Brevet FR2769399A1 — publié le 19990409

TETE MAGNETIQUE AVEC UNE PARTIE LECTURE ET UNE PARTIE ECRITURE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet une tête magnétique avec une partie lecture et une partie écriture. Elle trouve une application dans l'enregistrement d'informations sur disque, bande, etc... Etat de la technique antérieure Une tête magnétique d'écriture et de lecture à élément magnétorésistant est illustrée sur la figure 1 annexée. On y voit, en coupe, une tête comprenant un substrat semi-conducteur 10, par exemple en silicium, dans lequel a été gravé un caisson 12 ; dans ce caisson, une couche magnétique arrière 14 a été formée electrolytiquement et a été prolongée par deux piliers verticaux 161, 162 ; un bobinage d'écriture 18 entoure les piliers ; ce bobinage est noyé dans une couche isolante 20. Le circuit magnétique se complète par une pièce magnétique avant comprenant deux pièces polaires 221, 222 séparées par un espaceur amagnétique 24. Un élément magnétorésistant MR est disposé sous l'espaceur amagnétique 24. La tête se déplace devant un support magnétique 30 où sont enregistrées les informations à lire ou à écrire. Une telle tête est décrite dans le document FR-A- 2 D4 3 314 ou dans son correspondant américain USs 5,208,716). En écriture, le fonctionnement est le suivant : un courant circulant dans l'enroulement 18 produit une induction dans le circuit magnétique. Le champ de fuite autour de l'entrefer permet d'influencer le support et d'y enregistrer une information. En lecture, l'information magnétique enregistrée dans le support produit une induction dans le circuit magnétique et cette induction se referme, en partie, à travers l'élément magnétorésistant MR. Il en résulte une rotation de l'aimantation dans cet élément, qui va provoquer une variation de la résistance. La mesure de cette variation permet de retrouver l'information enregistrée. Dans d'autres têtes, l'élément magnétorésistant est placé dans la couche magnétique arrière ou même dans l'entrefer. Par le document WO 90/11594, on connaît une tête magnétique de lecture à magnétorésistance qui est illustrée sur les figures 2A (en coupe) et 2B (en vue de dessus). Cette tête fonctionne en enregistrement dit perpendiculaire. Elle comprend une couche magnétique arrière 50, 51, 52 interrompue par deux intervalles dans lesquels est placé un élément magnétorésistant en forme de U, avec deux rubans 34, 35, une branche arrière 36 et deux plots de connexion 38, 40. lia tete comprend encore un enroulement conducteur spiralé 54 avec deux plots de connexion 61, 62. Un pôle magnétique 56 est enterré dans une couche isolante 53 définissant un plan de vol et affleure sur le plan de vol. Ce pôle magnétique se prolonge par un pied, lequel est en contact avec la partie centrale 50 de la couche magnétique arrière. L'ensemble est disposé dans un caisson pratiqué dans une couche isolante 20. De telles têtes ne présentent qu'un seul entrefer, (elles sont dites parfois "monogap") lequel sert aussi bien à l'écriture qu'à la lecture. Bien que présentant l'avantage de la simplicité, cette solution se heurte néanmoins à un inconvénient qui est celui de la faiblesse du signal de lecture, faiblesse incompatible avec les circuits intégrés classiques. Quant à la tête illustrée sur les figures 2A et 23, elle présente, en outre, l'inconvénient d'une résolution trop faible en enregistrement longitudinal. lia présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention A cette fin, l'invention préconise de séparer les moyens d'écriture et de lecture et d'utiliser des moyens particuliers pour remplir ces fonctions, ces moyens se combinant de manière avantageuse. De façon précise, l'invention a pour objet une tête magnétique comprenant A) une partie lecture, comprenant - une couche mince magnétique de blindage avec une ouverture, - une couche magnétique sonde disposée perpendiculairement à la couche de blindage, et affleurant dans ladite ouverture, cette couche sonde se prolongeant par un pied magnétique, - un élément magnétorésistant: en forme de U avec deux. rubans magnétorésistants disposés parallèlement a la couche de blindage et