CN1147884C

CN1147884C - 磁头及具有该磁头的磁存储装置

Info

Publication number: CN1147884C
Application number: CNB991267109A
Authority: CN
Inventors: 小田切充; 奈江; 竹房早奈江; 子; 三宅裕子
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2004-04-28
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: KR20000048058A; DE19956196A1; KR100757759B1; JP2000235911A; US6376108B1; CN1257292A

Abstract

本发明涉及一种由NiFeMo构成的磁头，它具有优异的高频特性，无需任何热处理易于形成磁畴结构，因此，提高了磁记录能力。磁性材料由Ni、Fe和Mo构成，其特征在于，按照这样的条件选择NiFeMo的成分比，即按原子%值计，Ni为77-82%，Fe为15-21%，Mo为6%以下，以及磁应变常数λs范围为-1×10^-6≤λs≤1×10^-6。

Description

磁头及具有该磁头的磁存储装置

本申请根据申请号为Hei 10-354305的日本专利申请和申请号为Hei 11-308827的日本专利申请并以此提出要求优先权，其中包含的内容可供参考。

技术领域

本发明涉及一种磁性材料、磁头和磁存储装置，特别是涉及这样一种磁性材料、磁头和磁存储装置，其具有的成分特征改进了感应式磁头和MR磁头的高频特性，MR磁头形成该要用在磁存储装置例如硬盘驱动器(HDD)或磁带机中的复合型薄膜磁头。

背景技术

由于近些年来对于作为计算机的外部存储装置的硬盘驱动器降低尺寸和扩大容量的要求的增加，记录频率已达到100MHz(兆赫)(108Hz)。在这种磁存储装置中，用于写和读记录数据的磁头总是按这样一种方式整体构成，用于记录的写磁头和用于重现的读磁头是分别配置的。即这些磁头在一系列的薄膜形成过程中按层顺序地层叠，使得写磁头和读磁头按照窄的间距(pitch)、较小的位置偏差精确地相邻配置，用以对磁记录介质进行写和读操作，从而实现高密度记录。

这种薄膜磁头中的上磁极层经常是利用按照掩膜镀覆法已整体形成的例如为Ni₈₂Fe₁₈之类的坡莫合金构成的。然而，此处将参照图6介绍相关现有技术的复合型薄膜磁头的一个实例。

参照图6

图6是相关现有技术的复合型薄膜磁头中的主要部分透视示意图。通过Al₂O₃膜(未表示)，在作为浮动块的基体材料的Al₂O₃-TiC基片(未表示)上，提供一由NiFe合金之类构成的下屏蔽(shield)层41；借助于例如Al₂O₃之类的下引线磁隙(gap)层(未表示)，提供一由NiFe、Ti、NiFeCr等层叠结构之类构成的磁(致电)阻效应元件42，然后使它们形成预定形状的图案，并在此之后通过将由Au等构成的导电薄膜淀积到磁(致电)阻效应元件42的两端形成引线电极43。

接着，借助于例如为Al₂O₃之类的上引线磁隙层(未表示)，再次提供由NiFe合金之类构成的下磁极层44(其还用作为上屏蔽层)，和在其上提供一由Al₂O₃之类构成写磁隙层(未表示)，借助于一例如为抗蚀剂等的下层间隔离膜(未表示)，形成水平螺旋型线圈45，写电极46提供到这一线圈的两端，以及在此之后，借助于由抗蚀剂等构成的上层间隔离膜(未表示)，当在该端部部分提供窄的写磁极48时，按照一定形状提供一上磁极层47。

接着，在将Al₂O₃膜提供到该作为保护膜的整个表面(未表示)之后，对基片切割，以及进行机加工和包含研磨的浮动块处理，用于调节写磁极48的长度，即磁隙的深度。因此，可以得到复合型薄膜磁头，其中包含用于重现的(即用于读的)MR磁头和用于记录的(即利用磁(致电)阻效应元件42用于写的)感应型薄膜磁头。

在这种情况下，当信号电流由写电极46流入写线圈44时产生的磁通导入由下磁极层44和上磁极层47组成的磁极芯体，该磁通由在接近该在上磁极层47端部部分的写磁极48的区域处的写磁隙层构成的记录磁隙漏到外侧，因此，信号记录到一记录介质上。此处，与之相反，利用磁极芯体通过检测来自记录介质的磁通还可以重现该信号，在上磁极层47的端部处的写磁极48的宽度变为磁道宽度，表面记录密度由这一磁道宽度限制。

另一方面，MR磁头的重现原理利用这样一种现象，即恒定传感电流由读电极43流过时，构成磁(致电)阻效应元件42的磁薄膜的电阻根据来自记录介质的磁场变化。

然而，存在的一个问题是，在十到几十兆赫的频率下的对于磁场的噪声的屏蔽作用和激励磁场，以及在复合型薄膜磁头中的磁屏蔽层和上和下磁极层中的磁记录能力，由于涡流损耗都大为降低，以及因此易于产生记录缺陷。这一问题可能是由于当频率变高时产生的，由于表面效应还使涡流损耗增加以及记录磁场强度降低。为了这种防止涡流损耗，电阻率ρ要足够升高，这是由于涡流损耗与电阻率ρ成反比。

