DE69124850T2

DE69124850T2 - Dünnfilmaufzeichnungskopf mit Magnetpolkonfiguration zur Aufzeichnung mit hoher Dichte

Info

Publication number: DE69124850T2
Application number: DE69124850T
Authority: DE
Inventors: Sharat Batra; Michael L Mallary; Harold B Shukovsky
Original assignee: Quantum Corp
Current assignee: Quantum Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2011-06-06
Also published as: JPH0668422A; CA2044047C; SG49059A1; EP0463753B1; CA2044047A1; EP0463753A1; US5157570A; DE69124850D1; US5314596A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die folgenden, gleichzeitig anhängigen Anmeldungen, die sämtlich per Einreichungstag auf den Zessionär dieser Anmeldung überschrieben sind:
"Laminated Poles for Recording Heads" (Laminierte Pole für Aufzeichnungsköpfe), (US-)Serial No. 07/128,866, vom 04.12.1987, fortgeführt unter Serial No. 07/410028, eingereicht am 20.09.1989.
"Flux Spreading Thin Film Magnetic Device" (Magnetflußverbreitende Dünnfilm-Magnetvorrichtung), Serial No. 07/227,808, vom 28.06.1988.
"Magnetic Devices with Enhanced Poles" (Magnetvorrichtungen mit verbesserten Polen), Serial No. 07/345,719, vom 01.05.1989.

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein Magnetplattenantriebe bzw. -laufwerke und insbesondere die Konfiguration eines Dünnfilm(aufzeichnungs)kopfes, mit dem die Aufzeichnungsdichte und der Datenübertragungswirkungsgrad verbessert werden.

Hintergrund der Erfindung

Eine typische magnetische Datenaufzeichnungsvorrichtung, etwa ein Plattenlaufwerk, weist einen magnetischen Aufzeichnungsträger und einen Lese/Schreibkopf auf. Letzterer besteht gewöhnlich aus zwei oder mehr länglichen Stücken aus einem geeigneten ferromagnetischen Werkstoff, wie Nickel-Eisen-(NiFe-)Legierung. Die Pole sind am einen Ende, als Joch bezeichnet, miteinander verbunden und am anderen Ende, als Spitze bezeichnet, mit einem genau definierten Luft-Spalt (voneinander) getrennt. Im Bereich des Joches ist eine Drahtspule um die Pole herumgewikkelt. Bei Lese- und Schreibvorgängen wird der Kopf mit dem Spitzenteil nahe an der Platte positioniert; die Spule bildet einen Mechanismus zum Treiben eines Magnetflusses in den Kopf sowie zum Abgreifen des Magnetflusses vom Kopf.
Bei der Konstruktion eines Plattenlaufwerks ist es allgemein wünschenswert, die Dichte der pro Einheitsfläche der Platten (aufzeichnungs) trägeroberfläche sowie die Datenübertragungsrate oder -menge und das Signal/Rauschen-Verhältnis (SNR bzw. Stör- oder Rauschabstand) zu vergrößern. Diese Parameter werden primär durch die spezifische elektromechanische Konfiguration des Kopfes bestimmt. Da beispielsweise die Zahl von Spuren pro Zoll (TPI), die auf einer Platte einer gegebenen Größe verfügbar bzw. vorhanden sind, durch die Breite der Spitze bestimmt wird, sollte die Spitze zweckmäßig möglichst schmal sein. Das Joch sollte dagegen möglichst breit sein, um das Magnetflußleiten zwischen den Polen und der Spule zu begünstigen. Bei einem breiteren Joch vergrößert sich die verfügbare Amplitude des aus dem Kopf austretenden Signals und damit die Zahl von Bits pro Zoll (BPI), die in einer gegebenen Spur aufgezeichnet werden können. Aufgrund dieser Gegebenheiten ist es bekannt, daß die bevorzugte Kopfpolkonfiguration eine schmale Spitze und ein breites Joch aufweist.
Um eine maximale Aufzeichnungsdichte zu erreichen, müssen jedoch normalerweise auch andere Parameter berücksichtigt werden. Beispielsweise kann ein ferromagnetischer Pol so gefertigt werden, daß er eine induzierte Anisotropieachse einer bevorzugten Magnetorientierung oder "Vorzugsachse" aufweist. Wenn diese Achse senkrecht zur Richtung des (Magnet-)Flußleitens orientiert ist, kann der Magnetfluß durch den Kopf nach dem bevorzugten Prozeß der Drehung des Ruhestands der Magnetisierung von der Vorzugsachse hinweg stattfinden. Die Neigung des Werkstoffs, in der Richtung der Vorzugsachse magnetisiert zu bleiben, wird auch als das Anisotropiefeld Hk bezeichnet.
Ungünstigerweise führt eine Verkleinerung der Breite des Pols unter eine kritische Größe zum Vorherrschen von "Randabschlußdomänen" ("edge dosure domains"), die nicht in der bevorzugten oder Vorzugs-Richtung orientiert sind. Diese Randschlußdomänen begünstigen daher das Flußleiten durch Domänenwandbewegung längs der Außenwände des Pols. Obgleich dies tatsächlich das Flußleiten (flux conduction) bei niedrigen Frequenzen erleichtern kann, wird bei höheren Frequenzen die magnetische Permeabilität oder der µ-Wert des Pols unannehmbar niedrig. Ferner können Defekte im Kopfwerkstoff das Leiten des Magnetflusses längs der Domänenwand stören, was zu Barkhausen-Rauschen oder -Störsignal (noise) führt. Die Polspitze kann deshalb nicht zu schmal ausgebildet werden, ohne die Leistung des Kopfes ungünstig zu beeinflussen.
Eine Technik zum Minimieren der Größe der Randschlußdomänen und damit Verkleinern der Größe der Spitze besteht darin, den Hk-Wert des Polwerkstoffs zu vergrößern. Für die Einstellung des Hk-Werks sind verschiedene andere Techniken bekannt, nämlich Zugabe von Kobalt zur Bildung einer NiFeCo-Legierung, Ändern des Verhältnisses von Ni zu Fe zusammen mit einer Änderung in den magnetostriktiven Kräften am Pol oder Verwendung anderer Werkstoffe, wie Kobalt-Zirkon (CoZr), Kobalt-Zirkon-Neodym (CoZrNd), Eisennitrid (FeN), Eisen-Silicium(oxid) (FeSi) und dgl.
Eine ganz andere Überlegung gilt allerdings für das Joch, wodurch die Wahl eines geeigneten Hk-Werts kompliziert wird. Genauer gesagt: das Joch ist weniger anfällig für Barkhausen-Rauschen, weil seine breitere Strecke das Vorherrschen von Randschlußdomänen verhindert, so daß das Joch gewöhnlich eine ausreichende (Magnet-)Flußleitfähig keit gewährleistet. Andererseits besteht das Problem beim Joch gewöhnlich darin, daß die Permeabilität (µ) des Werkstoffs seinem Hk-Wert umgekehrt proportional ist. Bei einer zu niedrigen Permeabilität (µ) ist die Größe des Flußleitens durch die Spule begrenzt. Deshalb wird allgemein angenommen, daß der Hk-Wert des Polwerkstoffs niedrig gehalten werden sollte, um ungünstige Einflüsse auf die (den) Gesamt-Wirksamkeit bzw. -Wirkungsgrad des Kopfes zu vermeiden.
Eine weitere Überlegung gilt der Dicke der Pole in der Dimension bzw. im Maß parallel zur Einschreibspur. Die optimale Poldicke wird hauptsächlich durch Oberflächenwirbelströme diktiert, die von Änderungen oder Schwankungen im angelegten oder abgegriffenen Magnetfeld, wenn unterschiedliche Sektionen der Platte am Kopf vorbei rotieren, herrühren. Bei hohen Frequenzen begrenzt das Vorhandensein von Wirbelströmen allgemein das Flußleiten im Maße des Oberflächeneffekts oder der "Hauttiefe". Da dickere Pole allgemein mehr Werkstoff für das Leiten bereitstellen, ist die Leitfähigkeit um so besser, je dikker der Pol ist. Bei einer Vergrößerung der Poldicke über etwa das Doppelte der Hauttiefe hinaus kann jedoch der Frequenzgang des Pols ungünstig beeinflußt werden.
Zum Optimieren des Rauschabstands (SNR) sind bei der Bestimmung der Poldicke auch andere Parameter zu beachten. Beispielsweise sei angenommen, daß eine gegebene Kopfkonfiguration durch eine elektrische Äquivalent- bzw. Ersatzschaltung, bestehend aus einer idealen Induktivität mit einem Serien- oder Reihenwiderstand (Rs) und einem Parallelwiderstand (Rp), modelliert bzw. nachgebildet werden kann. Zum Maximieren des Rauschabstands muß der Ausgangssignalpegel, und damit Rp, möglichst groß sein. Da Rp typischerweise der Poldicke umgekehrt proportional ist, muß zur Erzielung eines großen Rp-Werts die Dicke minimiert werden. Bei Wahl der Poldicke muß deshalb typischerweise ein Kompromiß zwischen maximaler Betriebsfrequenz und maximalem Rauschabstand geschlossen werden.
