Brevet FR2612676A1 — publié le 19880923

TETE MAGNETIQUE DE LECTURE POUR PISTE DE TRES FAIBLE LARGEUR ET PROCEDE DE FABRICATION DESCRIPTION La présente invention a pour objet une tête'maghétique de lecture pour piste de très faible largeur et un procédé de fabrication de cette tête. Pour augmenter la densité surfacique d'enregistrement des informations sur un support en forme de disque ou de bande, on dispose de deux moyens: augmenter le nombre d'éléments binaires par unité de longueur dans le sens de défilement de la piste magnétique, - augmenter le nombre de pistes d'enregistrement. La première solution conduit vite à des difficultés insurmontables qui proviennent de ce qu'il faut réduire de plus en plus la séparation entre la tête de lecture et la couche d'enregistrement. La seconde solution semble plus attrayante, mais elle n'est pas exempte de difficultés. Elle implique en effet des pistes de largeur très faible, ce qui pose des problèmes de réalisation pour les têtes de lecture. Comme le signal de lecture est proportionnet à la largeur de la piste, il devient très faible pour une piste très étroite. Par ailleurs, la précision requise pour l'entrefer augmente, ce qui pose des problèmes technologiques. La présente invention a justement pour but de proposer une tête de lecture spécialement adaptée à la lecture de pistes de très faible largeur, à la fois par sa structure particulière et par sa sensibilité au champ magnétique. Selon l'invention, le circuit magnétique est constitué par une couche magnétique mince (de l'ordre du micromètre) avec un entrefer dont la largeur a la même valeur. La piste peut donc être très étroite (1 micromètre environ). Dans l'art antérieur, les pièces polaires (donc l'entrefer) étaient réalisées par photolithogravure, de sorte que 2 2612676 la largeur finalement obtenue pour l'entrefer manquait de précision et était grande (plusieurs micromètres). Quant à La sensibilité, elle est accrue en renonçant au traditionnel enroulement permettant de capter les variations de flux magnétique au profit de l'utilisation d'éléments dont l'une des caractéristiques électriques est sensible au champ magnétique. Il s'agit par exemple de magnétorésistances, de magnétodiodes, de magnétotransistors, etc... Ces éléments sont montés en opposition et reliés à un circuit intégré diffusé dans le substrat même qui porte le circuit magnétique. De toute façon, les caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une plaquette de silicium avec des circuits intégrés, - la figure 2 est une coupe de cette plaquette, - la figure 3 représente diverses étapes d'un procédé. de réalisation d'espaceurs amagnétiques, - la figure 4 montre une plaquette de silicium avec des circuits intégrés et des espaceurs, - la figure 5 montre, en vue de dessus, une couche magnétique dans un premier mode de réalisation, - la figure 6 montre un circuit magnétique dans un second mode de réalisation, - la figure 7 montre le circuit magnétique avec ses magnétorésistances, - la figure 8 montre l'ensemble apres connexion des magnétorésistances avec le circuit intégré, - la figure 9 montre la fixation d'un composant sur un patin de vol, - la figure 10 montre le sens de l'induction magnétique et des courants électriques d'alimentation, - la figure 11 est un schéma montrant la variation de résistance des magnétorésistances en fonction du champ 3 t t2612676 magnétique. Sur la figure 1, on voit une plaquette 10 de silicium monocristallin ayant une face supérieure 11 sur laquelle on forme des circuits électroniques 12, par des moyens classiques en microélectronique. Chaque circuit comprend au moins un générateur de courant régulé et un amplificateur différentiel. La figure 2 montre, en coupe, le substrat 10, avec ses circuits 12. Une couche isolante 14, par exemple en SiO2 est déposée sur l'ensemble pour isoler les circuits. Le procédé de réalisation se poursuit selon l'une ou l'autre de deux variantes: Première variante: On forme des espaceurs amagnétiques selon une technique connue qui est illustrée sur la figure 3. Pour cela, on dépose une couche isolante 15 que l'on grave pour faire apparaître des parois verticales là ou l'on veut former les espaceurs (partie a). L'épaisseur de cette couche est au moirs égale à la largeur de la piste à lire. On dépose sur l'ensemble une couche 16 de matériau amagnétique (partie b). On enlève toutes les parties horizontales de la couche 16 pour ne laisser subsister que les parois verticales 18 (partie c). On enlève ce qui reste de la couche 14 (partie d), ce