DE19800369C2

DE19800369C2 - Magnetkopf

Info

Publication number: DE19800369C2
Application number: DE19800369A
Authority: DE
Inventors: Ikuya Tagawa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2018-01-10
Also published as: KR100250970B1; CN1204835A; KR19990013305A; DE19800369A1; CN1137465C; US6001468A; JPH1125421A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetkopf, und im besonderen einen Magnetkopf des Induktionstyps zur Verwendung in einem Magnetplattenlaufwerk, einem Magnetband laufwerk und so weiter.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein Magnetkopf des Induktionstyps ist verwendet worden, um magnetische Informationen auf einer Magnetplatte oder einem Magnetband aufzuzeichnen oder die magnetischen Infor mationen, die auf der Magnetplatte oder dem Magnetband aufgezeichnet sind, wiederzugeben. In den letzten Jahren sind jedoch mit der praktischen Implementierung von magneto resistiven Vorrichtungen die Magnetköpfe des Induktionstyps oft ausschließlich zur magnetischen Aufzeichnung verwendet worden.

Der Magnetkopf des Induktionstyps (induktiver Kopf) hat im allgemeinen eine Querschnittsstruktur, wie sie in Fig. 16A und 16B gezeigt ist. Eine spiralige Spule 1 ist zwischen einem unteren Magnetpol 2 und einem oberen Magnetpol 3 durch eine Isolierschicht 4 hindurch angeordnet. Der obere Magnet pol 3 bezeichnet einen Magnetpol, der auf der Seite positio niert ist, die von einer Aufzeichnungsspur eines magneti schen Aufzeichnungsmediums entfernt ist, d. h., der aus einem Film hergestellt ist, der abschließend gebildet wird.

Falls der Magnetkopf des Induktionstyps in Kombination mit einem MR-Magnetkopf nur zur Wiedergabe eingesetzt wird, an dem die magnetoresistive Vorrichtung installiert ist, wird im allgemeinen solch eine Konfiguration angewendet, daß der untere Magnetpol des Magnetkopfes des Induktionstyps auch als obere Schirmschicht des MR-Magnetkopfes dienen kann. So kann die Miniaturisierung des Magnetkopfes erreicht werden, und es kann auch verhindert werden, daß eine Verset zung zwischen der Schreibposition und der Leseposition hervorgerufen wird.

In dem Magnetkopf des Induktionstyps ist zwischen obe ren Endendes oberen Magnetpols 3 und des unteren Magnetpols 2 über die Isolierschicht 4 hinweg ein infinitesimaler Spalt gebildet. Der obere Magnetpol 3 ist gebildet, um ein sich verjüngend abgeschrägtes oberes Ende zu haben, wie in Fig. 16B gezeigt. Solch eine abgeschrägte Neigung θ bezüglich einer Oberflächenlinie des oberen Endes wird als Preßwinkel oder Kegelwinkel bezeichnet.

Normalerweise wird ein Permalloydünnfilm als weich magnetischer Dünnfilm verwendet, der als oberer Magnetpol 3 dient. Eine Filmdicke δ des Dünnfilms beträgt etwa 3,5 bis 4,0 µm, und der Kegelwinkel θ beträgt 45 bis 55 Grad. In letzter Zeit ist, um eine Reduzierung des Aufzeichnungs magnetfeldes auf Grund eines schmaleren Schreibspaltes zu verhindern, Material mit einer hohen Sättigungsmagnetfluß dichte (Bs) wie Ni₅₀Fe₅₀ als oberer Magnetpol 3 verwendet worden, oder es ist ein Verbundmagnetpol verwendet worden, der durch Laminieren eines Dünnfilms mit hoher Bs und des Permalloydünnfilms hergestellt wird. Selbst in solch einer Konfiguration beträgt jedoch die Filmdicke δ des gesamten oberen Magnetpols 3,0 µm oder mehr, und der Kegel winkel θ beträgt 30 Grad oder mehr.

Übrigens ist es notwendig gewesen, den Aufzeichnungs kopf mit der hohen Frequenz von etwa 100 MHz oder mehr zu betreiben, als die Aufzeichnungsdichte in den letzten Jahren zunahm.

