DE2916283A1 - Magnetowiderstandskopf - Google Patents

Description

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Magnetowiderstandskopf

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem in bezug auf den Magnetkopf relativ bewegbaren magnetischen Aufzeichnungsmedium mit einem länglichen Magnetowiderstandselement, das an zwei einander gegenüberliegenden Enden mit Kontakten für die Verbindung mit einer Messtromquelle versehen ist und eine derartige magnetische Anisotropie aufweist, dass die leichte Magnetisierungsachse der Längsachse des Elements pax-allel ist, und mit mindestens einem elektrisch gut leitenden Streifen versehen ist, der schräg auf einer Fläche des Elements unter einem ¥inkel von mindestens 30° und höchstens 60° mit der Längsachse des Elements angebracht ist.

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Leseköpfe, insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, bestimmt zum Detektieren von Magnetfeldern magnetischer Aufzeichnungs— medien wie Magnetbänder oder Platten.

Ein Magnetkopf der Art, wie er eingangs erwähnt wird, ist aus der "Philips Technischen Rundschau" 37, S, 47*.. 55, 1977/78, Nr. 2/3 bekannt. Beim bekannten Kopf sind auf einer der Flächen des Magnetowiderstandselements ein oder mehrere schräge, elektrisch gut leitende Streifen angebracht, vorzugsweise unter einem Winkel von k5° mit der Längsachse des Elements. Diese Streifen arbeiten als Äquipotentialstreifen, so dass die Stromrichtung im Element, die senkrecht

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auf den Aquipotentialstreifen steht, einen Winkel mit der leichten Magnetisierungsachse von 45° bildet. Auf diese Weise wird die Wirkung des bekannten Magnetkopfs linearisiert: die relative Widerstandsänderung des Magnetowiderstandselements ( =r— ) als Funktion des auswärtigen Magnetfelds (η) , das ein auszulesendes magnetisches Aufzeichnungsmedium zuführt, wird dabei nämlich, von einer nahezu linearen unge-.raden Funktion dargestellt.

Neben dem Vorteil einer einfachen Linearisierung hat der bekannte Kopf jedoch den Nachteil, dass eine bestimmte Abweichung von der linearen Kennlinie dadurch auftritt, dass in der Nähe der in der Länge verlaufenden Ränder des Magnetowiderstandselements sich der Winkel, unter dem der Strom in beziig auf die Längsachse verläuft, ändert, bis bei der Begrenzung des Elements der Winkel gleich O wird. Daher wird die Wiedergabekennlinie des bekannten Magnetkopfs faktisch nicht durch eine ungerade Funktion, sondern durch die Summe einer ungeraden Funktion und einer geraden Funktion dargestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der den erwähnten Nachteil nicht hat.

Die Aufgabe wird bei einem Magnetkopf nach* der Erfindung dadurch gelöst, dass er zwei fluchtend liegende Teile aus magnetisch permeablem Material enthält, zwischen welchen Teilen sich ein Spalt befindet, wobei das Magnetowiderstandselement diesen Spalt überbrückt und die einander zugewandten Enden der Teile aus magnetisch permeablem Material die sich parallel zur Längsachse erstreckenden Randgebiete des Magneto— Widerstandselements bedecken, während das dem Magnetowiderstandselement abgewandte Ende des ersten Teils aus magnetisch permeablem Material dazu bestimmt ist, mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium zusammenzuarbeiten.

Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass die parallel zur Längsachse verlaufenden Randzonen des Magnetowiderstandselements von den magnetisch permeablen Teilen magnetisch kurzgeschlossen werden. Da jetzt nahezu kein magnetischer Fluss aus dem Aufzeichnungsmedium die Randzonen durchfliesst,

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ist der* Beitrag ihrer Widerstandsänderung zur Gesamtwiderstands änderung des Elements äusserst gering, und also auch. die von den Randzonen verursachte Nicht-Linearität, so dass die ¥iedergabekennlinie einen besseren linearen Verlauf hat als die des bekanntes Magnetkopfs.

