SE440004B - Magnetisk informationsberare - Google Patents

Description

10 15 20 25 35 40 7904666-0 teckningen. Denna uppteckningsmetod har förblivit mycket använd.

Transversell registrering, som är mycket svår att utnyttja, har dock ej annat än speciella tillämpningar.

För att bättre belysa de fördelar och nackdelar hos de tre registreringsmetoderna, kommer beskrivningen att hänföra sig till ett exempel avseende registrering av numerisk information. Denna information bildas såsom domäner av successiva spår, i fortsätt- ningen benämnda "celler". För att stå i överensstämmelse med mag- netismens lagar, ligger angränsande, successiva celler i motsatta riktningar. Mellan de olika regístreringarna finns dock övergångs- zoner. Dessa är naturligtvis säten för betydande magnetiska varia- tioner härrörande från kraftiga avmagnetiseringsfält. De olika numeriska informationsvärdena är oftast återgivna, dels av olika längd av cellerna, dels av den magnetiska komplexiciteten, sasom är fallet i den s.k. Aiken-koden (även benämnd "dubbel frekvens- kod"), vid vilken informationen 0 representeras av en cell med enkel magnetisering, under det att informationen 1 representeras av en sammansatt cell med två halvceller av motriktade fält.

I det följande betecknar tjocklek, w dess bredd och t Vid longitudinell registrering är varje övergångs storlek t d längden på en cell, e dess övergångens storlek. lierad med komplexa funktioner avseende magnetiska egenskaper och tjockleken e hos det fält som bildar spåret, liksom med den spatiella fördelningen vid fältet alstrat av huvudet. Det följer att övergângarna t kan märkas mer eller mindre som följd av cellernas storlek d. Denna utbredning förhindrar registrering med stor täthet. Å andra sidan innebär det faktum att övergången t är lika med eller överstiger en cells längd, att magnetfältet i huvudsak blir avmagnetiserat så att läckflödet reduceras kraf- tigt och blir otillräckligt för avkodning av informationen. Till detta måste tillfogas att spåret, betraktat i ett elektronmikro- skop, uppvisar olinjära övergångar t med sågtandformade hack, vilket i praktiken ytterligare ökar cellernas effektiva längd.

Denna registreringsmetod lämpar sig ej för uppnâende av hög in- .formationstäthet.

Fördelen med transversell registrering härrör från att över- gângarnas storlek t reduceras avsevärt, då de typiskt bildar Neel-väggar av inom magnetismen välkänt slag, med hänsyn tagen till den relativt ringa storleken av spårens tjocklek e. Till denna fördel med hög packningstäthet fogar sig tyvärr nödvändig- 10 15 20 30 40 7904666-0 b: heten av användning dels av spår av mjukt eller anisotropt mate- rial för att man skall uppnå antiparallell cellorientering, dels av huvuden av komplex uppbyggnad och med svag skrívfältstyrka.

Uppteckning och bevarande av information blir därför mycket käns- lig för yttre störfält (se exempelvis den amerikanska patentskrif- ten 3 611 417). _ Vinkelrät registrering har även den fördelen att den alst- rar fina övergångar av det slag som teoretiskt bör närma sig Bloch-väggar, men är fortfarande dåligt kända experimentellt.

Denna registreringsmetod är dessutom mycket effektiv eftersom packningstätheten höjs. I själva verket är kopplingen mellan cel- lerna lika kraftig som vid kortare celler, och dessutom kompense- ras inte avmagnetiseringsfältet Hd som uppträder vid spårens ytor och som uppfyller villkoret Éz = Ed/e, därlí är magnetiseríngsvek- torn och d och e är längden respektive tjockleken av en cell.

Denna formel visar att vinkelrät registrering är bäst då d är liten och e stor. Spärets tjocklek kan dock ej ökas efter öns- kan, eftersom detta på olyckligt sätt ökar skillnaden mellan skrivfälten och även minskar cellernas definition, vilket med hänsyn till den ringa storleken d är en viktig faktor. För övrigt är användningen av detta registreringssätt välkänt för inspelning på band, men har ännu ej använts för uppteckning pá magnetskivor.

Skillnaden mellan band och skivor som ger upphov till svårig- heterna att använda vinkelrät uppteckníng beror på skillnaderna på naturen av bands och skivors substrat eller underlag. Vid band är underlaget vanligen ett elektriskt isolerande bandliknande ämne, som speciellt med hänsyn till den höga packningstätheten är mycket tunt (vanligen av storleksordningen 5 pm). Ett magnet- huvud vars båda polstycken är belägna på varsin sida om bandet och omger detta, är väl lämpat för att alstra korrekta vinkelräta fält. Till följd av-bandets ringa tjocklek kommer mellanstycket att ha ringa dimensioner, vilket är gynnsamt för att ge huvudet och registreringen god definition. Å andra sidan är det elekt- riskt isolerande bärmaterialet ej lämpligt för frambringande av Foucault-strömmar ägnade att omkasta de önskade fälten.

