Brevet FR2511535A1 — publié le 19830218

" Tête de transducteur magnétique ". La présente invention concerne une tête de transducteur magnétique et notamment une tête de trans- ducteur magnétique utilisant l'effet de magnétorésis- tance. Une tête de transducteur magnétique connue utilisant l'effet de magnétorésistance (encore appelé "effet MR") est par exemple réalisée en général comme représenté aux figures 1 et 2 Cette tête se compose d'un support 1, isolant, non magnétique par exemple un saphir portant un élément MR 2 constitué par un film mince magnétique à effet MR tel qu'un alliage du système Ni-Fe, un alliage du système Ni-Co etc recouvert d'une couche de protection 3 par exemple en silice Si O 2 Un support isolant non magnétique 4 réalisé également par exemple en saphir, est collé sur la couche de protection 3 par un agent de collage 5 de façon à mettre l'élément MR 2 entre les supports 1 et 4 L'élément MR 2 en film mince est tel que l'une de ses surfaces d'extrémité soit en regard d'une surface de contact 6 pour le support d'enregistrement magnétique, non représenté L'épaisseur est choisie de l'ordre de quelques centaines d'angstroms o (A) et la longueur Q correspondant à la largeur de la piste du support d'enregistrement magnétique est choisie de l'ordre de plusieurs dizaines jusqu'à plusieurs cen- taines de microns La direction de déplacement du support 11535 d'enregistrement magnétique par rapport à cette tête de transducteur magnétique à effet MR coïncide sensiblement avec la direction de l'épaisseur du film de la surface d'extrémité de l'élément MR 2 tourné vers la surface de contact 6 du support d'enregistrement magnétique. La tête de lecture magnétique à effet MR présente normalement une plus grande sensibilité à la reproduction de pistes étroites, une courte longueur d'onde et une vitesse de lecture ultra-lente par rapport à une tete magnétique habituelle à induction électroma- gnétique. Toutefois une tète de transducteur magnéti- que à effet MR, réalisée selon les techniques connues, risquent d'être érodées si l'élément en film mince MR, 2 vient en contact avec le corps humain Par exemple, un élément en film mince MR, de 5 microns, est enlevé même si le contact avec le corps humain n'est que de l'ordre de 1 à 10 secondes La raison de l'érosion de l'élément en film mince MR est que la transpiration du corps humain agit comme électrolyte pour l'élément en film mince MR et la tension électrostatique induite dans le corps humain provoque le passage d'un courant à travers la transpiration vers l'élément MR pour en provoquer l'électrolyse L'érosion de l'élément MR décrit ci-dessus se produit lorsque les trois conditions (i) (iii) sont satisfaites simultanément: (i) La tête de transducteur magnétique à effet MR est mise à la masse par une faible impédance (par exemple une impédance inférieure à environ 10 K-fl-), (ii) Le corps humain vient en contact avec la tête de transducteur magnétique à effet MR, le corps humain étant électriquement flottant, (iii) Le corps humain est mis à une tension électrostatique par une ligne d'alimentation. En d'autres termes, lorsque le corps humain 251 535 flotte électriquement, généralement le corps humain est chargé d'électricité statique par une ligne d'alimentation et présente un potentiel induit de l'ordre de + 20 V. Lorsque la _tête de transducteur magnétique à effet MR est S mise à la masse par une faible impédance, il y a une dif- férence de potentiel entre le corps humain et la t Ute de transducteur magnétique à effet MR Si les conditions indiquées ci-dessus, le corps humain vient en contact avec l'élément à effet MR, un courant passe et provoque l'électrolyse de cet élément. Pour éviter que l'élément à effet MR ne soit érodé par le contact du corps humain suivant le phénomène décrit ci-dessus, on peut supposer que l'on évite l'élec- trolyse si une partie du corps humain est mise à la masse pour permettre à l'élément à effet MR