Brevet FR2772966A1 — publié le 19990625

TETE MAGNETIQUE DE LECTURE A ELEMENT MAGNETORESISTANT ET A GRANDE SENSIBILITE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet une tête magnétique de lecture à élément magnétorésistant et à grande sensibilité. Elle trouve une application dans la lecture d'informations enregistrées sur des supports tels que disque, bande, etc... Etat de la technique antérieure Une tête magnétique de lecture comprend en général un circuit magnétique avec un entrefer et un enroulement conducteur disposé autour de ce circuit. Lorsqu'un support d'enregistrement magnétique défile devant l'entrefer, le champ magnétique produit par l'information enregistrée dans le support emprunte le circuit magnétique et les variations de ce champ entraînent l'apparition d'un courant induit dans l'enroulement. La mesure de ce courant induit permet de retrouver l'information enregistrée dans le support. De telles têtes sont dites "inductives". On connaît aussi des têtes de lecture utilisant, comme moyen de lecture, non plus un enroulement conducteur mais un élément magnétorésistant. Le phénomène physique mis en oeuvre n'est plus l'induction électrique mais la variation de résistance d'un matériau en fonction du champ magnétique qui lu est appliqué. Dans la demande de brevet français nD? 124?5 du 6 octobre 1997, il est décrit et revendique une tete magnétique de lecture qui est illustré sur les fiqures lA, 1B, 2 et 3 annexées. On voit, sur les figures 1A et 1B, des vues schématiques d'une telle tête respectivement en coupe (1A) et en vue de dessus (1B). Telle que représentée, la tête comprend d'abord une couche magnétique 106 formant blindage, cette couche présentant une ouverture 107. Elle comprend ensuite une couche magnétique 102 perpendiculaire au blindage 106 et constituant une sonde de champ (ou un capteur de champ) : il s'agit d'une couche mince, d'une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres (quelques centaines d'Angstroms) et d'une hauteur de quelques centaines de nanomètres (quelques milliers d'Angstroms) ; sa longueur, dans le sens perpendiculaire au plan de la figure 1A et dans le plan de la figure 1B, est égale à la largeur de la piste à lire. La couche 102 se prolonge par un pied 103, également magnétique. La longueur du pied 103 est au moins égale à 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. A côté du pied se trouve au moins un, et de préférence deux rubans magnétorésistifs 104a et 104b, du type à vanne de spin. La largeur de l'ouverture 107 peut être de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. La couche mince magnétique 106 est par exemple en alliage FeNi, avec une épaisseur comprise entre 10 nm et 200 nm environ. Ce blindage 106 définit le plan de vol 100 de la tête. Èa a couche sonde 102 affleure sur le plan de vol 100 au centre de l'ouverture 107 et est perpendiculaire au plan de vol. La figure 1B montre, en outre, un pont conducteur 112 reliant deux premières extrémités des couches conductrices des deux rubans 104a et 104b et des amen et sortie de courant 110a et 110b reliées à deux secondes extrémités de ces mêmes couches conductrices. La figure 2 montre un autre mode de réalisation où la tête se complète par deux piliers magnétiques 130, 132 disposés de part et d'autre de l'élément magnétorésistant et par un blindage supplémentaire 134 formé par une couche magnétique inférieure, en contact avec les deux piliers 130 et 132. Sur la figure 3, on voit, de manière schématique, l'un des rubans magnétorésistants, référencé 104, avec les diverses couches qui le composent. Il s'agit d'une structure à vanne de spin ("spin valve" en anglais) 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 et électriquement conductrice, par exemple en cuivre ; cette couche peut être parcourue par un courant I ; - une quatrième couche mince ferromagnétique 124 appelée souvent "couche libre" (ou en anglais "free layer"), par exemple en FeNi l'aimantation M de cette dernière couche est sensible au champ magnétique extérieur et s' oriente en fonction de la direction et de l'intensité de ce champ. On peut utiliser aussi un empilement de ce genre sans la couche piégeante 121, ou, au contraire, avec d'autres couches subsidiaires. L'essentiel est d'avoir au moins deux couches magnétiques séparées par une couche non magnétique et électriquement conductrice. Si la tête utilise deux rubans 104a et 104b, les aimantations M1 et M2 sont antiparallèles dans les deux rubans, c'est-à-dire que la direction de ces aimantations dans le ruban 104a est opposée à la direction de ces aimantations dans le ruban 104b. La présente invention a pour but de définir des conditions de fonctionnement particulières qui confèrent à une telle tête une très grande sensibilité dans un fonctionnement analogique. Exposé de l'invention Pour obtenir cette très grande sensibilité, il est prévu que la couche mince magnétique de blindage, la couche magnétique sonde, le pied magnétique et la couche libre du ruban magnétorésistant présentent un axe de facile aimantation dirigé parallèlement à la direction longitudinale de ces pièces. Grâce à cette disposition, le circuit magnétique emprunté par le champ magnétique lu produit par le support d'enregistrement présente une très faible réluctance, ce qui confère une grande sensibilité à la tête. De façon plus précise, la présente invention a pour objet une tête