Brevet FR2724481A1 — publié le 19960315

TETE MAGNETIQUE PLANAIRE A MAGNETORESISTANCE MULTICOUCHE LONGITUDINALE Domaine technique La présente invention a pour objet une tête magnétique planaire à magnétorésistance multicouche longitudinale. île trouve une application dans l'enregistrement magnétique. La tête de l'invention peut être à lecture seule et constituer un capteur, ou être à lecture et à écriture. Etat de la technique L'invention s'applique essentiellement aux têtes dites horizontales à couches minces. Une telle tête est représentée sur la figure 1 annexée. Sur cette figure, on voit, en coupe, une tête comprenant un substrat semiconducteur 10, par exemple en silicium, dans lequel a été gravé un caisson 12. Dans ce caisson, une couche magnétique inférieure 14 a été formée, par exemple électrolytiquement, et a été prolongée par deux plots verticaux 161 162. Un bobinage conducteur 18 entoure les plots. Il est noyé dans une couche isolante 20. Le circuit magnétique se complète par une couche magnétique supérieure séparée en deux pièces polaires 221, 222 tenues écartées par un espaceur amagnétique 24 formant entrefer. Un élément magnétorésistant MR, en matériau monolithique (par exemple en Fe-Ni), est disposé sous l'espaceur amagnétique 24. La tête se déplace devant un support magnétique 30 où sont enregistrées les nformations à lire ou à écrire. Une telle téte est décrite dans le document rR-A-2 o57 189. Le fonctionnement de cette tête est schématiquement le suivant. A ltécriture, le courant circulant dans le bobinage 18 crée un champ magnétique et, par conséquent, une induction dans le circuit magnétique. Les lignes de champ qui s'épanouissent autour de l'espacer 24 induisent une aimantation dans le support 30. A la lecture, une information magnétique enregistrée sur une piste du support 30 produit un champ magnétique de lecture et, par conséquent, une induction dans le circuit magnétique. Cette induction se referme, en partie, à travers l'élément magnétorésistant MR. Il en résulte une aimantation dans cet élément, qui va provoquer une variation de résistance de celui-ci. es moyens non représentés permettent de mesurer cette variation de résistance et de remonter ainsi à l'information enregistrée sur le support. Bien que connant satisfaction à certains égards, de telles têtes présentent un inconvénient lorsque la largeur de la piste à lire devient faible. Pour une largeur de quelques micromètres (par exemple 2 clam), la longueur de la magnétorésistance (comptée dans le sens transversal, c'est-à-dire perpendiculairement à la piste) devient de l'ordre de quelques microns (par exemple 3 um) ce qui est justement l'ordre de grandeur de la largeur ce a magnétorésistance (2 à 3 Wm). La magnétorésistance prend une forme sensiblement carrée avec de très faibles dimensions.Il est alors très difficile d'obtenir une résistance adaptée au circuit de détection, résistance qui est généralement de l'ordre de 50 Ohms, ce qui nécessiterait une couche beaucoup trop mince pour être utilisable. La présente invention a justement pour but de remédier à cet inconvénient. Exposé de l'invention L'invention conserve la disposition consistant à placer l'élément magnétorésistant juste sous 1' entrefer. Mais l'invention propose, d'une part, d'utiliser, comme élément magnétorésistant, une magnétorésistance d'un type particulier, à savoir du type multicouche (et non plus monolithique) et, d'autre part, de faire fonctionner cette magnétorésistance en mode longitudinal (et non plus transversal). On sait que les matériaux magnétorésistants multicouches sont constitués d'un empilement de couches magnétiques séparées par des couches métalliques non magnétiques. Les structures métalliques multicouches utilisent le cobalt, le fer, le cuivre, le chrome, le nickel, les alliages de fer et de nickel, l'argent, l'or, le molybdène, le ruthénium et le manganèse, comme décrit dans l'article de H. Y.xMAMOTO et T. SHINJO, publié dans la revue "IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan", vol. 7, n"9, septembre 1992, sous le titre "Magnetoresistance of Multilayers", p. 674-684). Un tel élément peut fonctionner en mode longitudinal si le courant de mesure qui le traverse et le champ magnétique qu'il détecte sont colinéaires et dirigés dans le sens de la longueur de l'élément. Une magnétorésistance multicouche utilisée en mode longitudinal est dite aussi "à valve de