DE3390321C2

DE3390321C2 -

Info

Publication number: DE3390321C2
Application number: DE3390321T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hirakata Osaka Jp Youda; Nobuyuki Neyagawa Osaka Jp Kaminaka; Satoru Hirakata Osaka Jp Mitani
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-11-10
Publication date: 1988-12-22
Also published as: WO1984002028A1; DE3390321T1; US4663683A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnfilm-Magnetkopf; mit einem ferromagnetischen dünnen Film aus magnetoresi stivem Material, der zwischen Elementen aus hochper meablem Material angeordnet ist; mit einer Einrich tung, die elektrischen Strom durch den ferromagneti schen dünnen Film fließen läßt; und mit Mitteln zum Erzeugen einer Vorspannung in dem ferromagnetischen dünnen Film.

Bei solchen Dünnfilm-Magnetköpfen wird der magneto resistive Effekt eines ferromagnetischen dünnen Films angewandt. Solche Köpfe sind geeignet als Wiedergabe köpfe von PCM-Signalen, da das Ausgangssignal bei der Wiedergabe nicht von der Bandgeschwindkeit abhängt und das Ausgangssignal verhältnismäßig groß ist. Da die Beziehung zwischen dem gelesenen Magnetfeld und dem Widerstand des ferromagnetischen dünnen Films nicht linear ist, müssen bei solchen Dünnfilm-Magnet köpfen Vorkehrungen zur magnetischen Vorspannung des Arbeitspunktes getroffen werden, um die Linearität zu verbessern.

Es ist bekannt, diese magnetische Vorspannung entwe der durch ein äußeres Magnetfeld zu erzeugen oder durch einen elektrischen Leiter in der Nähe des ferromagnetischen dünnen Films, durch den ein Vor spannstrom geschickt wird (SHELLEDY, BROCK, A Linear Self-Biased Magnetoresistive Head, In: IEEE Trans actions on Magnetics, Sept. 1975, Vol. Mag-11, No. 5, S. 1206-1208). Die erste bekannte Lösung hat den Nachteil, daß im Falle von Streufeldern die Gefahr besteht, daß Informationen auf dem zu lesenden Auf zeichnungsträger versehenlich gelöscht werden, wäh rend die zweite Lösung zu zusätzlichen elektrischen Verlustleistungen und damit zu Wärme führt, was wiederum erhöhtes thermisches Rauschen zur Folge hat. Außerdem erfordert die zweite Lösung einen größeren Platzbedarf, oder die Filmschichten müssen weiter verkleinert werden. Dies führt wiederum zu größeren Verlustleistungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, bei einem Dünnfilm-Magnetkopf der eingangs genannten Art die zwecks geringer Verzerrung notwen dige Vorspannung in dem ferromagnetischen dünnen Film auf eine Weise zu erzeugen, die weder zu einem unbe absichtigten Löschen der aufgezeichneten Informatio nen, noch zu einem höheren Platzbedarf und zu höherer Verlustleistung führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem ferromagnetischen dünnen Film und den Elementen aus hochpermeablem Material nichtma gnetische isolierende Filme angeordnet sind, die den dünnen Film und die Elemente aus hochpermeablem Mate rial (ohne Zwischenlage von Hilfsschichten zur magne tischen Vorspannungserzeugung) unmittelbar verbinden; daß der ferromagnetische dünne Film auf mindestens einer Oberfläche eine Gitterstruktur besitzt; und daß die Richtung der Gitterstruktur mit dem durch den ferromagnetischen dünnen Film fließenden elektrischen Strom einen Winkel von 60° bis 80° bildet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird anhand der Figuren die Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines Dünnfilm-Magnetkopfes,

Fig. 2 die magnetische Flußverteilung innerhalb eines ferromagnetischen dünnen Films,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Magnetkopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des ferromagnetischen dünnen Films des Magnetkopfes gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 5 die Beziehung zwischen der Tiefe und dem Strichabstand des Gitters und der Größe eines anisotropen Magnetfeldes,

