DE2432259C3 - Abgeschirmter, magnetoresistor Magnetkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen abgeschirmten magneto- (>s resistiven Magnetkopf mit mindestens einem zwischen einem Paar einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisenden, aus magnetisch permeablem Material bestehenden Abschirmelementen liegenden magnetoresistivem Element, wobei die dem Aufzeichnungsmedium am nächsten liegenden Endflächen dieser Elemente alle in einer Ebene liegen.

Für viele moderne Probleme sind mit Induktion arbeitende Magnetköpfe zum Aufzeichnen und Lesen von Information auf magnetisierbaren Medien nicht allgemein anwendbar. Beispielsweise muß auf für den Verbraucher bestimmten Behältern magnetisch codierte Information unter extremen Umgebungseinflüssen und -bedingungen durch billige, für rauhen Betrieb geeignete Magnetköpfe gelesen und in Datenverarbeitungsanlagen eingegeben werden. Mit Induktion arbeitende Magnetköpfe, die magnetische Flußänderungen in elektrische Signale umsetzen, benötigen eine möglichst konstante Relativgeschwindigkeit zwischen Magnetkopf und Aufzeichnungsmedium, was sich jedoch mit einem in einer in der Hand gehaltenen Lesevorrichtung enthaltenen Magnetkopf nicht verwirklichen läßt. Die hohen Herstellungskosten solcher induktiver Magnetköpfe schließt außerdem ihre Verwendung dann aus, wenn mit Beschädigung oder sogar Diebstahl gerechnet werden muß.

Beide Probleme, nämlich das einer konstanten Relativgeschwindigkeit und geringer Hersiellkosten, lassen sich offenbar durch ebensogut bekannte auf den Magnetfluß (Φ) selbst, statt auf die Änderung des Magnetflusses "ansprechende Vorrichtungen lösen.

Mit hilfe solcher Vorrichtungen läßt sich magnetisch aufgezeichnete Information unabhängig von der Gleichmäßigkeit der Relativbewegung zwischen Magnetkopf und Aufzeichnungsträger lesen, sie sind auch wesentlich billiger herzustellen, da sie sich für eine Serienfertigung eignen. Bei dem sogenannten Halleffekt bewirkt ein Magnetfeld, daß über einem Material ein Potential als Funktion der Flußdichte ö des Magnetfeldes auftritt, wobei Seine Funktion von Φ ist. Mit Hallmagnetköpfcn läßt sich also rein theoretisch das Problem der konstanten Relativbewegung lösen, trotzdem sind sie deswegen kostspielig, weil bei diesen Magnetköpfen Schwierigkeiten mit .Störsignalen, mit der Grenzfrequenz und komplizierter Vorspannungstechniken auftreten. Ein typischer solcher Hallmagnetkopf ist in der US-Patentschrift 33 55 727 beschrieben.

Wesentlich günstiger scheinen sich diese bei konventionellen induktiven Magnetköpfen ergebenden Probleme durch die Verwendung des magnetoresistiven Effekts lösen zu lassen, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 34 93 694 und in dem Aufsatz mit dem Titel »A Magnetoresistive Readout Transducer« von R. P. H u η t, veröffentlicht in IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Band MAG-7, Nr. 1, März 1971 auf den Seiten 150 bis 154, beschrieben ist. Dort ist ein magnetoresistiver Magnetkopf offenbart, der sowohl billig herstellbar als auch gegen die Geschwindigkeit unempfindlich ist, mit der ein aufgezeichnetes Informationsfeld durch den Magnetkopf abgetastet wird. Der dort offenbarte magnetoresistive Magnetkopf enthält einen dünnen, schmalen Streifen aus ferromagnetischem, metallischem Material geringer Anisotropie, wie z. B. Permalloy, mit der Breite von 0,025 mm und einer Dicke in der Größenordnung von 600 Ä. In dieser Ausführungsform ist das magnetoresistive Element mit seiner Breite senkrecht zu und unmittelbar anschließend an das Aufzeichnungsmedium in einer Stützvorrichtung befestigt, die sowohl als Stütze als auch der Feldkonzentralion und der Abschirmung dient. Die Stützvorrich-

lung tritt nur an einer Seite des magnetoresistiven Elements auf, obwohl man möglicherweise schließen könnte, daß die Stützvorrichtung das magnetoresistive Element vollständig umgibt, wie dies noch weiter unten besprochen wird Eine Vormagnetisierung, die für das Arbeiten eines magnetoresistiven Elements erforderlich ist, wird in dieser Ausführungsform durch einen beweglichen Permanentmagneten geliefert. Es ist dort ausgeführt, daß dann, wenn die Wellenlänge des aufgezeichneten Feldes in die Nähe der Höhe des magnetorf ristiven Elementes kommt, die Amplitude des Ausgangssignals rasch absinkt. Weiterhin ist dort offenbart, daß man einen Magnetkopf von überlegenen Eigenschaften erhalten würde, wenn man die Höhe des magnetoresistiven Elementsauf 0,0125 mm verringert.

