Brevet FR2645314A1 — publié le 19901005

TETE MAGNETIQUE A MAGNETORESISTANCE POUR ENREGISTREMENT LONGITUDINAL ET PROCEDE DE REALISATION D'UNE TELLE TETE. La présente invention a pour objet une tête magnétique de lecture et éventuellement d'écriture à magnétorésistance pour enregistrement longitudinal et un procédé de réalisation d'une telle tête. La structure d'une tête d'écriture et de Lectu- re pour enregistrement longitudinal est rappelée fi- gure 1. Dans un sutst-at semi-conducteur 10 sont dépo- sées et gravées civerses couches (dont les dimentions relatives n'ont pas été respectées pour plus de clarté) pour former un circuit magnétique 12 avec entrefer comblé par un espaceur armagnéticue 14 et un bobinage conducteur 16. La piste à écrire et/ou à lire 20 défile au-dessus de l'entrefer. De telles têtes sont décrites, sous des modes ce réalisation divers, aans les documents de brevets européens EP-A-152 326 et EP-A-262 028. A côté de cette technologie connue en couches minces s'est déveLooree une technique utilisant les propriétés des matériaux magnétorésistants. De tels matériaux permettent ce réaliser des têtes de lecture pour pistes d'enregistrement très étroites. La figure 2 montre une tête-de ce genre compre- nant un support magnéticue 1 revêtu d'une couche isolante 2, une couche magnétorésistante 5 disposée sous une fente 6 percée dans une couche magnétique 7. Cette der- nière est en contact avec le support I par une zone arrière 8. Les couches I, 7, 8 constituent ainsi un circuit magnétique ave: entrefer 9, ce circuit étant interrompu par la fente 6. Lorsqu'une piste enregistrée passe devant l'entrefer 9, Le flux magnétique capté au niveau de l'entrefer passe en partie par La magnéto- - résistance 5 dont la résistance se trouve ainsi modifiée. Une telle -tête est décrite dans Le document de brevet américain US-A-4,703,378. La figure 3 montre une autre tête connue utili- sant des magnétorésistances. Un support semi-conducteur 30 a été déposé sur un circuit magnétique 32 avec un espaceur 34. Deux fentes 36, 37 interrompent le circuit magnétique et servent à Loger deux magnétorésistances 38 et 39. Une telle tête est décrite dans le document de brevet européen EP-A-284 495. Tous ces dispositifs à magnétorésistance fonc- tionnent selon un principe général pouvant être illustré par les figures 4, 5 et 6. Sur la figure 4, on voit une magnétorésistance 40 présentant un vecteur aimantation M qui, sous l'effet d'un champ magnétique extérieur Hext, tourne d'un angle. La résistance de l'élément 40 s'en trouve modifiée. Cette résistance peut être mesurée éLectrique- ment à travers deux connexions 42, 43. La variation de résistance AR, rapportée à la résistance R, varie comme indiqué sur la figure 5 en fonction de l'angle a. En pratique, pour une couche de fer-nickeL d'épaisseur 0,1 Pim, la résistance relative varie d'environ 1% lorsque l'aimantation tourne de 90 . Pour augmenter la sensibilité de la mesure et améliorer la linéarité, on oriente l'aimantation de la couche à 45 pour pouvoir travailler sur le flanc de la courbe, comme le montre la figure 6. On obtient alors un plus grand AR pour un même AH, l'aimantation M tournant par rapport à cette direction à 45 . Si ces dispositifs de L'art antérieur donnent satisfaction à certains égards, ils présentent néanmoins certains inconvénients. En particulier, ils sont complexes dans leur réalisation,- notamment lorsqu'il s'agit de placer la eagnti sistance sous ou dans la fente du circuit magnétique. La présente inventicn a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif et un procédé tels que la magnétorésistance se trouve être automatiquement disposée là o eLte doit se trouver ("autoaLignement"). Par ailleurs, dans Les dispositifs antérieurs à magnétorésistance, il est difficile, quoique possible, d'obtenir en même temps la fonction d'écriture. On préfère donc utiliser