Fig. 6 die sekundäre Verzerrung abhängig von der äußeren Vorspannung des Magnetkopfes gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 die Arbeitsweise des Magnetkopfes gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 8 die Beziehung zwischen dem Strichabstand des Gitters, der Dicke des ferromagne tischen dünnen Films und der Größe des an isotropen Magnetfeldes,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Magnet kopfes gemäß einer zweiten Ausführungs form,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Magnet kopfes gemäß einer dritten Ausführungs form,

Fig. 11 einen Schnitt durch einen Magnetkopf gemäß einer vierten Ausführungsform,

Fig. 12 eine Konfiguration des Gitters auf dem ferromagnetischen dünnen Film des Magnet kopfes gemäß der vierten Ausführungsform, und

Fig. 13 die Arbeitsweise des Magnetkopfes gemäß der vierten Ausführungsform.

In einem beidseitig abgeschirmten Magnetkopf, der kurze Wellenlängen wiedergeben kann, ist auf mindestens einer Oberfläche eines ferromagnetischen dünnen Films ein Gitter, Strichmuster oder Raster ausgebildet, das dem ferromagnetischen dünnen Film eine magnetische Aniso tropie verleiht. Werden die zwischen der Ausrichtung des Gitters und dem durch den ferromagnetischen dünnen Film fließenden elektrischen Strom gebildeten Winkel größer als 60° und kleiner als 80° gewählt, so ist es möglich, ein Ausgangssignal mit einer geringeren Sekundärverzerrung zu erhalten, ohne den Einsatz äußerer Vorspannung.

Die Widerstandsveränderung des ferromagnetischen dünnen Films aufgrund eines äußeren Magnetfeldes besitzt die größte Linearität, wenn der zwischen der Magnetisie rungsrichtung und der Richtung des elektrischen Stroms gebildete Winkel um 45° beträgt, sofern der ferromagne tische dünne Film eine einachsige Anisotropie besitzt. Daher scheint es am günstigsten, wenn die magnetische Anisotropie des ferromagnetischen dünnen Films einen Winkel von 45° zur Richtung des elektrischen Stromes aufweist. Wie allerdings Fig. 1 zeigt, ist die Magneti sierungsrichtung M in dem ferromagnetischen dünnen Film 1 an den gegenüberliegenden seitlichen Abschnitten, d. h. an den gegenüberliegenden parallel zum elektrischen Strom i verlaufenden Kanten, weniger steil als im mittleren Abschnitt des ferromagnetischen dünnen Films. Grund ist der Einfluß eines Demagnetisierungsfeldes. Außerdem zeigt Fig. 1 Elektroden 2. Werden Abschirm filme o. dgl. auf den gegenüberliegenden Seiten des ferromagnetischen dünnen Films angeordnet (vgl. Fig. 2), so dringt mehr äußerer Signal-Magnetfluß Φ durch die dem magnetischen Aufzeichnungsmedium benachbarte Seite des ferromagnetischen dünnen Films 1, d. h. durch das vordere Ende des Magnetkopfes, und mit zunehmendem Abstand nimmt der Magnetfluß durch den ferromagne tischen dünnen Film 1 ab. Eine Berechnung des Übertra gungsweges (durchgezogene Linie in Fig. 2) unter der An nahme, daß der ferromagnetische dünne Film 1 eine Perme abilität von 500, eine Breite von 15 µm und eine Dicke von 50 nm (500 Å) besitzt, zeigt bei einer Entfernung g 1 = g 2 = 500 nm (0,5 µm) von der Abschirmung, das 70% des Wiedergabeausgangssignals in dem Bereich bei 3 µm vom vorderen Ende bestimmt werden. Demgegenüber zeigt die gestrichelte Linie Φ/Φ _o. Aus diesen Daten ergibt sich, daß das vordere Ende des Magnetkopfes den wesentlichen Beitrag zum Ausgangssignal liefert. Um die sekundäre Verzerrung im Ausgangssignal des Magnetkopfes herabzusetzen, muß die Magnetisierung M im Bereich des vorderen Endes des Magnetkopfes optimal ausgerichtet sein. Mit anderen Worten, falls die Anisotropie durch ein auf der Oberfläche des ferromagnetischen dünnen Films ausgebildetes Gitter verliehen werden soll, so werden bei Berücksichtigung des Einflusses des Demagneti sierungsfeldes am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films günstige Ergebnisse erzielt, wenn die zwischen der Ausrichtung des Gitters und der Flußrich tung des elektrischen Stromes gebildeten Winkel größer als 60° und kleiner als 80° sind. Dies hängt teilweise von der Anordnung der Magnetköpfe ab.

Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Magnetkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung. Auf einem Substrat 3 aus hochperme ablem (weichmagnetischem) Material wie beispielsweise Ferrit o. dgl. ist ein ferromagnetischer dünner Film 5 aus Ni-Fe o. dgl. mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) angeordnet, über einem nichtmagnetischen isolieren den Film 4 aus SiO₂ o. dgl. mit einer Dicke von 500 nm (0,5 µm). Elektroden 6 aus nichtmagnetischem elektrisch leitfähigem Material wie beispielsweise Gold, Kupfer, Aluminium o. dgl. stehen in Kontakt mit den Endab schnitten des ferromagnetischen dünnen Films 5. Ein magnetischer Abschirmfilm 7 von 500 nm (0,5 µm) Dicke aus Ni-Fe, Fe-Al-Si o. dgl. ist über einer weiteren nichtmagnetischen isolierenden Schicht 4 von 500 nm (0,5 µm) Dicke angeordnet. Die dünnen, bisher be schriebenen Filme werden mittels Aufdampfen, Sputtern, Beschichten, Galvanisieren o. dgl. gebildet und mittels Photolithographie in die gewünschte Form gebracht.

Auf der Oberfläche des Substrates 3 wird ein Raster oder Gitter von beispielsweise 300 nm (0,3 µm) Strichab stand von 20 nm (200 Å) Tiefe in einem Winkel von 70° zur Richtung des elektrischen Stromes i ausgebildet (vgl. Fig. 4). Das Substrat wird einem Ionenbeschuß (ion-milling) mit einer als Gitter ausgebildeten Schablone aus Photoresistmaterial unter Verwendung des Interferenzeffektes eines Lasterstrahls ausgesetzt. Das anisotrope Magnetfeld, das dem ferromagnetischen dünnen Film 5 aufgeprägt wird, unterscheidet sich je nach Strichabstand P und Tiefe D des Gitters. Ein Ni-Fe-Film von 50 nm (500 Å) Dicke beispielsweise ist in Fig. 5 dargestellt, dabei ist Hk = 36 Oe im Beispiel aus Fig. 4. Beobachtet man die Veränderungen der sekun dären Verzerrung des vorbeschrieben präparierten Magnet kopfes abhängig von der Größe des äußeren Vorspannungs- Magnetfeldes, so wird die Verzerrung zu einem Minimum, wenn das äußere Vorspannungs-Magnetfeld im Magnetkopf zu null wird (vgl. Fig. 6). Bei einem Magnetkopf da gegen, bei dem der zwischen der Ausrichtung des Gitters und der Flußrichtung des elektrischen Stromes gebildete Winkel 50° beträgt, wird die Verzerrung zu einem Mini mum, wenn eine äußere Vorspannung angewendet wird. Daher ist ein größerer Wert als 50° für den zwischen der Richtung der durch das Gitter eingeführten Aniso tropie und der Flußrichtung des elektrischen Stromes gebildeten Winkel erforderlich. Der Ausrichtungswinkel des Gitters mit dem optimalen Vorspannungspunkt ist in dieser Ausführungsform 70°. Dies ist allerdings nur ein Beispiel und der Winkel kann abhängig von der Dicke, Breite, Spaltbreite etc. des ferromagnetischen dünnen Films verschieden sein. Aufgrund dieser Erkenntnisse und unter weiterer Berücksichtigung von Streuungen bei der Herstellung etc. ergaben sich Winkel, die größer waren als 60° und kleiner als 80°, um einen Zustand nahe dem optimalen Vorspannungspunkt zu erreichen.

Falls die Tiefe des Gitters die Dicke des ferromagne tischen dünnen Films übersteigt, kann der ferromagne tische dünne Film in rippenförmige Abschnitte zer schnitten werden. Daher sollte die Tiefe des Gitters, das die benötigte Stärke des anisotropen Magnetfeldes bilden soll, nicht die Dicke des Films übersteigen und der Strichabstand des Gitters geeignet ausgewählt werden.

