Brevet FR2630852A1 — publié le 19891103

TEIT D'ENRIEGISTREMENT THERMO- MAGNETIQUE L'invention est relative à une tête d'enregistrement thermomagnétique. Pour inscrire rapidement une grande densité d'informations sur un support magnétique, notamment une bande, il est nécessaire de disposer de têtes magnétiques d'enregistrement qui soient de faible encombrement et d'une grande rapidité de réponse. Dans le brevet français n 85 14766 déposé le 4 octobre 1985 par la demanderesse on a déjà décrit une tête de type thermomagnétique qui satisfait à ces conditions. Cette tête comprend un substrat magnétique à température de Curie modérée, c'est-à-dire peu élevée par rapport à la température ambiante, par exemple de l'ordre de 100 C, ainsi que deux électrodes séparées par une faible distance. Lorsqu'on applique une différence de potentiel entre ces deux électrodes un courant passe dans la partie du matériau magnétique située entre les deux électrodes; le courant chauffe cette partie. au-dessus du point de Curie; le matériau ainsi échauffé est alors amagnétique et constitue un entrefer, ce qui permet I'iiscription d'informations sur un support magnétique. L'invention, qui concerne aussi une tête de type thermomagnétique, permet d'améliorer dans des proportions importantes la densité d'informations. qu'on peut inscrire ainsi que la rapidité d'inscription. La tête magnétique selon l'invention est caractérisée en ce que les pièces polaires magnétiques de part et d'autre de l'entrefer constituent des conducteurs électriques transportant le courant de chauffage de cet entrefer. Le matériau des pièces polaires présente à la fois des propriétés magnétiques et de conduction d'électricité. De préférence, la température de Curie des pièces polaires est supérieure A la température de Curie du matériau de l'entrefer. il est également préférable que la réslstivité du matériau de l'entrefer soit supérieure à la résistlvité du matériau constituant les pieces polaires. L'entrefer étant en un matériau distinct de celui des pièces polaires son épaisseur est limitée, ce qui permet de limiter l'étendue du domaine Inscrit sur le support magnétique, et favorise donc une grande densité d'informations sur ce support. En outre quand les pièces polaires sont elles-mêmes conductrices la réalisation de la tête peut être très simple. De plus si le point de Curie des pièces polaires est élevé, on peut obtenir, à la température de fonctionnement (de l'ordre de la température de Curie du matériau d'entrefer), une grande amplitude d'aimantation de ces pièces polaires et donc une grande efficacité de l'écriture d'informations sur le support magnétique. Le matériau constitutif des pièces polaires est par exemple un alliage de fer et de nickel connu sous la dénomination "PERMALLOY", ou un alliage de fer, de silicium et d'aluminium connu sous la dénomination "SENDUST", ou un alliage de cobalt et de zirconium. Ces pièces polaires peuvent être également en fer pur de résistivité comprise entre 10 et 100 B i2cm. Le point de Curie de ces matériaux est compris entre environ 200 et 400 C. La couche d'entrefer est de préférence constituée d'un oxyde de fer par exemple une ferrite de manganèse, de zinc et de lithium. L'aimantation à saturation d'un tel oxyde est comprise entre 2 000 et 5 000 Gauss A 20 C et le point de Curie entre 60 C et 150 C. La résistivité du matériau constituant l'entrefer peut être ajustée en réglant la proportion entre les ions divalents et les ions trivalents. On peut ainsi atteindre une résistivité comprise entre 0,1 et 10 2 cm. La tête magnétique est de préférence réalisée en couches minces, par exemple avec la technique décrite dans le brevet français 86 14974 au nom de la demanderesse qui consiste à déposer, en couches minces, sur un substrat d'abord une première pièce polaire, puis le matériau d'entrefer en une couche d'épaisseur inférieure à celle do la première couche de pièce polaire, et ensuite le matériau de la seconde pièce polaire sur la couche d'entrefer; enfin on polit la surface ainsi recouverte des trois couches de façon à dégager l'entrefer proprement dit. Cette technique permet (l'obtenir un entrefer de largeur très faible et ainsi d'optimiser la densité d'informations inscrites sur le