In dem Magnetkopf des Induktionstyps der hohen Frequenz ist die Dibitauflösung als wichtiger Index zum Bewerten der Charakteristik der hohen Aufzeichnungsdichte genutzt worden. Die Dibitauflösung kann durch einen Wert (V_dibit/V_iso) gege ben sein, der durch Dividieren einer Aufzeichnungs-/Wieder gabeausgangsleistung V_dibit, die aus nur zwei Bits besteht, bei der hohen Frequenz (z. B. 100 MHz) durch eine Aufzeich nungs-/Wiedergabeausgangsleistung V_iso, die aus nur zwei Bits besteht, bei der niedrigen Frequenz (z. B. 10 MHz) ermittelt wird. Im allgemeinen ist ein Wert von 40% oder mehr als Dibitauflösung benötigt worden.

In dem Fall, wenn der Magnetkopf des Induktionstyps in dem hohen Frequenzbereich von mehr als 100 MHz eingesetzt wird, ist jedoch dem Einfluß des Wirbelstroms, der in dem Schreibkopf (besonders in dem oberen Magnetpol) verursacht wird, bei dem Stand der Technik nicht genügend Beachtung geschenkt worden. Infolgedessen ist der obere Magnetpol für Anwendungen mit hoher Frequenz unzweckmäßig konstruiert. Beispielsweise sind die Filmdicke δ und der Kegelwinkel θ des oberen Magnetpols im Vergleich zu den Eigenschaften des Materials, das als oberer Magnetpol verwendet wird, wie z. B. hinsichtlich der Sättigungsmagnetflußdichte Bs, des spezifischen elektrischen Widerstandes ρ, etc., übermäßig groß gebildet. Deshalb ist angenommen worden, daß es schwierig ist, die Aufzeichnungsauflösung, etc. durch Erhöhen der Dibitauflösung bis auf 40 oder mehr in dem hohen Frequenz band über 100 MHz zu verbessern.

Aus IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 26, No. 5, Sept. 1990, Seiten 1674-1676 ist es bekannt, daß der Kegelwinkel θ einen Einfluß auf die Hochfrequenzeigenschaften eines induktiven Dünnschicht-Magnetkopfes hat.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetkopf vorzusehen, der Aufzeichnungsmagnetfelder durch einen Aufzeichnungsstrom mit hoher Frequenz von über 100 MHz mit guter Effektivität erzeugen kann, um somit eine ausrei chende Aufzeichnungsauflösung zu implementieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein oberer Magnetpol gebildet sein, um eine Konfiguration zu haben, um (1 + tanθ)δBs/√ρ ≦ 1,0 zu genügen, unter den Voraussetzun gen, daß der obere Magnetpol, der eine Einzelschichtstruktur hat, eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs (T), einen spezifi schen elektrischen Widerstand ρ (µΩcm) und eine Filmdicke δ (µm) hat und daß sich beide Seiten des oberen Magnetpols mit einem Kegelwinkel θ (Grad) von Wurzelabschnitten eines Pols erstrecken, der an dem oberen Ende des oberen Magnetpols gebildet ist.

Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wird klargestellt, daß in dem Magnetkopf, der solch einer Bedin gung genügt, die Dibitauflösung 40% überschreiten kann, selbst wenn eine Aufzeichnungsstromfrequenz auf mehr als 100 MHz eingestellt ist.

Ferner ist in dem Fall, wenn der obere Magnetpol aus einer Vielzahl von Magnetschichten mit einer Schichtanzahl N gebildet ist, die obere magnetische Elektrode gebildet, um eine Konfiguration zu haben, die (1 + tanθ)Σ_i=1,Nδ_iBs_i/√ρ_i ≦ 1,0 genügen kann, wenn eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs_i (T), ein spezifischer elek trischer Widerstand ρ_i (µΩcm) und eine Filmdicke δ_i (µm) der i-ten Magnetschicht ab der Seite des unteren Magnetpols angenommen werden und ferner der Kegelwinkel, der sich von Wurzelabschnitten des Pols erstreckt, der am oberen Ende des oberen Magnetpols gebildet ist, mit θ angenommen wird.