Wird an dem so vorbereiteten Magnetkopf von außen ein starkes Magnetfeld angelegt, richtet sich die Magneti sierung in dem ferromagnetischen dünnen Film in eine Richtung aus. Die Veränderung Δ R des Widerstandes des selben bezüglich eines äußeren Signal-Magnetfeldes Hsig verhält sich in Richtung senkrecht zur Richtung des elektrischen Stromes wie in Fig. 7 dargestellt. Fig. 7B betrifft einen Fall, in dem das äußere Signal-Magnet feld stärker ist als in Fig. 7A. In diesem Fall wird die Richtung der Magnetisierung in dem ferromagne tischen dünnen Film zufällig, mit einer dementsprechen den Abnahme des Ausgangssignals. Wird die magnetische Anisotropie durch sorgfältige Auswahl des Strichab standes und der Tiefe des Gitters bewirkt, so daß ein solcher Zustand durch das Signal-Magnetfeld von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium nicht herbeigeführt werden kann, so arbeitet der Magnetkopf zufrieden stellend stabil.

Die Permeabilität der Abschirmfilme sollte so groß wie möglich sein. Es besteht allerdings eine Beziehung zwischen dem anisotropen Magnetfeld und der Filmdicke (vgl. Fig. 8). Die Anisotropie neigt dazu, aufgrund des Einflusses des Gitters im unteren Bereich groß zu werden. Bei gleicher Filmdicke wie in den bekannten Magnetköpfen ist die Permeabilität kleiner. Vorteil hafte charakteristische Eigenschaften können daher er halten werden, falls die Abschirmfilmdicke über die von bekannten Filmen erhöht wird. Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Dieser Dünnfilm-Magnetkopf ist auf beiden Seiten abge schirmt. Magnetische Elemente 9 und 10 mit einer hohen Permeabilität sind auf entgegengesetzten Seiten des ferromagnetischen dünnen Films 8 angeordnet. Üblicher weise ist das magnetische Element 9 ein Substrat zum Bilden des dünnen Films und verwendet ein hochperme ables (weichmagnetisches) Material wie Ferrit o. dgl. Das Gitter wird auf der Oberfläche auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.

Andererseits wird das hochpermeable magnetische Ele ment 10 aus einem dünnen Film einer Legierung wie Ni-Fe, Fe-Al-Si, amorphem ferromagnetischem Material etc. hergestellt und besitzt eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 5 µm. Unter der Annahme, daß eine durch schnittliche Richtung der Magnetisierung M des ferro magnetischen dünnen Films 8 zum elektrischen Strom i einen Winkel R aufweist, kann eine Eigenvorspannung erreicht werden, falls der Winkel R geeignet ausge wählt wird. Dadurch wird ein lineares Arbeiten möglich. Es ist wichtig, daß keine Störung des Winkels R in der Umgebung des vorderen Endes auftritt.

Demzufolge wird angenommen, daß der Einfluß der Bearbei tungsverformung, die nach dem Bearbeiten des Magnetkopfs im Bereich des vorderen Endes verbleibt, mit den Eigen schaften des Magnetkopfes in Verbindung gebracht werden sollte.

In Beispielen wie in Fig. 9 wird üblicherweise der Be reich des vorderen Endes des Magnetkopfes geläppt. Ein solches Verfahren bewirkt - wenn auch in unterschied lichem Ausmaß - eine bleibende Druckspannung, die durch den Pfeil X dargestellt ist, in einer Ebene parallel zur Fläche ABCD in der Richtung der Dicke des dünnen Films 8 des Magnetkopfes. Die Richtung der Magnetisie rung wird daher nicht im geringsten beeinflußt, sofern die Magnetostriktionskonstante g des ferromagne tischen dünnen Films 6 genau Null ist (ein nur schwer zu realisierender Zustand), aber der Winkel R ver ändert sich aufgrund eines gegen-magnetostriktiven Phänomens, sofern die Magnetostriktionskonstante nicht exakt Null ist. Da die Dicke des ferromagne tischen dünnen Films 8 im Bereich zwischen 50 und 100 nm (500-1000 Å) liegt, was kleiner als die anderen Abmessungen ist, ist im allgemeinen das Demagnetisie rungsfeld in Richtung der Dicke groß. Eine Neigung der Magnetisierung in der Richtung der Dicke tritt daher nicht auf. Näherungsweise sind alle Magnetisierungen in einer Ebene parallel zur Oberfläche BCEF vorhanden.

