DE69731177T2

DE69731177T2 - Dünnfilm-Magnetkopf und magnetische Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE69731177T2
Application number: DE69731177T
Authority: DE
Inventors: Matahiro Hitachi-shi Ibaraki Komuro; Tomohiro Hitachi-shi Ibaraki Okada; Masaaki Hitachi-shi Ibaraki Sano; Moriaki Hitachi-shi Ibaraki Fuyama; Hiroshi Hitachi-shi Ibaraki Fukui; Katsumi Hitachi-shi Ibaraki Hoshino; Takashi Hitachi-shi Ibaraki Kawabe; Yohji Iruma-shi Maruyama; Atsushi Hachioji-shi Nakamura; Miki Kokubunji-shi Hara; Noboru Tokorozawa-shi Shimizu; Nobuo Hitachi-shi Yoshida
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Japan Ltd; Hitachi Global Storage Technologies Inc
Current assignee: HGST Japan Ltd; HGST Inc
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2017-12-23
Also published as: KR100319035B1; EP0851411A2; KR19980064691A; SG55435A1; DE69731177D1; US6034847A; EP0851411B1; EP0851411A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung, bei der ein Computer und ein Informationsprozessor verwendet werden, und insbesondere einen geeigneten neuen Dünnfilm-Magnetkopf und einen Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung und Wiedergabe sowie magnetische Speicherausleseeinrichtungen.
Als Speichervorrichtungen (Aufzeichnungsvorrichtungen) in einer Informationsvorrichtung werden hauptsächlich eine Halbleiter-Speichereinrichtung und eine magnetische Speichereinrichtung verwendet. In Hinblick auf die Zugriffszeit wird die Halbleiter-Speichereinrichtung für eine interne Speichervorrichtung verwendet, und in Hinblick auf eine hohe Kapazität und die Nichtflüchtigkeit wird die magnetische Speichereinrichtung für eine externe Aufzeichnungsvorrichtung verwendet. Gegenwärtig sind die vorherrschenden magnetischen Speicher eine Magnetplatte und ein Magnetband. Bei den darin gebildeten Aufzeichnungsmedien ist ein magnetischer Dünnfilm auf einem Aluminiumsubstrat oder einem Harzband ausgebildet. Zum Schreiben magnetischer Informationen auf die Aufzeichnungsmedien wird eine Funktionseinheit mit einer elektromagnetischen Umwandlungsfunktion verwendet. Weiterhin wird eine Funktionseinheit, bei der ein Magnetowiderstandsphänomen oder ein Riesen-Magnetowiderstandsphänomen oder ein elektromagnetisches Induktionsphänomen verwendet wird, eingesetzt, um die magnetischen Informationen wiederherzustellen. Diese Funktionseinheiten sind in einem als Magnetkopf bezeichneten Ein/Ausgabeteil installiert.
Der Magnetkopf und das Medium werden zueinander bewegt, und ihre Funktion besteht darin, magnetische Informationen an beliebigen Positionen auf dem Medium zu schreiben und die magnetischen Informationen nach Bedarf elektrisch wiederherzustellen. Wenn als Beispiel eine Magnetplattenvorrichtung herangezogen wird, besteht der Magnetkopf aus einem Einschreibabschnitt zum Einschreiben magnetischer Informationen und einem Wiederherstellungsabschnitt. Der Einschreibabschnitt besteht aus einer Spule und Magnetpolen, die magnetisch gekoppelt sind und die Spule von oben und unten einschließen. Der Wiederherstellungsabschnitt besteht aus einem Abschnitt eines Elements mit einem Magnetowiderstandseffekt und Elektroden zum Leiten eines Konstantstroms zu dem Abschnitt des Elements mit einem Magnetowiderstandseffekt und zum Erfassen von Widerstandsänderungen. Zwischen dem Einschreibabschnitt und dem Wiederherstellungsabschnitt ist eine magneti sche Abschirmungsschicht bereitgestellt. Weiterhin sind diese Funktionseinheiten über eine Basisschicht auf einem Hauptkörper des Magnetkopfs ausgebildet. Die elektromagnetische Konvertierungsfunktion wird bei der Aufzeichnung verwendet, und der Magnetowiderstandseffekt wird bei der Wiedergabe verwendet, und eine Wiedergabe der magnetischen Informationen wird durch Erfassen des elektromagnetischen Induktionsstroms, der in einer Spule induziert wird, die in einem Schreibabschnitt eingerichtet ist, vorgenommen. In diesem Fall können die Aufzeichnung und die Wiedergabe in einem Funktionsteil ausgeführt werden.
Die Leistungsfähigkeit einer Speichervorrichtung wird durch die Geschwindigkeit beim Ein- und Ausgabevorgang und die Speicherkapazität bestimmt, und es ist zum Verbessern der Konkurrenzfähigkeit des Produkts unvermeidlich, die Zugriffszeit zu verkürzen und die Kapazität zu erhöhen. Zusätzlich ist die Verringerung der Größe der Speichervorrichtung wegen der Notwendigkeit, das Gewicht und die Größe einer Informationsvorrichtung zu verringern, in den letzten Jahren wichtig geworden.
Um diese Anforderung zu erfüllen, ist es erforderlich, eine magnetische Speichervorrichtung zu entwickeln, die eine große Menge an magnetischen Informationen auf ein einziges Aufzeichnungsmedium schreiben und von diesem wiederherstellen kann. Um diese Anforderung zu erfüllen, muß die Aufzeichnungsdichte der Vorrichtung erhöht werden. Um eine Aufzeichnung hoher Dichte zu verwirklichen, ist es erforderlich, die Größe der magnetischen Domänen klein zu machen. Dies kann erreicht werden, indem die Breite des Einschreib-Magnetpols schmal gemacht wird und die Frequenz des in der Spule 26 geleiteten Einschreibstroms erhöht wird.
Beim Wiedergabekopf sollte die Auflösung hoch sein, um eine hohe Aufzeichnungsdichte zu verwirklichen, und die Spaltlänge und die Spurbreite müssen schmal sein, um den Streufluß an der Polspitze im Aufzeichnungskopf zu minimieren. Wenn die Spaltlänge und die Spurbreite gering werden, nimmt die Flußstreuung zwischen den Polspitzen ab. Bei einem zusammengesetzten Kopf, bei dem eine MR- oder GMR-Membran in einem Wiedergabeabschnitt bereitgestellt ist, sind der Wiedergabeabschnitt und der Aufzeichnungsabschnitt in der Aufzeichnungsvorrichtung kombiniert. Ein unterer Magnetfilm des Aufzeichnungsabschnitts wird auch als Abschirmmembran des Wiedergabeabschnitts verwendet. Dadurch wird der Herstellungsprozeß vereinfacht, und diese Einrichtung kann auf demselben Aufhängungssystem eingerichtet werden. Seitenränder und Hochfrequenzeigenschaften werden bei einem schmalspurigen Aufzeichnungskopf zu einem Problem, wobei die minimale Spurbreite durch das Magnetfeld des Seitenrands bestimmt ist. Das Problem des Magnetfelds des Seitenrands kann in gewissem Maße verhindert werden, indem der untere Magnetfilm eingekerbt wird und eine auf einem Sockel stehende Polspitze gebildet wird. Es ist in dem US-A-5 438 747 entsprechenden offengelegten japanischen Patent 7-262519 dargestellt, daß der Sockel an der Polspitze bereitgestellt ist, um den Seitenrand zu verkleinern. Weiterhin ist an der Polspitzenschicht des Sockels ein Material mit einem hohen magnetischen Sättigungsmoment bereitgestellt, und es wurde erklärt, daß für das Material mit dem niedrigen Sättigungsmoment Permalloy verwendet wurde. Das heißt, daß der untere Magnetfilm zwei Schichten mit einem hohen magnetischen Sättigungsmoment und einem niedrigen magnetischen Sättigungsmoment aufweist. Es wurde jedoch nichts über den spezifischen Widerstand des Magnetfilms ausgesagt. Wenn demgemäß eine Hochfrequenzaufzeichnung erwogen wird, ist die vorstehende Erfindung nicht zufriedenstellend, und der spezifische Widerstand und die Sättigungsflußdichte werden bedeutsam.
Weiterhin kann gemäß dem vorstehend erwähnten Stand der Technik, wenn die Magnetpolbreite lediglich 2,5 μm beträgt und die Frequenz auf etwa 90 MHz erhöht wird, eine Speicherdichte von 13 Gb/cm² (2 Gb/Zoll²) erhalten werden. Selbst wenn eine hohe Dichte erforderlich ist, tritt jedoch das folgende Problem auf, und es wurde klar, daß sich eine höhere Dichte nicht erreichen läßt.
Hierbei treten ein Problem, das sich auf die Herstellungstechnologie für das Verringern der Breite des Magnetpols bezieht, und ein magnetisches Problem, das beim Verringern der Breite des Magnetpols vorgefunden wird, auf. Zuerst wird das bei der Herstellung auftretende Problem beschrieben. Der einen Magnetspalt bildende Magnetpol erzeugt ein Magnetfeld (Streumagnetfeld), das erforderlich ist, um Änderungen der Magnetisierung des Aufzeichnungsmediums zu ermöglichen. Dieses Magnetfeld wird durch einen als magnetische Koerzitivkraft des Aufzeichnungsmediums bezeichneten magnetischen Parameter bestimmt, und es muß bei einem für eine moderne Aufzeichnung hoher Dichte geeigneten Medium stark sein. Dementsprechend sollte das Volumen des Magnetpolteils nicht verringert werden, um ein starkes Magnetfeld bereitzustellen. Das heißt, daß der Magnetpol selbst dann nicht zu dünn sein sollte, wenn die Breite des Magnetpols verringert wird.
Das Material, das im allgemeinen für Magnetpole verwendet wird, ist eine NiFe-Legierung. Für dieses Material ist das reaktive Trockenätzen schwierig. Daher können Magnetpole nicht aus Dickfilmen gebildet werden. Aus diesem Grund wird es bei der Herstellung der Magnetpole geformt, und es wird ein Galvanisierverfahren verwendet. Beim Galvanisierverfahren wird es vorab mit einem Resistmuster maskiert, und NiFe wird selektiv nur auf dem Magnetpolteil, der aus dem elektrischen Pol für eine Galvanisierung heraussteht, gezüchtet. Dementsprechend muß zum Bilden eines sehr kleinen Magnetpolmusters, das weniger als 2 μm aufweist, vorab ein Resistmuster mit einer Breite von weniger als 2 μm gebildet werden.
Es sei bemerkt, daß die Dicke des Maskenmusters höher sein muß als eine Galvanisierungshöhe, um eine Funktion als Maskierung beim Galvanisieren aufrechtzuerhalten. Das Galvanisiermaskenmuster, das Einschränkungen für die Höhe und die Breite aufweist, wird mit einem Näherungsbelichtungsverfahren gebildet. Die Auflösungsgrenze für dieses Verfahren beträgt jedoch etwa 2 μm (wenn die Dicke etwa 5 μm beträgt), und es kann kein Muster gebildet werden, das kleiner als diese Auflösungsgrenze ist (das kostspielige Herstellverfahren der Röntgenlithographie wird hier nicht betrachtet). Daher ergibt sich das Problem, daß durch das herkömmliche Verfahren kein Magnetkopf für eine Aufzeichnung hoher Dichte hergestellt werden kann.
Es ist bei der Konfiguration des vorstehend erwähnten Magnetkopfs überdies weithin bekannt, daß ein Magnetpfadwiderstand in der Nähe des Spalts zunimmt, wenn die Breite des Magnetpols verringert wird. Daher fließt, wenn die Breite des Magnetpols verringert wird, ein magnetischer Fluß in dem unteren Magnetfilm von dem oberen Magnetfilm, wobei das erforderliche Magnetfeld in dem Spaltbereich nicht vorhanden ist, was problematisch ist.
Falls die Schreibfrequenz jedoch erhöht wird, um eine hoch-dichte Aufzeichnung zu verwirklichen, ergibt sich das Problem, daß die Schreibwirksamkeit abnimmt. Das heißt, daß es wahrscheinlich ist, daß Wirbelströme im Magnetpolbereich auftreten, daß der Magnetpfadwiderstand hierdurch erhöht wird und daß die Schreibwirksamkeit abnimmt.
Die Ursache für das Auftreten des Wirbelstroms besteht darin, daß der Magnetspalt zuerst nur an der Metallmembran gebildet wird und daß der magnetische Pfad dann nicht mit einer Membran mit einem hohen Widerstand oder einer amorphen Membran gebildet werden kann, wodurch ein kleiner Wirbelstrom induziert wird. Ein häufiger Schwachpunkt des herkömmlichen Magnetkopfs, bei dem der Magnetpol unter Verwendung eines Galvanisierverfahrens hergestellt wird, besteht darin, daß der magnetische Pfad nicht mit einer Membran mit einem hohen Widerstand oder einer amorphen Membran gebildet werden kann, welche einen geringen Wirbelstrom erzeugt.
In WO 92/16935 ist ein Dünnfilm-Magnetkopf offenbart, der die im ersten Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale aufweist. Dabei sind der obere und der untere Magnetfilm jeweils aus mehreren abwechselnden Schichten unterschiedlichen spezifischen Widerstands laminiert.
EP 0 678 855 A1 offenbart eine magnetische Speichervorrichtung mit einem Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe, der bei einer Aufzeichnungsfrequenz von 67,5 MHz arbeitet.
EP 0 222 183 A2 offenbart einen Dünnfilm-Magnetkopf mit einem oberen und einem unteren konvex geformten Magnetfilm, die auf entgegengesetzten Seiten einer nicht-magnetischen Spaltschicht angeordnet sind, wobei sie jeweils aus mehreren Schichten bestehen.