une autre tête, sans magnétor4sistance celle-là, pour assurer l'écriture sur la piste. Ces dispositifs sont nits "à têtes duales". Naturellement, leur comptexité est considérable puisqu'il faut réaliser deux té es et que celles-ci doivent être rigoureusement aLigrées. Dans le cas d'une piste courbe, cet aL.ignement pcze des problèmes considé- ratles, de sorte que les têtes duates ne sont pratique- ment utilisées cue pour les dérccLeurs de bande. Avec la présente in.erior, il est possible de réaliser en une seule et mère tête, à la fois des moyens de Lecture et des moyens d'écriture, tout en préservant l'autoa ignement ce ces mroyens. Mais la tête de l'invention peut fort biern 'ê tre qu'une tête de lecture. Enfin, L'invention apporte un avantage supplé- mentaire en ce sens que l'étément magnétorési-stant pré- sente une longueur inférieure - cel4e de l'entrefer d'écriture, de sorte que la lecture s'effectue sur une Largeur de piste inférieure à celle de La. piste totale. Cette disposition permet d'améliorer le rapport signal sur bruit à la lecture. De façon plus précise, ia présente invention a pour objet une tête magnétique de lecture et éventuellement d'écriture de type horizontal comprenant un circuit magnétique composé d'une couche magnétique inférieure horizontale prolongée - par deux plots verticaux, une couche magnétique supérieure horizontale, cette dernière étant interrompue par un entrefer comblé par un espaceur amagnétique, cet espaceur ayant une certaine longueur L et une certaine largeur e, cette tête étant caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un éLément magnétorésistant ayant La forme d'un ruban pLacé sous l'espaceur et ayant une largeur égale à la largeur e de l'espaceur et une longueur l inférieure à la longueur L de l'espaceur, ce ruban étant relié à deux bornes de lecture, cette tête étant alors apte à lire une piste écrite sur une largeur I inférieure à la largeur L de la piste écrite. De préférence, le ruban magnétorésistant de longueur l est relié à ses extrémités à deux bandes magnétorésistantes de grande surface orientées perpendi- cuLairement au ruban, l'ensemble du ruban et des deux bandes formant un motif ayant sens;blement la forme d'un H, les bornes de lecture étant reliées à un contact pris sur ces bandes. Dans une variante avantageuse, la tête est a la fois apte à écrire et à lire. Elle comprend alors un bobinage conducteur entourant les deux plots verticaux et réuni à ceux bornes d'écriture. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation de la tête qui vient d'être définie. Selon ce procédé, on dépose dans un caisson gravé dans un substrat semi-conducteur une première couche magnétique horizontale, on forme deux plots verti- caux aux extrémités de cette couche; ce procédé est caractérisé par le fait qu'il se poursuit par les opérations suivantes: - on dépose une couche mince de matériau magnétorésis- tant, - on dépose une couche isolante diélectrique, - on forme un espaceur amagnétique sur l'ensemble, cet espaceur ayant une longueur L et une épaisseur e. - on grave la couche isolante et la couche dC matériau magnétorésistant à travers un mascue constitué de deux bandes parallèles séparées l'une ce l'autre par un intervalle L inférieur à la longueur L de l'espa- ceur, ce masque étant placé au-dessus de L'espaceur et en travers de celui-ci et chevauchant ses deux extrémités, cet espaceur servant ain2i également de masque sur une longueur l, la couche de matériau magne- torésistant surmontée de La couche d'4soLant oiélectri- que subsistant après gravure le lorg d'un ruban de longueur l et de largeur e. sous l'eszaceur-, et sous forme de deux bandes latérales aux extrémités cu ruban, l'ensemble formant un motif ayant sensicLerent la forme d'un H dont la barre centrale est a.toalignée avec l'espaceur, - on prend deux contacts électriques sur la couche en matériau