NL8600390A

NL8600390A - Magneetkop met magnetoweerstandselement.

Info

Publication number: NL8600390A
Application number: NL8600390A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1987-09-16
Also published as: US4797766A; EP0238110A1; JPS62192017A; KR870008284A

Description

9 ΡΗΝ 11.645 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Magneetkop met magnetoweerstandselement."

De uitvinding heeft betrekking op een magneetkop in het bijzonder voor het lezen van informatie uit een magnetisch registratiemedium, welke magneetkop een magnetisch juk met twee op afstand van elkaar geplaatste benen omvat, waarvan de vrije uiteinden pooldelen 5 vormen ter weerszijden van een tussen de benen aanwezige leesspleet, welke magneetkop voorts een magnetoweerstandselement omvat, dat zich binnen het magnetische juk op een afstand van de pooldelen bevindt.

Uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7508533 (PHN 8086, herewith incorporated by reference) is een magneetkop van de in de aanhef 10 beschreven soort bekend. De werking van een dergelijke magneetkop berust op het gebruik van een op een niet-magnetisch substraat aangebracht stripvormig element van een ferromagnetisch, metallisch materiaal, dat in de nabijheid van een magnetisch registratiemedium wordt ge- — bracht voor het weergeven van de informatie-inhoud daarvan. Het magne-15 tische veld van het passerende registratiemedium brengt veranderingen in de magnetisatie-toestand van het element teweeg en moduleert de electrische weerstand ervan via het zogenaamde magnetoweerstandsef-fect. Dit betekent, dat het uitgangssignaal van een detectieschakeling, die met het magnetoweerstandselement is verbonden, een functie is van 20 de in het registratiemedium opgeslagen informatie.

Daar de verandering van de electrische weerstand van het magnetoweerstandselement onder invloed van een uitwendig magnetisch veld kwadratisch is, is het gebruikelijk om bij de weergave van signalen de werking van de magneetkop door linearisering van de weerstand-25 magnetisch veld karakterisitiek te verbeteren. Dit kan bij de bekende magneetkop bijvoorbeeld gerealiseerd worden door de as van gemakkelijke magnetisatie evenwijdig aan de lengte-as van het magnetoweerstandselement te leggen en door middelen in de vorm van equipotentiaalstrippen van goed geleidend materiaal aan te brengen. Een dergelijke methode is 30 bekend uit het artikel "The Barberpole, a linear magnetoresistive head" in IEEE Transactions on Magnetics, September 1975, Vol. Mag. 11, No. 5, biz. 1215-1217.

?· -- PHN 11.645 2

Hoewel door bijvoorbeeld de bovengenoemde methode van vóór-instellen het verband tussen de weerstandsverandering van het magneto-weerstandselement en de sterkte van het signaalveld in eerste benadering lineair gemaakt kan worden, wordt bij practische toepassing van de 5 bekende magnetoweerstandskop als bezwaar ondervonden dat het ruisniveau hoog is. Deze zogenaamde modulatieruis, ook wel Barkhausenruis genoemd, is het gevolg van het voorkomen van meer dan één magnetisch domein in het magnetoweerstandselement, waardoor verspringende domeinwanden ontstaan. Magneetkoppen van het hier aangeduide bekende type hebben voorts 10 meestal een? betrekkelijk kleine gevoeligheid voor kleine magneetvelden.

De uitvinding beoogt nu een magneetkop van het magnetoweer-standstype te verschaffen, die weergave met een goede signaal-ruisver-houding mogelijk maakt.

De magneetkop volgens de uitvinding heeft daartoe als ken-15 merk, dat het magnetoweerstandselement is gevormd door een op een tussen de benen van het magnetische juk opgesteld magnetisch tussenjuk aangebrachte laag Bi, waarbij de laag Bi zich gezien in lengterichting van de leesspleet aan weerszijden van die spleet uitstrekt, en waarbij de laag Bi zich althans tijdens bedrijf bevindt in een constant, dwars 20 op de laag Bi gericht magnetisch veld.

De optredende modulatieruis en de kleine gevoeligheid hebben uiteraard een ongunstige invloed op de signaal-ruisverhouding van de bekende magneetkop.

Door het toepassen van bismuth als magnetoweerstandsmateri- 25 aal wordt bereikt, dat de genoemde Barkhausenruis niet meer optreedt,

Bismuth is- immers een niet-magnetisch materiaal, waarin zich derhalve geen domeinwanden kunnen vormen.

