DE2510594A1

DE2510594A1 - Duennschicht-magnetkopf

Info

Publication number: DE2510594A1
Application number: DE19752510594
Authority: DE
Inventors: Saeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Compagnie Internationale pour lInformatique
Current assignee: Compagnie Internationale pour lInformatique
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-11
Publication date: 1975-09-18
Also published as: NL7502469A; DE2510594C2; US3975773A; GB1468634A; JPS50123416A; BE826460A; IT1030305B; FR2264350B1; FR2264350A1; JPS579130B2

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Patentanwälte t · 8CC0 M0r.eh..i SO. 11. März 1975

Ern»berger»traß« 19 Telegramm·: Labyrinth München

fohfoni 8315 10

Ut*x: 5212226 prhl d ^. _

Postjchedkonto: München 1170 78-800 25105 94

Bank: Deutsdw Bank, München 66/05000 ^

COMPAGNIE INTERNATIONALE
POUE L'INPORMATIQUE

68, Route de Versailles

78450 lOUVEOIENNES /Frankreich

Unser Zeichen; 0 3057

Dünnschicht-Magnetkopf

Die Erfindung betrifft Dünnschicht-Magnetköpfe und bezweckt die Schaffung von Magnetköpfen mit einer neuartigen Struktur, die sich besonders gut für die Punktion des Schreibens auf ablaufenden magnetischen Aufzeichnungsträgern eignet, und zwar sowohl bei Digitalaufzeichnung als auch bei Analogaufzeichnung.

Der Luftspalt der Aufzeichnungsmagnetköpfe hat im typischen Pail eine Breite, die in der Größenordnung von einigen Mikrons liegt. Die Polteile der üblichen Magnetköpfe haben Dicken von der Größenordnung eines Millimeters, wogegen die Polteile der Dünnschichtmagnetköpfe (manchmal auch'integrierte Magnetköpfe" genannt) eine Dicke von der Größenordnung einiger Mikrons haben, die also in der gleichen Größenordnung wie die Breite des Luftspalts liegt.

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Lei/Gl

Während ferner bei den üblichen Magnetköpfen die Richtung des Magnetiaierungsvektors parallel zu der Stirnebene liegt, steht sie bei den Dünnschichtmagnetköpfen senkrecht zu der Stirnebene.

Dies hat zur Folge, daß bei den Dünnschichtmagnetköpfen ein allgemeiner Mangel, der bei beiden Arten von Magnetköpfen besteht, aber bei den üblichen Magnetköpfen als unbedeutend angesehen werden kann, eine schwerwiegende Bedeutung erhält. Zum besseren Verständnis sei auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung Bezug genommen, die für einen üblichen Magnetkopf (Fig. 1) und für einen Dünnschichtmagnetkopf (Fig. 2) die räumliche Verteilung des Magnetfelds beim Schreiben darstellen und das entsprechende Diagramm des Verlaufs der Feldstärke und des Feldstärkegradienten entlang einer Achse zeigen, die in der Stirnebene liegt und die gleiche Richtung,wie die Relativbewegung des magnetischen Aufzeichnungsträgers in Bezug auf diese Ebene hat.

Aus diesen Figuren ist festzustellen, daß in beiden Fällen das Feldlinienbild des vom Magnetkopf beim Aufzeichnen oder Schreiben erzeugten Magnetfeldes eine Feldzone enthält (die willkürlich positiv gezeigt und mit der Markierung (+) bezeichnet ist), die zwischen zwei Linien O der Feldstärke ETuIl enthalten ist, sowie zwei Feldzonen (die willkürlich negativ gezeigt und mit der Bezeichnung (~) bezeichnet sind), die zu beiden Seiten der linien der Feldstärke Null liegen und zwar jeweils auf der anderen Seite als die Feldzone 0, die von der Magnetkopfstruktur nach außen gerichtet ist.

