DE69031453T2 - Magnetischer Lese-/Schreibkopf und Herstellungsverfahren eines solchen Kopfes - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Lese-/Schreibkopf und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kopfes.
• Magnetische Dünnfilm-Lese-/Schreibköpfe werden zum magnetischen Lesen und Schreiben von Informationen auf einem magnetischen Speichermedium verwendet, wie z.B. einer Magnetplatte oder einem Magnetband. Mit dem Anstieg des Datenspeicherbedarfs wurde es zunehmend wünschenswert, hohe Werte der Informationsspeicherdichte auf dem magnetischen Speichermedium zu schaffen. Vergrößerte Speicherdichten erfordern magnetische Lese-/Schreibköpfe, die ein starkes Schreibfeld bezogen auf den angelegten Schreibstrom liefern. Dies kann dadurch erzielt werden, daß das Anisotropie-Feld Hk 50 klein wie möglich gemacht wird, wodurch die Permeabilität (µ) vergrößert wird. Eine vergrößerte Permeabilität (µ) führt weiterhin zu einer vergrößerten Empfindlichkeit, wenn Informationen von dem magnetischen Speichermedium gelesen werden. Weiterhin ist eine kleinere Koerzitivkraft (Hc) in einem magnetischen Lese-/Schreibkopf erwünscht. Eine kleine Koerzitivkraft (Hc) führt dazu, daß das Domänenmuster in den Polen und dem Joch des Dünnfilmkopfes stabiler wird, wodurch die Auswirkungen von Barkhausen-Rauschen zu einem Minimum gemacht werden.
• Die EP-A-0 303 324 beschreibt ein Magnetmaterial CoaFebBc, worin 0,50 < a < 0,97, 0,01 < b < 0,20, 0,02 < c < 0,1 ist, zur Verwendung in Magnetköpfen, wobei dieses Material durch die Verwendung von Sprühzerstäubungstechniken hergestellt wird. Als Ergebnis der speziellen Zusammensetzung und des Herstellungsverfahrens weist das in der EP-A-0 303 324 beschriebene magnetische Material jedoch nur eine Permeabilität von ungefähr 2000 auf, während die Koerzitivkraft (Hc) und das Anisotropie-Feld (Hk) nicht kleiner als ungefähr 24 Oersted sind.
• Yamada et al (J. Appl. Phys. 55(6), 1984, 2235-7) haben über einen Dünnfilmkopf für eine magnetische Aufzeichnung hoher Dichte unter Verwendung von amorphen CoZr-Filmen berichtet, die durch Magnetron-Hochfrequenz-Sprühzerstäubungsverfahren hergestellt wurden. Derartige Dünnfilmköpfe (Cr&sub9;&sub0;Zr&sub1;&sub0;) haben eine Koerzitivkraft (Hc) von &le; 0,05 Oersted, ein Anisotropie-Feld (Hk) von 2 Oersted, eine Permeabilität von 3500 (bei 10 MHz), und eine Sättigungsmagnetisierung (4 &pi; Ms) von 14 kGauss.
• Die EP-A-0 247 868 beschreibt einen Magnetkopf mit Fe als Hauptbestandteil, der ein oder mehrere Elemente mit 5 bis 20% einschließt, die aus B, N, C und P ausgewählt sind, d.h. Elemente, die interstitiell in Fe lösbar sind. Der magnetische Film wird durch die Verwendung von Sprühzerstäubungsverfahren gebildet und weist eine relative Permeabilität von nicht weniger als 1000 und eine Sättigungsmagnetisierung von zumindest 15 kGauss auf.
• Das US-Patent 4 661 216 bezieht sich auf ein Kobalt-Nickel- Eisen-Elektroplattierungszusammensetzungsbad, das zur Erzeugung eines Dünnfilmkopfes mit einer Sättigungsmagnetisierung (4 &pi; Ms) von ungefähr 15 kGauss, einer Koerzitivkraft (Hc) von ungefähr 2 Oersted, einem Anisotropie-Feld (Hk) von ungefähr 13 Oerstedt und einer Permeabilität (µ) von ungefähr 1500 verwendet wird.
• Es würde vorteilhaft sein, einen Dünnfilm-Magnetkopf zu schaffen, der ein noch kleineres Anisotropie-Feld (Hk) und eine kleinere Koerzitivkraft (Hc) aufweist, während gleichzeitig eine große gesättigte Magnetisierung (Ms oder 4 &pi; Ms) aufrechterhalten und die Permeabilität (µ) vergrößert wird.
• Entsprechend einem ersten Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird ein magnetischer Lese-/Schreibkopf geschaffen, der ein Substrat, einen von dem Substrat getragenenem Dünnfilm- Magnetkern aus einer Metallegierung, wobei der Magnetkern einen Lese-/Schreibspalt zum Lesen und Schreiben von Informationen einschließt, und eine Wicklung in dem Magnetkern umfaßt, wobei der Kopf dadurch gekennzeichnet ist, daß die Metallegierung Bor einschließt.
• Entsprechend einem zweiten Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbildung eines magnetischen Lese-/Schreibkopfes geschaffen, das durch die Abscheidung von Schichten aus einer magnetischen Metallegierung, die Bor einschließt, auf einem Substrat gekennzeichnet ist, um einen Dünnfilm-Magnetkern zu bilden.
• Bei ihrer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung als Merkmal einen magnetischen Lese-/Schreibkopf mit einem Kobalt- Eisen umfassenden Kern mit Bor in der Legierung auf. Dieser Kern kann mit Hilfe von Elektroabscheidungstechniken abgeschieden werden. Das Anisotropie-Feld (Hk) kann verringert werden, wenn ein magnetisches Wechselfeld an den Kern während des Elektroplattierungsverfahrens angelegt wird. Alternativ kann der Kern einem rotierenden Magnetfeld während einer Anlaßoder Glühbehandlung unterworfen werden, um das Anisotropie-Feld (Hk) abzusenken.
• Der nachstehend beschriebene Dünnfilm-Magnetkopf weist eine verringerte Koerzitivkraft Hc und ein verringertes Anisotropiefeld Hk auf, während eine große Sättigungsmagnetisierung Ms oder 4 &pi; Ms aufrechterhalten wird. Er weist weiterhin eine vergrößerte Permeabilität µ auf. Insbesondere weist der Kobalt-Eisen-Bor-Kern des nachstehend beschriebenen Dünnfilm-Magnetkopfes eine Sättigungsmagnetisierung 4 &pi; Ms von ungefähr 19 kGauss, eine Koerzitivkraft Hc von ungefähr 1,0 Oersted, ein Anisotropie-Feld Hk von ungefähr 7 Oersted und eine Permeabilität µvon ungefähr 2500 auf.
• Die Erfindung wird weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Stabmagneten ist,
• Figur 2 eine graphische Darstellung der Magnetisierung gegenüber den angelegten Magnetfeld in Richtung der leicht magnetisierbaren oder leichten Achse eines Magnetmaterials ist,
• Figur 3 eine graphische Darstellung der Magnetisierung gegenüber dem angelegten Magnetfeld in der Richtung der schwer magnetisierbaren oder harten Achse des Magnetmaterials ist,
• Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines magnetischen Dünnfilm-Lese-/Schreibkopfes ist,
• Figur 5 eine Draufsicht des magnetischen Dünnfilm-Lese-/Schreibkopfes nach Figur 4 ist, die ein magnetisches Domänenmuster zeigt,
• Figur 6 eine Querschnittsansicht des magnetischen Dünnflim-Lese-/Schreibkopfes nach Figur 4 ist, und
• Figuren 7 bis 12 Querschnittsansichten entsprechend der Figur 6 an unterschiedlichen Stufen während der Herstellung des magnetischen Dünnfilm-Lese-/Schreibkopfes sind.
• Die vorliegende Erfindung ergibt einen magnetischen Dünnfilm-Kopf mit magnetischen Eigenschaften, die ein verbessertes Betriebsverhalten bieten. Der Magnetkopf der vorliegenden Erfindung wird mit einer Metallegierung ausgebildet, die Kobalt, Eisen und Bor umfaßt, um das Betriebsverhalten des Kopfes zu verbessern.
• Es wird zunächst ein grober Überblick über den Magnetismus gegeben, um die Betriebseigenschaften eines Dünnfilm-Lese-/Schreibkopfes zu erläutern, und zwar zusammen mit der Bezeichnung und Bedeutung der Ausdrücke, wie z.B. der leichten und der harten Achse, des Anisotropie-Feldes (Hk) der Permeabilität (µ), der Koerzitivkraft (Hc) und der Sättigungsmagnetisierung (4 &pi; Ms).
• Ein Stabmagnet 6 ist in Figur 1 gezeigt, und er weist eine leichte Achse 8 und eine harte Achse auf, die durch einen Pfeil 10 angezeigt ist. Der Ausdruck "leichte Achse" bezieht sich auf die bevorzugte Richtung des Magnetisierungsvektors (M) in einem magnetischen Material im entspannten Zustand. Bei einem Magneten liegt die leichte Achse parallel zur Achse der Pole. Die harte Achse bezieht sich andererseits auf eine Richtung senkrecht zur leichten Achse, wie dies in Figur 1 durch den Pfeil 10 gezeigt ist. Wenn ein Magnetisierungsfeld H an das magnetische Material angelegt wird, neigt der Magnetisierungsvektor M des Materials dazu, auf Richtung des angelegten Magnetfeldes H abgelenkt zu werden. Durch Anlegen eines ausreichend großen Magnetisierungsfeldes H in einer anderen Richtung als der Richtung der leichten Achse des magnetischen Materials wird der Magnetisierungsvektor M von seiner bevorzugten Richtung in dem entspannten Zustand parallel zur leichten Achse abgelenkt. Der abgelenkte Magnetisierungsvektor M ist als M (resultierend) in Figur 1 gezeigt.
• Wenn ein magnetisches Wechselfeld H an ein magnetisches Material entlang der leichten Achse dieses Materials angelegt wird, so bildet eine graphische Darstellung der Magnetisierung M gegenüber dem angelegten Feld H eine Hystereseschleife, wie sie in Figur 2 gezeigt ist. Die Magnetisierung M ist als 4 &pi; M in Einheiten von Gauss gezeigt. H, das angelegte Magnetfeld, ist in Einheiten von Oersted gezeigt.
• Vom den mit P1 in Figur 2 bezeichneten Punkt folgt, wenn ein Magnetfeld H (in Richtung der leichten Achse) an das magnetische Material angelegt wird, die Magnetisierung M der gestrichelten Linie zu einem mit P2 in Figur 2 bezeichneten Punkt. Sobald das Material den Punkt P2 in Figur 2 erreicht, ist das Material gesättigt, und irgendein zusätzliches Magnetfeld H, das an das Material angelegt wird, führt zu keiner weiteren Vergrösserung der Magnetisierung des Materials. Ein weiterer Anstieg des angelegten Magnetfeldes H bewegt das Diagramm zu dem mit P3 in Figur 2 bezeichneten Punkt. Dieser Sättigungsmagnetisierungswert ist 4 &pi; Ms, wie dies in Figur 2 gezeigt ist.
• Wenn der Pegel des angelegten Magnetfeldes H verringert wird und die Richtung seines Vektors umgekehrt wird, folgt die Hysteresedarstellung für das Material dem Pfad vom Punkt P3 durch P2 und zu dem mit P4 in Figur 2 bezeichneten Punkt. Die Magnetisierung des Materials ändert sich nicht gegenüber ihrem gesättigten Wert von 4 &pi; Ms. Ein weiterer Anstieg des angelegten Magnetfeldes in der umgekehrten Richtung bewirkt, daß die Magnetisierung M innerhalb des Magnetfeldes abzusinken beginnt, wobei dem Pfad von dem Punkt P4 zu dem mit PS bezeichneten Punkt gefolgt wird, wobei der mit Hc bezeichnete Punkt auf der Hystereseschleife nach Figur 2 durchlaufen wird. Sobald der Punkt P5 in Figur 2 erreicht ist, führt ein weiterer Anstieg des magnetischen Feldes (in der Rückwärtsrichtung zu keiner weiteren Vergrößerung der Magnetisierung des Materials, und das Material ist wiederum auf dem Wert gesättigt, der als -4 &pi; Min Figur 2 gezeigt ist. Eine weitere Vergrößerung der Stärke des angelegten Magnetfeldes H bewegt die Darstellung von dem Punkt P5 zu dem mit P6 bezeichneten Punkt in Figur 2.
• Wenn das angelegte Magnetfeld H von seinem Wert am Punkt P6 durch Null hindurch vergrößert wird, folgt die Hysteresedarstellung dem Pfad durch den Punkt P5 zu dem in Figur 2 mit P7 bezeichneten Punkt, und die Magnetisierung des Materials ändert sich nicht gegenüber ihrem gesättigten Wert von -4 &pi; Ms. Ein zusätzlicher Anstieg des Magnetfeldes H führt dazu, daß die Magnetisierung des Materials dem Pfad von dem Punkt P7 zum Punkt P2 durch Hc auf der Hystereseschleife folgt. Wenn das angelegte Magnetfeld H weiter geändert wird, kann das Material wiederholt dem Hysteresepfad nach Figur 2 folgen.
• Die mit Hc und -Hc bezeichneten Punkte stellen die Koerzitivkraft oder die Koerzivität des magnetischen Materials dar. Die Fläche der Hystereseschleife entspricht dem Energieverlust während einer Hystereseperiode. Der Hystereseverlust ist die Energie, die in Form von Wärme bei der Überwindung der Reibung verlorengeht, die während der Domänenwandbewegung und der Domänendrehung auftritt. Bei magnetischen Lese-/Schreibköpfen ist es wünschenswert, eine große Sättigungsmagnetisierung und eine kleine Koerzitivkraft Hc zu haben, damit die Form der Hystereseschleife hoch und dünn ist.
• Figur 3 zeigt eine weitere graphische Darstellung der Magnetisierung eines Materials gemessen in Gauss gegenüber dem angelegten Magnetfeld H. In Figur 3 wurde der Vektor H in einer Richtung parallel zur harten Achse und senkrecht zur leichten Achse des magnetischen Materials angelegt. Im Gegensatz zur graphischen Darstellung nach Figur 2 ergibt sich keine Hystereseschleife in der graphischen Darstellung der Magnetisierung M gegenüber dem angelegten Magnetfeld H entlang der harten Achse. Wie bei der graphischen Darstellung nach Figur 2 ist in Figur 3 H das angelegte Magnetfeld und 4 &pi; M ist der resultierende Magnetisierungsvektor in dem magnetischen Material. Wenn kein Magnetfeld H angelegt ist, so ist die Magnetisierung entlang der harten Achsrichtng gleich null. Wenn der Wert von H in der Richtung parallel zur harten Achse vergrößert wird, so folgt die Darstellung der Magnetisierung der Linie von dem mit P8 bezeichneten Punkt zu dem mit P9 bezeichneten Punkt in Figur 3. Am Punkt P9 wurde ein maximaler Magnetisierungswert 4 &pi; Ms für das Material erreicht, und das Material ist gesättigt, wobei es eine Magnetisierung hat, die gleich 4 &pi; Ms ist. Ein weiterer Anstieg des angelegten Magnetfeldes H führt zu keiner weiteren Vergrößerung der Magnetisierung des Materials über den Wert 4 &pi; Ms hin aus, und die Darstellung setzt sich zu dem mit P10 bezeichneten Punkt fort.
• Wenn das angelegte Magnetfeld H durch Null hindurch verringert wird und zunehmend negativ wird, so verringert sich die Magnetisierung des Materials von seinem Wert an den Punkten P9 und P10 von 4 &pi; Ms durch Null am Punkt P8 hindurch und erreicht schließlich wiederum die Sättigung mit einem Wert von -4 &pi; Ms an dem mit P11 in Figur 3 bezeichneten Punkt. Ein weiterer Anstieg des angelegten Magnetfeldes (in der Rückwärtsrichtung) über den Pegel hinaus, der zum Erreichen des Punktes P11 erforderlich ist, führt zu keiner entsprechenden Vergrößerung der Magnetisierung M des Materials, und die Darstellung bewegt sich zu dem mit P12 in Figur 3 bezeichneten Punkt.
