JPS58220239A - 磁気読取ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気読取ヘッド及び磁気センサに係り、特に
磁気媒体からの磁界を磁気センサーの最も感度の高い好
ましい面へ導く磁界結合（透磁性）脚又は同様な手段を
使用する磁気読取ヘッドに関する。

磁気媒体により高い密度で記録されたディジタル・デー
タを読取る（及び書込む）手段に対する要求はどんどん
高まっている。この分野における研究者は多くの問題を
かかえている。読取ヘッドの飛行の高さ、読取ヘッドの
すり減り、周波数応答、クロストーク、ビット間干渉、
センサの非線形及び雑音のようなファクタは良い磁気読
取ヘッドを設計する上でのほんのわずかのファクタにし
かすぎない。受動的々速度感知装置である誘導読取ヘッ
ドをセンサ要素のようなソリッドステート非速度感知装
置に置き換えるのにかなりの努力がされた。すべての方
法は、結局は、磁気要素の感度及び周波数応答によって
規定される固有の利得帯域幅によって制限を受ける。

磁気媒体に記録されるデータ密度を高める基本的方法が
２つ存在する。１つの方法は各トラックの単位長さ当り
のビット数を増大する方法である。

この方法は、読取ヘッドが媒体面と接触せずに通常動く
飛行の高さによって重大な制限を受ける。

これは、所与の飛行の高さで所与のトラックに対し書込
まれた単位長さ当りのピット数が増大すると、リードバ
ック信号の歪みが増大するからである。また、リードバ
ック信号の振幅がかなり小さくなる。データ・トラック
の単位長さ当りの磁束転移（ｆｌｕｘ　　ｔｒａｎｓｉ
ｔｉｅｎ）の数す力わちデータ密度が高まると、全体の
信号対雑音比は必然的に所与の読取ヘッドの影響を受け
る。

第２の方法は、記録されるデータ・トラックの密度を高
める方法である。磁気読取ヘッド技術の限界から、通常
の誘導コイル受動読取ヘッドは１マイクロメ一タ幅のデ
ータ・トラックを感知することができない。何故なら、
かかるヘッドによって得られるリードバック信号の信号
対雑音比に限界があるからである。

センサ要素をいかに小さくできても、データ密度によっ
て規定される飛行の高さは、センサが媒体に損傷を与え
ることなく媒体に十分近く配置で（６） きないほど小さい。次の問題は、媒体に記録された１つ
のピットから発生する磁界データを媒体から相対的にい
って離れた高さに位置するセンサにいかにして結合させ
るかということである。最終的目的は、センサ出力から
信号対雑音比が最大の信号を導出するためにできるだけ
大きな磁界結合を得ることである。

磁界結合の概念は新しいものではない。これはセンサ要
素がワイヤーのコイルから成っていた誘導説をヘッドの
時代までさかのぼる。しかし、ソリッドステート・セン
サは、センサの最も感度の高い軸に対して実用的な磁束
結合を発生するために多くの精巧さを必要とする。最近
、能動センサ要素が開発されその例が特願昭５７−３８
２５０号に開示されている。

媒体からの大きな磁界要素を媒体の上方に位置する磁気
センサに結合する読取ヘッドを設計する上で基本的問題
が存在する。微小なソリッドステト磁界センサを構成す
ることはできるが、このようなセンサを媒体に直接接触
するように配置する（４） ことは好ましくない。何故なら、センサがすり減りによ
り破壊されるからである。実際上、センサは非常に小さ
く作られなければならない。何故なら、このファクタが
読取ヘッドの解像度に対して大きな責任を負っているか
らである。しかし、多くの磁気センサはより感度の高い
軸を有し、意味のある磁界をセンサ中の敏感な所要面に
結合しようという考えには問題がある。磁界をシリコン
・チップ中に形成される磁気センサの面に平行に印加す
ることが最も実際的である。何故なら、テップ面はより
アクセスしやすいからである。この基準を採用すると、
ホール・セル・デバイス（Ｈａｌｉｌｊｃａｌｌ　　ｄ
ｅｖｉｃｅ）は候補から除外される。何故なら、かかる
デバイスの敏感軸はデバイス面に対して垂直だからであ
る。特願昭５７−３８２５０号に記載されているように
、これらの問題のいくつかを解決する新しい磁気センサ
が開発された。

このデバイスの変形物は、半導体チップの面に平行な磁
界が敏感軸を捕えるように構成されたセン（５） すとして得ることが可能である。

しかし、記録媒体の磁束転移の垂直要素を磁気センサで
ある生来小さく且つ全体として平坦なデバイスに高い磁
界結合を行うことの問題が残っている。

新しい高密度データ記録技術においては、極性が相補的
な磁気転移が二重トラックに書込まれる。

この技術によれば、磁束転移をセンサに結合する適当な
磁気読取ヘッドが存在すれば、完全な磁界の反転を磁気
センサに通すことができるので高い磁束結合を実現でき
る。

本発明の目的は、配録媒体からの極性が相補的な磁界を
結合脚によってセンサに結合、する磁気読取ヘッドを提
供することにある。

本発明の別の目的は、ｉｃｍ当り３９３７乃至１５７４
８（１インチ当り１００００乃至４００００）の転移密
度で且つｉ　ｃｍ当り４７２４本（１インチ当υ１２０
００本）以上のトラック密度で磁気媒体に書込みが行わ
れる場合の完全な磁束反転に相当する長さの結合脚を有
する磁気読取へラドを提供するにある。