I motsats härtill är bärorganet för en magnetskiva av väl- känd typ tjock (1 à 2 mm) och bildas av ett omagnetiskt material (vanligen aluminium) och ofta är skivans bada registreringssidor, liksom storleken på mellanstycket samt, framför allt, Foucault- strömmarna, orsaker till nya problem jämfört med de som föreligger 10 15 ZS 30 35 40 79011666-0 vid band.

Inga förslag har hittills uppnått lyckade lösningar av dessa problem.

I "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAC-13, nr. S, sept. 1977, sid. 1272-1277, beskriver visserligen S. Iwasaki och Y. Nakamura originella och intressanta lösningar, men dessa för- blir begränsade till band till följd av att skrivfältet måste ge- nomtränga bärorganet. Till följd av anisotropin hos magnetfältet bildat_vid katodpulvrisering vid hög frekvens och av kromkobolt orienterad så att den lätta magnetiseringsriktningen ligger vin- kelrätt mot substratets plan (en tunn film av polyimidj, och även till följd av en speciell typ av huvud (vars mellanstycke passe- ras av bärorganet), kommer fältlinjerna att koncentreras i magnet- fältet och således alstra stor regístreringstäthet med god defi- nition. Det bör dock observeras att det finns flera kända metoder för avsättning av fält som är vinkelrät anisotropa, liksom att det existerar en mångfald blandningar som tjänar för dessas bil- dande,'se exempelvis franska patentskriften 2 179 731.

Uppfinningen har till ändamål att undanröja ovanstående nack- delar.

Ett bärorgan för magnetisk information i form av vinkelräta magnetiska registreringar, kännetecknas enligt uppfinningen av att det har ett omagnetiskt substrat som uppvisar åtminstone en plan, känslig yta försedd med ett anisotropt material, vars lättmagne- tiseringsaxel ligger vinkelrätt mot nämnda yta. Bärorganet känne- tecknas av att det innefattar ett extra skikt bildat av ett ani- sotropt magnetmaterial, vars svårmagnetiseringsaxel ligger paral- lellt med nämnda yta.

Det framgår att denna lösning tillhandahåller samma fördelar som vid såväl band- som skivapplikationer. Vid skivfallet med le- dande bärunderlag och dubbla registreringssidor, medför anbring- andet av det extra skiktet under det magnetiska informationsskik- tet att inskrivning och läsning av information kan genomföras utan att motsvarande flöden passerar genom substratet. Härigenom kan läs/skrivhuvudet vara av integrerad typ, vars polstycken och mellanstycke bildar en ringformad magnetkrets placerad på en och samma sida av skivan.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i form av ett i den bi- fogade ritningen visat utföringsexempel. Fíg. 1A är en perspek- tivvy av ett område som exempel på förverkligande av en informa- 10 15 20 40 5 7901666-0 tionsbärare enligt uppfinningen. Fig. 1B visar ett axelsystem med avseende på vilket hänför sig magnetiseringsaxlarna hos mag- netmaterialet vid ett bärorgan enligt fig. 1A. §ig¿_§ är ett snitt genom ett utföringsexempel för realíserande av en i enlighet med uppfinningen utförd informationsbärare i samverkan med ett inte- grerat läs-skrivhuvud. Fig. 3 är ett delsnitt genom en variant av eüienligt uppfinningen utfört extra skikt som kan utnyttjas vid realiserandet av ett bärorgan enligt uppfinningen. l det i fig. 1A visade området är ett í enlighet med uppfin- ningen utfört informationsbärorgan 10 delvis ínnefattat i sub- stratet 11 hos detta bärorgan och ett fragment av en magnetbana 12 vid sidan av en plan stödyta 13. Bärorganet 10 kan vara ett band eller en magnetskiva. Med hänsyn till de problem som hit- tills funnits i samband med magnetskivor, antages i det följande att bärorganet 10 är en magnetskiva. Informationsbärarens dimen- sioner kan hänföras till axelsystemet Oxy: i fig. 1B. Såsom van- le- lígen gäller för kända magnetskivor, är substratet 11 av ett dande material (aluminium eller en metallegering) och har en tjocklek utefter axeln Oz av storleksordningen 2 Vid tidigare känd teknik är magnetbanan 12 direkt anbragt pä substratets 11 yta 13. Varje bana 12 bildas härvid av ett ani- 111111. sotropt magnetskikt, som utefter sin längdutsträckning (efter axeln Oy] är sammansatt av successiva celler 14 som är separerade av övergångar 15 med en tjocklek uppgående till t (efter axeln Oy). I enlighet med illustrationen i fig. 1A definieras nollin- formationen av celler med längden d utefter axeln Oy, och ett- information av celler med längden Zd. Dessa cellers magnetisering sker vinkelrätt mot substratets 11 yta 13 i motsatt riktning mot angränsande celler 14. Såsom antytts ovan, är denna magnetísering företrädesvis utförd i ett magnetískt anisotropt material, vars lättmagnetiseringsaxel Mf ligger parallellt med riktningen 0:, under det att den svârmagnetiserade axeln Md ligger parallellt med riktningen Ox. Eftersom magnetiseringsaxlarna Mf och Md lig- ger vinkelrätt mot substratplanet 13 (ytan utefter Oxy), är mag- netiseringsskiktet 12 vinkelrät anisotropt. Under beaktande av att ett anisotropt magnetmaterial karakteriseras av variabel permeabilítet utefter magnetiseringsriktningen, kommer permeabi- liteten att vara svagast utefter axeln Mf och kraftigare utefter axeln Md. Observera att anísotropín antingen kan vara magneto- krístallin, dels inducerad. Generellt är magnetskiktets 12 tjock- 10 15 20 30 40 7904666-0 lek e I enlighet med uppfinningen består informationsbäraren 10 av ett extra skikt 16 bildat av ett anisotropt magnetmaterial, av storleksordningen 1 pm. vars svårmagnetiseringsaxel Md ligger parallellt med substrat- ytan 13, såsom visas i fig. 1B vid skiktet 16. För fallet med magnetskiva är skiktet 16 företrädesvis inplacerat mellan infor- mationsmagnetskiktet 12 och substratet 11, såsom visas i fig. 1A.

