DE2615539C2

DE2615539C2 - Magnetkopf mit magnetoresistivem Element

Info

Publication number: DE2615539C2
Application number: DE2615539A
Authority: DE
Inventors: Frederik Willem Eindhoven Gorter
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1986-01-16
Also published as: US4142218A; FR2308158A1; GB1545295A; JPS51124410A; JPS5713048B2; DE2615539A1; FR2308158B1; CA1076252A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein magnetoresistives Element besteht aus einem auf einem nichtmagnetischen Substrat angebrachten dünnen, streifenförmigen, magnetisch anisotropen Film aus ferromagnetischem Material, wie Ni-Fe, der in unmittelbarer Nähe eines oder in Berührung mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium gebracht wird. Das Feld des Aufzeichnungsmediums ruft Änderungen in der Magnetisierungsrichtung des Filmes hervor und moduliert dessen Widerstand über den Magnetowiderstandseffekt Auf diese Weise nimmt das Ausgangssignal einer

ίο elektrischen Schaltung, die mit dem Element verbunden ist, die Form von Strom- oder Spannungsschwankungen an, welche die in dem Aufzeichnungsmedium gespeicherten Daten darstellen.

Da die Änderung des Widerstandes eines magnetoresistiven Elements unter dem Einfluß eines Magnetfeldes mehr oder weniger quadratisch ist, wurde bereits vorgeschlagen, bei analoger Aufzeichnung die Wirkung durch Linearisierung des Elements zu optimieren. Dazu ist es notwendig, daß die Magnetisierungsrichtung in der Ruhelage einen Winkel von etwa 45° mit der Richtung des Stromdurchgangs durch das Element einschließt (Voreinstellung im Arbeitspunkt).

Aus der US-PS 38 13 692 ist eine magnetoresistive Wandleranordnung bekannt, deren magnetoresistives Element zwei Hälften aufweist, die auf symmetrisch liegende Arbeitspunkte der Kennlinie voreingestellt sind. Das bedeutet, daß cm einzelnes aufgenommenes Signal bzw. ein positiv beginnender Wechsel des Magnetflusses Ausgangssignale in den Elementhälften erzeugt, die 180° Phasendifferenz aufweisen. Bei der bekannten Anordnung wird in der Leseschaltung die Differenz der 180° Phasendifferenz aufweisenden Abschnittssignale gebildet: V₁ — (— V₂) = V, + V₇, wodurch sich ein Iinearisiertes Ausgangssignal ergibt. — Weiter wird bei der bekannten Anordnung die M R-Schicht magnetisch vorgespannt, in dem ein durch eine zu der MR-Schicht parallele elektrisch leitende Schicht fließender Strom ein Magnetfeld erzeugt, das auf die MR-Schicht einwirkt.

Aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 14, Nr. 8, Januar 1972, S. 2488—9, ist eine magnetische Abtastvorrichtung bekannt, in der zum Ausgleich einer Beeinflussung eines Magnetowiderstandselementes durch äußere Störfelder mindestens ein weiteres Magnetowiderstandselement derart angeordnet ist, daß es nicht die Magnetfelder des Aufzeichnungsmediums »fühlt«, wohl aber störende äußere Felder. Das Signal des zweiten Elementes wird zum Störungsausgleich von dem des ersten Elementes subtrahiert.