また、本明細書では、二重トラックの極性が相補的な磁
気転移のだめの結合脚を有する磁気読取ヘッドを物理的
構造を変更することなく単一トラック読取ヘッドとして
使用できるようにする手段が開示される。

単位長さ当シ所与の数の磁束変化がある適当に書込まれ
た媒体があるものとする。公知のいずれかのコード化技
術によって磁気媒体にディジタル・データを書込むもの
とすると、単位長さ当りの磁束変化は、単位長さ当シの
磁束変化すなわちビットの最大数によって表現される。

磁束変化は、二重相補的極性トラック、又は単一トラッ
クに書込むことができる。

本発明による読取ヘッドには、磁気媒体に近接し且つ比
較的“広い″間隔を有する磁束結合脚が設けられる、こ
れらの磁束結合脚は、単一トラック・モードでは磁気媒
体の公称磁束転移間隔の間隔を有し、二重トラック・モ
ードでは２つのデータ・トラックをちょうどまたぐ間隔
を有する。しかし、これらの磁束結合脚は、どちらの場
合でも、相補的な極性の磁界転移に対向している。例え
ばすべて同じディジタル・ビットが書込まれる間磁束変
化が生じないＮＲＺ記録のようにクロック・トラックを
必要とする記録技術は、既に周知であり、本発明による
読取ヘッドに容易に適用可能である。

本発明による読取ヘッドの磁束結合脚は、磁気媒体に対
して実質的に垂直な面にあるように配列される。これら
の脚は、相補的極性の磁界転移から２つの結合脚の反対
端の狭いギャップへ磁束を通す。磁気センサはこのギャ
ップに配置される。

この小さなギャップの向は、磁束がセンサの最も感度の
高い領域を通るように決められる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する一゛′ 第１Ａ図は本発明による単一チャネル読取ヘラドの一実
施例を示す平面図、第１Ｂ図は第１Ａ図の線１Ｂ−１Ｂ
に沿う断面図、第１Ｃ図は第１Ａ図の線１Ｃ−１Ｃに沿
う断面図である。この実施（７） 例で使用されている磁気センサは垂直インジェクション
・モードで動作するラテラル・バイポーラ磁気トランジ
スタである。かかるデバイスは特願昭５７−３８２５０
号に示されている。センサとして使用されるこのような
磁気トランジスタは新規なものである。かかる磁気セン
サはエミッタの放射面に平行な磁界に最も敏感である。

センサの動作に必要な少数キャリヤの垂直注入は、エミ
ッタＰＮ注入の下面への注入を制限することによって図
示された構造体中で行われる。注入面に平行にエミッタ
付近に磁界を印加する場合、この磁界の方向は、エミッ
タ拡散の長袖に垂直な方向である。これにより、放射Ｐ
Ｎ注大の長袖に沿ってローレンス・ポテンシャル（Ｌｏ
ｒｅｎｔｚＰｏｔｅｎｔｉａｌ）　　が発生する。ロー
レンツ・ポテンシャルは、エミツタ面の一方の側又は他
方の側がより多くの注入を行い且つ一方の召しクタ又は
他方がより多くの電流を集めるようにエミッタの長手方
向に沿うキャリヤ注入を変調する。

水平磁化モード又は垂直磁化モードでデータが（８） 書込まれた磁気媒体中に存在する磁気転移の境界に発生
する磁界（すなわち垂直方向の減磁要素）は、第１Ａ図
に示されるように磁気結合脚１及び２によってセンサの
エミッタ領域に直接結合される。これらの結合脚１及び
２は例えばニッケルー鉄合金から作られ、かかる合金は
当業者には明らか寿ように透磁率が高い。結合脚１及び
２は半導体基板３の頂面上の絶縁物である上部酸化物層
上に真空蒸着される。エミッタ４及びコレクタ５は、特
願昭５７−３８２５０号に説明されているように基板３
中に堆積される。エミッタ接点６．２つのコレクタ接点
７及びベース接点８も図示されているが、本発明による
読取ヘッドの構造を理解するのに必要ないので、ここで
は説明しない。

シリコン基板３の縁は、平らな面を形成するために面９
に沿って磨かれている。半導体基板６がこの面９上に直
立し且つ磁化媒体に近接して配置されていると、垂直方
向の磁界要素は第１Ａ図に示されているようにセンサが
配置される脚１及び２の間のギャップを通るように脚１
及び２を通して結合される。磁界結合の向きは、最大効
率を得るために磁界要素がエミッタ４の放射面に平行な
半導体を通るように決められる。第１Ａ図に示された構
造体は、一般的なシリコン半導体ＬＳＩ製造技術を使用
して容易に製造できる。これは第１Ｂ図を参照すること
により容易に理解できるであろう。

透磁性磁気薄膜結合脚１及び２がエミッタ４の放射面が
位置する面を横切って互いに対向するように、透磁性脚
１及び２は第１Ａ図に示されたエミッタ領域４のどちら
かの側に機械加工又は反応イオン・エツチングによって
全体的に切り口を形成することによって包囲領域の面よ
り下に配置される。

磁気薄膜結合脚１及び２は、等しい断面領域を有するが
、面９に沿う端部においては物理的に同じ高さの面（断
面）を有するかけではない。２つの脚１及び２の高さが
異なる理由は、連続磁化磁気テープ、ディスク等の磁化
の垂直成分が距離Ｓだけ互いに離れるだめである。ここ
で、Ｓは、媒体に清って書込まれた単位長さ当りの磁束
変化の最大数の逆数である転移間間隔である。第１Ｂ図
に示されている高さの差は、記録密度がＩｃｍ当り７８
７４回（１インチ当り２０ｏｏｏ回）の磁束変化である
場合には約１２７００オングストロームであり、１ｃｍ
当り１５６４８回の磁束変化である場合には約６３５０
オングストロームである。