Ein größerer Rp-Wert kann auch durch Verkleinerung des Hk-Werts des Polwerkstoffs erzielt werden; dies läuft jedoch der Notwendigkeit einer Vergrößerung des Hk-Werts zur Begünstigung eines maximalen Flußleitens durch die Spitze, wie vorher erwähnt, zuwider.
Eine Möglichkeit zur Lösung einiger der Entwurfsoder Konstruktionskompromisse besteht darin, einen aus mehreren Lamellen bzw. Schichten (laminations) bestehenden Pol zu verwenden. Diese mehreren oder zahlreichen Lamellen gewährleisten inhärent die gewünschte Domänenstruktur, weil durch die laminierten Schichten parallele Flußpfade oder -strecken gebildet werden. Diese führen auch bei einer gegebenen Poldicke zu einem vergrößerten Rp-Wert des Pols.
Die Fertigung von laminierten (geschichteten) Polen bedingt jedoch einen komplizierten und kostenaufwendigeren Fertigungsprozeß, weil die Schichten nach langsameren, genaueren Prozessen geformt werden müssen. Beispielsweise bedingt dieser Prozeß typischerweise ein Kathodenzerstäuben bzw. Aufsprühen einer Schichtablagerung (sheet deposit) und ein anschließendes Ionenfräsen bzw. -(strahl)ätzen der Polform mittels einer Maske anstelle des weniger aufwendigen Elektroplattierens durch eine Maske. Zusätzlich ist jedes lonenfräsen oder -ätzen (ion milling), das zur Formung der Polgeometrie nötig ist, mit der ungünstigen Wirkung von Seitenwand- bzw. Flankenwiederablagerung verbunden. Dies bedeutet, daß je länger die Ionenfräszeit ist, die Möglichkeit um so größer wird, daß sich wiederabgelagertes Material so stark ansammelt, daß eine Kurzschlußstrecke zwischen den Schichten oder Lagen entsteht, wodurch die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Kopfes ungünstig verändert werden.
Weitere Erörterungen der Kompromisse bezüglich der Dünnfilmkopfkonstruktion und einige angeregte Alternativen finden sich in den folgenden Dokumenten:
Mallary, M., et al., "Frequency Response of Thin Film Heads with Longitudinal and Transverse Anisotropy", vorgelegt auf der IEEE Conference on Magnetics im April 1990.
Mallary, M., et al., "Three Dimensional Transmission Line Model for Flux Conduction in Thin Film Heads", vorgelegt auf der 34th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (1989).
Mallary, M., und Smith, A. B., "Conduction of Flux at High Frequencies by a Charge Free Magnetization Distribution", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-24, S. 2374- (1988).
Mallary, M., "Conduction of Flux at High Frequencies in Permalloy Strips by Small-Angle Rotations", Journal of Applied Physics, Vol 57, S. 3953- (1985).
Die WO-A-89/05505 offenbart einen geschichteten oder laminierten Pol für Aufzeichnungsköpfe mit mindestens zwei ferromagnetischen Schichten, die unterschiedliche einachsige Anisotropien aufweisen. Eine Schicht besitzt eine hohe einachsige Anisotropie und dominiert, während die andere Schicht eine geringere einachsige Anisotropie aufweist, die in eine verankernde (keepering) Orientierung fällt.
Benötigt wird ein Dünnfilm-Magnetaufzeichnungskopf, welcher die gewünschte Domänenstruktur in der Spitze und ein gutes Magnet-Flußleiten im Jochbereich gewährleistet, um für Aufzeichnung mit maximaler Dichte bei annehmbarem Rauschabstand zu sorgen. Der Kopf sollte sich einfach und mit einem Mindestaufwand an Ionenfräsen oder -(strahl)ätzen fertigen lassen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein magnetischer Aufzeichnungskopf, wie er im Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein besseres Verständnis der obigen und weiterer Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Zweipol-Dünnfilmkopfes,
Fig. 2A eine Draufsicht auf den unteren Pol mit einer homogenen Schicht eines großen Hk- Werts,
Fig. 2B bis 2E Ansichten verschiedener Ausführungsformen des unteren Pols im Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 2A, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 2B die unteren und oberen Magnetmaterialschichten und eine mittlere nichtmagnetische Schicht einer Dreilagenausführungsform,
Fig. 2C eine "beschnittene" (sculpted) Pol-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne eine nichtmagnetische Schicht,
Fig. 2D eine "beschnittene" (sculpted) Pol-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer nichtmagnetischen Schicht und
Fig. 2E eine "beschnittene" (sculpted) Pol-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit überlappenden Schichten,
Fig. 3A eine Draufsicht auf den unteren Pol mit einer laminierten oder lamellierten Schicht eines großen Hk-Werts,
Fig. 3B bis 3E Ansichten verschiedener Ausführungsformen des unteren Pols im Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 3A, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 3B eine Dreischicht-Ausführungsform mit einer laminierten unteren magnetischen Schicht, einer mittleren nichtmagnetischen Schicht und einer oberen, homogenen magnetischen Schicht,
Fig. 3C eine "beschnittene" (sculpted) Pol-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne eine nichtmagnetische Schicht,
Fig. 3D eine "beschnittene" (sculpted) Pol-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer nichtmagnetischen Schicht und
Fig. 3E eine "beschnittene" (sculpted) Pol-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit überlappenden Schichten,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer laminierten Schicht bzw. eines Laminats zur Veranschaulichung der Orientierung verschiedener magnetischer Domänen,
Fig. 5A und 5B Darstellungen zur Veranschaulichung der bevorzugten Art und Weise der Fertigung bestimmter Abschnitte der homogenen Ausführungsform des Kopfes und
Fig. 6A und 6B Darstellungen zur Veranschaulichung der bevorzugten Art und Weise der Fertigung bestimmter Abschnitte der laminierten Ausführungsform des Kopfes.

Genaue Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen

Gemäß Fig. 1 weist ein erfindungsgemäß magnetischer Dünnfilm(aufzeichnungs)kopf einen oberen Pol 12a und einen unteren Pol 12b (gemeinsam als "die Pole 12" bezeichnet) auf. Die im wesentlichen Y-förmigen Pole 12 sind aus einem ferromagnetischen flußleitenden Werkstoff, wie Nickel-Eisen-Kobalt-(NiFeCo-) Legierung geformt. Sie sind am schmalen Ende oder an der Spitze 14 magnetisch voneinander getrennt (isoliert), indem sie beispielsweise mechanisch auf Abstand voneinander gehalten sind. Zudem sind die Pole 12 am breiten Ende oder Joch 16 etwa durch mechanische Vereinigung miteinander magnetisch gekoppelt.
Der Zwischenraum zwischen den Polen 12 und der Spitze 14 wird als Luft-Spalt 18 bezeichnet, der ferner durch eine starre Spaltschicht 19 definiert ist, welche ihrerseits zwischen den Polen 12 angeordnet ist und von der Spitze 14 zum Joch 16 verläuft. Die Spaltschicht 19 besteht aus einem Werkstoff, der sowohl nichtmagnetisch als auch elektrisch isolierend ist, z.B. Al&sub2;O&sub3;.
Ein im oberen Pol 12a geformter Grat oder Steg 22 ermöglicht es der Spaltschicht 19, eine Anzahl von gewikkelten Leitern 24 aufzunehmen, die zwischen den Polen positioniert sind und die dazu dienen, elektrischen Strom zum und vom Kopf 10 zu leiten. Außerdem können andere Konfigurationen des Kopfes 10 einen (in den Zeichnungen nicht gezeigten) dritten Pol aufweisen, der zur Bildung eines zweiten Spalts zwischen dem oberen und dem unteren Pol 12a bzw. 12b angeordnet ist.
Ein die aufgezeichnete Information speichernder magnetischer Aufzeichnungsträger, etwa eine Platte 20, ist an der Spitze 14 den Polen 12 mit Abstand gegenüberstehend angeordnet. In Verbindung mit dem Kopf können auch andere Arten magnetischer Aufzeichnungsträger, z.B. ein Magnetband, verwendet werden. Während Auslesevorgängen ist der Kopf 10 mit der Spitze 14 der Platte 20 am nächsten angeordnet. Wenn verschiedene Sektionen der Platte 20 mit unterschiedlichen aufgezeichneten oder Aufzeichnungs-Polarisationen an der Spitze 14 vorbeilaufen, läuft ein Magnetfluß um den Kopf 10 in der Richtung einer Strecke 1. Dieser sich ändernde bzw. wechselnde Magnetfluß induziert seinerseits einen elektrischen Strom in den Leitern 24, der eine elektronische Anzeige des abgegriffenen Magnetfelds liefert.
Bei Einschreibvorgängen ist oder wird der Prozeß umgekehrt; dabei wird ein Strom der einen oder anderen Polarität über die Leiter 24 angelegt. Hierdurch entsteht längs der Strecke I in der einen oder anderen Richtung ein Magnetfeld ausreichender Stärke, um die Magnetisierung eines kleinen Bereichs der Platte 20 an der Spitze 14 einzustellen.
Ein Unterscheidungsmerkmal der Erfindung besteht in der Art der Ausgestaltung der Pole 12. Insbesondere sind die Pole 12 aus zwei oder mehr Lagen bzw. Schichten laminiert oder geschichtet, wobei jede Schicht spezifische Eigenschaften besitzt. Eine Ausführungsform eines beispielhaften Pols 12b umfaßt eine erste ferromagnetische Schicht 30 aus einem Werkstoff hoher Anisotropie (Hk) und niedriger Permeabilität (µ), wie NixFeyCoz, und eine zweite ferromagnetische Schicht 32 aus einem Werkstoff niedrigen Hk-Werts und großen µ-Werts, wie NiuFevCow. Die Anteile oder Verhältnisse von x, y und z sind gewählt, um den gewünschten großen Hk-Wert in der Schicht 30 zu gewährleisten; auf ähnliche Weise sind u, v und w gewählt, um den gewünschten kleinen Hk-Wert in der Schicht 32 einzustellen.
Die beiden Schichten 30 und 32 sind bezüglich internen Domänenflusses (internal domain flux), d.h. des der Domänenstruktur des Pols inhärenten Flusses (flux), entkoppelt. Mit anderen Worten: die beiden magnetischen Schichten nehmen ein Domänenmuster oder -schema an, das im wesentlichen das gleiche ist wie dann, wenn die Schichten weit voneinander beabstandet wären. Die Schichten 30 und 32 sind jedoch bezüglich eines externen Signalflusses, d.h. des durch äußere Kräfte, wie Spulen 24 oder Platte 20, an den Pol angelegten Fernfeld-Feldflusses, gekoppelt. Es kann auch gesagt werden, daß die beiden Schichten bezüglich des Nahfelds entkoppelt sind oder Kopplung austauschen.
Die Schicht 30 mit großem Hk-Wert ist die Strecke des kleinsten magnetischen Widerstands in der Spitze 14; die Schicht 32 kleinen Hk-Werts stellt die Strecke des kleinsten magnetischen Widerstands im Joch 16 dar.
Wie sich aus folgendem noch ergeben wird, wird hierdurch der neuartige Vorteil gewährleistet, daß in der Spitze 14 über den Werkstoff großen Hk-Werts die bevorzugte Domänenstruktur und im Joch 16 über den Werkstoff niedrigen Hk-Werts die bevorzugte Struktur vorliegen.
Gemäß Fig. 1 umfaßt der obere Pol 12a ebenfalls eine Schicht 30 eines großen Hk-Werts und eine Schicht 32 eines niedrigen Hk-Werts. Bei der dargestellten Ausführungsform bilden die Schichten 32 mit niedrigem Hk-Wert die Außenflächen der Pole 12 und die Schichten 30 großen Hk-Werts die Innenflächen an der Spaltschicht 19, doch können die Schichten auch in anderen Orientierungen angeordnet sein.
Fig. 2A ist eine Draufsicht auf den unteren Pol 12b zur näheren Veranschaulichung der allgemeinen Y-Form und ungefähren Erstreckung von Spitze 14 und Joch 16.
Fig. 2B ist eine Ansicht einer Ausführungsform des unteren Pols 12b im Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 2A. Die einen großen Hk-Wert besitzende Schicht 30 ist vorzugsweise eine homogen ausgebildete Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff mit ihr eigenem, großem Hk-Wert. Sie kann z.B. eine 2 - 4 um dicke Schicht aus NixFeyCoz sein, wobei die Anteile von x, y und z so gewählt sind, daß der gewünschte Hk-Wert von ungefähr 10 Oersted (800 A/m) gewährleistet ist. Die genaue Dicke der einen großen Hk-Wert besitzenden Schicht 30 hängt jedoch von verschiedenen anderen Überlegungen bzw. Faktoren ab. Wenn sie z.B. zu dick ist, kann ein Polabstimmeffekt auftreten, der die Form der aus den Spulen 24 austretenden elektrischen Signalimpulse ungünstig beeinflussen kann, und der Parallelwiderstand (Rp) des Pols kann zu klein werden. Wenn die Schicht eines großen Hk-Werts zu dünn ist, ergibt sich ein niedrigerer elektrischer Signalpegel an den Leitern 24.
Die den kleinen Hk-Wert aufweisende Schicht 32 erstreckt sich über die Gesamtlänge des Pols 12b von der Spitze 14 bis zum Joch 16. Die den kleinen Hk-Wert aufweisende Schicht 32 ist typischerweise eine etwa 2 µm dicke, homogen geformte NiuFevCow-Schicht, wobei die Anteile von u, v und w zur Gewährleistung des kleinen Hk- Werts gewählt sind. Die genaue Dicke der Schicht 32 bestimmt sich jedoch durch den gewünschten Parallelwiderstand (Rp) des Pols 12b, weil diese Schicht den Magnet- Fluß durch das Joch 16 führt.
Für den Fachmann ist erkennbar, daß es verschiedene Möglichkeiten zur Bereitstellung bzw. Bildung von Schichten verschiedener Hk-Werte gibt. Beispielsweise können beide Polschichten jeweils aus Nickel-Eisen-Kobalt- (NiFeCo-)Legierung geformt werden, wobei die Schicht des niedrigen Hk-Werts aus einer NiuFev-Cow-Legierung und die Schicht des großen Hk-Werts aus einer NixFeyCoz-Legierung bestehen. Kobalt kann bei der Schicht des niedrigen Hk- Werts vollständig weggelassen werden, d.h. w kann gleich Null sein. Verwendbar sind auch andere geeignete, ferromagnetische Werkstoffe, wie Kobalt-Zirkon (CoZr), Kobalt- Zirkon-Neodym (CoZrNd), Eisennitrid (FeN), Eisen-Silizium (FeSi) und dgl. Der Hk-Wert der Schichten kann auch durch Berücksichtigung der magnetostriktiven Kräfte an den Polen und entsprechende Wahl des Verhältnisses von Ni zu Fe im Polwerkstoff eingestellt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2B ist eine nichtmagnetische Schicht 34 zwischen die Schicht 30 des großen Hk-Werts und die Schicht 32 des kleinen Hk-Werts eingefügt. Die nichtmagnetische Schicht 34 kann gewünschtenfalls auch elektrisch isolierend sein; eine derartige Schicht ist eine 200 Å (20 nm) dicke Al&sub2;O&sub3;-Schicht.
Zur Vermeidung eines fehlerhaften Betriebs darf die nichtmagnetische Schicht 34 nicht so dick sein, daß sie als ein Spalt 18 erscheint. Die die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 34 bestimmende Hauptüberlegung ist jedoch die Notwendigkeit, die gewünschte Art der Ankopplung zwischen den beiden magnetischen Schichten 30 und 32 zu erreichen. Wie vorher erwähnt, müssen die beiden Schichten 30 und 32 bezüglich des internen Domänenflusses, d.h. des ihren Domänenstrukturen inhärenten Flusses, entkoppelt sein. Mit anderen Worten: die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 34 ist oder wird so gewählt, daß die beiden magnetischen Schichten 30 und 32 ein Domänenmuster oder -schema annehmen, das praktisch das gleiche ist wie dann, wenn die Schichten nicht nahe beieinander liegen würden. Andererseits müssen die Schichten 30 und 32 bezüglich des externen Signalflusses, d.h. des durch außenseitige Kräfte, wie (von) Spulen 24 oder Platte 20, auf den Pol ausgeübten Fernfeldflusses, (aneinander an)gekoppelt sein. Dies kann durch eine zweckmäßige Dicke der Schicht 34 erreicht werden, weil die Größe des Domänenflusses typischerweise in der Größenordnung von 10 Kilogauß (1 Tesla) und der Signalfluß in der Größenordnung von 1 Oersted (80 A/m) liegen.
Fig. 2C ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des unteren Pols 12b. Wir bezeichnen diesen als "beschnittenen" (sculpted) Pol, weil die Schicht 30 großen Hk-Werts (bis) zur Erstreckung des Jochs 16 nur teilweise mit der Schicht 32 des kleinen Hk-Werts bedeckt ist. Bei dieser Anordnung ist eine nichtmagnetische Schicht nicht nötig, weil das Fehlen der Schicht 32 des kleinen Hk-Werts im Bereich der Spitze 12 eine inhärente oder Eigen-Isolierung bereitstellt.
Fig. 2D ist eine Schnittansicht einer "beschnittenen" Pol-Ausführungsform, ähnlich derjenigen nach Fig. 2C, jedoch mit einer nichtmagnetischen Schicht 34, die sich im Joch 16 über die Strecke der Schicht 32 des kleinen Hk-Werts erstreckt. Diese Ausführungsform kann dann angewandt werden, wenn zusätzliche Isolierung nötig ist.