Falls λ größer als Null ist, wird die Magnetisierung in eine Richtung senkrecht zur Druckspannung ausge richtet, um die Energie zu verringern. Dies ist die Richtung, in der der Winkel R zunimmt (d. h. senkrecht zum Strom i). Falls λ kleiner als Null ist, wird eine Veränderung in der Richtung bewirkt, die den Winkel verkleinert (d. h. die Richtung parallel zum Strom i), da die Magnetisierung parallel zur Richtung der Druck spannung ausgerichtet ist. In der Umgebung des vorderen Endes neigt die Richtung der Magnetisierung, aufgrund des Demagnetisierungsfeldes dazu, den Winkel R zu ver kleinern. Um den Einfluß des Demagnetisierungsfeldes aufzuheben und den optimalen Winkel R zu erhalten, ist es vorzuziehen, wenn der Wert λ positiv ist.

Andererseits ist es vorteilhaft, wenn der hochperme able magnetische Film 10 eine magnetostriktive Kon stante λ bei Null oder im Negativen aufweist. Da es wichtig ist, daß dieser Bereich als magnetisches Ab schirmelement eine hohe Permeabilität aufweisen sollte, sollte zu diesem Zweck die Anisotropie vorzugsweise in der longitudinalen Richtung 11 sein (d. h. in eine Rich tung parallel zur Spurbreite im vorstehenden Fall), um die Funktion der Hartachse verwenden zu können, d. h. die Drehung der Magnetisierung für eine höhere Permeabi lität im Hochfrequenzbereich. Da die Permeabilität aber bei übermäßiger Anisotropie ebenfalls abnimmt, sollte die magnetostriktive Konstante nicht zu groß werden, auch wenn sie negativ ist.

Wird die Materialzusammensetzung des ferromagnetischen dünnen Films 8 so gewählt, daß die magnetostriktive Konstante positiv oder Null wird, so scheint dies einen vorbestimmten qualitativen Effekt zu haben. Experi mentell hat sich allerdings herausgestellt, daß ins Auge fallende Effekte nur erreicht werden, wenn die magnetostriktive Konstante λ des hochpermeablen magnetischen Elementes 10 (des dünnen Films aus der Legierung), das als Abschirmung dient, Null oder nega tiv ist. Folgende Gründe mögen dazu führen. Falls die magnetostriktive Konstante der Zusammensetzung des hoch permeablen magnetischen Elementes 10 positiv ist, ist die effektive Permeabilität am vorderen Ende klein und daher ist es nicht möglich, die Größe des Demagnetisie rungfeldes aufgrund der am vorderen Ende des ferromagne tischen dünnen Films 8 erzeugten magnetischen Bele gung zu verringern. Demzufolge wirkt am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films 8 die Magnetisierung in einer Richtung, die vom optimalen Winkel ablenkt. Selbst wenn die magnetostriktive Konstante des hochper meablen magnetischen Elementes 10 Null oder negativ ist und eine hohe Permeabilität an dessen vorderem Ende er halten wird, so tritt der gewünschte Effekt nicht ein, betrachtet vom Gesichtspunkt der Wiedergabe kurzer Wellenlänge, falls die ausgewählte Zusammensetzung so ist, daß die Magnetisierung vom optimalen Winkel am vorderen Ende des ferromagnetischen dünnen Films 8 ab lenkt.

Die Laufrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums wird durch "y" gekennzeichnet.

