CN1835083A - 软磁薄膜以及薄膜磁头 - Google Patents

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Abstract

软磁薄膜以及薄膜磁头。该软磁薄膜具有优良的软磁特性并适合薄膜磁头。本发明的软磁薄膜包括：包含铁磁元素的磁性基层；和堆叠在该磁性基层上的铁磁层。该软磁薄膜具有单轴磁畴各向异性。该磁性基层包括选自铁、镍和钴的至少一种元素作为铁磁元素。

Description

软磁薄膜以及薄膜磁头
技术领域
本发明涉及一种软磁薄膜以及薄膜磁头。
背景技术
在磁盘驱动单元中，使用一种薄膜磁头将数据写入记录介质以及从记录介质中复制数据。薄膜磁头具有上磁极和下磁极，它们是磁性层，还具有间隔层，它是位于两磁极之间的非磁性层。在上下磁极之间产生磁场以将数据写入介质中。
薄膜磁头能够增加磁极的饱和磁通量密度从而提高记录密度。因此，需要一种具有高的饱和磁通量密度和软磁特性的磁性薄膜(软磁薄膜)。
本发明的申请人发明了一种具有软磁薄膜的薄膜磁头(见日本专利公报第2003-229310号)。该薄膜磁头如图11所示。非磁性层37和非磁性基层38a位于下磁极34的端部和上磁极35的端部之间。上磁极35形成在铁磁层35a上。符号31代表一线圈结构。MR元件41是读入元件，位于上屏蔽层43和下屏蔽层44之间。
在图11所示的传统薄膜磁头中，堆叠在非磁性层37上的非磁性基层38a是通过，例如在镍铁(NiFe)合金中添加25at％或更多的铬(Cr)使其非磁化。通过在非磁性基层38a上形成例如FeCo层的铁磁层35a而形成的软磁薄膜具有优良的软磁特性，因此适合薄膜磁头。
然而，上磁极35是通过在铁磁层35a的表面形成抗蚀图案并且通过电镀形成磁性薄膜而形成的。形成上磁极35后，去除抗蚀图案。此外，通过刻蚀去除铁磁层35a和磁性基层38中不必要的部分，但是很难刻蚀非磁性基层38a。如果铁磁层35a被露出，则其很容易被腐蚀。
此外，在传统的薄膜磁头中，在非磁性基层38a形成在绝缘层39之下。因此，绝缘层39在非磁性基极层38a形成之后形成，然后形成铁磁层35a。即，不能连续形成非磁性基层38a和铁磁层35a。也就是，制作步骤必然是低效的。
发明内容
为了解决传统薄膜磁头的问题而提出了本发明。
本发明的一个目的是提供一种具有优良的软磁特性并适合薄膜磁头的软磁薄膜。
另一个目的是提供一种具有所述软磁薄膜的薄膜磁头。
为了实现这些目的，本发明具有下述结构。
即，本发明的软磁薄膜包括：包括铁磁元素的磁性基层；和堆叠在该磁性基层上的铁磁层。该软磁薄膜具有单轴磁畴各向异性。该磁性基层包括选自铁、镍和钴的至少一种元素作为铁磁元素。
在软磁薄膜中，磁性基极层可由81.3at％镍铁(NiFe)合金或50at％镍铁(NiFe)合金构成。每种合金都具有高的饱和磁通量密度。
在软磁薄膜中，铁磁层可由至少包括铁或钴的合金构成。该合金可进一步包括选自Al、B、Ga、Si、Ge、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Ni、Mo、W、Rh、Ru、Pd和Pt的至少一种元素。
软磁薄膜可进一步包括由50％镍铁(NiFe)构成的合金层，该合金层堆叠于铁磁层上。利用这种结构，可以防止铁磁层的腐蚀。
软磁薄膜可用于能将数据写入磁性记录介质中的薄膜磁头。本发明的薄膜磁头包括：下磁极；和通过写入间隔层(write-gap layer)与该下磁极分开的上磁极，其中包括铁磁元素的磁性基层、铁磁层和上磁极堆叠在该写入间隔层之上。该薄膜磁头将被安装在装配在磁盘驱动单元中的磁头滑块上。