spins". L'utilisation d'un tel élément, selon l'invention, permet un couplage étroit entre les deux pièces polaires supérieures de la tête et la magnétorésistance. Comme le flux magnétique parcourant la magnétorésistance est dans le sens même du courant qui la parcourt, ce sens étant par ailleurs celui de la direction longitudinale de l'élément, l'effet des champs démagnétisants est réduit et, par suite, la sensibilité de la tête est accrue. De façon précise, la présente invention a donc pour objet une tête magnétique planaire comprenant une couche magnétique sensiblement plane constituée par deux pièces polaires séparées par un entrefer, un élément magnétorésistant disposé sous l'entrefer, cette tête étant caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant est une magnétorésistance multico-uche sensiblement plane et travaillant en mode longitudinal, cette magnétorésistance s'étendant longitudinalement sous les pièces polaires et sous l'entrefer et étant isolée électriquement desdites pièces polaires. Brève description des dessins - la figure 1, déja décrite, représente une tête planaire selon l'art antérieur ; - la figure 2 montre, en coupe, un mode de réalisation d'une tête magnétique de lecture conforme a invention - la figure 3 est une vue de dessus correspondante ; - la figure 4 illustre un mode de réalisation du conducteur de polarisation et de la magnétorésistance - la figure 5 montre, en- coupe, une tête de lecture et d'écriture conforme à invention ; - les figures oA, oB, 6C et 6D illustrent quatre étapes d'un procédé de réalisation de la partie supérieure d'une tête selon l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation La figure 2 montre, en coupe, un mode de réalisation d'une tête magnétique de lecture selon l'invention. Sur cette figure, on retrouve des éléments déjà représentés sur la figure 1, à savoir les deux pièces polaires 221, 222 séparées par l'espaceur 24 définissant l'entrefer. Selon l'invention, l'élément magnétorésistant MR est du type multicouche et longitudinal et présente a forme d'un ruban sensiblement plat. Ce ruban est relié à deux contacts électriques 401, 402. Ces contacts et un générateur de courant non représenté permettent de faire circuler dans la magnétorésistance un courant I dans le sens longitudinal. Telle que représentée, la tête comprend encore un conducteur de polarisation 50 disposé transversalement (perpendiculairement au plan de la figure) La figure 3 montre ces mêmes moyens mais en vue de dessus. On peut y voir la forme évasée des contacts électriques 401, 402 et la direction transversale du conducteur 50. La distance d entre les contacts 401, 402 fixe la longueur électrique de la magnétorésistance. Cette longueur est ajustée de façon à obtenir un maximum de couplage entre les pôles 221 et 222 et un maximum de signal compte tenu de la largeur de la piste. Elle est généralement comprise entre 2 et 20 Am selon la largeur de la piste ; elle se situe par exemple autour de 8 pour une piste de 5 Wm. La largeur ~. de la magnétorésistance MR est déterminée en fonction de la distance e séparant la magnétorésistance des pièces polaires 221, 222. Elle est de l'ordre de la largeur TW des pièces polaires, éventuellement légèrement inférieure ou légèrement supérieure. La largeur W des pièces polaires peut être de l'ordre de 2 Am et la largeur H de l'ordre de 3 zm. Le courant longitudinal I qui parcourt la magnétorésistance crée un champ magnétique s'enroulant autour des lignes de courant et dirigé, par conséquent, perpendiculairement au plan de la figure 2, au niveau des deux pièces polaires 221, 222. Ce champ a pour effet de stabiliser les domaines magnétiques dans lesdites pièces polaires. Le conducteur de polarisation 50 peut être en CrAu, en TaAu, en TiW ou en TiWAu. Ce conducteur peut éventuellement comporter une fine couche magnétique, afin d'augmenter scn efficacité. Sur la figure 4 est illustré un mode particulier de réalisation de la magnétorésistance MR et du conducteur de polarisation 50. Les deux éléments sont connectés en série grâce à un élément de connexion 403 relié au contact d'extrémité 401. De cette manière, le courant I qui circule dans la magnétorésistance MR circule également dans l'élément conducteur 50 servant à la polarisation de la magnétorésistance. Dans cette variante, le conducteur de polarisation 50 est avantageusement réalisé dans le même matériau que la magnétorésistance. Il