so Aus der DE-OS 24 30 612 ist ein Magnetkopf bekannt, bei dem zwei Magnetowiderstandselemente mit je einer Länge gleich der halben Spurbreite in Flucht angeordnet sind. Indem einem Differenzverstärker die beiden Signale zugeführt werden, wird eine Anzeige über die Lage eines solchen Magnetowiderstandgebildes über der Spur erhalten, was eine stetige Spurzentrierung ermöglicht. Bei diesen bekannten Magnetköpfen sind also Differenz-Schaltungen und Verstärker für ein gewünschtes Ausgangssignal erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf mit zwei magnetoresistiven Elementen zu schaffen, die automatisch eine Differenz der für jedes Element angebotenen Signalfelder bilden, aus der dann bedarfsweise entweder ein Störausgleich oder eine Spurzentrierung abgeleitet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst.
Dadurch, daß in den beiden Elementhälften des Kop-

fes Widerstandsänderungeo. hervorgerufen werden, die entgegengesetzte Vorzeichen haben, so daß die erzeugten Signale in ihren Phasen um 180° zueinander differieren, ist bei dem Magnetkopf nach der Erfindung die Anwendung eines Differenz-Verstärkers, wie bei den bekannten Magnetköpfen dieser Art, nicht erforderlich. Außerdem wird bei dem Magnetkopf nach der Erfindung jedds MR-Element elektrisch vorgespannt, wozu schräg verlaufende Äquipotentialstreifen vorgesehen sind, die den Strom zwingen, unter einem Winkel zur Längsrichtung des MR-Elementes zu fließen.

Insbesondere kann, wie oben dargestellt, das Prinzip nach der Erfindung mit Vorteil bei Magnetköpfen mit Positionskontrolle bzw. mit Störausgleich angewandt werden.

Eine zur Spurzentrierung bestimmte Ausführungsform des Magnetkopfes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elementhälften gleich lang sind und in Flucht liegen und daß ihre Gesamtlänge der Breite einer auf einem abzutastenden Aufzeichnungsmedium vorhandenen Datenspur entspricht, wobei die Elementhälften in Serie mit einer Stromquelle verbunden werden können und eine Spannung über den Endkontakten des durch die erste und die zweite Elementhälfte gebildeten Paares erzeugt wird, wenn das Paar nicht auf eine zu folgende Spur zentriert ist, und wobei von dieser Spannung steuerbare Positionierungsmittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe das Elementenpaar kontinuierlich auf eine zu verfolgende Spur zentrierbar ist

Eine zum Störausgteich bestimmte Ausführungsform des Magnetkopfes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkopf ein Substrat enthält, von dem ein Rand im Betrieb einem abzutastenden Aufzeichnungsmedium zugekehrt ist, wobei die erste und die zweite Elementhälfte in verschiedenen Abständen von diesem Rand abgebracht sind.

Im letzten Falle ist es auch möglich, das Übersprechen der Signale neben einer ausgewählten Spur liegender Spuren auszugleichen, wenn dafür gesorgt wird, daß der Abstand zwischen dem Rand des Substrats und dem am weitesten von dem genannten Rand entfernten Elementhälften der Größenordnung des Abstandes zwischen zwei nebeneinander liegenden Datenspuren auf dem abzutastenden Aufzeichnungsmedium liegt.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung' näher erläutert Es zeigt

Γ i g. 1 ein Magnetowiderstandselement, bei dem der Ruhewinkel zwischen der Vorzugsmagnetisierungsachse und der Stromdurchgangsrichtung 45° ist,

F i g. 2 ein Magnetowiderstandselement, bei dem dieser Ruhewinkel —45° ist,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der relativen Widerstandsänderung AR/R der Elemente nach den F i g. 1 und 2 und der Stärke eines genormten äußeren Magnetfeldes H_xIH₀,