Met het aanwezige constante, dwars op de laag Bi gerichte magnetische veld kan de weergave karakteristiek van het door de laag Bi 30 gevormde magnetoweerstandselement gelineariseerd worden, teneinde het werkpunt te verplaatsen naar een lineair gebied van de soortelijke electrische weerstand-magnetische veld curve. De soortelijke elec-trische weerstand ft van een bismuth element, zijnde bijvoorbeeld een laag, film of een draad, verandert in een magnetisch dwarsveld in bena-^ dering volgens Aft //° = k.H^, waarbij H de magnetische veldsterkte in Oersted voorstelt en waabij k^ 10”^ 0e“1. Bij een als voorbeeld genomen statisch dwarsveld met H=5000 Oe is af te leiden dat P. £ ft ft 4 ü fl w ^ u y O w v ΡΗΝ 11.645 3 *5 « τ> (λ / è Η) (Δ/°/<°) = KT4 Οβ-1.

Bovenstaande betekent, dat bij een geschikt gekozen constant magnetisch veld een kleine magnetische variatie daarop een grote weerstandsverandering oplevert en derhalve, dat de magneetkop een grote ge-5 voeligheid voor kleine magneetveldvariaties van het uit te lezen registratiemedium vertoont.

Beide bovengenoemde gunstige eigenschappen van de magneetkop volgens de uitvinding resulteren in een goede signaal/ruis verhouding van de magneetkop.

^ Hoewel het genoemde constante magnetische veld veroorzaakt kan worden door een om een kern gewikkelde electrische spoel, gaat de voorkeur uit naar een permanente magneet die tussen de benen van het magnetische juk is aangebracht. In verband met de meestal gewenste kleine afmetingen en relatief hoge veldsterkte zijn hoogwaardige magne- ten als Samarium-cobalt en Neodymium-ijzer-boor uitermate geschikt.

Een uit technologisch oogpunt aantrekkelijke uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de laag Bi bestaat uit twee althans nagenoeg rechthoekige strippen, welke zich ter weerszijden van de genoemde spleet bevinden. Het tussenjuk, dat uit een materiaal met een hoge mag-on netische permeabiliteit is gevormd, zoals CoZr, en de laag Bi kunnen door een dunne film techniek op de magneet aangebracht worden.

Een voorkeursuitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de laag

Bi bestaat uit twee althans nagenoeg rechthoekige strippen, welke zich ter weerszijden van de genoemde spleet bevinden.

25

Het kan voorts gewenst zijn, met name indien het tussenjuk electrisch geleidend is, dat tussen de laag Bi en het tussenjuk een electrisch isolerende tussenlaag is aangebracht.

De magneetkop volgens de uitvinding heeft voorts het kenmerk, dat de laag Bi nabij de genoemde spleet en voorts aan de aan 30 weerszijden van de spleet van elkaar afgekeerde einden is voorzien van electrische verbindingsgeleiders voor het opnemen van de laag Bi in een electrische schakeling voor het detecteren van weerstandsveranderingen, welke schakeling een stroombron omvat.

De uitvinding zal bij wijze van voorbeeld nader worden toe-35 gelicht aan de hand van de tekening, waarin

Fig. 1 een perspectivisch aanzicht van een magneetkop volgens de uitvinding toont, / > *1 j» '7 PHN 11.645 4

Fig. 2 een gedeelte van een vergrote doorsnede II-II volgens fig. 1 toont,

Fig. 3 een schematisch zijaanzicht van de magneetkop uit fig. 1 toont en 5 Fig. 4 een schematische voorstelling geeft van een bruikbare uitleesschakeling.

' De in figuur 1 getoonde magneetkop volgens de uitvinding is bestemd voor het detecteren van informatie representerende magneetvelden, bijvoorbeeld afkomstig van een magneetband 1. De magneetkop omvat 10’ een magnetisch juk 3 dat gevormd is uit twee helften, welke in het gebied 5 bijvoorbeeld door glas aan elkaar zijn gehecht. Het magnetische juk 3 vertoont twee op enige afstand parallel aan elkaar lopende benen 3A en 3B, waarvan de vrije uiteinden de pooldelen 3A1 resp. 3BT vormen. Tussen de beide pooldelen 3A1 en 3B1 bevindt zich een laag van 15 een niet-magnetiseerbaar materiaal, zoals glas en/of kwarts, welke laag een leesspleet 7 definieert. De dikte van deze laag, die tevens kan dienen om de benen 3A en 3B van het magnetische juk 3 aan elkaar te hechten kan in de orde van 3000l liggen. Het magnetische juk is vervaardigd uit een ferromagnetisch materiaal, bij voorkeur een ferriet, 20 zoals polykristallijn MnZn of NiZn ferriet. Uit fabricagetechnisch oogpunt kan het gewenst zijn, de pooldelen 3A1 resp. 3B1 aan de genoemde uiteinden van het magnetische juk 3 door het aanbrengen van een extra laag van bijvoorbeeld een eenkristallijn MnZn ferriet te vormen. De dikte van de bedoelde laag is in figuur 2 met de letter h aangegeven.

