BE1007775A3

BE1007775A3 - Magneetkop, voorzien van een kopvlak en een dunnefilm structuur, en werkwijze voor het vervaardigen van de magneetkop.

Info

Publication number: BE1007775A3
Application number: BE9301284A
Authority: BE
Inventors: Der Zaag Pieter J Van; Jacobus J M Ruigrok; Kampen Harald Van
Original assignee: Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-10-17
Also published as: DE69419390D1; EP0654782A3; DE69419390T2; US6233126B1; EP0654782B1; JPH07192228A; EP0654782A2

Abstract

Magneetkop, voorzien van een kopvlak (33) en een dunnefilm structuur met een magnetoweerstandselement (23) en een fluxgeleiden element (117a,117b) van een materiaal met een relatief hoge magnetische permeabiliteit. Een randgebied van het magnetoweerstandselement strekt zich tegenover het fluxgeleidende elementen uit, waarbij zich tussen het randgebied en het fluxgeleidende element een elektrisch isolerende, magnetisch permeabele tussenlaag (21) met een tussen 1.1 en 25 liggende relatieve magnetische permeabiliteit bevindt.

Description

Magneetkop, voorzien van een kopvlak en een dunnefilm structuur, en werkwijze voor het vervaardigen van de magneetkop.

De uitvinding heeft betrekking op een magneetkop, voorzien van een kopvlak en een dunnefilm structuur met een magnetoweerstandselement en een fluxge-leidend element van een magnetisch permeabel materiaal met een relatief hoge relatieve magnetische permeabiliteit, waarbij een randgebied van het magnetoweerstandselement zich tegenover het fluxgeleidende element uitstrekt en waarbij zich althans tussen het randgebied en het fluxgeleidende element een elektrisch isolerende tussenlaag bevindt.

Een dergelijke magneetkop is bekend uit US 4,425,593 (PHN 9357; herewith incorporated by reference). De bekende magneetkop is een leeskop, welke dient voor het detecteren van informatie representerende magneetvelden op een ten opzichte van de magneetkop bewegend magnetisch registratiemedium, in het bijzonder een magneetband. De magneetkop heeft een kopvlak en omvat een substraat van een ferriet, dat tezamen met twee in eikaars verlengde liggende laagvormige fluxgeleiders van een materiaal met een relatief hoge relatieve magnetische permeabiliteit, bijvoorbeeld een nikkel-ijzer legering waarvan de relatieve magnetische permeabiliteit typisch 1000 is, een magnetisch juk vormt. De magneetkop omvat voorts een van equipotentiaal strippen voorzien langwerpig laagvormig magnetoweerstandselement (MR element), dat aan twee tegenover elkaar gelegen einden contactvlakken heeft en dat een zodanige magnetische anisotropie heeft, dat de magnetische voorkeursinrichting althans nagenoeg samenvalt met zijn lengte-as. Het MR-element is zodanig binnen het magnetische juk opgesteld, dat een zich tussen de fluxgeleiders bevindende spleet door het MR element wordt overbrugt. Daarbij vertonen de fluxgeleiders naar elkaar toegekeerde einddelen, die zich tegenover parallel aan het kopvlak uitstrekkende randgebieden van het MR element bevinden. Zowel tussen het ferriet substraat en het elektrisch geleidende MR element als tussen het MR element en de elektrisch geleidende fluxgeleiders strekt zich een isolatielaag van kwarts uit. In de bekende magneetkop bevindt zich derhalve in de door de randgebieden van het MR element en de naar elkaar toegekeerde einddelen van de fluxgeleiders gevormde overlapgebieden een niet-magnetisch, elektrisch isolerend materiaal.

Een bezwaar van de bekende magneetkop is, dat vanwege de door het niet-magnetische materiaal veroorzaakte afstand tussen de randgebieden van het MR element en de tegenoverliggende einddelen van de fluxgeleiders, tijdens bedrijf slechts een klein gedeelte van de van het magnetische registratiemedium afkomstige magnetische flux daadwerkelijk door het MR element wordt geleid. Met andere woorden het rendement van de bekende magneetkop is laag.

De uitvinding beoogt het rendement van de in de aanhef genoemde magneetkop op een eenvoudige wijze te verbeteren.