In diesen beiden Veröffentlichungen ist an sich ein sehr weitgehend verbesserter Magnetkopf offenbart, wobei jedoch zwei wesentliche Schwierigkeiten immer noch ungelöst sind:

1. Auf irgendeine Weise muß eine gesonderte magnetische Vormagnetisierung dem magnetoresistiven Element zugeführt werden, und

2. die Höhe des magnetoresistiven Elementes muß sehr gering sein, damit dieses Element bei hohen linearen Aufzeichnungsdichten ein brauchbares Ausgangssignal liefert.

Beide Probleme beeinflussen direkt die Brauchbarkeit und die Herstellkosten eines kommerziell hei/ ustellenden Magnetkopfes. Im Stande der Technik findet sich jedoch keinerlei Hinweis darauf, wie man die Aufwendüngen und Schwierigkeiten bei der Herstellung eines magnetoresistiven Elementes von sehr geringer Höhe umgeht, das gemäß dieser Veröffentlichungen für ein brauchbares Ausgangssignal notwendig ist.

Obgleich in den beiden obengenannten Veröffentlichungen keine Angabe darüber zu finden ist, das magnetoresistive Element mit einer Stütze zu umgeben, so kann doch die Anwesenheit einer U-förmigen Stütze abgeleitet werden und daraus theoretisch auf den Abstand zwischen den innenliegenden Oberflächen geschlossen werden. Ein hypothetischer Absland läßt sich insoweit angenähert berechnen, als ein magnetoresistives Element bekannter Dicke auf einem Glassubstrat von offenbar handelsüblicher Dicke von nicht mehr als 1 mm aufgetragen ist. Unter der Annahme, daß ein 600 Ä dickes, magnetoresistives Element zwischen zwei Glasschichten eingebettet ist, wäre der Absttand dabei etwa 2 mm oder 20 000 000 ÄE. Dieser Abstand ist so groß, daß er tatsächlich vernachlässigt werden kann, und das magnetoresistive Element kann so analysiert werden, als ob es sich oberhalb des magnetisierbaren Mediums im freien Raum befände. In diesem Fall wird dieser bekannte Magnetkopf eine relativ schlechte räumliche Auflösung aufweisen, d. h., die Amplitude seines Ausgangssignals (das sich aus einem veränderlichen Strom ergibt, der im allgemeinen proportional zu den Widerstandsänderungen als Funktion der abgeführten Flußwerte ist) wird für verschiedene Wellenlängen der aufgezeichneten Signale große Unterschiede aufweisen.

Die Höhe eines magnetoresistiven Elements ist eine Hauptveränderliche in der Bestimmung der räumlichen Auflösung. Mit abnehmender Wellenlänge wird ein immer kleinerer Teil des magneto^resistiven Elements durch die von dem magnetisierten Medium ausgehenden Flußlinien geschnitten. Damit ist auch für abnehmende Wellenlängen das Verhältnis der Widerstandsänderung AR (und daher der dynamische Bereich

der Amplitude des Ausgangssignals) relativ zum Gesamtwiderstand R des magnetoresistiven Elements gegen 0 gehend. Obgleich dies die Erkenntnis nahelegt, daß eine Verringerung der Höhe des magnetoresistiven Elements und damit des Widerstandes R den Wirkungsgrad verbessert, so ist doch eine ausreichende Verringerung eben dieser Höhe wegen der Schwierigkeiten in der Herstellung auf einer vernünftigen, kommerziellen Basis nicht möglich. Man kann beispielsweise vernünftigerweise erwarten, daß der in dem obengenannten Patent offenbarte Magnetkopf auf Wellenlängen von mehr als 1 mm beschränkt ist. Die praktische Brauchbarkeit dieses Magnetkopfes wird aber dadurch sehr stark verringert.

Ein weiterer Versuch, dieses allgemeine Problem unier Verwendung von magnetoresistiven Elementen zu lösen, ist in der DT-OS 22 62 659 der Anincldcrin beschrieben. Hier wird angegeben, das magnetoresistive Element mit einem Abstand von der unmittelbaren Nachbarschaft mit dem Aufzeichnungsmedium anzubringen, um dadurch ein verbessertes ßetricbsverhalten zu erreichen.

