DE1166263B - Magnetkopf fuer Digitalsignal Schreiben und Lesen mit Polstuecken, die magnetische Duennschichtelemente axialer Anisotropie sind - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KI.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al-37/20

Nummer: 1166 263

Aktenzeichen: J 22831 IX c / 21 al

Anmeldetag: 13. Dezember 1962

Auslegetag: 26. März 1964

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf zum Aufzeichnen und Ablesen von digitalen Signalen an einem magnetischen Oberflächenspeicher mit einem oder mehreren Polstücken, die als magnetische Dünnschichtelemente axialer Anisotropie ausgebildet sind.

Es wurden bereits zur Beseitigung der flachen Feldverteilungskennlinie übliche, aus Ferritmaterial hergestellte Magnetköpfe vorgeschlagen, die Kernhälften an der einen oder beiden Innenseiten des Arbeitsluftspaltes mit einem weichmagnetischen metallischen, durch elektrolytische Fällung erhaltenen Überzug mit im Verhältnis zum Ferritmaterial höherer Permeabilität und Sättigung in solcher Weise zu plattieren, daß eine innige magnetische Verbindung mit den Kernhälften entsteht, ohne daß sich dabei ein zusätzlicher unerwünschter Luftspalt zwischen Kern und Plattierung bildet.

Zur Erhöhung der Dichte magnetischer Aufzeichnungen wurde außerdem bereits vorgeschlagen, im Bereich eines Generators zur Erzeugung magnetischer Felder ein magnetisches Dünnschichtelement axialer Anisotropie sondenförmig über einem magnetischen Aufzeichnungsträger anzuordnen. Gemäß dieses Vorschlages sollte das magnetische Dünnschichtelement eine Vorzugsachse der remanenten Magnetisierung aufweisen, die zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers senkrecht angeordnet ist. Ein solches magnetisches Dünnschichtelement hat die Eigenschaft, die Magnetfelder der zu speichernden Signale an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers zu konzentrieren, wodurch die Dichte magnetischer Aufzeichnungen wesentlich erhöht wird. Eine solche Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das magnetische Dünnschichtelement lediglich als Zwischenträger eines magnetischen Signalgenerators benutzt wird, von dessen Zeitbedingungen die Zeitdauer und die Signalform des aufzuzeichnenden Signals abhängig ist.

Die Nachteile einer solchen Einrichtung werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß parallel zu der Ebene eines oder mehrerer ein Polstück bildender magnetischer Dünnschichtelemente ein bandförmiger Leiter angeordnet ist, dessen Längsachse mit der Vorzugsachse der remanenten Magnetisierung des oder der magnetischen Dünnschichtelementen) einen spitzen Winkel bildet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch die hohe Schaltgeschwindigkeit eines magnetischen Dünnschichtelementes axialer Anisotropie Signale sehr kurzer Zeitdauer und hoher Flankensteilheit erreichbar sind. Die Arbeitsgeschwindigkeit und die Kopp-Magnetkopf für Digitalsignal Schreiben und
Lesen mit Polstücken, die magnetische Dünnschichtelemente axialer Anisotropie sind

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Dr. Walter E. Proebster, Chappaqua, N.Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 21. Dezember 1961 (14 928)

lung der Signalübertragung eines magnetischen Oberflächenspeichers werden dadurch erhöht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Magnetkopfes, dessen Kern sondenförmig über einem Aufzeichnungsträger angeordnet ist;

F i g. 2 zeigt die Lage der Vorzugsachse der remanenten Magnetisierung des Magnetkopfkernes, dessen Schenkel als magnetisches Dünnschichtelement axialer Anisotropie ausgebildet ist; in

Fig. 3 und 4 ist ein Magnetkopf dargestellt, dessen Ringkern über dem Aufzeichnungsträger einen Luftspalt bildet.

Der in F i g. 1 dargestellte Magnetkopf enthält das magnetische Dünnschichtelement 1 axialer Anisotropie. Dieses kann z. B. auf einem Träger 2 aus Glas oder Metall angeordnet sein. Das beispielsweise durch Aufdampfen erzeugte magnetische Dünnschichtelement 1 besteht zweckmäßig aus einer weichmagnetischen NiFe-Legierung, z.B. 80% Ni und 20% Fe; die Schichtdicke liegt in der Größenordnung von einem Zehntel Nanometer (1 nm = ΙΟ"⁹ m). Während des Aufbringens des magnetischen Dünnschichtelementes 1 wird in diesem eine uniaxiale Anisotropie erzeugt, und zwar so, daß die Vorzugsachsee der remanenten Magnetisierung einen spitzen Winkel von vorzugsweise 45° mit einer

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Seitenkante des magnetischen Dünnschichtelemen- gnetisierung gespeichert. Der Binärwert »1« sei bei-

tes 1 einschließt. In der Vorzugsachse t· hat der spielsweise durch eine positive und der Binärwert »0«

Vektor M der remanenten Magnetisierung zwei durch eine negative Magnetisierung des Aufzeich-

stabile Richtungen, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. nungsträgers gekennzeichnet.