Bei dem Magnetkopf, der solch einer Bedingung genügt, kann die Dibitauflösung von über 40% auch dann erreicht werden, wenn die Aufzeichnungsstromfrequenz auf mehr als 100 MHz eingestellt ist.

Auf diese Weise kann die Wahl oder die Gestaltung des Materials für den oberen Magnetpol, der ein Aufzeichnungs magnetfeld mit guter Effektivität durch den Aufzeich nungsstrom mit hoher Frequenz von über 100 MHz erzeugen kann, leicht gemacht werden, da die Bedingungen zum Verbes sern der Aufzeichnungsauflösung geklärt worden sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Magnetkopf des Induktionstyps gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die den Magnetkopf des In duktionstyps gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ma gnetkopf des Induktionstyps gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die einen Pol eines oberen Magnetpols und dessen Peripherie des Magnetkopfes des Induk tionstyps gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein oberes Ende des oberen Magnetpols und dessen Peripherie des Magnetkopfes des Induktionstyps gemäß der ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 6A und 6B sind Wellenformdiagramme, die zwei Bits bei einer hohen Aufzeichnungsstromfrequenz bzw. zwei Bits bei einer niedrigen Aufzeichnungsstromfrequenz zeigen;

Fig. 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Aufzeichnungsstromsignalfrequenz und einer Aufzeichnungs magnetfeldintensität in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Dibitauflösung und einem Abschwächungsfaktor des Magnetfel des der hohen Frequenz zeigt;

Fig. 9 ist ein Graph, der zeigt, wie Charakteristik kurven, die in Fig. 7 gezeigt sind, gemäß verschiedenen Parametern des oberen Magnetpols in dem Magnetkopf des Induktionstyps verändert werden;

Fig. 10 ist ein Graph, der den Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz zeigt, der gemäß Veränderun gen von Parametern der oberen Magnetpole ermittelt wurde, die in dem Magnetkopf des Induktionstyps gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Einzel schichtstruktur haben;

Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die einen oberen End abschnitt eines oberen Magnetpols zeigt, der in dem Magnet kopf des Induktionstyps gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Magnetschicht mit doppel schichtiger Struktur hat;

Fig. 12 ist ein Graph, der den Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz zeigt, der gemäß Veränderun gen der Parameter der oberen Magnetpole in dem Magnetkopf des Induktionstyps ermittelt wurde, der die Struktur von Fig. 11 hat;

Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration zeigt, in der eine Isolierschicht zwischen den Magnetschich ten mit doppelschichtiger Struktur des oberen Magnetpols von Fig. 11 eingefügt ist;

Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die einen oberen End abschnitt eines oberen Magnetpols zeigt, der in dem Magnet kopf des Induktionstyps gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine mehrschichtige magnetische Struktur hat;

Fig. 15 ist ein Graph, der den Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz zeigt, der gemäß Veränderun gen der Parameter der oberen Magnetpole in dem Magnetkopf des Induktionstyps mit der Struktur von Fig. 14 ermittelt wurde;

Fig. 16A ist eine Schnittansicht, die einen gewöhnli chen Magnetkopf des Induktionstyps zeigt; und

Fig. 16B ist eine Draufsicht, die den Magnetkopf des Induktionstyps zeigt, bei dem eine Isolierschicht weggelas sen wurde.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.

Erste Ausführungsform

Zuerst wird ein Verbundmagnetkopf erläutert, der eine Struktur hat, bei der ein Magnetkopf des Induktionstyps auf einem magnetoresistiven Magnetkopf gebildet ist, und dann wird im Anschluß daran die Optimierung eines oberen Magnet pols in dem Magnetkopf des Induktionstyps eingehend erläu tert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Verbund magnetkopf gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zeigt. Fig. 2 ist eine Draufsicht, die den Verbundmagnetkopf von Fig. 1 zeigt. Fig. 3 ist eine perspek tivische Ansicht, die einen zweckdienlichen Abschnitt des Verbundmagnetkopfes von Fig. 1 zeigt.

In Fig. 1 bis 3 sind ein magnetoresistiver (MR) Magnet kopf 10 nur zur Wiedergabe (zum Lesen) und ein Magnetkopf des Induktionstyps 20, der zur Aufzeichnung (zum Schreiben) und Wiedergabe in der Lage ist, in der Reihenfolge auf einem Kopfsubstrat 11 gebildet.

