DE69315271T2 - Magnetkopf mit einer Mehrschichtstruktur und Verfahren zum Herstellen des Magnetkopfes - Google Patents
Magnetkopf mit einer Mehrschichtstruktur und Verfahren zum Herstellen des MagnetkopfesInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf zum Detektieren eines Information darstellenden Magnetfeldes auf einem magnetischen Autzeichnungsmedium, wobei dieser Magnetkopf mit einer Kopffläche und einer Mehrschichtstruktur mit mindestens einer magnetoresistiven Schicht aus magnetisch anisotropem Material versehen ist, wobei diese magnetoresistive Schicht ein zwischen zwei Enden liegendes magnetoresistives Element mit einer sich von dem einen Endteil zu dem anderen Endteil erstreckenden Längsachse bildet, wobei dieses magnetoresistive Element eine sich wenigstens nahezu parallel zu der Längsachse erstreckende Achse leichter Magnetisierung hat und auf einer Seite mit mindestens einer einen Äquipotentialstreifen umfassenden Schicht versehen ist, wobei dieser Äquipotentialstreifen mit der Längsachse einen Winkel einschließt.
- Ein derartiger Magnetkopf ist aus US-A 4.052.748 bekannt.
- Der bekannte Magnetkopf weist ein längliches magnetoresistives Element aus magnetisch anisotropem material auf, das eine sich in der Längsrichtung des Elementes erstreckende Achse leichter Magnetisierung aufweist und eine definierte, sich wenigstens parallel zu der Acche leichter Magnetisierung erstreckende Magnetisierungsrichtung hat. An zwei einander gegenüber liegenden Enden sind Kontakte vorgesehen um das magnetoresistive Element mit einer Strom- oder Spannungsquelle zu verbinden. Das magnetoresistive Element ist mit gut leitenden Äquipotentialstreifen versehen, die in einem Winkel von minimal 30º und maximal 60º mit der Längsachse des magnetoresistiven Elementes angeordnet sind. Im Betrien zwingen die Äquipotentialstreifen einen dem magnetoresistiven Element zugeführten elektrischen Meßstrom in einem Winkel mit der Achse der leichten Magnetisierung durch das Element hinduchrzugehen, wobei eine Längsvormagnetisierung erzeugt wird. In der Praxis beträgt der genannte Winkel etwa 45º. Unter dem Einfluß eines informationshaltigen Magnetfeldes eines an dem Magnetkopf entlang beweglichen Aufzeichnungsträgers nimmt der Widerstand jedes der zwischen den Äquipotentialstreifen liegenden Teile des magnetoresistiven Elementes ab oder er nimmt zu, je nachdem die Magnetisierungsrichtung mehr oder weniger mit der Stromrichtung in dem magnetoresistiven Element zusammenfällt. Dadurch ist im Grunde eine linear Reproduktion mit Hilfe eines nicht-vormagetisierten magnetoresistiven Kopfes möglich. Zur Verbesserung der Linearität des Verhaltens des magnetoresistiven Elementes kann ein Hilfsfeld angelegt werden.
- Es hat sich herausgestellt, daß durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise das Vorhandensein eines äußeren Magneten oder die Aussetzung hohen Temperaturen, eine Störung der eingestellten Magnetisierungsrichtung des magnetoresistiven Elementes auftreten kann, wodurch die Wirkung des Magnetkopfes beeinträchtigt wird. Weiterhin hat es sich herausgestellt, daß bei geringen Meßströmen die Längsvormagnetisierung durch die vorhandenen Äquipotentialstreifen zu niedrig ist um einen Barkhausen-Effekt zu vermeiden.
- Es ist nun u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetkopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mit einem stabilen magnetoresistiven Element versehen ist, das für äußere Einflüsse unempfindlich ist und das auch bei einem kleineren Meßstrom keinen Barkhausen-Effekt aufweist.
