Brevet FR2797709A1 — publié le 20010223

La présente invention se rapporte aux têtes lecture magneto-optiques qui permettent de lire de manière magnéto- optique sur une bande un grand nombre de pistes en parallele avec un suivi de piste. Elle s'applique plus particulièrement au système d'enregistrement à haute densité et haut débit de données numeriques sur bande magnétique, connu dans l'art sous le terme de SDCR. Le système d'enregistrement et de lecture à haute densité sur bande magnétique SDCR a été conçu dans le laboratoire central de recherches de la société THOMSON-CSF en vue d'obtenir un système d'enregistrement sur bande magnétique selon un ensemble de pistes parallèles qui présentent une très forte densité d'enregistrement, sans recourir au système classique têtes tournantes. II utilise pour l'enregistrement des données dispositif original présentant un ensemble de pôles intégrés disposés de maniere matricielle, et pour la lecture une tête magneto-optique à effet Kerr présentant une structure monolithique. Les têtes d'ecriture et de lecture ainsi conçues permettent donc un enregistrement et une lecture parallèles extrêmement denses tout en étant d'une fabrication très simple en regard des systèmes utilisés par ailleurs. Plus particulièrement, pour la lecture la tête à effet Kerr magnéto-optique comprend, de manière maintenant connue dans l'art, un prisme comportant un empilement de matériaux adequats. II est éclairé par un faisceau laser polarisé dont les dimensions dans le sens défilement de la bande magnétique, au point de focalisation optimisent le signal et permettent de recouvrir le bloc de pistes écrit par tête magnétique sur la bande. L'information magnétique inscrite sur la bande modifie l'aimantation du pôle de lecture de la tête. polarisation du faisceau laser se réfléchissant sur cette couche est alors modifiée par effet Kerr magnéto-optique. Ce changement de polarisation est transformé en changement d'intensite, par un polariseur par exemple. Le faisceau est alors reçu sur une barrette de détecteurs, du type CCD par exemple. Chacune des cellules de ce CCD délivre alors un signal représentatif de l'information enregistrée sur chacune des pistes de la bande. Le système décrit schématiquement ci-dessus a été divulgué de manière plus précise dans un ensemble de brevets portant sur l'architecture globale du système et sur certains points particuliers de réalisation. On citera notamment les brevets français suivants déposés parla demanderesse: - 89 17313 du 28 décembre 1989, n de publication 2 656 723 - 84 07761 du 18 mai 1984, n de publication 2 564 674 - 93 01407 du 7 février 1993, n de publication 2 701 332 - 90 00546 du 18 janvier 1990, n de publication 2 657 100 - 92 11146 du 18 septembre 1992, n de publication 2 696 037 - 86 14974 du 28 octobre 1986, n de publication 2 605 783 - 87 14818 du 4 mai 1987, n de publication 2 622 335 - 88 05592 du 27 avril 1988, n de publication 2 630 853 - 96 08393 du 5 juillet 1996, n de publication 2 750 787 Ce système a permis de réaliser des prototypes donnant toute satisfaction. L'expérimentation sur ces prototypes a néanmoins fait ressortir un certain nombre de problèmes dont la résolution permet d'augmenter les performances des dispositifs réalisés selon ce système. L'un de ces problèmes concerne le comportement magnétique du pôle de lecture de la tête effet Kerr en fonction de la température de fonctionnement. Pour résoudre ce problème, l'invention propose une tête de lecture magnéto-optique à faible bruit magnétique et à grande efficacité magnétique, comprenant au moins un substrat surmonté d'une couche magnéto-sensible, d'une couche diélectrique et d'une couche réfléchissante, principalement caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de chauffage pour maintenir la couche magnéto-sensible dans une gamme de température qui maximise son efficacité et son rapport signal/bruit magnetiques . Selon une autre caractéristique, les moyens de chauffage sont formés d'un thermostat dans lequel est placé la tête. Selon une autre caractéristique, les moyens de chauffage sont formés d'un laser dont le faisceau est dirigé sur la tête sous un angle pouvant atteindre 180 , lui permettant de ne pas perturber le fonctionnement du système. Selon une autre caractéristique, les moyens de chauffage comprennent une couche électriquement conductrice et des moyens d'alimentation électrique de cette couche pour faire fonctionner en résistance Ohmique. Selon une autre caractéristique, cette couche conductrice est conformee en forme de U comportant une branche longitudinale située sur la zone de fonctionnement de la tête et des bras latéraux permettant d'alimenter le bras longitudinal en énergie électrique. Selon une autre caractéristique, la couche conductrice est dédoublée deux couches superposées séparées par une couche isolante pour faire circuler dans chacune de ces couches des courants électriques de même intensité et de sens opposes afin d'annuler les effets magnétiques perturbateurs provoqués par ces courants. Selon une autre caractéristique, la