magnétique de lecture comprenant - sur une face destinée à être placée en regard d'un support d'enregistrement magnétique à lire, une couche mince magnétique de blindage avec une ouverture, cette couche de blindage constituant un plan de vol pour la tète, - une couche magnétique sonde disposée perpendiculairement au plan de vol et affleurant sur le plan de vol dans l'ouverture de la couche de blindage, cette couche sonde ayant une direction longitudinale, - un pied magnétique, prolongeant la couche sonde et ayant une direction longitudinale, - un élément magnétorésistant comprenant au moins un ruban magnétorésistant disposé parallèlement audit plan de vol et ayant une direction longitudinale parallèle à la direction longitudinale de la couche sonde et possédant une direction transversale, cet élément magnétorésistant étant situé à proximité du pied, ce(s) ruban (s) magnétorésistant(s) étant du type à vanne de spin et comprenant au moins deux couches magnétiques séparées par une couche non magnétique, l'une desdites couches magnétiques dite "couche libre" étant traversée par un champ magnétique de lecture transversal produit par le support d'enregistrement, cette tête étant caractérisée en ce que la couche mince magnétique de blindage, la couche magnétique sonde et le pied magnétique présentent un axe de facile aimantation dirigé parallèlement à leur direction longitudinale et en ce que, dans chaque ruban magnétorésistant à vanne de spin, la couche magnétique libre du (des) ruban(s) magnétorésistant(s) présente un axe de facile aimantation longitudinal, perpendiculaire au champ magnétique de lecture et l'autre couche magnétique une aimantation transversale. Brève description des dessins - les figures lA et 1B, déjà décrites, illustrent en coupe et en vue de dessus, une tête magnétique selon le document cité - la figure 2, déjà décrite, illustre une variante de cette tête ; - la figure 3, déjà décrite, illustre un élément magnétorésistant à vannes de spin - la figure 4 montre la direction de l'axe de facile aimantation de différentes pièces magnétiques dans une tête magnétique selon la présente invention - la figure 5 montre la direction de l'axe de facile aimantation dans la couche libre du ruban magnétorésistant - la figure 6 montre schématiquement l'utilisation de deux aimants permanents placés aux extrémités de la couche libre - la figure 7 illustre la variation relative de résistance d'un ruban magnétorésistant en fonction du champ appliqué - les figures 8A et 8B montrent un support d'enregistrement et le signal de lecture correspondant - la figure 9 montre schématiquement et en vue de dessus deux rubans megnétorésistents et leurs aimants - la figure 10 est une coupe d'un ruban magnétorésistant à vanne de spin avec ses aimants. Exposé détaillé de modes de réalisation La figure 4 correspond à la variante de réalisation illustrée sur la figure 2, conformément à la demande de brevet français n"97 12425 déjà citée. Cette figure indique la direction de l'axe de facile aimantation de certaines pièces magnétiques, à savoir le blindage 106, la couche sonde 102, le pied 103, les piliers magnétiques 130 et 132. Cette direction est marquée par une croix cerclée, ce qui signifie qu'elle est perpendiculaire au plan de la figure. Autrement dit, la direction de facile aimantation est parallèle à la direction longitudinale de la couche sonde 102 et du pied 103, ou encore parallèle à la direction longitudinale des rubans magnétorésistants 104a, 104b. Les pièces 102, 103, 106, 130, 132 peuvent être en fernickel. Lors de leur réalisation dans la structure, on appliquera un champ magnétique perpendiculaire au plan de la figure 4, ce qui va produire un axe de facile aimantation dirigé dans ce sens. La figure 4 montre en outre deux trajets magnétiques Te et Tb empruntant la couche sonde 102, le pied 103, les éléments magnétorésistents respectivement 104a et 104b, les piliers 130, 132 et le blindage 106. Ces trajets sont orthogonaux à la direction de facile aimantation et présentent donc une réluctance extrêmement faible. Par ailleurs, les distances G1 et G2 séparant les rubans magnétorésistants 104a, 104b du pied 103 et des pièces 130, 132 sont faibles et de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres (par exemple entre 10 et 80 nm) ce qui réduit encore la réluctance. La figure 5 illustre un autre moyen de l'invention. Il s'agit de la couche libre 124 de l'élément magnétorésistant à vanne de spin. Il peut s'agir encore de fer-nickel. Selon l'invention, cette couche possède un axe de facile aimantation M qui est parallèle à la direction longitudinale de la couche. Pour cela, on peut disposer, comme illustré sur la figure 6, deux aimants permanents en couche mince 125, 127 placés aux deux extrémités de la couche 124, ces aimants présentant des pôles de signes contraires en regard l'un de l'autre, de telle sorte qu'un champ continu Hc soit présent dans la couche 124. Le champ Hc nécessaire est de l'ordre de quelques Oersteds (environ 4 à 8 Oe). On peut utiliser des couches d'alliage CrCoPt pour réaliser ces aimants. Lorsqu'un tel élément magnétorésistant est placé dans la tête magnétique complète, il reçoit un champ de lecture dont la direction est perpendiculaire à l'aimantation libre M au repos (en d'autres termes, le champ de lecture est transversal) . La courbe de la figure 7 montre alors quelle est la