F i g. 4 einen üblichen Magnetkopf mit Störausgleich,

F i g. 5 einen Magnetkopf mit Störausgleich nach der Erfindung,

Fig.6 einen üblichen Magnetkopf mit Positionierungskontrolle, und

F i g. 7 einen Magnetkopf mit Positionierungskontrolle nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein magnetoresistives Element 1, das aus einem NiFe-FiIm 2 mit Goldanschlüssen 3,4 besteht, der mit einem Muster von Goldstreifen 5, 5', 5", 5'", 5"" überzogen ist, die einen Winkel von 135° mit der Magnetisierungsrichtung ti im Ruhezustand einschließen. Unter dem Einfluß der Äquipotentialstreifen 5, 5', 5", 5'", 5"" wird der Strom / unter einem Winkel von etwa 45° zu M fließen. Es wurde vorgeschlagen, ein Magnetowiderstandselement, das mit einem solchen Streifenmuster versehen ist, als »Barber Pole« zu bezeichnen. Diese Bezeichnung wird im nachstehenden verwendet. Zn dieser Konfiguration gehört die statische Widerstandskennlinie nach F i g. 3. Da die Magnetisierung in dem NiFe-FiIm zwei stabile Zustände aufweisen kann (volle Linie (M) und gestrichelte Linie (M) in Fig. 1),

sind tatsächlich zwei statische Widerstandskennlinien möglich (volle bzw. gestrichelte Linie in Fig. 3), abhängig davon, welcher der beiden stabilen Zustände vorliegt. Dabei ist, wie üblich, angenommen, daß der NiFe-FiIm nur eine einzige magnetische Domäne enthält

Einer der beiden stabilen Zustände, z. B. M, kann mit Hilfe eines Längsfeldes H_x mit einer Stärke in der Größenordnung der Koerzitivkraft des NiFe begünstigt werden (siehe F ig. 1).

In dem stabilen Zustand der Fig. 1. in dem die volle Linie also die tatsächliche Magnetisierungsrichtung angibt, wird ein Feld H_x, das die Date;; auf dem Aufzeichnungsmedium 6 darstellt, die Magnet-sierung derart drehen, daß der Winkel zwischen der Magnetisierung und dem Strom /, der von einer Stromquelle 7 aufrechterhalten wird, größer wird; der Widerstand nimmt dann ab (siel;e die volle Kurve in F i g. 3).

In F i g. 2, in der für die gleichen Teile wie in F i g. 1 die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, ist die Situation dargestellt, in der die Streifen 5,5', 5", 5'", 5"" nicht unter 135°, sondern unter 45° zu M angeordnet sind. Bei Drehung der Magnetisierung unter der Einwirkung des Feldes H_x wird der Winkel zwischen der Durchgangsrichtung des Stromes / und der Magnetisierungsrichtung, der im Ruhezustand —45° beträgt, dann kleiner werden; der Widerstand nimmt zu. Dies wird durch die gestrichelte statische Kurve nach F i g. 3 dargestellt. In Fig.3 ist die relative Widerstandsänderung AR/R in einer graphischen Darstellung als Funktion der Stärke des genannten äußeren Feldes H_xIH₀ gezeigt H₀ ist ein Feld, das angibt, bei welchem Feld Sättigung auftritt, mit de- Annahme, daß der quadratische Charakter der Widerstandskennlinie bis zu einem Winkel von 90° zwischen der Stromdurchgangsrichtung und der Magnetisierungsrichtung erhalten bleibt H₀ hängt vor; der Höhe und der Dicke des betreffenden Magneiowiderstandesstreifens ab.

Es sind also zwei statische Widerstandskennlinien möglich, die sich gegenüber der H_XIH_O-Achse infolge der zwei stabilen Zustände der Magnetisierung spiegelbildlich verhalten.

Wenn der stabile Zustand der Magnetisierung unter gleichzeitiger Umkehr der Richtung der Goldstreifen umgekehrt wird, ändert sich gar nichts und bleibt die siatische Kennlinie unverändert. Daher werden denn auch zwei statische Kennlinien gefunden, die sich gegenüber der //,///„-Achse spiegelbildlich verhalten, wenn die Richtung der Streifen umgekehrt wird.