Aus dem Stand der Technik für induktive Magneiköpfe kommen jedoch keinerlei Anregung für dieses Problem. Es ist allgemein bekannt, daß sich der Wirkungsgrad eines induktiven Magneikopfes mit zunehmender Spaltbreite verschlechtert, wenn diese Spaltbreite relativ zur Wellenlänge des aufgezeichneten Signals groß wird. Damit wird für einen gegebenen Spalt in einem induktiven Magnetkopf die Amplitude des aufgezeichneten Signals für kürzere aufgezeichnete Wellenlängen verringert. Dies ist in Kapitel J des Buches »Magnetic Recording Techniques« von W. Karl Stewart (McGraw-Hill, 1958) erläutert. Wendet man die dort benutzte Analyse an, dann hätte ein praktisch ausgeführter, normal aufgebauter induktiver Magnetkopf einen Spalt, dessen Breite 50%, im allgemeinen jedoch näher an 25% der aufgezeichneten Wellenlänge beträgt. Die Anwendung dieser üblichen Analyse von Magnetspalten bei induktiven Magnetköpfen auf magneloresistive Köpfe ist wegen der konstruktiven und theoretiscnen Unterschiede zwischen induktiven (Ringkern) und magnetoresistiven Magnetköpfen nicht möglich. Obgleich diese Unterschiede allgemein bekannt und vielseitig beschrieben wurden, sollen noch die wichtigsten Unterschiede hier zusammengefaßt werden:

1. Ein induktiver Magnetkopf fühlt die Horizontalkomponente des aufgezeichneten Signals ab, während ein magnetoresistor Kopf die Vertikalkomponente abfühlt.

2. In einem induktiven Magnetkopf muß ein geschlossener, magnetischer Pfad für die horizontalen Flußkomponenten vom magnetisierten Medium über magnetisch permeable Pole vorgesehen sein. Andererseits benötigt aber ein magnetoresistives Element keinerlei Pole zum Abfühlen der Vertikalkomponente des magnetischen Flusses.

3. Für einen Spalt zwischen Polen in einem induktiven Magnetkopf gibt es kein Analogon in einem magnetoresistiven Kopf, der keine Pole besitzt.

Mit magnetoresistiven Elementen arbeitende Magnetköpfe sind an sich z. B. aus der DT-OS 22 63 077 bekannt. Der dort offenbarte Magnetkopf weist ein MR-Element auf, das von zwei Abschirmungen eingefaßt ist, die von dem MR-Element jeweils durch eine isolierende SiO>-Schicht getrennt sind. Die der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnisse und Gesetz-

mäßigkeiten sind dort nicht offenbart. Dasselbe trifft auch für den aus der DT-OS 22 62 659 bekannten Magnetkopf zu. Die für die Erfindung wesentlichen Merkmale lassen sich dieser Veröffentlichung ebenfalls nicht entnehmen.

Auch der im IBM TDB, Band 15, Nr. 4. September 1972, Seiten 1206/1207 veröffentlichte Vorschlag für einen MR-Magnetkopf liefert keinen Beitrag zur spezifischen Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems, nämlich die Ausgangssignale eines MR-Magnetkopfes für einen großen Bereich zwischen Amin und Amax der aufgezeichneten Signale von der Höhe des M R-Elementes unabhängig zu machen.

Die Anmelderin hat nämlich festgestellt, daß man tatsächlich einen magnetoresistiven Kopf mit einem wünschenswerterweise hohen magnetoresistiven Element dann hersteilen kann, wenn dieses Element sehr dicht zwischen zwei magnetisch permeablen Abschirmungselementen liegt. Die Endfläche eines jeden Abschirmelementes und des magnetoresistiven Elements liegen in einer einzigen Ebene in der unmittelbaren Nachbarschaft des Aufzeichnungsmediums. Die innenliegenden Kanten der Abschirmclemente weisen einen gegenseitigen Abstand auf, der kleiner ist als die kleinste aufgezeichnete Signalwellcnlänge. Das magneloresistive Element kann in der Mitte in dem Raum zwischen den Abschirmelementen zentriert sein, und es ist nicht notwenig, daß die Abschirmelemente miteinander verbunden sind. Versuche haben gezeigt, daß ein derartiger Aufbau über einen vernünftigen Bereich aufgezeichneter Signalwellenlängen eine im wesentlichen konstante Amplitude des Ausgangssignals liefert, während man bei derselben Höhe des magnetoresistiven Elements eine unerwünscht große Amplitudenänderung über den gleichen Wellenlängenbereich erhält, wijiiii keine Abschirmelemente benutzt werden. Weitere Versuche haben gezeigt, daß eine weiter vergrößerte Höhe des magnetoresistiven Elements die räumliche Auflösung des Magnetkopfcs nicht wesentlich beeinflußt, solange der Abstand zwischen den Abschirmelementen in der Größenordnung der kürzesten aufgezeichneten Wellenlänge liegt, jedoch kleiner ist als diese. Es wird angenommen, daß die engbenachbarten Abschirmelemente alle diejenigen Flußlinien maskieren, die nicht einem einzigen aufgezeichneten Flußübergang zugeordnet werden können. Unter Außerachtlassung anderer bekannter Verluste ergibt diese Maskierung angenähert den gleichen Flußbetrag für alle Wellenlängen, wodurch in der Praxis der Fall ausgeschlossen wird, daß Signale mit sehr kurzen Wellenlängen einen Fluß nur für einen kleinen Teil des Elementes liefern, während große Wellenlängen tatsächlich das magnetoresistive Element »sättigen«.