由于本发明的软磁薄膜具有高的饱和磁通量密度和优良的软磁特性，因此该软磁薄膜适合于磁盘驱动单元中能将数据写入记录介质的薄膜磁头。此外，包括该软磁薄膜的薄膜磁头产生强磁场以写入数据并具有优良的高频特性，因此能以高的记录密度在记录介质中写入数据。
附图说明
将通过示例并结合附图对本发明的实施例进行说明，其中：
图1是示出了内部机械结构的磁盘驱动单元(HDD)的示意性平面图；
图2是磁头滑块的示意性透视图；
图3是涉及本发明的薄膜磁头(感应写入头元件)的示意性平面图；
图4是读/写头的剖面图；
图5是示出了读/写头制造过程的剖面图；
图6是示出了读/写头制造过程的剖面图；
图7是修整上磁极的示意图；
图8是涉及本发明的软磁薄膜的BH磁滞(BH hysteresis)的曲线图；
图9是涉及本发明的软磁薄膜的BH磁滞的曲线图；
图10是比较样品的软磁薄膜的BH磁滞的曲线图；
图11是传统读/写头的剖面图。
具体实施方式
现在将结合附图对本发明的优选实施例作详细描述。
图1是示出了内部机械结构的磁盘驱动单元11的示意性平面图。盘驱动单元11包括薄膜磁头。作为磁性记录介质的磁盘13容纳在盘驱动单元11的矩形体部件12中。磁盘13连接到转轴马达14的旋转轴。转轴马达14高速旋转磁盘13，转速例如为7200rpm、10000rpm。
滑架16容纳在体部件12中，该滑架能够绕与磁盘13的盘表面垂直的支撑轴15旋转。滑架16包括：从支撑轴15水平伸出的臂17；位于臂17的前端并从该处向前延伸的弹性悬架18。
磁头滑块(head slider)19位于悬架18的前端。磁头滑块19的悬浮面朝向磁盘13的盘表面。悬架18的弹性使得磁头滑块19偏向磁盘13的表面。通过转动磁盘13，磁盘13表面的气流产生浮力使磁头滑块19悬浮。当浮力和悬架18的弹性平衡时，磁头滑块19浮起。
通过在磁头滑块19悬浮的同时绕支撑轴15转动滑架16，磁头滑块19沿磁盘13的半径方向在其表面移过。通过这种动作，可使磁头滑块19移动到磁盘13的想要的记录磁道。可通过致动装置21，例如音圈马达(VCM)转动滑架16。
图2示出了磁头滑块19的示例。磁头滑块19包括：由Al2O3-TiC(ALTIC)构成的滑块本体(slider proper)22；以及固定在滑块本体22的排气端的头元件膜24。头元件膜24由氧化铝(Al2O3)构成，其包括读/写头23。朝向磁盘13的悬浮表面25在滑块本体22和头元件膜24内形成。
在悬浮表面25中形成一对挡板27，其从进气端向排气端延伸。挡板27的顶面作为气浮面(ABS)28，其利用气流26产生浮力。
读/写头23的形成在头元件膜24中的一端在ABS 28中露出。
在图3中，从写入头一侧观察读/写头23。读/写头23包括感应写入头元件32，其通过利用螺旋线圈结构31产生的磁场向磁盘13中写入数据。感应写入头元件32作为本发明的薄膜磁头工作。
当通过向线圈结构31提供电流而产生磁场时，磁通流穿过插入在线圈结构31的中心的磁芯33。线圈结构31由导电材料(例如铜)构成。
图4是读/写头23的剖面图。
磁芯33从螺旋线圈结构31的中心向悬浮表面25延伸。下磁极34和上磁极35形成在读/写头23的与悬浮表面25相对应的前端面中。下磁极34包括：磁极层34a；前极部分34b，其位于线圈结构31的与悬浮表面25对应的外侧，并从磁极层34a向上延伸；以及后极部分34c，其位于线圈结构31的中心并从磁极层34a向上延伸。前极部分34b和后极部分34c的顶面包含在相同的水平面内。下磁极34例如由NiFe构成。
非磁性层37的前端暴露在悬浮表面25中，其形成在下磁极34上并水平向后延伸。
包括50埃的Ti层和铁磁元素的磁性基层38以及铁磁层35a堆叠在非磁性层37上。厚度为200埃的50at％NiFe膜形成在铁磁层35a上。形成绝缘层36以构成上磁极35的顶角。