Fig. 2E zeigt noch eine andere Abwandlung. Dabei ist die Schicht 30 des großen Hk-Werts nur im Bereich der Spitze 14 vorgesehen. Die Schicht 32 des kleinen Hk-Werts bildet das Joch 16 und erstreckt sich über der Schicht 30 des großen Hk-Werts geringfügig in die Spitze 14 hinein. Bei dieser Ausführungsform entfällt ebenfalls die Notwendigkeit für eine nichtmagnetische Schicht.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 2C bis 2D bieten sämtlich die gleichen Vorteile wie die Ausführungsform gemäß Fig. 2B, stellen dabei aber auch einen Mechanismus zur Beseitigung des Problems des falschen (Luft-)Spalt (false gap problem) bereit, das manchmal bei einer sich in die Spitze 14 erstreckenden nichtmagnetischen Schicht 34 zu beobachten ist. Dies wird allerdings auf Kosten eines komplizierteren Fertigungsprozesses erreicht, in welchem verschiedene Bereiche der Schichten maskiert werden müssen, um die spezifischen, gewünschten Formen zu erzielen.
Fig. 3A ist eine Draufsicht auf den unteren Pol 12 mit einer Schnittlinie 3-3, längs welcher die Ansichten der Fig. 3B bis 3E gehalten sind.
Die Fig. 3B bis 3E veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, bei denen zwei Schichten aus einer laminierten Schicht 33 und einer homogenen Schicht 35 bestehen. Laminierte oder lamellierte Polstrukturen sind Gegenstand einer anhängigen US-Patentanmeldung mit Titel "Laminated Poles for Recording Heads" (Laminierte Pole für Aufzeichnungsköpfe), Serial No. 07/128,866, eingereicht am 04.12.1987, fortgeführt unter Serial No. 07/410028, eingereicht am 20.09.1989, und überschrieben auf Digital Equipment Corporation; auf diese Anmeldungen ist bezüglich weiterer Einzelheiten zu verweisen.
Gemäß Fig. 3B besteht die laminierte Schicht 33 aus einer Vielzahl von magnetisch leitenden Filmen 36 und Isolierfilmen 38, die einander abwechselnd aufeinander angeordnet sind. Die magnetisch leitenden Filme sind aus einer (beliebigen) zweckmäßigen NiFeCo-Legierung, die isolierenden Filme aus einem Isoliermaterial wie Al&sub2;O&sub3; geformt.
Die homogene oder unlaminierte Schicht 35, die an der laminierten Schicht 33 angeordnet ist, gewährleistet eine Flußausbreitung längs Domänenwänden im Joch 14 und zusätzliche Konduktanz entlang der längeren Achse des Pols 12b.
Die Fig. 3C, 3D und 3E veranschaulichen jeweils die Ausführungsform mit der laminierten Schicht unter Verwendung eines "beschnittenen" (sculpted) Pols ohne nichtmagnetische Schicht 34, eines "beschnittenen" Pols mit einer nichtmagnetischen Schicht 34 bzw. einer Ausführungsform mit einander überlappenden Schichten 33 und 35.
Die laminierte Schicht 33 besitzt eine hohe magnetische Intrinsic- bzw. Eigen-Permeabilität (µ), weil ihre Magnetisierungsdomänen sich gegeneinander schließen. Damit wird auch eine Unterdrückung von Wirbelströmen mittels der Mehrfach-Schichtungen und damit eine verbesserte Hochfrequenzleistung erzielt.
Dies geht aus einer Betrachtung von Fig. 4 hervor, welche die Orientierung von magnetischen Domänen in der laminierten Schicht 33 zeigt. Ein oberer leitfähiger Film oder Leiterfilm 36a ist über einem Isolierfiln 38a angeordnet, der seinerseits über einem unteren Leiterfilm 36b angeordnet ist. Randrollwände (edge curling walls) 42 sind über bzw. durch magnetostatische und Austausch-Kopplung geformt, wodurch leitende Strecken an den Außenrändern bereitgestellt werden. Ein gegebener Querschnitt durch die laminierte Schicht 33, etwa längs einer Ebene 4-4, weist somit einen Schließ(ungs)bereich (region of closure) auf. Beispielsweise ist eine Domäne in der "rechten" Richtung durch den oberen Leiterfilm 36a, in der "Abwärts"-Richtung durch die rechte Rand-Domäne, in der "linken" Richtung durch den unteren Leiterfilm 36b und in der "Aufwärts"-Richtung durch die linke Rand- Domäne gebildet. Damit wird in der Richtung I des gewünschten Flußleitens eine Achse hoher Permeabilität für ein Leiten bereitgestellt.
Mit anderen Worten: da die laminierte Ausführungsform Schließdomänen mit der korrekten Orientierung bereitstellt, tritt ein Magnetflußleiten inhärent durch Magnetisierungsdrehung anstatt durch Wandbewegung auf. Diese Konstruktion weist mithin eine hohe Eigen-Permeabilität auf; die Verwendung eines Werkstoffs eines großen Hk Werts für Köpfe für schmale Spuren ist dabei weniger dringend nötig.
Die Fig. 5A und 5B zeigen die homogene, "beschnittene" Ausführungsform des unteren Pols 12b in verschiedenen Fertigungsstufen, in der Richtung 5 in Fig. 2D gesehen. Die Herstellung des unteren Pols 12b erfolgt dadurch, daß zunächst durch Plattieren (Metallisieren) oder Aufsprühen (Kathodenzerstäubung) ein Material eines großen Hk-Werts, wie NixFeyCoz, in einer Dicke von 2 µm auf ein Substrat oder Plättchen 46 aufgebracht wird, um die Schicht 30 des großen Hk-Werts zu erzeugen. Das Plättchen 46 besteht typischerweise aus einem Alsimag-Verbundwerkstoff. Alsimag ist ein Warenzeichen der 3M Corporation in Minneapolis, Minnesota/USA, für deren aus Al&sub2;O&sub3; und Titancarbid geformte Verbundkeramikmaterialien. Eine 500 Å (50 nm) dicke nichtmagnetische Al&sub2;O&sub3;-Schicht 34 wird aufgesprüht, gefolgt vom Aufsprühen einer Keimschicht 48 aus einem Werkstoff eines kleinen Hk-Werts, wie NiuFevCow. Hierauf wird ein Photoresist 50 aufgetragen, um das Joch 16 festzulegen und nur dieses freizulegen; anschließend folgt ein etwa 4 µm dickes Plattieren mit NiuFevCow zur Fertigstellung der Schicht 32 des kleinen Hk-Werts. Danach wird der Photoresist 50 entfernt.
Im nächsten Schritt gemäß Fig. 5 erfolgt ein Ionenfräsen bzw. -strahlätzen (ion mill) am gesamten Pol 12b zum Abtragen von etwa 2 um des Werkstoffs. Hierdurch werden der Pol 12b von den anderen, auf dem Plättchen 46 geformten Polen getrennt und die Dicke der Schicht 32 des kleinen Hk-Werts auf die gewünschten bzw. vorgesehenen 2 µm verringert; dies geschieht alles in einem (einzigen) Schritt.
Eine Abwandlung dieser Technik, die weniger Bearbeitung zur Erzielung des gleichen Ergebnisses (d.h. zwei Schichten unterschiedlicher Hk-Werte, getrennt durch eine nichtmagnetische, elektrisch isolierende Schicht) erfordert, ist folgende: Die den großen Hk-Wert besitzende Schicht 30, die nichtmagnetische Schicht 34 und die Plattier-Keimschicht 48 werden unter Vakuum (z.B. durch Sprühen, Aufdampfen usw.) schichtabgelagert. Sodann wird die Schicht 32 des kleinen Hk-Werts durch eine Maske mit einer Überschußdicke aufplattiert. Nach dem Abziehen der Maske wird die extra dicke obere Schicht 32 selbst als Maske benutzt, um durch lonenfräsen oder -(strahl)ätzen ihre Geometrie in der unteren Schicht 30 zu formen. Die Überschußdicke ist so gewählt, daß die vorgesehene endgültige Dicke der oberen Schicht 32 erreicht ist, wenn die Ionenstrahlätzbehandlung der unteren Schicht 30 abgeschlossen ist.
Eine dritte Abwandlung, die einen noch geringeren Bearbeitungsaufwand benötigt, kann insbesondere dann angewandt werden, wenn keine isolierende Abstandhalterschicht erforderlich ist. Bei diesem Vorgehen wird die den großen Hk-Wert besitzende Schicht 30 aus NixFeyCoz durch eine Maske auf eine Keimschicht 48 aufplattiert. Sodann wird ggf. eine dünne (z.B. 500 Å (50 nm) dicke) nichtmagnetische Schicht 34 durch eine gleiche Maske hindurch auf die untere NixFeyCoz-Schicht aufplattiert. Schließlich wird die obere NiuFevCow-Schicht 32 durch die gleiche Maske hindurch aufplattiert. Die Maske wird abgezogen, und die Keinschicht 48 wird durch Ätzen entfernt.
Für die Herstellung der "beschnittenen" Ausführungsform nach Fig. 2D kann zunächst NiuFevCow durch eine Maske (hindurch) auf eine Keimschicht 48 aufplattiert werden, um eine Schicht zu bilden, die sich durch das gesamte Joch 16 hindurch, nicht aber in die Spitze 14 erstreckt. Nach dem Abziehen der Maske werden die nichtmagnetische Schicht 34 und eine Keinschicht im Vakuum aufgedampft. Es wird eine zweite Maske geformt, welche die Bereiche des Joches 16 und der Spitze 14 freilegt, worauf auf die (Oberseite der) NiuFevCow-Schicht eine NixFeyCoz-Schicht aufplattiert wird. Nach dem Abziehen der Maske werden dann die Keimschicht und die nichtmagnetische Schicht weggeätzt.
Eine Abwandlung des "Beschnitt"-Prozesses, die einen geringeren Bearbeitungsaufwand erfordert, kann eine dünne nichtmagnetische leitende Abstandhalterschicht zwischen den beiden NiFeCo-Legierungsschichten verwenden oder nicht verwenden. Lediglich im Jochbereich wird eine NiuFevCow-Schicht eines kleinen Hk-Werts über eine Maske auf eine Keimschicht aufplattiert. Auf die NiuFevCow- Schicht kann über die gleiche Maske eine nichtmagnetische Schicht aufplattiert oder nicht aufplattiert werden. Die Maske wird dann erneut belichtet und erneut entwickelt, um im Spitzenbereich 14 ein Fenster zu öffnen. Hierauf werden die NixFeyCoz-Schicht des großen Hk-Werts aufplattiert, die Maske abgezogen und die Keimschicht zur Fertigstellung des Pols 12 geätzt.
Die Bearbeitung ist bei der laminierten Ausführungsform gemäß den Fig. 6A und 6B ziemlich ähnlich. Die laminierte Schicht 33 wird jedoch durch abwechselndes Aufsprühen von etwa 100 - 1000 Å (10 - 100 nm) einer NiFeCo- Legierung als Leiterfilm 36 und von 10 - 100 Å (1 -10 nm) von Al&sub2;O&sub3; als Isolierfilm 38 bis zum Erreichen einer Gesamtdicke von etwa 1 - 2 µm erzeugt. Wenn die nichtmagnetische Schicht 34 gewünscht wird, wird an diesen Punkt eine dickere, 150 - 500 Å (15 - 50 nm) dicke Al&sub2;O&sub3;-Schicht durch Aufsprühen (Kathodenzerstäubung) abgelagert. Hierauffolgt ein Aufsprühen eines dünnen NiFeCo-Legierungsfilms, der als kein für das anschließende Aufplattieren einer 2 - 4 µm dicken homogenen Schicht 35 dient. Abgesehen von dieser Folge des abwechselnden Aufsprühens (sputtering) von Werkstoffen zur Bildung der laminierten Schicht 33 sind dabei keine weiteren größeren Prozeßschrittabwandlungen nötig.
Die vorstehende Beschreibung ist auf eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beschränkt worden. Ersichtlicherweise sind jedoch Änderungen und Abwandlungen der Erfindung möglich, mit denen einige oder alle ihre Vorteile erzielt werden (können). Die anhängenden Ansprüche sollen deshalb alle diese Änderungen und Abwandlungen, soweit sie innerhalb des eigentlichen Umfangs und Rahmens der Erfindung liegen, mit umfassen.

Claims

1. Magnetaufzeichnungskopf mit einem geschichteten Polglied (12a, 12b) mit einem relativ schmalen Spitzenteil (14) und einem relativ breiten Jochteil (16), wobei der Pol aufweist:

eine erste flußleitende homogene Schicht mit einer niedrigen Anisotropie (Hk) und einer hohen Permeabilität (µ),

eine zweite flußleitende geschichtete Schicht mit einer hohen Anisotropie (Hk) und einer niedrigen Permeabilität (µ),

eine Einrichtung zum Minimieren des Domänenflusses, der zwischen den beiden Schichten in dem Zwischenteil koppelt,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anisotropie und die erste Permeabilität der ersten Schicht (32, 35) gewählt sind, um das Verhalten des Polgliedes lediglich in dem Jochteil (60) zu optimieren,

daß die zweite Anisotropie und die zweite Permeabilität der zweiten Schicht (30, 33) gewählt sind, um das Verhalten des Polgliedes lediglich in dem Spitzenteil (14) zu optimieren, daß der Pol so gestaltet ist, daß die ersten und zweiten Schichten lediglich teilweise einander überlappen und daß die erste Schicht (32, 35) sich nicht vollständig in den Polspitzenteil erstreckt.

2. Magnetaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Minimieren des Domänenflusses, die die ersten und zweiten Schichten in dem Spitzenteil koppelt, eine nicht-magnetische Schicht (34) umfaßt, die zwischen den ersten (32, 35) und zweiten (30, 33) Schichten angeordnet ist.

3. Magnetaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schicht (30, 33) sich lediglich teilweise in den Jochteil (16) erstreckt.

4. Magnetaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite Schicht (30, 33) geschichtet ist.