qui laisse des espaceurs 20 sur la couche 14. La figure 4 illustre la plaquette de silicium 10 avec les circuits intégrés 12 et les espaceurs amagnétiques 20. Naturellement, sur cette figure, les échelles ne sont pas respectées. On dépose ensuite sur l'ensemble une couche de matériau magnétique à forte perméabilité. L'épaisseur de cette couche est égale à la largeur de la piste à lire. On grave cette couche pour lui donner la forme illustrée sur la figure 5 pour constituer un circuit 30 en forme de boucle comprenant deux pièces polaires P1, P2 séparées par un espaceur 20, et une partie arrière P3 séparée des pièces polaires par deux fentes F1 et F2 de quelques micromètres de largeur. Ce circuit magnétique est à proximité du 4 2 6612676 circuit intégré 12. Deuxième variante: Sur la couche isolante 14 (figure 2), on dépose une fine couche conductrice 22 (en tiret sur la figure 2) puis on réalise des espaceurs comme illustré sur la figure 3. On dépose ensuite une couche de résine que l'on grave selon la forme représentée sur la figure 5 (la résine subsistant à l'extérieur de la zone hachurée sur la figure 5). Dans les parties gravées, la couche métallique se trouve ainsi dégagée. Par un procédé électrolytique, on fait croltre sur cette couche métallique une couche magnétique de forte perméabilité, jusqu'à ce que son épaisseur atteigne la largeur de la piste à lire. On enlève ensuite la résine. Il reste un circuit magnétique 30 tel que représenté en perspective sur la figure 6, avec son espaceur 20, et ses deux fentes F1 et F2. Ce circuit 30 est toujours disposé à proximité du circuit intégré 12. On enlève ensuite la couche métallique fine 22 là o elle est apparue, c'est-à-dire en dehors du circuit magnétique. Le procédé de réalisation se poursuit alors, pour les deux variantes, de la manière suivante. On dépose sur l'ensemble, par pulvérisation cathodique, une fine couche de fer-nickel que l'on grave pour ne laisser subsister, dans les fentes F1 et F2, que de minces bandes formant des magnétorésistances M1 et M2. Comme illustré sur la figure 7, ces fines bandes ne sont pas en contact électrique avec le circuit magnétique. Au lieu de magnétorésistances, on pourrait insérer dans les fentes F1 et F2, des magnétodiodes ou des magnétotransistors réalisés directement sur le substrat en silicium. On forme ensuite des connexions électriques entre les magnétorésistances M1 et M2 et chaque circuit intégré 12, notamment avec le générateur de courant régulé G et L'amplificateur différentiel A. Ces connexions sont obtenues par dépôt de fines bandes de matériau conducteur. La sortie de l'amplificateur constitue la sortie de la tête de lecture. 2612676 On obtient ainsi un grand nombre de composants constitués chacun par un circuit magnétique 30 et un circuit intégré 12. On découpe ces composants et on les insère dans un patin de vol 32, comme illustré sur la figure 9. L'assemblage se fait par collage ou par soudure au verre. Le patin complet comprend un plan de vol 34 et présente une forme de catamaran. Les pistes 36 et 38 défilent sous l'entrefer de chaque circuit magnétique. La face 11, sur laquelle se trouvent le-circuit intégré 12 et le circuit magnétique 30, est perpendiculaire au plan de vol 34 et parallèle aux pistes 36, 38. On conçoit, dcs lors, que la largeur de la piste soit égale à l'épaisseur della couche magnétique formant le circuit. Ainsi, cette largeur peut être très faible, et de l'ordre du micron. - Les figures 10 et 11 permettent de mieux comprendre le fonctionnement de la tête de lecture de l'invention, une fois complétée. Sur la figure 10, les flèches dans le circuit magnétique -morntrent le sens de l'aimantation lors de la lecture et les flèches dans les connexions électriques le sens du courant circulant à travers les magnétorésistances. Celles-ci sont par ailleurs polarisées par des moyens connus non représentés (adtopolarisation, "barber poles", etc...). Cette polarisation est liée au courant de lecture et à l'aimantation, de telle sorte que la variation de résistance soit opposée dans les deux magnétorésistances c'est-à-dire telle que la résistance augmente dans l'une des magnétorésistances alors qu'elle diminue dans l'autre, pour une même variation de l'aimantation. La figure 11 montre la courbe de variation de la résistance R d'une magnétorésistance en fonction du champ magnétique applique. Pour un champ de polarisation Ho la magnétorésistance présente une résistance Ro. Pour une variation aH on a une variation relative R/Ro pour l'une des magnétorésistances et -àR/Ro pour l'autre. Le déséquilibre en 6 2612676 courant obtenu aux entrées de l'amplificateur différentiel est alors proportionnel à 2 &R/Ro. Par polarisation la valeur de Fro est choisie pour correspondre à la pente maximale de la courbe (point d'inflexion). 