Diese Linien gleicher Feldstärke sind offensichtlich sjrtnraetrisch in Bezug auf eine y-Achse, die senkrecht zu der Stirnebene in der Mittelebene des Luftspalts liegt;

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wenn man diese linien gleicher Feldstärke auf eine x-Achse orientiert, die in der Stirnebene parallel zu der Vorschubrichtung des Magnetaufzeichnungsträgers liegt, erhält man die Feldhöhenlinien Hx als Punktion von x, die unter den Feldlinienbildern in Fig. 1 und 2 mit übereinstimmenden Abszissen dargestellt sind;" man stellt fest, daß die Feldstärke und der Gradient der "negativen" Felder unter den Dünnschichtmagnetköpfen größer als unter den üblichen Magnetköpfen sind. Dies ergibt sich insbesondere aus den Orientierungen der Magnetisierungsvektoren M, die bei den verschiedenen Magnetkopfarten senkrecht zueinander liegen, und aus.dem Unterschied der Abstände X1 (bei einem üblicheft Magnetkopf) und X2 (bei einem Dünnschichtmagnetkopf) zwischen dem Außenrand der Stirnebene und dem Ausgangspunkt der Feldlinie Null von dem betreffenden Polteil: X2 ist offensichtlich sehr viel kleiner als X1. Nun sind es aber die Felder, die sich in der von den Feldlinien Null abgegrenzten Zone befinden, welche die Aufzeichnungsschicht auf dem unter dem Magnetkopf vorbeilaufenden Aufzeichnungsträger sättigen; dieser Aufzeichnungsträger ist bei S in Fig.1 angedeutet. Wenn die außerhalb der Feldlinien WuIl liegenden Felder die Aufzeichnungsschicht nach dieser Sättigung erreichen können, können sie die Schicht entmagnetisieren. Dieser Mangel wird bei den üblichen Magnetköpfen dadurch verringert, daß die Feldstärke und der Gradient dieser Magnetfelder im Vergleich zu den Sättigungsfeldern klein sind. Dies gilt nicht mehr für die Dünnschichtmagnetköpfe, wie aus dem Diagramm für Hx in FigV 2 erkennbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Dünnschicht-Magnetkopf struktur, die eine derartige Änderung des Aufzeichnungs-Feldlinienbildes ergibt, daß die Feldstärke und der Gradient (entlang der x-Achse) der außerhalb der

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Feldlinien Null liegenden Felder besonders stark herabgesetzt sind, und daß ihre Auswirkungen auf den Aufzeichnungsträger wenigstens in der Vorschubrichtung des Aufzeichnungsträgers praktisch zu Mull gemacht werden.

Each der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Struktur des Dünnschicht-Magnetkopfes so ausgebildet wird, daß wenigstens diejenige der Feldlinien Null, die in der Vorschubrichtung des Aufzeichnungsträgers (falls nur, eine Vorschubrichtung besteht) hinten liegt, mit der Stirnebene des entsprechenden Polteils zusammenfällt und dann in Bezug auf die Seitenfläche dieses Polteils ansteigt. Damit dies erreicht wird, wird eine hochpermeable Schicht, die magnetisch von dem Polteil entkoppelt ist, parallel zu dieser Seitenfläche angeordnet, wodurch die Kanalisation der Feldlinien erhalten wird, die außerhalb des Raumes liegen, der durch die Feldlinien Null auf dieser Seite des Magnetkopfes über der x-Achse abgegrenzt wird.

Bei einem Dünnschicht-Magnetkopf liegt die Erregerwicklung zwischen den Polteilen, wie bei B in Fig. 2 angedeutet ist. Damit jede Störung der hochpermeablen Schicht durch die von den Schreibströmen in dieser Wicklung erzeugten Felder vermieden wird, wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung eine Abschirmung zwischen dem Polteil und der hochpermeablen Sohicht eingefügt, oder diese Schicht wird noch besser aus mehreren elementaren Schichten gebildet, von denen jede eine geringe Dioke hat und magnetisch von der nächsten Schicht im Stapel entkoppelt ist, wobei die Gesamtdicke der elementaren Schichten ausreichend groß iBt, um die Kanalisation des Magnetflusses in gleicher Weise und mit der gleichen Wirksamkeit zu gewährleisten, wie dies duroh die einzige hochpermeable Schicht geschieht.

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— ο —

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren 3 bis 5 der Zeichnung. In diesen Figuren zeigen:

Fig. 3 eine Dünnschicht-Magnetkopfstruktur mit einer ■ einzigen hochpermeablen Schicht,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Eigenschaften der hochpermeablen Schicht bei der Magnetkopfstruktur von Fig. 3 und

Fig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform der Magnetkopfstruktur von Fig. 3 durch Unterteilung der hochpermeablen Schicht in mehrere hochperraeable Schichten geringerer Dicke, wobei der Schichtenstapel von sich aus die erforderliche Abschirmung gegenüber den von der Kopfwicklung ausgehenden Schreibfeldern ergibt.

Fig. 3 zeigt den Dünnschicht-Magnetkopf in einer !Deilschnittansicht, wobei die Schnittebene senkrecht zu der Stirnebene liegt. Der Magnetkopf enthält zwei Polteile 1 und 2 aus einem Material großer Permeabilität, beispielsweise Permalloy, und diese Polteile begrenzen den Luftspalt, in dem eine Wicklung 3 aus Flachleitern gebildet ist. Die ganze Struktur ist in einer inzwischen bekannt gewordenen Technologie ausgebildet, die darin besteht, daß auf ein nicht dargestelltes unmagnetisches Substrat der Reihe nach dünne Schichten aufgebracht werden, die das erste Polteil 1, die spiral- oder schraubenförmige Flachwicklung 3 mit isolierten Windungen und das zweite Polteil 2 bilden. Das Aufbringen der Schichten kann dadurch erfolgen, daß die Bestandteile der Schichten

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über geeignete Masken thermisch aufgedampft werden, wie beispielsweise in der PR-OS 72 23939 beschrieben ist. Als Anhaltspunkt sei erwähnt, daß jedes der Polteile 1 und 2 eine Dicke in der Größenordnung von 5 Mikron haben kann, und daß die Breite des Luftspalts, d.h. seine Abmessung in der Vorschubrichtung des Aufzeichnungsträgers, beispielsweise in der Größenordnung von 3 bis 4 Mikron liegen kann. Wenn der Schreibstrom durch die Wicklung 3 fließt, werden die Polteile 1 und 2 gesättigt, mit Ausnahme an ihren Enden in der Zone c, wo unter der Einwirkung der entmagnetisierenden Felder die Magnetisierung gestört wird. In dieser Zone c sind die magnetischen Ladungen beträchtlich groß, und die Verteilung dieser Ladungen definiert das zuvor erwähnte Feldlinienbild. Der Aufzeichnungsträger muß natürlich durch die mit (?) bezeichnete Zone laufen, und damit der zuvor erläuterte Mangel vermieden wird, darf er nach seinem Durchgang durch die Zone (+) nicht mehr durch eine mit φ bezeichnete Zone laufen.

Zu diesem Zweck ist an der Seite des Stapels, der in Bezug auf die Yorschubrichtung des Aufzeichnungsträgers hinten liegt, eine hochpermeable Schicht 4 angeordnet; diese Schicht 4 wird bei der Herstellung hinzugefügt, nachdem auf der Seite des Polteils 2 eine nichtmagnetische Abstandsschicht 5 gebildet worden ist. Die Schicht hat eine so große Dicke, daß eine magnetische Entkopplung zwischen dem Polteil 2 und der Schicht 4 gewährleistet ist, damit die Schicht 4 die Feldlinien Q kanalisieren kann und dadurch die Feldlinien Null bis auf die Stirnebene entlang dem Polteil 2 zurückdrängt und dann über dieses Niveau ansteigen läßt, das der x-Achse von Fig. 1 und 2 entspricht.