Företrädesvis ligger även lâttmagnetiseringsaxeln Mf hos skiktet 16 utefter axeln Ox, se fig. 1B. Det faktum att lätt- och svär- magnetiseringsaxlarna i skiktet 16 är parallella med skiktet 13, innebär att magnetmaterialet bildar det extra skiktet 16 och är anisotropt parallellt. Företrâdesvis väljes en järn-nickellege- ring (exempelvis 82 % nickel och 18 % järn), som uppvisar en kraftig permeabilitet i riktningen Oy men en kvasienhetlig perme- abilitet i de båda övriga riktningarna Ox och Oz.

För att befrämja att energiutbytet mellan de magnetiska skikten 12 och 16 med olika anisotropi skall vara negligerbart och att magnetostatiska energikopplingen skall vara betydande, anordnar man mellan de båda skikten och kopplingsskiktet 17 av ett omagnetiskt och elektriskt isolerande material. Å andra sidan måste tillses att det extra magnetskiktet 16 vidhäftar vid substratets 11 material (i föreliggande fall alu- minium] och i praktiken inte ger upphov till energiutbyte med substratet. I detta syfte bildas ett underskikt 18 på ytan 13 av substratet 11 mellan detta och det extra skiktet 16. Detta undre skikt 18 utgöres av ett omagnetiskt material som är isolerande och tillförsäkrar god vidhäftning vid substratet 11 under bildan- de av en diffusionsbarriär mellan det extra skiktet 16 och sub- stratet 11.

Pig. 2 visar i snitt och schematiskt ett integrerat läs/ skrivhuvud 20 förenat med en i enlighet med uppfinningen utförd informationsbärare av det slag som beskrivits i samband med fig. 1A. Ett exempel på ett dylikt integrerat huvud 20 återfinnes i franska patentskriften 2 063 693.

Såsom framgår av fig. 2 är huvudet 20 ríngformat och består i huvudsak av två polstycken 21, 22, anordnade på samma sida om informationsbäraren 10 och i närheten därav uppvisande ett järn- mellanstycke g. Polstyckena 21, 22 består av magnetiska skikt anbragta på ett omagnetiskt och isolerande substrat 23. De om- sluter delvis en elektrisk spole Z4, likaså bildad av ledande, 10 15 20 25 30 40 7904666-0 \1 på varandra överlagrade skikt. Närmare bestämt utgöres polstycket 21 av ett magnetskikt med en tjocklek pï anbragt direkt på sub- stratet 25. På det invid mellanstycket g liggande delen av pol- stycket 21 förefinns en spole 24 bildad genom att man omväxlande anbringat isolerande och ledande skikt 24a resp. 24b. Polstycket 32 har en tjocklek uppgående till p, och är relativt sett tjocka- re än polstycket 21 samt bildas av en superponering av omväxlande magnetiska och omagnetiska skikt 22a resp. 22b.