Die eine der stabilen Magnetisierungsrichtungen 5 Für den beschriebenen Magnetkopf bestehen ver-(links in Fig. 2) erzeugt ein positives magnetisches schiedene Möglichkeiten zur Aufzeichnung digitaler Streufeld bezüglich eines orthogonal zur Schichtebene Information. Eine Möglichkeit ist die folgende: Im verlaufenden, bandförmigen magnetischen Ober- Ausgangs- oder Ruhezustand des Magnetkopfes beflächenspeichers 3, während die andere stabile Ma- finde sich der Vektor M der remanenten Magnetisiegnetisierungsrichtung (rechts in Fig. 2) ein negatives io rung in derjenigen stabilen Richtung (»1 «-Richtung), magnetisches Streufeld bezüglich des magnetischen daß bezüglich des Oberflächenspeichers 3 ein posi-Oberflächenspeichers 3 erzeugt. Das magnetische tives Streufeld besteht (links in Fig. 2). Wenn also Dünnschichtelement 1 ist am Oberflächenspeicher 3 durch den elektrischen bandförmigen Leiter 4 kein möglichst anliegend angeordnet, damit eine möglichst Strom fließt, so wird durch den Magnetkopf am konzentrierte Bündelung des von dem magnetischen 15 Oberflächenspeicher die Binärinformation »1« auf-Dünnschichtelement 1 ausgehenden Streufeldes er- geschrieben. Will man eine »0« aufschreiben, so legt reicht wird. Hieraus ist zu ersehen, daß das ma- man zunächst an den elektrischen bandförmigen gnetische Dünnschichtelement 1 den Polschuh eines Leiter 4 einen negativen Stromimpuls an, der den Sonden-Magnetkopfes bildet, durch dessen geringe Magnetisierungsvektor M in die um 180° entgegen-Dicke die Dichte einer magnetischen Aufzeichnung 20 gesetzte andere stabile Richtung (»O«-Richtung) umwesentlich erhöht wird. schaltet (rechts in Fig. 2). Das mit dieser Richtung