Eine geometrische Anordnung eines Magnetowiderstandselements als überbrückung eines Spalts zwischen zwei magnetisch permeablen Elementen ist an sich aus der US-PS 3921217 bekannt. Das in dieser Patentschrift beschriebene Magneto-Widerstandselement ist jedoch nicht von der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, sondern von einem magnetisch vorgespannten Typ, bei dem es für die Linearisierung der Wiedergabekennlinie des Magnetowiderstandselements notwendig ist, ein Dauermagnetfeld anzulegen, um den Arbeitspunkt nach einem linearen Gebiet der Widerstand/Magnetfeidkurve hin zu verschieben. Bei einem Magnetkopf mit einem derartigen Magnetowiderstandselement tritt der Nachteil, für die die Erfindung eine Lösung gibt, jedoch nicht auf.

Obgleich die Verzerrung eines Strom vorgespannten Magnetowiderstandselements mit magnetisch kurzgeschlossenen Randgebieten nach der Erfindung schon bedeutend geringer ist als die eines gleichartigen Elements, dessen Randgebiete nicht magnetisch kurzgeschlossen sind, kann doch einige ; Verzerrung übrigbleiben. Es zeigt sich, dass dies dem Umstand zuzuschreiben ist, dass der Magnetowiderstandskopf nach der Erfindung überempfindlich ist für Signale mit grossen Wellenlängen.

Dieser Nachteil -wird durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Magnetowiderstandskopfs be- seitigt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er weiter ein an einer Seite des Elements liegendes, verhältnismässig dickes Element aus magnetisch permeablem Werkstoff enthält, das mit dem zweiten der Teile aus magnetisch permeablem Werkstoff magnetisch gekoppelt ist.

Durch die Kopplung eines derartigen magnetischen Elements mit dem vom Aufzeichnungsmedium entfernten Flussleiter kann der Magnetfluss, der von dem beim Aufzeichnungsmedium angeordneten Flussleiter aufgesaugt ist, wieder zum

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Aufzeichnungsmedium zurückgeführt werden, wodurch sich die Empfindlichkeit des Elements für Signale mit kurzen Wellenlängen vergrössert. Hierdurch kann die Gesamtempfindlichkeit verringert werden, so dass das Element für grosse Wellen— längen nicht mehr überempfindlich ist.

Abhängig von der Wahl des Werkstoffs für das verhältnismässig dicke Element aus magnetisch permeablem Werkstoff wird nicht immer ein gutes Ergebnis erreicht. Bei der Verwendung verhältnismässig geringer Mesströme (Grössenordnung 10 mA), die den Vorteil aufweisen, dass das (Temperatur-) Rauschen dabei geringer ist als beim Verwenden verhältnismässig grosser Mesströme, hat es sich herausgestellt, dass die Wahl von Legierungen vom Nickel-Eisen-Typ für das verhältnismässig dicke Element dazu führt, dass der im Punkt der Verzerrung erreichte Gewinn zum Teil verloren geht. Dies wird dem Auftreten einer oder einiger georteten Domänenwände in einem Element beigemessen, das aus Nickel-Eisen hergestellt ist. Diese Domänenwände können die Magnetisierung des Magnetowiderstandselements derart beeinflussen, dass sie nicht mehr mit der Richtung des (schwachen) Messstroms in Zusammenhang steht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Magnetkopfs besteht das verhältnsimässig dicke : Element aus magnetisch permeablem Werkstoff aus Ferrit. In einem Element aus Ferrit sind soviele beliebig orientierte Domänenwände vorhanden, dass sie netto keinen Einfluss auf das Magnetowiderstandselement ausüben, so dass bei der Verwendung eine's Elements aus Ferrit ein geringer Messtrom ausreicht, um die Richtung der Magnetisierung in einer gewünschten Richtung festzuhalten.

