Brevet FR2496952A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne une tête de transducteur magnétique à effet de magnéto-résistance et en particulier une tête munie d'un élément en forme de film mince à effet de magnéto-résistance. Une tête magnétique à effet de magnéto-résistance est en général réalisée à l'aide d'un matériau à effet de magnéto-résistance (appelé ci-après effet MR) tel qu'un film mince d'un alliage magnétique réalisé sur un matériau tel qu'un alliage du système Ni-Fe (nickel-fer) ou un alliage du système Ni-Co (nickel-cobalty. Ce film mince d'alliage qui présente un effet MR est réalisé sur un support non magnétique tel que par exemple du saphir, ayant une largeur prédéterminée, équivalente à la largeur de la #iste'à-reproduire, et une épaisseur de film de plusieurs centaines A ,--et-une-longueur comprise-entre plusieurs dizaines -et plusieurs centaines de m ; on obtient ainsi la partie de détection magnétique de la tête à effet MR.Dans une telle tète-magnétique à effet Mur, la surface-de contact en regard du support d'enregistrement magnétique forme une surface d'extrémité de l'élement en film mince à effet MR et la direction de defilement du support d'enregistrement magnétique par rapport à la tête magnétique corre-spond à la direction de- l'épaisseur du film de l'élément MR. .De façon-générale, une tête magnétique de lecture à effet..MR présente une plus grande sensibilité pour la reproduction d'une piste étroite, pour une faible longueur d'onde et pour une repro#ductio#-ultra-lente, par comparaison avec une tête de lecture à induction electro-magnétique habituelle. Toutefois, dans- -une--tète -magnétique de lecture à effet MR,de ce type,#la caractéristique de réponse à la reproduction des-courtes longueurs d'ondes-n'est pas toujours suffisamment bonne en pratique. -On -peut -supposer- que -la raison en est principalement une partie aveugle qui existe au voisinage de la partie de contact de l'élément MR en film mince et du support d'enregistrement magnétique, ce qui évite que l'effet MR ne soit souligné de façon satisfaisante et abaisse la caractéristique de réponse de la reproduction des courtes longueurs d'ondes Il existe un élément--MR en-film mince 1, mis en forme de bande-- comme - celui Teprésenté- à la figure 1. - Lorsqu'un- courant I passe dans la direction longitudinale de l'élément et qu'un champ magnétique uniforme H lui est appliqué dans la direction d'intersection du courant I ainsi que dans la direction qui s'étend le long de la surface du film de l'élément à effet MR, 1, on a une variation de résis tance de l'élément à effet MR, 1, par rapport au champ magnétique H qui lui est appliqué ; en conséquence, le signal de sortie-Aeprésente une caractéristique représentée par la courbe 2 à la figure 2 ; en d'autres termes, on a une caractéristique symétrique par rapport au champ magnétique + H.Dans ces conditions, si l'on applique un signal de champ magnétique portant la référence 3 à la figure 2, à l'élément à effet MR, 1, à partir du support d'enregistrement magnétique et à condition qu'il n'y ait- pas de champ magnétique de polarisation qui lui soit appliqué, on obtient un signal de sortie portant la référence 4 à la figure 2 et dont la polarité ne peut être identifiée, à la sortie de l'élément à effet MR, 1. Pour:remédier à l'inconvénient ci-dessus, on fait travailler une tête de lecture magnétique de type MR en fournissant à cet élément-à-effet MR, un champ magnétique de polarisation HB, prédéterminé (figure 3) pour produire un signal d'entrée de champ magnétique qui lui est appliqué et qui porte la référence 3' (figure 3) donnant un signal de sortie représenté par la référence 4' à la figure 3 et qui permet de distinguer la polarité du signal magnétique appliqué à l'entrée. Par ailleurs, en-se reportant en particulier à la distribution du champ de désaimantation de l'élément à effet MR en film mince l,-précédent, l'intensité du champ de désaimantation par rapport à la direction transversale de l'élément à effet MR, l, est abaissée au milieu dans la direction transversale-de l'élément à-effet-MR,-l, alors qu'il est augmenté au niveau des..deux surfaces d'extrémité