Zur Änderung der Richtung der remanenten Ma- verbundene negative Streufeld bewirkt eine negative gnetisierung, d. h. zur Umschaltung des Vektors M remanente Magnetisierung des Oberflächenspeichers, des magnetischen Dünnschichtelementes 1 aus dem so daß eine »0« aufgeschrieben wird. Um den Maeinen in den anderen der beiden stabilen Zustände, 25 gnetkopf nach der Aufzeichnung der »0« wieder in ist ein bandförmiger elektrischer Leiter 4 vorgesehen, den Ausgangs- oder Ruhezustand zu bringen, wird der in Form einer Windung parallel zur Ebene des durch den elektrischen bandförmigen Leiter 4 ein magnetischen Dünnschichtelementes 1 an dessen positiver Stromimpuls geleitet, der den Magnetisiebeiden Seiten angeordnet ist. Der elektrische Leiter 4 rungsvektor M aus der »0«-Richtung in die »1«-Richkann gleichfalls schichtförmig in Form eines Band- 30 tung zurückschaltet. Von nun an wird durch den leiters ausgebildet sein und z. B. aus aufgedampften Magnetkopf am Oberflächenspeicher wieder die dünnen Kupferschichten bestehen. Die am Träger 2 Binärinformation »1« aufgezeichnet,
vorgesehene Folge 4-1-4 der Schichten wird zweck- Es sei noch eine andere Art der Aufzeichnung ermäßig frei von Luftspalten hergestellt. Es ist klar, wähnt, wobei zusätzlich zur Wirkung des von dem daß zum Zwecke der elektrischen Isolation zwischen 35 magnetischen Dünnschichtelement ausgehenden Streuden Schichten 1 und 4 isolierende Zwischenschichten feldes auch noch das vom elektrischen Signalstrom vorzusehen sind, auf deren Einzeichnung in die durch das Binärsignal im bandförmigen Leiter 4 Figuren jedoch verzichtet wurde. Die vom band- induzierte Magnetfeld ausgenutzt wird. Der Oberförmigen Leiter 4 umschlossene Seitenkante des ma- flächenspeicher 3 sei zunächst z. B. entmagnetisiert, gnetischen Dünnschichtelementes 1, d. h. der Falz 40 d. h., er weist keine ausgeprägte positive bzw. negadieses Leiters, verläuft orthogonal zum Oberflächen- tive Magnetisierung auf. Dieser entmagnetisierte Zuspeicher 3. Die beiden Anschlußklemmen des elek- stand kann beispielsweise dadurch herbeigeführt wertrischen bandförmigen Leiters 4 sind im Falle der den, daß man den Oberflächenspeicher durch ein Signalaufzeichnung mit einer nicht dargestellten magnetisches, vorzugsweise hochfrequentes Wechsel-Signalquelle bzw. im Falle der Signalabfühlung mit 45 feld hindurchführt. Der Magnetkopf sei z. B. gemäß einem Signalverstärker verbunden. Im ersteren Falle der Fig. 2 (links) in der Vorzugsachse in der erzeugt ein durch den bandförmigen Leiter 4 fließen- »1 «-Richtung magnetisiert. Der Oberflächenspeicher der Strom ein auf das magnetische Dünnschichtele- erhält dadurch eine bestimmte positive Magnetisiement 1 einwirkendes magnetisches Feld, dessen Rieh- rung, die jedoch als relativ gering angesehen sein soll, tung mit der Vorzugsachse ε der Schicht einen Winkel 50 Eine wesentlich größere Magnetisierung des Obervon etwa 45° bildet. Mittels des durch elektrische flächenspeichers kann man erreichen, wenn man auch Signale im bandförmigen Leiter 4 erzeugten Magnet- das Signalfeld ausnutzt. Leitet man einen positiven feldes ist es möglich, durch das sogenannte kohärente Strom, der eine »1« darstellen möge und der eine Drehschalten den Vektor M der remanenten Ma- beliebig große Amplitude haben kann, durch den gnetisierung in dem magnetischen Dünnschichtele- 55 bandförmigen Leiter 4, so wird durch das zwischen ment 1 um 180° umzukehren. dem eine Schleife bildenden bandförmigen Leiter 4

Die Aufzeichnung digitaler Information auf dem entstehende magnetische Signalfeld der Magnetisiemagnetischen Oberflächenspeicher 3 erfolgt in der rungsvektor M im Uhrzeigersinn in die Achse senk-Weise. daß der Oberflächenspeicher an dem be- recht zum Oberflächenspeicher 3 in deren instabile schriebenen Magnetkopf schleifend entlangtranspor- 60 Richtung nach unten ausgelenkt, wodurch erstens das tiert wird. Je nach Lage des Vektors M wird durch von dem magnetischen Dünnschichtelement 1 auf das magnetische Dünnschichtelement 1 an der Ober- den Oberflächenspeicher 3 einwirkende Streufeld verflache des Oberflächenspeichers 3 entweder ein posi- größert wird und zweitens durch diese Auslenkung tives oder ein negatives magnetisches Streufeld er- die Permeabilität des magnetischen Dünnschichtelezeugt, das am Oberflächenspeicher 3 eine ent- 65 mentes bezüglich des Signalfeldes erhöht wird. Es sprechende remanente Magnetisierung hervorruft. Die kommt infolgedessen zu einer wesentlich höheren digitale Information wird somit am Oberflächen- Konzentration des magnetischen Feldes an der Bespeicher in Form von positiver oder negativer Ma- rührungsstelle zwischen dem magnetischen Dünn-