25' Tussen de beide benen 3A en 3B van het magnetische juk be vindt zich een centrale opening 9> waarin een permanente magneet 11 van een hoogwaardig permanent magnetisch materiaal, zoals samarium-cobalt, is bevestigd. De magneet is rechthoekig van doorsnede en zodanig gepositioneerd dat een symmetrievlak daarvan samenvalt met het vlak waarin 30 de spleet 7 ligt. In figuur 1 is door middel van een pijl M een mogelijke magnetische richting van de magneet 11 aangeduid. Uit praktische overwegingen kan de magneet 11, welke slechts kleine afmetingen heeft, opgesloten zijn tussen twee substraten, teneinde zijn bevestiging te vergemakkelijken. Tevens kan de magneet 11 enigszins wigvormig van vorm 35 zijn.

De magneet 11 is aan zijn naar de spleet 7 toegekeerde pool-zijde bedekt met een een tussenjuk 13 vormende laag van een materiaal ' o 3 ) ü PHN 11.645 5 met een hoge magnetische permeabiliteit, zoals legeringen op Ni-Fe basis, legeringen op Al-Fe-Si basis, amorfe magnetische legeringen, en ferrieten. De dikte van het tussenjuk 13 is in figuur 2 met de letter a aangegeven.

5 Op het tussen juk 13 is een uit twee rechthoekige strippen 15A en 15B bestaande laag Bi aangebracht. De laag Bi kan in afhankelijkheid van de materiaalkeuze van het tussenjuk 13 direct of indirect op het tussenjuk 13 aangebracht zijn. Bestaat het tussenjuk 13 namelijk uit een electrisch geleidend materiaal, dan is een electrisch isoleren-M de tussenlaag noodzakelijk. Een dergelijke tussenlaag is in de figuren terwille van de duidelijkheid weggelaten. De strippen 15A en 15B bevinden zich aan weerszijden van de spleet 7 en liggen aan tegen de delen 3A1 en 3B1 van het magnetische juk 3·

Ter illustratie worden bij wijze van voorbeeld een aantal mogelijke afmetingen van enkele van de genoemde onderdelen van de mag-neetkop volgens de uitvinding vermeld: de dikte van de pooldelen h =? 10 pm de dikte van de laag Bi £ * 300 1 ~ de dikte van het tussenjuk a s 10 pm 2fl de breedte van de magneet b = 10 - 30 pm

Bij voorkeur zijn de permanente magneet 11, het tussenjuk 13 en de strippen 15a en 15B zodanig onderling en binnen het magnetische juk 3 gepositioneerd, dat de veldlijnen van het van de magneet 11 afkomstige constante magneetveld zich symmetrisch verdelen over de laag 25

Bi. De magnetische veldlijnen zijn via het magnetische juk 3 gesloten, zoals schematisch in figuur 3 is weergegeven met twee van de bedoelde veldlijnen, aangeduid met het cijfer 17. Tijdens het uitlezen van de magneetband 1 komt de laag Bi via de pooldelen 3A1 en 3B1 in fluxkoppe-ling met de magneetband, waarvan het informatie representerende wisse-lende magneetveld de weerstand van de magnetoweerstandsstrippen T5A en 15B beïnvloedt. In figuur 3 is een veldlijn 19 van het bedoelde wisselend magneetveld schematisch aangegeven. Zoals uit figuur 3 duidelijk zal zijn veroorzaakt het tegelijk aanwezig zijn van het genoemde constante magneetveld en het wisselend magneetveld afkomstig van de mag-35

neetband een anti-symmetische magnetische fluxverdeling in de laag Bi, omdat het wisselende magneetveld in de ene strip 15A of 15B tegen het constante magneetveld instaat en tegelijkertijd in de andere strip 15B

* · \ PHN 11.645 6 fjf . --- .-235 of 15A met het constante magneetveld meeloopt. Dit effect leidt tot een asymmetrisch wisselende soortelijke weerstandsverandering van het bismuth in de strippen 15A en 15B en derhalve tot een asymmetrisch wisselende weerstandsverandering van beide strippen.