couche conductrice est confondue avec la couche réfléchissante. Selon une autre caractéristique, cette couche conductrice est formée d'une couche supplémentaire en matériau plus résistif que celui de la couche réfléchissante, insérée sur la couche réfléchissante de l'autre côté de la couche diélectrique et comprise entre deux couches isolantes. Selon une autre caractéristique, on mesure en permanence la tension appliquée et le courant circulant dans la couche réfléchissante pour déterminer la température de la couche magnéto-optique et la maintenir constante dans ladite gamme de température. Selon une autre caractéristique, elle comprend en outre à l'intérieur du U formé par la couche réfléchissante une couche d'un matériau à fort coefficient de température pour déterminer la température de la couche magnéto sensible et la maintenir constante dans ladite gamme de température. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, faite en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1, une coupe à travers l'empilement des couches formant une tête de lecture connue; - la figure 2, une vue de dessus d'une couche conductrice de l'empilement de la figure 1 aménagée pour former un moyen de chauffage conforme à l'invention; - la figure 3, une vue de devant de deux couches telles que celle de la figure 2 superposées; - la figure 4, une vue en coupe longitudinale d'une tête de lecture comportant des moyens de chauffage par laser; et - la figure 5, une coupe partielle d'un empilement de couches formant une tête selon l'invention. La structure connue d'une tête magnéto-optique de lecture comporte un empilement de couches représenté sur la figure 1, dans laquelle les proportions ne sont pas respectées afin de pouvoir avoir une figure plus lisible. Ces différentes couches sont obtenues par pulvérisation cathodique sous vide à la surface d'un substrat 101 formé généralement partir d'un grenat de gadolinium et de gallium connu sous le nom de GGG. Pour définir les épaisseurs des différentes couches, on utilisera comme unité de longueur l'Angstrôm par ce que c'est elle qui est usitée dans l'art. On rappelle que 1 l'Angstràm = 10-' m ou 0,1 nanomètre. Sur le substrat 101, on dépose d'abord une couche d'alumine de 25 Angstrôms d'épaisseur qui sert essentiellement assurer l'adhérence de la couche suivante. On dépose ensuite une couche 103 d'un matériau magnétique connu dans l'art sous le nom de Sendust. Cette couche, épaisse d'environ 250 Angstrôms, est la couche magnéto-optique proprement dite, qui permet d'une part de capter le plus efficacement possible le champ magnétique généré par la bande lue par la tête, et d'autre part de convertir le plus efficacement possible en variations de polarisation les variations d'aimantation ainsi détectées. On dépose ensuite une couche diélectrique 104, par exemple en nitrure de silicium épaisse d'environ 1900 Angstrôms. Cette couche est ensuite recouverte d'une couche 105 de Sendust épaisse de 25 Angstrôms environ, qui permet d'assurer l'adhérence de couche suivante. Cette couche suivante 106 est une couche métallique réflectrice épaisse de 500 Angstrôms environ et formée par exemple de cuivre ou d'or. La couche 104 associée à la couche 106 permet à la fois d'obtenir l'entrefer magnétique nécessaire à la lecture et de former un interféromètre du type Pérot-Fabry qui permet de mettre en phase les réflexions du faisceau laser sur les couches 103 et 106. L'ensemble est recouvert d'une couche 107 de Sendust, épaisse d'environ 9000 Angstrôms, qui joue à la fois les rôles de deuxième pôle magnétique permettant de fermer le flux et de blindage magnétique. L'ensemble est recouvert d'une couche protectrice 108 en nitrure de silicium, épaisse d'environ 2 micromètres. Dans les opérations de lecture, le faisceau laser arrive par le substrat 1O1 et il réfléchi en partie sur la couche sensible 103 et sur le réflecteur 106 En effectuant différentes manipulations pour caractériser une telle tête, les inventeurs ont constaté une variation de l'efficacité magnétique de cette tête, et du rapport signal sur bruit magnétique en sortie, en fonction de la température extérieure. Une série d'expérimentations a permis de montrer que l'efficacité, qui est couramment de 20% à 25 C peut monter jusqu'à une valeur de 60 % à 65 C, et que le rapport signal sur bruit magnétique peut simultanément passer d'une valeur courante de 26 dB, à une valeur de 32 dB. Ces mêmes expérimentations ont également permis de montrer que le phénomène physique important à la base de ce résultat était la modification du micro-magnétisme de la couche de lecture au voisinage de l'arête, provoqué par l'élévation de temperature qui améliore la structure en domaines magnétiques. Dans les réalisations courantes, qui utilisent une couche magnétique douce, necessaire dans ce type de tête à cause de sa sensibilité plus importante, ce matériau présente un maximum d'efficacité situé essentiellement entre 65 et 80 C. L'invention propose donc, pour obtenir un fonctionnement optimal la tête de lecture magnéto-optique, de