la, lb (figure 4).En conséquence, si le film de largeur w constituant l'élément à effet MR, 1, c'est-à-dire la distance w entre une surface d'extrémité la formant un cté tourné étroitement vers le support d'enregistrement magnétique 5 et l'autre surface d'extrémité lb formant l'autre côté opposé à-la surface d'extrémité la, est par exemple choisie Egale à 5 m, l'épaisseur du film de l'élément à effet MR, 1, est choisie égale à 500 À et sa longueur est égale à 60 m ; si l'élément à effet MR, 1, avec les deux surfaces d'extrémité la, lu, est divisé en plusieurs régions comme l'indiquent les lignes en pointillés al ... a5 à la figure 5, et si les régions de division, respectives sont numérotées de 1 à 6 en comptant à partir de la surface d'extrémité la, les caractéristiques de variation de résistance dans les régions respectives en fonction du champ magnétique de polarisation H B sont différentes l'une de l'autre comme le.moLtre la figure 6.En d'autres termes, selon la figure 6, la courbe 6 correspond à la caractéristique de la première et de la sixième régions t la courbe 7 correspond à la caractéristique de la seconde et de la cinquième régions la courbe 8 correspond à la caractéristique de la troisième et de la .quatrième- régions. De façon plus détaillée, dans la région centrale.de la largeur du film de l'élément à effet MR, 1, c'est-à-dire dans la troisième et dans la quatrième régions (comme cela apparait clairement à la figure 6) en particulier si l'épaisseur du film de l'élément MR, 1, est suffisamment mince pour que le champ de désaimantation soit faible et que le champ magnétique anisotropique HK est faible, on a une aimantation qu.i risque d'être saturée par un c#hamp magnétique relativement faible si bien que la variation de résistance risque d'être à saturation. Au contraire, l'intensité du champ de désaimantation est augmentée au bord de la première et de: la sixième.régions au-niveau des surfaces d'extrémités respectives la,.lb..et il est difficile de saturer l'aimantation cela permet d'obtenir une caractéristique de variation de résistance qui présente une tris grande plage de linéarité. Mais le signalfde sortie global de l'élément à effet MR, 1, est déterminé par-les caractéristiques respectives de la première-à la sixième régions et c'est pourquoi selon l'art antérieur, le champ magnétique de polarisation est fixé au préalable-à-une-valeur moyenne de la plage du champ magnétique, plage dans laquelle la caractéristique de changement de résistance est linéaire. Cela signifie que le champ magnétique de polarisation est pré-réglé ou est fixé à une valeur relativement faible de l'ordre de 150 à 200 Oe. Selon la courbe 6 (figure 6) c'est-à-dire la première et la sixième régions qui forment les côtés des deux surfaces d'extrEmités la, lb de l'élément à effet ME 1, ce champ magnétique de polarisation faible est obligé de correspondre à la région dans laquelle la variation de résistance Ap est relativement faible.Plus le signal de champ magnétique fourni à l'élément à effet MR, 1 correspond-à une courte longueur d'onde, et plus les pertes par espacement augmentent, alors qu'une région à proximité de la surface du côté sur lequel est appliqué le signal de champ magnétique sur l'élément à effet MR, 1, et de façon plus particulière une région voisine de la surface d'extrémité la constituant le côté de la surface de contact avec le support magnétique 5 c'est-à-dire seulement la première région comme indiqué ci-dessus pour la reproduction. Toutefois, dans cette première région la caractéristique de changement de résistance devient la caractéristique représentée par la courbe 6 à la figure 6.Comme le champ magnétique de polarisation n'est pas choisi de façon adéquate par rapport à la première région précédemment mentionnée,-il est clair que la caractéristique de faible longueur-d'onde d'une tête magnétique de lecture à effet MR, de ce type n'est pas suffisamment améliorée comme cela a déjà été mentionné ci-dessus. Bien qu'une amélioration- de -cette caractéristique à faible longueur d'onde soit réalisée dans une certaine mesure en réduisant par exemple la largeur du film de l'élément MR, il est impossible de réaliser un film-dont la largeur soit suffisamment faible pour obtenir un élément à effet MR, très longtemps fiable, si l'on tient compte de son abrasion par suite du glissement sur le support d'enregistrement magnétique. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer une tête de transducteur magnétique à effet de magnéto-résistance, dont les caractéristiques soient améliorées pour la reproduction de signaux de courte longueur d'onde, avec une tête à effet de magnéto-résistance dont la largeur du film puisse être augmentée de façon satisfaisante sans effet gênant, qui puisse s'utiliser pendant une durée prolongée en offrant une-sensibilité élevée et une caractéristique en fréquence, améliorée. A cet effet, l'invention concerne une tête magnétique à effet de magnéto-résistance comportant un film mince à effet de magnéto-résistance ayant un moyen pour donner réellement de la sensibilité..aux extrémités du film qui constituent les surfaces de contact en regard étroit avec le support magnétique de cet élément en film mince à effet de magnétcrésistance, et un moyen pour choisir un champ magnétique de polarisation, pour saturer la partie voisine du milieu de la largeur du film, La présente invention-sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en plan à échelle agrandie, montrant schématiquement un élément en film mince à effet de magnéto-résistance - les figures 2, 3 sont des graphiques servant à expliquer les caractéristiques respectives et le fonctionnement d'un élément en film mince à effet de magnéto-résistance - la figure 4 est un graphique de la distribution du champ de.désaimantation - la figure 5 est un schéma explicatif à échelle agrandie d'un élément en film mince à effet de magnéto-résistance - la figure 6 est un graphique des caractéristiques de l'élément de la figure 5 - la figure 7 est une vue en coupe à échelle agrandie d'un mode de réalisation d'une tête magnétique à effet de magnéto-résistance selon l'invention - la figure 8 est une vue en plan montrant l'état de la tête de la figure 7 dont la plaque supérieure auxiliaire a été enlevée - les figures 9A-9E sont chacune des courbes des signaux de sortie reproduits par la tête représentée à la figure 7 montrant le cas d'une modification du champ magnétique de polarisation - la figure 10 est un graphique de la caractéristique de fréquence .- la figure li est un graphique de la liaison entre le champ magnétique de polarisation et la caractéristique de fréquence, DESCRIPTION D'Us MODE DE REALISATION PREFERENTIEL Selon l'invention, dans un élément en film mince à effet MR, l'aimantation de la partie centrale dans le sens de la largeur du film est susceptible d'être saturée par un champ magnétique de polarisation de façon à permettre à cet élément -en film mince à effet MR, de travailler toujours pratiquement au voisinage de sa surface d'extrémité, c'est-à-dire seulement au voisinage de la surface latérale de contact avec le support magnétique.Pour décrire de façon plus détaillée ce mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un élément en film mince à effet MR, en prenant l'épaisseur du film et la caracté- ristique du matériau telle que l'intensité du champ magnétique anisotropique, etc. en ligne de compte, on choisit la grandeur du champ magnétique de polarisation de façon que la saturation de la résistance, modifiée par le champ magnétique externe dans la partie centrale de la largeur du film mince de l'élément à effet MR soit remarquable ; en d'autres termes, par exemple la caractéristique de la courbe 8 de la figure 6 peut devenir rapide ou précise. De façon plus particulière, la grandeur de polarisation HB1 du champ magnétique de polarisation est choisie par exemple de l'ordre de 250 à 300 Oe pour que le champ magnétique de polarisation donne la valeur de polarisation appropriée pour la caractéristique au voisinage de la surface d'extrémité de l'élément en film mince à effet MR comme le montre par exemple la courbe 6 de la figure 6 alors que la variation de la résistance est pratiquement saturée pour la caractéristique correspondant à la partie centrale dans la direction transversale de l'élément en film mince à effet