De magneetkop volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat de tussenlaag magnetisch permeabel is en een relatieve magnetische permeabiliteit μΓ heeft, die voldoet aan de voorwaarde: 1.1 < μτ < 25. In de magneetkop volgens de uitvinding is derhalve tussen het MR element en het fluxgeleidende element een tussenlaag met een relatief lage relatieve magnetische permeabiliteit toegepast. Verrassenderwijze is gebleken, dat een dergelijke tussenlaag een aanzienlijke vergroting van de magnetische flux tussen het MR element en het fluxgeleidende element tijdens het uitlezen van een magnetisch medium oplevert, en derhalve een wezenlijk verbeterd rendement. Bij voorkeur is de tussenlaag zowel met het magnetoweerstandselement als het fluxgeleidende element in direct contact. Gebleken is zelfs, dat een tussenlaag met een tussen 2 en 10 liggende permeabiliteit reeds in een verrassend hoog rendement resulteert.

Een voordeel van de magneetkop volgens de uitvinding ligt voorts op technologisch gebied. Het vormen van de tussenlaag met een tussen 1.1 en 25 liggende relatieve permeabiliteit is relatief eenvoudig, waarbij op zich bekende depositiemetho-den, zoals sputteren, MO-CVD of laserablatie, toepasbaar zijn. Bij voorkeur wordt voor het vormen van de tussenlaag een oxydisch zacht-magnetisch materiaal, zoals een ferriet, bijvoorbeeld MnZn ferriet, NiZn ferriet, LiZn ferriet, MgMnZn ferriet, of een granaat, bijvoorbeeld Co/Si doped YIG (Y3Fe5012), toegepast. Gebleken is, dat reeds bij een dunne laagdikte de tussenlaag de vereiste relatieve permeabiliteit bezit. Bij voorkeur ligt de laagdikte d tussen 0,1 en 1,0 μια.

Opgemerkt wordt, dat in US 4,754,354 (herewith incorporated by référencé) voorgesteld wordt om tussen een MR element en een magnetisch permeabel jukdeel als tussenlaag een magnetische geleider met een relatief hoge relatieve magneti- sehe permeabiliteit aan te brengen. Een bezwaar van de in US 4,754,354 voorgestelde maatregel is de bijzonder moeilijke verwezenlijking daarvan. Het is technologisch niet eenvoudig om dunne lagen met een relatief hoge relatieve magnetische permeabiliteit te vormen, omdat in de te vormen microstructuur de gewenste stoechiometrie moeilijk is te realiseren. In US 4,754,354 wordt als enig voorbeeld een Fe3304 laag, die volgens de in US 4,477,319 (herewith incorporated by référencé) beschreven bijzondere technieken is gevormd, als magnetische geleider genoemd.

Met de magneetkop volgens de uitvinding kan althans nagenoeg hetzelfde effect worden bereikt als met de uit US 4,754,354 bekende magneetkop. De magneetkop volgens de uitvinding is echter aanmerkelijk eenvoudiger te realiseren dan deze bekende magneetkop.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een gemakkelijk uit te voeren werkwijze voor het vervaardigen van een magneetkop, die is voorzien van een kopvlak en een dunnefilm structuur met een magnetoweerstandselement en een fluxgeleidend element van een relatief hoge relatieve magnetische permeabiliteit, waarbij een randgebied van het magnetoweerstandselement zich tegenover het fluxgeleidende element uitstrekt en waarbij zich althans tussen het randgebied en het fluxgeleidende element een elektrisch isolerende tussenlaag bevindt.

De werkwijze volgens de uitvinding, heeft als kenmerk, dat magnetisch materiaal wordt gedeponeerd, totdat de genoemde elektrisch isolerende laag een relatieve magnetische permeabiliteit μτ heeft, die ligt tussen 1.1 en 25.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat magnetisch materiaal direct wordt gedeponeerd op het fluxgeleidende element voor het vormen van de tussenlaag, waarna het magnetoweerstandselement op de gevormde laag wordt aangebracht.

De uitvinding zal, bij wijze van voorbeeld, nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin de Figuren 1 tot en met 15 diverse stappen van een werkwijze representeren voor het vervaardigen van een eerste uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding,

Figuur 16 schematisch de eerste uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding toont,

Figuur 17 schematisch een tweede uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding toont, en

Figuur 18 een grafische weergave toont, die voor een uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding het verband weergeeft tussen de relatieve magnetische permeabiliteit μτ van de toegepaste tussenlaag en het rendement η van de magneetkop.

Onder verwijzing naar de figuren 1 tot en met 16 zal een eerste uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding alsmede een werkwijze voor het vervaardigen van deze uitvoeringsvorm worden beschreven. De werkwijze gaat uit van een vlak substraat 1 van ferriet, in dit voorbeeld een NiZn ferriet. Op een door polijsten verkregen substraatvlak 3a, wordt bijvoorbeeld door sputterdepositie een isolatielaag 5a van A1203 gevormd. In plaats van A1203 kan ook Si02 worden toegepast. Op de laag 5a worden vervolgens door bijvoorbeeld sputteren achtereenvolgens een hechtlaag 7a van Mo, een laag 7b van Au en een hechtlaag 7c van Mo gedeponeerd voor het vormen van een test- en/of biaswinding 7.