Schichtelement 1 und dem Oberflächenspeicher 3, was eine wesentlich stärkere positive Magnetisierung des Oberflächenspeichers herbeiführt. Bei Aufzeichnung einer »0« wird ein negativer Strom durch den bandförmigen Leiter 4 geleitet, der so bemessen ist, daß er eine Auslenkung des Magnetisierungsvektors M gegen den Uhrzeigersinn bis etwa in die nach rechts zeigende instabile Richtung der Achse parallel zum Oberflächenspeicher 3 bewirkt. In dieser Lage ist die Magnetisierung des magnetischen Dünnschichtelementes 1 bezüglich des Oberflächenspeichers 3 neutral, so daß dieser in seinem entmagnetisierten Zustand verbleibt oder gegebenenfalls eine vom Signalfeld herrührende, nicht sehr große negative Magnetisierung erhält. Wenn sich der Magnetisierungsvektor M in der Achse parallel zum Oberflächenspeicher 3 befindet, ist die Permeabilität des magnetischen Dünnschichtelementes bezüglich des Signalfeldes verhältnismäßig klein, so daß in diesem Falle auch die Konzentration des Magnetfeldes an der Berührungsstelle zwischen dem magnetischen Dünnschichtelement 1 und dem Oberflächenspeicher 3 klein ist. Wenn der die Binärinformation »1« bzw. »0« darstellende positive bzw. negative Strom durch die Schleife des bandförmigen Leiters 4 abgeschaltet wird, kehrt der Magnetisierungsvektor M in den ursprünglichen Ausgangs- oder Ruhestand (links in Fig. 2) zurück. Es sei bemerkt, daß bei dieser zuletzt beschriebenen Art der Aufzeichnung eine vollständige Drehung des Magnetisierungsvektors in die um 180° entgegengesetzte stabile Richtung (rechts in Fig. 2) nicht vorgenommen, sondern entsprechend der Binärinformation lediglich um einen bestimmten Winkel (z. B. etwa 45°) entweder im Uhrzeigersinn (»1«) oder im Gegenuhrzeigersinn (»0«) aus seiner Ruhelage (links in Fig. 2) in eine der Achsen nach unten bzw. waagerecht nach rechts ausgelenkt wird. Wie schon erwähnt, kann bei der Auslenkung nach unten die Signalstromamplitude praktisch beliebig groß sein, da der Magnetisierungsvektor M nach Abschalten des Signalstromes in die ursprüngliche stabile Richtung der Vorzugsachse zurückschaltet. Dagegen muß man bei Auslenkung in die Achse parallel zum Oberflächenspeicher nach rechts den Signalstrom in seiner Amplitude so bemessen, d. h., er darf nicht allzu groß sein, daß nach seinem Abschalten der Magnetisierungsvektor M wieder in seine Ausgangslage, d. h. in die ursprüngliche stabile Richtung der Vorzugsachse ε zurückkehrt.

Es gibt noch eine weitere Art der Aufzeichnung binärer Information, die der zuletzt beschriebenen sehr ähnlich ist und sich von dieser nur dadurch unterscheidet, daß man für beide Binärwerte »1« und »0« nicht begrenzte, sondern ziemlich große Signalstromamplituden zuläßt. Zur Aufzeichnung einer »1« zeigt dabei (wie im vorerwähnten Beispiel) der Magnetisierungsvektor M in der Achse senkrecht zum Oberflächenspeicher 3 in der instabilen Richtung nach unten, wobei an der Berührungsstelle zwischen dem magnetischen Dünnschichtelement 1 und dem Oberflächenspeicher 3 ein positives Magnetfeld hoher Konzentration besteht. Zur Aufzeichnung einer »0« zeigt dann der Magnetisierungsvektor M in der Achse senkrecht zum Oberflächenspeicher in der instabilen Richtung nach oben, wobei an der Berührungsstelle zwischen dem magnetischen Dünnschichtelement 1 und dem Oberflächenspeicher 3 ein negatives Magnetfeld hoher Konzentration besteht. Bei dieser Art der Aufzeichnung befindet sich der Magnetisierungsvektor M jeweils nach der Aufzeichnung einer »1« in der in Fig. 2 dargestellten stabilen Richtung der Vorzugsachse nach links und nach der Aufzeichnung einer »0« in der in Fig. 2 dargestellten stabilen Richtung der Vorzugsachse nach rechts.