Die Auswahl desselben Materials, einer Ni-Fe-Legierung für den ferromagnetischen dünnen Film 8 und das Element 10 hat folgende Vorteile. Erstens besitzt das hochperme able Material einen verhältnismäßig großen Magnetwider stand. Zweitens besitzen Nickel und Eisen nahe beiein anderliegende Dampfdrücke und ihre Zusammensetzung kann verhältnismäßig einfach durch ein Vakuumaufdampfver fahren unter Verwendung einer einzigen Verdampfungs quelle gesteuert werden. Eine genauere Untersuchung liefert darüber hinaus einen dritten Vorteil. Von den nahe beieinanderliegenden Dampfdruckkurven von Nickel und Eisen, besitzt Eisen einen geringfügig höheren Dampfdruck. Während des Aufdampfens finden mehrere Ver dampfungen in bezug auf eine Mutterlegierung mit einer bestimmten Anfangszusammensetzung, die als Verdampfungs quelle dient, statt. Die Zusammensetzung der Mutterle gierung verändert sich dabei. Dementsprechend entstehen dünne Filme mit veränderter Zusammensetzung aus der Mutterlegierung. Falls dasselbe Material wie in der vor liegenden Erfindung dafür benutzt wird, so kann eine Mutterlegierung geeignet verwendet werden, deren magne tostriktive Konstante zur positiven oder negativen Seite verändert wird. Dies ermöglicht eine effektive Verwendung der Mutterlegierung bzw. Verdampfungsquelle.

Während der Bearbeitung der Magnetköpfe kann der Ein fluß des Bearbeitungsdruckes nie vollständig auf Null verringert werden, auch nicht durch die Anwendung irgendwelcher spezieller Bearbeitungsverfahren. Daher sollte statt dessen eine bevorzugte Richtung in bezug auf die Eigenschaften des Magnetkopfes aufgeprägt werden. Dementsprechend kann die Orientierung der Magne tisierung des vorderen Endes des ferromagnetischen dünnen Films optimiert werden. Zusammen mit der höheren Permeabilität der Abschirmschicht können Wiedergabe signale mit einer guten Linearität und wenig Verzerrung gewonnen werden. Es wird möglich, eine wirksame Wieder gabe kurzer Wellenlängen zu erreichen.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dünn film-Magnetkopfes einer weiteren Ausführungsform. Auf ein Substrat 12 aus einem hochpermeablen magnetischen Material, beispielsweise Ferrit o. dgl., wird eine Zink- Ferritschicht 13 aus einem nichtmagnetischen isolieren den Material gesputtert. Auf diesem wird ein ferromagne tischer dünner Film 14 aus Ni-Fe etc. ausgebildet und Elektroden 15 aus einem nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise Hold- Kupfer o. dgl. Auf diesem wiederum wird ein nichtmagnetischer isolierender Film 16 gebildet. Der Brechungsindex der Zink-Ferritschicht 13 ist größer als der Brechungsindex von Photoresistmaterial (der beispielsweise bei dem Typ AZ-1350J ungefähr 1,6 beträgt). Es ist möglich, eine Ab deckungsschablone mit einem Gitter mit einem Strichab stand von beispielsweise 400 nm (0,4 µm) mittels geeig neter Adhäsion und Konfigurationswiedergabe durch Licht interferenz und dergleichen herzustellen: während der Interferenzbestrahlung durch einen Laserstrahl oder ähnliches bildet sich eine stehende Welle. Die Position eines Knotens der stehenden Welle wird exakt auf die Grenzfläche von dem Ferrit bzw. dem Keramikteil des nichtmagnetischen isolierenden Materials und dem Photo resistmaterial (das den kleineren Brechungsindex be sitzt) ausgerichtet. Daher ist die Adhäsion des Photo resistmaterials nach der Entwicklung gut und die Repro duzierbarkeit der Konfiguration der Abdeckungsschablone wird verbessert. Diese Abdeckschablone wird als Maske eingesetzt. Ein Gitter mit einem Strichabstand von 400 nm (0,4 µm) und einer Tiefe von 40 nm (400 Å) wird auf der Oberfläche der Zink-Ferritschicht 13 durch das Ionenbeschußverfahren ausgebildet. In dem darüber aus gebildeten ferromagnetischen dünnen Film 14 entsteht aufgrund des Gitters eine Anisotropie, die sich auf die Konfiguration stützt. Magnetische Anisotropie entsteht in Richtung längs des Gitters. Das anisotrope Magnet feld Hk beträgt 20 Oe.

Außerdem ist das magnetische Aufzeichnungsmedium 17 dar gestellt.

Als Vergleichsbeispiel wurde SiO₂ auf einer Oberfläche der Zink-Ferritschicht mit 300 nm (0,3 µm) bzw. 500 nm (0,5 µm) abgesetzt und darüber ein ferromagnetischer dünner Film gebildet. Die anisotropen Magnetfelder Hk dieser ferromagnetischen dünnen Filme betrugen 15 Oe bzw. 11 Oe. Wurden dagegen die SiO₂-Schichten unter Ver änderung der beim Sputtern verwendeten Menge ausgebil det, so streuten die anisotropen Magnetfelder Hk um 12 bis 18 Oe bei einer Dicke von 300 nm (0,3 µm) und von 8 bis 15 Oe bei 500 nm (0,5 µm) Dicke. Nach der Bildung der SiO₂-Schichten auf der Oberfläche mit dem Gitter wird es schwierig, die Größe des anisotropen Magnet feldes Hk entsprechend der Dicke und den beim Sputtern des SiO₂ auftretenden Bedingungen mit einer guten Re produzierbarkeit zu steuern. Diese Unannehmlichkeit liegt vermutlich daran, daß die Erzeugung der Aniso tropie sich auf die magnetischen Konfigurationsaniso tropie stützt und die Konfiguration des Gitters durch die SiO₂-Schicht verändert wird. Verschiedene Arten Ferrite und keramische Grundstoffe wie beispielsweise TiO₂, die als Isoliermaterialien verwendet werden, sind sehr hart und besitzen einen genügenden Widerstand gegen Abrieb, Abnutzung oder Verschleiß. Außerdem zeigen sie gute Eigenschaften als Material zum Bilden des Spaltes des Magnetkopfes.

Die magnetischen Eigenschaften und die elektrische Leit fähigkeit in Zink-Ferrit kann üblicherweise durch eine Veränderung des Verhältnisses von ZnO und Fe₂O₃ ver ändert werden. Durch das richtige Zusammensetzungsver hältnis und geeignete Herstellungsbedingungen kann Zink- Ferrit nichtmagnetisch und isolierend gemacht werden. Der spezifische Widerstand von normalerweise erhält lichem Ferrit liegt im Bereich von mehreren Ω × cm bis zu mehreren 10⁴ Ω × cm. Dieser Bereich kann gemäß der vorliegenden Erfindung als isolierend betrachtet werden.

Anschließend soll ein Beispiel erläutert werden, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Magnetkopf mit einem Gegentaktaufbau angewendet wird. Fig. 11 zeigt im Schnitt den Aufbau dieses Magnetkopfes. Ein ferromagne tischer dünner Film 21 aus Ni-Fe oder dergleichen wird auf einem Substrat 18 aus einem hochpermeablen magne tischen Material wie beispielsweise Ferrit o. dgl. über einem nichtmagnetischen isolierenden Film 19 aus SiO₂ o. dgl. ausgebildet. Elektroden 20 aus einem nicht magnetischen elektrisch leitfähigen Material wie bei spielsweise Gold, Kupfer o. dgl. sind mit dem ferroma gnetischen dünnen Film 21 verbunden. Ein weiterer Film 19 aus demselben nichtmagnetischen isolierenden Material wie eben ist darüber ausgebildet, und darüber ein magnetischer Abschirmfilm 22 aus Ni-Fe, Fe-Al-Si o. dgl. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, ist auf der Ober fläche des Substrates 18 ein Gitter von beispielsweise 300 nm (0,3 µm) Spaltabstand und 20 nm (200 A) Tiefe symmetrisch in bezug auf die Stellung einer zentralen Elektrode 22 b ausgebildet. Elektroden 20 a, 20 b und 20 c sind mit dem ferromagnetischen dünnen Film 21 ver bunden. Diese Abschnitte werden dadurch gebildet, daß das Photoresistmaterial in Form von Streifen als Maske beim Ionenbeschuß verwendet wird. Aufgrund des Gitters besitzt der ferromagnetische dünne Film 21 eine starke Anisotropie in Richtung des Gitters. Die Magnetisierung in dem Film liegt in Richtung längs des Gitters. Wird in diesem Zustand ein starkes äußeres Magnetfeld H in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung des elektrischen Stromes i im ferromagnetischen dünnen Film 21 angelegt (vgl. Fig. 13), so richtet sich die Magnetisierung M wie in der Darstellung aus. Wird ein äußeres Signal-Magnetfeld Hsig in einer Richtung senk recht zum elektrischen Strom i angelegt, d. h. senkrecht zum Magnetfeld H, so erhält man die Wiedergabesignale zwischen den Elektroden 20 a und 20 b, sowie zwischen den Elektroden 20 b und 20 c. Wird die Spannung zwischen den Elektroden 20 a und 20 b erhöht, so sinkt die Spannung zwischen den Elektroden 20 b und 20 c. Werden daher beide Wiedergabesignale mittels Differentiation entnommen, so können die sekundären harmonischen Verzerrungen in ihnen gegeneinander in einem hohen Grad aufgehoben werden.

Im Gegensatz zu bekannten Magnetköpfen, in denen die Vorspannung durch einen elektrischen durch den elek trisch leitfähigen Film fließenden Strom bewirkt wird, ist es in einem erfindungsgemäßen Magnetkopf möglich, das Ausmaß der sekundären Verzerrung der entsprechenden Elemente in den verschiedenen Bereichen der Richtungen des Gitters auf ein Minimum zu senken, indem die Rich tung des Gitters auf der Oberfläche des ferromagne tischen dünnen Films geeignet bestimmt wird. Die sekun däre Verzerrung kann demzufolge mittels eines durch Differentiation gewonnenen Ausgangssignals weiter herab gesetzt werden. Gleichzeitig wird die Zunahme der durch Azimutabweichung verursachten sekundären Verzerrung ver ringert.

Claims

1. Dünnfilm-Magnetkopf;
mit einem ferromagnetischen dünnen Film aus magnetoresi stivem Material, der zwischen Elementen aus hochpermeab lem Material angeordnet ist;
mit einer Einrichtung, die elektrischen Strom durch den ferromagnetischen dünnen Film fließen läßt; und
mit Mitteln zum Erzeugen einer Vorspannung in dem ferro magnetischen dünnen Film;
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ferromagne tischen dünnen Film (1, 5, 8, 14, 21) und den Elementen (3, 7, 9, 10, 12, 18, 22) aus hochpermeablem Material nichtmagnetische isolierende Filme (4, 16, 19) angeord net sind, die den dünnen Film und die Elemente aus hoch permeablem Material (ohne Zwischenlage von Hilfsschich ten zur magnetischen Vorspannungserzeugung) unmittelbar verbinden; daß der ferromagnetische dünne Film (1, 5, 8, 14, 21) auf mindestens einer Oberfläche eine Gitter struktur besitzt; und daß die Richtung der Gitterstruk tur mit dem durch den ferromagnetischen dünnen Film (1, 5, 8, 14, 21) fließenden elektrischen Strom (i) einen Winkel von 60° bis 80° bildet.

2. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische dünne Film (1, 5, 8, 14, 21) eine magnetostriktive Konstante besitzt, die positiv oder null ist, und daß wenigstens eines der Elemente (3, 7, 9, 10, 12, 18, 22) aus hoch permeablem Material eine magnetostriktive Konstante besitzt, die null oder negativ ist.

3. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter auf dem nicht magnetischen isolierenden Film (4, 16, 19) gebildet ist, der einen Brechungsindex besitzt, der größer ist als der Brechungsindex von Photoresistmaterial.

4. Dünnfilm-Magnetkopf nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmagnetische iso lierende Film (4, 16, 19) aus Ferrit besteht.

5. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit Zinkferrit ist.

6. Dünnfilm-Magnetkopf nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Gitters in verschiedenen Bereichen des Dünnfilm-Magnetkopfes unter schiedlich ist, und daß die Richtungen des Gitters sym metrisch in bezug auf die Grenzen dieser Bereiche sind.