variation relative AR/R de résistance du ruban magnétorésistant en fonction du champ de lecture H. On voit que cette courbe présente une très faible hystérésis, de l'ordre de 1 Oe. La sensibilité est très grande puisque la saturation est obtenue avec 5 De environ. Cette saturation correspond à un AR/R d'environ 5%. les figures 8A et 8B montrent la forme du signal de lecture obtenu dans de telles conditions. La figure 8A montre un support d'enregistrement 200, avec des transitions positives T1 et négatives T2. La figure 8B montre le signal de lecture obtenu avec des pics S1 correspondant aux transitions T1 et des pics S2 correspondant aux transitions T2. la a figure 9 montre, en vue de dessus, un élément magnétorésistant à deux rubans 104a, 104b, avec les aimants 125a, 127a pour le premier et 125b, 127b pour le second. On voit également le pont conducteur 112 reliant les couches conductrices des deux rubans et les connexions électriques 110a, 110b, reliées également à ces couches conductrices. La figure 10 correspond à une coupe selon le ruban 104b et permet de voir la place des aimants 125b et 127b chevauchant la connexion 110b et le pont 112. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique de lecture à élément magnétorésistant comprenant - sur une face destinée à être placée en regard d'un support d'enregistrement magnétique à lire, une couche mince magnétique de blindage (106), avec une ouverture (107), cette couche de blindage constituant un plan de vol (100) pour la tête, - une couche magnétique sonde (102) disposée perpendiculairement au plan de vol (100) et affleurant sur le plan de vol dans l'ouverture (107) de la couche de blindage (106), cette couche sonde (102) ayant une direction longitudinale, - un pied magnétique (103), prolongeant la couche sonde (102) et ayant une direction longitudinale, - un élément magnétorésistant comprenant au moins un ruban magnétorésistant (104a, 104b) disposé parallèlement audit plan de vol (100) et ayant une direction longitudinale parallèle à la direction longitudinale de la couche sonde et une direction transversale, cet élément magnétorésistant étant situé à proximité du pied (103), ce(s) ruban(s) magnétorésistant(s) (104, 104b) étant du type à vanne de spin et comprenant au moins deux couches magnétiques (122, 124) séparées par une couche non magnétique et conductrice (123) parcourue par un courant, l'une desdites couches magnétiques (124), dite "couche libre", étant traversée par un champ de lecture transversal produit par le support d'enregistrement magnétique, cette tête étant caractérisée en ce que la couche mince magnétique de blindage (106), la couche magnétique sonde (102), le pied magnétique (103) présentent un axe de facile aimantation dirigé parallèlement à leur direction longitudinale et en ce que, dans chaque ruban magnétorésistant à vanne de spin, la couche magnétique libre (124) du (des) ruban (s) magnétorésistant (s) présente un axe de facile aimantation longitudinal perpendiculaire au champ magnétique de lecture produit par le support d'enregistrement magnétique, et l'autre couche magnétique (122) une aimantation transversale. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, comprenant en outre deux aimants permanents (125, 127) disposés de part et d'autre de la couche libre (124) du (des) ruban(s) magnétorésistant(s) (104a, 104b). 3. Tête magnétique selon la revendication 1, dans laquelle chaque ruban magnétorésistant à vanne de spin comprend un empilement de couches minces, avec une première couche mince magnétique (121) à fort champ coercitif, avec une aimantation (M1) orientée dans une direction transversale, une deuxième couche mince magnétique (122), magnétiquement couplée à la première (121) et à aimantation (M2) transversale parallèle à la première (M1), une troisième couche mince non magnétique (123) et électriquement conductrice et une quatrième couche mince magnétique, qui est ladite couche libre (124) orientée longitudinalement. 4. Tête magnétique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élément magnétorésistant comprend deux rubans magnétorésistants (104a, 104b) disposés de part et d'autre du pied (103), la direction de l'aimantation dans la première couche mince magnétique (121) de l'un des deux rubans (104a) étant opposée à la direction de l'aimantation pour la première couche mince magnétique (121) de l'autre ruban (104b). 5. Tête magnétique selon la revendication 4, dans laquelle deux premières extrémités des couches conductrices (123) des deux rubans sont reliées électriquement par un pont conducteur (112), et deux secondes extrémités desdites couches conductrices (123) sont reliées respectivement à une amenée de courant (110a) et à une sortie de courant (110b). 6. Tête magnétique selon la revendication 4, comprenant, en outre, de part et d'autre des éléments magnétorésistants (104a, 104b), deux piliers magnétiques (130, 132) reliées au blindage (106). 7. Tête magnétique selon la revendication 6, comprenant en outre une couche magnétique (134) disposée sous les deux pièces magnétiques (130, 132) et en contact avec celles-ci. 8. Tête magnétique selon la revendication 6, dans laquelle les deux rubans magnétorésistants (104a, 104b) sont écartés du pied magnétique (103) et des deux pièces magnétiques (130, 132) par des intervalles (G1, G2) de longueur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres.