JPS647402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気読取ヘツ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ツドに関
する。

磁気媒体により高い密度で記録されたデイジタ
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つている。この分野における
研究者は多くの問題をかかえている。読取ヘツド
の飛行の高さ、読取ヘツドのすり減り、周波数応
答、クロストーク、ビツト間干渉、センサの非線
形及び雑音のようなフアクタは良い磁気読取ヘツ
ドを設計する上でのほんのわずかのフアクタにし
かすぎない。受動的な速度感知装置である誘導読
取ヘツドをセンサ要素のようなソリツドステート
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つて規定される固有の利得
帯域幅によつて制限を受ける。

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つの方法は各トラツク
の単位長さ当りのビツト数を増大する方法であ
る。この方法は、読取ヘツドが媒体面と接触せず
に通常動く飛行の高さによつ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ツク
に対し書込まれた単位長さ当りのビツト数が増大
すると、リードバツク信号の歪みが増大するから
である。また、リードバツク信号の振幅がかなり
小さくなる。データ・トラツクの単位長さ当りの
磁束転移（flux transition）の数すなわちデータ
密度が高まると、全体の信号対雑音比は必然的に
所与の読取ヘツドの影響を受ける。

第２の方法は、記録されるデータ・トラツクの
密度を高める方法である。磁気読取ヘツド技術の
限界から、通常の誘導コイル受動読取ヘツドは１
マイクロメータ幅のデータ・トラツクを感知する
ことができない。何故なら、かかるヘツドによつ
て得られるリードバツ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
度によつ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
きないほど小さい。次の問題は、媒体に記録され
た１つのビツトから発生する磁界データを媒体か
ら相対的にいつ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
センサ要素ががワイヤーのコイルから成つていた
誘導読取ヘツドの時代までさかのぼる。しかし、
ソリツドステート・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57−38250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ツドを設計する
上で基本的問題が存在する。微小なソリツドステ
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
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、このフアクタが読取ヘツドの解像度に対して
大きな責任を負つているからである。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・
チツ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、チツ
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
（Hallcell device）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、半導体チツプの面に平行な磁
界が敏感軸を捕えるように構成されたセンサとし
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つて
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ツクに書込まれ
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ツドが存在すれば、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、記録媒体からの極性が相補的
な磁界を結合脚によつてセンサに結合する磁気読
取ヘツドを提供することにある。

本発明の別の目的は、１cm当り3937乃至15748
（１インチ当り10000乃至40000）の転移密度で且
つ１cm当り4724本（１インチ当り12000本）以上
のトラツ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
する磁気読取ヘツドを提供するにある。

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

単位長さ当り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つて磁気媒体にデイジタ
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、単位長さ当りの磁束変化すなわち
ビツトの最大数によつて表現される。磁束変化
は、二重相補的極性トラツク、又は単一トラツク
に書込むことができる。

本発明による読取ヘツドには、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、単一トラツ
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、二重トラツク・モードでは２つのデー
タ・トラツクをちよ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
えばすべて同じデイジタル・ビツトが書込まれる
間磁束変化が生じないNRZ記録のようにクロツ
ク・トラツ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ツドに容易に適用可
能である。

本発明による読取ヘツドの磁束結合脚は、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ヤツプへ磁束を
通す。磁気センサはこのギヤツプに配置される。
この小さなギヤツプの向は、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。