magnétorésistant à travers la couche deisolant diélectrique sur les deux bandes latéraLes et L'on relie ces deux contacts à deux bornes ce lecture, - on complète le circuit magnétique par le dépôt d'une couche magnétique horizontale de part et d'autre de l'espaceur et en contact avec les plots. De toute façon, les caractéristicues de l'in- vention apparaitront mieux à la Lumière de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre expli- catif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, mcntre une tête magnétique horizontale selon l'art antérieur, - la figure 2, déjà décrite, montre une tête de lecture à magnétorésistance, selon L'art antérieur, - la figure 3, déjà décrite, montre une tête de lecture en couches minces à deux magnétorésistances, - la figure 4, déjà décrite, représente une magnétorésistance avec son vecteur aimantation, - la figure 5, déjà -décrite, illustre les variations relatives de résistance-en fonction du bascu- lement de l'aimantation, - la figure 6 montre ces mêmes variations sous application d'un champ permanent, - la figure 7 montre une première étape d'un procédé de réalisation de la tête de l'invention, - la figure 8 montre une deuxième étape du procédé de l'invention, - la figure 9 montre un masque utilisé pour graver la couche magnétorésistante, - la figure 10 montre le motif magnétorésistant obtenu, - la figure 11 montre, en coupe, la tête obte- nue selon l'invention, - la figure 12 montre, en vue de dessus, ladite tête, - la figure 13 représente les lignes du champ de polarisation au voisinage de l'élément magnétorésis- tant, - la figure 14 montre l'orientation générale de l'induction dans la bande magnétorésistante, - la figure 15 montre le schéma électrique équivaLent des moyens de lecture et d'écriture, - la figure 16 montre une piste avec sa zone d'écriture et sa zone de lecture. Sur la figure 7 est représenté un substrat semi-conducteur 50, par exemple en silicium, dans lequel a été gravé un caisson. Comme décrit dans Le document EP-A-262 028, on fait croître dar-s ce caisson, par élec- trolyse, une couche magnétique horizontale 52 prolongée par deux plots verticaux 53. On forme ensuite un bobinage 54 entourant les plots 53, ce bobinage étant noyé dans 26453.1 4 une couche isolante 56. A ce stade, le dispositif obtenu est conforme aux dispositifs de l'art antérieur (cf fi- gure 5g du document européen cité). Dans le caisson ainsi préparé, on dépose aLors une couche mince 60 de matériau magnétorésistant. Ce matériau peut être du fer-nickel ou tout autre matériau connu. L'épaisseur de la couche peut être comprise entre et 200 nm. On dépose ensuite une couche mince en diélectrique 62, par exemple en silice. On réalise ensuite un espaceur amagnétique 64 sur l'ensemble (figure 8). Il est inutile de décrire les opérations de réalisation de cet espaceur puisqu'el- les sont bien connues oe l'homme ce l'art et décrites notamment dans les documents de brevet déjà cites EP-A-262 028 et EP-A-284 495. L'espaceur obtenu a une longueur L et une épaisseur e. L'opération qui suit est une opération ce gravure nécessitant un masque ayant La forme représentée sur la figure 9. Ce masque comprend deux bandes parallè- les 66, 67 séparées l'une de l'autre par un intervalle l, inférieur à la longueur L de l'esoaceur. Ce masque est placé au-dessus de l'espaceur 64 et chevauche celui- ci à ses deux extrémités. A travers ce masque, on grave la couche diétec- - trique 62 et la couche magnétcrésistive 60, le mur 64 servant lui aussi de masque. La gravure peut être chimi- que ou ionique réactive. Il reste après gravure un motif représenté sur la figure 10 en forme de H avec deux bandes latérales 71 et 72 et une bande centrale 73 de longueur l. Par construction même, cette bande centrale est autoalignée avec l'espaceur 64 et sa longueur est légèrement inférieure à celle de l'espaceur. Deux contacts électriques 