精密制御の場合には反応イオン・エツチング技術を使用
することが好捷しい。エミッタ及びコレクタが基板の面
に拡散され場合によってはイオン打込みされ、上に重ね
られるべき絶縁酸化物層が成長されると、接点６．７及
び８のために窓が形成され、脚１がエミッタ４の放射面
と対向する脚１の端部及び透磁性脚２を減じるために半
導体基板６をエツチングにより除去する領域がマスクさ
れ、次いでエツチングにより除去される。ここに示され
る例では、第１Ｂ図に示されているように、脚２は脚１
よりも所定距離下に配置されている。

エミッタ４に対向す底膜１及び２の端部は、磁束が脚１
及び２の端部の間を横切って直接結合され、エミッタ４
とコレクタ５の間の底部側の放射面４に平行に通るよう
に、同じ高さとされている。これらの脚の領域が所要の
深さに形成されると、磁気薄膜層が図示された形態で堆
積される。エミッタ拡散の深さがどれだけであっても、
エミッタ４の注入面はシリコン基板の面の下になる。

第２Ａ図は、本発明による単一トラック磁気読取ヘッド
の別の実施例を示す。第２Ａ図は、基板６上の結合脚１
及び２を示すとともに、第１Ａ図に示されているように
磁気感応トランジスタの他の要素４乃至８を示す平面図
である。透磁性薄膜脚１及び２が堆積されるときにエミ
ッタ領域４に接触する脚の端部が適当な深さくすなわち
エミッタ拡散長）となるように、切シロすなわち高さが
低減された溝領域が形成される。これにより、磁気媒体
からの磁束は、脚１及び２によって磁気トランジスタの
最も感度の高い面を通って結合される。第２Ｂ図は第２
Ａ図の線２Ｂ−２Ｂに沿う断面図であり、第２Ｃ図は第
２Ａ図の線２Ｃ−２Ｃに沿う断面図であって脚の面を相
対的に示す。

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図、第２Ａ図、第２Ｂ図及
び第２Ｃ図は、能動的すなわち最も感度の高い面を有す
る磁気感応電気トランジスタを含む磁気読取ヘッドを示
す。この磁気読取ヘッドは、また、磁気媒体との境界領
域において互いに離隔した少くとも２個の透磁性磁界結
合脚を含む。これらの脚は、磁気感応ｇ素が配置される
比較的小さなギャップを形成する。磁気結合脚の入力端
が前述のように書込まれた所与のデータ密度の磁気媒体
の転移境界に生じる垂直方向で最大の減磁磁界に対向す
るように、磁気結合脚の入力端の高さに差がつけられて
いるので、磁界結合は最大となる。まだ、磁気結合脚は
、磁気感応要素と隣接するところでは、同一面中にあシ
、磁束が士ンサの最も感度の良い領域に平行な面を通る
ように磁束を結合する。

互いに分離した２つの透磁性脚１及び２の間の高さの差
は、原則として、磁気媒体に沿って書込まれた一連の磁
気転移境界の最大離隔距離にちようど対応していガけれ
ばならない。これは媒体に記録される単位長さ当りの磁
束変化の最大数の逆数である。磁気媒体が長手方向記録
技術及び垂直磁化記録技術のどちらで書込みを受けたか
はどうでもよいことである。磁気媒体に対向する透磁性
脚の端部は磁極に一致している。これらの磁極は相補的
である。すなわち、一方の脚は正の磁極上に位置し、他
方の脚は負の磁極上に位置している。

従って、脚を通してセンサに結合する磁界として最も大
きな磁界を得ることができる。センサが配置される２つ
の脚の間のギャップを通して結合される磁界は、コレク
タ接点７の出力として差動電圧を発生する。この電圧の
極性及び大きさは、図示された磁気結合構造体中のギャ
ップを横切る磁界の極性及び大きさに依存する。磁気記
録媒体に対向する脚の端部が記録ビットによって発生す
る磁極の間にくるように読取ヘッドの長手方向位置が媒
体に対して関連付けられると、センサに結合される磁界
は０で閉じられ、センサ・コレクタ出力間の差動電圧も
また実質的に０となる。

第６Ａ図は、シリコン基板３上に形成された磁気読取ヘ
ッドを示す正面図である。基板３の向きは、その平らに
磨かれた縁９が磁気記録媒体１０の上面に近接するよう
に決められている。磁束結合脚１及び２は実質的に垂直
な面内にあり、第３Ａ図に示されているように媒体との
境界領域におけるこれらの脚の分離距離は転移間間隔に
等しい。

第３Ｂ図は、第２Ａ図及び第２Ｂ図に示された構造体の
平らに磨かれた結合脚１及び２０面９における端部によ
ってカバーされる領域すなわち軌跡を示す。

第３Ｂ図は、第６Ａ図の正面図に対応した平面図であっ
て、水平記録モードにおける磁化ベクトル並びに矢印Ｍ
で示されたベクトルをも同時に示すものである。図示さ
れているように、減磁磁界の垂直成分は、相補的々磁極
上及び−を有する。

基板３が媒体１０に対して垂直な面内にあるように直立
されているときに、結合脚１及び２が転移間間隔だけず
れるように、結合脚１及び２は半導体基板中で異なった
深さの位置にあるように配列（１５） される。