Vorzugsweise müssen die von den Enden der Teile aus magnetisch permeablem Material bedeckten Randgebiete des Magnetowiderstandselements wenigstens nahezu den Gebieten des Elements entsprechen, in denen, wenn ein Messtrom das Element durchfliesst, die Richtung der Stromlinien nicht einheitlich ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Magnetkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass die

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Bedeckungszonen eine über· die ganze Länge des Elements nahezu konstante Breite aufweisen, die wenigstens gleich. d cos ((H ) ist, wobei Λ der Winkel ist, die die leitenden Streifen mit der Längsrichtung des Magnetowiderstandselements bilden, und d der gegenseitige Abstand zwischen den Streifen ist.

Hiermit wird erreicht, dass die Randzonen vollständig bedeckt sind, wodurch ihn nicht linearer Beitrag zur Widerstandsänderung maximal herabgesetzt wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Magnetkopfs nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des magnetisch permeablen Teils, das zum Zusammenarbeiten mit dem Aufzeichnungsmedium bestimmt ist, grosser ist als die des Magnetowiderstandselements.

Dies ermöglicht es, bei gleichbleibenden magnetischen Verlusten die Höhe des erwähnten Teils zu vergrössern, wodurch Verschleiss durch den Reibungskontakt mit dem Aufzeichnungsmedium das Verhalten des Magnetkopfs weniger beeinflusst .

Der Magnetkopf nach der Erfindung beseitigt ebenfalls einen weiteren Nachteil des bekannten Magnetkopfs. Beim bekannten Magnetkopf macht die Bedeckung des Magnetowiderstandselements mit dem leitenden Streifenmuster (an der • Stelle, an der sich leitendes Material auf den Magneto-Widerstandsstreifen befindet, wird das darunter befindliche Magnetowiderstandsmaterial kurzgeschlossen), dass die Spurbreite nicht exakt definiert ist. Beim Magnetkopf nach der Erfindung "saugt" der erste der magnetisch permeablen Teile des Flusses des Aufzeichnungsmediums auf und führt ihn dem Magnetowiderstandselement zu, so dass die Breite des betreffenden Teils genau die Spurbreite definiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend • an Hand der Zeichnung näli'er erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Magnetkopf mit einem Magnetowiderstandselement, das mit schrägen Aquipotentialstreifen und mit-Magnetfluss führenden Elementen ver-. sehen ist,

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Fig. 3 weitere Einzelheiten eines Teils der Fig. 2, Fig. h schematisch den Verlauf der Stromlinien am Rand eines Magnetowiderstandselements, auf dem schräg verlaufende Aquipotentialstreifen angebracht sind. In Fig. 1 ist ein Magnetkopf 1 dargestellt, der zum Detektieren von Magnetfeldern aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium 2 bestimmt ist, das längs des Kopfes in Richtung der Pfeilspitze Ik bewegt wird. Die Detektion dieser Felder erfolgt durch die Messung der relativen Widerstandsänderung in einem Magnetowiderstandselement 3> dem ein magnetischer Fluss üher einen magnetisch permeablen Teil 6 (sog. Flussleiter) zugeführt wird, auf dem oder unter dem es mit einem Rand liegt, während der Magnetfluss über einen magnetisch permeablen Teil 7» auf dem es mit dem anderen Rand liegt, und über ein damit gekoppeltes magnetisches Element h, das vorzugsweise aus Ferrit ist, zum Aufzeichnungsmedium zurückgeführt wird.