Der MR-Magnetkopf 10 besteht aus einer ersten Magnet schirmschicht 12, einem ersten nichtmagnetischen Isolierfilm 13, einer magnetoresistiven Vorrichtung 14 und einem zweiten nichtmagnetischen Isolierfilm 15. Ein Paar von Leitungen 14a ist mit beiden Seiten der magnetoresistiven Vorrichtung 14 verbunden. Die magnetoresistive Vorrichtung 14 und das Paar von Leitungen 14a sind zwischen dem ersten nichtmagnetischen Isolierfilm 13 und dem zweiten nichtmagnetischen Isolierfilm 15 angeordnet.

Der Magnetkopf des Induktionstyps 20 besteht seiner seits aus einer Schicht 21 des unteren Magnetpols (unterer Kern) zum Beispiel aus NiFe, einer spiraligen Spule 22 zur elektromagnetischen Konvertierung und einer Schicht 24 des oberen Magnetpols (oberer Kern), die in der Reihenfolge auf dem MR-Magnetkopf 10 gebildet sind.

Ferner hat die Schicht 21 des unteren Magnetpols eine Funktion als zweite Magnetschirmschicht des Magnetkopfes des MR-Typs 10. Die Schicht 21 des unteren Magnetpols ist auf dem zweiten nichtmagnetischen Isolierfilm 15 des MR-Magnet kopfes 10 in einem Bereich gebildet, der sich von einem oberen Ende der magnetoresistiven Vorrichtung 14 zu einem zentralen Abschnitt der spiraligen Spule 22 erstreckt. Die Schicht 21 des unteren Magnetpols kann auch separat von der zweiten Magnetschirmschicht des Magnetkopfes des MR-Typs 19 gebildet sein.

Eine Spaltschicht 25 aus etwa 0,2 µm dickem Al₂O₃ und so weiter ist auf der Schicht 21 des unteren Magnetpols gebildet.

Eine Isolierschicht 23 ist zwischen der Schicht 21 des unteren Magnetpols und der Schicht 24 des oberen Magnetpols angeordnet. Die Isolierschicht 23 bedeckt einen Teil der spiraligen Spule 22, die gebildet ist, um aus der Schicht 24 des oberen Magnetpols herauszuragen. Die Isolierschicht 23 kann somit die spiralige Spule 22 von der Schicht 21 des unteren Magnetpols und der Schicht 24 des oberen Magnetpols isolieren. Zusätzlich sind ein zentraler Abschnitt der Schicht 21 des unteren Magnetpols und ein Endabschnitt der Schicht 24 des oberen Magnetpols miteinander verbunden, um einen zentralen Abschnitt der spiraligen Spule 22, der Isolierschicht 23 und der Spaltschicht 25 zu durchdringen, sind aber außerhalb der spiraligen Spule 22 voneinander getrennt.

Infolgedessen ist eine kombinierte Schnittform aus der Schicht 21 des unteren Magnetpols und der Schicht 24 des oberen Magnetpols im wesentlichen wie ein "C" gebildet.

Die Schicht 24 des oberen Magnetpols ist aus magneti schem Material wie z. B. NiFe, CoNiFeS, etc. gebildet und hat dessen Sättigungsmagnetflußdichte Bs. Die Schicht 24 des oberen Magnetpols ist gebildet, um im Grundriß im wesentli chen eine fünfeckige Form zu haben, wie in Fig. 4 gezeigt. Ein Pol 24a mit einer Länge von Ah µm und einer Breite von PW µm erstreckt sich von einer Ecke solch einer fünfeckigen Grundrißform hin zu der Außenseite der spiraligen Spule 22, um ein oberes Ende des Magnetkopfes 20 des Induktionstyps zu erreichen. Der Pol 24a ist von der Schicht 21 des unteren Magnetpols durch die Spaltschicht 25 isoliert, so daß ein Abstand zwischen dem Pol 24a und der Schicht 21 des unteren Magnetpols als Aufzeichnungs- oder Wiedergabespalt g dient. Der Spalt g entspricht einer Filmdicke der Spaltschicht 25.