1. Störausgleich

Störausgleich kann auf bekannte Weise mit einem zusätzlichen Magnetowiderstandselemen? 12 erhalten werden, das zu einem Abstandselement 8 parallel, aber in größerer Entfernung von dem magnetischen Medium 11 angeordnet ist .,Fig. 4) Die zwei Magnetowiderstandselemente 8, 12 sollen in eine Brückenschaltung aufgenommen werden. Beide werden mittels einer Stromquelle 10 bzw. 14 gesteuert; eine Seite 9 bzw. 13

der Elemente 8, 12 liegt an Erde. Der Unterschied der Spannungen über den Elementen wird in einem Differenzverstärker 15 verstärkt.

Zur Linearisierung der Wiedergabekennlinie und zum atuomatischen Störungsausgleich werden zwei »Barber Poles« verwendet, deren Streifen sich gegenüber einer zu dem Aufzeichnungsmedium 22 senkrechten Achse spiegelbildlich verhalten (siehe F i g. 5). Weiter wird ein Längsfeld H_y angelegt, das für beide Elemente die gleiche Richtung aufweist. Nun werden die beiden »Barber Poles« 16, 17 in Reihe angeordnet und mit einer Stromquelle 18 betrieben. Wenn nun infolge eines magnetischen Störfeldes der Widerstand des einen Elementes zunimmt, nimmt der des anderen ab; der Gesamtwiderstand ändert sich also nicht infolge eines magnetischen Störfeiues. Die Spannung zwischen den Endkontakten 9, 20 der beiden Elemente wird nun einem gewöhnlichen Verstärker 21 statt einem Differenzverstärker zugeführt. Der Ausgleich erfuigi also uciciis in den »Barber Poles« infolge der sich spiegelbildlich verhaltenden Kennlinien. Das Feld H_x, das die Daten auf dem Aufzeichnungsmedium 22 darstellt, beeinflußt nur (Jen Widerstand des Elements 17.

2. Zentrierung auf die Spur

Ein Spursuchkopf nach der DE-OS 24 30 612 besteht aus zwei magnetoresistiven Elementen, die in einer Ebene liegen. Dieses Gebilde kann auch als ein einziges Magnetowiderstandselement 23 mit einer Mittelanzapfung 24 betrachtet werden (F i g. 6). Diese Mittelanzapfung 24 wird geerdet, während die beiden Hälften 25,26 des Elements 23 mittels einer Stromquelle 27 bzw. 28 gesteuert werden. Der Unterschied der Spannungen zwischen den Kontakten 24, 29 und 24, 28 wird einem Differenzverstärker 31 zugeführt. Wenn sich der Kopf jn jjg,- glitte über einer Sⁿur auf dem Aufzeichnungsmedium 32 befindet, geben die beiden Hälften 25, 26 ein gleich starkes Signal ab. Das Differenzsignal ist also gleich Null. Wenn sich der Kopf teilweise über einer Spur befindet, gibt eine Hälfte ein stärkeres Signal als die andere ab.

Auch hier können die Elemente als sich spiegelbildlich zueinander verhaltene »Barber Poles« ausgebildet werden, wie in F i g. 7 dargestellt ist. In dieser Figur ist eine Magnetowiderstandselement 33 dargestellt, das aus zwei Hälften 34, 35 mit sich gegenüber einer zu dem Medium senkrechten Achse spiegelbildlich verhaltenden Streifenmustern besteht. Es ist ein Längsfeld H_y vorhanden. Dieses Element erfordert nur zwei An-Schlüsse 36, 37. Wenn sich der Kopf in der Mitte über einer Spur auf dem Aufzeichnungsmedium 38 befindet, sind die Widerstandsänderungen in den beiden Hälften 34,35 einander entgegengesetzt und es wird kein Signal abgegeben. Befindet sich der Kopf teilweise über einer Spur, so ändert sich der Widerstand einer Hälfte stärker als der der anderen Hälfte (in der diese Änderung entgegengesetzt ist), so daß eine Nettowiderstandsänderung übrigbleibt und der Kopf ein Signal abgibt. Dieses Signal kann zur Steuerung von Positionierungsmitteln ω verwendet werden, die den Kopf in der Mitte über der Spur halten. Das Gebilde wird mittels einer Stromquelle 39 betrieben, und die Spannung über den Endkontakten 36, 37 wird mittels eines normalen Verstärkers 40 verstärkt.