JP 05 120630 A offenbart ein Dünnfilm-Magnetkopf mit einem oberen und einem unteren Magnetfilm mit einer dazwischenliegenden Spaltschicht, wobei der obere Film aus zwei Schichten besteht, von denen diejenige, die näher bei der Spaltschicht liegt, eine höhere Sättigungsflußdichte aufweist als die andere.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dünnfilm-Magnetkopf einen Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe und eine magnetische Speichervorrichtung bereitzustellen, wobei die Verschlechterung der Aufzeichnungsleistung bei der Hochfrequenzaufzeichnung verhindert ist.
Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 definierten Magnetkopf, den in Anspruch 4 definierten Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe und die in Anspruch 6 definierte magnetische Speichervorrichtung gelöst.
Aufzeichnungskopf
Bei dem Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, daß der untere Magnetfilm als Abschirmmembran für einen Wiedergabekopf in der Art eines MR- oder GMR-Kopfs dient, daß eine nicht-magnetische Spaltmembran zwischen dem oberen Magnetfilm und dem unteren Magnetfilm ausgebildet ist, daß ein Teil des unteren Magnetfilms oder des oberen Magnetfilms durch einen Trockenprozeß, wie ein Sputterverfahren oder ein Vakuumaufdampfen, gebildet wird, daß ein spezifischer Widerstand von vorzugsweise mehr als 80 μΩcm bereitgestellt wird, daß eine Flamme einer Galvanisiermembran aus SiO₂ gebildet wird, daß ihre Breite die Spurbreite für die Aufzeichnung festlegt und daß die Spurbreite kleiner als 1,5 μm ist.
Es ist erwünscht, daß ein Magnetfilm mit einem hohen spezifischen Widerstand von mehr als 80 μΩcm eine Sättigungsflußdichte von mehr als 1,5 T aufweist, daß das Ende des Magnetfilms über bzw. unter der Spaltmembran durch RIE verarbeitet wird und daß die Breite eines Magnetfilms über bzw. unter der Spaltmembran angeordnet wird.
Weiterhin ist es erwünscht, daß der Betrag der Magnetostriktionskonstanten eines Magnetfilms mit einem hohen spezifischen Widerstand von mehr als 80 μΩcm höchstens 1 × 10^–7 beträgt und daß die Filmdicke des oberen und des unteren Magnetfilms von mehr als 0,5 μm mit einer Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand gebildet wird. Es ist erwünscht, daß ein Teil des Magnetfilms mit einem hohen spezifischen Widerstand breiter ist als ein Teil des Magnetfilms mit dem niedrigen spezifischen Widerstand, wenn die Breite der Magnetfilme von einer Seite betrachtet wird.
Es ergibt sich beim Erhöhen der Oberflächen-Aufzeichnungsdichte die Tendenz, daß die Aufzeichnungsfrequenz der Magnetplatteneinheit zunimmt, und es wird weiterhin, wenn die Aufzeichnungsfrequenz 100 MHz übersteigt, der Wirbelstromverlust des Magnetfilms groß, und die Aufzeichnungseigenschaften verschlechtern sich. Wenn die Spurbreite 2 μm beträgt, die Spaltlänge 0,3 μm beträgt und die Sättigungsflußdichte des Ma gnetfilms 1,0 T beträgt, wird die magnetische Feldstärke höher, wenn der spezifische Widerstand des Magnetfilms unter einer Hochfrequenzbedingung von 100 MHz oder mehr höher wird, und er wird geeigneterweise höher als 80 μΩcm. Es ist anhand dieses Berechnungsergebnisses verständlich, daß eine Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des Magnetpols, insbesondere ein Ende des Magnetfilms, verwendet werden muß. Weiterhin ist es zum Verringern des Rauschens nach dem Schreiben bevorzugt, die Magnetostriktionskonstante des Magnetfilms auf höchstens 1 × 10^–7 zu legen. Weiterhin ist es, um einen dünnen Magnetfilm zu erreichen und seine Sättigung zu verhindern, bevorzugt, daß die Sättigungsflußdichte des Magnetfilms mindestens 1,5 T beträgt.
Vergleicht man die Konfiguration der in 3 dargestellten Schwebeseite mit der gegenwärtig massenproduzierten Kopfkonfiguration, so wird klar, daß ein höherer Bs-Wert des Magnetfilms 5 und des Magnetfilms 1, der in Kontakt mit der Spaltmembran 4 steht, und ein hoher spezifischer Widerstand ρ des Magnetfilms 5 und des Magnetfilms 12, der fern von der Spaltmembran ist, zu einem hohen Magnetfeldgradienten und zu guten Hochfrequenzeigenschaften beitragen. Falls alle vorstehend erwähnten Magnetfilme so hergestellt werden können, daß sie einen hohen Bs-Wert, einen hohen ρ-Wert, einen niedrigen Lambda-Wert, einen niedrigen Hk-Wert und eine Einzelschichtmembran aufweisen, wird ein Aufzeichnungskopf bereitgestellt, der eine hohe Magnetfeldstärke und gute Hochfrequenzeigenschaften aufweist, es ist jedoch schwierig, einen Magnetfilm mit diesen Eigenschaften in Massen zu produzieren. Daher kann ein Magnetkopf mit guten Aufzeichnungseigenschaften unter Verwendung des Materials, das in Massen produziert werden kann, bereitgestellt werden, indem der Magnetfeld in der Nähe des Spalts mit einem hohen Bs-Wert versehen wird und ein Teil des Magnetpols oder der ganze Magnetpol fern von dem Spalt aus einem magnetischen Material mit einem hohen ρ-Wert gebildet wird. Es ist schwierig, mit einem Galvanisierverfahren eine (etwa 3 μm) dicke Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte mit diesen Eigenschaften und eine Membran, die aus einem 3D-Übergangsmetall mit einer kleinen Magnetostriktionskonstanten (höchstens 1 × 10^–7) besteht, herzustellen. Falls jedoch ein Sputterverfahren verwendet wird, werden bei einem Magnetfilm mit diesen Eigenschaften Sauerstoff und Stickstoff in der Fe-Reihe, der FeCo-Reihe und der FeNiCo-Reihe hinzugefügt, und es wird möglich, die Magnetostriktionskonstante unter Verwendung anderer Legierungselemente zu steuern. Falls das Sputterverfahren verwendet wird, können Wirbelströme klein gemacht werden, indem ein mehrschichtiger oder gemischtschichtiger Film mit der Membran aus einer ferromagnetischen Legierung der Fe-Reihe, der FeCo-Reihe oder der FeNiCo-Reihe mit einem Oxid, wie Al₂O₃ und SiO₂, gebildet wird. Dies ist schwieriger als in dem Fall, in dem das Galvanisierverfahren verwendet wird, um diese Magnetfilme nur mit der durch ein Sputterverfahren hergestellten Membran zu bilden und um sie weiter mit der schmalen Spur (vorzugsweise weniger als 1,5 μm) zu versehen, und es ist wirksamer, mit einem Galvanisierverfahren den Teil herzustellen, der in Kontakt mit der Spaltmembran zumindest des Inneren des auf der Spaltmembran gebildeten oberen Magnetfilms (UP) gelangt (in etwa mit dem 3-Fachen der Spaltlänge).
Die magnetische Feldstärke, die eines der Funktionsmerkmale des Aufzeichnungskopfs ist, wird höher, indem ein Teil, der dem Spalt in dem Kern am nächsten liegt, mit einem hohen Bs-Wert versehen wird, statt daß ein ferner Teil von dem Spalt mit einem hohen Bs-Wert versehen wird. Insbesondere ist es, weil die Magnetisierungseigenschaften des Magnetfilms in der Nähe der Schwebeseite des Spalts die Funktionsweise beeinflussen, wirksam, wenn der Aufzeichnungskopf mit einer geringen Spurbreite (weniger als 1,5 μm) eine Konfiguration hat, bei der der Teil, der in Kontakt mit der Spaltmembran der Schwebeseite (der Umgebung des Spalts) gelangt, mit einem hohen Bs-Wert versehen wird, und der Teil mit Ausnahme der Membran mit dem hohen Bs-Wert mit einem hohen ρ-Wert versehen wird (selbst ein niedriger Bs-Wert ist gut). Bei Betrachtung von der Schwebeseite muß die Breite des Magnetfilms in Kontakt mit der Spaltmembran dem Wert der Spurbreite entsprechen. Wenn der Magnetfilm durch das Galvanisierverfahren hergestellt wird, entscheidet der Abstand der Galvanisierflamme über die Breite der Galvanisiermembran und damit die Spurbreite, und es wird dadurch möglich, die Galvanisiermembran mit einer Breite von 0,3–1,5 μm zu versehen.
Weiterhin lassen sich bei dem Galvanisierverfahren Fe, Ni, Co und diese binäre oder ternäre Legierungsmembran leicht bilden und auch die Membran (CoNiFe-Legierung, NiFe-Legierung) mit einem hohen Bs-Wert (1,5 T oder größer) bilden und kann die Galvanisiermembran auf einen Teil des Magnetkerns aufgebracht werden, der in Kontakt mit der Spaltmembran gelangt, der über die Spurbreite entscheidet, oder in der Nähe der Spaltmembran aufgebracht werden. Wenn sie nur aus dem ferromagnetischen chemischen Element besteht, beträgt der spezifische Widerstand ρ dieser Galvanisiermembran in etwa 50 μΩcm, und der spezifische Widerstand ρ der Membran mit einem Bs-Wert von mehr als 1,3 T durch Hinzufügen eines ternären Übergangsmetallelements beträgt etwa 60 μΩcm, und der spezifische Widerstand ρ der Galvanisiermembran mit einem Bs-Wert von mehr als 0,9 T durch Hinzufügen eines Metallelements wird etwa 100 μΩcm. Eine Membran mit einem hohen Bs-Wert ist für einen Magnetfilm 1 und 5 in 3 erforderlich, wie vorstehend erwähnt wurde, und falls der spezifische Widerstand ρ der Magnetfilme 12 und 5 einen hohen Wert annimmt, braucht der spezifische Widerstand ρ der Magnetfilme 1 und 5 nicht hoch zu sein. Wie in 1 dargestellt ist, wird eine Membran durch das Sputterverfahren in einem Teil eines unteren Magnetfilms 11 mit einem hohen spezifischen Widerstand (80 μΩcm oder mehr), einem hohen Bs-Wert von > 1,5 T und einer Magnetostriktionskonstanten (Betrag) 1 × 10^–7 gebildet und wird ein nicht-magnetischer Film mit 0,1 bis 0,2 μm darauf durch ein Sputterverfahren als Spaltmembran 4 gebildet. Eine Grundlage 3 der Galvanisiermembran wird zusätzlich durch das Sputterverfahren gebildet. Diese Grundlage 3 kann mit einer Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand gebildet werden. Eine Resistflamme 2 wird auf der Grundlage 3 gebildet, und der obere Magnetfilm wird mit dem Galvanisierverfahren gebildet. Die Spurbreite wird durch den Abstand zwischen den Flammen festgelegt und durch ein Flammengalvanisierverfahren mit einer Schwankung von 0,5 μm definiert. Überdies können die Seitenränder bei Maskierung mit einem oberen Magnetfilm 1 durch ein Trockenätzverfahren, wie Ionenstrahlätzen oder RIE (reaktives Ätzen) reduziert werden, indem ein Teil der Grundlage 3, der Spaltmembran 4 und des unteren Magnetfilms (der oberen Abschirmmembran von MR und GMR) ohne ein Wiederanhaften entfernt wird. Die Filmdicke der Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand kann die Beeinträchtigung der magnetischen Feldstärke, d. h. der Aufzeichnungsleistung in einem Hochfrequenzbereich verringern, indem sie mindestens auf das 0,5 bis 3-Fache der Filmdicke der Spaltmembran gelegt wird. Anders als in 1 werden die Membranen über und unter dem Spalt 4 (der untere Magnetfilm 5 und der obere Magnetfilm 1) durch das Galvanisierverfahren gebildet, und die Aufzeichnungsleistung kann erhöht werden, indem die Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand breiter und dicker gemacht wird als diejenige des unteren Magnetfilms 5 oder des oberen Magnetfilms 1. Es wird beispielsweise möglich, daß eine Membran 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand durch das Sputterverfahren auf einem Teil der Flamme und auf dem oberen Magnetfilm 1 gebildet wird. In diesem Fall wird die Spaltmembran mit einem elektrisch leitfähigen nicht-magnetischen Film (Cr-Legierung usw.) versehen. Überdies besteht die Flamme aus Oxid, wie SiO₂, wird der Flammenentfernungsprozeß nicht angewendet, wie in 1 dargestellt ist, und wird ein Herstellungsverfahren verwendet, bei dem die Flamme auf der Schwebeseite verbleibt. Für die Galvanisierflamme kann Resist verwendet werden. 4 zeigt eine ähnliche Konfiguration wie 1, und es wird eine dünne Membran 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand und einem hohen Bs-Wert durch das Galvanisierverfahren auf dem Spalt 4 gebildet. Die Filmdicke liegt zwischen der Hälfte und dem Dreifachen des Spalts, und falls der Film mit einer in diesem Bereich liegenden Dicke hergestellt wird, tritt die Wirkung des hohen spezifischen Widerstands in der Aufzeichnungsleistung deutlich auf, und das Galvanisierverfahren wird auch möglich. Diese Galvanisiermembran 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist eine Membran aus einer ferromagnetischen Legierung mit chemischen Elementen, wie P, B, O usw.