D. h. aber, daß das der Erfindung zugrunde liegende Problem im Prinzip dadurch gelöst wird, daß der Abstand S zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der magnetisch permeablen Abschirmelemente gleich groß oder kleiner ist als die Wellenlänge der aufgezeichneten Information und daß die Höhe h des MR-Elements der Höhe der Abschirmelemente entspricht.

Dieses höhere magnetoresistive Element macht zum ersten Mal eine Großproduktion von magnetoresistiven Elementen dadurch möglich, daß die bisher so schwierig zu überwachenden, engen Toleranzen beseitigt werden. Die Abstände zwischen den beiden Abschirmelementen liegen etwa bei 0,00075 mm, bei 0,001 mm, bei 0.00175 mm und bei 0,003 mm, während die aufgezeichneten Signale eine kleinste Wellenlänge von 0,00125 mm, 0,0039 mm, 0,0056 mm bzw. 0,008 mm aufweisen. Zusätzlich dazu erzielt man einen so engen Abstand der beiden Absehirmelcmcnte dadurch, daß

S man ein besonders passives Substrat für das magnctoresislivc Element wegläßt und dafür ein aktives Vormagnelisicrungselcmcnt vorsieht.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen

ίο näher beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale sind in den beigefügten Patentansprüchen ebenfalls im einzelnen angegeben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. la bis Id die Flußverteilung bei verschiedenen magnetoresistiven Magnetköpfen bekannter Bauart,

F i g. 2a und 2b die Fkißverieilung bei magnetoresistiven Magnetköpfen gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig.3 ein Diagramm zur Darstellung der Widerstandsverhältnisse als Funktion des magnetischen Flusses in den Köpfen der F i g. 1 a bis 2b,

Fig. 4 ein Diagramm der Ausgangssignale bei den Magnetköpfen der Fig. 1 a bis 2b,

F i g. 5 den typischen Amplitudcnvciiauf der Magnet köpfe der F i g. 1 a bis 2b und

2s Fig.6 eine dreidimensionale Querschnittsansicht eines Mehrspur-Magnetkopfcs.

Fig. la bis Id dienen der Erläuterung der Theorie der Arbeitsweise bisher bekannter magnetoresistor Köp fe.

In den Fig. la und Ib trägt ein magnetisches Aufzeichnungsmedium 1 ein idealisiert dargestelltes aufgezeichnetes Signal mit einer Wellenlänge A, die von einer willkürlich angenommenen kleinsten Wellenlänge Amin bis zu einer willkürlich angenommenen größten Wellenlänge Amax reichen kann und einen Entsprechenden Fluß Φ an ein magnetoresistives Element 2 abgibt Die Wellenlänge Amin liegt allgemein in der Größenordnung von etwa 0,025 mm bis herunter zu 0,00127 mm. Amax kann, abhängig von der Aufzeich nungsdichte und von dem Aufzeichnungscode, beinahe jede beliebige Wellenlänge haben, und zwar bis zi enendlich (z. B. bei einer NRZI-Aufzeichnung mit einei langen Serie von Nullen). Amax läßt sich auf einen vernünftigen Wert, z. B. ein Vielfaches von Amin, etwa durch Wahl eines entsprechenden Codes begrenzen Wie allgemein bekannt, hat das magnetoresistive Element 2 einen Nennwiderstand R, der als Funktior des Magnetflusses Φ, dem das Element ausgesetzt ist sich um einen Betrag + AR ändert. In Fig. la sind nur die maximale Wellenlänge Amax und die entsprechen den Flußlinien gezeigt, während F i g. Ib nur die kleinste Wellenlänge Amin und die entsprechenden Flußlinier zeigt. In jedem Fall tritt ein niedriger Wert des Flusses »«^niedrig« in der Nähe des Nullpunktes des aufgezeich neten Signals und ein höherer Flußwert »iPhoch« an dei Punkten auf, die in der Nähe der Spitzenamplitude de; Signals liegen. Dazwischenliegende Werte sind dei Einfachheit halber weggelassen. Das magnetoresistiv« Element hat eine Höhe von h und eine Dicke von / Fig. la und Ib zeigen, daß dann, wenn die Höhe Λ s< gewählt ist, daß »ΦΙιοοΙι« an der Stelle Amax in Fi g. Ii das gesamte magnetoresistive Element durchsetzt, be Amin in Fig. Ib nur ein Teil des magnetoresistivei Elements ausgenutzt wird. Das ist insofern unerwünscht da der Betrag der Widerstandsänderung AR'wn Elemen 2 kleiner und daher immer weniger leicht feststellbai wird. Andererseits läßt sich das Problem nich vollständig dadurch lösen, daß man die Höhe I