第１Ａ図は本発明による単一チヤネル読取ヘツ
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
例で使用されている磁気センサは垂直インジエク
シヨン・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ツタの放射面
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ヤリヤの垂直注入
は、エミツタPN注入の下面への注入を制限する
ことによつて図示された構造体中で行われる。注
入面に平行にエミツタ付近に磁界を印加する場
合、この磁界の方向は、エミツタ拡散の長軸に垂
直な方向である。これにより、放射PN注入の長
軸に沿つてローレンス・ポテンシヤル（Lorentz
Potential）が発生する。ローレンツ・ポテンシ
ヤルは、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コレクタ又は他方
がより多くの電流を集めるようにエミツタの長手
方向に沿うキヤ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
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によつてセンサのエミツタ領域に直接結合され
る。これらの結合脚１及び２は例えばニツケル−
鉄合金から作られ、かかる合金は当業者には明ら
かな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。エミツタ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。エミツタ接点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ツ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に沿つて磨かれている。半導体基板３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の間のギヤツプを通るように脚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ツタ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がエミツタ４の
放射面が位置する面を横切つ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
ミツタ領域４のどちらかの側に機械加工又は反応
イオン・エツチングによつて全体的に切り口を形
成することによつ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）を有するわけではない。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、デイスク等の磁化の垂直成分が距離Ｓ
だけ互いに離れるためである。ここで、Ｓは、媒
体に沿つ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１cm当り
7874回（１インチ当り20000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、１
cm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ましい。エミツタ及びコレ
クタが基板の面に拡散され場合によつてはイオン
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がエミツタ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３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。エミツタ４に対向する脚１及び２の端部は、
磁束が脚１及び２の端部の間を横切つて直接結合
され、エミツタ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。
エミツタ拡散の深さがどれだけであつても、エミ
ツタ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ツク磁気読
取ヘツドの別の実施例を示す。第２Ａ図は、基板
３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ツタ領域４に
接触する脚の端部が適当な深さ（すなわちエミツ
タ拡散長）となるように、切り口すなわち高さが
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によつて磁気ト
ランジスタの最も感度の高い面を通つて結合され
る。第２Ｂ図は第２Ａ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
に沿う断面図であつ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
む磁気読取ヘツドを示す。この磁気読取ヘツド
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、磁気感応要素が配置される比
較的小さなギヤツプを形成する。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。また、磁気結合脚は、磁気感応要素と
隣接するところでは、同一面中にあり、磁束がセ
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、磁気媒体に沿つて書込
まれた一連の磁気転移境界の最大離隔距離にちよ
うど対応していなければならない。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。従つて、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つの脚の間のギヤツプを通して結
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ヤツプを横
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ツトによつて発
生する磁極の間にくるように読取ヘツドの長手方
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３Ａ図は、シリコン基板３上に形成された磁
気読取ヘツ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３
Ａ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２の面９に
おける端部によつてカバーされる領域すなわち軌
跡を示す。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の正面図に対応した平面
図であつて、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、相補的な磁極＋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
体基板中で異なつた深さの位置にあるように配列
される。

第４Ａ図は、基板３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。各書込ビツト
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ツ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図は精確なクロツク点を維持す
るためにフエイズ・ロツ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ツク・トラツクから導出され
るクロツク時間を示す。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
クロツ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。

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
態様でクロツ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・トラツクを走査し
たときに上述の読取ヘツドのセンサから出力され
るアナログ波形を示す。データ・ビツト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・ビツトを発生するた
めにクロツク・パルスがこの分野で周知の論理回
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ツキング・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
のであれば、別個にクロツクを使用する必要はな
い。何如なら、自己クロツキング・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ツドは
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の他端部の間のギヤツプは、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
が異なつていない。これは、この実施例が二重ト
ラツ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・チヤネルを形
成する二重トラツク・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ツドは、
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ツド
のように高さのずれた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
方向に沿つて互いに距離l_bだけ離隔している。距
離l_bは、距離Ｓすなわち単位長さ当りの磁束変化
の最大密度の逆数に相当する。２つのデータ・ト
ラツクTRA及びTRBは同時に記録され、２つの
平行なトラツクは単一のデータ・チヤネルを形成
する。トラツクTRA及びTRBの幅はここでは
38.1×10^-3mm（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、
単一チヤネルを形成する隣接した２つのトラツク
中の所与の磁気転移極をまたぐ水平斜線領域によ
つて示されている。最大の磁束は、例えばトラツ
クTRA、脚１、ギヤツプ、センサ、脚２及びト
ラツクTRBを結ぶ閉回路によつて得られる。所
与のデータ・チヤネルを構成する２つのトラツク
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、各トラツク幅の半分が適当
である。トラツ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・チヤネルのためのトラツクに対応する他の介
挿トラツクを設けることもできる。トラツク間の
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２の間の磁束の漏れ
を最小にするようにリード・バツク・ヘツドを最
適に設計する手段として作用する。第６Ｂ図に示
されるギヤツプ領域は、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
ギヤツプの幅及び長さはそれぞれW_gおよびl_gと
して示される。このギヤツプを通る磁界は、読取
ヘツドの透磁脚１及び２が所与のチヤネルのトラ
ツクTRA及びTRB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に沿つ
て書込まれる最も近い連続した磁気転移の間の距
離L_bの約1/3が公称値である移動方向の厚さを有
する。データが１cm当り7874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、L_bは約12000オングストロームだからであ
る。

読取ヘツドの脚１及び２は、センサ・ギヤツプ
を横切る磁界が磁界集中原理によつて増強される
ように構成される。ギヤツ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。