Da es schwierig ist, die Membran mit einem hohen Bs-Wert, einem niedrigen Hk-Wert, einem hohen ρ-Wert und einem niedrigen λ-Wert durch diese Galvanisierverfahren herzustellen, ist es durch die Verwendung des in 5 dargestellten Sputterverfahrens möglich, einen Teil 11 der oberen Abschirmmembran und einen Teil 12 des oberen Ma gnetfilms mit der Membran mit hohem spezifischen Widerstand (mindestens 80 μΩcm) bereitzustellen.
In 5 werden der Magnetfilm 13 und der Magnetfilm 14 über und unter der Spaltmembran mit einem Galvanisierverfahren hergestellt. Der Bs-Wert des oberen Magnetfilms 13 und 14 ist höher als der Bs-Wert der durch die Sputterverfahren hergestellten Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand (ein Teil 11 der Abschirmmembran und ein Teil des oberen Magnetfilms). Die magnetische Feldstärke des Spalts wird hoch, indem der Bs-Wert des Magnetfilms in der Nähe der Spaltmembran auf einen hohen Wert gelegt wird, und die Hochfrequenzeigenschaften werden dadurch verbessert, daß der Magnetfilm (11, 12) mit einem hohen ρ-Wert durch das Sputterverfahren hergestellt wird. Weiterhin ist es, wie in 5 dargestellt ist, charakteristisch, daß die Breite des Magnetfilms 13 und der Spaltmembran 14 (bei Betrachtung von der Schwebeseite) geringer ist als die Breite des Magnetfilms (11 und 12) in einer Entfernung von der Spaltmembran 14, wodurch der Magnetfeldgradient des Aufzeichnungskopfs groß gemacht werden kann.
Der Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung wird hergestellt, indem der Magnetfilm des Spaltabschnitts sandwichförmig mit den konvexen Magnetpolen angeordnet wird, die einander zugewandt sind, wie vorstehend erwähnt wurde.
In bezug auf die Magnetpolkonfiguration des Kopfs des Magnetkerns, wobei der obere Magnetkopf in einer Fläche freigelegt ist, die den Aufzeichnungsmedien nahe kommt, sei bemerkt, daß der obere Magnetpol eine konvexe Konfiguration aufweist und gegen den unteren Magnetpol konvex wird, daß der untere Magnetpol eine konvexe Konfiguration aufweist und gegen den oberen Magnetpol konvex wird und daß die konvexen Abschnitte des oberen Magnetpols und des unteren Magnetpols einander zugewandt sind und daß die Breitenmitte des konvexen Teils des oberen Magnetpols und die Breitenmitte des konvexen Teils des unteren Magnetpols auf einer Linie angeordnet sind und daß es erwünscht ist, die Höhe des konvexen Teils, verglichen mit seiner Breite, gering zu machen. Es ist erwünscht, den Aufzeichnungskopf der vorliegenden Erfindung durch den folgenden Prozeß herzustellen:

(1) Nachdem das untere Magnetpolmaterial auf die Magnetkopf-Grundlagenkonfiguration laminiert wurde, wird der nicht-magnetische Isolierfilm laminiert und weiter das Material laminiert, das den konvexen Teil des oberen Magnetpols bildet.
(2) Ein Resistmuster wird unter Verwendung eines Lithographieverfahrens in einem Bereich gebildet, der dem konvexen Teil des oberen Magnetpols bei der vorstehend erwähnten Laminierkonfiguration entspricht.
(3) Unter Verwendung des konvexen Teils des oberen Magnetpols und des erwähnten Resistmusters als Masken wird der konvexe Teil in dem unteren Magnetpol durch Ätzen des nicht-magnetischen Isolierfilms und des unteren Magnetpols gebildet.
(4) Nachdem das Element gebildet wurde, das zu einem konvexen Teil des oberen und des unteren Magnetpols geworden ist, wird eine nicht-magnetische und isolierende Membran auf die gesamte Oberfläche laminiert und ein Film mit einer Dicke, die den konvexen Teil in einem Bereich außerhalb des konvexen Teils übersteigt, laminiert.
(5) Durch Bilden eines das obere Magnetpolelement bildenden restlichen Elements wird der obere Magnetpol gebildet, um den konvexen Teil talförmig zu machen.
(6) Die nicht-magnetische und isolierende Membran wird so bearbeitet, daß sie flach wird, und ein Teil des den konvexen Teil bildenden Elements wird auf einer flachen Fläche freigelegt.
(7) Es wird das restliche das obere Magnetpolelement bildende Element gebildet.

Wiedergabekopf
Der Wiedergabekopf gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Element mit einem Magnetowiderstandseffekt, die weichmagnetische Membran und die hartmagnetische Membran, deren Magnetfeldrichtungen um 90 Grad zueinander geneigt sind, wobei das Magnetfeld des eine freie Schicht bildenden Magnetfilms infolge des Magnetfelds vom Aufzeichnungsmedium um 0–180 Grad von dem Magnetfeld des eine feste Schicht bildenden Magnetfilms abweichen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung verwendet und der Magnetkopf der magnetischen Aufzeichnungsvorrichtung zum Erreichen einer hohen Aufzeichnungsdichte mit dem einen Magnetowiderstandseffekt aufweisenden Element versehen, wobei der Riesen-Magnetowiderstandseffekt verwendet wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die antiferromagnetische Membran, die eine Austauschkopplungs-Vorspannung erzeugt, durch direktes Laminieren der magnetischen Membran entwickelt werden sollte. Zum Lösen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird zunächst die Hauptkomponente der antiferromagnetischen Membran aus Chrom und Mangan hergestellt.
Zweitens werden zum Verbessern der Eigenschaften durch Hinzufügen eines Elements der Platinoxidgruppe, Gold, Silber, Kupfer, Nickel und Kobalt oder mehrerer chemischer Elemente, die aus ihnen ausgewählt sind, um die Zellkonstante zu vergrößern, wobei die raumzentrierte kubische Struktur dieser Konfiguration konstant gehalten wird, die Größe des Austauschkopplungs-Magnetfelds und die Temperatureigenschaften verbessert. Drittens wird zum Erhöhen der Größe einer im ferromagnetischen Körper und der antiferromagnetischen Substanz auftretenden Richtungsanisotropie der ferromagnetische Körper mit Kobalt oder einer Kobalt als Hauptkomponente aufweisenden Kobaltlegierung versehen. Eine CoFeNi-Legierung ist eine gute Kobaltlegierung, wenn sie als weichmagnetisches Material verwendet wird, und weiterhin ist eine CoPt-Legierung eine gute Kobaltlegierung, wenn sie für ein Material mit einer hohen Koerzitivkraft verwendet wird. Viertens wird zum Harmonisieren einer Anisotropierichtung eine Wärmebehandlung ausgeführt. Fünftens ist eine Spin-Valve-Membran mit einem Magnetowiderstandseffekt besonders wirksam. Die hartmagnetische Schicht, die in Kontakt mit der antiferromagnetischen Schicht gelangen soll, wird mit einem Laminatkörper aus drei oder mehr hartmagnetischen Schichten hergestellt, und die Gesamtdicke soll mindestens 3 nm betragen, so daß eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Magnetowiderstandseffekts durch Wärme verhindert werden kann.
Weil gemäß der vorliegenden Erfindung bei der magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung das vorstehend erwähnte Element mit einem Magnetowiderstandseffekt im Wiedergabeteil verwendet wird, wird die Aufzeichnungsdichte, insbesondere die Aufzeichnungswellenlänge bei der Aufzeichnung auf einem hohen Aufzeichnungsmedium gering, und die Breite der Aufzeichnungsspur wird bei einer ausreichenden Wiedergabekapazität gering, und die Aufzeichnung kann auch beibehalten werden.
Demgemäß wird bei dem einen Magnetowiderstandseffekt aufweisenden Element gemäß der vorliegenden Erfindung eine feste Vormagnetisierung oder eine Vormagnetisierung in Längsrichtung mit der antiferromagnetischen Substanz aus einer Chromgruppenlegierung oder der antiferromagnetischen Substanz einer Legierung der Mn-Gruppe und dem ferromagnetischen Körper aus der Kobaltreihe verwirklicht. Weiterhin besteht die in Kontakt mit der antiferromagnetischen Membran stehende hartmagnetische Schicht aus dem Laminatkörper mit drei oder mehr Schichten der hartmagnetischen Schicht, beispielsweise Co/NiFeCr/Co, und die Gesamtdicke beträgt mindestens 3 nm oder vorzugsweise 3 bis 20 nm. Dadurch wird das Spin-Valve-Element mit einem Magnetowiderstandseffekt mit einem hohen Widerstandsänderungsfaktor, einem großen Austauschkopplungs-Magnetfeld und einer hohen thermischen Stabilität verwirklicht, und es können das Element mit einem Magnetowiderstandseffekt, das eine gute Empfindlichkeit zusammen mit einer Zuverlässigkeit aufweist, der Magnetkopf und die magnetische Aufzeichnungsvorrichtung mit der hohen Aufzeichnungsdichte erhalten werden.
Der Wiedergabekopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Magnetsensor, der den ferromagnetischen Körper und die antiferromagnetische Substanz aufweist, die an dem ferromagnetischen Körper haften, wobei wenigstens ein Teil der antiferromagnetischen Substanz, die eine Anisotropierichtung in dem ferromagnetischen Körper erscheinen läßt, aus einer CrMn-Legierung besteht und wenigstens ein Teil, der an der antiferromagnetischen Substanz des ferromagnetischen Körpers haftet, aus Co oder einer Co-Legierung besteht.
Weiterhin ist der Wiedergabekopf gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß er eine antiferromagnetische Schicht aufweist, die in Kontakt entweder mit der ersten oder der zweiten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers steht, die durch die nicht-magnetische Metallschicht und die antiferromagnetische Schicht getrennt sind, wobei die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers, wenn das angelegte Magnetfeld null ist, die Magnetisierungsrichtung der zweiten Schicht schneidet, und daß die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht festgelegt ist oder nicht festgelegt ist und daß der Wiedergabekopf gemäß der vorliegenden Erfindung weiter eine Einrichtung, die bewirkt, daß das einen Magnetowiderstandseffekt aufweisende Element einen Strom erzeugt, und eine Einrichtung zum Erfassen der Änderung des elektrischen Widerstands des Magnetowiderstandssensors infolge einer Drehung der Magnetisierung der ersten Schicht als Funktion des erfaßten magnetischen Felds aufweist, wobei die erste und die zweite magnetische Schicht aus Co oder einer Co-Legierung bestehen und die antiferromagnetische Schicht aus einer CrMn-Legierung besteht.
Das einen Magnetowiderstandseffekt aufweisende Element ist aus der weichmagnetischen Schicht/der nicht-magnetischen Schicht/der hartmagnetischen Schicht/der antiferromagnetischen Schicht aufgebaut, und der Magnetowiderstandseffekt tritt vorzugsweise so auf, daß die Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht entsprechend dem äußeren Magnetfeld gedreht wird und daß sich der relative Winkel mit der Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht ändert.
Eine 30–70 at% Mn enthaltende Legierung ist für die CrMn-Legierung erwünscht, und es kann zumindest eines von Co, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os und Re in einem Gesamtanteil von 0,1–30 at% vorhanden sein.
Die hartmagnetische Schicht besteht aus dem laminierten Körper mit dem Co- oder Co-Legierungsfilm auf beiden Seiten oder dem Ni-Legierungsfilm, und die antiferromagnetische Schicht besteht aus der CrMn-Legierung oder der CrMnX-Legierung, wobei X wenigstens ein ausgewähltes aus der aus Co, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os und Re bestehenden Gruppe ist und sein Gesamtanteil vorzugsweise 0,1–30 at% beträgt.
Weiterhin wird gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die magnetische Speichervorrichtung mit einer Atmosphärentemperatur von 100°C oder mehr behandelt, ist die in einer Richtung auftretende Anisotropie, die im Laminataufbau der hartmagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht auftritt, in etwa gleich der Richtung des Magnetfelds, das durch den im Magnetismussensor fließenden elektrischen Strom erzeugt wird, und wird der Polarisierungsprozeß bei der Abkühlung ausgeführt, während auf eine niedrigere Temperatur als die Blockiertemperatur abgesenkt wird, wobei die in einer Richtung auftretende Anisotropie verschwindet, und das Magnetfeld angelegt wird.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung wünschenswert, zumindest eine der folgenden Bedingungen zu erfüllen:
Die Sättigungsflußdichte der zweiten hartmagnetischen Schicht ist kleiner als die Sättigungsflußdichte der ersten und der zweiten hartmagnetischen Schicht.
Die Dicke der hartmagnetischen Schicht beträgt 3 nm bis 20 nm. Die zweite hartmagnetische Schicht besteht aus 50–85 at% Nickel, 15–20 at% Eisen, und der Rest ist aus wenigstens einem aus der Gruppe ausgewählt, die aus Chrom, Vanadium, Titan, Kupfer, Gold, Silber, der Platinoxidfamilie, Tantal, Niob, Zirconium und Hafnium besteht, so daß davon insgesamt höchstens 35% enthalten sind, und die Sättigungsflußdichte ist kleiner als 0,9 Tesla.
Wenigstens eine von der ersten und der dritten hartmagnetischen Schicht besteht aus dem magnetischen Material, dessen Sättigungsflußdichte mindestens 1,0 Tesla beträgt und das Co als Hauptkomponente enthält.
Die antiferromagnetische Membran aus einer Cr-Legierung ist so aufgebaut, daß das Kristallgitter der raumzentrierten kubischen Struktur oder der CsCl-Konfiguration im Bereich von 0,1 bis 10% verzerrt ist.
Der antiferromagnetische Film aus einer Cr-Legierung wird durch eine Wärmebehandlung verzerrt.