porter et de maintenir la température de celle-ci à l'intérieur de la gamme de température qui permet de maximiser son efficacité et son rapport signal sur bruit. Pour cela on peut utiliser différents systèmes. Le premier de ces systèmes consiste à régler la puissance du laser utilisé pour la lecture à une valeur qui permet justement d'obtenir cette température. Ce système est difficilement utilisable car le niveau continu reçu par le CCD va varier dans les mêmes proportions, rendant le traitement électronique plus délicat. Une autre solution, consiste à thermostater purement et simplement la tête. Cette solution fonctionne parfaitement, mais elle présente l'inconvénient d'être lourde et coûteuse à mettre en oeuvre. Une autre solution, représentée schématiquement sur la figure 4, consiste à utiliser un laser auxiliaire uniquement destiné à obtenir la température voulue. Le faisceau laser est alors envoyé sur la tête de lecture, sous un angle différent de celui du laser de lecture ou dans l'autre sens, pour qu'il ne vient pas perturber le fonctionnement de celui-ci. Sur cette figure 4, un faisceau laser 201 de lecture est envoyé sur une tête de lecture 202 vue en coupe, forme de manière connue un prisme. Après réflexion sur une face 203, le faisceau arrive sur une arête 204 qui sert à la lecture la bande. II repart alors sous la forme d'un faisceau modulé 205. Selon l'invention, un faisceau laser auxiliaire de chauffage 206 est envoye sur l'arête 204 sous un angle différent des faisceaux d'entrée 201 et de sortie 205 pour ne pas perturber le fonctionnement de la tête. Cette solution permet de régler à loisir la puissance du laser auxiliaire en fonction de la température à obtenir. Celle-ci peut être mesurée par un moyen quelconque, par exemple avec une sonde ou en effectuant un traitement des signaux de sortie de la tête permettant de déterminer les ecarts de la température à partir de la dérive des performances de celle-ci. Une solution préférée consiste à utiliser une couche électriquement conductrice, par exemple la couche réflectrice 106 ou couche supplémentaire en Sendust, pour y faire circuler un courant qui chauffera la tête par effet Joule. A titre explicatif, une solution pour faire circuler ce courant électrique consiste à aménager la couche choisie pour obtenir une couche 206, telle que représentée sur la figure 2. Cette couche 206 présente une forme en U dans laquelle le bras transversal 216 du U s'étend entre les deux faces latérales de la tête en longeant son extrémité frontale, là où s'effectue la lecture de la bande magnétique proprement dite. Ce bras a une largeur pouvant aller jusqu' environ 50 micromètres pour permettre de faire circuler un courant I de quelques milliampères qui permettra d'obtenir, en fonction de l'épaisseur de la couche utilisée, par exemple 250 Angstrôms pour la couche réflectrice, la température nécessaire. Les deux bras latéraux 214 et 215 du U servent de conducteurs d'alimentation du bras transversal 216. Le courant électrique est amené à l'extrémité de ces deux bras latéraux de manière à ce que les contacts soient situés en dehors de la zone sensible de la tête afin de ne pas perturber celle-ci. Ces contacts seront par exemple des contacts par pression tels que ceux utilisés dans les têtes connues du type magnéto-résistif, qui utilisent elles aussi des couches métalliques extrêmement fines, de l'ordre de quelques centaines d'Angstrôms, parcourues par un courant électrique. Un dégagement dans l'épaisseur de la tête permettra de venir fixer ces contacts par pression, de préférence sur des zones de reprise de contact déposées avec une épaisseur et des dimensions extérieures suffisantes pour permettre ce contact. Ces zones s'appuient sur les bras 214 et 215 en débordant de ceux-ci pour avoir ces dimensions extérieures voulues. système représenté sur la figure 2 est essentiellement but pédagogique, pour expliquer la manière dont fonctionne l'invention. En effet il présente le défaut de générer, sous l'action du courant transversal traversant le bras longitudinal 216 du système chauffant, champ magnétique suffisamment important pour venir perturber gravement le fonctionnement de la couche sensible 103. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose d'utiliser plutôt une structure telle que celle de la figure 3. Dans cette structure on utilise deux couches 316 et 326 ayant la même forme que la couche 206, superposées et séparées par une couche isolante 306. Ceci permet de faire circuler un courant de même intensité dans un sens dans l'une des couches et dans l'autre sens dans l'autre couche. L'intensité de ce courant sera bien entendue la moitié de celle nécessaire, donc I/2 par rapport à I, qui circulait dans la couche 216. De cette façon, et compte tenu de la très faible épaisseur des couches par rapport à leur longueur, les effets magnétiques de ces deux couches s'annulent l'un l'autre et l'ensemble ne perturbe pas la couche sensible 103. La couche isolante 306 sera formée de tout matériau adéquat qui soit à la fois suffisamment peu conducteur