即，当磁薄膜的半径(即厚度)为τ(米)时，频率为f(兆赫)，磁化强度为B_m(韦伯/米²)以及电阻率为ρ(欧·米)时，当线圈围绕柱形磁性材料的半径为5(米)以及线圈电流流入到其中时，通过磁性材料的单位体积的涡流损耗We，可以表示如下

We＝π²·τ²·f²·Bm²/4ρ ......(1)

因此，当电阻率为ρ大时，或者当半径τ小时，涡流损耗We变小。

此外，当电阻率为ρ，磁薄膜的厚度为t，真空导磁率为μ₀以及磁薄膜的导磁率为μd时，极限频率fg表示如下：

fg＝4ρ/(π·μ₀·μd·t²) ......(2)

因此，当电阻率ρ大或厚度t小时，极限频率fg变大。

然而，在相关现有技术中由于上磁极层47和写磁极48本身是由例如为Ni₈₂Fe₁₈之类的坡莫合金构成的，电阻率ρ小至约20微欧厘米以及由于其通过镀覆由相对厚的薄膜整体构成的，于是出现的问题是，τ或t的数值变大，涡流损耗We不必要地变大，因此极限频率fg不必要地变小。

另一方面，当磁膜厚度t被确定为较小的数值时，可使涡流损耗We小以及可使极限频率fg大。然而，在这种情况下，会产生另一个问题是使总磁通变小。

为解决这些问题，为了得到具有比例如为Ni₈₂Fe₁₈之类的坡莫合金更高的电阻率ρ，正在继续研究开发。例如，已经提出使用NiFeMo合金薄膜作为高频磁极材料，其具有与坡莫合金几乎完全相同的磁特性以及电阻率ρ(≥20微欧厘米)(如果需要，参阅申请号为HEI9-63016的公开的未经审查的日本专利申请)。

在上述部分中，所提出的NiFeMo合金薄膜由于磁应变常数λs大得超过5×10^-6和为了此目的控制磁畴需要在180-300℃温度范围内热处理。在这种情况下，这种热处理产生的一个问题是，很可能对(在形成磁极之前形成的)形成为重现装置(mean)的磁(致电)阻效应元件产生有害的影响。

即，磁应变常数λs必须小，以便薄膜磁头中磁极层达到更高的导磁率(如果需要，参阅由Matsumoto等所著的“磁记录工程”，Kyoritsu出版，p179)。此外，磁通可以通过在六角形磁畴中自旋传播(propagate)，以及通过进行磁畴控制形成六角形磁畴，可以产生具有优异的高频响应的可逆磁化过程，以便形成的六角形磁畴达到该接近磁极端部部分的区域，即达到该接近写磁极的区域。

这里，参照图7，分析相关现有技术的一般形状的上磁极层，以及解释在该上磁极层中的理想磁畴结构。

图7是上磁极层47的平面图。按照理想的磁畴结构，希望形成的六角形磁畴50(将变为主磁畴)达到该接近写磁极48的区域，以及磁化方向是如用箭头标记所表示为环向的，其通过邻近六角形磁畴50形成的(变成环向磁畴的)三角形磁畴51。

如上面所解释的，有3个重要的因素即：高电阻率、小磁应变常数λs和磁畴控制，此外，取消例如热处理的过程也是重要的，这种热处理对该(构成为在磁极形成之前形成的重现装置的)磁(致电)阻效应元件之类会产生有害的影响。

发明内容

因此，本发明的目的是，改进磁性材料、磁头或磁存储装置的高频特性和形成优异的磁畴结构，其不加入热处理，通过控制NiFeMo在磁性材料中的成分比来实现。

根据本发明的一个方面，一种磁头，包括磁极层，其形状使之产生压应力，所述磁极层由Ni、Fe和Mo构成的磁性材料形成，其特征在于，按照这样的条件选择NiFeMo的成分比，即按原子％值计，Ni为77～82％，Fe为15～21％，Mo为6％以下，以及磁应变常数λs范围为-1×10^-6≤λs≤0。

根据本发明的另一个方面，一种磁头，包括磁极层，其形状具有张应力，所述磁极层由Ni、Fe和Mo构成的磁性材料形成，其特征在于，按照这样的条件选择NiFeMo的成分比，即按原子％值计，Ni为77-82％，Fe为15-21％，Mo为6％以下，以及磁应变常数λs范围为0≤λs≤1×10^-6。

根据本发明再一个方面，一种磁存储装置，采用上述的磁头。

图1是用于解释本发明的原理结构的示意图，以及参照图1解释用于解决本发明提出的问题的方式。

图1是一种成分示意图，其表示NiFeMo成分的优选范围。

本发明其特征在于，

(1)在由Ni、Fe和Mo构成的磁性材料中，按照这样一种条件选择NiFeMo的成分比，即按原子％值计，Ni为77-82原子％，Fe为15-21原子％，Mo为6原子％以下，以及磁应变常数λs范围为-1×10^-6≤λs≤0；

(2)在由Ni、Fe和Mo构成的磁性材料中，按照这样一种条件选择NiFeMo的成分比，即按原子％值计，Ni为77-82原子％，Fe为15-21原子％，Mo为6原子％以下，以及磁应变常数λs范围为0≤λs≤1×10^-6。

在上述各项中，按照项(1)所选择的磁性材料是优选的，因为一般写磁头中的磁极层按其形状产生压应力。同时，按照项(2)所选择的磁性材料是优选的，因为一般写磁头中的磁极层按其形状产生张应力。

通过控制NiFeMo中的成分比以满足上述条件，此外，上磁极层由按照这种成分比的磁性材料薄膜构成时，例如关于按照的项(1)条件的磁性材料，可以得到具有优异的高频特性的高导磁性材料，可以得到与理想结构相同的磁畴结构，在该理想结构中，形成的六角形磁畴达到该接近上磁极层端部部分的区域。

(3)此外，本发明其特征在于，选择NiFeMo的成分比，使得在项(1)和项(2)中所述磁性材料的矫顽力Hc范围为Hc≤1奥斯特。

正如上面所解释的，通过选择NiFeMo的成分比可以得到与坡莫合金相类似的优异的软磁特性，使得所述磁性材料的矫顽力Hc范围为Hc≤1奥斯特(Oe)。

(4)此外，本发明其特性还在于，选择NiFeMo的成分比，使得在项(1)到项(3)其中之一电阻率ρ范围为ρ≥20微欧厘米。

正如上面所解释的，通过选择NiFeMo的成分比，使得电阻率ρ范围为ρ≥20微欧厘米，可以得到具有的电阻率ρ高于例如为Ni₈₂Fe₁₈之类的坡莫合金的磁性材料。因此，可以降低涡流损耗We以及可以提高极限频率fg。

(5)此外，本发明其特征在于，选择NiFeMo的成分比，使得在上述项(1)到项(4)其中之一所述磁性材料的饱和磁通密度Bs范围为Bs≥0.8特斯拉。

正如上面所解释的，通过选择NiFeMo的成分比，使得所述磁性材料的饱和磁通密度Bs范围为Bs≥0.8(T)特斯拉，可以得到几乎与坡莫合金完全相同的饱和磁通密度。因此，可以得到与坡莫合金相似的记录磁场强度。

(6)此外，本发明其特征在于，利用项(1)到项(5)其中之一所述磁性材料可以形成磁头中的磁极层。正如上面所解释的，可以得到与理想的磁畴结构几乎相同的磁畴结构，达到该接近上磁极层的端部部分的区域，通过形成该磁极层特别是利用项(1)到项(5)其中之一所述磁性材料的上磁极层，因此可以实现具有优异高频特性的感应型薄膜磁头或复合型薄膜磁头。

(7)此外，本发明其特征在于，利用项(1)到项(4)中那些磁性材料形成磁头中的磁屏蔽层。

正如上面所解释的，通过利用项(1)到项(4)中那些磁性材料构成该固定(holding)磁(致电)阻效应元件的磁屏蔽层，可以将对于高频磁场噪声的良好的屏蔽作用和激励磁场维持在优异的状态下。因此，可以实现用于重现的MR磁头和具在优异高频特性的复合型薄膜磁头。

(8)此外，本发明其特性在于，利用项(1)到项(4)中那些磁性材料构成在磁作用装置(apparatus)中的磁屏蔽层。

正如上面所解释的，应用磁屏蔽层绝不局限于磁头例如在磁测量装置中，这种磁屏蔽层还可以用作该用于屏蔽作为噪声源的外部磁场的磁屏蔽层。

根据本发明，由于选择NiFeMo合金中的成分比为这样的数值，即在该数值下保证优异的高频特性以及形成的磁应变常数λs能保证无需热处理就易于形成优异的磁畴结构，在不牺牲其它特性的情况下，电阻率ρ的数值可以增大。因此，由于高频特性可以很大程度上改善，使磁记录能力提高。因此，本发明可以非常有助于薄膜磁头的高频特性和高记录密度，此外有助于推广高性能的HDD装置。

附图说明

图1是用于解释本发明的原理结构的示意图。

图2是用于解释磁应变常数λs和磁畴结构对于NiFeMo成分的相依关系的示意图。

图3是用于解释矫顽力Hc和电阻率ρ对于NiFeMo成分的相依关系的示意图。

图4是用于解释饱和磁通密度Bs和导磁率特性对于NiFeMo成分的相依关系的示意图。

图5是本发明的一个实施例的薄膜磁头的横断面示意图。

图6是相关现有技术的复合型薄膜磁头中的主要部分的透视图。

图7是与本发明的第一实施例相关的理想磁畴结构的平面示意图。

图8是与本发明的第二实施例相关的理想磁畴结构的平面示意图。

图9是与本发明的第二实施例相关的理想磁畴结构的观测图像平面示意图。

图10是与本发明的第二实施例相关的写磁头中的磁极层的平面示意图。

图11是表示与本发明的第二实施例相关的复合型磁头的应用实例示意图(平面示意图(a)、磁畴结构模型的平面图(b)，由磁极端部看的横断面结构示意图(c)。

具体实施方式

在每个附图中，每个数字部分代表如下：

[数字标号介绍]

11......上磁极层；12......写磁极；13......磁壁；14......六角形磁畴；15......三角形磁畴；21......Al₂O₃-TiC基片；22......Al₂O₃薄膜；23......下磁极层；24......写磁隙层；25......下层间隔离膜；26......写线圈；27......上层间隔离膜；28......上磁极层；29......写磁极；30......下屏蔽层；31......下读磁隙层；32......磁(致电)阻效应元件；33......上读磁隙层；41......下屏蔽层；42......磁(致电)阻效应元件；43......读电极；44......下磁极层；45......写线圈；46......上磁极层；47......上磁极层；48......写磁极；49......磁壁；50......六角形磁畴；51......三角形磁畴。

[第一实施例-一般的按形状产生压应力的写磁头中的磁极层]

下面解释根据本发明的优选实施例的薄膜磁头。首先参照图2-4解释在NiFeMo(镍-铁-钼)合金薄膜中的各种磁特性对NiFeMo成分的依存关系。

按照第一实施例表示写磁头中的磁极层的形状，形状即为将变成写入口(port)的天线状的部分增加到通常公知的五边形的顶点(在棒球(baseball)中使用的主垒(home-base))，(将一三角形加到例如为方形的平行四边形之类的外侧)。

[0034]

在这一实例中，NiFeMo合金薄膜是利用电解镀覆(电镀)法形成的，该方法是用于制造一般磁极层的方法。这一薄膜的厚度取为1-3微米，并且在薄膜形成的过程中施加400奥斯特的磁场，但不进行各种特定的处理。所使用的化学物质的成分比以及形成薄膜的方法介绍在申请号为HEI 10-220011的公开而还未审查的日本专利申请中。概括地说，NiFeMo(镍-铁-钼)合金薄膜是利用制造一般磁极层的电镀法形成的，例如利用包含Ni离子、Fe离子、Mo离子、羟基羧酸或(构成羟基羧酸盐)的有机酸的电解液。在这种情况下，在电解液中有机酸的浓度应为0.001摩尔/升或其以上，为在电解液中Mo离子的浓度的3-20倍。

参阅图(2a)：

图(2a)表示磁应变常数λs对NiFeMo的相依关系的测量结果，和应用光杠杆(optical lever)法测量磁应变常数λs。

由该图可以明显看出，Ni成分比增加得越多或者Mo成分比降低得越多，则磁应变常数λs变得越低。当Ni成分比接近(按原子％值计)80％时，得到λs＝0，以及当Ni成分比变得比上述值更大时，磁应变常数λs变负，此外，当Ni成分比变得比上述值更小时，磁应变常数λs变正。

参阅图(2b)：

图(2b)表示当利用NiFeMo合金薄膜形成上磁极层11时的磁畴结构，在这种情况下λs几乎等于0或负值，Mo成分比(按原子％值计)约为2.0％。在这种情况下，采用该用于收集在磁畴的边界的磁壁13处的离子氧化物的胶体的比特尔(bitter)法以及利用显微镜复制由其得到的结果。由该图可以明显看出，形成的六角形磁畴14达到该接近写磁极12的区域，以及还观察到这种磁畴结构类似于理想的磁畴结构，即使当不进行特定的热处理时。

参阅图(2c)：

图(2c)表示当利用NiFeMo合金薄膜形成上磁极层11时的磁畴结构，在这种情况下λs几乎等于0或正值，Mo成分比(按原子％值计)约为2.5％，以及利用利用显微镜复制由比特尔法得到的结果。由该图可以明显看出，观察到总的六角形磁畴区域14相当小，以及由三角形磁畴15形成更大的磁畴并且不是优选的磁畴。

因此，必须选择该指定磁应变常数λs范围为λs≤0的成分比，以便无需为了磁畴控制进行特定的热处理就形成具有良好磁畴结构的上磁极层。此外，当磁应变常数λs为负值时，如果磁应变常数λs的绝对值大，不能够得到良好的磁畴结构。因此，需要选择NiFeMo的成分比，以满足如下的条件：λs≥-1×10^-6，即总的条件为：0≥λs≥-1×10^-6。

参阅图3(a)：

图3(a)表示矫顽力Hc对NiFeMo的依存关系的测量结果。在测量矫顽力Hc时，采用VSM(振动样品磁强计)法。

由该图可以明显看出，由于Hc＜1奥斯特处在由实线闭合的范围内，为了得到满意的Hc≤1奥斯特的条件，需要如下的条件(按原子％值计)：

75原子％≤Ni的成分比≤83原子％

15原子％≤Fe的成分比≤22原子％

0原子％≤Mo的成分比≤6原子％。

参阅图3(b)：

图3(b)表示电阻率ρ对NiFeMo的依存关系的测量结果。为测量电阻率ρ，采用四端(terminal)法。

由该图可以明显看出，在图中所示的范围内由于电阻率ρ随着Mo的成分比的增加而增加，电阻率ρ处在ρ≥20微欧厘米的范围内，已证实这样的电阻率ρ可以高于坡莫合金的电阻率ρ。

参阅图4(a)：

图4(a)表示饱和磁通密度Bs的ρ对NiFeMo组分的依存关系的测量结果。为测量饱和磁通密度Bs，像在测量矫顽力Hc时一样，采用VSM(振动样品磁强计)法。

由该图可以明显看出，饱和磁通密度Bs随着Fe的成分比增加而趋于增加以及还随着Ni的成分比增加而趋于降低。不过，在图中所示的范围内，Bs等于或大于0.8特斯拉，并已证实可以达到与坡莫合金类似的饱和磁通密度Bs。

参阅图4(b)：

图4(b)表示当按照磁应变常数λs＝-5×10^-7、矫顽力Hc＝0.5奥斯特、电阻率ρ＝47微欧厘米和饱和磁通密度Bs＝0.95特斯拉的条件的Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5，以及层叠一厚度为2微米的坡莫合金Ni₈₀Fe₂₀的导磁率测量结果。

该图可以明显看出，如果频率超过约20兆赫，Ni₈₀Fe₂₀的有效导磁率开始变得小于Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5，以及当频率超过约40兆赫时，这一有效导磁率μ′变得小于1000。已证实，在Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5的实例中，在频率达到约70兆赫时有效导磁率μ′超过1000，并因此在频率达到约100兆赫时提高了导磁率。

这里，μ″是非有效导磁率。

概括地说，为了利用NiFeMo形成具有良好高频特性的磁膜，必须按照如下的条件确定NiFeMo的成分比(按原子％值计)。

75原子％≤Ni的成分比≤83原子％

15原子％≤Fe的成分比≤22原子％

0原子％≤Mo的成分比≤5原子％。

当为更稳妥时，下面的条件是优选的。

77原子％≤Ni的成分比≤82％

15原子％≤Fe的成分比≤21原子％

0原子％≤Mo的成分比≤6原子％。

此外，在该成分比的范围内，为了得到与理想的磁畴结构类似的磁畴结构，必须按照如下的条件确定磁应变常数λs(由图中可以看出)-1×10^-6≤λs≤0。

此外，除了这些条件之外，为了得到可靠地得到优异的高频特定，最好选择NiFeMo的成分比以满足如下表示的(关于矫顽力Hc、电阻率ρ和饱和磁通密度Bs)这些条件中的至少一个条件。

Hc≤1奥斯特

ρ≥20微欧厘米(μΩcm)

Bs≥0.8特斯拉。

接着，参照图5解释本发明的关于薄膜磁头或复合型薄膜磁头的第一和第二实施例，其利用处在上面解释的成分比范围内的NiFeMo合金。

在这一实例中，可以采用其成分比满足上述条件的任何磁性材料薄膜，不过这里还采用该已用于测量图4(b)中的导磁率的Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5。

因此，在这一实例中，磁性材料薄膜的矫顽力Hc、电阻率ρ和饱和磁通密度Bs按照如下(上面解释的)条件确定：

磁应变常数λs＝-5×10^-7、矫顽力Hc＝0.5奥斯特、电阻率ρ＝47微欧厘米和饱和磁通密度Bs＝0.95特斯拉。

参阅附图5(a)：

图5(a)是根据本发明的第一实施例的感应型薄膜磁头的主要部分的示意横断面图。首先，借助于在作为浮动块的基体材料的Al₂O₃-TiC基片21上的Al₂O₃薄膜22，在厚度为50-100埃(例如50埃)的Ta层和由NiFe合金构成的(厚度为1000埃或其以下的例如50埃)一镀覆基层(未表示)形成之后，通过伴随镀覆涂覆该抗蚀剂薄膜，以便形成具有预定孔的抗蚀剂掩膜(未表示)。在此之后，利用电解镀覆方法形成由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5构成的厚度为2.5-4.0微米(例如3微米)的下磁极层23，除去抗蚀剂掩膜，然后利用Ar离子通过离子铣(milling)法除去该镀覆基层中的露出区域部分。

接着，利用溅射法淀积厚度为0.2-0.6微米(例如为0.4微米)的Al₂O₃作为写磁隙层。在此之后，借助于由厚度为3.0-4.0微米(例如为3.5微米)的抗蚀剂构成的下中间隔离薄膜25，提供厚度为2.5-4.0微米(例如为3.0微米)的Cu薄膜，然后形成图案，以便形成围绕上磁极层28和(后来形成的)下磁极层23卷绕几匝的扁平螺旋写线圈26，以及写电极提供在这一写线圈的两端。在此之后，形成厚度为3.0-4.0微米(例如为3.5微米)由构成抗蚀剂的上中间层隔离膜27，再次覆盖写线圈26。

在这一实例中，写磁隙层24的厚度变为磁隙的间隔即磁隙长度。

接着，利用溅射法顺序形成厚度为50-100埃(例如为50埃)的Ti层和厚度为1000埃或其以下(例如为500埃)的NiFe膜，以便形成镀覆基层(未表示)。接着，涂覆抗蚀剂层，然后进行曝光和显影，以便提供一具有其形状对应于上磁极层28的孔的抗蚀剂掩膜(未表示)。利用这一抗蚀剂掩膜作为掩膜，利用电解镀覆法形成由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金构成的厚度为2.0-4.0微米(例如为3.0微米)的上磁极层28。在这一实例中，这一上磁极层28的端部部分变为窄的写磁极29。

接着，在去掉抗蚀剂掩膜之后，利用Ar离子通过离子铣去掉镀覆基层中的曝光区域部分。接着，将Al₂O₃薄膜提供到整个表面作为保护膜(未表示)，对该基片切割和进行浮动块处理包含机加工和研磨，用以调节写磁极29的长度，即磁隙深度，以便完成具有优异的高频特性的高记录密度感应型薄膜磁头。

在这一第一实施例中，由于将Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金用作为下磁极层23和上磁极层28，可以形成具有优异的高频特性的薄膜磁头，以及在上磁极层28中，可以实现与理想磁畴结构类似的磁畴结构，其中形成的六角形磁畴达到该接近写磁极29的区域。

参阅图5(b)：

图5(b)是根据本发明的第二实施例的复合型薄膜磁头的主要部分的示意横断面图。首先，借助于在将作为浮动块的基体材料的Al₂O₃-TiC基片21上的Al₂O₃薄膜22，提供由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5构成的厚度为2.0-4.0微米(例如3微米)的下磁极层30，以及还借助于由Al₂O₃构成的下引线磁隙层31提供由NiFe、Ti、NiFeCr的叠层结构构成的磁(致电)阻效应元件32。在此之后，形成预定形状的图案。接着，通过在磁(致电)阻效应元件32的两端淀积由Au之类构成的导电薄膜形成引线电极(未表示)，以及再次提供由Al₂O₃构成的上引线磁隙层33。

在此之后，按照与第一实施例相同的方式，在上引线磁隙层32上形成厚度为50-100埃(例如为50埃)的Ta层和厚度为1000埃或其以下(例如为500埃)的NiFe合金构成的镀覆基层(未表示)之后，通过镀覆形成具有预定孔的抗蚀剂掩膜(未表示)伴随涂覆抗蚀剂膜。在此之后，利用电解镀覆法形成该还用作为上屏蔽层的由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金构成的厚度为2.5-4.0微米(例如3微米)的下磁极层23，除去抗蚀剂掩膜，然后利用Ar离子通过离子铣去掉镀覆基层中的曝光区域部分。

接着，利用溅射法淀积厚度为0.2-0.6微米(例如0.4微米)的作为写磁隙层24的Al₂O₃。在此之后，借助于厚度为3.0-4.0微米(例如3.5微米)的由抗蚀剂构成的下层间隔离膜25，提供厚度为2.5-4.0微米(例如3.0微米)的Cu膜，然后形成图案，以便围绕上磁极层28和后来形成的下磁极层23形成卷绕几匝的扁平螺旋写线圈26以及写电极提供在这一写线圈的两端。在此之后，再次形成厚度为3.0-4.0微米(例如3.5微米)的由抗蚀剂构成的上层间隔离膜27以便覆盖写线圈26。

接着，利用溅射法顺序形成厚度为50-100埃(例如50埃)的Ti层和厚度为1000埃或其以下(例如500埃)的NiFe膜，以便形成镀覆基层(未表示)。接着，涂覆抗蚀剂层，然后曝光和显影，形成具有其形状与上磁极层28相对应的孔的抗蚀剂掩膜(未表示)。利用这一抗蚀剂掩膜作为掩膜，利用电解镀覆法形成由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金构成的厚度为2.0-4.0微米(例如3微米)的

上磁极层28。有这一实例中，这一上磁极层2929的端部部分变成窄的写磁极29。

接着，在去掉抗蚀剂掩膜之后，利用Ar离子通过离子铣去掉镀覆基层中的曝光区域部分。接着，将Al₂O₃薄膜提供到整个表面作为保护膜(未表示)，以及切割该基片并且还进行包含机加工和研磨的浮动块处理，用以调节写磁极29的长度，从而完成一具有优异的高频特性的高记录密度的感应型薄膜磁头。

在第二实施例中，由于形成用于重现MR磁头的磁(致电)阻效应元件32，由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金构成的下屏蔽层31和下磁极层23(变为上屏蔽层)固定，可以得到对约100兆赫高频磁场噪声优异的屏蔽作用以及激励磁场，因此，可以预期高再现分辨率。

在这一实例中，由于还由Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金形成上磁极层28，不进行特定的热处理就可以实现与理想磁畴结构类似的磁畴结构，其中形成的六角形磁畴达到该接近写磁极29的区域。因此，由于在磁(致电)阻效应元件32形成之后不再需要热处理，可以实现高频记录，同时维持高重现(信号)输出而不会对构成用于重现的MR磁头的磁(致电)阻效应元件32产生有害影响。

[第二实施例-其形状产生张应力的写磁头的磁极层]

下面解释这样一个实例，其中写磁头中的磁极层的扁平形状用产生张应力的形状替代，替代公知产生压应力的形状如在第一实施例中所表示的。

在该实例中，简要表示产生张应力的磁极层，足以形成在第一实施例中解释的五角形内部的大孔。要详细解释，首先要解释原理。

鉴于通过形成达到该写磁极的端部部分的环形磁畴结构，形成具有优异特性的磁头，需要分析由于各向异性的弹性磁能的沿磁极长度方向产生的异向性。当磁应变为λ时，张力为P，由自磁化和张力P(之间)形成的角度为θ，各向异性的弹性磁能E由如下的公式表示。

E＝-(3/2)λσcos²θ

某一种磁头材料具有正或负的磁应变以及按照张力的张应力(σ＞0)。由于产生弹性磁异向性，要使该值E最小化，对于λ＜0，θ＝90°，对于λ＞0，θ＝0。即，当λ＜0时，产生异向性按对于σ成直角方向，当λ＞0时，按与σ相同方向产生异向性。

此外，张应力的方向依磁极的形状而不同。即对于较长的磁极形状，张力沿磁极长度方向(y方向)起作用，以及对于较宽的磁极形状，沿磁极宽度方向(x方向)起作用。这是因为当以形状的观点看长度与宽度比较时，张应力作用在相对长的方向上。由上面的公式可以明显看出，当材料产生正磁应变和利用张应力时，需要确定磁极的形状以满足条件x＞y。当通过采用短的磁轭满足条件x＞y时，相反，需要采用具有正磁应变的材料。在这一实例中，环形磁畴结构形成达到磁极端部部分，因此可以形成具有优异特性的磁头。

另一方面，当需要改变材料，以便不大变化该形成普通的五角形写磁头过程产生张应力，在其中磁极层产生压应力，足以提供在磁极层的中心的中空部分。

参阅图8：

图8是根据本发明的第二实施例的理想磁畴结构的示意平面图。该图表示由于提供如下部分在包含张应力的写磁头中的磁极层的理想磁畴结构模型。在该图表示的磁极层的实例中，其轮廓基本上根据第一实施例中的形状，但是在磁性材料的内侧提供一中空部分(后磁隙(back gap))，因此，在其中产生张应力。在这一磁极层中，朝向(位于在图中的磁极层中由后磁隙向下方向，但是磁通的传播有助于记录和再现操作)磁极端部部分形成由六角形磁畴和三角形磁畴组成的环向磁畴结构，通过六角形磁畴的自旋，可以高速以良好的再现能力实现，由后磁隙达到磁极端部部分，通过形成这样一种达到该端部部分的六角形磁畴。

在图8所示的实例中，沿由后磁隙朝磁极的端部部分的方向产生张应力σ，但是也可以沿与由后磁隙朝磁极的端部部分的方向正交的方向产生，通过调节磁极层的宽度和沿竖直方向的长度(沿该方向的长度由后磁隙延伸到磁极的端部部分)。因此，参阅图下面将解释这一过程。

图9(A)和9(B)是根据本发明的第二实施例的磁畴结构的观测示意平面图。在图9(A)中，横向宽度x短于竖向长度y，即磁极的宽度长于磁极的长度。另一方面，在图9(B)中，横向宽度x长于竖向长度y，即磁极的宽度短于磁极的长度。通常，当磁极的长度与其宽度相比较时，张应力作用在相对长的一侧，不过利用Karr显微镜对于磁畴的观测结果，证明了上面所头解释的。即，利用Karr显微镜观测已证明，在图9(A)所示的实例中，沿磁极的长度方向产生张应力σ，而在图9(B)所示的实例中，沿磁极的宽度方向产生张应力σ。图10是根据本发明的第二实施例的写磁头中的磁极层的示意平面图。在即磁极的宽度为45微米、磁极的长度为35微米以及磁极层材料由50 NiFe构成(正磁应变)条件下利用写磁头中的磁极层。参照图11解释一个实施例，当在图10中所示的写磁头中的磁极层用作一般复合型MR磁头时。图11是表示复合型磁头的一些应用实例，根据本发明的第二实施例的各示意图(磁畴结构模型的示意平面图(a)，平面图(b)，由磁极端部看的横断面结构(c))。在图11(c)中示意表示将写磁头和读磁头结合的复合型磁头的一般横断面图。提供一用于读操作的MR磁头，以及在MR元件的两侧中提供磁屏蔽层，以便消除该防碍读出在磁记录介质中记录的磁记录信息的周围磁影响。此外，在这一磁屏蔽层/MR元件/磁屏蔽层的三层结构的外侧，提供用于写操作的上磁极。上磁极的结构形状表示在图10中。在图11(a)中表示向上方向看的复合型磁头的平面图。在图11(a)中，在图中所示的上磁极的下方提供磁屏蔽层。然而，在这一实例中，当上磁极宽度为45微米，磁屏蔽层宽度为70微米时，以及当上磁极长度为35微米，磁屏蔽层长度为65微米时，磁屏蔽层充分大于上磁极。当磁屏蔽层形成预定形状的图案时，通过组合简单的六角形磁畴和三角形磁畴形成其磁畴结构模型，如在图11(b)中所示。

接着，在该实例中，将图11中所示的复合型磁头施加到薄膜磁头或复合型薄膜磁头上，利用在上述成分比范围内的NiFeMo合金薄膜，需要引入图5中所示的结构，证实了关于第一实施例的解释。因此，省去了对图5中所示的过程的重复解释。在这一实例中，可以采用成分满足上面解释的各种条件的任何一种磁性材料作为磁性材料薄膜。这里所使用的材料合金Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5是用于计量在图4(b)中所采用的导磁率。在这一实例中，磁性材料薄膜的磁应变常数λs、电阻率ρ、饱和磁通密度Bs是按如下参数确定的。