Si -uas de part et d'autre du pied , ces deux rubans magnétorésistants étant du type magnétorésistance à vannes de spin, B) une partie écriture, placée à côté de la partie lecture et comprenant - deux pièces polaires séparées par un entrefer amagnétique, - un circuit magnétique de fermeture du flux reliant les deux pièces polaires, ce circuit magnétique étant asymétrique et s'étendant du côté opposé à la partie lecture, - un enroulement conducteur d'écriture entourant une partie du circuit magnétique du côté opposé à la partie lecture. La réalisation d'une partie lecture, dédiée uniquement à cette fin, permet d'accroître le signal de lecture. L'utilisation de magnétorésistance à vannes de spin, dans la configuration particulière du double ruban, permet d'accroître encore le signal de lecture. Quant à la partie écriture, elle présente une configuration asymétrique telle que les deux zones de lecture et d'écriture peuvent être rapprochées, ce qui permet un fonctionnement avec des enregistrements à haute densité. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, montre une tête magnétique connue à couches minces et à élément magnétorésistant ; - les figures 2A et 2B, déjà décrites, montrent une tête magnétique connue à élément magnétorésistant en forme de U - les figures 3A et 3B montrent la partie lecture d'une tête selon l'invention ; - la figure 4 montre un élément magnétorésistant à vanne de spin - les figures 5A et 5B montrent le sens des aimantations dans l'élément magnétorésistant lors de la lecture d'une transition positive et les variations correspondantes de résistance de l'élément magnétorésistant - la figure 6 montre, en coupe, une tête selon l'invention, avec une partie écriture accolée à une partie lecture - la figure 7 montre, en vue de dessus, une tête conforme à l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation On voit, sur les figures 3A et 3B, des vues schématiques de la partie lecture d'une tête magnétique selon l'invention, respectivement en coupe (3A) et en vue de dessus (3B). Telle que représentée cette partie lecture comprend une couche magnétique 106 formant blindage, avec une ouverture 107, une couche 102 constituant une sonde de champ (ou un capteur de champ) ; il s'agit d'une couche magnétique mince terméabla, d'une épaisseur de quelques dizaines de manomètres (quelques centaines d' Angstroms) et d'une hauteur de quelques centaines de manomètres (quelques milliers d'Angstroms) . Sa longueur, dans le sens perpenoiculaire au plan de la figure 3A et dans le plan de la figure 3B, est égale à la largeur de la piste à lire. Cette couche 102 se prolonge par un pied 103, également magnétique perméable. La longueur du pied 103 est la même que celle de la couche 102, sa hauteur est aussi de quelques centaines de nanomètres. Couche 102 et pied 103 peuvent être en alliage FeNi. Le pied 103 est avantageusement relié à la masse. De chaque côté du pied se trouvent deux rubans magnétorésistifs 104a et 104b, du type à vannes de spin. La largeur de l'ouverture 107 pratiquée dans le blindage 106 peut être de l'ordre de quelques dizaines de nanometres. La couche mince magnétique 106 est par exemple en alliage FeNi, avec une épaisseur comprise entre 10 nm et 100 nm environ. Ce blindage 106 définit le plan de vol 100 de la tête. La couche sonde 102 affleure sur le plan de vol 100 au centre de l'ouverture 107. La figure 3B montre en outre deux connexions électriques 110a et 110b reliées aux deux rubans 104e, 104b, à leurs extrémités avant, ainsi qu'un pont conducteur 112 connectent les extrémités arrière des rubans. Cette partie lecture est beaucoup plus performante qu'une tête classique à élément magnétorésistant, en partie parce que ltépaisseur de la couche de blindage 106 est très faible (quelques dizaines de nanomètres) de sorte que les champs de fuite entre la couche magnétique 102 et le blindage sont ires peu intenss. Par ailleurs, la bis tance entre. les rumens magnêtorêsister s et le blindage est trs grande (quelques centaines de nanomètres) par rapport aux têtes normales de lecture dans lesquelles il est difficile de réduire l'épaisseur d'isolant de chaque côté des