DE3418822C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schreib-/Lese- Magnetkopf mit einem schichtweisen Aufbau auf einem nicht-magnetischen Substrat für ein Aufzeichnungs­ medium, das mit einer magnetisierbaren Speicherschicht versehen ist, in welche längs einer Spur Informationen durch senkrechte (vertikale) Magnetisierung einzu­ schreiben sind, welcher Magnetkopf einen den magne­ tischen Fluß führenden Leitkörper mit zwei Magnet­ schenkeln aufweist, deren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Pole in Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit vorbestimmtem Abstand untereinander angeordnet sind, und ferner eine Magnet­ spuleneinrichtung zum Schreiben und Lesen enthält. Ein solcher Magnetkopf ist der DE-OS 29 24 013 zu ent­ nehmen.

Das Prinzip der senkrechten Magnetisierung zur Speiche­ rung von Informationen ist allgemein bekannt (vgl. z.B. "IEEE Transactions on Magnetics", vol. MAG-16, no. 1, Jan. 1980, Seiten 71 bis 76 oder die genannte DE-OS). Für dieses Prinzip, das vielfach auch als vertikale Magnetisierung bezeichnet wird, sind besondere Auf­ zeichnungsmedien in Form von starren Magnetspeicher­ platten, flexiblen Einzelplatten (Floppy Disks) oder Magnetbändern erforderlich. Ein entsprechendes Auf­ zeichnungsmedium weist mindestens eine magnetisier­ bare Speicherschicht vorbestimmter Dicke auf, welche ein magnetisch anisotropes Material, insbesondere aus einer CoCr-Legierung enthält. Dabei ist die Achse der sogenannten leichten Magnetisierung dieser Schicht senkrecht zur Oberfläche des Mediums gerichtet. Mittels eines besonderen Magnetkopfes werden dann längs einer Spur die einzelnen Informationen in aufeinanderfol­ genden Abschnitten, auch Zellen oder Blöcke genannt, durch entsprechende Magnetisierung der Speicherschicht eingeschrieben. In der Praxis werden im allgemeinen die magnetischen Flußwechsel, d.h. die Übergänge von einer Magnetisierungsrichtung zur entgegengesetzten, als Informationen benutzt. Die Abschnitte haben dabei eine vorbestimmte, auch als Wellenlänge bezeichnete Ausdeh­ nung in Längsrichtung der Spur. Diese Ausdehnung kann im Vergleich zu der Grenze, die bei dem Verfahren der longitudinalen (horizontalen) Speicherung durch die Entmagnetisierung gegeben ist, wesentlich kleiner sein. Somit läßt sich nach dem Prinzip der senkrechten Magne­ tisierung die Informationsdichte in dem Aufzeichnungs­ medium vorteilhaft vergrößern.

Die für das Prinzip der longitudinalen Magnetisierung bekannten kombinierten Schreib- und Lese-Köpfe, d.h. Köpfe, mit denen sowohl die Schreib- als auch die Lese- Funktion auszuüben ist, können jedoch nicht ohne wei­ teres auch für eine senkrechte Magnetisierung einge­ setzt werden. Bei Verwendung dieser Köpfe, die im all­ gemeinen ringkopfähnliche Gestalt haben, läßt sich zwar die auch bei dem Prinzip der senkrechten Magnetisierung angestrebte Flußführung zu einem möglichst ge­ schlossenen Kreis mit geringem magnetischen Widerstand erreichen. Jedoch ist ein Schreiben beider Pole dieser Ringköpfe kaum zu unterdrücken, so daß sich entspre­ chende Schwierigkeiten beim Lesen der eingeschriebenen Informationen ergeben.

Man sieht sich deshalb gezwungen, für das Prinzip der senkrechten Magnetisierung spezielle Schreib- und Lese­ köpfe zu entwickeln. Ein hierfür geeigneter Magnetkopf weist im allgemeinen einen sogenannten Hauptpol auf, mit dem ein hinreichend starkes senkrechtes Magnet­ feld zum Ummagnetisieren der einzelnen Abschnitte der Speicherschicht erzeugt wird. Der notwendige magne­ tische Rückschluß kann dann z.B. mittels eines soge­ nannten Hilfspoles vorgenommen werden, der sich bei­ spielsweise auf derselben Seite wie der Hauptpol befindet (vgl. z.B. "IEEE Trans. Magn.", vol. MAG-17, no. 6, Nov. 1981, Seiten 3120 bis 3122 oder vol. MAG-18, no. 6, Nov. 1982, Seiten 1158 bis 1163; "J. Appl. Phys.", vol. 53, no. 3, 1982, Seiten 2593 bis 2595; DE-OS 29 24 013; EP 00 12 910 A1).

Bei diesem Magnetkopftyp soll der Hilfspol in jedem Falle nur zur magnetischen Flußrückführung dienen. Ein eventuelles Mitschreiben dieses Poles kann gegebenen­ falls zwar in Kauf genommen werden, wenn ihm der schreibende Hauptpol nacheilt und somit vom Hilfspol eventuell geschriebene Informationen überschreibt. Um jedoch ein Mitlesen des Hilfspoles mit seiner ablau­ fenden Kante zumindest weitgehend zu unterbinden, müßte der zwischen den beiden Polen ausgebildete sogenannte Luftspalt verhältnismäßig breit sein, um eine weit­ gehende Reduzierung der magnetischen Flußdichte am Hilfspol gewährleisten zu können. Die Fertigung von Magnetköpfen mit entsprechend breiten Spaltschichten stellt jedoch hohe Anforderungen an die Dünnschicht- Technik. Außerdem ist das mit diesen bekannten Magnet­ köpfen zu erhaltende Lesesignal verhältnismäßig schwach, da bei ihnen mit einer einzigen Spulenwick­ lung sowohl die Lesefunktion als auch die Schreib­ funktion ausgeübt wird.

Aufgrund der erwähnten Schwierigkeiten beim Lesen mit den bekannten kombinierten Schreib- und Lese-Magnet­ köpfen sind auch Kopf-Systeme bekannt, bei denen die Funktion des Schreibens und Lesens von jeweils ge­ trennten Köpfen auszuüben ist. Diese Köpfe lassen sich dann an die jeweilige Funktion besser anpassen (vgl. z.B. "IEEE Trans. Magn.", vol. MAG-16, no. 5, Sept. 1980, Seiten 967 bis 972). Danach werden für das Lesen an sich bekannte Ringköpfe verwendet, während das Schreiben mit speziellen Köpfen durchzuführen ist. Ein entsprechender, hierfür geeigneter, auch als Einzel-Pol- Kopf bezeichneter Schreibkopf weist z.B. auf seiner der Speicherschicht des Aufzeichnungsmediums zugewandten Seite einen Hauptpol mit longitudinaler Ausdehnung von z.B. 3 µm auf, dem auf der Rückseite des Aufzeichnungs­ mediums ein wesentlich ausgedehnterer Hilfspol gegen­ überliegt. Der zweite, nur zum Lesen benötigte Kopf ist ein Ringkopf mit einer Spaltweite von z.B. 0,2 µm (vgl. "IEEE Trans. Magn.", vol. MAG-17, no. 6, Nov. 1981, Seiten 2538 bis 2540). Entsprechende Kopf­ systeme zum magnetischen Lesen und Schreiben mit an die jeweilige Funktion angepaßten besonderen Köpfen sind jedoch konstruktiv verhältnismäßig aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den eingangs genannten Schreib-/Lese-Magnetkopf dahin­ gehend zu verbessern, daß bei ihm zum einen die er­ wähnten Probleme bei kombinierten Köpfen hinsichtlich ihres mechanischen Aufbaus verringert sind und zum anderen eine schaltbare Schreib- und Lesefunktion mit jeweils hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzei­ chen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Der Magnetkopf nach der Erfindung weist somit einen den magnetischen Fluß führenden Leitköper auf, der nach Art eines gepolten Relais mit steuerbarem Nebenschluß ausgelegt ist. Die Lese- und Schreibfunktion werden dabei durch eine gesonderte Lese- bzw. Schreibspulen­ wicklung ausgeübt, welche zur Begrenzung ihrer gegen­ seitigen Beeinflussung durch den steuerbaren Neben­ schluß voneinander entkoppelt sind. Zur Ausübung der Schreibfunktion wirkt der erfindungsgemäße Magnetkopf vorteilhaft wie ein sogenannter Einzel-Pol-Kopf, in­ dem die Flußrückführung über den magnetischen Neben­ schluß dadurch unterbrochen wird, daß dessen magne­ tisches Material mit verhältnismäßig niedrigem Curie- Punkt über die entsprechende Temperatur hinaus erhitzt wird. Für die Lesefunktion kann der Magnetkopf in be­ kannter Weise vorteilhaft als Ringkopf betrieben wer­ den, der aus den beiden Magnetschenkeln des Leitkörpers und dem Nebenschluß gebildet wird, wobei der Neben­ schluß kalt und damit magnetisch leitend ist. Auf diese weise wird ein verhältnismäßig starkes Lesesignal er­ halten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Magnetkopfes nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur schematisch ein Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Schreib-/Lese-Magnetkopfes als Längs­ schnitt veranschaulicht ist.

Bei dem in der Figur wiedergegebenen Magnetkopf wird von an sich bekannten Ausführungsformen für das Prinzip der senkrechten (vertikalen) Magnetisierung ausgegangen.

Der in der Figur allgemein mit 2 bezeichnete Kopf, der z.B. während seiner Schreibfunktion gezeigt sein soll; befindet sich auf einer Flachseite eines Substratkör­ pers 3, der z.B. die Stirnseite oder die Rückseite eines gebräuchlichen, als Flugkörper bezeichneten Elementes bildet, das in der Figur nur als Teil ange­ deutet ist. Dieser Kopf ist relativ zu einem an sich bekannten, vertikal zu magnetisierenden Aufzeichnungs­ medium M in geringer Flughöhe f von beispielsweise 0,2 µm über einer Speicherschicht 4 dieses Mediums M längs einer Spur zu führen. Zum Beispiel wird das Aufzeichnungs­ medium M unter dem Kopf hinweggeführt. Die relative Be­ wegungsrichtung des Aufzeichnungsmediums M bezüglich des Magnetkopfes 2 ist durch eine mit v bezeichnete gepfeilte Linie angedeutet.

Der Magnetkopf 2 weist einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper 6 mit zwei Magnetschenkeln 7 und 8 auf, welche weitgehend und insbesondere an ihren dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Enden 9 und 10 zu­ mindest annähernd senkrecht zur Oberfläche des Auf­ zeichnungsmediums M ausgerichtet sind und dort jeweils einen Magnetpol P₁ bzw. P₂ bilden. Zwischen diesen Schenkelenden ist ein Luftspalt 11 mit vorteilhaft ge­ ringer longitudinaler, d.h. in Bewegungsrichtung v weisender Weite w von unter 1 µm, insbesondere unter 0,3 µm ausgebildet. Auf der dem Aufzeichnungsmedium M abgewandten Seite des Leitkörpers 6 sind die Magnet­ schenkel 7 und 8 in bekannter Weise an ihren entspre­ chenden Enden 12 und 13 aneinandergefügt. In Bereichen 14 und 15 zwischen diesen Enden 12 und 13 sowie den Enden 9 und 10 der Magnetschenkel sind bis auf eine vorbe­ stimmte mittlere Zone 16 des Magnetkopfes 2 die Ab­ stände zwischen den Magnetschenkeln 7 und 8 gegenüber der Spaltweite w erweitert, indem z.B. der hinsichtlich der Bewegungsrichtung rükwärtige, äußere Magnet­ schenkel 8 in diesen Bereichen auf einen größeren Abstand a bzw. a′ bezüglich des inneren, im wesent­ lichen auf dem Substratkörper 3 liegenden Magnet­ schenkels 7 führt.

Erfindungsgemäß sind in der mittleren Zone 16 die bei­ den Schenkel 7 und 8 des Leitkörpers 6 so zusammenge­ führt, daß dort ein in der Figur durch eine verstärkte Linie 18 angedeuteter magnetischer Nebenschluß zwischen den beiden Magnetschenkeln ausgebildet ist. Außerdem soll erfindungsgemäß einer der Magnetschenkel, bei­ spielsweise der äußere Magnetschenkel 8 zumindest in der Zone 16 dieses Nebenschlusses 18 aus einem magne­ tisierbaren Material bestehen, das eine vorbestimmte, verhältnismäßig niedrige Curie-Temperatur T _c aufweist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das aus diesem speziellen Material bestehende Teilstück 8′ des Magnetschenkels 8 bis an das obere Schenkelende 13. Entsprechende Materialien sind z.B. besondere FeNi-Legierungen. So hat beispielsweise die unter dem Handelsnamen THERMOFLUX (eingetragenes Warenzeichen der Firma Vacuumschmelze GmbH, Hanau) bekannte Legierung einen Ni-Anteil von etwa 30%, wobei durch geringe Variation der Zusammensetzung eine Curie- Temperatur T _c zwischen 30°C und 120°C einstellbar ist (vgl. z.B. "Weichmagnetische Werkstoffe", Herausgeber: Vacuumschmelze GmbH, Verlag: Siemens AG, Berlin und München, 3. Auflage, 1977, insbesondere Seiten 128 und 290 bis 292). Für die Schreibfunktion wird dann das aus einem solchen Material bestehende Teilstück 8′ des Magnetschenkels 8 so stark erhitzt, daß seine Tempe­ ratur die Curie-Temperatur T _c beschreitet. Hierbei wird das Teilstück 8′ paramagnetisch, so daß es praktisch wie ein Luftspalt einen entsprechend hohen Widerstand für den magnetischen Fluß in dem Magnet­ schenkel 8 aufweist. Der Nebenschluß 18 zwischen den beiden Magnetschenkeln 7 und 8 ist somit über die Temperatur des Teilstückes 8′ des Magnetschenkels 8 steuerbar.

Für die Schreib- und Lesefunktion ist der Magnetkopf 2 mit einer Magnetspuleneinrichtung 20 versehen, welche aus zwei ein- oder mehrlagigen, flachen Spulenwick­ lungen 21 und 22 gebildet wird. Diese Spulenwicklungen sind untereinander zumindest weitgehend parallel an­ geordnet, wobei die Stromleiter dieser beiden Spulen­ wicklungen jeweils nur einem der Magnetschenkel 7 bzw. 8 zugeordnet, insbesondere um den jeweiligen Magnet­ schenkel gewickelt sind. Dabei sollen sich die Leiter der Lesespulenwicklung an dem das Teilstück 8′ mit dem Material vorbestimmter Curie-Temperatur enthaltenden Magnetschenkel befinden. Außerdem sind die Spulenwick­ lungen 21 und 22 vorteilhaft durch den steuerbaren Nebenschluß 18 voneinander entkoppelt, indem die Strom­ leiter der einen Spulenwicklung von den Stromleitern der anderen Spulenwicklung jeweils durch einen Magnet­ schenkelteil voneinander räumlich getrennt sind. Dem­ entsprechend erstrecken sich gemäß dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel die Stromleiter der Schreibspulenwicklung 21 durch eine zwischen dem schreibenden Magnetschenkel 7 und dem Substratkörper 3 ausgebildete Aussparung 24 sowie durch den Zwischen­ raum 25, welcher zwischen den Magnetschenkeln 7 und 8 zwischen deren gemeinsamen Enden 12, 13 und dem Neben­ schluß 18 in dem Bereich 15 liegt. In entsprechender Weise fahren die Stromleiter der Lesespulenwicklung 22 durch den Zwischenraum 26, welcher zwischen den Magnet­ schenkeln 7 und 8 zwischen deren Polenden 9 und 10 und dem Nebenschluß 18 im Bereich 14 ausgebildet ist. Der ürige Teil dieser Spulenwicklung 22 liegt dabei außer­ halb des Teilstückes 8′ des äußeren Magnetschenkels 8.

Um die Schreibfunktion lediglich mit dem Magnetschenkel 7 quasi als Einzel-Pol-Kopf auszuüben, kann die Er­ hitzung des Teilstückes 8′ des anderen Magnetschenkels 8 über die Curie-Temperaur T _c hinaus z.B. durch den Schreibstrom der Spulenwicklung 21 erfolgen. Selbst­ verständlich kann dieses Teilstück 8′ auch durch zusätzliche, in der Figur nicht dargestellte Einrich­ tungen zum Aufheizen auf die gewünschte Temperatur gebracht werden.

Darüber hinaus kann vorteilhaft für die Ausübung der Schreibfunktion in der Lesespulenwicklung 22 eine Stromflußrichtung eingestellt werden, die entgegen­ gesetzt zu der Stromflußrichtung in der Schreib­ spulenwicklung 21 ist. Auf diese Weise läßt sich nämlich der magnetische Widerstand in dem Magnet­ schenkel 8 noch weiter erhöhen und damit ein Mit­ schreiben dieses Schenkels entsprechend unter­ drücken. Der sich somit allein in dem schreibenden Magnetschenkel 7 einstellende magnetische Fluß ist in der Figur durch eine mit 28 bezeichnete gepfeilte Linie veranschaulicht.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Magnetkopfes wird vorteilhaft in an sich bekannter Dünnschicht- bzw. Dünnfilm-Technik vorgenommen. Die hierbei verwendeten Substratkörper bestehen z.B. aus TiC und Al₂O₃. Zum Aufbau der Magnetschenkel werden dünne Magnetschichten aus speziellen NiFe-Legierungen wie Permalloy (Ni/Fe-81/19) oder aus weichmagnetischen amorphen Mate­ rialien, z.B. aus FeB, durch Sputtern, Aufdampfen oder galvanische Abscheidung aufgebracht und jeweils durch nicht-magnetische Zwischenlagen voneinander getrennt. Die leichte Richtung der Magnetisierung kann z.B. beim Aufbringen der jeweiligen Schicht durch ein angelegtes Magnetfeld induziert werden. Sie liegt im allgemeinen immer senkrecht zur Richtung des magnetischen Flusses in dem magnetischen Leitkörper, d.h. im Bereich der Magnetpole P₁ und P₂ im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums M. Die aufge­ wachsenen unterschiedlichen Schichten werden durch an sich bekannte Techniken wie Fotolithographie, Plasma-, Ionenstrahl- oder naßchemisches Ätzen strukturiert und damit die Magnetschenkel des Kopfes ausgebildet. Zur Herstellung der für die Schreib- und Lesefunktion vor­ gesehenen Magnetspuleneinrichtung werden Schichten aus Cu oder Al oder Au abgeschieden und entsprechend strukturiert. Die einzelnen für den Aufbau des Magnet­ kopfes erforderlichen Isolationsschichten sind in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung weggelassen.

Von besonderem Vorteil für die Fertigungstechnologie des erfindungsgemäßen Magnetkopfes ist es, daß der zur Erfüllung der Lesefunktion erforderliche Teil des Kopfes hinsichtlich seiner Formgebung und Ausführung weitgehend bisher bekannten Longitudinalköpfen ent­ spricht. Insbesondere wird die Mehrlagentechnik für die Lese- und Schreibspulenwicklung durch die spezielle Auslegung des den Magnetfluß führenden Leitkörpers ent­ flochten.

Claims (8)

1. Schreib-/Lese-Magnetkopf mit einem schichtweisen Aufbau auf einem nicht-magnetischen Substrat für ein Aufzeichnungsmedium, das mit einer magnetisierbaren Speicherschicht versehen ist, in welche längs einer Spur Informationen durch senkrechte (vertikale) Magne­ tisierung einzuschreiben sind, welcher Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper mit zwei Magnetschenkeln aufweist, deren dem Aufzeichnungs­ medium zugewandten Pole in Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit vorbestimmtem Abstand untereinander angeordnet sind, und ferner eine Magnet­ spuleneinrichtung zum Schreiben und Lesen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

• α) die Magnetspuleneinrichtung (20) aus einer Schreib­ spulenwicklung (21) und einer Lesespulenwicklung (22) gebildet ist, wobei diese Wicklungen (21, 22) je­ weils einem der Magnetschenkel (7 bzw. 8) zuge­ ordnet sind,
• β) die beiden Magnetschenkel (7, 8) in einer mittleren Zone (16) zwischen ihren dem Aufzeichnungsmedium (M) zugewandten Enden (9, 10) und dem gegenüberliegen­ den Enden (12, 13) des Leitkörpers (6) so zusammen­ geführt sind, daß dort ein magnetischer Nebenschluß (18) zwischen den Magnetschenkeln (7, 8) ausge­ bildet ist und
• γ) der Magnetschenkel (8) mit der zugeordneten Lese­ spulenwicklung (22) zumindest in der mittleren Zone (16) des magnetischen Nebenschlusses (18) aus einem magnetisierbaren Material mit einer vorbestimmten Curie-Temperatur besteht, wobei Mittel vorgesehen sind, um das in dieser Zone (16) liegende Teilstück (8′) des Magnetschenkels (8) während der Schreib­ funktion über die Curie-Temperatur hinaus zu er­ hitzen.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erhitzung des in der mittleren Zone (16) liegenden Teilstücks (8′) des Magnetschenkels (8) aus dem Material mit der vorbe­ stimmten Curie-Temperatur der Schreibstrom der Schreib­ spulenwicklung (21) vorgesehen ist.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß besondere Einrichtungen zum Erhitzen des aus dem Material mit vorbestimmter Curie-Temperatur bestehenden Teilstückes (8′) des Magnetschenkels (8) vorgesehen sind.

4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß als Material mit vorbestimmter Curie-Temperatur für das Teilstück (8′) des einen Magnetschenkels (8) eine be­ sondere Eisen-Nickel-Legierung vorgesehen ist.

5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenwicklungen (21, 22) durch Teile der Magnetschenkel (7, 8, 8′) räumlich voneinander ge­ trennt sind.

6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß für die Schreibfunktion die Stromflußrichtung in der Lesespulenwicklung (22) entgegengesetzt zur Stromfluß­ richtung in der Schreibspulenwicklung (21) eingestellt ist.

7. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zumin­ dest teilweise sein den Magnetfluß führender Leitkörper (6) aus weichmagnetischem Material besteht.

8. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zumin­ dest teilweise sein den Magnetfluß führender Leitkörper (6) aus einem Material besteht, dessen leichte Magne­ tisierung zumindest weitgehend senkrecht zur Führungs­ richtung des Magnetflusses gerichtet ist.