Der erfindungsgemässe Magnetkopf kann nach Bedarf noch ein Ferritplättchen 5 enthalten, das dabei mit dem Element h für eine vollständige Abschirmung des Magnetowiderstandselements 3 gegen Langwelleninformationen sorgt. Die Teile 6 und 7 sind aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, z.B. aus einer Nickel-Eisen-Legierung, und . so angeordnet, dass der Teil 6 dem Aufzeichnungsmedium 2 zugewandt und der Teil 7 mit den Magnetplättchen h und 5 gekoppelt ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, können die Teile 6 und 7 langer als das Magnetowiderstandselement 3 sein und sie bedecken Randzonen 8 und 9 ^an einer Seite des Elements, während an der anderen Seite die Kontakt 10 und 11 angebracht sind, die mit einer Messtromquelle 15 sowie mit elektrisch gut leitenden Streifen 12 verbunden sind, die unter einem Winkel zwischen 30 und 60°, vorzugsweise 45°, zur Längsachse des Elements 3 stehen. Diese Streifen er^oa zwingen einen schrägen Stromlauf zwischen den Streifen.in bezug auf die Längsachse, wodurch das Element 3 gleichsam eine elektrische Voreinstellung besitzt. In den Streifen fliesst der Strom i in der Längsrichtung der Streifen und

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erzeugt dadurch Im Magnetowiderstandsmaterial ein kleines Magnetfeld, das die Möglichkeit hat, die Magnetisierung M in der gewünschten Richtung festzuhalten.

Vorzugsweise erstrecken sich die Bedeckungszonen vollständig über die Gebiete des Magnetowiderstandselements 3> in denen die Richtung der Stromlinien nicht einheitlich ist. In Fig. 3 ist mit weiteren Einzelheiten die Breite r eines dieser Gebiete dargestellt, wobei r auf folgende Weise ableitbar ist:

Yenn beispielsweise d der Zwischenraum zwischen zwei leitenden Aquipotentialstreifen ist und C& die Neigung dieser gleichen Streifen in bezug auf die Längsrichtung des Magnetowiderstandselements, ergibt sich eine einfache trigonometrische Berechnung:

r = d . cos («** )

Die Bedeckungsbreite muss zumindest genau so gross sein wie die Randzone des Magnetowiderstandselements, in der die Stromlinien nicht einheitlich verlaufen, wie in Fig. h dargestellt. Die Stromlinien sind Bahnen, die senkrecht auf den Aquipotentialstreifen stehen, jedoch stört die Diskontinität am Rande den einheitlichen Verlauf dieser Linien über einen bestimmten Abstand. Dieser Abstand -wird durch einen Punkt A erhalten, der den Fuss eines ersten Äquipotentialstreifeii bildet, indem letzterer auf einen benachbarten Aquipotentialstreifen projiziert wird, was einen Punkt H ergibt.

In der Zone zwischen einer Linie durch H und dem Rand zeigen die Stromlinien einen schwankenden Winkel mit der Längsachse des Elements. (Die bevorzugte Magnetrichtung des Magnetowiderstandselements verläuft parallel zur Längsachse) .

Beim Magnetkopf nach der Erfindung werden die Randzonen gleichsam inaktiv gemacht, wodurch es möglich ist, an die ideale Viedergabekeimlinie sehr dicht heranzukommen.

Zusätzliche Vorteile aus der Verwendung der magnetischen Flussleiter 6 und 7 bestehen darin, dass das Magnetowiderstandselement, weil- es nicht in direktem Kontakt mit • dem beweglichen magnetischen.Aufzeichnungsmedium angeordnet

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ist, keinen mechanischen Verschleiss erfährt, wälxrend weniger den Widerstand beeinflussende und daher Geräusch bewirkende Temperaturschwankungen auftreten.

Ausserdem ist die Breite der Spur, die gelesen wird, durch die Verwendung eines magnetischen Flussleiters 6 mit einer Breite gleich der Spurbreite besser definiert.