et au corps humain d'être au même potentiel Toutefois même si le corps humain est mis à la masse comme indiqué ci-dessus, l'élé- ment à effet MR risque néanmoins d'être érodé. La présente invention a pour but de créer une tête de transducteur magnétique utilisant l'effet de magnétorésistance, qui soit plus fiable, et qui évite l'érosion même au contact du corps humain. A cet effet, l'invention concerne une tête de transducteur magnétique utilisant l'effet de magnétorésis- tance et comportant un élément à effet de magnétorésistan- ce en film mince tenu entre un premier et un second sup- ports, au moins l'un des premier et second supports étant réalisé en un matériau conducteur d'électricité, et un moyen de polarisation pour cet élément à effet de magnéto- résistance pour satisfaire à une relation de potentiel VMR Vs C 0,2 volt, VMR étant le potentiel de l'élément à effet de magnétorésistance et Vs étant le potentiel du support conducteur. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: 11535 la figure 1 est une vue en plan à échelle agrandie d'un exemple de tête de transducteur magnétique connue utilisant l'effet de magnétorésistance. la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 1. la figure 3 est une vue en plan à échelle agrandie d'un mode de réalisation d'une t Ute de transduc- teur magnétique utilisant l'effet de magnétorésistance selon la présente invention. la figure 4 est une vue en coupe transver- sale prise selon la ligne A-A de la figure 3. les figures 5 et 6 sont des graphiques ser- vant à expliquer le champ magnétique de polarisation appliqué à la tête de transducteur magnétique. la figure 7 est une vue en coupe à échelle agrandie de la partie principale de la tête de transduc- teur magnétique selon l'invention représentée aux figu- res 3 et 4. les figures 8 et 9 sont des schémas équi- valents. les figures 10 à 12 sont des schémas de circuits utilisés pour appliquer une tension de polari- sation à la tête de transducteur magnétique selon l'in- vention. la figure 13 est une vue en coupe à échelle agrandie de la partie principale d'un autre mode de réa- lisation d'une tète de transducteur magnétique selon l'invention. la figure 14 est une vue en coupe à échelle agrandie de la partie principale d'une téte de transduc- teur magnétique selon un exemple de comparaison pour la présente invention. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFEREN- TIELS: - Selon l'invention, lorsque le corps humain arrive en contact avec une tâte de transducteur magnéti- que à effet MR, le corps humain est mis à la masse simul- tanément De plus, on a constaté que même si le corps humain était à la masse, et que par exemple en mode de fonctionnement on soumet la tête de transducteur magnéti- que à un potentiel supérieur de 0,2 V à celui du corps humain, un courant provoquant un phénomène d'électrolyse dans l'élément à effet MR passe dans cet élément et en provoque l'érosion Reposant sur cette considération, selon l'invention, on applique une tension de polarisa- tion prédéterminée à l'élément à effet M 4 R, tension qui, même si le corps humain vient en contact avec la tête de transducteur magnétique, évite l'érosion de cet élé- ment. Les figures 3 et 4 montrent un premier mode de réalisation d'un élément selon l'invention Dans ce mode de réalisation, un premier support 11 porte un élément en film mince 12 à effet MR et une couche iso- lante 13 recouvrant l'élément à effet MR 12 par exemple sur toute la surface du support portant l'élément à effet MR, 12 Bien que non représenté dans certains cas, on réalise une couche Co ou analogue sur la couche d'isolation 13 suivant un schéma prédéterminé pour obte- nir un moyen créant un champ magnétique appliquant un champ magnétique de polarisation à l'élément à effet MR 12 comme cela sera décrit En outre dans ce cas (non représenté) par l'intermédiaire d'une couche isolante recouvrant par exemple toute la surface de la couche