第４Ａ図は、基板６の面９が矢印Ｍで示されるように水
平磁化モードで書込みを受けた磁気記録媒体１０の上面
に関連させて配置されたときの２つの結合脚１及び２の
位置を示す。各書込ビットＡ乃至Ｏの中心もまたここで
使用されたコード化形態で示されている。

第４Ｂ図は、第４Ａ図に示されたパターンを走査したと
きに上記磁気ヘッド中のセンサから出力されるアナログ
信号の振幅を示す。データの意味内容は任意であり、当
業者には周知のように必要に応じてあらゆるコード化方
式にも調和できるものである。第４Ｃ図は精確なりロッ
ク点を維持するためにフェイズ・ロックド発振器を使用
して磁気転移から導出されるか又はこの分野で周知の別
個に記録されたクロック・トラックから導出されるクロ
ック時間を示す。転移に依存するデータの意味は、上述
のように任意であるが、第４Ｃ図のクロック信号位置に
関連して示されているようにここではデータ１及び０を
割当てるものとする。

（１６） 第５Ａ図は、媒体１０中に矢印Ｍで示されるように垂直
モードで磁化される点を除いて第４Ａ図と同様の図であ
る。第５Ｂ図は第４Ｃ図と同様の態様でクロック及びデ
ータ出力を示す。第５Ｃ図は第５Ａ図に示されたデータ
・トラックを走査したときに上述の読取ヘッドのセンサ
から出力されるアナログ波形を示す。データ中ピッ）Ａ
乃至Ｎの意味は任意であり、種々のコード化方式を使用
できるのはもちろんである。

第４Ａ図の転移ＥとＪとの間及び第５Ａ図の転移ＥとＩ
との間の転移領域では、第４Ｂ図及び第５Ｃ図に示され
たセンサ出力の振幅に変化がない。

これらの時間の間は、記録媒体中に磁束転移が存在しな
いので、データ・ビットを発生するためにクロック拳パ
ルスがこの外野で周知の論理回路と、−ともに使用され
る。磁気記録媒体中に例えばＦ２Ｆ等のような自己クロ
ッキング・コードが使用され、磁気結合脚１及び２の間
の分離が適当なものであれは、別個にクロックを使用す
る必要はない。

伺如なら、自己クロッキング・コード出力を発生するた
めにデータ転移が常に適当な時間に供給されるからであ
る。本発明による読取ヘッドは特定のコード化技術に限
定されるわけではない。ただし、結合脚１及び２の間の
分離距離を特定の値に選択すると、この値に最適の周波
数すなわち最適のコード化技術を使用すると効率が最大
となる。

第６Ａ図、第６Ｂ図及び第６Ｃ図には本発明の別の実施
例が示されている。第６Ｂ図に示されているように、透
磁性結合脚１及び２は磁気媒体に対向するそれらの端部
９において互いに離隔している。脚１及び２の他端部の
間のギャップは、前述と同様の磁気感応トランジスタ要
素４乃至８を有する。しかし、この実施例の場合、脚１
及び２の高さは同じであり、前述の実施例のように高さ
が異なっていない。これは、この実施例が二重トラック
磁気コード化データの読取り用に構成されているからで
ある。この記録技術においては、極性が相補的な転移が
所与のデータ・チャネルを形成する二重トラック・パタ
ーン中に同時に書込まれる。これらの転移の間の動きの
方向に横方向のずれが無いので、これらをまたぐ読取ヘ
ッドは、第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図並びに第２Ａ
図、第２Ｂ図及び第２Ｃ図に示された読取ヘッドのよう
に高さのずれだ磁気結合脚の入力端部を必要としない。

第６Ａ図において、磁気転移は磁気媒体の走行方向に沿
って互いに距離！５だけ離隔している。

距離！、は、距離Ｓすなわち単位長さ当シの磁束変化の
最大密度の逆数に相当する。２つのデータ・トラックＴ
ＲＡ及びＴＲＢは同時に記録され、２つの平行なトラッ
クは単一のデータ・チャネルを形成する。トラックＴＲ
Ａ及びＴＲＢＯ幅はここでは３８．１ｘ１０−６ｍｍ（
１，５ミル）である。

第６Ａ図には面９における結合脚１及び２の端面すなわ
ち跡が、単一チャネルを形成する隣接した２つのトラッ
ク中の所与の磁気転移極をまたぐ水平斜線領域によって
示されている。最大の磁束は、例えばトラックＴＲＡ、
脚１、ギャップ、センサ、脚２及びトラックＴＲＢを結
ぶ閉回路によって得られる。所与のデータ・チャネルを
構成する２つ（１９） のトラックＴＲＡ及びＴＲＢの離隔距離は種々の値に設
定できるが、典型的な場合、各トラック幅の半分が適当
である。トラックの離隔距離はより大きくすることがで
きるのはもちろんであり、また、他のデータ・チャネル
のだめのトラックに対応する他の介挿トラックを設ける
こともできる。

トラック間の離隔距離はデータの書込みに関する限り重
要な問題ではないが、結合脚１及び２０間の磁束の漏れ
を最小にするようにリード・バック・ヘッドを最適に設
計する手段として作用する。

第６Ｂ図に示されるギャップ領域は、磁気センサ４に対
向する磁束結合脚１及び２の末端部間に存在する。この
ギャップの幅及び長さはそれぞれＷおよび第２として示
される。このギャップを通る磁界は、読取ヘッドの透磁
脚１及び２が所与のチャネルのトラックＴＲＡ及びＴＲ
Ｂ中の転移領域上に位置するときに最大となる。この状
態が第６Ａ図に示されている。透磁性脚１及び２は、磁
気媒体１０に沿って書込まれる最も近い連続した磁気転
移の間の距離Ｌｂの約１／６が公称値である（２０） 移動方向の厚さを有する。データが１ｃｍ当シフ８７４
回の磁束変化で書込まれるとき、脚の厚さは、例えば約
４０００オングストロームである。