74 et 75 sont alors pris sur la couche magnétorésistante 60, à travers la couche diélectrique 62. Ces contacts sont pri-s sur les deux bandes latéraLes 71, 72, le plus loin possible de l'élément central 73 pour ne pas en perturber son fonctionnement. Le procédé se poursuit selon la figure 11 par le dépôt d'une couche isoLante 80, par exemple en silice, d'épaisseur égale à celle de l'empilement 60, 62, puis par le dépôt d'une couche magnétique horizontale supérieure 82, de part et d'autre de L'espaceur 64 et en contact avec les plots 53. La figure 12 montre le dispositif obtenu en vue de dessus. Cette figure fait apparaître les connexions d'écriture 90, 91 reliées au bobinage conduc- teur 54 et les connexions de lecture 91, 92 reliées au motif magnétorésistant. On observera que, dans le mode de réalisation illustré, la connexion 91 est commune à l'écriture et à la lecture. Les bandes magnétorésistantes 71 et 72 et/ou les plots 53 sont profilés pour ne pas venir en contact l'un avec l'autre. Dans le mode de réalisation illustré, les bords intérieurs des bandes 71 et 72 sont légèrement arrondis, ce qui peut être obtenu en donnant au masque de gravure la forme correspondante (cf figure 9). Le fonctionnement de la tête ainsi obtenue est alors le suivant. A l'écriture, la tête fonctionne normalement par alimentation du bobinage 54 à L'aide des connexions , 91. La tête est capable d'écrire sur une piste dont la largeur est égale à L, longueur de l'espaceur 64. A la lecture, on excite ce même bobinage par un courant très faible, juste nécessaire pour faire tourner l'aimantation M de la bande magnétorésistante 73 de 45 par rapport à la direction d'aimantation au repos. La figure 13 montre le champ de fuite produit au niveau de l'entrefer et en particulier à l'arrière de celui-ci eh Le couplage magnétique avec la couche - 73. La figure 14 montre l'orientation résultante de l'induction M. Cette aimantation tournera de + a ou de - a, selon le sens de l'aimantation longitudinale enregistrée sur la piste passant devant l'entrefer. Il en résultera une variation de résistance L R confor- mément au mécanisme rappeLé plus haut en liaison avec la figure 6. Sur la figure 15, on voit que le courant de lecture venant polariser l'élément magnétorésistant circule à travers Les connexions 90, 92. Le courant d'écriture circule, lui, à travers les connexions 90 et 91. On a donc bien un signal de _ecture R et un signal d'écriture W. A la lecture, seule la bande 73 sera sensible aux informations enregistrées magnéticuemrent. En effet, la densité de courant de lecture dans les deux bandes latérales 71 et 72 reste faible. De plus, ces bandes ayant des dimensions nettement plus grandes que celles des bits d'information elles ne peuvent distinguer ceux- ci. De ce fait, la tête ne lira pas les informations écrites sur des pistes adjacentes à la piste lue. Par ailleurs, le fait que la bande centrale 73 scit gravée cans la même couche magnétique 60 que les deux bandes latérales, assure une excellente conti- nuité magnétique dans la couche mince magnétorésistante, notamment en ce qui concerne les domaines magnétiques dans la bande centrale 73. Il faut observer que le mode de fonctionnement qui vient d'être décrit n'est pas le seul. L'orientation de l'aimantation de La couche magnétoristante à 45 au repos peut être obtenue du fait d'une anisotropie magnétocristalline induite, si le couplage magnétostatique est suffisamment fort entre l'éLément magnétorésistant et les pièces polaires pour réduire les champs démagnétisants de l'élément magnétorésistant. Dans ce cas, il n'est plus besoin de bobinage conducteur. La tête est alors une tête de lecture seule. Enfin, comme il apparait clairement sur la figure 13, La bande magrt*orésistante 73 est totalement enterrée dans La structure, à quelques microns sous le plan de vol. De ce faits l'élément magnétorésistant est bien protégé de la corrosion., des chocs, etc... Enfin, La figure 1 iAntre une piste 95 écrite sous une largeur L et lue sur sa partie centrale 96, de largeur l. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique de lecture comprenant un circuit magnétique composé d'une couche magnétique inférieure horizontale prolongée par deux plots verticaux (53), une couche magnétique supérieure horizontale (82) interrompue par un entrefer comblé par un espaceur amagnétique (64), cet espaceur ayant une certaine longueur L et une certaine largeur e, cette tête étant caractérisée par le fait qu'elLe comporte en outre un éLément magnétorésistant ayant la forme d'un ruban magnétorésistant (73) placé sous l'espaceur (64) et ayant une largeur égale a la largeur e de l'espaceur et une longueur l inférieure à la longueur L de l'espaceur, ce ruban étant relié à deux bornes de lecture (74, 75), cette tête étant alors apte à lire une piste (96) écrite sur une largeur L inférieure à la largeur L de la piste écrite. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que Le ruban magnétorésistant (73) de longueur I est relié à ses extrémités à deux bandes magnétorésistantes de grande surface (71, 72) orientées perpendiculairement au ruban, l'ensemble du ruban et des deux bandes formant un motif magnétorésis- tant ayant sensiblement la forme d'un H, les bornes de lecture (74, 75) étant reliées respectivement à un contact pris sur ces bandes. 3. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre, pour l'écriture sur une piste (95) ce largeur L, un bobinage conducteur (54) entourant les deux plots verticaux et réuni à deux bornes d'écriture (90, 91). 4. Tête magnétique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'une des bornes d'écriture (91) reliées au bobinage est confondue avec l'une des bornes de Lecture (75) reliées au ruban magnéuorésistant. 5. Procédé de réaLisation d'une tête magnétique d'écriture et de lecture conforme à La revendication 1, dans Lequel on dépose dans un caisson gravé dans un substrat semi-conducteur (50) une première couche magné- tique horizontale (52) avec deux plots verticaux (53), ce procédé étant caractérisé par Le fait qu'iL se ooursuit par Les opérations suivantes: - on dépose une couche mince de matériau magnétorésis- tant, (60), - on dépose une couche isolante diélectrique (62), - on forme un espaceur amagnétique (64) sur l'ensemble, cet espaceur ayant une Longueur L et une épaisseur e, - on grave La couche isolante (62) et la couche de maté- riau magnétorésistant (60) à travers un masque consti- tué de deux bandes parallèLes (66, 67) séparées L'une de l'autre par un intervalle L inférieur à la Longueur L de L'espaceur (64), ce masque étant placé au-dessus de l'espaceur (64) et en travers de celui-ci et chevau- chant ses deux extrémités, cet espaceur (64) servant ainsi également de masque sur une longueur l, la couche de matériau magnétorésistant (60) surmontée de La couche d'isoLant diélectrique (62) subsistant après gravure le long d'un ruban (73) de longueur I et de Largeur e, sous ['espaceur (64), et sous forme de deux bandes latérales (71, 72) aux extrémités du ruban (73), l'ensemble formant un motif ayant sensiblement la forme d'un H dont la barre centrale (73) est auto- alignée avec L'espaceur, - on prend deux contacts électriques (74, 75) sur La couche en matériau magnétorésistant (60) à travers la couche d'isolant diéLectrique (62) sur les deux bandes latérales (71, 72) et l'on relie ces deux contacts à deux bornes de Lecture (91, 92), - on complète le circuit magnétique par le dépôt d'une couche magnétique horizontale (82) de part et d'autre de l'espaceur (64) en contact avec Les plots (53). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait Qu'on constitue en cutre un bobinage éLectrique (54) entourant les deux plots et on relie ce bobinage à deux bornes d'écriture (90, 91).