Die Co-Legierung besteht aus Co, Ni und Fe, und ihre Zusammensetzung ist durch 30 bis 98 at% Co, 0 bis 30 at% Ni und 2 bis 50 at% Fe, insbesondere 85 bis 95 at% Co, 5 bis 15 at% Fe oder 50 bis 70 at% Co, 10 bis 30 at% Ni und 5 bis 20 at% Fe gegeben.
Die Co-Legierung besteht aus Co, Ni, Fe und einem zusätzlichen Element X, und Co, Ni und Fe weisen insgesamt 70 bis 98 at% auf, und das X weist 2 bis 30 at% auf und ist durch eines oder mehrere von Cu, Cr, V, Ti, Ta, Nb, Zr, Hf und der Platinoxidfamilie gegeben. Der Oxidfilm wird durch eine Wärmebehandlung, eine Filmbildungstechnologie oder eine Ionenimplantation usw. auf der Oberfläche der antiferromagnetischen Membran aus einer Cr-Legierung gebildet.
Die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers wird dadurch festgelegt, daß die magnetische Schicht des ferromagnetischen Körpers eine höhere Sättigungsmagnetisierungs-Koerzitivkraft aufweist als die erste magnetische Schicht des ferromagnetischen Körpers.
Die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers wird dadurch festgelegt, daß die antiferromagnetische Schicht direkt in Kontakt mit der zweiten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers kommt.
Die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers wird dadurch festgelegt, daß die hartmagnetische Schicht direkt in Kontakt mit der zweiten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers kommt. Die Magnetisierungsrichtung der Dünnfilmschicht des einzelnen ferromagnetischen Körpers für eine Richtung des Stroms wird so bestimmt, daß der anisotrope magnetische Widerstand zur Änderung des elektrischen Widerstands des einen Magnetowiderstandseffekt aufweisenden Elements hinzugefügt wird, die durch Drehen der Magnetisierung der magnetischen Schicht des einzelnen ferromagnetischen Körpers auftritt.
Die Magnetisierungsrichtung der Dünnfilmschicht des einzelnen ferromagnetischen Körpers für eine Stromrichtung wird so bestimmt, daß der anisotrope magnetische Widerstand zur Änderung des elektrischen Widerstands des einen Magnetowiderstandseffekt aufweisenden Elements hinzugefügt wird, die durch Drehen der Magnetisierung der ersten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers auftritt.
Weiterhin wird ein Mittel bereitgestellt, um die erzeugte Vormagnetisierung in Längsrichtung ausreichend groß zu machen, um die Einzeldomänenbedingung für die erste magnetische Schicht des ferromagnetischen Körpers aufrechtzuerhalten.
Um die Vormagnetisierung in Längsrichtung zu erzielen, wird die antiferromagnetische Schicht nur im Endbereich der ersten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers direkt in Kontakt gebracht.
Um die Vormagnetisierung in Längsrichtung zu erzielen, wird die hartmagnetische Schicht nur im Endbereich der ersten magnetischen Schicht des ferromagnetischen Körpers in direkten Kontakt gebracht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die 1A, 1B, 1C zeigen Ansichten des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung von einer Schwebefläche, wobei der Film mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des unteren Magnetfilms verwendet wird.
Die 2A, 2B zeigen Ansichten des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung von einer Schwebefläche, wobei der Film mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des oberen Magnetfilms verwendet wird.
Die 3A, 3B, 3C zeigen Ansichten des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung von einer Schwebefläche, wobei der Film mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des oberen Magnetfilms verwendet wird.
4 zeigt eine Ansicht des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung von einer Schwebefläche, wobei der Film mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des oberen und des unteren Magnetfilms verwendet wird.
5 zeigt eine Ansicht des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung von einer Schwebefläche, wobei der Film mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des oberen und des unteren Magnetfilms verwendet wird.
die 6A, 6B, 6C, 6D, 6E sind Schnittansichten des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung senkrecht zu seiner Schwebeseite, wobei ein Film mit einem hohen spe zifischen Widerstand und ein Film mit einer hohen Sättigungsflußdichte für einen Teil des Magnetpols verwendet werden.
Die 7A, 7B, 7C, 7D sind Schnittansichten des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung senkrecht zu seiner Schwebeseite, wobei ein Film mit einem hohen spezifischen Widerstand für einen Teil des Magnetpols verwendet wird.
Die 8A, 8B sind Konzeptdiagramme des Magnetkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung eines beim herkömmlichen Magnetkopf auftretenden Problems.
10 zeigt die Wirkung gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine schematische Ansicht der Magnetpolkonfiguration bei Betrachtung von einer Gleitflächenseite des herkömmlichen Magnetkopfs.
Die 12A, 12B, 12C, 12D zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Hauptteils des Magnetkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Hauptteils des Magnetkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 14A, 14B zeigen einen Aufzeichnungs/Wiedergabekopf, der in dem Film mit einem hohen spezifischen Widerstand oder dem Film mit einer hohen Sättigungsflußdichte für einen Teil eines Magnetpols verwendet wird.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines empfindlichen Abschnitts eines Elements mit einem Magnetowiderstandseffekt für einen Spin-Valve-Magnetkopf gemäß der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt den Aufbau des Spin-Valve-Films, wobei ein Chrommangan-Legierungsfilm/NiFe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
17 zeigt den Aufbau des Spin-Valve-Films, wobei ein Chrommangan-Legierungsfilm/Co gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
18 zeigt den Aufbau eines Spin-Valve-Films mit einem Magnetowiderstandseffekt, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
19 zeigt eine Magnetplatteneinheit, bei der ein Aufzeichnungs/Wiedergabekopf gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ausführungsbeispiel 1
Die 1A, 1B, 1C bis 5 zeigen die Strukturen in der Nähe von Aufzeichnungskopfabschnitten von Magnetköpfen bei Betrachtung von einer Schwebefläche. Unter einem oberen Abschirmungsfilm 5 befindet sich ein MR-Film oder ein GMR-Film, der zu einem Regenerations-Kopfabschnitt wird. Das Substrat ist nicht speziell beschränkt, es ist jedoch bevorzugt, daß das Substrat eine kleine Oberflächenrauhigkeit (kleiner als 5 nm) aufweist.
Wie in den 1A, 1B, 1C dargestellt ist, wird ein Film mit einem hohen spezifischen Widerstand (mehr als 80 μΩcm), Bs > 1,5 T und einer Magnetostriktion (Absolutwert) < 1 × 10^–7 in einem Abschnitt des unteren Magnetfilms durch das Sputterverfahren gebildet und ein nicht-magnetischer Film mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 μm darauf durch das Sputterverfahren gebildet, um ihn als Spaltfilm 4 zu verwenden. Als Magnetfilm, der die Eigenschaften erfüllt, kann ein Film mit einem hohen spezifischen Widerstand durch Hinzufügen von Sauerstoff oder Stickstoff zu einer Fe-, einer FeCo- oder einer FeNiCo-Legierung und auch durch Hinzufügen eines Elements mit einer starken Affinität mit Sauerstoff oder Stickstoff zur gleichen Zeit erhalten werden.
Weiterhin kann die Magnetostriktionskonstante durch Hinzufügen der anderen Legierungselemente gesteuert werden und hängt auch von der Konzentration von Sauerstoff oder Stickstoff ab. Überdies wird eine Basis 3 für einen plattierten Film durch das Sputterverfahren auf dem Film mit einem hohen spezifischen Widerstand gebildet.
Diese Basis 3 kann ein Film mit einem hohen spezifischen Widerstand sein, und seine Dicke ist geringer als 100 nm. Resistrahmen 2 sind auf der Basis 3 ausgebildet, und der obere Magnetfilm ist durch das Plattierverfahren hergestellt. Die Spurbreite ist durch den Abstand zwischen den Rahmen festgelegt, und es wurde bestätigt, daß der obere Magnetfilm mit einer Dicke von 0,5 μm hergestellt werden kann, ohne daß durch das Rahmenplattierverfahren Zusammensetzungsschwankungen auftreten, und es wurde ein Kopf mit einer Spurbreite von 0,5 bis 1,5 μm hergestellt. Ein Resistrahmen wird durch das RIE-Verfahren (reaktives Ionenätzverfahren) durch Maskieren mit einem Oxid, wie SiO₂, hergestellt. Beim Rahmenplattierverfahren handelt es sich um einen aus der Hauptkomponente Fe, NiFe, CoFe oder CoNiFe gebildeten Legierungsfilm mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 60 μΩcm. Es ist möglich, die in 5 dargestellte Struktur durch Bilden eines Teils des durch das Plattierverfahren hergestellten oberen Magnetfilms durch einen Film mit einem hohen spezifischen Widerstand zu erhalten. Überdies kann der Seitenrand durch Entfernen der Basis 3 und des Spaltfilms 4 und eines Teils des unteren Magnetfilms (des oberen Abschirmfilms von MR oder GMR) verringert werden, ohne daß durch das Ionenstrahlätzverfahren oder das RIE-Verfahren mit einer Maskierung durch den oberen Magnetfilm 1 ein Wiederanhaften auftritt. Im Fall der Verwendung des RIE-Verfahrens ist es möglich, durch Optimieren der Gasart, des Gasdrucks und der Ätzrate mit einer Maskierung durch den oberen Magnetfilm nahezu vertikal zu ätzen. Durch Legen der Dicke des einen hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Films auf das 0,5 bis 3-Fache der Dicke des Spaltfilms kann die Aufzeichnungsleistung bei hoher Frequenz beeinträchtigt werden. Die Dicke des oberen Magnetfilms beträgt 2 bis 3 μm, und es ist schwierig, den gesamten oberen Magnetfilm durch einen plattierten Film mit einem hohen spezifischen Widerstand zu bilden. Der Grund besteht darin, daß sich das Plattierbad schwer steuern läßt, weil ein alle Eigenschaften erfüllender plattierter Film starke Filmspannungen aufweist und folglich verschiedene Arten von Zusatzstoffen für einen hohen Widerstand und ein Zusatzmittel zum Stabilisieren des Plattierbades verwendet werden und daß sich die Magnetostriktion schwieriger einstellen läßt als beim Sputterverfahren. Es ist jedoch auch möglich, den Aufzeichnungskopf mit einer in 5 dargestellten Struktur herzustellen, wobei ein Teil des oberen Magnetfilms aus einem Film mit einem hohen spezifischen Widerstand besteht.
Wie in den 3A, 3B, 3C dargestellt ist, ist es möglich, daß die Filme auf der Oberseite und der Unterseite (der obere Magnetfilm 1 und der untere Magnetfilm 5) des Spalts 4 durch das Plattierverfahren hergestellt werden und der Film 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand auf einem Teil des Rahmens und auf dem oberen Magnetfilm 1 durch das Sputterverfahren hergestellt wird. In diesem Fall ist der Spaltfilm ein leitfähiger nicht-magnetischer Film (aus einer Cr-Legierung oder dergleichen). Der Rahmen besteht aus einem Oxid, wie SiO₂, und es findet kein Rahmenentfernungsprozeß statt, wie in 1 dargestellt ist, so daß der Rahmen unverändert auf der Schwebefläche verbleibt. Überdies kann die Höhe des Rahmens ein Wert in der Nähe der Dicke des oberen Magnetfilms 1 sein. Die Dicke des oberen Magnetfilms 1 und des unteren Magnetfilms 5 ist ein Drittel der Dicke des Spaltfilms.
Als Aufzeichnungskopf mit einem ähnlichen Aufbau wie derjenige, der in den 3A, 3B, 3C dargestellt ist, wird, wie in den 2A, 2B dargestellt ist, nach der Bildung des Spalts 4 und der Basis 3 durch das Sputterverfahren der Rahmen durch ein Oxid, wie SiO₂, gebildet und ein ferromagnetischer Film mit einem geringen spezifischen Widerstand durch das Plattierverfahren als oberer Magnetfilm gebildet, und es wird weiter durch das Sputterverfahren, ähnlich wie in den 3A, 3B, 3C der Film 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand auf einem Teil des Rahmens und auf dem oberen Magnetfilm 1 gebildet. Weil in diesem Fall die Breite des unteren Magnetfilms 5 größer ist als die Breite des oberen Magnetfilms 1 (die Spurbreite), wird der Seitenrand größer als bei den anderen Verfahren.
Der Aufbau aus 4 ähnelt demjenigen aus 1, es wird jedoch auch auf dem Spalt 4 durch das Plattierverfahren ein dünner Film 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand gebildet. Die Filmdicke ist 0,5 bis 3 Mal so groß wie diejenige des Spalts. Wenn die Filmdicke innerhalb dieses Bereichs liegt, kann die Wirkung des hohen spezifischen Widerstands bei der Aufzeichnungsleistung klar auftreten, und er kann durch das Plattierverfahren hergestellt werden. Der plattierte Film 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist ein ferromagnetischer Legierungsfilm, der Elemente, wie P, B, O usw. enthält. Überdies ist es, wie in 5 dargestellt ist, weiter möglich, daß ein Teil eines oberen Ab schirmfilms 11 und ein Teil des oberen Magnetfilms 12 durch das Sputterverfahren mit einem hohen spezifischen Widerstand (mehr als 80 μΩcm) versehen werden.
5 zeigt eine Konfiguration des Aufzeichnungskopfs bei Betrachtung von der Schwebeseite und die Konfiguration der Fläche, die diesen Kopf in vertikaler Richtung von der Schwebeseite schneidet, wie in 6E dargestellt ist.
Der untere Magnetpol und der obere Magnetpol sind als mehrschichtige Konfiguration aufgebaut, und der obere Magnetfilm 13 und der untere Magnetfilm 14, die in Kontakt mit der Spaltmembran 15 kommen können, können durch das Galvanisierverfahren bereitgestellt werden.
