DE2744993C2 - Magnetowiderstandslesekopf - Google Patents

Description

H_n

f— x ΑπΑίλ +H_k,

worin t/die Dicke des Magnetowiderstandselements (3), w die Höhe, M_s die Sättigungsmagnetisierung und Hk das Anisotropiefeld ist.

2. Magnetischer Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse leichter Magnetisierung zur größten Abmessung des Magnetowiderstandselements (3) parallel verläuft, und daß eine Anzahl parallel verlaufender Äquipotentialstreifen (9) elektrisch leitenden Materials auf einer Hauptfläche des Magnetowiderstandselements (3) unter einem Winkel von minimal 35° und maximal 55° mit der größten Abmessung zwischen den Kontakten (4,5) angebracht ist.

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Lesekopf zum Detektieren datendarstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, welcher Lesekopf ein auf einem Substrat angeordnetes Magnetowiderstandselement aus metallischem, ferromagnetischem Werkstoff mit einer Achse leichter Magnetisierung in der Ebene des Magnetowiderstandselements enthält, das mit Kontakten für die Verbindung mit einer Quelle, die einen Meßstrom liefert, mit Mitteln, die den Meßstrom unter einem Winkel von minimal 35° und maximal 55° mit der Achse leichter Magnetisierung durch das Magnetowiderstandselement zwingen, und mit einer magnetischen Anordnung versehen ist, um das Magnetowiderstandselement einem magnetischen Hilfsfeld auszusetzen, das zur Achse leichter Magnetisierung parallel verläuft.

Magnetische Leseköpfe der erwähnten Art sind beispielsweise aus der DE-OS 25 12 525 oder aus dem Artikel »The Barberpole, a linear magnetoresistive head« in IEEE Transactions on Magnetics, September 1975, Vol. Mag. 11, Nr. 5, S. 1215... 1217, bekannt.

Die Wirkungsweise des dort beschriebenen Magnetowiderstandslesekopfes basiert auf der Verwendung eines streifenförmigen Elements aus einem ferromagnetischen metallischen Werkstoff mit niedriger Anisotropie, wie Ni-Fe, das mit einem seiner Ränder in der unmittelbaren Nähe des magnetischen Aufzeichnungsmediums oder im Kontakt damit gebracht wird. Das Feld des Aufzeichnungsmediums bewirkt Änderungen in der Magnetisierung des Elements und moduliert den

ίο Widerstand des Elements über den sogenannten Magnetowiderstandseffekt. Dies bedeutet, daß beim Passieren des Kopfes durch das Aufzeichnungsmedium die auf dem Medium vorgesehenen, datendarstellenden Magnetfelder das Spinsystem des Magnetowiderstandselements rotieren, wodurch sich der Widerstand ändert.

Das Ausgangssignal eines Detektorkreises, der mit dem Element verbunden ist, ist dabei eine Funktion der im Aufzeichnungsmedium gespeicherten Daten.

Da die Änderung des Widerstandes eines Magnetowiderstandselements unter dem Einfluß eines äußeren magnetischen Feldes quadratisch ist, ist es üblich, bei der Wiedergabe analoger Aufzeichnungen die Wirkungsweise des Kopfes durch Linearisierung des widerstandsmagnetischen Feldes charakteristisch zu optimieren. Hierzu muß die Magnetisierungsrichtung des Elements bei einem Signalfeld gleich Null einen Winkel von etwa 45° mit der Richtung des Stromflusses durch das Element bilden.
Bei dem im erwähnten Artikel beschriebenen Magnetowiderstandslesekopf wird dies dadurch verwirklicht, daß die Achse leichter Magnetisierung zur größten Abmessung des Elements parallel genommen ist, und daß Mittel vorgesehen sind, die den Strom unter einem Winkel von etwa 45° mit der Längsrichtung durch das Element zwingen.

Der bekannte Lesekopf ist weiterhin mit einer magnetischen Anordnung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes versehen, dessen Richtung zur Achse leichter Magnetisierung des Elements parallel verläuft.

Mit einem derartigen Hilfsfeld wird dafür gesorgt, daß eine der zwei entgegengesetzten Richtungen, in denen der Magneiisierungsvektor stehen kann, übervorteilt wird, wodurch Umkippen von der einen Richtung zur anderen, was eine Änderung des Elementwiderstandes ergeben würde, vermieden wird.

Bei Magnetowiderstandsköpfen der erwähnten Art kann das Ausgangssignal VaIs V=f(a, h, Ho) beschrieben werden, worin oc der Winkel zwischen der Magnetisierung und der Stromrichtung bei einem Signalfeld Null, h das Signalfeld des Aufzeichnungsmediums, und Ho eine charakteristische Kenngröße für ein bestimmtes Magnetowiderstandselement ist, die als

H₀ = I-X

+H_k

beschrieben wird, wobei </die Dicke des Magnetowiderstandselements, w die Höhe, M₅ die Sättigungsmagnetisierung und Hk das Anisotropiefeld ist.