Zusätzlich sind, wie in Fig. 4 gezeigt, beide Seiten linien, die sich von den Wurzelabschnitten des Pols 24a aus erstrecken, bezüglich einer oberen Endoberfläche des Pols 24a jeweilig mit einem Kegelwinkel θ geneigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die Filmdicke (Pollänge) des Pols 24a durch δ dargestellt, und der spezifische elektrische Widerstand wird durch ρ dargestellt.

In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 16 einen nichtmagne tischen Isolierfilm, der zwischen dem Substrat 11 und dem Magnetkopf 10 des MR-Typs gebildet ist, und ein Bezugszei chen 30 bezeichnet ein magnetisches Aufzeichnungsmedium.

Bei dem Magnetkopf 20 des Induktionstyps, der die obige Konfiguration hat, ist es schwierig, die Dibitauflösung mit diesen Parametern direkt in Beziehung zu bringen, falls Beziehungen zwischen der Dibitauflösung und den Parametern der Schicht des oberen Magnetpols zu detektieren sind.

Die Dibitauflösung α ist ein wichtiger Index, um die Charakteristik der hohen Aufzeichnungsdichte zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Dibitauflösung α als Wert (α = V_dibit/V_iso) gegeben sein, der ermittelt wird, indem eine Aufzeichnungs-/Wiedergabeausgangsleistung V_dibit, die aus nur zwei Bits besteht, bei der hohen Frequenz, wie in Fig. 6A gezeigt, durch eine Aufzeichnungs-/Wiedergabeausgangs- die aus nur zwei Bits besteht, bei der niedrigen Frequenz, wie in Fig. 6B gezeigt, dividiert wird. Dabei wird die hohe Frequenz auf 100 MHz eingestellt, und die niedrige Frequenz wird auf 1 MHz eingestellt.

Dann ergibt eine Simulierung einer Beziehung zwischen einer Frequenz f und einer Aufzeichnungsmagnetfeldintensität Hx in dem Magnetkopf 20 des Induktionstyps eine Charakteri stik, die in Fig. 7 gezeigt ist. Dabei wird ein Verhältnis einer Magnetfeldintensität der hohen Frequenz (HFHx) und einer Magnetfeldintensität der niedrigen Frequenz (DCHx) als Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz bezeichnet, der hier durch β (β = HFHx/DCHx) dargestellt wird. Dabei wird die hohe Frequenz auf 100 MHz eingestellt, und die niedrige Frequenz wird auf 1 MHz eingestellt.

Eine im wesentlichen proportionale Beziehung, wie sie zum Beispiel in Fig. 8 gezeigt ist, kann zwischen der Di bitauflösung α und dem Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β ermittelt werden. Aus Fig. 8 geht hervor, daß die Dibitauflösung α auch größer wird, wenn der Abschwächungsfaktor β größer wird. Falls Beziehungen zwi schen dem Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β (HFHx/DCHx) und dem Kegelwinkel θ, der Filmdicke δ, dem spezifischen elektrischen Widerstand ρ und der Sätti gungsmagnetflußdichte Bs detektiert werden können, können deshalb auch Beziehungen zwischen der Dibitauflösung α und den obigen verschiedenen Parametern detektiert werden.

Als verschiedene Parameter der oberen Magnetpole 24 sind jeweilig, um die Beziehung, die in Fig. 8 gezeigt ist, zu prüfen, eine hohe Fre quenz von 100 MHz, eine Aufzeichnungsdichte D von 169 kFCI, eine Aufzeichnungsmagnetfeldintensität HFHx von etwa 10/π kA/m (4 kOe) bei der Frequenz von 100 MHz, ein Sättigungsmagnetfeld Hc des magnetischen Aufzeichnungsmediums von 5,25/π kA/m (2,1 kOe), ein Spalt GL von 0,4 µm, eine Poldicke (Länge) PL von 2 bis 3 µm, eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs von 1,0 bis 2,0 T und ein spezifischer elektrischer Widerstand ρ von 20 bis 80 µΩcm selektiert worden.