verringert, um ein besseres Ansprechverhalten bei Amin zu erhalten, wie dies beispielsweise in Fig. Id dargestellt ist, da das schmalere magnetoresistive Element 2' dem in dem obengenannten Aufsatz von Hunt beschriebenen Entmagnetisierungseffekt ausgesetzt ist, der die Amplitude des Ausgangssignals des Magnetkopfes herabsetzt. Dies kann zwar dadurch kompensiert werden, daß man die Dicke t des magnetoresistiven Elementes herabsetzt, wobei allerdings die Flußdichte B (die gleich

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ist) für große

Wellenlängen so groß wird, daß das magnetoresistive Element in die Sättigung geht. Dies Tritt bekanntlicherweise deswegen auf, weil der auf das magnetoresistive Element einwirkende Fluß mit zunehmender Wellenlänge zunimmt. Die Abmessungen w und i sind in F i g. 6 gezeigt.

F i g. 2a, 2b und 3 dienen der Erläuterung der Theorie der Arbeitsweise der magnetoresistiven Magnetköpfe gemäß der vorliegenden Erfindung. Zwei Abschirmelemente 3 und 4 sind mit einem Abstand s entweder mit gleichen Abständen oder aber asymmetrisch zum Element 2 angeordnet. Ist der Abstand s viel kleiner als die Wellenlänge, beispielsweise Amax, wie in Fig.2a gezeigt, dann tritt die soeben beschriebene Sättigung nicht ein, selbst wenn das magnetoresistive Element 2 dünner ist. Man nimmt an, daß der Grund dafür in einem Maskeneffekt liegt, bei dem die Abschirmelemente 3 und 4 die Flußlinien »<Pniedrig« wegen der kleineren Signalamplitude ablenken und nur die Flußlinien »ΦΙιοαι« wegen der höheren Signalamplitude durchlassen. Wie in Fig.3 gezeigt, sind die Verhältnisse der Widerstandsänderung zum Widerstand für gegebene Werte von Amin und Amax sowohl für das höhere Element 2 als auch für das kleinere Element 2' praktisch die gleichen. Betrachtet man F i g. 2b, so sieht man, daß derselbe Aufbau bei der kürzeren Wellenlänge Amin genauso gut arbeitet, unabhängig davon, ob das magnetoresistive Element 2 oder 2' benutzt wird.

In Fig.4 ist ein Diagramm der Ausgangssignale verschiedener magnetoresistiver Köpfe zum Vergleich miteinander dargestellt Das Ausgangssignal (hier in db-Verluste gemessen) ist eine Funktion der Widerstandsänderung AR des magnetoresistiven Elements für einen gegebenen Bereich der Wellenlängen Amin bis Amax des aufgezeichneten Signals. Man erhält tatsächlich völlig andere Ausgangssignale von den Magnetköpfen gemäß dem Stand der Technik (Kurven 5 und 6), als von einem erfindungsgemäß aufgebauten Magnetkopf (Kurve 7). Kurve 5 ist für einen Magnetkopf der in Fig. la und Ib gezeigten Art aufgetragen mit einer Höhe Λ von 0,015 mm. Verringert man diese Höhe h auf 0,0015 mm, verringert dies in wünschenswerter Weise den Bereich der Amplitudenänderung 4db für jedes gegebene Amin und Amax. Ein derartiger Magnetkopf ist in den F i g. Ic und Id dargestellt, und sein Ansprechverhalten zeigt Kurve 6 in F i g. 4. Man sieht jedoch sofort aus Kurve 6, daß für kurze Wellenlängen nahe an Amin die Ausgangsamplitude unerwünscht kleine Werte annimmt (die Verluste in db nehmen zu). Die Kurve 7, die die Ausgangssignale für einen Magnetkopf gemäß der Erfindung (F i g. 2a und 2b) darstellt, zeigt keines der Probleme, die sich aus Kurven 5 und 6 ergeben. Ein solcher Kopf enthält ein magnetoresistives Element mit einer Höhe h von 0,015 mm und zwei Abschirmelementen mit einem gegenseitigen Abstand von 0,001 mm. Die Ausgangsamplitude schwankt fiber den gesamten Bereich von Amin bis Amax nur um einige wenige db. Bei Amin von 0,0015 mm beträgt die Amplitudendifferenz nur etwa 15db (wegen der bekannten Verluste im Medium) der Amplitude bei Amax, doch ist die Höhe des magnetoresistiven Elementes die gleiche wie für den durch Kurve 5 dargestellten Kopf.