何如なら、かかる条件において、Ｌｂは約１２０００オ
ングストロームだからである。

読取ヘッドの脚１及び２は、センサ中ギャップを横切る
磁界が磁界集中原理によって増強されるように構成され
る。ギャップに結合される磁界は、磁気結合脚を構成す
る要素の相対幅、厚さ及び長さから求められる。結果は
次式（１）で与えられる。

式（１）において、Ｃは媒体１０の実際の表面上の磁気
読取ヘッドの飛行の高さに基く結合係数である。式（１
）の値を求めるために、Ｃを１／４と仮定する（これは
控え目な値である）。ＨＤは媒体の減磁界の強さであり
、これも控え目に約２００エルステツド（ガウス）とす
る。Ｗ８／Ｗｇは第６Ｂ図に示されているように媒体と
の境界領域における結合腕の幅とギャップにおける結合
腕の幅との比であり、約３に選択されたものとする。ｔ
／Ｗｇは約１／２、ＨＬ／ＷＬは約１とする。このよう
に仮定した値のいくつかは最も控え目々値である。これ
らの値を式（１）に適用すると、■　は約１００ガウス
になる。従って、第６Ａ図に示された読取ヘッドに対し
図示されたような形態のセンサを適用し、上述のような
仮定を行えば、媒体表面の磁界（２００ガウス）の約１
／２の磁界がギャップを通ることになる。そして、５０
％のギャップ磁界がセンサに結合されるとすると、約５
０ガウスの磁界がセンサに生じることになる。この種の
センサは典型的な場合、１ガウス当シ１ミリボルトの信
号を発生し、信号対雑音比は１ガウス当り１０である。

従って、センサの端子の電気信号はピーク振幅が５０ミ
リボルト、信号対雑音比が約５００対１になることが期
待される。

第７Ａ図乃至第７Ｄ図は、上述の読取／書込技術をディ
ジタル記録に適用した結果を示す。第７（２６） Ａ図は、例えばテープのよう々磁気媒体１０に書込まれ
たいくつかのデータ中チャネルを概略的に示す平面図で
ある。この図には媒体の移動方向が矢印で示されている
。任意に選択されたチャネル例えばチャネル≠１に連続
的に磁気転移によって書込まれたデータが第７Ｂ図に示
されている。磁気転移は水平モードで発生させられてお
り、接合すなわち転移領域においては、適当な十又は−
符号が付された成分を有する減磁垂直磁界がこの境界領
域に存在することを示すだめに一連の短い垂直線が描か
れている。第６Ａ図、第６Ｂ図及び第６Ｃ図の読取ヘッ
ドが第７Ａ図にチャネルナ１として示されたデータを有
するツインやトラツク中チャネルの上を通るとき、読取
ヘッド信号出力は第７Ｃ図に示されたそれと同様のアナ
ログ信号に追従する。２進データ出力及び必要なりロッ
クは第７Ｄ図に示され、ている。

第６Ａ図、第６Ｂ図及び第６Ｃ図に示された磁気読取ヘ
ッドは第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図並びに第２Ａ図
、第２Ｂ図及び第２Ｃ図に示され（２４） た読取ヘッドと同様に動作する。結合腕１及び２は、磁
気媒体の表面における相補的な極性の磁気転移に近接す
るような位置にあって、これらの領域からの垂直面中の
最大の強さの磁界を２つの結合腕の間のギャップ中に配
置された磁気センサに結合するように配列される。

第６Ａ図、第６Ｂ図及び第６Ｃ図に示された読取ヘッド
を単一トラックからのデータの読取シにも使用できる。

このためには、結合腕１及び２がともに磁気媒体１０に
記録されたデータの単一トラックの軸に沿って位置する
ように読取ヘッドを垂直軸に関して９０度回転させれば
よい。このような向きは第８図及び第９図に概略的に示
されており、詳細については後述する。このよ１うに媒
体に対して特定の向きにある読取ヘッドを使用して読取
られ得るデータ・トラックの密度は非常に高く、１ｃｍ
当り４７２４（１インチ当り１２０００）本以上のデー
タ・トラックにすることができる。この密度を単位長当
りの磁束変化で示すと、１ｃｍ当り３９３７（１インチ
当り１ｏｏｏｏ）以上の磁束変化に相当する。このよう
に、非常に高い密度の磁気変化可能ディジタル・データ
の保持及びリード・バックが可能となる。

現在の技術では、幅が約１ミクロン（１マイクロメータ
）のエミッタ領域（これは能動インターフェースである
）を有する能動磁気感応トランジスタを得ることができ
る。上述した読取ヘッドは幅（厚さ）が１ミクロンより
小さい結合腕を有するように容易に構成することができ
る。これらの脚は、はんの１ミクロン幅の磁気媒体のデ
ータートラック幅内に位置することができる。かかるデ
バイスにおいては、２００：１付近の信号対雑音比を得
ることができる。

１つのチャネルやデータについてトラック対（ツインΦ
トラック）を読取る方法及び読取ヘッドについて上述し
た。同じ読取ヘッドを垂直又は水平記録データ・ビット
の単一チャネルからの磁界を磁気センサに結合するのに
使用できる。使用上の基本的相違は、磁気センサ半導体
チップの面が例えば第６Ａ図、第６Ｂ図及び第６Ｃ図に
示された向きから９０度回転されることである。