et adhésif sur le métal utilisé. On pourra par exemple là aussi utiliser du nitrure de silicium, pour procurer une isolation suffisante entre ces couches. De même, la découpe des couches 316 et 326 leur donnant la forme d'un U laisse bien entendu un creux 217 à l'intérieur du U. Compte tenu là aussi de la très faible épaisseur de ces couches, surtout comparé à leur longueur et à leur largeur, ce creux ne perturbe aucunement le dépôt de la couche107, dont l'épaisseur est bien plus grande que celle des couches 316 et 326. On peut aussi planariser l'ensemble en utilisant par exemple la méthode connue dite CMP. Pour pouvoir maintenir la température de l'ensemble dans les limites souhaitées, on pourra par exemple mesurer en permanence la résistance des couches 316 et 326 en mesurant la tension appliquée et l'intensité qui parcoure ces couches, ce qui permet de déterminer la résistance des dites couches, et donc leur température, en tenant compte du coefficient de température du matériau constituant ces couches. Cette mesure se fera de préférence en éliminant l'un de ces deux paramètres, en utilisant alors une source de tension ou une source de courant et en asservissant l'autre paramètre par contre- réaction. Si toutefois dans certains modes de réalisation la sensibilité de cette mesure s'avérait être insuffisante, on pourrait déposer dans le creux 217 une fine couche d'un matériau ayant un fort coefficient de température et utiliser cette couche directement en thermomètre en mesurant directement sa résistance. On a représenté sur la figure 5 le même empilement que sur la figure 7, simplifié en omettant les couches 101 103 et comprenant des couches supplémentaires pour mettre en oeuvre l'invention. Les couches 306, 316,326 sont celles de la figure 3, qui sont placées entre le blindage 107 et le réflecteur 106. Deux couches isolantes 336 et 346, en nitrure de silicium par exemple, permettent d'isoler par rapport aux couches 106 et 107 les couches 316 et 326. Celles-ci sont de préférence en Sendust dont la résistivité, plus forte que celle de l'or et du cuivre, permet d'obtenir plus facilement le chauffage nécessaire. REVENDICATIONS 1 - Tête de lecture magnéto-optique faible bruit magnétique et à grande efficacité magnétique, comprenant au moins un substrat (1O1) surmonté d'une couche magnéto-sensible (103), d'une couche diélectrique (104) et d'une couche réfléchissante (106), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de chauffage pour maintenir la couche magnéto-sensible (103) dans une gamme de temperature qui maximise son efficacité et son rapport signal/bruit magnétiques. 2 - Tête de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce que moyens de chauffage sont formés d'un thermostat dans lequel est placé la tête. 3 - Tête de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de chauffage sont formés d'un laser dont le faisceau est dirigé sur la tête sous un angle pouvant atteindre 180 , lui permettant de ne pas perturber le fonctionnement du système, 4 - Tête de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent une couche électriquement conductrice (106) et des moyens d'alimentation électrique de cette couche pour la faire fonctionner en résistance Ohmique. 5 - Tête de lecture selon la revendication 4, caractérisée en ce que cette couche conductrice (206) est conformée en forme de U comportant une branche longitudinale (216) située sur la zone de fonctionnement de la tête et des bras latéraux (214,2l5) permettant d'alimenter le bras longitudinal en énergie électrique. 6 - Tête de lecture selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche conductrice est dédoublée en deux couches superposées (316,326) séparées par une couche isolante (306) pour faire circuler dans chacune de ces couches des courants électriques de même intensite et de sens opposés afin d'annuler les effets magnétiques perturbateurs provoqués par ces courants. 7 - Tête de lecture selon l'une quelconque des revendications 4 à caractérisée en ce que la couche conductrice est confondue avec la couche réfléchissante (106). 8 - Tête de lecture selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que cette couche conductrice est formée d'une couche supplémentaire (3l6,326) en matériau plus résistif que celui de la couche réfléchissante, insérée sur la couche réfléchissante de l'autre côté de la couche diélectrique (104) et comprise entre deux couches isolantes (326,346). 9 - Tête de lecture selon l'une quelconque des revendications 4 8, caractérisée en ce que l'on mesure en permanence la tension appliquée et le courant circulant dans la couche réfléchissante (106) pour déterminer la température de la couche magnéto-optique et la maintenir constante dans ladite gamme de température. 10 - Tête de lecture selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre à l'intérieur du U formé par la couche réfléchissante (206) une couche d'un matériau à fort coefficient de température pour déterminer la température de la couche magnéto sensible (103) et la maintenir constante dans ladite gamme de température.