7 2612676 REVENDICATIONS 1. Tête magnétique de lecture, comprenant un patin de vol (32) ayant une face (34) dite plan de vol, apte à être placée en regard d'une piste magnétique (36) qui défile sous la tête, ce patin supportant un circuit magnétique en forme 'de 'boucle comprenant deux pièces polaires séparées par un entrefer occupé par un espaceur amagnétique, cet entrefer affleurant au niveau du plan de vol, ce circuit magnétique étant associé à des moyens pour mesurer la variation de flux magnétique dans le circuit lors du passage, sous l'entrefer, d'un élément d'information * magnétique enregistré sur une piste, cette tête étant caractérisée par le fait qu'elle comprend un substrat semiconducteur (10) fixé au patin, ce substrat ayant une face (11) perpendiculaire au plan de vol (34) et parallèle à la piste à lire (36, 38), cette face supportant une couche magnétique d'épaisseur égale à la largeur de la piste à lire, cette couche constituant le circuit magnétique avec un entrefer et un espaceur amagnétique (20), le circuit étant en outre irnterrompu par deux fentes (F1, F2) disposées symétriquement par rapport au plan de l'entrefer, deux éléments (M1, M2) ayant une propriété électrique sensible au champ magnétique étant insérés dans le circuit magnétique dans ' les deux fentes (F1, F2), le substrat semiconducteur (10) comprenant- encore un circuit électronique (12) intégré au substrat, ce circuit comprenant au moins un générateur (G) de courant régulé et un amplificateur différentiel (A) à deux entrées reliées aux deux éléments (M1, M2) sensibles au champ magnétique, la sortie de cet amplificateur fournissant le signal de lecture de la tête. 2. Tête de lecture selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les deux éléments ayant une propriété électrique sensible au champ magnétique sont des magnétorésistances (M1, M2). 3. Tête de lecture selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les deux magnétorésistances (M1, M2) 8 2 6612676 sont branchées en opposition aux bornes de l'amplificateur différentiel A, les deux magnétorésistances (M1, M2) étant polarisées de telle sorte que, pour la variation de flux magnétique qu'elles subissent leur résistance varie en sens opposés. 4. Tête de l'invention selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le substrat semiconducteur (10) est en silicium monocristallin. 5. Procédé de réalisation d'une tête de lecture conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à: - réaliser sur l'une des faces (11) un substrat semiconducteur (10) des circuits intégrés (12) comprenant chacun un générateur de courant (G), et un amplificateur différentiel (A), - déposer sur cette face (11) du substrat une couche isolante (14), former sur la couche isolante (14) autant d'espaceurs amagnétiques (20) que de circuits intégrés (12), chaque espaceur ayant une hauteur supérieure à la largeur de la piste à lire, - réaliser autant de circuits magnétiques (30) que de circuits intégrés (12), chaque circuit ayant une forme de boucle (P1, P2, P3) enserrant l'espaceur (20), et présentant deux fentes symétriques (F1, F2), - déposer dans les deux fentes (F1, F2) deux éléments (M1, M2) ayant une propriété électrique sensible au champ magnétique, - interconnecter ces éléments (CM1, M2) avec le circuit intégré associé (12), - découper Les différents composants obtenus, insérer chaque composant découpé dans un patin de vol (32), la face (11) étant disposée perpendiculairement au plan de vol (34) du patin et parallèlement à la partie à lire, l'entrefer affleurant sur le plan de vol (34). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le 9 2612676 fait que, pour réaliser les circuits magnétiques, on dépose sur la couche isolante (14) une couche de matériau amagnétique et l'on grave cette couche. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que, pour réaliser les circuits magnétiques, on dépose sur la couche isolante (14) une couche conductrice (22), on dépose sur la couche conductrice une couche de résine, on grave cette couche de résine dans des zones correspondant au futur circuit magnétique (30), on fait croître électrolytiquement une couche magnétique sur La couche conductrice, on enLève le reste de résine et la couche conductrice là o elle apparaît.