H_g＝CH_D（W_s／W_g）／１＋（l_g／W_L）（H_L／W_g）……(
1) 式(1)において、Ｃは媒体１０の実際の表面上の
磁気読取ヘツ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）。H_D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。W_s／W_g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
脚の幅とギヤツプにおける結合脚の幅との比であ
り、約３に選択されたものとする。l_g／W_gは約
１／２、H_L／W_L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な値である。これら
の値を式(1)に適用すると、H_gは約100ガウスにな
る。従つて、第６Ａ図に示された読取ヘツドに対
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の磁界がギヤツプを通ることにな
る。そして、50％のギヤツプ磁界がセンサに結合
されるとすると、約50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ガウス当り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。従つて、
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
術をデイジタル記録に適用した結果を示す。第７
Ａ図は、例えばテープのような磁気媒体１０に書
込まれたいくつかのデータ・チヤネルを概略的に
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ヤネル
例えばチヤネル＃１に連続的に磁気転移によつて
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＋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ために一連の短い垂
直線が描かれている。第６Ａ図、第６Ｂ図及び第
６Ｃ図の読取ヘツドが第７Ａ図にチヤネル＃１と
して示されたデータを有するツイン・トラツク・
チヤネルの上を通るとき、読取ヘツド信号出力は
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クロツクは
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
気読取ヘツドは第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
た読取ヘツドと同様に動作する。結合脚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つて、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
合脚の間のギヤツ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
取ヘツドを単一トラツクからのデータの読取りに
も使用できる。このためには、結合脚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
ラツクの軸に沿つて位置するように読取ヘツドを
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。このように媒体に
対して特定の向きにある読取ヘツドを使用して読
取られ得るデータ・トラツ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・トラツ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10000）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
デイジタル・データの保持及びリード・バツクが
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）のエミツタ領域（これは能動インター
フエースである）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。上述した読取ヘツドは
幅（厚さ）が１ミクロンより小さい結合脚を有す
るように容易に構成することができる。これらの
脚は、ほんの１ミクロン幅の磁気媒体のデータ・
トラツ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つのチヤネル・データについてトラツク対
（ツイン・トラツク）を読取る方法及び読取ヘツ
ドについて上述した。同じ読取ヘツドを垂直又は
水平記録データ・ビツトの単一チヤネルからの磁
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ツプの面
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、垂直磁化モードで記録された磁気
媒体１０の上に位置する結合脚１及び２が示され
ている。センサが配置されるべきギヤツプは透磁
性結合脚１及び２の末端部の間においてＧによつ
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
上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坦
な薄膜であり、最も長い寸法の方向、すなわち平
坦な薄膜が沿つて延びる軸は、媒体１０に記録さ
れたデータ・トラツ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。従つて、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図のギヤツプ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
ヤツプＧの相対寸法である。これは、他の条件と
は無関係に、脚１及び２によつて結合される相対
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ツド
のモデルを使用して行われた研究に基くいくつか
の設計上考慮すべき点について説明する。第１０
図は、ギヤツプＧの幅が転移間間隔Ｓの一部とし
たときに、媒体１０の表面の磁界B₀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によつて正規化された結合脚の長さＬとともに
プロツトされている。遷移間間隔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／B₀の最も大きなレベルはギヤツプＧが最も
小さいときに生じる。今日の技術によれば、ギヤ
ツ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
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、トラツク密度が１cm当り3937
本乃至7824本（１インチ当り10000乃至20000本）
のデータ・トラツク数である場合には、１cm当り
3937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マイクロメータ幅
のトラツクでは１cm当り約6561本（１インチ当り
16666本）のデータ・トラツクが存在する。媒体
１０の上を移動する読取ヘツ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
のトラツクすなわち１cm当り6561本（１インチ当
り16666本）のデータ・トラツクに対し１cm当り
3937個のビツト（１インチ当り10000ビツト）の
ビツト密度で記録を行うと、今日のビデオ・デイ
スク技術に使用されるそ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・デイスクは読
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の比がギヤツ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％の場合に
は、利用可能磁界の40乃至60％をギヤツプに結合
するにはギヤツプを転移間間隔の約3/10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Ｌが転移間間隔（ギヤツプ長）Ｓの５倍であ
るときのギヤツプ結合磁界を示す。第１２図は脚
の長さＬが転移間間隔（ギヤツプ長）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ヤツプへの
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でギヤツプ幅が転移間間隔の30乃
至40％である場合には、磁界B₀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、B₀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、B₀の
値は約350乃至400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％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、二重トラツ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
磁性脚１及び２のギヤツプＧを受ける平均相対磁
界を示す。第１４図は、ともに転移間間隔Ｓによ
つて正規化されたギヤツプ幅Ｇ及び脚長Ｌの関数
としてギヤツプが受ける平均磁界を示す。この図
から明らかなように、ギヤツプＧを横切つて結合
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Ｌ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・トラツク記録及び読
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、ある読取ヘツド
は、単に該ヘツドを単一データ・トラツクの長軸
に整列するように90度回転させることにより単一
トラツク・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によつて正規化さ
れたギヤツプＧの長さの関数としてギヤツプＧを
横切つて発生する平均正規化磁界をプロツトした
ものである。この図から明らかなように、ギヤツ
プ幅が転移間間隔に等しいときには、ギヤツプを
横切つ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。ギヤツプ長がより短い
ときには、ギヤツプを横切つて結合される磁界
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、ギヤツ
プ長Ｇが約１ミクロンか又はこれより小さく、記
録密度が１cm当り約7874（１インチ当り約20000）
の磁束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。何如なら、ギヤツプ中
に配置されるべき磁気感応トランジスタの感応エ
ミツ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ヤ
ツプ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Ｌはともに転移間間隔Ｓによ
つて正規化されている。また、Ｇ＝0.6Sである。
第１６図から明らかなように、一連の３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Ｌ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。