rubans. Sur la figure 4, on voit, de manière schématique, l'un des rubans magnétorésistifs, référencé 104, avec les diverses couches qui le composent. Il s'agit d'une structure à vanne de spin ("spin valve") comprenant - une première couche mince magnétique 121 à fort champ coercitif, avec une aimantation M1 orientée dans une direction transversale (cette couche peut être en terbium/cobalt) ; cette première couche est désignée souvent par couche "piégeante" (ou "pinning layer" en terminologie anglo-saxonne) - une deuxième couche mince ferromagnétique douce 122, magnétiquement couplée à la première 121 cette deuxième couche, appelée souvent couche "piégée" (en anglais "pinned layer"), peut être en FeNi, en Co ou en FeCo ; son aimantation est notée M2 - une troisième couche mince non magnétique 123 électriquement conductrice, par exemple en cuivre ; cette couche peut etre parcourue par un courant I ; - une quatrième couche mince ferromagnétique 124 appelée souvent "couche libre" (ou en anglais "free layer"), par exemple an Fui ; l'aimantation M de cette dernière couche est sensible au champ magnétique extérieur et s'oriente selon la direction de ce champ. L'aimantation M1 est antiparallèle dans les deux rubans, c'est-à-dire que la direction de l'aimantation Mla dans le ruban 104a est opposée à la direction de l'aimantation Mlb dans le ruban 104b comme représenté sur la figure 5A. Sur la figure 5A, on a représenté les champs Ha et Hb de lecture qui viennent de la couche sonde 102 et qui s'épanouissent de chaque côté du pied 103 dans chacun des rubans magnétorésistants 104a et 104b. On a représenté également les aimantations, Mla, Mlb dans la couche 121 et Ma, Mb dans la couche libre 124. L'aimantation Ma et Mb de la couche libre suit la direction du champ de lecture Ha, Hb. Sur la figure SE, on voit la variante relative de résistance AR/R en fonction du champ de lecture H. Pour la situation représentée qui correspond à une transition magnétique positive en regard de la sonde, la résistance diminue dans chacun des rubans de la même quantite. Comme , les deux rubans sont mis en série, l'effet de variations de résistance de l'ensemble est le double de ce qu'il serait avec un seul ruban (ce qui n'aurait pas été le cas si les aimantations Mla et Mlb n' avaient pas été antiparallèles, mais parallèles, car la diminution de résistance dans un ruban aurait été compensée par l'augmentation dans l'autre ruban). La lecture du champ d'une transition négative conne lieu aux mêmes phénomènes, si ce n'est que le champ de lecture est opposé au champ de polarisation. Dans ce cas, la résistance des de rubans augmente mais le signal de lecture global est toujours doublé par rapport à celui J' un seul ruban. Ce montage n' est pas un montage différentiel, mais s apparente plutôt à ce que 1 ' on peut appeler un montage en "mode commun". Il permet de lire des champs magnétiques opposés et de doubler le signal. La figure 6 illustre, en coupe, une tête magnétique selon l'invention, avec sa partie lecture et sa partie écriture. La partie lecture est conforme, pour l'essentiel à la figure 3A et qui portent les mêmes références. La partie écriture comprend deux pièces polaires 201, 202 séparées par un entrefer amagnétique 204, un circuit magnétique comprenant une couche magnétique 210 formant concentrateur (dont on verra mieux la forme sur la figure 7) et une couche magnétique arrière 212. Un enroulement conducteur 214 entoure 1' une des jambes du circuit magnétique. Dans la variante illustrée, une couche magnétique de blindage 206 est prévue avec une ouverture 207 correspondant aux pièces polaires 201, 202. Cette couche de blindage peut être la même que la couche de blindage 106 de la partie lecture. Cette couche peut être recouverte d'une couche de protection, par exemple en carbone. Comme on le voit sur la figure 6, le circuit magnétique est asymétrique en ce sens qu'il est désaxé du côté opposé à la partie lecture. Le concentrateur 210, la pièce arrière 212 et l'enroulement 214 n'empiètent pas sur la partie lecture. Dans la variante illustrée sur la figure 6, la partie lecture se complète, par rapport au mode de réalisation