5 Door de strippen 15A en 15B electrisch aan te sluiten op een geschikte schakeling kan de gesignaleerde asymmetrisch wisselende weerstandsverandering omgezet worden in een uitgangsspanning welke een maat is voor het informatie representerende wisselende magneetveld afkomstig uit de magneetband 1. Een mogelijke schakeling is schematisch weergege-10 ven in Fig. 4.

De schakeling kan een op zichzelf bekende brugschakeling zijn, waarin de twee strippen 15A en 15B met verbindingsgeleiders 21A resp. 21B electrisch gekoppeld zijn met twee weerstanden Ra resp. R^ en waarin de twee strippen met een verbindingsgeleider 23 direct en met 15 een geleider 25 indirect met een stroombron 27 zijn verbonden. De geleiders 21A en 21B, die zich aan het van de spleet 7 afgekeerde einde van de strippen 15A resp. 15B bevinden en de geleiders 23 die zich aan het naar de spleet 7 toegekeerde einde van de strippen bevinden kunnen van Au zijn, dat op de laag Bi is neergeslagen (zie ook figuur 2). De 20 getoonde schakeling volgens figuur 4 levert bij geschikt gekozen parameters een uitgangssignaal Vu dat de weerstandsveranderingen van de strippen 15A en 15B representeert als functie van het wisselende magnetische veld van de magneetband 9.

In een praktijkgeval is een relatieve weerstandsverandering 25 van beide bismuth strippen in een brugschakeling gemeten van Δ R/R s: ΙΟ"1* per Oersted flux in de laag Bi. Bij een voorspanning van 100 mV resulteerde dat in een uitgangssignaal van 10"5 Volt/Oe.

Opgemerkt wordt, dat andere dan het hier getoonde uitvoe-ringsvoorbeeld van de magneetkop volgens de uitvinding mogelijk zijn.

30 Zo is bijvoorbeeld een uitvoeringsvorm raogelijk, waarin de laag Bi als een doorlopende strip is uitgevoerd, waarbij slechts drie verbindingsgeleiders aanwezig behoeven te zijn, namelijk één tegenover de spleet en één aan elk van de van de spleet afgekeerde einden van de strip. Voorts wordt nog opgemerkt, dat toepassing van de magneetkop niet be-3i> perkt hoeft te zijn tot het uitlezen van een magnetisch medium. Door het om het magnetische juk aanbrengen van een spoel kan de magneetkop tevens als schrijfkop gebruikt worden, waarbij de in deze aanvrage als leesspleet aangeduide spleet tevens als schrijfspleet kan fungeren.

' 'J *J

Claims

1. Magneet kop in het bijzonder voor het lezen van informatie uit een magnetisch registratiemedium, welke magneetkop een magnetisch juk met twee op afstand van elkaar geplaatste benen omvat, waarvan de vrije uiteinden pooldelen vormen ter weerszijden van een tussen de be-5 nen aanwezige leesspleet, welke magneetkop voorts een magnetoweer-standselement omvat, dat zich binnen het magnetische juk op een afstand van de pooldelen bevindt, met het kenmerk, dat het magnetoweerstands-element is gevormd door een op een tussen de benen van het magnetische juk opgesteld magnetisch tussenjuk aangebrachte laag Bi, waarbij de 10 laag Bi zich gezien in lengterichting van de leesspleet aan weerszijden van die spleet uitstrekt, en waarbij de laag Bi zich althans tijdens bedrijf bevindt in een constant, dwars op de laag Bi gericht magnetisch veld.

2. Magneetkop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een 15 permanente magneet aanwezig is tussen de benen van het magnetische juk voor het opwekken van het genoemde constante magnetische yeld, welke magneet een dwars op de laag Bi georienteerde magnetische as vertoont.

3· Magneetkop volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het ge- “ noemde tussenjuk is aangebracht op de permanente magneet, welke zelf 20 bevestigd is op het magnetische juk.

4. Magneetkop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag Bi bestaat uit twee althans nagenoeg rechthoekige strippen, welke zich ter weerszijden van de genoemde spleet bevinden.

5. Magneetkop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen 25 de laag Bi en het tussenjuk een electrisch isolerende tussenlaag is aangebracht.

6. Magneetkop volgens conclusie T, met het kenmerk, dat de laag Bi nabij de genoemde spleet en voorts aan de aan weerszijden van de spleet van elkaar afgekeerde einden is voorzien van electrische verbin- 30 dingsgeleiders voor het opnemen van de laag Bi in een electrische schakeling voor het detecteren van weerstandsveranderingen, welke schakeling een stroombron omvat. 35