Der Maskeneffekt der Abschirmelemente 3 und 4 wird in F i g. 5 mit den Verhältnissen bei den unabgeschirmten, magnetoresistiven Elementen verglichen. Wird die von verschiedenen Teilen eines in einem

ίο magnetoresistiven Element gemäß Fig. la bis 2b liegenden Medium aufgezeichneten Flußübergangs sich ergebende Amplitude aufgetragen, dann erhält man die Kurve 8 und 9. Die Ordinate stellt jede relative normalisierte, nichtlogarithmische Signalamplitude dar, und die Abszisse stellt eine Strecke längs des Mediums 1 dar. Diese Werte kann man dadurch erhalten, daß man das Ausgangssignal eines magnetoresistiven Elementes 2 oder 2' mißt, während man gleichzeitig das Aufzeichnungsmedium oder das Element bewegt. Eine Anordnung gemäß dem Stande der Technik, wie sie in Fig. la und Ib dargestellt ist, ergibt die breite Kurve 8, während der abgeschirmte Magnetkopf gemäß der Erfindung (F i g. 2a und 2b) eine sehr schmale Kurve 9 ergibt.

Es wurde also gezeigt, daß ein abgeschirmtes, magnetoresistives Element wesentlich besser arbeitet als ein unabgeschirmtes Element. Der Abstand der Abschirmelemente voneinander sollte dabei in der Größenordnung von und kleiner als die kürzeste Wellenlänge des aufgezeichneten Signals sein. Die Endflächen des magnetoresistiven Elements und der Abschirmelemente in unmittelbarer Nachbarschaft des Aufzeichnungsmediums sollten in einer einzigen Ebene parallel zum Medium liegen oder wo das Medium nicht flach oder eben ist, senkrecht zur vertikalen Komponente des Magnetfeldes. Die Anmelderin hat dabei gefunden, daß eine solche Konstruktion die Verwendung eines magnetoresistiven Elements mit größerer Spaltenhöhe Λ, als bisher möglich war, erlaubt, wodurch die Schleif-, Läpp- und andere Fertigungsoperationen, die bei besonders kleinen Elementen besonders schwer zu beherrschen sind, sich leichter steuern und durchführen lassen. Außerdem gibt eine größere Höhe Λ und die sich damit ergebende Umempfindlichkeit weniger Anlaß zur Veränderung der Eigenschaften des Magnetkopfes bei Abnutzung im Betrieb.

Das hier erwähnte Medium kann jedes beliebige Material sein, das in der Lage ist, Information in Form von Bits als magnetisierte Bereiche zu speichern. Diese Bereiche können als diskrete Bereiche angesehen werden, wobei eine Wellenlänge durch den Abstand zwischen dem Anfang aufeinanderfolgender Bereiche bestimmt ist In typischer Weise liegen solche Bereiche bei Aufzeichnungsdichten zwischen 100 und 50 000 Bits pro ZoIL Eine Ebene soll hier entweder im Sinne der ebenen Geometrie oder im Sinne der Oberfläche einer Kugel in der sphärischen Geometrie verstanden werden.

In F i g. 6 ist ein mit Nebenschluß-Vormagnetisierung arbeitendes magnetoresistives Element zwischen Ferritblöcken eingelegt, die einen Abstand s voneinander aufweisen und einen Magnetkopf 10 bilden. Während die Nebenschluß-Vormagnetisierung die Herstellung eines solchen Magnetkopfes erleichtert (weil dadurch andere kompliziertere äußere oder sonstige Vormagnetisierungen entfallen), und insbesondere bei einer sehr kleinen Abmessung von s, soll doch der Schutzbereich der Erfindung nicht auf Magnetköpfe mit durch

Nebenschluß erzeugter Vormagnetisierung begrenzt sein. Der Magnetkopf 10 soll nur für Lesen verwendet werden, kann natürlich leicht auch für Lesen und für Schreiben ausgestaltet sein, entsprechend der Beschreibung in dem IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN mit dem Titel »Magnetoresistive Read/ Write Head« von G. W. B r ο c k, F. B. S h e 11 e d y und L. Viele vom September 1972, Seiten 1206 bis 1207. Dabei kann jede beliebige Anzahl von Elementen, jeweils für eine einzige Spur, vorgesehen sein. to