第８図には、垂直磁化モートで記録された磁気媒体１０
の上に位置する結合脚１及び２が示されてしる。センサ
か配置されるべきギャップは透磁性結合膜１及び２の末
端部の間においてＧによって示されている。

第９図は、透磁性脚１及び２の端部の跡ＳＦが」二に重
ねて示された磁気媒体１０を示す。透磁性脚は前の図に
示されていたように全体として平担な薄膜であり、最も
長い寸法の方向、すなわち平担な薄膜が沿って延びる軸
は、媒体１０に記録されだデータ・トラックの長軸とほ
ぼ同一直線状にあるように整列される。現在の薄膜堆積
技術によれば、透磁性脚１及び２の厚さを容易に１ミク
ロンより小さくすることができる。従って、第９図にお
いては、結合脚の跡を、長さが１ミクロン、厚さが１／
４ミクロンの小さな矩形として示されている。このよう
に結合脚の寸法が小さいので、第８図のギヤツブＧ中に
配置されるべきセンサ自身も非常に小さいことが重要で
ある。第１０図にＧ／Ｓとして示されているように、重
要なのは、磁気媒体１０の転移間間隔Ｓと比較したとき
のギャップＧの相対外法である。これは、他の条件とは
無関係に１脚１及び２によって結合される相対磁界に大
きな影響を与える。

次に、上記いくつかの図に示された読取ヘッドのモデル
を使用して行われた研兜に基くいくつかの設計上考慮す
べき点について説明する。第１０図は、ギャップＧの幅
が転移間間隔Ｓの一部としたときに、媒体１００表面の
磁界Ｂ。に対する磁界Ｂの相対的強さを示す。データは
、転移間間隔Ｓによって正規化された結合脚の長さＬと
ともにプロットされている。遷移量間隔Ｓに対する結合
脚の長さＬの比が所与の値をとるとき、例えば、Ｌ／Ｓ
＝５のとき、最も大きな結合、すなわちＢ／Ｂｏの最も
大きなレベルはギャップＧが最も小さいときに生じる。

今日の技術によれば、ギャップ中に配置される磁気セン
サはミクロン又はサブ・ミクロンのレンジで製造するこ
とができる。

現在の利用可能な電子ビーム処理技術では、特（２７） 願昭５７−３８２５０号に開示された半導体磁気センサ
が製造され得る直線寸法が約１ミクロンに制限される。

このことを考慮すると、センサに結合される媒体１０の
表面に存在する少くとも大部分の磁界を捕獲するには、
トラック密度がｉ　Ｃｍ当シロ９３７本乃至７８２４本
（１インチ当り１００００乃至２００００本）のデータ
・トラック数である場合には、１ｃｍ当シロ９６７個（
１インチ当り１００００個）の磁束転移が生じる記録密
度が適当である（１マイクロメ一タ幅のトラックでは１
ｅｒｄ当り約６５６１本（１インチ当り１６６６６本）
のデータ・トラックが存在する）Ｑ媒体１０の上を移動
する読取ヘッドの飛行高さが例えば０．２５４ミクロン
（１０マイクロ・インチ）とした場合、１／２ミクロン
の間隔をおいた１ミクロン幅のトラックすなわち１ｃｍ
当り６５６１本（１インチ当り１６６６６本）のデータ
・トラックに対しｌ　ｃｍ当り３９３７個のビット（１
インチ当り１ｏｏｏｏビツト）のビット密度で記録を行
うと、今日のビデオ・ディスク技術に使用さく２８） れるぞれに近い媒体面に対する総ビツト密度が得られる
。ビデオ中ディスクは読取専用の記憶技術であるが、こ
の場合は磁気データ保持を変更することができる。上述
のような高密度の磁気変更可能記憶装置の利点は明らか
であろう。

第１１図には、転移間間隔Ｓに対する飛行の高Ｆの比が
ギャップに結合される磁界に対して与える影響が示され
ている。この図から明らかなように、飛行の高さＦが転
移間間隔の約１０チの場合には、利用可能磁界の４０乃
至６０チをギャップに結合するにはギャップを転移間間
隔の約６／１０乃至４／１０にするのが最も望ましい。

第１１図は、結合脚の長さしが転移間間隔（ギャップ長
）Ｓの５倍であるときのギャップ結合磁界を示す。

第１２図は脚の長さＬが転移間間隔（ギャップ長）Ｓの
ほんの２倍であるときのものである。これらの図から明
らかなように、媒体の表面の磁界のギャップへの結合が
飛躍的に高まる。例えば、飛行の高さが転移間間隔の１
／１０でギャップ幅が転移間間隔の３０乃至４０％であ
る場合には、磁界Ｂｏの５０％以上の結合が可能となる
。なお、第１１図及び第１２図の場合、Ｂｏ′は４００
ガウスである。

当業者には明らかなように、媒体面の磁界の値は、よく
ても媒体に使用される磁性材の保磁力に等しい。酸化物
成分を使用した場合には、Ｂｏの値は約３５０乃至４０
０ガウスである。第１０図及び第１１図に示されるよう
に総合結合効率が約５０チで１ガウス当り１ミリボルト
のオーダの感度を有するとすると、センサから２００ミ
リボルトのオーダの信号を得ることを期待することは不
合理とはいえない。