Normalerweise wird ein Abschwächungsfaktor des Magnet feldes der hohen Frequenz β von über 0,85 in Fig. 8 benö tigt, da die Dibitauflösung α von über 40% gefordert werden muß.

Tatsächlich ist in der Vorrichtung nach Stand der Tech nik, die mit einer Frequenz von unter 50 MHz verwendet wird, der Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes β der hohen Fre quenz von 50 MHz, d. h., der maximalen Aufzeichnungsfre quenz, so eingestellt gewesen, daß β ≧ 0,85 war. Daher ist man davon ausgegangen, daß dieser Wert des Abschwächungsfak tors β den obigen Bedingungen genügen kann.

Da jedoch der Einfluß des Wirbelstroms berücksichtigt werden sollte, falls die Operationsfrequenz 100 MHz über schreitet, sind Bedingungen der Parameter, um β ≧ 0,85 zu genügen, nach Stand der Technik noch nicht definitiv be stimmt worden. Aus dem obigen Grund muß die Aufzeichnungs auflösungscharakteristik bei der hohen Frequenz verbessert werden. Somit werden im folgenden solche Bedingungen erör tert.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben deshalb geprüft, wie die Charakteristikkurven, die die Beziehung zwischen der Aufzeichnungsmagnetfeldintensität Hx und der Aufzeichnungsstromsignalfrequenz f angeben, gemäß den Größen der obigen Parameter verändert werden. Resultate wie in Fig. 9 sind ermittelt worden. Mit anderen Worten, der Abschwä chungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β muß verstärkt werden, um die Frequenzcharakteristik zu verbes sern. Zu diesem Zweck ist herausgefunden worden, daß die Sättigungsmagnetflußdichte Bs klein sein sollte, die Filmdicke δ klein sein sollte, der Kegelwinkel θ klein sein sollte und der spezifische elektrische Widerstand ρ groß sein sollte.

Falls auf der Basis der obigen Resultate eine eingehen dere Prüfung erfolgt, kann festgestellt werden, daß der Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β zu einem Faktor (1 + tanθ)δBs/√ρ, der θ, δ, Bs und ρ enthält (im folgenden als "Charakteristikfaktor des Magnetpols bei der hohen Frequenz" bezeichnet), umgekehrt proportional ist und daß die Charakteristik der hohen Frequenz von über 100 MHz verbessert werden kann, wenn dieser Faktor unter 1 reduziert werden kann. Solch eine Bedingung kann gegeben sein durch

(1 + tanθ)δBs/√ρ ≦ 1,0 (1)

Daher kann in dem Fall, wenn die Sättigungsmagnetfluß dichte Bs und der spezifische elektrische Widerstand ρ durch Selektieren des magnetischen Materials bestimmt sind, die Aufzeichnungsfrequenzcharakteristik verbessert werden, indem die Filmdicke δ dünner gemacht wird, der Kegelwinkel θ reduziert wird oder beides durchgeführt wird, um der Bedin gung zu entsprechen, die durch die Gleichung (1) gegeben ist.

Nach Stand der Technik ist der Permalloydünnfilm als weichmagnetischer Dünnfilm verwendet worden, der als oberer Magnetpol 24 dient, wird die Sättigungsmagnetflußdichte Bs auf 1,0 T eingestellt und wird der spezifische elektrische Widerstand ρ auf 20 µΩcm eingestellt. Der obere Magnetpol 24 aus Permalloy ist gebildet, um die Filmdicke δ von 3,5 bis 4,0 µm und den Kegelwinkel θ von 45 bis 55 Grad zu haben.

Um eine Reduzierung des Aufzeichnungsmagnetfeldes auf Grund des schmaleren Schreibspaltes zu verhindern, ist seit kurzem in einigen Fällen ein Material mit hoher Bs wie z. B. Ni₅₀Fe₅₀ als oberer Magnetpol verwendet worden, sonst ist der Verbundfilmmagnetpol verwendet worden, der durch Lami nieren des Dünnfilms aus dem Material mit hoher Bs und des Permalloydünnfilms gebildet wird. In solchen Fällen beträgt die Filmdicke δ des gesamten oberen Magnetpols gewöhnlich mehr als 3,0 µm, und der Kegelwinkel θ beträgt mehr als 30 Grad.