λs＝-5×10^-7、Hc＝0.5奥斯特、ρ＝47微欧厘米和Bs＝0.95特斯拉。

在另一个实施例中，由于构成用于重现的MR磁头的磁(致电)阻效应元件夹在两层之间，即在由合金构成的Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5下屏蔽层31和作为上屏蔽层的上磁极层23之间，可以实现对于频率达到100兆赫的磁场噪声和激励磁场优异的屏蔽作用，因此，可以预期更高的再现信号的分辨率。

在这一实例中，由于上磁极层28也利用Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金构成，不进行特殊的热处理也可以实现与理想的磁畴结构(其中形成的六角形磁畴达到该接近写磁极的区域)类似的磁畴结构。因此，由于在形成磁(致电)阻效应元件32之后不再需要热处理，可以实现高频记录，同时不对形成用于重现的MR磁头的磁(致电)阻效应元件32产生有害影响的情况下保持更高的重现(信号)输出。

上面已经解释了本发明的各个实施例，但本发明绝不局限于此，而是能够进行各种变化和改进。例如，形成上磁极层之类的磁性材料绝不局限于Ni₈₀Fe_17.5Mo_2.5合金，以及可以采用任何类型的NiFeMo合金，只要其成分比处在上面解释的范围内，并且满足关于磁应变常数λs、矫顽力Hc、电阻率ρ和饱和磁通密度Bs各种条件。

此外，在解释的各实施例中，分析的是感应型薄膜磁头或复合型薄膜磁头，但是这种磁头也可以适用于仅用于重现的单独的MR磁头。像在复合型薄膜磁头的实例一样，可以将满足上面解释的各种条件的NiFeMo合金用作为上下磁屏蔽层。此外。通过将本发明应用于GMR(巨磁(致电)阻效应)元件和替代已有的MR元件的旋阀(spin valve)元件可以得到其似的效果。此外，本发明提供更优异的效果是明显地降低在写磁头形成过程中经历(history)热处理，对于铁磁沟道结型(tunnel junction)元件。特别是在旋阀元件中，在一对磁性材料薄膜中的有助于磁(致电)阻效应的磁性材料薄膜(自由(free)层)能够通过感测磁场自由旋转磁化方向，而另一磁性材料薄膜(称为“固定层”或“锁定(penned)层”)固定在其磁化方向，当将反铁磁材料置于其附近时不会由于磁场而旋转。然而，当未提供磁场时由于磁化方向是通过热处理确定的，不希望有的热处理很可能使磁化方向偏转，而该磁化方向固有地需要处在与这种固有方向不同的方向上。因此，强烈需要最好在各过程中不包含热处理。当将本发明用于旋阀元件形成过程时，取消了这种不必要的热处理，磁化方向确定为所需要的方向，形成效果是，可以得到最终的旋阀元件具有更高的可靠性和生产率，将本发明应用于旋阀元件能可靠地产生特别希望的效果。

此外，在每一个实施例中，已经解释了将磁性材料用于磁头，但绝不局限于该磁头，这种材料可以用作磁屏蔽材料，例如在磁测量之类的装置中。

Claims

1.一种磁头，包括磁极层，其形状使之产生压应力，所述磁极层由Ni、Fe和Mo构成的磁性材料形成，其特征在于，按照这样的条件选择NiFeMo的成分比，即按原子％值计，Ni为77～82％，Fe为15～21％，Mo为6％以下，以及磁应变常数λs范围为-1×10^-6≤λs≤0。

2.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于所述磁性材料的矫顽力Hc范围为Hc≤1奥斯特。

3.根据权利要求1或2所述的磁头，其特征在于所述磁性材料的电阻率ρ范围为ρ≥20微欧厘米。

4.根据权利要求1或2所述的磁头，其特征在于，所述磁性材料的饱和磁通密度Bs范围为Bs≥0.8特斯拉。

5.根据权利要求3所述的磁头，其特征在于，所述磁性材料的饱和磁通密度Bs范围为Bs≥0.8特斯拉。

6.一种磁头，包括磁极层，其形状具有张应力，所述磁极层由Ni、Fe和Mo构成的磁性材料形成，其特征在于，按照这样的条件选择NiFeMo的成分比，即按原子％值计，Ni为77-82％，Fe为15-21％，Mo为6％以下，以及磁应变常数λs范围为0≤λs≤1×10^-6。

7.根据权利要求6所述的磁头，其特征在于所述磁性材料的矫顽力Hc范围为Hc≤1奥斯特。

8.根据权利要求6或7所述的磁头，其特征在于所述磁性材料的电阻率ρ范围为ρ≥20微欧厘米。

9.根据权利要求6或7所述的磁头，其特征在于，所述磁性材料的饱和磁通密度Bs范围为Bs≥0.8特斯拉。

10.根据权利要求8所述的磁头，其特征在于，所述磁性材料的饱和磁通密度Bs范围为Bs≥0.8特斯拉。

11.一种磁存储装置，采用在权利要求1或6所述的磁头。