第１４図は、二重トラック記録技術を使用して垂直磁気
記録される媒体１０の上方に位置する透磁柱脚１及び２
のギャップＧが受ける平均相対磁界を示す。第１４図は
、ともに転移間間隔Ｓによって１１Ｅ１規・化・された
ギャップ幅、、Ｇ及び脚長りの関数としてギャップが受
ける平編磁界を示す。この図から明らかなように、ギャ
ップＧを横切って結合される平均磁界の強さにほとんど
損失を生じさせないで脚長りを転移間間隔の約５倍にす
ることができる。この脚長はツイン・トラック記録及び
読取技術を使用した最も実用的な実施例に対して十分な
値である。前述のように、ある読取ヘッドは、単に該ヘ
ッドを単一データ・トラックの長軸に整列するように９
０度向回転せることによシ単一トラック・データの読取
りに使用することができる。

第１５Ｂ図は、転移間間隔Ｓによって正規化されたギャ
ップＧの長さの関数としてギャップＧを横切って発生す
る平均正規化磁界をプロットしたものである。この図か
ら明らかなように、ギャップ幅が転移間間隔に等しいと
きには、ギャップを横切って結合される最大磁界は媒体
の磁気転移による磁界の約５０％である。ギャップ長が
より短いときには、ギャップを横切って結合される磁界
は、媒体の表面に存在する磁界の最大２００％まで増大
される。第１５Ｂ図に示された例は、ギャップ長Ｇが約
１ミクロンか又はこれよシ小さく、記録密度が１ｃｍ当
り約７８７４（１インチ当り（６１） 約２００００）の磁束Ｉ変化である場合である。これは
現在の処理技術のほぼ限界といえる。何頭なら、ギャッ
プ中に配置されるべき磁気感応トランジスタの感応エミ
ッタ領域を発生する解像度は１ミクロンのレンジにある
からである。

第１６図には、第１７図に示された形態のギャップＧを
通る磁界の全体的結合に対する飛行の高さＦの影響が示
されている。この図において、飛行の高さＦ及び脚長り
はともに転移間間隔Ｓによって正規化されている。また
、Ｇ’＝０．６８である。

第ｊ１−６図から明らかなように、一連の６つの互いに
離隔された転移から成る最悪のデータ・パターンの場合
、センサに結合される磁界は、飛行の高さが増すにつれ
て急速に低下する。脚長りの公称値として転移間間隔の
５倍の値すなわち１０ミクロン（４００マイクロ・イン
チ）にするのが良い。

所与の読取ヘッドに適合した記憶装置を適当に設計する
方法は、まず読取ヘッドの期待される飛行公称値を知り
、次いで比Ｆ／Ｓの論理値を選択することである。この
値はトラックに書込まれ得（３２） るデータの密度を指示し、また、センサ・ギャップ中の
平均磁界を予測するのに使用できる。この目的のために
多くのセンサを使用できるので、使用きれるセンサの感
度を知ることにより、出力信号を適当に見積ることがで
きる。

以上、本発明による磁気読取ヘッドの好ましい実施例を
示すいくつかの図を参照するとともに、設計上考慮すべ
き詳細なデータ及びヘッドのパラメータを示して、いく
つかの磁気読取ヘッドについて説明した。これらの読取
ヘッドにおいて、２つの透磁性結合脚は、薄く、平坦で
、磁気媒体に対して実質的に垂直な面に含まれる向きを
有することが好ましい。これらの結合脚は、磁気的な書
込みを受けだ媒体から上方に存在する磁界の垂直成分を
磁気センサが配置されるギャップを通るように結合する
。センサに近接した透磁柱脚の末端部は全体的に華坦で
あり、センサが最も敏感な面を通して磁界を収束させる
ように整列されることが好ましい。センサが特願昭５７
−３８２５０号に開示されているような磁気感応トラン
ジスタである場合には、透磁性結合脚は全体的に平垣で
磁気センサのエミッタの最大寸法にほぼ等しい長さの最
大寸法を有し、エミッタの放射面に平行な面内のセンサ
を磁界が通るような向きにされる。シリコン基板チップ
上にセンサを形成するために、透磁性脚を形成する薄膜
技術はＬＳＩ処理技術と容易に結合され得る。この場合
、全体の読取ヘッドは、センサをシリコン・チップ上に
直接形成し垂直モードの注入を使用するように上記特願
Ｗ３５７−３８２５０号に説明されているように配列す
ることによシ単一の構成要素として容易に製造できる。