isolante 13, on colle un second support ou supporte de protection 14 à l'aide d'un agent de collage 15 sur le premier support 11 pour enserrer l'élément à effet MR, 12. La référence 16 désigne la surface de con- tact dont la finition correspond à une surface de miroir; cette surface entre en contact avec le support d'enregis- 11535 trement magnétique (non représenté) L'élément à effet MR 12 est disposé de façon que l'un des bords se trouve au niveau de la surface de contact 16 pour le support d'en- registrement magnétique Le bord intérieur du second support 14 est réalisé de façon à former une surface irrégulière pour que la surface de la couche d'agent de collage 15 tournée vers la surface de contact 16 pour le support d'enregistrement magnétique soit aussi faible que possible. L'invention utilise avantageusement le fait que lorsque le corps humain ou un doigt vient en contact avec l'élément MR, 12 du cfté de la surface de contact 16 pour le support d'enregistrement magnétique, le doigt s'appuie et vient en contact non seulement avec l'élé- ment MR en film mince 12 qui est extrêmement mince mais également avec le premier et le second supports 11 et 14 qui pincent entre eux l'élément à effet MR, 12 et cela simultanément et sur une grande surface C'est pourquoi, selon l'invention, au moins l'un des deux supports 11 et 14 est un support conducteur qui assure la mise à la masse du corps humain lorsque le doigt vient en contact avec l'élément MR, 12. A titre d'exemple, le support 11 est un sup- port de saphir non magnétique et isolant portant l'élé- ment en film mince MR, 12 d'une épaisseur par exemple o égale à 500 A; cet élément est constitué d'un alliage du système Ni-Fe ou un alliage du système Ni-Co ou ana- logue et présente un effet MR Selon la figure 3, l'élé- ment 12 est par exemple constitué par une bande essen- tiellement droite dont les deux extrémités sont reliées à des bornes 22 a, 22 b s'étendant vers l'arrière pour aller vers la sortie t t, Ainsi globalement, l'élément MR, 12 a une forme de U Les bornes 22 a, 22 b peuvent être réalisées en un matériau à conductivité élevée La 3 o couche isolante 13 d'une épaisseur de 5000 A ayant une 2 511535 bonne résistance à l'usure est formée sur l'ensemble du support 11 et entoure les bornes 22 a, 22 b en recouvrant l'élément en film mince MR, 12 Le second support de pro- tection 14-ayant une résistivité ? inférieure par exemple 100 de façon à pincer l'élément en film mince 5 R, 12. L'élément MR, 12 est alimenté par un courant I qui passe dans sa direction longitudinale Lorsqu'un champ magnétique uniforme H perpendiculaire à la direc- tion de passage du courant I et suivant la direction de la surface du film constituant l'élément 12 est appliqué, il provoque un changement Jvé 9 de la conductivité de l'élément MR, 12, ce qui se traduit par un signal de sor- tie A e selon la caractéristique donnée par la courbe 31 à la figure 5; cette caractéristique est symétrique par rapport au champ magnétique H Dans ces conditions, en l'absence de champ magnétique de polarisation pour l'élé- ment MR, 12, si un signal magnétique correspondant à la courbe 32 de la figure 5 est appliqué à l'élément MR, 12 à partir du support d'enregistrement magnétique, l'élé- nient MR, 12 donne à sa sortie un signal de sortie corres- pondant à la courbe 33 de la figure 5 et dont on ne peut distinguer la polarité C'est pourquoi si l'élément MR, 12 fonctionne en étant soumis à un champ magnétique de polarisation, continu, HB prédéterminé (figure 6) et qu'un signal magnétique d'entrée correspondant à la courbe 34 à la figure 6 est appliqué par le support d'enregis- trement magnétique, l'élément MR, 12 donne un signal de sortie 35 (figure 6) permettant de distinguer la pola-. rité du signal magnétique d'entrée. En particulier, l'invention crée un moyen permettant de générer une tension de polarisation pour que la différence de potentiel VMR Vs entre le poten- tiel VMR de l'élément en film mince MR, 12 et le poten- tiel Vs du support 14 soit toujours inférieure ou égale à 0,2 V, c'est-àdire pour que l'inégalité VMR Vs support conducteur 14 est mis à la masse essentielle- ment par l'intermédiaire d'une impédance faible. La figure 7 est une autre vue en coupe à échelle agrandie de la partie principale de la tête de transducteur magnétique à effet MR selon l'invention, telle qu'elle a été décrite ci-dessus A la figure 7, les éléments correspondant à ceux des figures 3 et 4 por- tent les memes références et leur description ne sera pas reprise. Selon la figure 7, la pièce portant la réfé- rence 17 et qui est représentée par un trait mixte, re- présente la pointe d'un doigt d'une personne qui est en contact avec la surface de contact 16 pour le support d'enregistrement magnétique Le corps humain ou la poin- te du doigt 17 touche les pièces qui sont situées du coté de la surface de contact 16 et s'appliquant sur les deux supports 11 et 12 par l'intermédiaire d'un électrolyte tel que de la transpiration portant la réfé- rence 18 et représentée par un trait-mixte, si bien que cela court-circuite électriquement les parties ci-dessus. Dans la situation représentée à la figure 7, on a un circuit équivalent tenant compte du corps humain ou de la pointe du doigt 17 Ce circuit équivalent est repré- senté à la figure 8 dans laquelle les éléments corres- pondant à ceux de la figure 7 portent les mêmes référen- ces. Selon la figure 8, les références C et C 1 2 désignent les capacités électrostatiques qui sont in- terposées de façon équivalente entre la pointe de dqigt 17 et la ligne d'alimentation 41; ces capacités sont généralement de l'ordre de plusieurs p F jusqu'à plu- sieurs dizaines de p F La référence Ri est la résistan- ce de mise à la masse du corps humain 17, cette résis- tance ayant normalement une valeur de plusieurs cen- taines de M A La référence R 2 désigne la résistance de contact entre le support 14 et le corps humain 17 cette résistance de contact a normalement une valeur de plusieurs K-i ' lorsque le support 14 est en Al 203-TIC comme indiqué cidessus La référence R 3 désigne la résistance de contact entre l'élément MR, 12 et le corps humain 17, résistance qui a normalement une valeur de plusieurs M L jusqu'à plusieurs dizaines de M J - La référence C 3 désigne la capacité électrostatique entre l'élément MR, 12 et le support 14, cette capacité ayant une valeur de plusieurs milliers de p F Dans ces condi- tions alors que le support 14 flotte par rapport au potentiel de masse du fait de la capacité C 3, comme les résistances R 2 et R 3 ont une valeur importante, on peut estimer que le support 14 est essentiellement mis à la masse par l'intermédiaire de la capacité C 3 sans avoir de moyen externe Toutefois si nécessaire comme repré- senté à la figure 9, le support 14 peut ètre mis à la masse par l'intermédiaire d'une résistance externe R 4 de faible impédance, inférieure à plusieurs dizaines de Ki. Comme indiqué ci-dessus, la tête de trans- ducteur magnétique selon l'invention est telle qu'au moins l'un des supports qui entourent l'élément MR, 12 par exemple le support 14 soit conducteur et soit mis à la masse par une impédance faible Ainsi lorsque la pointe du doigt 17 vient en contact avec la surface 16 de contact du support d'enregistrement magnétique comme représenté à la figure 7, le corps humain 17 est néces- sairement mis à la masse par l'intermédiaire du support 14 Ainsi à titre d'exemple, au moins en mode de fonc- tionnement de la tète de transducteur magnétique, l'élé- ment MR, 12 et le corps humain 17 sont tous deux mis au même potentiel que la masse, si bien qu'il n'y a pas de courant passant de l'élément MR, 12 dans le support 14. On évite ainsi le risque de l'électrolyse de l'élément MR, 12. Toutefois même si le montage est tel que le corps humain 17 soit mis à la masse par le support 14 si en mode de fonctionnement de la tête