- Dazu weist der erfindungsgemäße Magnetkopf das Kennzeichen auf, daß die Mehrschichtstruktur gegenüber jedem der Endteile auf einer von der wenigstens einen Äquipotentialstreifen umfassenden Schicht abgewandten Seite des magnetoresistiven Elementes eine Schicht aus einem hartmagnetischen Material mit einer sich parallel zu der Längsachse des magnetoresistiven Elementes ertreckenden Magnetisierungsachse umfaßt, wobei sich zwischen jedem Endteil und der gegenüberliegenden Schicht aus hartmagnetischem Material eine nicht-magnetische Distanzschicht aus isolierendem Material befindet.
- Die ausschließlich gegenüber und in einam Abstand von den Endteilen befindlichen Schichten aus hartmagnetischem Material sind mit dem magnetoresistiven Element magnetoresistiv gekoppelt. Das dadurch in dem magnetoresistiven Element vorhandene Längsfeld vermeidet den Versatz der Domänenwände, die insbesondere in der Nähe der Endteile der magnetoresistiven Schicht vorhanden sein können, und behält die eingestellte Magnetisierungsrichtung des magnetoresistiven Elementes.
- Der erfindungsgemäße Magnetkopf stellt keine besonderen technologischen Anforderungen. Das bedeutet, daß die Herstellung des Magnetkopfes in einer beschränkten Anzahl relativ einfacher Verfahrensschritte erfolgen kann.
- Versuchsweise wurde ermittelt, daß eine Legierung von Kobalt-Platin sich als hartmagnetisches Material durchaus eignet. Die Koerzitivkraft Hc des hartmagnetischen Materials soll im Zusammenhang mit der Größe der magnetischen Feldstärke der meistens auftretenden Störfelder minimal 37788 A/m (500 Oe) und liegt vorzugsweise zwischen 37788 A/m (500 Oe) und 75577 A/m (1000 Oe). Als Material für die nicht-magnetische, elektrisch isolierende Distanzschicht kann ein Oxid, vorzugsweise Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2; verwendet werden.
- Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes weist das Kennzeichen auf, daß zwischen zwei nicht-magnetischen Schichten, von denen eine die Distanzschicht ist, hartmagnetisches Material eingeschlossen ist. Die andere Schicht ist insbesondere von Bedeutung, wenn die mehrschichtstruktur auf dem magnetischen Substrat angebracht ist. Die nicht-magnetische Schicht kann ein Oxid, vorzugsweise SiO&sub2; oder Al&sub2;O&sub3; sein.
- Eine Ausführungsform, bei der die Mehrschichtstruktur sich auf einem gg. nicht-magnetischen Substrat befindet, weist das Kennzeichen auf, daß sich von dem Substrat gesehen, in der Mehrschichtstruktur nacheinander eine nicht-magnetische Schicht, eine Schicht aus hartmagnetischem Material, eine Distanzschicht, die magnetoresistive Schicht und die den mindestens einen Äquipotentialstreifen umfassende Schicht befinden. Diese praktische Ausführungsform hat ausgezeichnete Eigenschaften und läßt sich auf relativ einfache Weise herstellen. Die nicht-magnetische Schicht kann ein Oxid, vorzugsweise SiO&sub2; oder Al&sub2;O&sub3; sein.
- Eind aus technologischer Hinsicht interessante Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß die wenigstens einen Äquipotentialstreifen umfassende Schicht mit elektrisch leitenden Anschlußspuren versehen ist, die sich von einem Endteil esrtrecken. Die Anschlußspuren machen mit den Endteilen der magnetoresistiven Schicht elektrischen Kontakt und sind mit Kontakten für eine Verbindung mit einer Strom- oder Spannungsquelle versehen. Die während der Ferigung in ein und demselben Verfahrensschritt vorgesehenen Anschlußspuren und Äquipotentialstreifen sind vorzugsweise durch eine Au-Schicht gebildet, die sich aus technologischen Gründen vorzugsweise zwischen zwei dünnen Mo-Schichten erstreckt.