Der obere Magnetfilm 13 und der untere Magnetfilm 14 sind die Membranen, bei denen ein chemisches 3D-Übergangsmetallelement zu einer NiFe-Legierung, einer CoNiFe-(Pt, Pd)-Legierung oder Legierungen davon hinzugefügt wurde.
Die Spaltmembran kann unter Verwendung desselben Rahmens für den oberen und den unteren Magnetfilm hergestellt werden.
Die magnetischen Eigenschaften des oberen Magnetfilms 13 und des unteren Magnetfilms 14 sind: Bs größer als 1,0 T, spezifischer Widerstand kleiner als 60 μΩcm, Hk kleiner als 16 A/cm (20 Oe) und Magnetostriktionskonstante (Lambda) kleiner oder gleich 1 × 10^–7.
Die Dicke des oberen Magnetfilms 13 und des unteren Magnetfilms 14 beträgt das 3-Fache derjenigen der Spaltmembran, und die Filmdicke der Spaltmembran beträgt 0,1 μm. Die Spaltmembran besteht aus einem nicht-magnetischen elektrisch leitfähigen Material, wie einer CrNi-Legierung, einer CuCr-Legierung, einer NiW-Legierung oder einem Edelmetall.
Die Magnetfilme 11, 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand können durch ein Sputterverfahren bereitgestellt werden, wodurch eine laminierte Schicht einer NiFe- und Al₂O₃-Membran, eine gemischte Schicht aus einer NiFe- und einer Al₂O₃-Membran, eine gemischte Schicht aus NiFeN und Al₂O₃ oder eine mehrschichtige Membran aus NiFeN und Al₂O₃ gebildet werden, wobei die Zusammensetzung und der Aufbau der Membran so gesteuert werden, daß der spezifische Widerstand der Membran höher wird als derjenige des oberen Magnetfilms 13 und des unteren Magnetfilms 14.
Wegen der zum Bereitstellen der Mehrfachschicht oder gemischten Schicht mit einem hohen spezifischen Widerstand verwendeten Technik nimmt die Sättigungsflußdichte der Membran ab und wird kleiner als diejenige des oberen Magnetfilms und des unteren Magnetfilms, die durch das Galvanisierverfahren hergestellt wurden.
Das heißt, daß die Sättigungsflußdichte des oberen Magnetfilms 13 und des unteren Magnetfilms 14, die in Kontakt mit dem Spalt gelangen, höher wird als diejenige der Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand.
Um die magnetische Feldstärke des Spalts auf der Schwebeseite höher zu machen, ist es besser, die Membran mit einer hohen Sättigungsflußdichte, wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, in der Nähe der Spaltmembran anzuordnen.
Die Filmdicke der Membran 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand beträgt etwa 3 μm.
Überdies ist die Breite des oberen Magnetfilms 12 mit einem hohen spezifischen Widerstand und des unteren Magnetfilms 11 mit einem hohen spezifischen Widerstand um etwa 0,5 bis 1 μm größer als diejenige der Membran des oberen Magnetfilms 13 und des unteren Magnetfilms 14 und beträgt die Breite des oberen und des unteren Magnetfilms etwa 0,5 μm.
Abgesehen davon, daß eine SiO₂-Flamme bei der Galvanisierung verwendet wird, wird die Resistflamme verwendet, und der Resist wird nach dem Galvanisieren entfernt, und es wird ein Teil mit Ausnahme des oberen Magnetfilms 13 und des unteren Magnetfilms 14 mit einem Schutzfilm (Al₂O₃ und SiO usw.) abgedeckt, und es wird auf dem oberen und dem unteren Magnetfilm und dem Schutzfilm eine hartmagnetische Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand mit einer großen Breite gebildet.
Eine Spule besteht aus zwei Schichten, wie in 6E dargestellt ist, es kann jedoch auch eine einzige Schicht verwendet werden.
Die 6A, 6B, 6C, 6D, 6E zeigen eine Schnittansicht in vertikaler Richtung.
Die 6A, 6B, 6C, 6D bzw. 6E zeigen den 1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 3A, 3B, 3C, 4 und 5 entsprechende Schnittansichten.
In 6A besteht der obere Magnetfilm aus einer Schicht des Magnetfilms, der untere Magnetfilm aus zwei Schichten der Magnetfilme, und der Magnetfilm in der Nähe der Spaltmembran 56 des unteren Magnetfilms ist eine Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand.
Die Spule 55 ist zwischen den Isolationsmembranen auf der Spaltmembran 56 angeordnet, und das Magnetfeld wird von der Schwebeseite durch das Fließen eines elektrischen Stroms in der Spule erzeugt.
Bei der in 6B dargestellten Konfiguration besteht der untere Magnetfilm aus einer Schicht und der obere Magnetfilm aus zwei Schichten, und der Magnetfilm in der Nähe der Spaltmembran 56 des oberen Magnetfilms ist eine Membran 51 mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte.
Die Membran mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte wird durch das Galvanisierverfahren hergestellt, und die Breite des Magnetfilms definiert die Spurbreite.
Die Membran mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte wird nur durch die Schwebeseite des oberen Magnetfilms gebildet, und die Breite der Membran mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte bei Betrachtung von der Schwebeseite ist geringer als diejenige des Magnetfilms 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand, wie in 2 dargestellt ist.
Die in 6B dargestellte Konfiguration ist besser zum Herstellen einer schmalen Spur als die in 6A dargestellte Konfiguration geeignet.
In 6C bestehen der untere Magnetfilm und der obere Magnetfilm aus zwei Schichten.
Der untere Magnetfilm besteht aus der Membran 51 mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte und der darunterliegenden hartmagnetischen Membran 54, und der obere Magnetfilm besteht aus der Membran 51 mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte und dem Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand.
Die Membran 51 mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte und die Spaltmembran 56 werden durch das Galvanisierverfahren hergestellt, und der Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand wird durch das Sputterverfahren hergestellt.
In der in den 6C und 6E dargestellten Konfiguration wird die Membran mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte auf der Spaltmembran 56 und unter dieser verwendet, und die von der Schwebeseite betrachtete Breite kann geringer gemacht werden als die Breite der anderen Magnetfilme, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die für einen Aufzeichnungskopf mit einer schmalen Spur geeignet ist, und die Membran mit einer hohen Sättigungsflußdichte wird für die Umgebung des Spalts verwendet. Daher wird die magnetische Feldstärke höher, und die Hochfrequenzeigenschaften sind, wie bei der Verwendung des Magnetfilms mit einem hohen spezifischen Widerstand, auch gut.
6D zeigt die Membran 51 mit einer hohen Sättigungsflußdichte, welche den ganzen Magnetpol auf der Spaltmembran 56 und darunter bildet.
Falls nur die Schwebefläche als die in 4 dargestellte schmale Spur gebildet wird, braucht nicht der Prozeß verwendet zu werden, bei dem nur die Schwebeseite durch das Galvanisierverfahren gebildet wird.
6E zeigt eine ähnliche Konfiguration wie 6C, wobei die Membran mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte verwendet wird, um in Kontakt mit der Spaltmembran 56 zu gelangen, und der Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand für das Magnetpolmaterial in einem Abstand vom Spalt und über diesem verwendet wird, wobei die Hochfrequenzeigenschaften ausgezeichnet sind und die Spurbreite kleiner als 1,0 μm sein kann.
In den 6A, 6B, 6C, 6D bzw. 6E hat die Membran 51 mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte eine höhere Sättigungsflußdichte als diejenige des für andere Teile in jedem Aufzeichnungskopf verwendeten Magnetpolmaterials, und ihr spezifischer Widerstand ist kleiner als derjenige des Materials anderer Teile des Magnetpols.
Als Material für die Membran 51 mit einem geringen spezifischen Widerstand und einer hohen Sättigungsflußdichte kann beispielsweise eine CoNiFe-Legierung, eine NiFe-Legierung oder das Material mit einem hinzugefügten chemischen 3D-Übergangsmetallelement in diesen Legierungen verwendet werden.
Für die Spaltmembran 56 kann die nicht-magnetische elektrisch leitende Membran, wenn sie durch das Galvanisierverfahren hergestellt wird, Oxid, wie Al₂O₃ oder SiO₂, wenn sie durch andere Verfahren hergestellt wird, oder sogar Nitrid, Carbid oder ein anderes Mischmaterial davon verwendet werden.
Konfigurationsbeispiele des Aufzeichnungskopfs, die den Konfigurationen aus den 6A, 6B, 6C, 6D, 6E ähneln, sind in den 7A, 7B, 7C und 7D dargestellt.
In 7A ist ein Magnetfilm auf und unter der Spaltmembran 56 und davon getrennt als Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand bereitgestellt, und die hartmagnetische Membran 54 mit einem kleineren spezifischen Widerstand als derjenige des Magnetfilms 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist auf der Seite des Magnetspalts angeordnet.
Das Volumen des Magnetfilms 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist größer als das Volumen der hartmagnetischen Membran 54 mit dem geringen spezifischen Widerstand, und die Hochfrequenzeigenschaften sind besser als in dem Fall, in dem die Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand nicht verwendet wird.
In 7B ist der Magnetfilm, der in Kontakt mit einer Spaltmembran gelangt, mit einer schmalen Spur versehen und besteht der darauf befindliche Magnetfilm aus dem Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand, wodurch ein guter Aufzeichnungskopf mit einer schmalen Spur und guten Hochfrequenzeigenschaften bereitgestellt werden kann.
In 7C besteht der obere Magnetfilm aus drei Schichten, ist die Spaltmembran 56 in einem flachen Teil ausgebildet und ist der Magnetfilm, dessen Breite gering ist, darauf bereitgestellt, und der Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist durch den Magnetfilm gebildet.
Die hartmagnetische Membran 54 mit dem geringen spezifischen Widerstand ist auf dem Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand bereitgestellt, und es kann eine hohe magnetische Feldstärke auf der Schwebeseite erreicht werden, indem die Sätti gungsflußdichte der hartmagnetischen Membran 54 mit diesem geringen spezifischen Widerstand erhöht wird.
Die 7C ähnelnde Konfiguration ist ein in 7D dargestellter Aufzeichnungskopf und die oberen Magnetfilme bestehen aus den drei Schichten der hartmagnetischen Membran 54 mit dem geringen spezifischen Widerstand, die auf einem Teil der Spaltmembran 56 bereitgestellt ist, und der Magnetfilm 52 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist auf einem von der Spaltmembran fernen Teil bereitgestellt, wodurch die Sättigungsflußdichte des Materials in der Umgebung des Spalts höher sein kann als diejenige in 7C, wodurch ein Kopf bereitgestellt werden kann, bei dem die magnetische Feldstärke hoch ist.
8A zeigt einen Schnitt des Magnetkopfs mit einer neuen Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Spule 26 ist zwischen dem unteren Kern 25 und dem oberen Kern 27 bereitgestellt und besteht aus Al oder Cu mit einer Dicke von 2 μm.
Ein nicht-magnetisches Isoliermaterial 31 ist mit einem Objekt gefüllt, um die elektrische Isolation mit der Spule 26 und den Kernen 25, 27 aufrechtzuerhalten.
Eine Spule 26 ist zwischen dem unteren Kern 25 und dem oberen Kern 27 ausgebildet. Die Spule 26 besteht aus einem Al- oder Cu-Film mit einer Dicke von 2 μm. Ein nicht-magnetisches und isolierendes Material 31 ist zwischen der Spule 26 und den Kernen 25, 27 angeordnet, um zwischen ihnen elektrisch zu isolieren.
Der Magnetkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Magnetpolelemente 32, 33 und ein isolierender und nicht-magnetischer Film 10 zwischen dem oberen Kern 27 und dem unteren Kern 25 eingefügt sind und ein Magnetspalt (oder Aufzeichnungsspalt) durch diese Elemente gebildet ist. Weiterhin besteht ein anderer charakteristischer Punkt darin, daß magnetische Pfadelemente 41, 42 zwischen dem oberen Kern 27 und dem unteren Kern 25 bereitgestellt sind. Diese Struktur ist keine erforderliche Struktur zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung. Die magnetischen Pfadelemente 41, 42 dienen vorzugsweise dem Abflachen des oberen Kerns 27 und bewirken das Verringern nach der Herstellung verbleibender Spannungen (Magnetostriktion). Durch Bilden der Elemente zusammen mit den Magnetpolelementen 32, 33 kann eine Erhöhung der Herstellkosten verhindert werden.
8B zeigt den Magnetpol bei Betrachtung von der Seite des oberen Kerns her. Es ist verständlich, daß die Spule 26 spiralförmig gewickelt wird. Die Spule 26 ist in einem Kontaktraum 34 mit einer Elektrode 30 (8A) verbunden. Überdies sind der obere Kern 27 und der untere Kern 25 in einem magnetischen Kontaktraum 35 verbunden. Der magnetische Kontaktraum 35 weist die vorstehend beschriebenen magnetischen Pfadelemente 41, 42 auf.
Der isolierende und nicht-magnetische Film 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist an den Enden des oberen Kerns 27 und des unteren Kerns 25 angeordnet, und der Aufbau der Elemente bei Betrachtung aus der Richtung α ist in 8C dargestellt. Das heißt, daß die Magnetpolelemente 32, 33 mit einer geringen Breite zwischen dem oberen Kern 27 und dem unteren Kern 25 angeordnet sind und daß weiter der nicht-magnetische Isolierfilm 10 zwischen den Elementen angeordnet ist. Die Magnetpolelemente 32, 33 sind magnetisch mit den Enden der Magnetpole des oberen Kerns 27 bzw. des unteren Kerns 25 integriert. Daher ist der Spaltabschnitt durch die Magnetpole gebildet, die jeweils den vorstehenden Abschnitt aufweisen.
Weiterhin stimmt 8C mit der Magnetpolstruktur bei Betrachtung aus einer Ebene des Magnetkopfs, die Zugang zum Aufzeichnungsmedium hat, überein, und es ist anhand der Figur verständlich, daß der obere Magnetpol eine vorstehende Form aufweist und daß der vorstehende Abschnitt zum unteren Magnetpol hin weist.
Weiterhin kann 8C entnommen werden, daß beide Magnetpole eine vorstehende Form aufweisen und daß insbesondere die Breite des vorstehenden Abschnitts des oberen Magnetpols nahezu gleich der Breite des vorstehenden Abschnitts des unteren Magnetpols ist.
Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Höhe des vorstehenden Abschnitts auf in etwa 0,8 μm gelegt und die Breite des vorstehenden Abschnitts auf in etwa 1 μm gelegt. Anhand dieser Beziehung ist verständlich, daß die Höhe des vorstehenden Abschnitts geringer ist als seine Breite.
Die durch die vorliegende Erfindung offenbarte Struktur kann den Widerstand des magnetischen Pfads auf denjenigen aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung 7-296328 verringern. Die Beschreibung wird anhand 9 gegeben. Die Figur ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Magnetkopfs, der die Magnetpolelemente 32, 33 nicht aufweist. Die Figur zeigt den zwischen dem unteren Kern 25 und dem oberen Kern 27 befindlichen Magnetspalt. Das Einschreiben des magnetischen Flusses in ein Medium 61 wird auf einem durch β angegebenen Pfad ausgeführt. Wenn die Breite des Spalts (die Magnetpolbreite) des Endes des oberen Kerns 27 jedoch verringert ist, wird der Widerstand des magnetischen Pfads erhöht, und der magnetische Fluß fließt hierdurch durch einen mit α bezeichneten Pfad in einem Bereich 50, in dem der Widerstand des magnetischen Pfads erhöht ist. Dadurch wird der Betrag des zum Endabschnitt 51 des Spalts geleiteten magnetischen Flusses verringert, und es ist nicht möglich, einen erforderlichen Betrag des magnetischen Flusses aus den Spaltenden (Magnetpolenden) zu entnehmen.
Andererseits befinden sich bei dem Magnetkopf mit den in 10 dargestellten Magnetpolelementen 32, 33 die Magnetpolelemente 32, 33 zwischen dem oberen Kern 27 und dem unteren Kern 25. Daher kann der Pfad α um die Dicke der Elemente vergrößert werden (der nicht-magnetische Bereich kann verbreitert werden). Es ist hierdurch möglich, den Betrag des durch den Pfad α fließenden magnetischen Flusses selbst dann zu verringern, wenn der Widerstand des magnetischen Pfads durch Verringern der Breite der Magnetpole vergrößert wird.
Der vorstehend erwähnte Effekt kann bei einer Einschreibfrequenz von mehr als 150 MHz beobachtet werden. Dieser durch die vorliegende Erfindung erhaltene Effekt wird durch die Verwendung des nicht-magnetischen Isolatorfilms in dem magnetischen Spalt erreicht. Überdies kann die Einschreibfrequenz auf bis zu 200 MHz erhöht werden, wenn ein amorpher magnetischer Film mit einem hohen elektrischen Widerstand, beispielsweise aus CoTaZr oder dergleichen, für den Magnetpol verwendet wird.
Weil bei der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 7-296328 offenbarten Struktur die Grabenstruktur, welche die vorstehenden Abschnitte bildet, aus einem Material mit einem geringen elektrischen Widerstand besteht, wird in diesem Abschnitt leicht ein Wirbelstrom erzeugt, und die Obergrenze der Einschreibfrequenz liegt bei 100 MHz.
Wie in 8C dargestellt ist, ist die Breite w1 der Magnetpolelemente 32, 33 geringer als die Breite des oberen Magnetpols 27 und die Breite des unteren Magnetpols 25. Dies liegt daran, daß der Magnetpol den vorstehenden Abschnitt aufweist. Es ist wegen dieser Form nicht nötig zu erwähnen, daß sich der magnetische Fluß in den einander entgegenstehenden vorstehenden Abschnitten konzentriert. Daher kann unter der Bedingung, daß das Magnetfeld von dem vorstehenden Abschnitt durch Einstellen des Spulenstroms (Einschreibstroms) so eingestellt wird, daß es mit dem erforderlichen Einschreibmagnetfeld übereinstimmt, kein Schreiben mit Ausnahme des vorstehenden Abschnitts (in dem Bereich, in dem die Spaltabmessung breit ist) erfolgen. Daher kann die zu schreibende Spurbreite in Übereinstimmung mit der Breite des vorstehenden Abschnitts gebracht werden.
Weiterhin können gemäß der vorliegenden Erfindung nur die vorstehenden Abschnitte aus einem Material mit einem hohen elektrischen Widerstand und einer hohen Sättigungsmagnetisierung bestehen, wodurch ein starkes Magnetfeld in dem Bereich erzeugt werden kann, der der Breite des vorstehenden Abschnitts entspricht. Hierdurch kann die Breite der Einschreibspur im wesentlichen selbst dann, wenn der Magnetpol die vorstehende Form aufweist, auf die Breite des vorstehenden Abschnitts beschränkt werden.
Weil weiterhin die Höhe des vorstehenden Abschnitts geringer ist als seine Breite, kann die Breite des vorstehenden Abschnitts durch einen später beschriebenen Prozeß kleiner als 2 μm gemacht werden. Hierdurch kann die Breite des Schreibens in einem Medium leicht auf 2 μm oder weniger verringert werden.
Weil im Fall der vorliegenden Erfindung die Breite des Einschreibens weiterhin durch die Breite des vorstehenden Abschnitts bestimmt ist, ist es nicht erforderlich, die Breite des oberen Kerns 27 und die Breite des unteren Kerns 25 speziell zu verringern, um eine hohe Aufzeichnungsdichte zu verwirklichen. Hierdurch kann das erforderliche Magnetfeld wirksam zum Endabschnitt (Spaltabschnitt) des Magnetpols geleitet werden, ohne den Widerstand des magnetischen Pfads zu erhöhen.
Bei dem herkömmlichen Magnetkopf, bei dem ein nicht-magnetischer Isolierfilm im Magnetspalt verwendet wird, können die Formen der Magnetköpfe grob in drei Arten unterteilt werden, wie in 11 dargestellt ist, wenn die Magnetpole von der Seite der Gleitfläche betrachtet werden. Dies sind ein Magnetkopf mit Magnetpolen 27, 25 mit unterschiedlichen Längen, wie in 11A dargestellt ist, ein Magnetkopf aus Magnetpolen 27, 25 mit der gleichen Länge, wie in 11B dargestellt ist, und ein Magnetkopf mit einem Vorsprung in einem der Magnetpole 25. Der Magnetkopf in 11B ist eine Verbesserung der magnetischen Struktur aus 11B, und er hat eine geringere Magnetfeldstreuung in Spurbreitenrichtung, weil die Längen der Magnetpole gleich sind. Er ist daher beim Schreiben für eine schmale Spur vorteilhaft. Diese Struktur hat jedoch den Nachteil, daß der Magnetpol 25 nicht als Abschirmungsschicht für ein Element mit einem Magnetowiderstandseffekt verwendet werden kann. Eine Gegenmaßnahme für den Nachteil ist die in 11C dargestellte Struktur.
Zum Verwirklichen der schmalen Spur bei der in 11C dargestellten Struktur muß die Breite W verringert werden. Daher wird der Einschreib-Magnetfluß durch die Erhöhung des Widerstands des magnetischen Pfads verringert, wie in 9 dargestellt ist. Es ist daher unmöglich, Informationen hoher Dichte mit hoher Wirksamkeit zu schreiben.
Weil bei der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung die Breite des Einschreib-Spaltabschnitts durch die Breite des vorstehenden Abschnitts begrenzt ist, ist die Ausbreitung des Streumagnetfelds in Richtung der Spurbreite ähnlich wie bei den in 11B dargestellten Magnetpolen gering. Daher ist die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Aufzeichnung hoher Dichte geeignet. Weil die Breite des unteren Kerns weiterhin größer ist als die Breite des vorstehenden Abschnitts, ergibt sich nicht das Problem, daß der untere Kern auch als Abschirmungsschicht für ein Element mit einem Magnetowiderstandseffekt verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, treten bei der Magnetkopfstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung nicht die Probleme in Zusammenhang mit einer hohen Aufzeichnungsdichte auf, die beim herkömmlichen Magnetkopf gegeben sind. Ein Verfahren zur Herstellung des Magnetkopfs, durch den eine ausgezeichnete Funktionsweise verwirklicht werden kann, wird nachstehend mit Bezug auf 12 beschrieben.
Die Figur zeigt Merkmale der Bildung des Endes des Magnetpols des Magnetkerns bei Betrachtung aus der in 8B dargestellten Richtung "α". Die Prozesse werden nachstehend der Reihe nach anhand der Figur beschrieben.
Bei dem in 12A dargestellten Prozeß wird ein den unteren Magnetpol bildender Magnetfilm 73 auf ein Substrat (oder eine Basisschicht oder eine Basisstruktur) 74 laminiert. Als Magnetfilm wird eine NiFe-Legierung verwendet. Die Dicke wird auf 2 μm gelegt. Auf den Magnetfilm 73 wird ein Aluminiumoxidfilm 72 mit einer Dicke von 0,3 μm als nicht-magnetischer Isolierfilm laminiert und weiter ein magnetischer NiFe-Legierungsfilm 72 mit einer Dicke von 0,8 μm laminiert. Nach Abschluß des Laminierens wird ein Resistmuster 71 mit einer Breite des vorstehenden Abschnitts (entsprechend der Breite der Einschreibspur) durch ein photolithographisches Verfahren gebildet. Die Dicke wird auf 1 μm gelegt.
Als nächstes wird bei dem in 12B dargestellten Prozeß der magnetische Legierungsfilm 72 durch ein Ionenstrahlätzverfahren mit einer Maskierung des Resistmusters 71 geätzt, um einen Abschnitt zu bilden, der in dem vorstehenden Abschnitt des oberen Magnetpols zu bilden ist. Dann wird der Aluminiumoxidfilm durch ein reaktives Chlor- und Fluorgas bei einer Maskierung des Resistmusters 71 geätzt, und der vorstehende Abschnitt des oberen Magnetpols durch das Ätzen gebildet. Danach wird ein vorstehender Abschnitt in dem unteren Magnetpol durch Ätzen des unteren Magnetpols durch das Ionenstrahlätzverfahren bei einer Maskierung des im vorstehenden Abschnitt des oberen Magnetpols zu bildenden Elements gebildet. Dabei wird die Ätztiefe auf 0,8 μm gelegt. Durch Ätzen des unteren Magnetpols durch das Ionenstrahlätzverfahren bei einer Maskierung des im vorstehenden Abschnitt des oberen Magnetpols zu bildenden Elements ist es möglich, die vorstehenden Abschnitte mit gleicher Länge entgegengesetzt zueinander zu bilden. Dies ist wirksam, um die Ausbreitung des Streumagnetfelds in Spurbreitenrichtung zu verringern, und dies ist ein wichtiges Element für die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung.
Bei dem in 12C dargestellten Prozeß wird nach dem Laminieren eines nicht-magnetischen und isolierenden Films 76 über der gesamten Oberfläche der laminierte nicht-magnetische und isolierende Film abgeflacht und ein Teil des Elements 72 zur Bildung des vorstehenden Abschnitts freigelegt. Dieser Prozeß kann durch Anwenden eines unter Wärme härtenden Fluidisolators, der beim Herstellen von Halbleitern verwendet wird (sogenanntes Spin-On-Glas) und Ausführen der erforderlichen Wärmebehandlung und anschließendes Lappen der Oberfläche des Substrats verwirklicht werden. Es ist bei einem anderen Verfahren möglich, die Fließfähigkeit des Resists unter Wärme zu verwenden.
Es ist eine notwendige Bedingung für das Verwirklichen der vorliegenden Erfindung, daß das Element 72 zur Bildung des vorstehenden Abschnitts von der Isolierschicht freigelassen ist. Falls ein Prozeß die notwendige Bedingung verwirklichen kann, ist der Abflachungsprozeß der Isolierschicht nicht erforderlich. Selbst wenn beispielsweise die Dicke des Isolierelements 76 die Dicke des in dem vorstehenden Abschnitt zu bildenden Elements 72 übersteigt, wurde bestätigt, daß die vorliegende Erfindung nicht beeinflußt wird. In einem solchen Extremfall (eine Bedingung, bei der die Dicke des Isolierelements 76 die Dicke des im vorstehenden Abschnitt zu bildenden Elements 72 übersteigt) wird eine Welligkeit in dem oberen Magnetpol erzeugt, und es ergibt sich, daß der vorstehende Abschnitt in dem vertieften Abschnitt vorhanden ist. Diese Struktur ist in einem anderen Teil zu beschreiben.
Bei dem letzten Prozeß, der in 12D dargestellt ist, werden die anderen Elemente, die das obere Magnetpolelement ausmachen, gebildet. Ein NiFe-Legierungsfilm wird ebenso wie beim herkömmlichen Magnetkopf für den oberen Magnetpol verwendet.