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Die Schicht 4 besteht vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise, aus dem gleichen magnetischen Material wie die Polteile, da auch diese Polteile "bereits eine große Permeabilität haben. Infolge ihrer Dicke kann aber die Schicht 4 die Flußlinien (^) kanalisieren, die vom Polteil 2 ausgehen; zu diesem Zweck wird diese Dicke so gewählt, daß die Anisotropiefeldstärke Hk der Schicht möglichst klein ist, unter Berücksichtigung der Anisotropiefeldstärke der Schichten, welche die Polteile 1 und 2 bilden. Wenn.die Schichten durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht werden, was für die Bildung der Dünnschichtmagnetköpfe ein besonders vorteilhaftes Verfahren darstellt j wächst der Wert Hk einer magnet isch'en Schicht mit der Dicke der Schicht. Fig. 4 zeigt zur Erläuterung die Änderung der Anisotropiefeldstärke Hk als Funktion der Dicke, ausgedrückt in Mikrons, für Permalloy. Es ist zu erkennen, daß bis zu einer Dicke in der Größenordnung von 5 Mikron der Wert von Hk im wesentlichen konstant ist und zwei Örsted nicht oder nur sehr wenig überschreitet. Andererseits ergibt eine vernünftige Abschätzung der Flußstärke in einem Bereich (^) einen Viert von etwa 3·10 Maxwell/cm in der Querrichtung (senkrecht zur Zeichenebene), was sich nach einer in der Magnetbandtechnik gebräuchlichen Formulierung auch in der Form 3000 u X G ausdrücken läßt. Eine Perraalloyschicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,5 Mikron kann ohne weiteres einen Fluß in der Größenordnung von 5·10 Maxwell/cm orthogonal kanalisieren. Die Schicht kann also mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,5 Mikron ausgebildet werden, wodurch die gestellten Bedingungen vollkommen erfüllt werden.

Damit die Schicht diese Funktionen in vollkommener Weise erfüllt, ist es Jedoch außerdem noch notwendig, daß sie im Raum magnetisch isoliert ist. Bei einer Dünnschicht-

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Magnetkopfstruktur "befindet sie sich aber in der Nähe der Wicklung. Bei Polteilen, deren Dicke jeweils in der Größenordnung von 6 Mikron liegt, hat die Zwischenschicht 5 eine Dicke in der Größenordnung von 0,8 bis 1 Mikron oder etwas mehr, und die Schicht 4 befindet sich somit in einem Abstand von etwa 7 bis 8 Mikron von der Wicklung. Der Schreibstrom in der Wicklung könnte daher die Schicht 4 stören, insbesondere durch Ablenkung ihres Magnetisierungsvektors, und demzufolge ihre Permeabilität im Takt dieses Schreibstroms ändern. Es wird dann zusätzlich vorgesehen, zwischen das Polteil 2 und die Schicht eine magnetische Abschirmung einzufügen.

Eine solche Abschirmung kann ihrerseits die Porm einer dünnen anisotropisohen Schicht großer Permeabilität haben. Es ist dann insbesondere vorgesehen, öine solche Magnetschichtstruktur zur Abschirmung und Flußablenkung in Form eines Stapels von dünnen magnetischen Schichten großer Permeabilität auf dem betreffenden Polteil des Magnetkopfes zu bilden, zwischen die nichtraagnetische Schichten aus SiO, SiOp» Gr oder ähnlichen Materialien eingefügt sind. Somit spielt jede dünne Magnetschicht in dem Maße, wie der Wert des von der Wicklung ausgehenden Feldes ansteigt, die Rolle einer Abschirmung und die Rolle einer Magnetflußablenkung. Pig. 5 zeigt eine solche Anordnung, bei der als Beispiel angenommen ist, daß

sie fünf dünne hochpermeable magnetische Schichten 4 ς

bis 4 enthält, zwischen die nichtmagnetische Zwischen-

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schichten 5 bis 5 eingefügt sind. Jede magnetische Schicht kann dann eine Dicke in der Größenordnung von beispielsweise 1000 Angström haben, und jede Schicht 5 kann wiederum als Beispiel eine Dicke von der Größenordnung eines Mikron haben. Jede dünne Schicht 4 hat einen kleinen Wert der Anisotropiefeldstärke (siehe

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Diagramm von Pig. 4). Auf diese Weise ist es unnötig, den Wert der addierten Dicke der !Deilschichten 4 über 0,5 Mikron zu erhöhen.