Ein magnetoresistives Element 11 eines Materials (wie z.B. NiFe), das einen magnetoresistiven Effekt zeigt, wird auf einem Vormagnetisierungselement 12 niedergeschlagen, das aus einem Material, wie z. B. Ti, besteht und ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt, das das magnetoresistive Element Ii dann durchsetzt, wenn ein elektrischer Strom von der Quelle / über Leitungen 18 (beispielsweise aus Kupfer) sowohl das magnetoresistive Element 11 als auch das Vormagnetisierungselement 12 über elektrisch leitende Anschlüsse 17 durchfließt. Beispielsweise kann das magnetoresistive Element aus einer 0,00003 mm (300 Ä) starken Schicht aus Permalloy bestehen, während das Vormagnetisierungselement aus Titan mit einer Dicke von 0,000135 mm (1350 Ä) bestehen kann, das in üblicher Weise niedergeschlagen, maskiert und geätzt worden ist. Das Vormagnetisierungselement 12 bildet auch eine Klebeschicht für die Verbindung des magnetoresistiven Elements 11 mit einer 0,000375 mm (3750 A) starken Isolierschicht 13 (wie z. B. AbOi), die zuvor auf einer Seite eines Abschirmelementes 15 niedergeschlagen wurde. Das Abschirmelement 15 kann aus irgendeinem magnetisch permeablen Material, wie z. B. Permalloy, bestehen. · Falls erwünscht, kann mehr als eine magnetoresistive Schicht mit einem Vormagnetisierungselement kombiniert werden, wobei jedes Vormagnetisierungselement zwischen zwei magnetoresistiven Elementen zu liegen kommen kann, ein magnetoresistives Element kann zwischen zwei Vormagnetisierungselemente gelegt werden, zwei magnetoresistive Elemente können sich gegenseitig die Vormagnetisierung liefern, oder jede mögliche Kombination der vorgenannten Elemente ist möglich. Eine solche Alternative ist im IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN vom Februar 1973, Seite 2680, beschrieben. Der dreieckige Abschnitt (einschließlich Schicht 11) kann zusätzlich benutzt werden. Eine weitere 0,000375 mm (3750 A) starke Isolierschicht 14 und ein weiteres Abschirmelement 16 vervollständigen den Aufbau. Die Oberkanten der Schichten 11 und 12 liegen in der gleichen Ebene wie die Oberkanten der Ferrit-Abschirmelemente 15 und 16 und sind daher dem Verschmieren und der Erosion sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb des Magnetkopfs 10 ausgesetzt Wenn man daher den Einsatz weicher Materialien, wie z. B. Permalloy und Titan, auf diese sehr dünnen Schichten beschränkt so wird dadurch die Herstellbarkeit und die Lebensdauer des Kopfes erhöht Die Höhe h der Schichten U und 12 ist nicht wie beim Stande der Technik für die Auflösung des Kopfes kritisch, sollte aber für einen guten Wirkungsgrad etwa auf den lOfachen Wert des Abstandes s zwischen den Abschirmelementen 15 und 16 beschränkt werden. Die obengenannten Abmessungen geben damit einen Gesamtabstand 5 von 0,001465 mm (14 650 A). Zusätzliche gleichartige Köpfe wurden mit Abständen von 0,00175 mm (17 500 A), 0,001 mm (10 000 A), 0,00075 mm (7500 A) und 0,003 mm (30 000 A) aufgebaut Der gesamte Aufbau wird durch das Gehäuse 19, 20 mit Hilfe von Schrauben zusammengehalten und auf die gewünschte Oberflächenform des Kopfspiegels abgeschliffen. Anschließend wird der Erläuterung halber ein mögliches Herstellungsverfahren für den Kopf in F i g. 6 beschrieben:

1. Eine Oberfläche des Ferrit-Abschirmelements 15 wird poliert und gereinigt.

2. Eine Schicht 13 aus AI2O3 wird auf der so vorbereiteten Oberfläche des Abschirmelements 15 bis zu einer Dicke von 3750 A = 0,000375 mm niedergeschlagen.

3. Eine Titanschicht 12 wird auf der Al₂O₃-Schicht 13 bis zu einer Stärke von 1350 A = 0,000135 mm niedergeschlagen.

4. Eine Permalloyschicht 11 (83% Nickel, 17% Eisen) wird auf die Titanschicht 12 mit einer Dicke von 300 A = 0,00003 mm in einem Magnetfeld aufgetragen, das die Domänen senkrecht zur Höhe h ausrichtet.

5. Eine relative dicke, mechanische Streifenmaske (nicht gezeigt), z. B. aus rostfreiem Stahl, die die Abmessungen des Halses definiert, wird auf die Permalloyschicht 11 aufgelegt, um den obersten Teil der Permalloyschicht zeitweise zu schützen.