Op de laag 5a en de zich daarop bevindende winding 7 wordt door middel van bijvoorbeeld sputteren een isolatielaag 5b van bijvoorbeeld A1203 aangebracht. De lagen 5a en 5b vormen tezamen een relatief dikke laag 5 van een niet-magnetisch materiaal. Op de op het substraat 1 aanwezige laag 5 wordt bijvoorbeeld door sputterdepositie een laag 9 van Mo aangebracht, waarna door etsen in een tweetal gebieden 11a en 11b Mo wordt verwijderd. Vervolgens wordt gesputteretst, waarbij de laag 9 als masker fungeert en waarbij twee uitsparingen 15a en 15b in de hoofdlaag 5 worden gevormd. Na het sputteretsen worden de overgebleven delen van de laag 9 door bijvoorbeeld nat chemisch etsen verwijderd. Op de aldus gestructureerde laag 5 wordt een laag 17 van een zacht-magnetisch materiaal aangebracht, waarbij de uitsparingen 15a en 15b worden opgevuld voor het vormen van twee fluxgeleidende elementen 17a en 17b. In dit voorbeeld wordt de laag 17 gevormd door sputterdepositie van een FeNbSi legering. In plaats van een FeNbSi legering kan ook een CoZrNb legering, een FeSiAl legering of een NiFe legering worden toegepast. Het zacht-magnetische materiaal waaruit de fluxgeleidende elementen zijn gevormd hebben een relatief hoge tot hoge relatieve magnetische permeabiliteit, die globaal ligt tussen 100 en 2000.

Na het vormen van de laag 17 wordt gepolijst. Op het bij voorkeur door mechanochemisch polijsten verkregen hoofdvlak 19 wordt een dunne elektrisch isolerende, magnetische tussenlaag 21, die een tussen 1.1 en 25 liggende relatieve magnetische permeabiliteit heeft, gevormd. Bij voorkeur wordt hierbij gebruik gemaakt van de in de Europese octrooiaanvrage met aanvraagnummer 93200995.4 (PHN 14.428; herewith incorporated by reference) beschreven werkwijze.

In dit voorbeeld heeft de tussenlaag 21 een relatieve permeabiliteit ^ van 5. De tussenlaag 21, die een tussen 0,1 en 1,0 liggende laagdikte d heeft, is gevormd door laserablatie of MO-CVD van een oxydisch zacht-magnetisch materiaal, in dit voorbeeld MnZn ferriet. Op de tussenlaag 21 wordt een laag 23a van een magnetoweer-standsmateriaal gevormd, waartoe in dit voorbeeld een legering van NiFe wordt gesputterd. De laag 23a wordt vervolgens met behulp van een fotolakmasker en etsen gestructureerd voor het vormen van een magnetoweerstandselement (MR element) 23. Het MR element 23 overbrugt de afstand tussen de beide fluxgeleidende elementen 17a en 17b, waarbij randgebieden 23b en 23c van het MR element 23 zich tegenover de elementen 17a en 17b bevinden en via de genoemde tussenlaag 21 magnetisch gekoppeld zijn met de fluxgeleidende elementen. Op het MR element 23 wordt een laag 25a van een elektrisch geleidend materiaal, bijvoorbeeld Au, aangebracht, die met behulp van een fotolakmasker en etsen wordt gestructureerd tot equipotentiaalstrippen 25 van een barberpole-structmi en tot elektrisch geleidende stroken 25b voor het elektrisch aansluiten van het MR element op een -in de tekening niet getoonde- meetinrichting. Vervolgens wordt een isolatielaag 27 van bijvoorbeeld A1203 door bijvoorbeeld sputterdepositie aangebracht. In deze isolatielaag worden gaten 29 geëtst tot op de geleidende stroken 25b teneinde elektrische aansluitingen mogelijk te maken, waarna een beschermend tegenblok 31 van bijvoorbeeld BaTi03 of CaTi03 wordt bevestigd, bijvoorbeeld met behulp van een lijmmiddel. Eventueel kan de laag 27 vooraf tot een gewenste dikte worden gevlakt, bijvoorbeeld door mechanisch polijsten. De nu verkregen eenheid wordt door bewerkingen, bijvoorbeeld slijpen, van een kopvlak 33 voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium, in het bijzonder een magneetband, voorzien.

In Figuur 17 is een tweede uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding getoond. Deze magneetkop is voorzien van een kopvlak 133 en omvat een op een ferriet substraat 101 aangebrachte dunnefilm structuur. De dunnefïlm structuur bezit als voornaamste elementen een dwars op het kopvlak 133 georiënteerd magnéto- weerstandselement (MR element) 123 en een in het kopvlak 133 eindigend fluxgeleidend element 117a, waarbij zich tussen een parallel aan het kopvlak 133 lopend randdeel 123a van het MR element 123 en het fluxgeleidende element 117a een elektrisch isolerende tussenlaag 121 met een tussen 1 en 25 liggende magnetische permeabiliteit uitstrekt. De tussenlaag 121, die uit een oxydisch zacht-magnetisch materiaal, in dit voorbeeld een MgMnZn ferriet, is gevormd en bij voorkeur en tussen 2 en ongeveer 10 liggend relatieve permeabiliteit μ, heeft, is direct aangebracht op het magnetisch goedgeleidende fluxgeleidende element 117a en heeft een tussen 0,1 en 1,0 μηι liggende dikte d. In dit voorbeeld is de laagdikte 3 μτη. Het randdeel 123a bevindt zich op de genoemde tussenlaag 121. Indien gewenst, kan de dunnefilm structuur een verder fluxgeleidend element 117b bezitten, dat via eenzelfde tussenlaag (nu aangegeven met 122) van relatief lage relatieve permeabiliteit magnetisch is gekoppeld met het MR element. Voorts kan een biaswinding 107 aanwezig zijn. De dunnefilm structuur bezit voorts elektrisch isolerende, niet magnetische isolatielagen 104, 105 en 106.

In Figuur 18 is het berekende rendement η van een uitvoeringsvorm van de dunnefilm magneetkop volgens de uitvinding als functie van de relatieve magnetische permeabiliteit μτ van de tussenlaag weergegeven. In deze uitvoeringsvorm heeft de tussenlaag een dikte van 0.5 μτη en is in direct contact met zowel het magnetoweer-standselement als het fluxgeleidende element. Uit de getoonde curve blijkt een sterke toenamen van het rendement tussen μί = 1,1 en μτ = 25 en een slechts geringe verdere toename voor hogere relatieve magnetische permeabiliteiten van de tussenlaag.

Opgemerkt wordt, dat de uitvinding niet is beperkt tot de getoonde voorbeelden. Zo omvat de magneetkop volgens de uitvinding eveneens een uitvoeringsvorm, waarbij het magnetoweerstandselement aan het kopvlak grenst en het aanwezige fluxgeleidende element zich op afstand daarvan bevindt.

Claims

1. Magneetkop, voorzien van een kopvlak en een dunnefilm structuur met een magnetoweerstandselement en een fluxgeleidend element van een magnetisch permeabel materiaal met een relatief hoge relatieve magnetische permeabiliteit, waarbij een randgebied van het magnetoweerstandselement zich tegenover het fluxgeleidende element uitstrekt en waarbij zich althans tussen het randgebied en het fluxgeleidende element een elektrisch isolerende tussenlaag bevindt, met het kenmerk, dat de tussenlaag magnetisch permeabel is en een relatieve magnetische permeabiliteit μτ heeft, die voldoet aan de voorwaarde: 1.1 < μί < 25.

2. Magneetkop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de magnetische permeabiliteit μτ van de tussenlaag ligt tussen 2 en 10.

3. Magneetkop volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de tussenlaag een laagdikte d heeft, die voldoet aan de voorwaarde 0,1 < d < 1,0 μια.

4. Magneetkop volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de tussenlaag uit een oxydisch zacht-magnetisch materiaal is gevormd.

5. Magneetkop volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het oxydische zacht-magnetische materiaal een ferriet is.

6. Magneetkop volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het oxydische zacht-magnetische materiaal een granaat is.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van de magneetkop met een magnetoweerstandselement en een fluxgeleidend element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij op een van de elementen een elektrisch isolerende laag wordt gevormd waarna het andere element wordt aangebracht, met het kenmerk, dat magnetisch materiaal wordt gedeponeerd, totdat de genoemde elektrisch isolerende laag een relatieve magnetische permeabiliteit μΓ heeft, die ligt tussen 1.1 en 25.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat magnetisch materiaal direct wordt gedeponeerd op het fluxgeleidende element voor het vormen van de genoemde laag, waarna het magnetoweerstandselement op de gevormde laag wordt aangebracht.