einer Unterschicht (7) aus einem weichmagnetischen Material angeordnet ist.

14. Speichereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht (7) aus einer NiFe-Legierung oder aus einer amorphen CoZr- oder CoHf-Legierung besteht.