6. Eine Kupferschicht einschließlich der Anschlüsse 17 wird mit einer Dicke von 5000 A = 0,0005 mm auf die Streifenmaske sowie auf den frei liegenden Teil der Permalloyschicht 11 niedergeschlagen.

7. Eine Maske (nicht gezeigt) wird auf die im Schritt 6 aufgebrachte Kupferschicht zur Definition der Kupferanschlüsse 17 und innerhalb der Kopf elemente in F i g. 6 aufgebracht, und ein Ätzmittel wird angewandt.

8. Die Maske wird entfernt.

9. Der unvollständige Magnetkopf wird dadurch geprüft daß der in den einzelnen Elementen induzierte Strom gemessen wird, wenn der Magnetkopf in das induktive Feld eines Induktionsschleifen-Prüfgerätes oder eines ähnlichen Prüfgerätes gebracht wird

10. Auf die nach Schritt 8 frei liegende Oberfläche wird dann eine Schicht AI2O3 mit einer Stärke von 8750 A oder 0,000875 mm aufgebracht

11. Eine Maske (nicht gezeigt) wird über der Al₂O₃-Schicht aufgelegt die einen Bereich über den Kupferanschlüssen 17 frei läßt und ein Ätzmittel wird angewandt.

12. Die Maske wird entfernt

13. Leitungsdrähte 18 werden an den frei liegenden Bereichen der Anschlüsse 17 angebracht

14. Ein zweites Ferrit-Abschirmelement 16 mit einer polierten und gereinigten Oberfläche wird mit dem fertiggestellten Teilaufbau, wie in Fig.6 gezeigt zusammengefügt

15. Gehäuseteile 19 und 20 werden um die Abschirmelemente 15 und 16 herumgelegt

16. Die obenliegende Oberfläche des fertigen Aufbaus mit Gehäuse wird auf die gewünschte Form des Kopfspiegels abgeschliffen und poliert

Selbstverständlich kann der Ablauf der einzelnen Schritte umgekehrt werden, indem man das Abschirmelement 16 anstelle vom Abschirmelement 15 für Schritt nimmt, wobei die relative Lage der benachbarten Schichten 11 und 12 ohne Bedeutung ist Die Dicke'der einzelnen Schichten kann auch so eingestellt werden, daß die Permalloyschicht asymmetrisch zu den Abschirmelementen liegt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Abgeschirmter magnetoresistiver Magnetkopf mit mindestens einem zwischen einem Paar einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisenden, aus magnetisch permeablem Material bestehenden Abschirmelementen liegenden magnetoresistivem Element, wobei die dem Aufzeichnungsmedium am nächsten liegenden Endflächen dieser Elemente alle in einer Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (S) zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der magnetisch permeablen Abschirmelemente (3, 4, 15, 16) gleich groß oder kleiner ist als die Wellenlänge der aufgezeichneten information und daß die Höhe (h) des MR-Elements(2, U) der Höhe der Abschirmelemente entspricht.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (U) in Form einer magnetoresitiven Schicht neben einer Schicht aus relativ leitendem Material liegL

3. Magnetkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum zwischen dem Abschirmelementen (15, 16) mindestens ein Vormagnetisierungslement (12) in Beruhrung mit dem magnetoresistiven Element (11) angeordnet ist und daß zwischen dem Abschirmelcment (15, 16) und dem MR-Element (11) eine Isolierschicht (13, 14) aus nichtleitendem, nichtmagnetischem Material angeordnet ist.

4. Magnetkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Abschirmelemente ein magnetisch permeablcs Material aus der Klasse der Ferrite ist.

5. Magnetkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abschirmelement (16) von dem ersten Abschirmclement (15) einen der Summe der Materialstarken der dazwischenliegenden Elemente (11, 12, 13, 14) entsprechenden Abstand (S) aufweist, der kleiner ist als die kürzeste Wellenlänge des genannten Wellenlängenbereichs, daß ferner ein die beiden Abschirmelemente (15, 16) zusammenhaltendes Gehäuse (19, 20) vorgesehen ist und daß die Endflächen der Vormagnetisierungselemente (12), der Isolierschichten (13,14), des magnetoresistiven Elements (11) und des Gehäuses (19, 20) in der Kopfspiegelflächc liegen.

6. Magnetkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Abschirmelementen (15, 16) in der Größenordnung von 30% bis 40% des Abstandes zwischen den aufgezeichneten Signalen liegt.

7. Magnetkopf nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (11) dünner ist als 0,00005 mm und eine Höhe von etwa 0,0076 bis 0,015 mm aufweist.

8. Magnetkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des MR-Elementes etwa in der Größenordnung von 0,0000254 mm liegt.

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