de la figure 3A, par deux plots magnétiques 133, 132 oui encadrent la couche sonde 102 et le pied 103. Afin de réduire la distance séparant la partie lecture et la partie écriture, ces deux parties ont en commun le plot 130 de la partie lecture, qui constitue une partie du circuit magnétique et la pièce polaire 202 qui est située côté partie lecture. Sur la figure 7, on voit mieux la forme du concentrateur 210 et la position de l'enroulement 214. On voit par ailleurs les deux ouvertures 107 et 207 pratiquées dans le blindage 106/206. La largeur de la couche sonde 107 et la largeur de l'entrefer 204 peuvent être égales et ces pièces peuvent être alignées. Cette disposition est obtenue aisément par masquage. On observera, pour finir, que la partie lecture de la tête est décrite et revendiquée en tant que telle, comme tête magnétique de lecture, dans une demande de brevet déposée le jour même du dépôt de la présente demande par le présent Demandeur et intitulée "Tête magnétique de lecture à élément magnétorésistant". REVENDICATIONS 1. Tête magnétique, caractérisée par le fait qu'elle comprend A) une partie lecture, comprenant - une couche mince magnétique perméable de blindage (106) avec une ouverture (107), - une couche magnétique mince perméable formant une sonde (102) disposée perpendiculairement à la couche de blindage (106), et affleurant dans ladite ouverture (107), cette couche sonde (102) se prolongeant par un pied magnétique (103), - un élément magnétorésistant en forme de U avec deux rubans magnétorésistants (104a, 104b) disposés parallèlement à la couche de blindage et situés de part et d'autre du pied (103), ces deux rubans magnétorésistants (104a, 104b) étant du type magnétorésistance à vannes de soin, B) une partie écriture, placée à côté de la parte lecture et comprenant - deux pièces polaires (201, 202) séparées par un entrefer amagnétique (204), - un circuit magnétique (210, 212) de fermeture du flux reliant les deux pièces polaires, ce circuit magnétique étant asymétrique et s'étendant du côté opposé à la partie lecture, - un enroulement conducteur d'écriture (214) entourant une partie du circuit magnétique (210, 212) du côté opposé à la partie lecture. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, dans laquelle chaque ruban magnétorésistant (104a, 104b) comprend un empilement de couches minces, à savoir - une première couche mince magnétique (121) à fort champ coercitif, avec une aimantation (M1) orientée dans une direction transversale, la direction (Mla) pour l'un des deux rubans (104a) étant opposée à la direction (Mlb) pour l'autre ruban (104b), - une deuxième couche mince magnétique (122), magnétiquement couplée à la première (121), - une troisième couche mince non magnétique (123) et électriquement conductrice, - une quatrième couche mince magnétique (124). 3. Tête magnétique selon la revendication 1, dans laquelle la couche magnétique de blindage (106) de la partie lecture recouvre également au moins partiellement la partie écriture (206), sauf dans une ouverture (207) ménagée autour des pièces polaires (201, 202) 4. Tête magnétique selon la revendication 1, dans laquelle le circuit magnétique de la partie écriture comprend une couche magnétique (210) jouent le rôle de concentrateur de flux et s'étendant du côté opposé à la partie lecture, cette couche (210) étant an contact avec celle des pièces polaires (201) qui est du côté opposé à la partie lecture. 5. Tête magnétique selon la revendicaulon 1, dans laquelle le pied magnétique (103) de la partie lecture est encadré par deux plots magnétiques (130, 132), un plot côté partie écriture (130) et un plot (132) côté opposé, le plot (130) côté partie écriture comprenant celle des pièces polaires (202) de la partie écriture qui est située côté partie lecture. 6. Tête magnétique selon la revendication 1, dans laquelle la largeur des pièces polaires (201, 202) de la partie écriture et la largeur de la couche sonde (102) de la partie lecture sont sensiblement les mêmes. 7. Tête magnétique selon la revendication 2, dans laquelle la couche magnétique de blindage (106, 206) est recouverte par une couche dure de protection.