MR comme le montre par exemple la courbe 8 de la figure 6 ainsi que dans un certain cas par rapport à la caractéristique représentée par la courbe 7 de la figure 6. Un-mode de réalisation d'une tête de transducteur magnétique utilisant l'effet de magnéto-résistance selon l'invention.sera décrit ci-après à l'aide des figures 7 et 8. La tête de transducteur magnétique selon l'invention se compose d'un élément.l-en film mince à effet MR, par exemple mis en forme de U, qui est réalisé sur un support 11 par exemple en saphir. Aux deux extrémités de l'élément 1 à-effet MR, on a collé une couche présentant une bonne conductivité électrique pour former les bornes 12. Sur le support 11, on a en outre appliqué comme revêtement une couche isolante 13 par exemple en silice SiO ; cette couche de silice SiO2 est par exemple 2 réalisée selon un procédé de pulvérisation à la fréquence RF (fréquence radio) pour couvrir les parties de l'élément 1 ainsi que les bornes 12.; un générateur de champ magnétique de polarisation 14 formé d'un aimant permanent donnant un champ magnétique de polarisation, continu, est placé dans cet élément 1 et l'ensemble est recouvert d'un support de renforcement 15. La référence 16 concerne de la colle destinée à fixer l'aimant 14 sur le support de-renforcement 15. La référence 17 s'applique à la surface de contact de la tête du transducteur sur le support magnétique 5 ; cette surface de contact présente une finition de surface de miroir au niveau de la surface d'extrémité la de l'élément 1. En particulier, dans le mode de réalisation de l'invention, l'intensité du champ magnétique générée par le générateur de champ magnétique de polarisation dans l'élément 1 c'est-à-dire l'aimant permanent 14 est choisie de l'ordre de 250 à 300 Oe ; cette intensité doit être suffisante pour saturer la partie centrale de l'élément à effet MR, éloignée de la surface d'extrémité la dans le sens de la largeur du film de l'élément 1, pour donner la polarisation appropriée comme décrit précédemment.En appliquant un tel champ magnétique de polarisation, intense, sur l'élément MR, on fixe l'aimantation de l'élément MR dans sa partie centrale par exemple la troisième et la quatrième gérions dans-la direction du champ magnétique de polarisation et à la réception du signal de chaw magnétique, il n'en résulte pas de rotation de l'aimantation. Par contre, dans la partie:périphérique-de l'élément MR, par exemple dans la première région, même sous l'effet d'un tel champ magnétique de polarisation, intense, l'aimantation de l'élément MR ne peut tourner à la réception-du signal de champ magnétique engendré-par.le support d'enregistrement magnétique du fait du champ de désaimantation. Dans la tête de transducteur magnétique décrite ci-dessus, comme la caractéristique-de l-'élément 1 à effet MR représentée par la courbe 6 (figure 6) présente une plage étendue dans laquelle la courbe est linéaire, dans le cas d'un signal de champ magnétique de faible longueur d'onde, l'effet MR est essentiellement engendré seulement au voisinage de la surface d'extrémité (c'est-à-dire au voisinage de la surface de contact:l7 avec..le support d'enregistrement magnétique 5) pour avoir une grande sensibilité ; un champ magnétique de polarisation, adéquat, est appliqué dans la partie voisine de la surface d'extrémité, ce qui permet d'améliorer en particulier la caractéristique de faible-longueur d'onde. Les. figures 9A-9E représentent chacune des courbes montrant le choix du champ magnétique de polarisation HB fixé respectivement à 50 Oe, 100 Oe, 150 Oe, 200 Oe et 300 Oe dans la tête de transducteur magnétique réalisée comme cela a été décrit ci-dessus en relation avec les figures 7 et 8 et pour des courbes de sortie respectives reproduites à une fréquence de 2 kHz dans-le cas d'un élément 1 en film mince à effet MR, réalisé en permalloy, avec une largeur de film égale à 5,0$ati et un courant de 5,0 mA. Comme le montrent les courbes, on peut obtenir une très forte résolution pour un champ magnétique de polarisation ayant une intensité d'environ 300 Oe. Les courbes 20 et 21 (figure 10) montrent les caractéristiques respectives de fréquence dans le cas