所与の読取ヘツドに適合した記憶装置を適当に
設計する方法は、まず読取ヘツドの期待される飛
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。この値はトラツクに書込まれ得
るデータの密度を指示し、また、センサ・ギヤツ
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
用さ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ツドの好ましい
実施例を示すいくつかの図を参照するとともに、
設計上考虜すべき詳細なデータ及びヘツドのパラ
メータを示して、いくつかの磁気読取ヘツドにつ
いて説明した。これらの読取ヘツドにおいて、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
込みを受けた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ヤツプを通るよ
うに結合する。センサに近接した透磁性脚の末端
部は全体的に平坦であり、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坦で磁気セン
サのエミツタの最大寸法にほぼ等しい長さの最大
寸法を有し、エミツ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
基板チツ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、全体の読取ヘツドは、セ
ンサをシリコン・チツ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昭57−38250
号に説明されているように配列することにより単
一の構成要素として容易に製造できる。透磁性脚
はチツプの平面中に形成され、適当なエツチング
技術によつて、垂直注入エミツタの放射面と整列
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つの脚の間のギヤツプに配置された、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１
Ａ図に示された読取ヘツ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−１
Ｂ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１Ａ図の読取ヘツ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ツドを
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−２Ｃに沿う断面図、第３Ａ
図は本発明による磁気読取ヘツドのいくつかの主
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
コード化法によつて記録された磁化媒体ストリツ
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・ストリツプを走査する第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
ギヤツ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ツク・トラツク
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１
Ａ図又は第２Ａ図に示されたような読取ヘツドを
示す概略図、第５Ｂ図はクロツク及びデータ読出
トラツクを示す説明図、第５Ｃ図は第５Ａ図に示
されたコード化ストリツプを走査する第１Ａ図又
は第２Ａ図に示された読取ヘツドによつて発生さ
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ツドの結合脚の走
査軌跡を示す平面図、第６Ｂ図は第６Ａ図の２つ
のトラツク面に示されたように読取りを行う磁気
読取ヘツドの別の実施例を示す概略平面図、第６
Ｃ図は第６Ｂ図の線６Ｃ−６Ｃに沿う断面図、第
７Ａ図は水平磁化モードでデータ記録された２つ
のチヤネル・トラツク対を有する磁気媒体を示す
平面図、第７Ｂ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ツドから
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
ロツク及びデータ内容を示す説明図、第８図は読
取ヘツド基板要素を磁気媒体の記録軸にほぼ沿つ
て配置するように90度回転させた点を除いて第６
Ａ図に示されたのと同じ型式の読取ヘツドを示す
概略構成図、第９図は第８図において垂直に記録
されたトラツクに沿つ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ツト長Ｓによつて正規化した
磁気結合脚長Ｌ及びギヤツプ幅すなわち長さＧの
関数としてセンサ・ギヤツプを横切つて発生する
相対平均磁界を示す特性図、第１１図は磁気結合
ギヤツプの長さＬを転移間間隔Ｓの５倍にしたと
きに第８図に示された結合脚のギヤツプ中のセン
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によつて正規化された飛行の高さＦ及
びギヤツプＧの関数として示す特性図、第１２図
は磁気結合ギヤツプの長さ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
うな磁気読取ヘツドの結合脚を示す概略斜視図、
第１４図はトラツク対記録が行われた場合に、読
取ヘツドのギヤツ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Ｌ及びギヤツプ幅Ｇの関
数として示す特性図、第１５Ａ図は読取ヘツドの
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、ギヤ
ツプを横切つ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によつて正規化され
たギヤツプ長Ｇの関数として示す特性図、第１６
図はギヤツプ中のセンサに結合される磁界の大き
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Ｌ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
発明による読取ヘツ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
……エミツタ、５……コレクタ、１０……磁気媒
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エミツタ・ベースおよびコレクタから成る磁
   気感応トランジスタと、 互いに接触しない少なくとも２つの透磁性磁界
   結合脚とを具備し、 前記結合脚は、内容が読取られるべき磁気記録
   媒体に略垂直に対向するように該媒体に近接配置
   された端部と、磁界ギヤツプを形成するよう該媒
   体から遠隔配置された端部とを有し、 前記磁気感応トランジスタは、前記ギヤツプ中
   に配置され、且つ前記トランジスタ中を前記エミ
   ツタの面に平行な面内を前記ギヤツプ中の磁界が
   通るように方向付けられていることを特徴とする
   磁気読取ヘツド。