- Es sei bemerkt, daß es aus US-A 5.005.096 (EP-A-0375646) an sich bekannt ist, gegenüber Endgebieten einer magnetoresistiven Schicht hartmagnetische Schichten vorzusehen, die mit der magnetoresistiven Schicht magnetostatisch gekoppelt sind. Der aus US-A 5.005.096 bekannte Dünnfilmmagnetkopf ist jedoch gegenüber dem erfindungsgemäßen Magnetkopf von einem anderen Typ und von einem ganz anderen Aufbau. Zwischen den genannten Endgebieten befindet sich ein magnetoresistiver Sensor ohne Äquipotentialstreifen. Statt mit Äquipotentialstreifen ist der bekannte Magnetkopf mit einer sich unterhalb und parallel zu der magnetoresistiven Schicht erstreckenden, durch eine nicht-magnetische Schicht davon getrennten weichmagnetischen Schicht versehen. Diese letztere Schicht erzeugt in dem magnetoresistiven Sensor ein transversales Vormagnetisierungsfeld zur Linearisierung des Sensors. Zwischen den sich über der magnetoresistiven Schicht erstreckenden hartmagnetischen Schichten und den genannten Endgebieten befinden sich nicht-magnetische Distanzschichten aus elektrisch leitendem Material, und zwar Cr, W, Nb oder Ta. Die hartmagnetischen Schichten sind zugleich als elektrische Leiter zwischen auf den hartmagnetischen Schichten angebrachten elektrisch leitenden Anschlußspuren und den elektrisch leitenden Distanzschichten. Dadurch sind die Anschlußspuren über die hartmagnetischen Schichten und die Distanzschichten mit der magnetoresistiven Schicht elektrisch verbunden.
- Weiterhin sei bemerkt, daß aus US-A 4.639.806 (GB-A-2.146.482) ein Dünnfilmmagnetkopf eines noch anderen Typs bekannt ist, in dem hartmagnetische dünne Schichten unmittelbar auf Endteilen eines ferromagnetischen Dünnfilms (MR- Element) angebracht sind. Dabei ist das MR-Element mit den hartmagnetischen dünnen Schichten "in exchange" (im Austausch-kontakt) gekoppelt. Auf den hartmagnetischen dünnen Schichten sind elektrische Leiter angebracht, die über die hartmagnetischen dünnen Schichten mit dem MR-Element elektrisch verbunden sind.
- Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes.
- Das erfindungsgemäße Verfahren weist das Kennzeichen auf, daß nacheinander eine nicht-magnetische Schicht, mindestens eine Schicht aus harmagnetischem Material, eine nicht-magnetische, elektrisch isolierende Distanzschicht, eine magnetoresistive Schicht und eine mindestens einen Äquipotentialstreifen bildende Schicht strukturiert werden. Mit diesem Verfahren ist mit einer beschränkten Anzahl Verfahrensschritte ein zuverlässiger Magnetkopf, der mit einem stabilen magnetoresistiven Element versehen ist, herstellbar.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes,
- Fig. 2 einen schematischen Schnitt II-II durch den in Fig. 1 dargestellten Magnetkopf und
- Fig. 3 einen schematischen Schnitt III-III durch den Magnetkopf
- Der in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Dünnfilmmagnetkopf umfaßt ein Substrat 1, in diesem Beispiel aus einem nicht-magnetsichen Material, beispielsweise Al&sub2;O&sub3;.TiC, worauf eine Mehrschichtstruktur und ein Schutzblock 3 aus einem nicht-magnetischen Material, beispielsweise Al&sub2;O&sub3;.TiC angebracht ist. Der Magnetkopf ist mit einer Kopffläche 5 versehen zum in einer Richtung x Leiten eines magnetischen Aufzeichnungsmediums, insbesondere eines Magnetbandes.
- Die Mehrschichtstruktur, die sich zwischen dem Substrat 1 und dem Schutzblock 3 erstreckt, umfaßt eine magnetoresistive Schicht 9 aus einem magnetisch anisotropen Material, beispielsweise Ni-Fe, die zwischen zwei Endteilen 9a und 9b ein längliches magnetoresistives Element 11 mit einer sich von dem einen Endteil zu dem anderen Endteil erstreckenden Längsachse 11a bildet. Das magnetoresistive Element 11, kurz MR-Element genannt, hat eine sich parallel zu der Längsachse 11a erstreckende Achse leichter Magnetisierung, durch M&sub1; bezeichnet. Die Magnetisierungsrichtung ist durch den Vektor M bezeichnet. Auf einer Seite 11b des Elementes 11 ist eine eine Anzahl Äquipotentialstreifen 13 umfassende Schicht 13a aus beispielsweise Au, angebracht. Die Äquipotentialstreifen schließen mit der Längsachse 11a einen Winkel von 45º ein. Die elektrisch leitende Schicht 13a ist mit zwei Anschlußspuren 13a1 und 13a2 versehen, an die eine Stromquelle oder Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Im Betrieb wird ein kleiner Meßstrom von 5 bis 10 mA verwendet.
- Die Mehrschichtstruktur umfaßt weiterhin gegenüber und in einem Abstand von den Endmitteln 9a und 9b eine Schicht 15 aus hartmagnetischem Material, beispielsweise Co-Pt. Die an einer von der die Äquipotentialstreifen umfassenden Schicht abgewandten Seite 11b des MR-Elementes 11 befindlichen Schichten 15 haben eine sich parallel zu der Längsachse 11a erstreckende Magnetisierungsachse M&sub2; und sind dauermagnetisiert, wie in Fig. 3 durch die Buchstaben N (Nordpol) und S (Südpol) angegeben ist. Dadurch entspricht die Magnetisierungsrichtung der Schichten 15 der eingestellten Magnetisierungsrichtung M des MR-Elementes 11. Zwischen den hartmagnetischen Schichten 15 und der magnetoresistiven Schicht 9 befindet sich eine nicht-magnetische Distanzschicht 17 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise SiO&sub2;. Zwischen dem Substrat 1 und den hart-magnetischen Schichten 15 befindet sich eine nicht-magnetische Schicht 19, beispielsweise aus Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2;. Die Mehrschichtstruktur umfaßt weiterhin einige Flußleiter aus einem weich-magnetischen Material, beispielsweise NiFe oder AlFeSi, mit einem ersten, an die Kopffläche 5 grenzenden Flußleiter 20a und einem in einem Abstand davon liegenden zweiten Flußleiter 20b. Ein zwischen den beiden Flußleitern befindlicher Raum 21 ist durch das MR-Element 11 überbrückt, wobei der erste Flußleiter 20a dazu dient, ein von dem magnetischen Medium 7 herrhrendes, Information enthaltendes Magnetfeld einem MR-Element 11 zuzuführen. In dem raum 21 sowie zwischen dem MR-Element 11 und den Flußleitern 20a und 20b und zwischen den Flußleitern 20a und 20b und einem deritten Flußleiter 20c ist isolierendes Material, beispielsweise SiO&sub2; vorgesehen.
- Der erfindungsgemäße Magnetkopf läßt sich in einer beschränkten Anzahl Verfahrensschriffe verwirklichen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von dem Substrat 1 ausgegangen, worauf nacheinander die nicht-magnetische Schicht 19, die beiden Schichten 15 aus hart-magnetischem Material, die Distanzschicht 17, die magnetoresistive Schicht 9 und die die Äquipotentialstreifen bildende Schicht 13a angebracht werden. Nach dem Anbringen einer Isolierschicht können die Flußleiter 20a, 20b und 20c, eine Haftschicht 23 und zum Schluß der Schutzblock 3 angebracht werden. Die einen Teil der Mehrschichtstruktur bildenden Schichten lassen sich mit an sich bekannten Dünnfilmtechniken anbringen und strukturieren. Dabei sind beispielsweise Aufdampf- oder Zerstäubungstechniken anwendbar. Weiterhin lassen sich lithographische Verfahren anwenden. Nachdem der Schutzblock 3 angebracht worden ist, kann die Kopffläche beispielsweise durch einen Schleif- und Poliervorgang gebildet werden.
- Es sei bemerkt, daß die Erfindung sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der erfindungsgemäße Magnetkopf beispielsweise mit einer Anzahl, gegenüber dem Substrat nebeneinander vorgesehenener MR- Elemente versehen sein zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer auf einem magnetischen Aufzeiclmungsmedium vorgesehener magentsicher Spuren. Weiterhin können statt der Legierung aus Kobalt-Platin andere hart-magnetische Werkstoffe verwendet werden. Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei einem Magnetkopf angewandt werden, der mit einem magnetischen Substrat, beispielsweise aus NiZn-Ferrit, versehen ist.
Claims (7)
1. Magnetkopf zum Detektieren eines Information darstellenden
Magnetfeldes auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, wobei dieser Magnetkopf mit
einer Kopffläche (5) und einer Mehrschichtstruktur mit mindestens einer
magnetoresistiven Schicht (9) aus magnetisch anisotropem Material versehen ist, wobei diese
magnetoresistive Schicht (9) ein zwischen zwei Endteilen (9a, 9b) liegendes
magnetoresistives Element (11) mit einer sich von dem einen Endteil zu dem anderen Endteil
erstreckenden Längsachse (11a) bildet, wobei dieses magnetoresistive Element (11)
eine sich wenigstens nahezu parallel zu der Längsachse erstreckende Achse leichter
Magnetisierung hat und auf einer Seite (11b) mit mindestens einer einen
Äquipotentialstreifen (13) umfassenden Schicht versehen ist, wobei dieser Äquipotentialstreifen
mit der genannten Längsachse einen Winkel einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrschichtstruktur gegenüber jedem der Endteile (9a, 9b) auf einer von der
wenigstens einen Äquipotentialstreifen (13) umfassenden Schicht abgewandten Seite des
magnetoresistiven Elementes eine Schicht aus einem hartmagnetischen Material (15)
mit einer sich parallel zu der genannten Längsachse (11a) des magnetoresistiven
Elementes ertreckenden Magnetisierungsachse umfaßt, wobei sich zwischen jedem
Endteil (9a, 9b) und der gegenüberliegenden Schicht aus hartmagnetischem Material (15)
eine nicht-magnetische Distanzschicht (17) aus isolierendem Material befindet.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
hartmagnetische Material (15) im wesentlichen eine Kobalt-Platinlegierung ist.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
nicht-magnetische Distanzschicht (17) im wesentlichen Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2; enthält.
4. Magnetkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das hart-magnetische Material (15) zwischen zwei nicht-magnetischen Schichten (17,
19) vorgesehen ist, wobei eine derselben die Distanzschicht (17) ist.
5. Magnetkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Mehrschichtstruktur
auf einem Substrat (1) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mehrschichtstruktur,
von dem Substrat aus gesehen, nacheinader eine nicht-magnetsiche Schicht
(19), eine Schicht aus einem hart-magnetischen Material (15), eine Distanzschicht
(17), die magnetoresistive Schicht (9) und die wenigstens einen Äquipotentialstreifen
(13) enthaltende Schicht aufweist.
6. Magnetkopf nach Anspruch 1, 2, 3, 4, oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens einen Äquipotentialstreifen (13) aufweisende Schicht mit elektrisch
leitenden Verbindungsspuren (13a, 13b) versehen ist, die sich je von einem Endteil
(9a, 9b) der genannten magnetoresistiven Schichten (9) erstrecken.
7. Verfahren zum Herstellen des Magnetkopfes nach Anspruch 5, oder
nach Anspruchs und 6, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander eine
nicht-magnetische Schicht (19), wenigstens eine Schicht aus einem hart-magnetischen Material
(15), eine nicht-magnetische, elektrisch isolierende Distanzschicht (17), eine
magnetoresistive Schicht (9) und eine wenigstens einen Äquipotentialstreifen bildende Schicht
strukturiert werden.
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