Durch die vorstehend beschriebenen Prozesse kann die in 8C dargestellte magnetische Struktur gebildet werden. Wenngleich der NiFe-Legierungsfilm für das Material des Magnetpols gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann der Magnetkopf gemäß der vorliegenden Erfindung auch unter Verwendung eines anderen weichmagnetischen Films durch den gleichen Prozeß wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel gebildet werden. Insbesondere kann durch die Verwendung eines weichmagnetischen Films mit einem hohen elektrischen Widerstand ein Einschreiben unter einer Hochfrequenzbedingung verwirklicht werden. Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der weichmagnetische Film abhängig von dem Galvanisierverfahren gebildet werden kann, und daß es hierdurch möglich ist, mit einer hohen Frequenz, die diejenige des herkömmlichen Magnetkopfs übersteigt, zu schreiben.
Nachstehend wird eine Struktur des oberen Magnetpols mit einem vertieften Abschnitt beschrieben. Die Struktur kann durch Prozesse zur Herstellung eines Magnetkopfs einschließlich des folgenden Prozesses hergestellt werden. Die Beschreibung verläuft anhand 12 ähnlich der vorstehenden Erklärung.
Wie in 12A dargestellt ist, wird nach dem Laminieren eines unteren Magnetmaterials 73 auf einer Basisstruktur 74 des Magnetkopfs ein nicht-magnetischer Isolierfilm 75 laminiert und weiter ein einen Teil des oberen Magnetpols bildendes Material 72 laminiert.
Anschließend wird durch ein lithographisches Verfahren ein Resistmuster 71 in einem Bereich gebildet, der dem vorstehenden Abschnitt des oberen Magnetpols entspricht.
Dann wird, wie in 12B dargestellt ist, ein vorstehender Abschnitt in dem unteren Magnetpol durch Ätzen des nicht-magnetischen Isolatorfilms und des unteren Magnetpols bei einer Maskierung des Resistmusters 71 und des in dem vorstehenden Abschnitt des oberen Magnetpols zu bildenden Elements gebildet.
Danach wird, wie in 12C dargestellt ist, nach der Bildung in den vorstehenden Abschnitten in dem oberen und dem unteren Magnetpol zu bildender Elemente ein nicht-magnetischer Isolierfilm 76 mit einer Dicke, die diejenige des vorstehenden Abschnitts übersteigt, über dem Bereich mit Ausnahme des vorstehenden Abschnitts laminiert. Wenngleich die Figur zeigt, daß die Oberfläche des nicht-magnetischen Isolatorfilms 76 und die Oberfläche des vorstehenden Abschnitts (die Oberfläche von 72) auf der gleichen Höhe zu liegen scheinen, übersteigt bei diesem Ausführungsbeispiel die Dicke des nicht-magnetischen Isolatorfilms 76 die Oberfläche des vorstehenden Abschnitts (die Oberfläche von 72).
Anschließend wird durch die Bildung der anderen Elemente 77, die Teil des oberen Magnetpolelements bleiben, wie in 12D dargestellt ist, die angestrebte Form des Magnetpols des Magnetkopfs hergestellt.
13 zeigt die Form des Magnetpols des durch die Herstellungsprozesse einschließlich zumindest des vorstehend erwähnten Prozesses hergestellten Magnetkopfs. Die Figur zeigt klar die Form des oberen Magnetpols 77 mit dem vorstehenden Abschnitt in dem vertieften Abschnitt.
Es sei der Beschreibung hinzugefügt, daß diese Form für das wirksame Leiten des magnetischen Flusses des oberen Magnetpols in den vorstehenden Abschnitt sehr wirksam Ist.
Der Magnetkopf gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf einem durch Bearbeiten eines gesinterten Körpers aus Aluminiumoxid und Titancarbid erhaltenen Wafer gebildet. Anschließend wird nach der Ausführung der gewünschten Bearbeitung ein Magnetkopfgleiter hergestellt.
Gemäß den vorstehend erwähnten Prozessen wird die Breite des vorstehenden Abschnitts, die die Breite der Einschreibspur bestimmt, durch die Breite des Resistmusters festgelegt. Indem die Höhe des vorstehenden Abschnitts des Magnetpols gemäß der vorliegenden Erfindung geringer gemacht wird als die Breite des vorstehenden Abschnitts, ist jedoch nicht immer ein Resistmuster mit einer hohen Filmdicke erforderlich. Anhand dieser Wirkung läßt sich die Musterauflösung leichter mit dem Resistmuster eines Plattiermaskenmusters vergleichen, und die Breite des vorstehenden Abschnitts kann kleiner als 2 μm gemacht werden. Durch dieses Merkmal kann ein für eine schmale Spur verwendeter Magnetkopf leicht hergestellt werden.
Durch die Verwendung eines den Magnetkopf aufweisenden Kopfgleiters ist es möglich, eine hohe Aufzeichnungsdichte mit einer Spurbreite von weniger als 2 μm zu erhalten. Hierdurch ist es möglich, eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung hoher Dichte mit 32 Gb/cm² (5 Gb/Zoll²) oder mehr zu verwirklichen, was bisher als unmöglich angesehen wurde. Es ergibt sich dadurch, daß der magnetische Fluß wirksam bis zum Endabschnitt des Magnetpols geleitet werden kann, was dadurch erreicht wird, daß die Enden der Magnetpole mit den vorstehenden Abschnitten versehen werden.
Ausführungsbeispiel 2
14 zeigt ein Beispiel eines Aufzeichnungs/Wiedergabekopfs, bei dem die im Ausführungsbeispiel 1 dargestellte Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand für den Aufzeichnungskopf verwendet wird und der Aufzeichnungskopf mit einem Wiedergabekopf kombiniert ist, wie nachstehend dargestellt wird.
Eine Membran 104 mit einem Riesen-Magnetowiderstandseffekt wird für den Wiedergabekopf verwendet, der durch eine Elektrode 105 elektrisch kontaktiert ist, so daß ein elektrischer Strom fließen kann.
Es ist durch die untere Spaltmembran unter der Elektrode 105 und die Membran 104 mit einem Riesen-Magnetowiderstandseffekt eine untere Abschirmmembran 106 bereitgestellt.
Ein unterer Magnetfilm 108 mit einem hohen spezifischen Widerstand ist über die obere Spaltmembran auf der Membran 1O4 mit einem Riesen-Magnetowiderstandseffekt angeordnet, und der untere Magnetfilm 108 mit einem hohen spezifischen Widerstand besteht aus einem Teil des unteren Magnetpols des Aufzeichnungskopfs.
Indem ein Teil dieses unteren Magnetfilms 108 mit einem hohen spezifischen Widerstand aus der Membran mit einem hohen spezifischen Widerstand gebildet wird, können die Hochfrequenzeigenschaften des Aufzeichnungskopfs verbessert werden.
Die Breite der Spaltmembran 102 des Aufzeichnungskopfs gleicht derjenigen der auf und unter der Hinzufügung angeordneten Magnetfilme, und die Membranen 101, 103 mit einer hohen Sättigungsflußdichte auf und unter dem Spalt werden vorzugsweise aus einem Material hergestellt, daß eine höhere Sättigungsflußdichte aufweist als andere Magnetpolteile.
Ein oberer Magnetfilm 107 mit einem hohen spezifischen Widerstand, der eine größere Breite aufweist, wird auf dieser Membran 101 mit einer hohen Sättigungsflußdichte verwendet.
Ein elektrischer Strom fließt in der Spule 109 des Aufzeichnungskopfs, und das Aufzeichnungsmedium 110 wird durch ein Magnetfeld vom Aufzeichnungskopf beschrieben.
Zusätzlich zu dem vorstehend Erwähnten kann ein Kopf mit einer anderen Konfiguration und einer hartmagnetischen Tunnelmembran für den Wiedergabekopf verwendet werden.
15 ist eine Teil-Schnittansicht des Magnetkopfs (MR-Sensors), bei dem eine Membran mit einem Spin-Valve-Magnetowiderstandseffekt gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Der MR-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Konfiguration auf, bei der die zweite magnetische Schicht 22 der ersten magnetischen Schicht 45 des weichferromagnetischen Körpers, die nicht-magnetische Metallschicht 21 und der ferromagneti sche Körper auf ein geeignetes Substrat 43, beispielsweise aus Glas oder Keramik, aufgebracht werden.
Bei den hartmagnetischen Schichten 45 und 22 kreuzen ihre einzelnen Magnetisierungsrichtungen einander mit einer Winkeldifferenz von etwa 90 Grad, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist.
Die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht 22 ist fest auf die gleiche Richtung gelegt wie die Magnetfeldrichtung des magnetischen Mediums.
Die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 45 des weich-ferromagnetischen Körpers, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist, ist um 90 Grad zur Magnetfeldrichtung der zweiten magnetischen Schicht geneigt.
Eine Magnetisierungsdrehung geschieht, wenn die erste magnetische Schicht 45 auf das angelegte Magnetfeld anspricht.
Für die erste magnetische Schicht 45, die nicht-magnetische Metallschicht 21, die zweite magnetische Schicht 22 und die Schicht 23 aus einer antiferromagnetischen Substanz, die in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt sind, kann eine Membrananordnung mit der in den späteren 16, 17 und 18 dargestellten laminierten Konfiguration verwendet werden, und es kann weiter für die hartmagnetische Schicht 47 Co₈₂Cr₉Pt₉, Co₈₀Cr₈Pt₉(ZrO₂)₃ verwendet werden.
Diese 16, 17 und 18 zeigen die erste magnetische Schicht 45 gemäß diesem Ausführungsbeispiel und eine Membrananordnung, die der zweiten magnetischen Schicht 22 entspricht, wobei die Magnetfeldrichtungen die gleichen wie in dem Artikel sind. Vor dem Aufbringen der ersten magnetischen Schicht 45 des weich-ferromagnetischen Körpers gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine geeignete untere Membran 24, beispielsweise aus Ta, Ru oder CrV, auf ein Substrat 43 aufgebracht.
Ein Zweck des Aufbringens der unteren Membran 24 besteht im Optimieren der Bildung, der Korngröße und der Form der später aufgebrachten Schicht.
Die Form der Schicht ist sehr wichtig, um einen geeigneten MR-Effekt zu erhalten. Weiterhin kann infolge der Bildung der Schicht eine sehr dünne Abstandsschicht der nicht-magnetischen Metallschicht 21 verwendet werden.
Um weiterhin ein Verzweigungsminimum zu erhalten, weist die untere Schicht vorzugsweise einen hohen elektrischen Widerstand auf.
Die untere Schicht kann für eine umgekehrte Konfiguration verwendet werden, wie vorstehend erwähnt wurde.
Das Substrat 43 weist einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand auf und ist vollständig eben, und die untere Membran 24 ist bei einer geeigneten Kristallstruktur unnötig.
Bei der ersten magnetischen Schicht 45 werden Mittel zum Erzeugen einer Vorspannung in Längsrichtung verwendet, um parallel zu dieser Seite eine einzige Domänenbedingung aufrechtzuerhalten.
Zum Erzeugen der Vorspannung in Längsrichtung wird auch eine starre hartmagnetische Schicht 47 mit den Eigenschaften einer hohen Sättigungskoerzitivkraft, einer hohen Rechtwinkligkeit und eines hohen elektrischen Widerstands verwendet.
Die starre hartmagnetische Schicht 47 steht in Kontakt mit einer Domäne eines Endes der ersten magnetischen Schicht 45 aus dem weich-fenomagnetischen Körper.
Die Magnetisierungsrichtung der starren hartmagnetischen Schicht 47 verläuft parallel zu dieser Seite.
Die erste antiferromagnetische Schicht berührt das Ende der magnetischen Schicht 45, und es wird eine erforderliche Vorspannung in Längsrichtung erzeugt.
Die antiferromagnetische Schicht weist vorzugsweise eine Blockiertemperatur auf, die von derjenigen einer antiferromagnetischen Schicht 23 ausreichend verschieden ist, welche verwendet wird, um die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht 22 aus dem ferromagnetischen Körper festzulegen.
Als nächstes wird eine Verkappungsschicht, die beispielsweise aus einem Material mit einem hohen Widerstand, wie Ta, besteht, auf den gesamten oberen Teil des MR-Sensors aufgebracht. Es wird eine Elektrode 28 bereitgestellt und eine Schaltungsanordnung zwischen der MR-Sensorstruktur, der Stromquelle und der Detektionseinrichtung gebildet.
Die 16 bis 18 zeigen jeweils eine Membran, die an Stelle jeder Membran der nicht-magnetischen Metallschicht 21, der zweiten magnetischen Schicht 22 und der in 15 dargestellten Schicht 23 aus einer antiferromagnetischen Substanz ein Element mit einem Magnetowiderstandseffekt bildet und folgendermaßen durch eine Hochfrequenz-Magnetronsputtervorrichtung gebildet wird.
In einer Ar-Atmosphäre mit 0,4 Pa (3 mTorr) werden die folgenden Materialien nacheinander auf ein Keramiksubstrat mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von 75 mm (3 Zoll) laminiert.
Als Sputtertarget werden Tantal, Nickel, 20 at% Eisenlegierung, Kupfer, Kobalt, Chrom und 50 at% Mangan verwendet.
Zum Herstellen einer Chrommangan-Legierungsmembran werden 1 cm × 1 cm große Chips eines zusätzlichen Elements auf einem oberen Chrommangantarget angeordnet, und es wird die Anzahl der Chips erhöht oder verringert, um die Zusammensetzung anzupassen.
Wenn weiterhin eine CoFeNi-Schicht für die hartmagnetische Membran verwendet wird, wird ein 1 cm × 1 cm großer Chip aus Nickel, Eisen auf dem oberen Kobalttarget angeordnet, um die Zusammensetzung anzupassen.
Die Schichten des laminierten Films werden der Reihe nach durch Erzeugen eines Plasmas in der Vorrichtung durch Anwenden von elektrischer Hochfrequenzleistung auf die jedes Target haltende Kathode gebildet, und es wird für jede Kathode ein Verschluß geöffnet und geschlossen.