Inskrivning av information på bärorganet 10 sker genom att detsamma bringas passera i pilens 25 riktning med en given hastig- het och genom att spolen 24 genomlöpes av en ström representerande den information som skall upptecknas. Denna ström alstrar ett magnetflöde i polstyckena som sluts via bärorganets 10 magnetskikt 12 pà det sätt som antydes av de magnetiska kraftlinjerna 26. Man inser även att den ringa tjockleken hos polstycket 21 medför en koncentration av det därifrån utgående flödet. Eftersom den lätt- magnetiserbara axeln hos skíktet 12 är vertikal och vínkelrät mot substratets 11 yta 13, kommer det från polstycket 21 utgående fältet att kanaliseras i denna riktning under bibehållande av praktiskt taget samma koncentration. Polstyckets 21 tjocklek pï bestämmer dock längden d pá de magnetiska informationscellerna 14, närmare bestämt bör tjockleken pï vara mindre än eller lika med tjockleken d. Läckfältet 26 under polstycket 21 är kvasi- vinkelrät mot skiktets 12 plan och mättar skiktet utefter dettas lättmagnetiserade axel i form av vällokaliserade celler, i prak- tiken âtskilda av Bloch-väggar om skiktets 12 tjocklek är av stor- leksordningen 1 pm.

I det extra magnetskiktet 16 ligger magnetfältet 26 paral- lellt med skiktets plan i den svårmagnetiserade delen.

I polstycket 22 sprider sig fältet 26 tvärs över informations- skiktet 12 till följd av att tjockleken pi är större än tjockleken pï. Denna spridning medför att mättning ej inträder i informations- skiktet 12 under polstycket 22 och tillåter ytterligare inskriv- ning i denna del av skiktet 12 under gynnsamma villkor. Sålunda är det fördelaktigt att ge pg en tjocklek som klart överstiger pl och åtminstone är lika med Zd.

Det bör även observeras att avståndet mellan de bada polstyc- kena 21, 22, inrymmande spolen 24, bör ge en magnetbana i dessa båda polstycken vars reluktans är liten jämfört med reluktansen över spolen 24. Det är även uppenbart att skiktets 16 tjocklek 10 15 20 30 35 40 790l+666~0 bör vara sådant att reluktansen mellanpolstyckena 21, 22 under informationsskiktet 12 är mycket liten. Denna tjocklek får dock ej vara obetydlig. Emellertid är detta skikts tjocklek begränsad av den yteffekt som alstras i denna som funktion av informations- skrivfrekvensen. För att motverka detta faktum, kan man förlita sig till den uppbyggnad som anges i den franska patentskriften 2 063 694. Ett exempel på realisering av det extra skiktet 16 illustreras i fig. 3. Enligt detta exempel består skiktet 16 av fyra tunna magnetskikt 16a, som uppvisar samma anisotropí som an- tyds i fig. 1B och som är separerade av isolerande skikt 16b. Så- som beskrives i nyssnämnda patentskrift, utgöres skiktet 16a före- trädesvis av en legering av järn, nickel och krom. I detta fall är permeabiliteten i den svåra magnetiseringsriktningen av stor- leksordningen 5000, under det att permeabiliteten i de båda andra axlarnas riktning är praktiskt taget enhetlig och ej ger någon magnetisk koppling mellan skikten 12 och 16 i riktningen Ox. Som följd härav kommer alla fältets komposanter i riktningen Ox att vara mycket svaga, varför informationscellerna 14 blir perfekt definierade.

Sedan huvudet 20 väl avlägsnats bort från den just skrivna cellen 14 uppträder på ömse sidor av skiktet 12 avmagnetiserings- fält som tenderar att avmagnetisera cellerna. I fig. 1A anges 1uftavmagnetiseringsfältet ovanför skiktet 12 med beteckningen 19, Det bör observeras, dels att kopplingen mellan cellerna vid övergång- under det att motsatta avmagnetiseringsfält anges med 19'. arna 15 minimerar systemets totala magnetostatiska energi, dels att denna energi ytterligare minimeras till följd av den gynnsamma naturen hos det extra skiktet 16, som under innestängning av näs- tan hela fältet 19' 1A. Detta medför yta reduceras och höjer och minskar fältets totala cirkulation, såsom vi- sas i fig. att läckfältet vid skiktets 12 ovan- gör läsningen mycket enklare. Det kan även nämnas att skiktets 16 verkan ej enbart är viktig i riktning- en Oy utan även märkbart reducerar fälten i riktningen Ox, vilka fält är pertuberationsfält för de svaga spârstorlekarna.