非磁性层37、磁性基层38、以及铁磁层35a形成在磁极34和35之间以形成磁极34和35之间的写入间隔(write-gap)。
形成在Ti层上的磁性基层38例如由NiFe合金构成。磁性基层38由包括选自的铁、镍和钴的至少一种铁磁元素的合金构成。磁性基层38为合金膜，例如由厚度为20埃的81.3at％NiFe、厚度为50埃的50at％NiFe构成。
上磁极35包括：形成在磁性基层38上的铁磁层35a，其形成在Ti膜上；磁极层35b，从线圈结构31的中心向前延伸。磁极层35b的前端由铁磁层35a支持。上磁极35的后端在线圈结构31的中心与下磁极34的后极部分34c连接。
铁磁层35a可由铁钴(FeCo)合金构成。铁钴(FeCo)合金中可以添加选自O、N、C的至少一种元素。此外，FeCo合金可包括选自Al、B、Ga、Si、Ge、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Ni、Mo、W、Rh、Ru、Pd和Pt的至少一种元素。铁磁层35a可由包括至少一种铁磁元素(例如铁、钴)的合金构成。磁性基层38上的铁磁层35a具有软磁特性和高饱和磁通量密度，例如2.4T或更高。磁极层35b例如由镍铁(NiFe)合金构成。
如图4所示，读/写头23还包括读取头42，该读取头42具有从磁盘13读取数据的磁电阻效应(MR)元件41。MR元件41夹在一对屏蔽层43和44之间。屏蔽层43和44之间限定了读取间隔(read-gap)。屏蔽层43和44例如由诸如FeN、NiFe的磁性材料构成。巨磁电阻效应元件和隧道结磁阻效应元件等可用作MR元件41。
如图4所示，在读/写头23中，厚度均匀的非磁性层45形成在感应写入头元件32的下磁极34和读取头42的上屏蔽层43之间。非磁性层45将下磁极34与上屏蔽层43磁性隔离。非磁性层45例如由氧化铝(Al2O3)构成。注意，感应写入头元件32的下磁极34可用作读取头42的上屏蔽层43。
当向感应写入头元件32的线圈结构31提供电流时，线圈结构31产生磁场。磁通流穿过线圈结构31的中心、上磁极35、和下磁极34。磁通流绕过非磁性层37在磁极34和35之间通过。从悬浮表面25漏出的磁通流产生写入磁场或记录磁场。朝向悬浮表面25的磁盘13被写入磁场磁化。
在感应写入头元件32中，在感应写入头元件32的上磁极35的端部可获得高的饱和磁通流密度。因此，可在感应写入头元件32的写入间隔中形成强的间隔磁场或写入磁场。通过利用该强的写入磁场，磁盘13可由具有高矫顽力的材料构成，因此可以增加单位面积的磁道数目，并得到更高的记录密度。
接下来，简要地说明感应写入头32的制造过程。首先，用已知的方法在ALTIC晶片上形成屏蔽层43、44以及形成在屏蔽层43和44之间的MR元件41。
注意，如图5所示，MR元件41将被调整直至达到标准平面51，这样MR元件41就暴露在标准平面51或悬浮表面25中。
下磁极34和线圈结构31形成在上屏蔽层43上。前极部分34b和后极部分34c的顶面通过平整处理被平整并露出。
如图6所示，在平整后的顶面上形成非磁性层37。在非磁性层37上形成突起53，突起53是例如由氧化铝(Al2O3)构成的非磁性膜。然后，在突起53和非磁性层37上形成光阻层54。在光阻层54中形成与上磁极35的形状对应的凹陷部分55。
通过溅射在凹陷部分55中形成磁性基层38和铁磁层35a。在本实施例中，如上所述，连续地形成Ti层、磁性基层38和铁磁层35a。
为形成铁磁层35a用的靶由CoFe合金(例如FeCo、FeCoN、FeCoAlO)构成。在本实施例中，通过在公转的基板(planetary rotatingsubstrate)上进行沉积的方法，在磁性基极层38上形成铁磁层35a，因此可在轨道运动方向上安排易磁化轴。
接着，通过溅射在位于凹陷部分55中的铁磁层35a上形成磁极层35b。因此，从线圈结构31的中心向标准平面51延伸的上磁极35被形成在凹陷部分55中。
然后，如图7所示，修整上磁极35。为了修整，在上磁极35上形成光刻胶薄膜63。通过离子碾磨进行修整，以使上磁极35、磁性基极层38和非磁性层37变薄。此外，还修整了下磁极34。
通过执行修整步骤，完成了感应写入头元件32。最后，用非磁性膜(例如氧化铝(Al2O3))覆盖感应写入元件32，然后去除修整台(trimmingstock)52。
本发明的发明人测量了本发明的软磁薄膜的样品和比较样品的软磁特性。其结果在图8-10中示出，它们是沿着与样品定向面(orientationflat)平行和垂直的方向的BH磁滞(BH hysteresis)。
图8中所示的本发明的样品具有以下结构：Ti层(厚度50埃)/81.3at％NiFe的磁性基层(厚度20埃)/FeCo铁磁层(厚度1300埃)/50at％NiFe(厚度200埃)。图9中所示的本发明的样品具有以下结构：Ti层(厚度50埃)/50at％NiFe的磁性基层(厚度50埃)/FeCo铁磁层(厚度1300埃)/50at％NiFe(厚度200埃)。图10中所示的比较样品具有以下结构：Ti层(厚度50埃)/FeCo铁磁层(厚度1300埃)/50at％NiFe(厚度200埃)。所有样品都通过溅射形成，并且铁磁层通过在公转基板上进行沉积的方法形成。
根据图8和图9，磁性薄膜具有合适的单轴磁畴各向异性，在每个磁性薄膜中，铁磁膜形成在磁性基层上。
另一方面，根据图10，没有磁性基层的比较样品具有各向同性的磁性。即，不能得到单轴磁畴各向异性。
根据这些结果，可以通过在磁性基层上形成铁磁层来制造合适的软磁薄膜。因此，通过使用本发明的软磁薄膜，可以有效地提高薄膜磁头的写入磁场，并且该薄膜磁头能够高记录密度地记录数据。
此外，能够通过蚀刻容易地去除本发明的软磁薄膜(包括磁性基层和铁磁层)。因此，在上磁极35形成之后可通过蚀刻容易地去除软磁薄膜的无用部分。可以容易地制造出薄膜磁头。
由于镍铁层形成在铁磁层35a的表面上，防止了铁磁层的腐蚀。
本发明可以以其他具体形式实现而不偏离本发明的本质特征的精神。因此，无论从那方面来说，这些实施例都应被看作是说明性而非限制性的，本发明的范围由所附的权利要求而非前面的说明书指明，因此本发明意在包括权利要求的等同物的意义和范围之内的所有变化。

Claims (6)

1.一种软磁薄膜，
包括：
包含铁磁元素的磁性基层；以及
堆叠在所述磁性基层上的铁磁层。
2.根据权利要求1所述的软磁薄膜，
其中所述磁性基层由81.3at％NiFe构成。
3.根据权利要求1所述的软磁薄膜，
其中所述磁性基层由50at％NiFe构成。
4.根据权利要求1所述的软磁薄膜，
其中所述铁磁层由至少包括铁或钴的合金构成。
5.根据权利要求1所述的软磁薄膜，
还包括由50at％NiFe构成的合金层，其堆叠在所述铁磁层上。
6.一种薄膜磁头，
包括：
下磁极，以及
通过写入间隔层与所述下磁极分隔开的上磁极，
其中包括铁磁元素的磁性基层、铁磁层和所述上磁极堆叠在所述写入间隔层上。
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CN101409135B (zh) * 2008-07-29 2011-12-28 兰州大学 一种软磁薄膜及制备方法

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