d'une valeur du champ magnétique de polarisation H B égale à 300 Oe dans le mode de réalisation de l'invention comme mentionné précédemment, et des valeurs normales comprises entre 150 et 200 Oe ; il est clair que la caractéristique de fréquence est considérablement améliorée pour les faibles longueurs d'ondes. La figure 11 est un schéma montrant les résultats des mesures de la dépendance entre la caractéristique de fréquence et le champ magnétique de polarisation ; cette dépendance est mesurée par le rapport d'un niveau pour une fréquence de 20-kHz- et d'un niveau pour une fréquence de 2 kHz. La caractéristique de fréquence--présente une faible variation pour 2 kHz et.20 kHz-c'est-à-dire que l'on a une caractéristique de fréquence, lisse ou plate, pour environ 300 Oe d'un champ magnétique de polarisation élevE ou intense. Comme décrit,-dans la tête de transducteur magnétique selon l'invention, l'influence de la direction. transversale de l'élément 1 en film mince à effet MR, sur la partie centrale est supprimé efficacement ou de façon sure, on.évite toute influence gênante de la partie centrale sur la caractéristique ; ainsi dégagé de cette influence sur la caractéristique, on peut augmenter de façon satisfaisante la largeur du film. De même, comme la tête à transducteur magnétique s'utiliser sur une longue durée même si la tête de transducteur magnétique a subi de l'érosion du fait du contact de glissement entre-la surface de contact et le support magnétique, on-a toujours une surface de très grande sensibilité-et la tête de transducteur magnétique selon l'invention peut s'utiliser pendant une longue période tout en présentant une sensibilité élevée et une meilleure caractéristique en fréquence. REVEND I CAT IONS 10) Tête de transducteur magnétique à effet de magnéto résistance, tête formée d'un élément (1) en film mince à effet de magnéto résistance, destiné à rencontrer un support d'enregistrement magnétique (5) suivant un cté dans la direction longitudinale, un moyen d'alimentation en courant donnant un courant traversant cet élément (1) dans la direction longitudinale, et un moyen de polarisation (14) appliquant un champ magnétique de polarisation, continu, à l'élément (1), transducteur caractérisé en ce que le champ magnétique de polarisation continue est choisi de façon que l'intensité de ce champ magnétique soit suffisamment forte pour saturer l'élément (1) dans sa partie centrale dans la direction transversale de l'élément, tout en étant suffisante pour conserver à l'élément tl)la sensibilité à un signal de champ magnétique émis par le support d'enregistrement magnétique (5) dans la partie périphérique (la) coopérant avec le support d'enregistrement magnétique (5). 20) Tête de transducteur magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le champ magnétique de polarisation continue est suffisamment intense pour fixer l'aimantation de l'élément 1 dans la partie centrale de cet élément suivant sa direction transversale, dans la direction du champ magnétique de polarisation, à la réception d'un signal de champ magnétique émis par le support d'enregistrement magnétique (5). 30) Tête de transducteur magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le champ magnétique de polarisai continu, est choisi de façon que l'aimantation de l'élément dans la partie périphérique (la) qui reçoit le champ magnétique puisse être tournée à la réception du signal de champ magnétique provenant du support d'enregistrement magnétique (5). 40) Tête de transducteur magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément en film mince (1) à effet de magnéto résistance est réalisé à l'aide d'un alliage du système Fe-Ni ou du système Ni-Co. 50) Tête de transducteur magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de polarisation (14) est un aimant permanent adjacent à l'élément donnant un champ magnétique de polarisation, continu, suivant une direction perpendiculaire à cette direction longitudinale. 60) Tête de transducteur magnétique selon la revendi cation 1, caractérisée en ce que l'élément en film mince à effet de magnéto résistance est réalisé sur un support (11) non magnétique, tel que du saphir.