透磁性脚はチップの平面中に形成され、適当なエツチン
グ技術によって、垂直注入エミッタの放射面と整列する
ように減じられる。これにより結合脚の端面がセンサの
ための放射面に平行な最も能動的な面に形成され、最良
の応答を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は透磁性の磁束（磁界）結合材から成る２つの
脚の間のギャップに配置された、半導体磁気センサとと
もに半導体基板上に集積化された本発明の一実施例を示
す平面図、第１Ｂ図は第１Ａ図に示された読取ヘッドを
形成する処理技術並びに上記結合材の層を示す第１Ａ図
の線１Ｂ−１Ｂに沿う断面図、第１Ｃ図は第１Ａ図の線
１ｃ−１Ｃに沿う断面図、第２Ａ図は結合脚の１つが他
の脚を取り囲むように全体としてＵ型に形成された第１
Ａ図の読取ヘッドの変形例を示す平面図、第２Ｂ図は第
２Ａ図に示された磁気読取ヘッドを形成する方法並びに
種々の層及び上記結合材を示す第２Ａ図の２Ｂ−２Ｂに
沿う断面図、第２Ｃ図は第２Ａ図の線２Ｃ−２０に沿う
断面図、第３Ａ図は本発明による磁気読取ヘッドのいく
つかの主要構成要素を示すとともに透磁性結合脚が磁気
媒体の相補的磁極付近にどのようにして配置されるかを
示す説明図、第３Ｂ図は第３Ａ図の磁気媒体の断面に示
されたように水平磁化モードで書込まれた一連の磁気記
録データの上を通る磁気結合脚部の軌跡を示す平面図、
第４Ａ図は例えばＮＲＺコード化法によって記録された
磁化媒体ストリッ（５５） プに沿うように動く磁気結合脚の一例を示す説明図、第
４Ｂ図は第４Ａ図に概略的に示されているようにデータ
・ストリップを走査する第２Ａ図に示されたものに相当
する構造体の２つの脚の間のギャップに介挿された磁気
センサから得られる信号の振幅を示す波形図、第４Ｃ図
は信号転移が無いときにデータ点を特定するクロック・
トラック及び意味のあるデータの読出しを示す説明図、
第５Ａ図は磁気媒体が垂直モードで記録される第１Ａ図
又は第２Ａ図に示されたような読取ヘッドを示す概略図
、第５Ｂ図はクロック及びデータ読切トラックを示す説
明図、第５Ｃ図は第５Ａ図に示されたコード化ストリッ
プを走査する第１Ａ図又は第２Ａ図に示された読取ヘッ
ドによって発生される信号の振幅を示す波形図、第６Ａ
図は別の記録技術並びに別の構成の読取ヘッドの結合脚
の走査軌跡を示す平面図、第６Ｂ図は第６Ａ図の２つの
トラック面に示されたように読取りを行う磁気読取ヘッ
ドの別の実施例を示す概略平面図、第６Ｃ図は第６Ｂ図
の線６Ｃ−６Ｃに沿う断面図、第（６６） ＺＡ図は水平磁化モードでデータ記録された２つのチャ
ネル・トラック対を有する磁気媒体を示す平面図、第７
Ｂ図は磁化の方向を示すために切断された第７Ａ図の磁
気媒体の断面図、第７Ｃ図は第７Ａ図及び第７Ｂ図に示
されたデータを走査する第６Ａ図に示されたのと同様な
読取ヘッドから出力される信号の振幅を示す波形図、第
７Ｄ図は第７Ｃ図に示された信号振幅から取り出される
クロック及びデータ内容を示す説明図、第８図は読取）
ラド基板要素を磁気媒体の記録軸にｔｌぼ沿って配置す
るように９０度回転させた点を除いて第６Ａ図に示され
たのと同じ型式の読取ヘッドを示す概略構成図、第９図
は第８図において垂直に記録されたトラックに沿って走
査するセンサ入力脚すなわち結合脚の軌跡を示す説明図
、第１０図は転移間間隔すなわちビット長Ｓによって正
規化した磁気結合脚長り及びギャップ幅すなわち長さＧ
の関数としてセンサ中ギャップを横切って発生する相対
平均磁界を示す特性図、第１１図は磁気結合ギャップの
長さしを転移間間隔Ｓ０５倍にしたときに第８図に示さ
れた結合脚のギャップ中のセンサが受ける平均相対磁界
を示す実験データを、転移間間隔Ｓによって正規化され
た飛行の高さＦ及びギャップＧの関数として示す特性図
、第１２図は磁気結合ギャップの長さＬを転移間間隔Ｓ
の２倍にしたときの第１１図と同様な特性図、第１３図
は第６Ａ図に示されたように長手方向に記録された磁気
媒体上に位置する第６Ａ図に示されたような磁気読取ヘ
ッドの結合脚を示す概略斜視図、第１４図はトラック対
記録が行われた場合に、読取ヘッドのギャップ中に位置
する磁気センサが受ける相対磁界の大きさを、転移間間
隔Ｓで正規化された磁気結合脚の長さし及びギャップ幅
Ｇの関数として示す特性図、第１５Ａ図は読取ヘッドの
具体例を各部の寸法とともに示す概略斜視図、第１５Ｂ
図は飛行の高さＦを０としたときに、ギャップを横切っ
て発生する平均磁界の大きさを正規化したものを、転移
間間隔Ｓによって正規化されたギャップ長Ｇの関数とし
て示す特性図、第１６図はギャップ中のセンサに結合さ
れる磁界の太きさを正規化したものを、転移間間隔Ｓで
正規化された飛行の高さＦ及び脚長りの関数として示す
特性図、第１７図は第１６図のデータが得られた本発明
による読取ヘッドの具体例を各部の寸法とともに示す概
略斜視図である。 １．２・・・・磁気結合脚、３・・・・半導体基板、４
・・・・エミッタ、５・・・・コレクタ、１０・・・・
磁気媒体。 出願人　　インタサカナル！ビジネス・マシ−／ズΦコ
ーポレーション一 ＋″　　　　　　ｏ　　　ｏ　＝　　　　　　　ｏ　　
　　　　ζコ！−００′　　　　　ｄ　　　　　くイ−
＝　　　　　　”：Ｉ：　　　つ　　　　　りいクトＯ
ｆ！Ｉ−Ｃ；円爾妃１峰

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 磁界を感知する能動的敏感面を有する磁気感応電気トラ
   ンスジューサと、 互いに接触しない少くとも２つの透磁性磁界結合膜と、 を具備し、 前記結合脚は、内容が読取られるべき磁気記録媒体に対
   向するようにされた近接端部と、磁界ギャップを形成す
   るようにされた末端部とを有し、前記磁気感応電気トラ
   ンスジューサは、前記ギャップ中に配置され、前記ギャ
   ップ中の磁界が前記敏感面に平行な面内の前記トランス
   ジューサを通るように方向付けられていることを特徴と
   する磁気読取ヘッド。