• Der Wert des angelegten Magnetfeldes H entlang der harten Achse, der erforderlich ist, um das magnetische Material in Sättigung zu bringen, ist als das anisotrope Feld bekannt und mit Hk bezeichnet. Die Permeabilität &pi; des Materials kann wie folgt ausgedrückt werden:
• worin Ms der gesättigte Magnetisierungswert für das Material und Hk die Anisotropie des Materials ist. Die abschließende Näherung in Gleichung (1) kann durchgeführt werden, weil der Faktor 4 &pi; M/H wesentlich größer als eins ist. Somit ist die Steigung der graphischen Darstellung nach Figur 3 angenähert gleich der Permeabilität &pi; des magnetischen Materials. Je größer die Permeabilität &pi; für das Material ist, desto kleiner muß das angelegte Magnetfeld H sein, um die gleiche Magnetisierung 4 &pi; zu erreichen. Die Figur 3 zeigt graphisch, daß wenn Hk verkleinert wird, die Permeabilität &pi; für das Material ansteigt, weil die Neigung der Kurve in Figur 3 ansteigt.
• Figur 4 zeigt einen Dünnfilmkopf 12 mit einem Kern 13, der ein oberes Polstück 14 und ein unteres Polstück 16 einschließt. Leiter 18 erstrecken sich durch den Dünnfilmkopf 12 und sind zwischen dem oberen Polstück 14 und dem unteren Polstück 16 eingeschichtet. Das obere Polstück 14 schließt eine obere Polspitze 20 ein, während das untere Polstück 16 eine untere Polspitze 22 einschließt. Ein Spalt 24 ist in der gezeigten Weise zwischen der oberen Polspitze 20 und der unteren Polspitze 22 ausgebildet. Typischerweise ist der Spalt mit Aluminiumoxyd gefüllt. Ein (nicht gezeigtes) magnetisches Speichermedium kann in der Nähe des Spaltes 24 derart angeordnet werden, daß Information auf das Medium geschrieben oder von diesem gelesen werden.
• Weiterhin ist in Figur 4 ein mit H (angelegt) bezeichneter Pfeil gezeigt, der die Richtung des angelegten Magnetfeldes H angibt, und es ist weiterhin ein mit M (entspannt) bezeichneter Pfeil gezeigt, der die Magnetisierung M des Dünnfilm - kopfes 12 in seinem entspannten Zustand zeigt. Im Betrieb bewegt sich ein magnetisches Speichermedium, wie z.B. eine Magnetplatte oder ein Magnetband, in dem Bereich in der Nähe des Spaltes 24, der zwischen der oberen Polspitze 20 und der unteren Polspitze 22 gebildet ist. Wenn ein elektrischer Strom in den Leitern 18 in der angezeigten Richtung zum Fließen gebracht wird, so wird ein Magnetfeld H an den Dünnfilmkopf 12 in der Richtung angelegt, die durch den mit H (angelegt) bezeichneten Pfeil in Figur 4 gezeigt ist. Dieses angelegte Feld bewirkt, daß die Magnetisierung M des Materials ihre Richtung von der Richtung, die durch den mit M (entspannt) bezeichneten Pfeil angegeben ist, auf die Richtung ändert, die durch den Pfeil angegeben ist, der durch die gestrichelte Linie gebildet ist, die mit M (resultierend) bezeichnet ist. Wenn die mit M (resultierend) bezeichnete Linie von der leichten Achse in einer Richtung auf den zwischen der oberen Polspitze 20 und der unteren Polspitze 22 gebildeten Spalt 24 aufgrund des angelegten Magnetfeldes H von dem durch die Leiter 18 fließenden elektrischen Strom abgelenkt wird, so wird die obere Polspitze 20 zu einem zunehmend starken Nordpol, während die untere Polspitze 22 zu einem Südpol wird. Dies bewirkt die Bildung eines Randfeldes um den Spalt 24 mit einem Magnetfeldvektor, der eine Richtung von der oberen Polspitze 20 zur unteren Polspitze 22 aufweist.
• In ähnlicher Weise würde, wenn der Strom durch die Leiter 18 gegenüber der in Figur 4 angegebenen Richtung umgekehrt würde, die obere Polspitze 20 zu einem Südpol, während die untere Polspitze zu einem Nordpol werden würde. Dies würde ein Randfeld um den Spalt 24 herum mit einem Magnetfeld in einer Richtung von der unteren Polspitze 22 zur oberen Polspitze 20 hervorrufen. Somit ist es möglich, durch Modulieren des elektrischen Stromflusses durch die Leiter 18 die Magnetisierung der oberen Polspitze 20 und der unteren Polspitze 22 zu modulieren. Der Spalt 24 zwischen der oberen Polspitze 20 und der unteren Polspitze 22 bewirkt, daß sich ein Randfeld über den Bereich des Spaltes 24 hinaus erstreckt. Wenn ein magnetisches Speichermedium, wie z.B. eine Magnetplatte oder ein Magnetband, in diesem Randfeld angeordnet wird, kann Information durch Aufprägen eines Magnetfeldes auf das Medium über das Randfeld aufgezeichnet werden, das dem Dünnfilmkopf zugeordnet ist. In ähnlicher Weise bewirken Magnetisierungsmuster, die auf ein Speichermedium aufgeprägt sind, das durch den Randfeldbereich des Dünnfilmkopfes 12 hindurchläuft, das Fließen eines elektrischen Stromes durch die Leiter 18, so daß die gespeicherte Information rückgewonnen werden kann.
• Figur 5 zeigt einen Dünnfilmkopf nach Figur 4, der Pfeile 15A, 15B und 15C einschließt, die die Richtung der Magnetisierungsvektoren in den magnetischen Domänen oder Bereichen über das obere Polstück 14 zeigen. Mit durchgezogenen Linien dargestellte Pfeile 15A nach Figur 5 zeigen die Richtung der leichten Achse einer magnetischen Domäne an. Linien 17 in Figur 5, die zwei benachbarte magnetische Domänen trennen, zeigen die Domänenwände an. Die mit durchgezogenen Linien dargestellten Pfeile 15A zeigen die. Richtung des Magnetisierungsvektors M in dem entspannten Zustand des Dünnfilmkopfes 12 entlang seiner leicht magnetisierbaren Achse an. Kleine vertikale Pfeile 15B entlang der Kante des oberen Polstückes 14 nach Figur 5 zeigen den Magnetisierungsvektor in den Abschlußdomänen an. Abschlußdomänen vervollständigen den magnetischen Kreis zwischen benachbarten entgegengesetzten Domänen. Wenn der elektrische Strom durch die Leiter 18 in der angezeigten Richtung zum Fließen gebracht wird, wird die Richtung des Magnetisierungsvektors M der Domänen in dem oberen Polstück 14 von der leicht magnetisierbaren Achse fort ausgelenkt, wie dies durch die Pfeile 15c mit gestrichtelten Linien gezeigt ist. Es ist diese Auslenkung, die die Ausbildung von Nord- und Südpolen an der oberen Polspitze 20 bzw. der unteren Polspitze 22 hervorruft. Wenn das anisotrope Feld Hk klein gemacht wird, wodurch die Permeabilität µ für den Dünnfilmkopf 12 vergrößert wird, ist die erforderliche Stärke des angelegten Magnetfeldes H zur Erzielung des gleichen Ausmaßes der Auslenkung der Magnetisierung M des Materials niedriger, und es ist ein kleinerer elektrischer Strom erforderlich, der über die Leiter 18 angelegt wird.
• Durch Verringern des Wertes der Koerzitivkraft Hc wird ein Domänenwand-Springen in dem Dünnfilmkopf 12 verringert, wodurch das resultierende Barkhausen-Rauschen zu einem Minimum gemacht wird. Bei kleinen Werten für die Koerzitivkraft Hc ergibt sich eine nur geringe Hysterese, die den Magnetisierungs- Ruhezustand beeinflussen kann. Dies fördert den niedrigsten Energiezustand nach der Entfernung irgendwelcher angelegter Magnet felder.
• Es ist weiterhn wünschenswert, einen Magnetkopf mit einem großen Sättigungsmagnetisierungswert Ms zu haben, derart, daß es möglich ist, leistungstärkere Magnetfelder an das magnetische Speichermedium über den Randfeldbereich anzulegen. Ein Dünnfilmkopf mit einer großen Permeabilität µ (die proportional zu Ms ist, siehe die vorstehende Gleichung (1)), hat weiterhin eine vergrößerte Empfindlichkeit, wenn die Information von dem magnetischen Speichermedium zurückgelesen wird. Eine vergrößerte Empfindlichkeit bewirkt, daß selbst schwache Änderungen in der Magnetisierung des elektrischen Speichermediums, das durch den Randfilmbereich des Dünnfilmkopfes 12 hindurchläuft, relativ große Änderungen des elektrischen Stromes hervorrufen, der durch die Leiter 18 fließt.
• Mit der vorliegenden Erfindung werden Dünnfilm-/Lese-/Schreibköpfe erzeugt, die eine große Sättigungsmagnetisierung Ms, eine niedrige Koerzitivkraft Hc, eine niedrige Anisotropie Hk und eine große Permeabilität µ aufweisen.
• Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht des Dünnfilm-Magnetkopfes 12 nach den Figuren 4 und 5. Der Dünnfilmkopf 12 schließt ein Basis- oder "Flugkörper"-Substrat 25 und die Polstücke oder den Kern 13 ein. Das Flugkörper-Substrat 25 kann beispielsweise ein ALSIMAG-Material umfassen. Der Kern 13 umfaßt das obere Polstück 14 und das untere Polstück 16. Das obere Polstück 14 und das untere Polstück 16 bilden die obere Polspitze 20 und die untere Polspitze 22, zwischen denen ein Spalt 24 gebildet ist. Der Kern 13 schließt weiterhin einen hinteren oberen Abschnitt 26 und einen hinteren unteren Abschnitt 28 ein. Das obere Polstück 14 und das untere Polstück 16 und die hinteren oberen und unteren Abschnitte 26 und 28 des Kerns 13 treffen sich an einem Mittelbereich oder "Übergang" 30 (der in den Figuren 4 und 5 nicht gezeigt ist).
• Der Dünnfilmkopf 12 nach Figur 6 verwendet zwei Kernwicklungen, die durch Leiter 18 und 34 gebildet sind. Obwohl lediglich einer der Leiter 18 in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, sind die Leiter 18 und 34 in einer Spule um den Übergang 30 des Kerns 13 gebildet, wobei ein Teil der Umwicklung zwischen dem oberen Polstück 14 und dem unteren Polstück 16 des Kerns 13 eingeschichtet ist, während ein Teil der Umwicklung zwischen den oberen und unteren Abschnitten 26 und 28 des Kern 13 eingeschichtet ist. Der Kern 13 ist von dem Substrat 25 durch eine Basisbeschichtung 36 getrennt. Typischerweise ist die Basisbeschichtung 36 ein Isolator, wie z.B. Aluminiumoxyd, Alt2O&sub3;. Der Bereich zwischen dem oberen Polstück 14 und dem unteren Polstück 16 ist mit einem Isoliermaterial 38 gefüllt. Typischerweise ist das Isoliermaterial 38 ein Photoabdeckmaterial. Der Spalt 24 zwischen der oberen Polspitze 20 und der unteren Polspitze 22 ist mit Aluminiumoxyd, Al&sub2;O&sub3;, gefüllt. Das Isoliermaterial 38 ist ebenfalls zwischen den hinteren oberen und unteren Abschnitten 26 und 28 des Kerns 13 eingeschichtet.
• Während der Herstellung können mehrere Köpfe ähnlich dem Dünnfilmkopf 12 über die gesamte Oberfläche des Basissubstrats 25 abgeschieden werden. Nachdem die Schichten des Dünnfilmkopfes 12 in der in Figur 6 gezeigten Weise abgeschieden wurden, wird das Basissubstrat 25 (auf dem der Kopf 12 ausgebildet wurde) in viele einzelne Dünnfilmköpfe "zerteilt" oder zerschnitten, die jeweils von einem Teil des Basissubstrats 25 getragen werden, derart, daß die oberen und unteren Polspitzen 20 und 22 und der Spalt 24 freiliegen. Der Spalt 24 und die Polspitzen 20 und 22 können dann allgemein nach innen in Richtung auf den Mittelpunkt des Dünnfilmkopfes 12 auf die gewünschten Mündungsabmessungen geläppt werden. Der Läppvorgang ist ein Schleifvorgang, bei dem der freiliegende Teil des Spaltes 24 auf einen Diamantschlamm aufgebracht wird. (Nicht gezeigte) elektrische Kontakte werden an die Leiter 18 und 24 des Dünnfilmkopfes 12 angelegt. Der fertige Kopf kann dann an irgendeiner Art von (nicht gezeigter) Halterungsbefestigung zur Verwendung beim Lesen und Schreiben von Daten auf einem magnetischen Speichermedium angebracht werden, wie z.B. einer Computer-Speicherplatte.
• Im Betrieb wird das magnetische Speichermedium in die Nähe der oberen und unteren Polspitzen 20 und 22 gebracht, die den Spalt 24 bilden. Während des Lesevorganges prägt das sich ändernde Magnetfeld aufgrund des sich bewegenden Speichermediums ein Magnetfeld auf die oberen und unteren Polspitzen 20 und 22 auf, die durch die oberen Polstücke und die unteren Polstücke 14 und 16 des Kerns 13 gebildet werden. Dieses aufgeprägte Feld wird um die Leiter 18 und 34 über das obere Polstück 14, den Durchgang 30 und das untere Polstück 16 des Kerns 13 herumgeführt. Dies führt dazu, daß ein elektrischer Strom in den Leitern 18 und 34 induziert wird. Dieser elektrische Strom stellt das Magnetfeld dar, das durch das sich bewegende magnetische Speichermedium erzeugt wird. Während des Schreibvorganges wird das Fließen eines elektrischen Stromes in dem Leiter 18 oder dem Leiter 34 hrvorgerufen. Dies führt zu einem Magnetfeld in dem Kern 13, das an das (nicht gezeigte) Speichermedium aufgrund des Randstreueffektes auf dem Rand 24 aufgeprägt wird, der zwischen den oberen und unteren Polspitzen 20 und 22 des Kerns 13 gebildet ist.
• Die bei der Herstellung des Dünnfilm-Magnetkopfes 12 nach den Figuren 4, 5 und 6 verwendeten Schritte sind einzeln in den Figuren 7 bis 12 gezeigt. In der Querschnittsansicht nach der Figur 7 ist das Basissubstrat 25 gezeigt. Das Basissubstrat 25 ist typischerweise groß bezogen auf die Abmessungen der Dünnfilm-Magnetköpfe, und es wird als eine "Scheibe" bezeichnet. Während des Herstellungsvorganges werden typischerweise viele Dünnfilmköpfe wie der Kopf 12 typischerweise auf dem Basissubstrat 25 hergestellt. Für dieses Beispiel ist jedoch lediglich die Herstellung eines einzigen Dünnfilm-Magnetkopfes 12 gezeigt. Typischerweise ist das Basissubstrat 25 aus einem elektrisch leitenden Material, wie z.B. ALSIMAG hergestellt. Eine die Basisbeschichtung 36 bildende Schicht wird über dem gesamten Basissubstrat 25 abgeschieden, wie dies in Figur 8 gezeigt ist. Die Basisbeschichtung 36 ist ein nicht-leitendes Material, das typischerweise durch Aluminiumoxyd, Al&sub2;O&sub3; gebildet ist. Die Basisbeschichtung 36 kann unter Verwendung von Sprühzerstäubungstechniken aufgebracht werden.
• Wie dies in Figur 9 gezeigt ist, wird eine Dünnflimschicht 50 aus magnetischem Material über die Oberfläche hinweg aufgebracht, wobei Elektroabscheidungstechniken verwendet werden. Dieser Vorgang wird weiter unten ausführlicher beschrieben. Die Schicht 50 bildet das untere Polstück 16 und den unteren hinteren Abschnitt 28 des Kerns sowie die untere Polspitze 22 und einen Teil des Übergangs 30. Die Schicht 50 bildet einen Teil des CoFeB-Kerns der vorliegenden Erfindung.