de transducteur magnétique, le corps humain 17 vient en contact avec la tête comme représenté à la figure 7, cela peut parfois provoquer l'érosion de l'élément MR, 12 De façon plus détaillée, lorsque la tete de transducteur magnétique est en fonctionnement, le courant I traverse l'élément M R, 12 comme indiqué précédemment et la résistance de l'élément MR, 12 provoque une chute de tension Si le potentiel VMR de l'élément AIR, 12 résultant de cette chute de ten- sion dépasse de + 0,2 V le potentiel Vs du support 14, le courant de l'élément MR, 12 passe dans le support 14 et provoque l'électrolyse de l'élément MR, 12 Pour évi- ter cet inconvénient comme indiqué ci-dessus, l'inven- tion prévoit un moyen de polarisation de façon que la différence de potentiel entre le potentiel VMR de l'élé- ment MR, 12 et le potentiel Vs du support 14 soit infé- rieure au égale à 0,2 V même lorsque la tête de tranduc- teur magnétique fonctionne Ce moyen de polarisation agit de façon que par exemple comme représenté aux figu- res 10 et 11, le courant I passant dans l'élément MR, 12 rend le potentiel de l'élément MR, 12 inférieur au poten- tiel du support 14 Comme représenté à la figure 12, on peut prévoir une source d'alimentation 41 mettant le support 14 à un potentiel Vs supérieur au potentiel VMR de l'élément MR, 12 Aux figures 10 à 12, chacune des références 42 désigne une source de courant appliquant le courant I à l'élément MR, 12. Comme décrit ci-dessus, selon l'invention, la tête de transducteur magnétique MR comporte un support conducteur 14 de façon que lorsque la tête de transducteur magnétique arrive par exemple en contact avec un doigt, le corps humain soit nécessairement mis à la masse par l'intermédiaire du support 14 De plus même lorsque la tête de transducteur magnétique est en fonctionnement, l'invention évite que le courant ne passe de l'élément MR, 12 dans le support 14 et en particulier qu'une diffé- rence de tension dépassant 0,2 V et provoquant l'électro- lyse de l'élément MR, 12 ne soit appliquée à cet élément 12 En outre même lorsque la tête de transducteur magné- tique fonctionne, l'invention permet d'éviter l'érosion de l'élément MR, 12. Alors que dans les modes de réalisation pré- cédents de l'invention, le support 14 est constitué par un support conducteur, le support 11 peut de la même manière être un support conducteur Dans ce cas, il faut isoler électriquement l'élément MR, 12 du support conducteur 11 Pour cela, il suffit que l'élément MR, 12 soit réalisé sur le support 11 par l'intermédiaire d'une couche isolante mince de silice Si O 2 ou analogue. La présente invention peut en outre s'appli- quer à une tête de transducteur magnétique du type écran, dans laquelle les deux supports 11 et 14 sont réalisés en un matériau magnétique donnant l'effet d'écran magné- tique Dans ce cas, comme par exemple représenté à la figure 13, chacun des supports 11 et 14 est réalisé en un matériau magnétique tel qu'une ferrite du système Mn-Zn ayant une résistivité de plusieurs I L cm; le support 1 l comporte une couche isolante non magnétique par exemple une couche 51 de A 1203 sur laquelle est réa- lisé l'élément MR, 12 Puis, l'ensemble est recouvert de la couche isolante 13 en silice Sio 2 sur laquelle est collé le support 14. Des essais de mesure de l'érosion des têtes de transducteur magnétiques par le contact avec un doigt ont été effectués Pour celà, on a utilisé les têtes de transducteur magnétiques suivantes Une tête de transduc- teur magnétique à effet MR, classique comme indiqué une tête de transducteur magnétique réalisée comme repré- senté à la figure 7 selon l'invention (tête appelée ci- après "tête de type A"); une tête de transducteur magné- tique réalisée comme indiqué à la figure 13 selon l'in- vention, appelée ci-après "tête de type B"; une tète de transducteur magnétique réalisée comme exemple de comparaison telle que celle de la figure 14; dans cette tête, le support 