Bei der Filmbildung wird durch Anlegen eines etwa 24 A/cm (30 Oe) aufweisenden Magnetfelds parallel zum Substrat unter Verwendung eines Permanentmagneten eine einachsige Anisotropie bereitgestellt, und die Richtung des Austauschkopplungs-Magnetfelds des Chrommanganfilms wird zur Richtung des angelegten Magnetfelds geführt. Ein Beispiel der vorstehend erwähnten Bildungsbedingungen ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
Tabelle
Der laminierte Film wird nach der Bildung in einer Vakuum-Wärmebehandlungseinrichtung wärmebehandelt.
Die Wärmebehandlung wird durch Erhöhen der Temperatur von der Zimmertemperatur auf eine vorgegebene Temperatur von beispielsweise 250°C ausgeführt, wobei nach dem Halten der Temperatur für eine vorgegebene Zeit von beispielsweise einer Stunde auf die Zimmertemperatur abgekühlt wird.
Bei dem Gesamtprozeß des Erhöhens der Temperatur, des Haltens und des Kühlens wird ein Magnetfeld von 1,6 bis 4 kA/cm (2 bis 5 kOe) parallel zur Oberfläche des Substrats angelegt.
Das vorstehend erwähnte Magnetfeld verläuft parallel zum durch den Permanentmagneten angelegten Magnetfeld, wenn der Film gebildet wird.
Die Bildung des Elements auf dem Substrat wird durch einen Photoresist-Herstellprozeß ausgeführt.
Danach wird das Substrat verarbeitet, um einen Gleiter zu bilden, der in der magnetischen Aufzeichnungsvorrichtung angeordnet ist.
16 ist eine Figur, in der die Eigenschaften des Spin-Valve-Films, der einen magnetischen Laminatkörper unter Verwendung eines antiferromagnetischen Films mit 45 at% Chrom, 45 at% Mangan, 10 at% Platin und eines Films mit 81 at% Ni und 19 at% Fe aufweist, vor und nach der Wärmebehandlung verglichen sind.
Das Kopplungsmagnetfeld mit einer eindimensionalen Anisotropie erscheint als Verschiebungsbetrag einer rechten Schleife der Figur.
Das Kopplungsmagnetfeld vor der Wärmebehandlung beträgt 240 A/cm (300 Oe) bei 250°C und 300 A/cm (380 Oe) nach der drei Stunden dauernden Wärmebehandlung.
Die Dicke der NiFe-Schicht und die Größe der Magnetisierung sind die gleichen wie im Stand der Technik.
17 ist eine Figur, in der die Eigenschaften vor und nach der Wärmebehandlung des Spin-Valve-Films, der einen magnetischen Laminatkörper unter Verwendung eines antiferromagnetischen Films mit 45 at% Chrom, 45 at% Mangan und 10 at% Platin und eines Co-Films aufweist, verglichen sind.
Das Kopplungsmagnetfeld vor der Wärmebehandlung ähnelt in etwa demjenigen in dem in 1 dargestellten Fall mit 240 A/cm (300 Oe). Nach der drei Stunden dauernden Wärmebehandlung bei 250°C wird das Kopplungsmagnetfeld zu 480 A/cm (600 Oe), was etwa zweimal so groß wie zuvor ist.
Die Dicke der Co-Schicht und die Größe der Magnetisierung sind etwa doppelt so groß wie bei dem in 1 dargestellten Kopplungsmagnetfeld.
18 ist ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein magnetischer Laminatkörper als Spin-Valve-Film mit einem Magnetowiderstandseffekt verwendet wird.
Der antiferromagnetische Film 30 (mit 45 at% Cr, 45 at% Mn und 10 at% Pt) und die daran haftende hartmagnetische Schicht 65 bestehen aus einer Co-Schicht 111, die direkt mit dem antiferromagnetischen Film 30 verbunden ist, der weichmagnetischen Schicht 112 mit guten Magnetisierungseigenschaften (81 at% Ni, 19 at% Fe) und einer Co-Schicht 113, die die nicht-magnetische Schicht 62 (Cu) direkt berührt und einen Riesen-Magnetowiderstandseffekt erzeugt.
Ein Grundfilm 64 ist die Grundschicht zum Steuern der Orientierung und der Kristallkorngröße eines anderen Films, und eine weichmagnetische Schicht 63 (81 at% Ni, 19 at% Fe) ist eine freie Schicht (free layer).
Die Co-Schicht ist an einem Verbindungsabschnitt mit dem antiferromagnetischen Film und einem Verbindungsabschnitt mit dem nicht-magnetischen Film angeordnet, die Magnetisierungseigenschaften der hartmagnetischen Schicht 65 als festgelegte Schicht sind jedoch nicht verschlechtert, und die Dicke und die Eigenschaften der hartmagnetischen Schicht 65 können beibehalten werden, ohne den Magnetisierungsbetrag der Gesamtschicht zu erhöhen.
Dementsprechend ist es erwünscht, daß die weichmagnetische Schicht 112 gute magnetische Eigenschaften aufweist und eine kleinere Sättigungsflußdichte hat als die Schichten 113 und 111, die aus Co bestehen, wobei beispielsweise ein Ni 81 Fe 19-Film mit einer Sättigungsflußdichte von 1 Tesla verwendet wird.
Weiterhin kann die Sättigungsflußdichte sogar noch weiter verringert werden, so daß sie in etwa 0,5 Tesla beträgt, und es ist beispielsweise auch der NiFe-Cr-Film geeignet, wobei dieser NiFe-Cr-Film aus einer NiFe-Legierung besteht, die 0 bis 20 at% Cr enthält, und diese NiFe-Legierung aus 75–95 at% Ni und restlichem Fe besteht.
Ausführungsbeispiel 3
19 zeigt die ganze Magnetplatteneinheit, bei der der Aufzeichnungs/Wiedergabe-Sektormusterkopf gemäß Ausführungsbeispiel 2 dargestellt ist.
Der Magnetkopf 201 für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe wird durch einen Kopfpositionierrahmen 202 zur Lokalisierung auf einer Magnetplatte 203, die durch einen Motor gedreht wird, gesteuert, und er ist mit einem regenerierenden Signalprozessor 204 verbunden.
Diese Vorrichtung besteht aus einem Gleichstrommotor zum Drehen der Magnetplatte, einem Magnetkopf zum Schreiben und Lesen von Informationen, einer Positioniervorrichtung, wobei es sich um ein Betätigungselement und einen Schwingspulenmotor handelt, zum Halten des Magnetkopfs und zum Ändern seines Orts auf der Magnetplatte und einem Luftfilter, um das Innere der Vorrichtung sauber zu halten.
Das Betätigungselement besteht aus einem Wagen, einer Schiene und einem Lager, und der Schwingspulenmotor besteht aus einer Schwingspule und einem Permanentmagneten.
In dieser Figur sind als Beispiel zum Verwirklichen einer hohen Speicherkapazität acht Magnetplatten auf derselben Drehachse installiert.
Die Magnetplatte weist eine Oberfläche hoher Qualität mit einer Oberflächenrauhigkeit R_MAX von höchstens 10 nm und vorzugsweise höchstens 5 nm auf.
Die Magnetplatte hat eine magnetische Aufzeichnungsschicht, die durch ein Vakuum-Filmbildungsverfahren an der Oberfläche eines harten Substrats ausgebildet ist.
Ein magnetischer Dünnfilm wird für die magnetische Aufzeichnungsschicht verwendet.
Weil die Filmdicke der durch das Vakuum-Filmbildungsverfahren gebildeten magnetischen Aufzeichnungsschicht höchstens 0,5 nm beträgt, entspricht die Oberflächenbedingung des harten Substrats genau derjenigen für die Aufzeichnungsschicht.
Dementsprechend wird eine Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit R_MAX von höchstens 10 nm für das harte Substrat verwendet.
Für ein solches hartes Substrat wird Glas, chemisch verstärktes Soda-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Glas oder Keramik als Hauptkomponente verwendet.
Weiterhin ist es bei einer aus Metall oder einer Legierung hergestellten magnetischen Schicht bevorzugt, an der Oberfläche eine Oxid- oder Nitridschicht bereitzustellen.
Weiterhin ist auch die Verwendung einer Kohlenstoff Schutzschicht erwünscht. Durch die Bildung des Kopfs auf diese Weise wird die Haltbarkeit der magnetischen Aufzeichnungsschicht verbessert und kann eine Beschädigung der Magnetplatte verhindert werden, wenn die Aufzeichnung und Wiedergabe mit einem sehr niedrig schwebenden Gleiter oder mit einem Kontakt am Anfang und am Ende ausgeführt werden.
Funktionsweisemessungen (Überschreibungseigenschaften), die mit dem vorstehend erwähnten Aufzeichnungskopf vorgenommen wurden, haben gezeigt, daß selbst in einem Hochfrequenzbereich von 40 MHz oder darüber eine überlegene Aufzeichnungsleistung mit etwa –50 dB erhalten wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann ein Medium mit einer hohen Koerzitivkraft selbst im Hochfrequenzbereich vollständig beschrieben werden, und es ist ein MR-Sensor mit einer hohen Empfindlichkeit vorgesehen, der einen ausgezeichneten MR-Effekt aufweist, der auf dem anisotropen Magnetowiderstandseffekt beruht, wobei eine innere Übertragungsrate von 15 MB/s oder mehr, eine Aufzeichnungsfrequenz von 45 MHz oder mehr, eine schnelle Datenübertragung bei einer Magnetplatte von mehr als 4000 Upm, eine Verkürzung der Zugriffszeit und eine Erhöhung der Aufzeichnungskapazität erzielt werden. Auf diese Weise wird eine Magnetplatteneinheit mit einer Oberflächen-Aufzeichnungsdichte von 20 Gb/cm² (3 Gb/Zoll²) oder darüber bereitgestellt.
Gemäß der vorstehend erwähnten vorliegenden Erfindung besteht zumindest ein Teil des Magnetpols des Aufzeichnungskopfs aus einem Film mit einem hohen spezifischen Widerstand, und wenn die Aufzeichnung im Hochfrequenzbereich ausgeführt wird, wird eine magnetische Speichervorrichtung mit einer hohen Aufzeichnungsdichte bereitgestellt.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein magnetischer Laminatkörper, der ein ausreichendes Kopplungsmagnetfeld und eine hohe Temperaturstabilität aufweist, erhalten werden, so daß ein Wiedergabekopf mit einer ausreichenden Wiedergabekapazität und einem geringen Rauschen und eine hoch-dichte magnetische Speichervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden können.

Claims

Dünnfilm-Magnetkopf mit einem oberen Magnetfilm (12, 13; 51, 52; 101, 107) und einem unteren Magnetfilm (11, 14; 51, 52; 103, 108), die auf entgegengesetzten Seiten einer nicht-magnetischen Spaltmembran (4; 56; 102) angeordnet sind, wobei mindestens ein Endabschnitt des oberen und/oder des unteren Magnetfilms aus mindestens einer der Spaltmembran (4, 56, 102) benachbarten ersten magnetischen Membranschicht (13, 14; 51; 102, 103) und einer von der Spaltmembran (4; 56; 102) weiter entfernten zweiten magnetischen Membranschicht (11, 12; 52; 107, 108), die einen anderen spezifischen Widerstand hat als die erste Schicht, aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (11, 12; 52; 107, 108) eine größere Breite und einen höheren spezifischen Widerstand hat als die erste Schicht (13, 14; 51; 102, 103).
Magnetkopf nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht (11, 12; 52; 107, 108) eine geringere Sättigungs-Magnetflußdichte hat als die erste Schicht (13, 14; 51; 102, 103).
Magnetkopf nach Anspruch 1, wobei der spezifische Widerstand der zweiten Schicht (11, 12; 52; 107, 108) über 50 μΩcm liegt.
Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe mit einem Aufzeichnungskopf zum Schreiben von Informationen, einem Wiedergabekopf zum Lesen von Informationen und einer dazwischen vorgesehenen magnetischen Abschirmung, wobei der Aufzeichnungskopf den in einem der vorhergehenden Ansprüche definierten Aufbau hat.
Magnetkopf nach Anspruch 4, wobei der Wiedergabekopf einen ferromagnetischen Körper und einen mit diesem verbundenen antiferromagnetischen Körper mit unidirektionaler Anisotropie umfaßt, wobei mindestens ein Teil des antiferromagnetischen Körpers aus einer Cr-Mn-Legierung besteht und mindestens ein mit der antiferromagnetischen Substanz verbundener Teil des ferromagnetischen Körpers aus Co oder einer Co-Legierung besteht.
Magnetspeichervorrichtung mit einer Einrichtung zum Drehen einer Dünnfilm-Magnetplatte mit einer Drehzahl über 4000 Upm bei der Aufzeichnung und Wiedergabe und einer Aufzeichnungsfrequenz von 45 MHz oder darüber, einem Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe mit einem an einem schwimmenden Gleiter zum Aufzeichnen von Informationen angeordneten Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 3 und einem Wiedergabekopf zum Lesen von Informationen, und einer Einrichtung zum Stützen und Verschieben des schwimmenden Gleiters über der Platte.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Magnetkopf für getrennte Aufzeichnung/Wiedergabe einen Wiedergabekopf umfaßt, der einen ferromagnetischen Körper und einen mit diesem verbundenen antiferromagnetischen Körper mit unidirektionaler Anisotropie aufweist, wobei mindestens ein Teil des antiferromagnetischen Körpers aus einer Cr-Mn-Legierung und mindestens ein mit der antiferromagnetischen Substanz verbundener Teil des ferromagnetischen Körpers aus Co oder einer Co-Legierung besteht.