Es ist üblich, bei einem gegebenen Mittelwert für h den Winkel « auf minimale Verzerrung einzustellen. (Wie bereits früher erwähnt, hat α meistens einen Wert um 45°.) Nachdem α einmal eingestellt ist, indem beispielsweise ein Muster von Äquipotentialstreifen oder von Schlitzen angebracht ist, die einen Stromdurchfluß unter einem bestimmten Winkel erzwingen, ist eine Änderung nicht mehr möglich. Die Dynamik von h, d. h. die maximale Amplitude von h für eine zuverlässige Verzer-

rung, folgt dabei aus der charakteristischen Kenngröße Hq, die durch die Geometrie und die physikalischen Eigenschaften des ausgewählten Elements bestimmt wird. Der Nachteil dieser Situation ist, daß die Dynamik von vornherein festliegt, und beispielsweise an andere Aufzeichnungswerkstoffe oder an das mittlere Signal, das gelesen wird, nicht mehr angepaßt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Lesekopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei der dynamische Bereich an das auszulesende Signal angepaßt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Die Erfindung basiert darauf, daß durch das Ändern der Stärke des Hilfsfeldes sich die Neigung des Widerstandssignalfeldes bei gleichbleibendem Arbeitspunkt charakteristisch für linearisierte Magnetowiderstandselemente der betreffenden Art, d. h. durch nicht-magnetische Mittel linearisiert ändert Dies steht an sich im Gegensatz zum Verhalten von Magnetowiderstandselementen, deren Kennlinie durch das Anlegen eines Magnetfeldes senkrecht zur Achse leichter Magnetisierung linearisiert wird. Bei Magnetowiderstandselementen von einem derartigen, magnetisch voreinstellbaren (biased) Typ, wie er beispielsweise aus der DE-OS 15 24 710 bekannt ist, verschiebt sich aber der Arbeitspunkt, wenn die Stärke des voreingestellten Feldes variiert wird, und es tritt somit Verzerrung auf.

Obgleich es bei nicht-magnetisch voreingestellten Magnetowiderstandsköpfen der eingangs erwähnte« Art möglich ist, die gewünschte Stromrichtung auf verschiedene Weisen zu erzwingen, beispielsweise durch das Anbringen von Schlitzen im Element, die unter dem gewünschten Winkel in bezug auf die Längsrichtung verlaufen und abwechselnd in die Oberseite und die Unterseite münden, ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesekopfes dadurch gekennzeichnet, daß die Achse leichter Magnetisierung zur größten Abmessung des Magnetowiderstandselements parallel verläuft, und daß eine Anzahl parallel verlaufender Äquipotentialstreifen elektrisch leitenden Materials auf einer Hauptfläche des Magnetowiderstandselements unter einem Winkel von minimal 35° und maximal 55° mit der größten Abmessung zwischen den Kontakten angebracht ist. Der Vorteil hiervon besteht darin, daß bei Verwendungen, bei denen das MagnetowiderstandseJement mit dem Aufzeichnungsmedium im Kontakt ist, ein Verschleiß des Elements sich nicht auf die gute Wirkung nachteilig auswirkt, was bei einer Ausführungsform mit Schlitzen schon der Fall sein würde. Außerdem wird die magnetische Kontinuität eines Magnetowiderstandselements nicht unterbrochen, wenn Äquipotentialstreifen darauf angebracht werden. Bei einer Ausführungsform mit Schlitzen wird dagegen die Kontinuität unterbrochen.

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen magnetischen Lesekopfes mit den zugeordneten Schaltungen in Blockform,

F i g. 2 eine Vergrößerung der gesonderten Einzelteile aus F ig. 1,

F i g. 3 eine Anordnung zur Erzeugung eines Hilfsfeldes,

Fig.4 eine graphische Darstellung, die die Widerstandsänderung ARIARmix des Magnetowiderstandselements 3 des Kopfes aus F i g. 1 als Funktion eines transversal anliegenden Feldes h_z bei verschiedenen Werten eines longitudinalen Feldes h_y darstellt.