peut donc être, lui aussi, magnétorésistif. Naturellement, il s'agira d'un effet magnétorésistif transversal et non longitudinal comme dans la magnétorésistance principale MR. Cependant, cet effet annexe, lié au flux magnétique qui ne sera pas passé par la magnétorésistance principale MR mais sera en partie récupéré par l'élément conducteur, améliorera la sensibilité globale de la tète. La tête qui vivent d'être décrite sert uniquement à ia lecture d'informations magnétiques. En d'autres termes, il s'agit d'un capteur. On peut compléter le dispositif décrit pour le rendre, en outre, apte à l'écriture d'informations sur un support. On obtiendra alors une tête de lecture et d'écriture. Une telle tête est représentée, en coupe, sur la figure 5. Les éléments déjà représentés sur les figures 2 et 3 portent les memes références, à savoir les deux pièces polaires 221, 222, l'entrefer amagnétique 24, la magnétorésistance MR, les contacts 401, 402 et le conducteur de polarisation 50. La tête représentée comprend, en outre, un circuit magnétique de fermeture du flux, qui est constitué, dans l'exemple illustré, par deux concentrateurs 601, 602, deux piliers 621, 622 et une couche magnétique inférieure 64. Le dispositif comprend encore un enroulement conducteur 68 couplé au circuit magnétique. Il s'agit en général d'un double enroulement spiralé. C'est à travers cet enroulement que circule le courant d'écriture. Dans ce dispositif, la magnétorésistance MR n'est pas en contact élec.~ique avec le circuit de fermeture du flux, mais ses extrémités sont disposées dans ce circuit. Lors de la phase d'écriture, les extrémités de la magnétorésistance seront saurées par le champ d'écriture ce qui ne gênera pas l'écriture. Les figures 6A à 6D montrent quatre étapes d'un procédé de réallsaclo d'une tête de lecture selon l'invention (ou de a partie supérieure d'une tete de lecture et d'écriture) . Cn part d'un substrat 70 (ou d'un sous-ensemble comprenant déjà un circuit de fermeture du flux avec son enroulement) . Sur ce substrat, on dépose une couche isolante 72 (Fig. 6A). On dépose ensuite une couche métallique que l'on grave en trois éléments, un élément central 50 qui constituera le futur conducteur de polarisation et deux éléments d'extrémité 401, 402 qui formeront les futurs plots de contact. On dépose ensuite (fig. 63) une couche isolante 74 que l'on grave ocur ne la laisser subsister qu'au centre. Puis on dépose une couche de matériau magnétorésistif multicouche (Fig. 6C) . On grave cette couche pour lui donner la longueur et la largeur voulue. On obtiens alors l'élément magnétorésistant MR. On dépose enfin une nouvelle couche isolante 76 (Fig. 6D) et l'on forme les pièces polaires 221, 222 séparées par l'entrefer amagnétique 24 par tout moyen connu. REVENDICATIONS 1. Tète magnétique planaire comprenant une couche magnétique sensiblement plane constituée par deux pièces polaires (221, 222) séparées par un entrefer (24), un élément magnétorésistant (MR) disposé sous l'entrefer (24), cette tête étant caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant (MR) est une magnétorésistance multicouche sensiblement plane et travaillant en mode longitudinal, cette magnétorésistance s 'étendant longitudinalement sous les pièces polaires (221, 222) et sous l'entrefer (24) et étant isolée électriquement (20) desdites pièces polaires (221, 222)- 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux contacts électriques (401, 402) aux deux extrémités de la magnétorésistance (MR). 3. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un conducteur de polarisation (50) disposé transversalement. 4. Tête magnétique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le conducteur de polarisation (50) est connecté électriquement en série avec la magnétorésistance (MR). 5. Tête magnétique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le conducteur de polarisation (50) est en matériau magnétorésistif. 6. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un circuit magnétique de fermeture du flux magnétique (601, 602, o21, 622, o4) et un enroulement conducteur (68) magnétiquement couplé au circuit magnétique, la tête étant ainsi apte à fonctionner aussi bien en lecture qu'en écriture, la magnétorésistance (MR) n'étant pas en contact avec le circuit magnétique de fermeture du flux mais ayant ses extrémités disposées dans ledit circuit magnétique de fermeture du flux.