• Unter Verwendung photolithographischer Techniken wird die Isolierschicht 38 auf der Schicht 50 des Kerns 13 mit der in Figur 10 gezeigten Form abgeschieden. Aluminiumoxyd, Al&sub2;O&sub3;, wird in dem Spalt 24 abgeschieden. Die Leiter 34 werden auf der Isolierschicht 38 abgeschieden und zu einer schraubenlinienförmigen Form ausgebildet.
• In Figur 11 wurde die Isolierschicht 38 etwas aufgebaut, wobei photolithographische Maskierungs- und Ätztechniken verwendet werden. Die Leiter 18 werden ähnlich wie die Leiter 34 abgeschieden und in einer schraubenlinienförmigen Form ausgebildet.
• In Figur 12 wurde die Isolierschicht 38 weiter aufgebaut und bedeckt die Leiter 18 und 34. Als nächstes wird eine weitere Schicht aus magnetischem Material über der in Figur 12 gezeigten Struktur abgeschieden, um das obere Polstück 14, den hinteren oberen Abschnitt 26 und einen Teil des Überganges 30 zu bilden, wie dies in Figur 6 gezeigt ist. Diese Schicht wird unter Verwendung von Elektroabscheidungstechniken abgeschieden und umfaßt CpFeB.
• Das obere Polstück 14 und das untere Polstück 16 werden auf dem Substrat 25 durch eine Elektroplattierung abgeschieden. Durch Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes während dieses Elektroabscheidungsschrittes kann das anisotrope Feld Hk verringert werden. Alternativ kann nach dem Abscheidungsschritt zur Ausbildung des Kerns nach Figur 6 der Kern in einem rotierenden Feld geglüht werden, um das anisotrope Feld Hk zu verringern. Das Elektroplattierungsbad, das bei der vorliegenden Erfindung zum Abscheiden der Polstücke 14 und 16 verwendet wird, umfaßt eine Lösung aus Kobalt, Eisen und Bor. Der Zusatz des Bors verringert die Koerzitivkraft Hc der Polstücke. Für dickere Filme, die das obere Polstück 14 und das untere Polstück 16 bilden, ist die Verringerung der Koerzitivkraft Hc noch größer. Die Hinzufügung des Bors hat eine geringe Auswirkung auf die Magnetisierungssättigungsflußdichte, die bei ungefähr 19 kGauss bleibt. Die Hinzufügung des Bors zusammen mit einem rotierenden Magnetfeld, das während des Elektroabscheidungsschrittes angelegt wird, oder die Verwendung eines Glühens in einem rotierenden Magnetfeld verringert die Koerzitivkraft der Polstücke des Dünnfilmkopfes 12. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich die Konzentration von Bor in dem Elektroplattierungsbad von 0,1 Gewichtsprozent bis ungefähr 2,0 Gewichtsprozent. Die Eisenkonzentration kann sich von ungefähr 7,0 Gewichtsprozent auf ungefähr 12,0 Gewichtsprozent ändern, wobei der Rest des Elektroplattierungsbades Kobalt ist. Ein geeignetes Elektroplattierungsbad für die Ausbildung des Dünnfilm-Lese-/Schreib-Magnetkopfes der vorliegenden Erfindung ist wie folgt: Tabelle 1
• DMAB (Dimethylaminboran) wirkt als ein Reduzierungsmittel und liefert das disassoziierte Bor, das für die Abscheidung des CoFeB-Dünnfilmkerns verwendet wird. Das disassoziierte Kobaltion kann von 5 bis 100 Gramm/Liter in dem Elektroplattierungsbad reichen. Das Eisenion kann von 0,2 bis 5,0 Gramm/Liter in dem Elektroplattierungsbad reichen. Eine geeignete Temperatur während der Elektroplattierung beträgt ungefähr 30ºC. Ein geeigneter pH-Wert für das Elektroplattierungsbad ist ungefähr 3,5. Das Verhältnis zwischen Kobalt, Eisen und Bor in dem Elektroplattierungsbad bleibt angenähert das gleiche in dem elektroplattierten Film.
• Eine impulsförmige Elektroplattierung kann während der Abscheidung des Kobalt-Eisen-Bor-Kerns unter Verwendung von 6-Ampere-Impulsen mit einer Einschaltzeit von 10 ms und einer Abschaltzeit von 90 ms verwendet werden. Eine impulsförmige Elektroplattierung trägt dazu bei, die magnetischen Eigenschaften des Kobalt-Eisen-Bor-Kerns aufrechtzuerhalten, wenn die Dicke des Kerns über ungefähr 0,5 Mikrometer anwächst, wobei verhindert wird, daß der Kern isotrop wird und seine Hystereseschleife verliert. Der Dünnfilm weist brauchbare Magneteigenschaften für Dicken zwischen ungefähr 500 Å und ungefähr 10 Mikrometern auf, wobei diese Dicke vorzugsweise zwischen ungefähr 2000 Å und ungefähr 3 Mikrometern liegt.
• Es wurde festgestellt, daß das Anisotropiefeld Hk des Kerns durch zwei alternative Verfahren abgesenkt werden kann. Während der Elektroabscheidung der oberen und unteren Polstücke 14 und 15 kann ein rotierendes Magnetfeld angelegt werden. Dieses Feld sollte zwischen der normalen Achse des Kerns und einer Versetzung von 90º gegenüber der normalen Achse wechseln. Wenn das normale Feld für 40 Sekunden von einem Einminuten-Zyklus angelegt wird, während das 90º-Feld für die verbleibenden 20 Sekunden des einminütigen Zyklus angelegt wird, so ergibt sich ein geeignetes Verhältnis zwischen den beiden Feldpositionen. Alternativ kann dieses rotierende Feld während eines Glühschrittes angewandt werden, während dessen das Kernmaterial Wärme ausgesetzt wird.
• Die Tabelle 2 zeigt einen Vergleich zwischen einem Nickel- Eisenkern (unter Verwendung von 82% Nickel in der Legierung), einem Kobalt-Eisenkern (uhter Verwendung von 90% Kobalt in der Legierung), und dem Kobalt-Eisen-Bor-Kern der vorliegenden Erfindung (ebenfalls unter Verwendung von 90% Kobalt in der Legierung). Tabelle 2
• Die Tabelle 2 zeigt, daß Hc und Hk bei dem CoFeB-Kern der vorliegenden Erfindung verringert werden, während der Wert der Permeabilität µ gegenüber dem Kobalt-Eisen-Kern stark vergrößert ist.
• Unter Verwendung des Kobalt-Eisen-Bor-Kerns der vorliegenden Erfindung wird die Koerzitivkraft Hc des Dünnfilm-Magnetkopfes gegenüber der des Kobalt-Eisen-Dünnfilmkopfes verringert, wenn die Dicke des Films vergrößert wird. Unter Verwendung des Kobalt-Eisen-Bor-Dünnfilm-Magnetkopfes der vorliegenden Erfindung hat der Kopf eine hohe Sättigungsmagnetisierung 4 &pi; Ms, eine niedrige Koerzitivkraft Hc, eine niedrige Anisotropie Hk und eine vergrößerte Permeabilität µ. Der Dünnfilm-Lese-/Schreib-Magnetkopf der vorliegenden Erfindung ergibt verbesserte Lese- und Schreibeigenschaften, wodurch die magnetische Speicherdichte vergrößert werden kann.
• Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, können verschiedene Änderungen hinsichtlich der Form und Einzelheiten durchgeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können andere Verhältnisse von Kobalt, Eisen und Bor in dem Kern und dem Elektroplattierungsbad verwendet werden.

Claims (10)

1. Lese-/Schreib-Magnetkopf mit einem Substrat (36, 25), mit einem Dünnfilm-Magnetkern (13) aus einer Metallegierung, der von dem Substrat gehaltert ist und einen Lese-/Schreib-Spalt (24) zum Lesen und Schreiben von Informationen einschließt, und mit einer Wicklung (18, 34), die magnetisch mit dem Magnetkern gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung eine Legierung auf der Grundlage von Kobalt ist, die 87,63 bis 92,9 Gewichtsprozente Kobalt, 7,0 bis 12,0 Gewichtsprozente Eisen und 0,1 bis 0,37 Gewichtsprozente Bor umfaßt.

2. Lese-/Schreib-Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem der Magnetkern (13) erste und zweite Schichten (14, 16) aus der Metallegierung umfaßt, und bei dem eine Schicht aus isolierendem Material (38) auf der ersten Schicht (16) zwischen den ersten und zweiten Schichten abgeschieden ist und die Wicklung (18, 34) in die Schicht aus isolierendem Material eingebettet ist, wobei der Lese-/Schreib-Spalt (24) durch aufeinandergerichtete Teile (20, 22) der ersten und zweiten Schichten gebildet ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Lese-/Schreib-Magnetkopfes, das die Abscheidung aufeinanderfolgenden Schichten (14, 16) einer Metallegierung auf einem Substrat (36, 25) zur Bildung eines Dünnfilm-Magnetkerns (13) mit einem Lese-/Schreibkopf (24) und die Schaffung einer Wicklung (18, 34) umfaßt, die magnetisch mit dem Magnetkern gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Schichten (14, 16) der Metallegierung, die auf dem Substrat (36, 25) abgeschieden werden, eine Legierung auf der Grundlage von Kobalt sind, die 87,63 bis 92,9 Gewichtsprozente Kobalt, 7,0 bis 12,0 Gewichtsprozente Eisen und 0,1 bis 0,37 Gewichtsprozente Bor umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die aufeinanderfolgenden Schichten (14, 16) der Metallegierung auf dem Substrat (36, 25) durch Elektroabscheidung abgeschieden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein rotierendes Magnetfeld an die Schichten (14, 16) der magnetischen Metallegierung während der Elektroabscheidung angelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Schichten (14, 16) der magnetischen Metallegierung geglüht werden und ein rotierendes Magnetfeld während des Glühens angelegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, das die Abscheidung von Isoliermaterial (38) auf einem Teil einer ersten magnetischen Schicht (16), die Abscheidung von Leitern auf dem Isoliermaterial zur Bildung einer Wicklung (18, 34), die Abscheidung weiteren Isoliermaterials auf den Leitern und die Abscheidung einer zweiten magnetischen Schicht (14) auf dem weiteren Isoliermaterial umfaßt, um den Dünnfilm-Magnetkern (13) mit einem Lese-/Schreib-Spalt (24) zwischen den ersten und zweiten magnetischen Schichten zu bilden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Spaltmaterial auf einem weiteren Teil der ersten magnetischen Schicht (16) abgeschieden wird und zwischen den Teilen (20, 22) der magnetischen Schichten (14, 16) eingeschichtet ist, die den Spalt bilden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem die magnetischen Schichten (14, 16) durch einen impulsförmigen Strom elektroabgeschieden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem die magnetischen Schichten aus einem Bad abgeschieden werden, das Dimethylaminboran enthält.