Die Wirkungsweise läßt sich wie folgt erläutern: Es wird angenommen, daß das von der Wicklung erzeugte Erregerfeld gleichförmig wächst, obwohl in der Praxis dieses Feld natürlich je nach den Aufzeichnungsbedingungen schwankt. Wenn das Erregerfeld klein ist, wird die Magnetisierung der Schicht 4 nicht gestört, und diese Schicht spielt die Rolle einer hochpermeablen Flußablenkungsschicht; sie ist nicht gesättigt. Die übrigen Schichten spielen überhaupt keine Rolle, da sie sich in einem Gebiet befinden, in dem keine Magnetfelder bestehen. Wenn das Erregerfeld zunimmt, wird die Magnetisierung der Schicht 4 gestört, aber dieses Feld, das sehr stark

verringert ist, wird auf der Höhe der Schicht 4 kanalisiert, die dann die Rolle spielt, welche zuvor die Schicht 4 bei einem kleineren Wert des Erregerfeldes spielte. Wenn das Erregerfeld noch weiter zunimmt, wird die Schicht 4¹ gesättigt, die Schicht 4² ist teilweise

•z.

gesättigt und die Schicht 4 übernimmt die Rolle der Flußablenkungsschicht; dies setzt sich mit zunehmender Erhöhung des Erregerfeldes fort. Es ist zu erkennen, daß jede Schicht 4 die doppelte Rolle einer magnetischen Abschirmung (bei Sättigung) und einer magnetischen Flußablenkung (außerhalb der Sättigung) spielt. Die Zustände der Schichten ändern sich allmählich ohne Unstetigkeit, und sie folgen den Änderungen des wirklichen Schreibstroms in der Wicklung.

Es ist natürlich nicht zwingend erforderlich, daß, die unterteilten Schichten 4 alle die gleicheDicke und die gleichen Abstände haben.

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Wenn der Magnetkopf so ausgebildet sein muß, daß er mit einem Aufzeichnungsträger zusammenwirken kann, der in beiden Richtungen abläuft, wird der gleiche zusätzliche Stapel auch auf der Seite des Polteils 1 angebracht, wie in Pig« 3 schematisch bei 40 angedeutet ist.

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Claims

Patentansprüche

Dünnschicht-Magnetkopf, insbesondere für das Schreiten auf Aufzeichnungsträger, die vor seiner Stirnebene vorbeilaufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne magnetische Schicht großer Permeabilität, die eine Magnetflußkanalisation bewirkt, parallel zu einer Seitenfläche des Polteils des Magnetkopfes und von dieser Seitenfläche magnetisch entkoppelt in der Ablaufrichtung des Aufzeichnungsträgers hinter dem Magnetkopf angeordnet ist.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplung durch eine nichtmagnetische Schicht zwischen der betreffenden Fläche des Polteils und der Schicht großer Permeabilität bewirkt wird.
3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Polteilen, deren Dicke in der Größenordnung von etwa 5 Jim liegt, die Dicke der Schicht großer Permeabilität in der Größenordnung von einem halben Mikron und die Dicke der nichtmagnetischen Schicht in der Größenordnung von 1 Mikron liegt.
4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine magnetische Abschirmung für die Schicht großer Permeabilität und das Polteil enthält, und daß die Abschirmung durch das Erregerfeld sättigbar ist, das von der Wicklung des Magnetkopfes ausgeht, die zwischen dessen Polteilen liegt.
5» Magnetkopf nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß . die aus der Magnetschicht großer Permeabilität und der Abschirmung gebildete Anordnung durch einen Stapel von

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magnetischen Teilschichten gebildet ist, die magnetisch voneinander durch nichtmagnetische Zwischenschichten entkoppelt sind, wobei jede Teilschicht als Magnetflußkanalisation wirkt, wenn sie nicht gesättigt ist, und ale magnetische Abschirmung, wenn sie gesättigt ist, und daß die Dicken der Teilschichten sich zur Kanalisierung des vom Magnetkopf oberhalb seiner Stirnebene ausgehenden Maximalflusses addieren.
6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetschicht großer Permeabilität aus einem anisotropischen Material besteht.

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