support. - D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ciannexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma en coupe d'une tête magnétique selon l'invention, - la figure 2 est une coupe partielle d'une tête pour une variante de la figure 1, - les figures 3 à 3d illustrent un procédé de réalisation d'une tête selon la figure 1, - la figure 4 montre un assemblage de têtes magnétiques selon l'invention, et - la figure 5 est une vuie analogue à celle de la figure 4 mais pour une variante. Dans l'exemple de la figure 1, le substrat 10 est en une matière amagnétique par exemple le silicium avec une épaisseur de 300 gt par exemple. Sur ce substrat 10 les élémenis principaux de la tête magnétique sont déposés en couches minces, à savoir les deux pièces polaires Il et 12 et l'entrefer 13. L'entrefer 13 a une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la couche 11. Cet entrefer 13 constitue un rebord d'une couche 14 Interposée entre le substrat 10 et la couche 12 formant la seconde pièce polaire. Cette souscouche 14 résulte du procédé de fabrication qui sera décrit plus loin en relation avec la figure 3. La couche 11 est liée à un conducteur électrique 11a De même la couche 12 est connectée à un autre conducteur électrique 12a Le circuit magnétique est fermé, à l'opposé de la plaque 10, par un aimant 15 avec deux bras 16 et 17 en regard respectivement des pôles 11 et 12. Sur chacun de ces bras est bobiné un enroulement 18, 19 d'écriture ou de lecture. Les pièces polaires 11 -et 12 sont en un matériau magnétique à point de Curie élevé, supérieur à 150 C environ et qui présentent en même temps des propriétés conductrices de l'électricité. De préférence la résistivité est comprise entre 10 et 100 I/ a cm. Pour réaliser les couches 11 et 12 on peut utiliser du "PERMALLOY" constitué d'environ 20 % de fer et de 80 % de nickel ou du "SENDUST" formé d'environ 80 % de fer, 10 % de silicium et 10 % d'aluminium. On peut également faire appel à un alliage d'environ 95 % de cobalt et 5 % de zirconium. On peut aussi utiliser du fer pur. La couche 14 est magnétique à température ambiante. Cependant son' point de Curie est inférieur au point de Curie du matériau des couches 11 et 12. De préférence la température de Curie du matériau de cette couche 14 (et donc de l'entrefer 13) est comprise entre 60 C et 150 C. En outre la résistivité de cette couche 14 est supérieure à la résistivité des couches 11 et 12. Dans l'exemple cette résistivité est comprise entre 0,1 et 10 a cm. Elle est constituée d'un oxyde de fer tel qu'un ferrite de manganèse, de zinc et de lithium comprenant, pour ses composants cationiques, environ 40 % de manganèse, 50 % de zinc et 10 % de lithium. L'aimantation à saturation d'un tel oxyde est de l'ordre de 2 à 5 000 Gauss à 20 C. De toute façon la résistivité de la couche d'entrefer 13 peut être réglée par le choix des proportions entre ions divalents (Fe++ ou Mn +ou Zn) et ions trivalents (Fe ++) Une information est inscrite à l'aide de la tête magnétique quand un courant.est injecté par les conducteurs 11 a et 12 à travers les couches 1], 13 et 12 afin d'échauffer aentrefer 13 pour qu'il dépasse température de Curie et l'entrefer 13 pour qu'il dépasse la température de Curie et qu'ainsi il perde ses propriétés magnétiques. Avec une telle tête magnétique il n'est pas nécessaire de prévoir de moyens d'adressage des- bobinages 18 et 19. De façon plus précise pour l'inscription d'informatlons les bobinages peuvent être alimentés en permanence, l'écriture ne s'effectuant que lorsqu'un courant d'adressage est amené par les conducteurs 11 et 12a. Pour une bonne 'efficacité du chauffage de l'entrefer 11 est préférable que le rapport entre la résistivité du matériau de la couche 13 et la résistivité du matériau des couches il1 et 12 soit supérieur à 10 000. Par ailleurs il est préférable que la résistivité du matériau de la couche 13 ne dépasse pas 10 a cm pour éviter les claquages. En effet pour une résistlvité trop faible de la couche 13 les pôles 11 et 12 risquent de s'échauffer dans une mesure excessive. Pour une résistivité trop importante de cette couche 13, le potentiel nécessaire pour produire l'échauffement de cette couche produirait un arc, ou étincelle, électrique à travers cet entrefer, entre les pâles 11 et 12. La variante représentée sur