In F i g. 1 wird ein Magnetowiderstandskopf 1 dargestellt, der beim Lesen des Dateninhalts eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 2 Verwendung findet Der Kcpf 1 enthält ein Magnetowiderstandselement 3, das über leitende Kontakte 4 und 5 mit einer externen Leseschaltung 6 verbunden ist Die Teile 3,4 und 5 sind mit Hilfe von Dünnfilmtechniken auf einem Substrat 7 angebracht das aus Glas bestehen kann. Zum Liefern

ίο eines Meßstromes ist eine Stromquelle 8 mit den Kontakten 4 und 5 verbunden. F i g. 2, in der die gleichen Teile wie in F i g. 1 die gleichen Bezugsziffern aufweisen, zeigt eine Vergrößerung der gesonderten Teile. Bei einem Prototyp des Magnetkopfes nach der Erfindung bestand das Element 3 aus einer dünnen Schicht einer Ni-Fe-Legierung mit einer Dicke c/von etwa 0,1 Mikrometer, einer Länge 7 von 100 Mikrometer und einer Höhe von 10 Mikrometer. Die Kontakte 4 und 5 wurden durch aufgedampfte Goldstreifen gebildet. Eine Anzahl dünner Goldstreifen 9 mit einer Dicke von 1 Mikrometer und einer Breite von 2 Mikrometer ist in gegenseitigen Abständen von 2,5 Mikrometer unter einem Winkel von 95° auf dem Element 3 angebracht Da Gold einen 5 χ niedrigeren spezifischen Widerstand als das benutzte Ni-Fe hat, und die Dicke der Goldstreifen etwa 10 χ größer als die Dicke des Magnetowiderstandsmaterials ist leiten die Goldstreifen 50 χ besser und arbeiten als Äquipotentialstreifen, die den Strom in die Ni-Fe-Strecken zwischen ihnen unter einem Winkel von etwa 45° mit der Längsrichtung zwingen. Wenn der Kopf in Flußkupplung mit einem datentragenden magnetischen Feld gebracht wird, wird der Widerstand einer jeden der zwischen den Äquipotentialstreifen 9 liegenden Ni-Fe-Strecken kleiner oder größer, je nachdem, ob die Magnetisierungsrichtung unter dem Einfluß des Feldes mehr oder weniger mit der Stromrichtung zusammenfällt. Auf diese Weise können magnetische Aufzeichnungen mit Hilfe eines nicht magnetischen voreingestelken Magnetowiderstandskopfes unverzerrt wiedergegeben werden.

Mit Hilfe eines Magnetkernes 10 wird ein longitudinales Hilfsfeld H_y erzeugt. Die Stärke dieses Hilfsfeldes ist durch die Schwankung des Stromes durch eine Spule 11, die mit einer variablen Stromquelle 12 verbunden ist, zwischen 0,1 Ho und 5 Ho variierbar, wobei Wo eine für das betreffende Element charakteristische Größe ist, wie bereits definiert. Diese Feldstärke ist so, daß nicht befürchtet zu werden braucht, daß die Daten auf dem Medium 2 dadurch gelöscht werden. Weiter ist es möglieh, einen Dauermagneten zu verwenden, der parallel zur Längsrichtung des Magnetowiderstandselements magnetisiert ist und dessen Abstand zum Element variiert werden kann, wie in F i g. 3 schematisch dargestellt ist, in der mit der Bezugsziffer 13 ein Substrat bezeichnet ist, auf dem ein nicht-magnetisches vorgespanntes Magnetowiderstandselement 14 und ein mit Hilfe einer Schraube 15 verschiebbarer Magnet 16 angeordnet sind.

Um den Effekt des Variierens des Hilfsfeldes zu veranschaulichen, wird in F i g. 4 die Variation ARIAR_mSK des Widerstandes des Elements 3 unter dem Einfluß eines Signalfeldes h_z bei verschiedenen Stärken eines Hilfsfe'des H_y in der 4-y-Richtung dargestellt. Es sei bemerkt, daß sowohl das Signalfeld h_z als auch das Hilfsfeld h_y genormt sind, d. h. h_z = H₂IHo und h_y = H_yIHo, wobei H_z und H_y das wirkliche Signalfeld bzw. das wirkliche Längsfeld sind. Es zeigt sich, daß die charakteristische Kenngröße Ho, die unter anderem vom Höhen/

Dicken-Verhältnis w/d abhängig ist, in der Praxis meistens zwischen

ja

Απ

L U] und ψ- U]

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

15

20

25

30

40

45

50

55

60

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Lesekopf zum Detektieren datendarstellender Magnetfelder auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, welcher Lesekopf ein auf einem Substrat angeordnetes Magnetowiderstandselement aus metallischem, ferromagnetischem Werkstoff mit einer Achse leichter Magnetisierung in der Ebene des Magnetowiderstandselements enthält, das mit Kontakten für die Verbindung mit einer Quelle, die einen Meßstrom liefert, mit Mitteln, die den Meßstrom unter einem Winkel von minimal 35° und maximal 55° mit der Achse leichter Magnetisierung durch das Magnetowiderstandselement zwingen, und mit einer magnetischen Anordnung versehen ist, um das Magnetowiderstandselement einem magnetischen Hilfsfeld auszusetzen, das zur Achse leichter Magnetisierung parallel verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen des dynamischen Bereichs des Magnetowiderstandselements (3) Mittel (10, 11, 12; 15, 16) vorgesehen sind, um die Stärke des Hilfsfeldes zwischen 0,1 Hq und 5 Ho zu variieren, wobei