Fördelarna som hänför sig till tillfogandet av skiktet 16a kan sammanfattas sålunda: detta skikt gör det möjligt att skriva information på en magnetskiva med ledande substrat och att åstad- komma registrering på båda sidor; skiktet koncentrerar skrívfäl- ten samtidigt som de ger ringa reluktans varjämte storleken på cellerna 14 märkbart kan reduceras, vilket i sin tur medför höjd 10 9 7904666~0 informationspackningstäthet; läckfälten 19 från cellerna 14 till- tar, vilket ger lättare avläsning samt enklare och säkrare avkod- ning; och slutligen kan inskrivning och avläsning av information ske med ett unilateralt ringformat huvud, dvs ett huvud vars pol- stycken är belägna på samma sida om bärorganet. Vidare kan inte- grerade huvuden med mycket stor upplösning användas. En uppbygg- nad av ett stödorgan i enlighet med uppfinningen har utnyttjats för magnetiska skivminnen. Följande exempel ger approximativa vär- den i ett visst speciellt fall: informationsskiktet 12 bestod av en legering av järn, nickel och krom med en omagnetisk tillsats, tjockleken uppgick till 0,8 um; skíktets 17 tjocklek var 0,2 pm: det extra skiktet 16 i form av en järn-nickel-kromlegering hade en tjocklek av 0,8 pm och fungerade upp till 30 MHz, cellernas storlek d var approximativt 0,5 pm med en täthet av ca 2000 bit/mm; skiktet 18 utgjordes av en kiselmonooxid.

Många variationer är möjliga inom uppfinningens ram. Speci- ellt kan observeras att det extra skiktet 16 kan användas såväl vid en skiva som vid ett band. I bandfallet med ett tunt, isole- rande substrat, kan skiktet 16 även vara anbragt på substratytan mitt emot den som uppbär informationen. Fördelarna med det extra skiktet i samband med band motsvarar de som nämnts ovan och är således betydande jämfört med tidigare kända lösningar. Å andra sidan behöver det angivna materialet ej vara begränsat till de givna exemplen, utan uppfinningen kan likaväl realiseras med anisotropa material 12 och 14 som ger den ovannämnda funktionen.

Exempelvis kan läshuvudet 20 vara av annan typ än de som nämnts OVEUI.

Claims (8)

?90#666f0 w Patentkrav

1. Magnetisk iníormationsbärare bildad genom vinkelrä1 mag- netisk registrering och av den typ som innefattar ett emagnctíski underlag (11! med åtminstone en plan yta försedd med ett magne- tískt informatíonsskikt (12) av ett anisotropt magnetmateríal, vars lättmagnetiseringsaxel (ME) ligger vinkelrätt mot nämnda yta, k ä n n e t e c k n a d av att bäraren uppbär ett extra skikt (16) bildat av ett anisotropt magnetmaterial, vars svårmagnetise- ringsaxel (Md) och lättmagnetiseríngsaxel (Mf) är parallella med nämnda yta, så att nämnda extra skikt (16) har ett anisotropiplan parallellt med informationsskiktets (12) utsträckning.

2. Bärare enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att det extra skíktet (16) är beläget mellan underlaget (11) och informationsskiktet (12).

3. Bärare enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att svårmagnetiseringsaxeln (Md) hos det extra skíktet (16) är väsentligen parallell med informationsskiktets (12) längs- riktning.

4. Bärare enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k- n a d av att det extra skíktet (16) är ett enkelt skikt.

5. Bärare enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k- n a d av att det extra skiktet (16) består av tunna, anisotropa magnetskikt (16a) som är parallella med nämnda yta och som alternerar med tunna omagnetiska skikt (16b).

6. Bärare enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att de tunna magnetskikten (16a) innefattar en legering avujärn, nickel och krom.

7. Bärare enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k- n a d av att den innefattar ett kopplingsskikt (17), som är omagnetiskt och elektriskt isolerande och som är beläget mellan ínformationsskiktet (12) och det extra skíktet (16).

8. Bärare enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k- n a d av att den innefattar ett undre skikt (18) beläget mellan underlaget m) och dat extra skíktet (16), varvid detta andra skikt (18) bildas av ett omagnetískt, elektriskt isolerande material, vilket undre skikt (18) tíllförsäkrar god vídhäftning vid underlaget (11) under samtidig bildning av en díffusions- barriär mellan det extra skíktet (16) och substratet (11).