1 est en saphir; il porte l'élément MR, 12 revêtu de la couche isolante de silice Si O 2, 13 rece- vant elle-même le support en saphir par l'intermédiaire d'une couche d'or Au, 54 d'une épaisseur d'environ 5000 A qui est beaucoup plus mince que les supports 1 et 4 Les résultats des essais sont donnés dans le tableau donné en fin de description Les mesures d'érosion ont été faites de la manière suivante: pour éviter que le contact avéc le bout du doigt et la transpiration ne corresponde à des situations trop différentes, la pointe du doigt a été mise dans une solution aqueuse de NH 4 C -à 0,5 %, puis elle a été mise en contact avec la surface 16 de chacune des têtes de transducteur magnétique; chaque élément MR, 12 de chacun des échantillons était en permalloy (alliage du système Fe-Ni) qui est généralement érodé complètement par une solution de NH 4 C i Dans le tableau 1, suivant, les références 0, D, X indiquent les résul- tats de mesure de l'érosion de l'élément MR, 12 pour un contact de cinq minutes de la pointe du doigt: référence O: aucun changement de la valeur de la ré- sistance, ni aucun changement même à l'observation au microscope, référence D:-légèrement changement de la valeur de la résistance et à l'observation au microscope, la résistance X: l'élément MR, 12 est très nota- blement attaqué. TABLEAU 1 _______ 1 Potentiel Potentiel Exemple Exemple Type Type du corps de l'élé classi de com A B humain ment MR que paraison Flottant D D O O Masse X X O O Flottant positif- masse Flottant X X O 1 1 _ _ _ _ o O O O i Masse 0 O O O nmgatif- O O O O 1 masse ,1 V posi- tif masse o o O ID i 0,2 V D D O O _ 3 V: 0,3 V, X X X i X _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ t l 4 V o P 4 V' 4 1 X X X X D =; X = 2; O = C Comme celà découle clairement du tableau I, dans les têtes de transducteur magnétiques à effet MR de l'invention correspondant aux types A et satisfaisant à l'inégalité VMR VS z 0,2 V, l'élément MR n'est jamais attaqué. Comme indiqué ci-dessus selon l'invention, Masse - : li même si le corps humain par exemple la pointe d'un doigt vient en contact avec la tête de transducteur magnétique à effet MR, on évite que cet élément à effet MR ne soit érodé, si bien que les manipulations sont plus simples, sa fiabilité est augmentée de même que sa durée de vie. Cela se traduit par des avantages très importants en pratique. R E V E N D I C A TI ONS ) Tête de transducteur magnétique à effet de magnétorésistance caractérisée en ce qu'elle se compo- se d'un élément ( 12) en film mince à effet de magnéto- résistance maintenu entre un premier et un second sup- ports ( 1, 4), au moins l'un des deux supports ( 1, 4) étant réalisé en un matériau conducteur d'électricité, et un moyen de polarisation étant prévu pour l'élément à effet de magnétorésistance ( 12) pour satisfaire à la relation de potentiel (VMR Vs support conducteur. 2 ) Tête de transducteur magnétique à effet de magnétorésistance selon la revendication 1, caracté- riséeen ce que le premier support ( 1) est en saphir. 3 ) Tête de transducteur magnétique à effet de magnétorésistance selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le second support est un complexe fritté d'alumine(A 1203)et de carbure de titane (Ti C) et l'élé- ment à effet de magnétorésistance ainsi que le second support sont isolés par une couche isolante. 4 ) Tête de transducteur magnétique à effet de magnétorésistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier et le second supports ( 1, 4) sont réalisés en ferrite magnétique conductrice d'électricité et l'élément à effet de magnétorésistance ( 12) est isolé par des couches isolantes. ) Tête de transducteur magnétique à effet de magnétorésistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de polarisation est une source de cou- rant ( 42) créant un courant électrique dans une direction telle que la relation dans l'élément à effet de magnéto- résistance soit satisfaite.