Der erfindungsgemässe Magnetkopf eignet sich gut für eine Dünnschichtausführung über geeignete Masken, was zur folgenden Mehrschichtstruktur führt, die ein Substrat aus Ferrit, oder ein Substrat mit einer Toppschicht aus Ferrit enthält, auf dem nacheinander angebracht sind:

- eine erste Quarzisolierschicht,

- eine Magiietowiderstandsschicht,

- ein oder mehrere Streifen aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, die schräg zu einer Seite der Magnetowiderstandsschicht verlaufen,

- eine zweite Quarzisolierschicht,

- eine Nickel-Eisen—Schicht in zwei Teilen durch einen Zwischenraum voneinander getrennt, der den Mittelteil der Magnetowiderstandsschicht freilässt, wobei einer der Teile über einem Loch in der ersten Quarzschicht den Ferrit kontaktiert.

Es ist klar, dass sich der Fachmann zahlreiche Abwandlungen einfallen lassen kann, ohne dadurch aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten, z.B, kann die Folge von Magnetowiderstandsschicht mit elektrisch gut leitendem Streifen und Nickel-Eisen-Schicht auch umgekehrt sein.

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Claims (1)

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   PATENTAN SPRUCHE

   (l·¹ Magnetkopf zum Detektieren von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem in bezug auf den Magnetkopf relativ bewegbaren magnetischen Aufzeichnungsmedium, mit einem länglichen Magnetowiderstandselement, das an zwei einander gegenüberliegenden Enden mit Kontakten für die Verbindung mit einer Messtromquelle versehen ist und eine solche magnetische Anisotropie aufweist, dass die leichte Magnetisierungsachse der Längsachse des Elements parallel ist, und mit mindestens einem elektrisch gut leitenden Streifen versehen ist, der schräg auf einer Fläche des Elements unter einem Winkel von mindestens 30° und höchstens 6o° mit der Längsachse des Elements angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkopf zwei fluchtende Teile aus magnetisch permeablem Material enthält, zwischen denen sich ein Spalt befindet, wobei das Magnetowiderstandselement diesen Spalt überbrückt und die einander zugewandten Enden der Teile aus magnetisch permeablem Werkstoff die sich parallel zur Längsachse erstreckenden Randgebiete des Magn^towiderstandselements bedecken, während das dem Magnetowiderstandselement abgewandte Ende des ersten der Teile aus magnetisch permeablem Material dazu bestimmt ist, mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium zusammenzuarbeiten, 2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter ein an einer Seite des Elements liegendes,

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   verhältnismässig dickes Element aus magnetisch permeablem Werkstoff enthält, das mit dem zweiten der Teile aus magnet tisch permeablem Werkstoff magnetisch gekoppelt ist.

   3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verhältnismässig dicke Element aus magnetisch permeablem Werkstoff aus Ferrit besteht.

   4. Magnetkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3j dadurch gekennzeichnet, dass die Bedeckungszonen eine über die ganze Länge des Elements nahezu konstante Breite aufweisen, die zumindest gleich d . cos (et ) ist, wobei °^ der Winkel ist, den die leitenden Streifen mit der Längsrichtung, des Magnetowiderstandselements bilden und dass d der gegenseitige Abstand zwischen den Streifen ist.

   5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass"die Dicke des magnetisch permeablen Teils, der dazu bestimmt ist, mit dem Aufzeichnungsmedium zusammenzuarbeiten, grosser ist als die des Magnetowider— Standselements.

   6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet) dass er in Form einer Melirscliichtstruktur hergestellt ist, die ein Substrat aus Ferrit oder ein Substrat mit einer Toppschicht aus Ferrit enthält, auf dem nacheinander angebracht sind:
   . - eine Quarzisolierschicht,
   - eine Magnetowiderstandsschicht,

   - ein oder mehrere Streifen aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, die schräg zu einer Seite der Magnetowiderstandsschicht verlaufen,

   - eine zweite Quarzisolierschicht,

   - eine Nickel-Eisen-Schicht in zwei Teilen durch einen Zwischenraum voneinander getrennt, der den Mittelteil der Magnetowiderstandsschicht freilässt, wobei einer der Teile über einem Loch in der ersten Quarzschicht den

   Ferrit kontaktiert.
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