In bezug auf die in der. Figuren dargestellten Ausführungsformen sei noch folgendes bemerkt: Die magnetoresistiven Elemente sind stets in einer Lage dargestellt, in der sie senkrecht zu der Ebene der Aufzeichnungsmedien angeordnet sind. Sie können aber auch parallel zu der Ebene der Aufzeichnungsniedien angeordnet werden (siehe z. B. den Aufsatz von R. P. Hunt mit dem Titel: »A magnetoresistive transducer« in »I. E. E. E. Transactions on Magnetics«, Band Mag.-7, Nr. I, März 1971, Seiten 150-154).

Übrigens sind in den Figuren der Deutlichkeit halber stets die Substrate, auf denen die Filme angebracht sind, und die etwaigen weiteren Umhüllungen fortgelassen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetkopf zum Abtasten von Daten darstellenden Magnetfeldern auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, der ein zweihälftiges magnetoresistives Element aus magnetisch anisotropem Material enthält, dessen magnetische Vorzugsrichtung mit seiner Längsachse zusammenfällt, wobei die Elementhälften eine Voreinstellung in symmetrisch liegenden Arbeitspunkten der Kennlinie aufweisen und das Element einen Mittelkontakt und zwei Endkontakte zur Verbindung mit einer Stromquelle aufweist, wobei die Auswertung der beiden Abschnittssignale der Elementhälften in einer Leseschaltung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung des Arbeitspunktes jeder Elementhälfte (16, 17; 34, 35) Muster von parallel zueinander verlaufenden, gut leitenden Äquipotentialstreifen (3, 5', 5", 5'", 5"") vorgesehen sind, die quer über mindestens einer Seitenfläche des magnetoresistiven Elementes (1) angeordnet sind, wobei die eine Elementhälfte (16; 34) ein erstes Muster dieser Äquipotentialstreifen unter einem Winkel zwischen 30 und 60° zur magnetischen Vorzugsrichtung und die andere Elementhälfte (17; 35) ein zweites Muster der Äquipotentialstreifen unter einem Winkel zwischen 150 bis 120° zur magnetischen Vorzugsrichtung aufweist und die Elementhälften derart mit der Leseschaltung (21,40) verbunden sind, daß sich irr Betrieb die beiden Anschnittsignale addieren.

2. Magnetkopf nacn Anspruch 1 mit Spurzentrierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementhälften (34,35) gleich lang sind unu in Flucht liegen und daß ihre Gesamtlänge der Breite der auf einem abzutastenden Aufzeichnungsmedium (38) vorhandenen Datenspur entspricht, wobei die Elementhälften (34,35) in Serie mit einer Stromquelle (39) verbindbar sind und eine Spannung über den Endkontakten des durch die erste Elementhälfte (34) und die zweite Elementhälfte (35) gebildeten Paares erzeugt wird, wenn das Paar nicht auf eine zu verfolgende Spur zentriert ist, und wobei von dieser Spannung steuerbare Positionierungsmittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe das Elementpaar kontinuierlich auf eine zu verfolgende Spur zentrierbar ist

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 mit Störausgleich, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkopf ein Substrat enthält, von dem ein Rand im Betrieb einem abzutastenden Aufzeichnungsmedium (22) zugekehrt ist, wobei die erste Elementhälfte (16) und die zweite Elementhälfte (17) in verschiedenen Abständen von diesem Rand angebracht sind.

4. Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Rand des Substrats und der am weitesten von dem genannten Rand entfernten Elementhälfte (16) in der Größen-,. Ordnung des Abstandes zwischen zwei nebeneinander liegenden Datenspuren auf dem abzutastenden Aufzeichnungsmedium (22) liegt.