la figure 2 se distingue de celle de la figure 1 par-le fait que sur le substrat 10 se trouve une couche 20 à propriétés d'isolation thermique et électrique et entre cette couche 20 et la couche 11 est disposée une couche métallique 21. -Entre la couche 13, 14 d'entrefer. et la couche 12 est également disposée une autre couche métallique 22. Le métal constituant les couches 21 et 22 est par exemple le cuivre. Ces couches 21 et 22 améliorent la conductivité du courant amené à l'entrefer 13 pour l'échauffer-. Dans une variante les couches 11 et 12 ne sont pas conductrices, le courant étant amené à l'entrefer 13 pour l'échauffer uniquement par les couches métalliques 21 et 22. Le refroidissement de l'entrefer et des pôles 11 et 12 est d'autant plus lent que la couche 20, isolante thermiquement et électriquement, est épaisse. Autrement dit on peut régler la rapidité de réponse de la tête magnétique, notamment le temps pendant lequel chaque signal est inscrit, par le réglage de l'épaisseur de la couche 20. Pour un champ électrique appliqué de 2 x 107 volts/mètre une résistivité du ferrite constituant la couche 13 de 10 2 û m, une masse spécifique de ce ferrite de 5 000 kg/m3, une capacité calorifique de ce même ferrite de 1,5 kilojoule/Kg C le point de Curie de cette couche 13 peut être atteint en un temps de l'ordre de 20 n.anosecondes à partir de la température ambiante de 20 C. Pour les pièces polaires 11 et 12 en SENDUST le refroidissement de la tête s'effectue en environ 100 nanosecondes. Pour inscrire un point avec un entrefer de longueur 5 I, de largeur 0,4 [ et de profondeur 0,5 [l l'énergie nécessaire est d'environ 50 picojoules. Ainsi un ensemble de têtes magnétiques destinées à enregistrer des informations à la fréquence de 1 gigabit par seconde ne nécessite pour son adressage qu'une puissance Inférieure à 1 watt. Pour réaliser la tête représentée sur la figure 1 on procède comme décrit ci-dessous en relation avec les figures 3 à 3d Sur la plaque isolante 10 on dépose d'abord la couche 11 (figure 3a) ayant à la fois des propriétés magnétiques et conductrices de l'électricité. Ensuite sur la pièce 11 ainsi formée par photogravure on dépose la couche 14 de matériau d'entrefer à propriétés magnétiques à bas point de Curie. Ce dépôt est effectué sur la partie de la plaque 10 non recouverte par la couche 11 ainsi que sur la couche 11 elle-même de façon à envelopper au moins un flanc 25 de la couche 11. La partie de]a couche 14 qui Joint la partie déposée directement sur la plaque 10 et la partie déposée sur la couche 11 constituera l'entrefer 13 (figure 3b). L'épaisseur de la couche 14 est inférieure à celle de la couche 11. Ensuite (figure 3c) on dépose une couche 26 du même matériau que celui de la couche 11; cette couche 26, qui est destinée à former la seconde pièce polaire 12, couvre la partie de la couche 14 qui se termine par la couche d'entrefer 13, cet entrefer 13 ainsi qu'une fraction 27 de la couche 14 superposée à la.couche 11. L'entrefer 13 est dégagé (figure 3d) par polissage des couches ainsi superposées, ce polissage permettant d'éliminer la partie de la couche 14 recouvrant la couche 11 ainsi que la partie de couche 26 qui se trouvait aussi au-dessus de la couche 11. Ce procédé particulièrement simple permet d'obtenir un entrefer 13 de largeur minimisée, cette largeur étant l'épaisseur de la couche mince 14. La tête magnétique que l'on vient de décrire en relation avec les figures 1 à 3 peut être utilisée dans un dispositif comprenant une multiplicité de telles têtes de façon à permettre une inscription rapide de données. sur un support magnétique. Un tel dispositif est représenté sur la figure 4. Dans cet exemple la plaque 10 est en un matériau semiconducteur tel que du silicium dans lequel sont formées des diodes 30 auxquelles sont connectés. d'une part, des conducteurs 31 d'amenée de courant et, d'autre part, des pièces polaires 11 à propriétés magnétiques et conductrices comme décrit ci-dessus. - Les pièces 11 sont perpendiculaires aux conducteurs 31 d'amenée de courant. Le nombre de diodes 30 est égal au nombre de têtes magnétiques. Par contre le nombre de conducteurs 31 est inférieur car chaque'conducteur 31 est relié à plusieurs diodes. Ainsi le conducteur 31a est relié aux diodes 301a, 302a et 