Die auf dem magnetischen Oberflächenspeicher 3 gespeicherten Informationen werden wie folgt abgefühlt: Erhält der Oberflächenspeicher 3 bezüglich des Magnetkopfes eine Relativgeschwindigkeit, so beeinflußt eine positive bzw. negative Magnetisierung des Oberflächenspeichers durch das von ihm ausgehende magnetische Streufeld den Magnetisierungsvektor M des magnetischen Dünnschichtelementes 1 des Magnetkopfes. Je nachdem, ob es sich um ein positives oder negatives Magnetisierungsstreufeld handelt, wird der Magnetisierungsvektor M entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn ausgelenkt. Da die Auslenkungen sehr rasch erfolgen, können durch den Magnetkopf sehr rasch nacheinander erfolgende Magnetisierungsänderungen des Oberflächenspeichers 3 festgestellt werden. Es besteht daher die Möglichkeit, sehr dicht aufgezeichnete Informationen mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit abzufühlen. Durch die Magnetisierungsstreufelder des Oberflächenspeichers bewirkte Auslenkungen des Magnetisierungsvektors M erzeugen im elektrischen bandförmigen Leiter 4 entsprechende Lesesignale, die in bekannter Weise einem Signalverstärker zur Verstärkung zugeleitet werden.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Magnetkopfes sind auf den einander gegenüberliegenden Seitenflächen von zwei Tragelementen 12 je ein magnetisches Dünnschichtelement 11 axialer Anisotropie angeordnet. Die Vorzugsachsen der remanenten Magnetisierung beider Schichten 11 sind parallel angeordnet, und zwar bilden sie mit den Seitenkanten der Schichten einen spitzen Winkel von vorzugsweise 45°. Die Magnetisierungsvektoren M haben entgegengesetzte stabile Richtungen, d. h., im Ruhezustand zeigt der Magnetisierungsvektor der einen Schicht in die rechte untere Ecke (links in F i g. 2), während der Magnetisierungsvektor der anderen Schicht in die linke obere Ecke (rechts in Fig. 2) zeigt. Die beiden magnetischen Dünnschichtelemente 11 sind an einer Seite miteinander verbunden, so daß sie den Kern eines Ring-Magnetkopfes bilden. Die anderen Seiten der beiden magnetischen Dünnschichtelemente begrenzen einen Luftspalt, der über dem Oberflächenspeicher 13 angeordnet ist. Die beiden magnetischen Dünnschichtelemente 11 sind von einem W-förmig ausgebildeten, bandförmigen Leiter 14 umgeben, so daß an jedem der beiden Schenkel des Ringkernes eine Windung des bandförmigen Leiters angeordnet ist. Die Schichtfolge 14-11-14-11-14 kann nach einem bekannten Verfahren der Schichtenbildung hergestellt sein. Zwischen den Schichten 11 und 14 sind nicht dargestellte, elektrisch isolierende Zwischenschichten angeordnet. Die vom W-förmigen bandförmigen Leiter 14 umgebenen Seitenkanten der beiden Dünnschichtelemente 11, d. h. die beiden Falze des Leiters 14, stehen orthogonal zum Oberflächenspeicher 13. Der mittlere Zweig des bandförmigen Leiters 14 ist an den einen und die beiden äußeren Leiterzweige sind an den anderen Pol einer nicht dargestellten Signalquelle (beim Aufschreiben von Information) bzw. an einen Signalverstärker (beim Ablesen von

Information) angeschlossen. Dieser Aufbau des Magnetkopfes ergibt eine noch höhere Konzentration des magnetischen Flusses am Oberflächenspeicher 13, wodurch die Informationssignale bei Aufzeichnung oder Ablesen besser ausgewertet werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Magnetkopf zum Aufzeichnen und Ablesen von digitalen Signalen an einem magnetischen Oberflächenspeicher mit einem oder mehreren Polstücken, die als magnetische Dünnschichtelemente axialer Anisotropie ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Ebene eines oder mehrerer ein Polstück bildender magnetischer Dünnschichtelemente (1, 11) ein bandförmiger Leiter (4, 14) angeordnet ist, dessen Längsachse mit der Vorzugsachse (s) der remanenten Magnetisierung des oder der magnetischen Dünnschichtelemente(s) einen spitzen Winkel bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorzugsachse (f) der remanenten Magnetisierung mit der Fläche des Oberflächenspeichers (3) einen Winkel von annähernd 45° einschließt (Fig. 1, 2).

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Dünnschichtelement (1) als Kern eines Sonden-Magnetkopfes ausgebildet ist (Fig. 1).

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Dünnschichtelement (11) als Kern eines Ring-Magnetkopfes ausgebildet ist (Fig. 3).

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Dünnschichtelement (1) von einer Windung des bandförmigen Leiters (4) umgeben ist (Fig. 1).

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Dünnschichtelement (11) von mehreren Windungen des bandförmigen Leiters (14) umgeben ist (Fig. 3).

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede von zwei Kernhälften des magnetischen Dünnschichtelementes (11) von einer Windung des bandförmigen Leiters (14) umgeben ist (Fig. 3).

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Dünnschichtelemente (11), bandförmige Leiter (14) und Isolierschichten an der Oberfläche eines Tragelementes (12) übereinanderliegend angeordnet sind (Fig. 1).

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Dünnschichtelemente (1,11), die bandförmigen Leiter (4,14) und die dazwischenliegenden isolierenden Schichten in an sich bekannter Weise auf einem Träger (2) nacheinander aufgebracht worden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 053 804.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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