303a Le conducteur 31b, qui a été représenté en trois parties pour la clarté du dessin, est connecté aux diodes 30lb, 302b et 303b. Les pièces polaires 121, 122, 123... sont communes à plusieurs têtes magnétiques, quatre dans l'exemple. Ainsi la pièce polaire 12 est associée aux pièces 111a, 111b, 111cil let 111dlb' l et I d De cette manière on effectue un adressage de type matriciel de l'ensemble des têtes. A titre d'exemple un dispositif à 2 000 têtes est associé à vingt conducteurs 31 d'entrée et 100 pièces de sortie 12. On peut ainsi inscrire simultanément des informations avec 100 têtes magnétiques. Par exemple quand on applique un potentiel positif sur le conducteur 31a et un potentiel négatif sur toutes les couches 12, le courant passe à travers les entrefers 131a, 132a, 133a, etc..., ce qui permet d'échauffer ces derniers et donc de dépasser le poinl de Curie. Il est à noter que lé chauffage d'un entrefer entraîne un échauffement de l'entrefer voisin par diffusion de la chaleur, par exemple par le substrat (plaque 10). Bien entendu les paramètres des divers matériaux, notamment les caractéristiques d'isolation thermique de la plaque 10, sont tels que la température de cet entrefer voisin reste au-dessous du point de Curie. Toutefois si cet entrefer immédiatement voisin avait été préalablement chauffé il subsisterait une probabilité non négligeable pour que le léger échauffement par diffusion de chaleur entraîne un chauffage de cet entrefer au-dessus du point de Curie. C'est pourquoi on n'adresse pas successivement deux têtes magnétiques voisines. Par exemple quand chaque pièce- 12 est associée à cinq têtes magnétiques on fait passer un courant dans les têtes de rangs successifs suivants, et dans cet ordre: 1, 3, 5, 2, 4. Dans une variante on se passe des diodes 30, les entrefers 13 jouant le rôle de telles diodes. A cet effet, le matériau de l'entrefer est un conducteur à coefficient de température négatif (CTN). Ainsi quand la température de l'entrefer 13 est suffisamment élevée, celui-ci est nettement plus conducteur qu'à la température ambiante. Autrement dit le courant passe alors préférentiellement dans les têtes à adresser plutôt que dans les têtes non adressées. Pour que l'entrefer ait cette propriété de conducteur CTN, celui-ci est constitué par exemple, comme décrit cidessus, en ferrite de manganèse, de zinc et de lithium. Dans une autre réalisation (figure 5) les têtes magnétiques Mi, M2, M3 etc... sont assemblées de telle manière que l'on puisse minimiser le pas entre deux pistes voisines Inscrites sur un support magnétique. A cet effet les entrefers 131, 13 13133, 134, etc... sont disposés en quinconce selon deux lignes parallèles 40 et 41. De façon plus précise les pièces polaires 111, 112, 113 etc... ont la largeur d'une piste à inscrire sur un support magnétique et elles sont groupées en deux ensembles de bandes parallèles, l'un à gauche de la ligne 40 et l'autre à droite de la ligne 41. Entre ces lignes 40 et 41 on prévoit une pièce polaire commune 12. Les bords parallèles les plus proches de deux bandes 11 du même ensemble, par exemple les bords 43 et 44 des bandes 112 et 114 sont séparés par une distance égale à la largeur de chaque bande. Cet intervalle entre les bords 43 et 44 est occupé, mais de l'autre côté de la pièce 12, par une bande 113 du second ensemble. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique comportant un entrefer à propriétés magnétiques à température ambiante et des moyens de chauffage pour porter le matériau de l'entrefer au-dessus de la température de Curie afin de lui faire perdre ses propriétés magnétiques, caractérisée en ce que les pièces polaires magnétiques (11, 12) de part et d'autre de l'entrefer (13) constituent des conducteurs électriques transportant le courant de chauffage de l'entrefer (13). 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la température de Curie du matériau des pièces polaires (11 et 12)- est supérieure à la température de Curie du matériau de l'entrefer (13). 3. Tête magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la résistivité du matériau de l'entrefer (13) est supérieure à la résistivité du matériau des pièces polaires (11, 12). 4. Tête magnétique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rapport entre la résistivité du matériau de l'entrefer (13) et la résistivité du matériau des pièces polaires (11, 12) est supérieur à 10 000. 5. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résistivité des pièces polaires (11, 12) est comprise entre 10 et 100 g G cm. 6. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résistivité du matériau de l'entrefer est au plus de 10 il cm. 7. Tête magnétique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la résistivité du matériau de l'entrefer est supérieure à 0,1 Q cm. 8. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau constitutif des pièces polaires (11, 12) est choisi dans le groupe suivant alliage de fer et de nickel, alliage.de fer, de silicium et d'aluminium, alliage de cobalt et de zirconium, et fer pur. 9. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau constitutif de I'entrefer est un oxyde de fer. 10. Tête magnétique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le matériau constitutif de l'entrefer est ]0 un ferrite de manganèse, de zinc et de llthium. 11. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la température- de Curie du matériau de l'entrefer est comprise entre 60 et 150 C. 12. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pièces polaires (11, 12) et I'entrefer (13) sont déposés en couches minces sur un substrat (10). 13. Tête magnétique selion la revendication 12, caractérisée en ce que chaque pièce polaire est associée à une couche métallique conductrice (21, 22). 14. Tête magnétique selon la revendication 13, caractérisée en ce que les couches métalliques (21, 22) sont interposées entre les couches de pièces polaires (11, 12) et le substrat (10). - 15. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications' 12 à 14, caractérisée en ce qu'une couche électriquement isolante et thermiquement isolante (20) est interposée entre le substrat (10) et les couches de pièces polaires (11, 12) et d'entrefer (13). 16. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que la couche d'entrefer (13) constitue le rebord d'une couche (14) d'épaisseur inférieure à une couche de pièce polaire (11) adjacente et sur laquelle est déposée la seconde pièce polaire (12). 17. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau constitutif de l'entrefer (13) présente une résistivité qui s'abaisse lorsque la température augmente de façon à présenter une caractéristique de résistance négative (CTN). 18. Tête magnétique selon la revendication 17, caractérisée en ce que le matériau de l'entrefer (13) est un oxyde de fer, notamment un ferrite de manganèse, de zinc et de lithium. 19. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la température de Curie des pièces polaires (11, 12) est comprise entre 200 et 400 C. 1 5 20. Tête magnétique présentant deux pièces polaires (11, 12) en couches minces séparées par un entrefer (13), caractérisée en ce que l'entrefer (13) constitue un rebord d'une couche (14) sur laquelle est déposée l'une des pièces polaires (12), l'épaisseur de cette couche d'entrefer (14) étant inférieure à l'épaisseur de l'autre couche (11) de pièce polaire, et en ce que le matériau constitutif de la couche (14') d'entrefer (13) est un matériau magnétique à température ambiante, des moyens de chauffage étant prévus pour porter la température de l'entrefer (13) au-dessus du point de Curie. 21. Dispositif comprenant une pluralité de têtes magnétiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrefers (13) sont disposés selon une ligne et en ce que des moyens sont prévus pour échauffer de façon séquentielle les têtes par groupes de plusieurs élements, la séquence étant telle que deux têtes voisines ne soient pas échauffées successivement. 22. Dispositif comprenant une pluralité de têtes magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que ces têtes magnétiques (M1, 2 M2 M3) comprennent une pièce polaire commune (12) de chaque côté de laquelle sont disposées en quinconce les secondes pièces polaires (111, 112, 113, 114) des diverses têtes. 23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que les secondes pièces polaires des têtes sont sous forme de bandes parallèles de même largeur, les bandes situées d'un même côté de la pièce polaire commune étant séparées par un intervalle de largeur égale à la largeur de chaque bande.