Wenn die Charakteristikfaktoren des Magnetpols bei der hohen Frequenz der Magnetköpfe des Induktionstyps nach Stand der Technik berechnet werden, können deshalb Resultate ermittelt werden, die in Tabelle I gezeigt sind. Aus der Tabelle I geht hervor, daß die Charakteristikfaktoren des Magnetpols bei der hohen Frequenz bei allen Magnetköpfen, die einen aktuellen Verbundmagnetkopf enthalten, 1 über schreiten, und deshalb werden sie der Bedingung, die durch die Gleichung (1) gegeben ist, nicht gerecht.

Tabelle I

Demzufolge kann in Zahlenwerten verdeutlicht werden, wie es im Teil des Standes der Technik dieser Offenbarung beschrieben wurde, daß die Aufzeichnungsleistung bei dem hohen Frequenzbereich von über 100 MHz in dem herkömmlichen Magnetkopf des Induktionstyps verschlechtert worden ist.

Als nächstes sind, wenn eine Beziehung zwischen dem Charakteristikfaktor des Magnetpols bei der hohen Frequenz (1 + tanθ)δBs/√ρ und dem Abschwächungsfaktor des Magnetfel des der hohen Frequenz β geprüft wird, während verschiedene Parameter verändert werden, Resultate erhalten worden, die in Fig. 10 gezeigt sind.

Als Parameter des Magnetkopfes des Induktionstyps, der verwendet wurde, um die in Fig. 10 gezeigte Charakteristik zu erhalten, sind eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs von 1,0 bis 2,0 T, ein spezifischer elektrischer Widerstand ρ von 20 bis 80 µΩcm, eine hohe Frequenz f von 100 MHz, ein Kegel winkel θ von 20 bis 60 Grad, eine Filmdicke des oberen Magnetpols δ von 1,0 bis 3,0 µm, eine Pollänge Ah von 1,0 bis 5,0 µm, ein Spalt g von 0,4 µm zwischen der Schicht des oberen Magnetpols und der Schicht des unteren Magnetpols, eine Spalttiefe GD von 1,4 µm, ein magnetischer Abstand d von 0,08 µm zwischen Kopfmedien und eine magnetomotorische Kraft mmf von 0,4 AT selektiert worden. Zusätzlich ist die Schicht (24) des oberen Magnetpols aus einem einschichtigen magnetischen Dünnfilm gebildet worden.

Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß dann, falls der Cha rakteristikfaktor des Magnetpols bei der hohen Frequenz (1 + tanθ)δBs/√ρ unter 1 liegt, der Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β über 0,85 erhöht werden kann.

Durch das Erfüllen wenigstens der Gleichung (1) wird es daher möglich, wie oben beschrieben, einen Aufzeichnungskopf herzustellen, der die Dibitauflösung von mehr als 40% in dem hohen Frequenzbereich von über 100 MHz vorsehen kann, um somit ein zufriedenstellendes Aufzeichnungsmagnetfeld zu erzeugen, d. h., um die hohe Aufzeichnungsauflösung in dem hohen Frequenzbereich vorzusehen. Unter Berücksichtigung dessen sollte

δBs/√ρ ≦ 0,5 (2)

erfüllt werden, da der Kegelwinkel θ zwischen 30 und 45 Grad liegt, falls dieselben planaren Formen der Schicht 24 des oberen Magnetpols und des Pols 24a wie nach Stand der Tech nik verwendet werden.

Falls dieser Magnetkopf für die Magnetplatte verwendet wird, die bei unter 100 MHz eingesetzt wird, kann eine Aufzeichnungsauflösung über dem völlig ausreichenden Niveau erhalten werden.

Zweite Ausführungsform

Die Schicht des oberen Magnetpols in dem Magnetkopf des Induktionstyps ist in der obigen ersten Ausführungsform als einzelschichtige Struktur gebildet gewesen, aber es kann eine Verbundmagnetfilmstruktur eingesetzt werden, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist.

In der Schicht 24 des oberen Magnetpols mit der Ver bundmagnetfilmstruktur wird üblicherweise ein Submagnetdünn film 24b mit hoher Bs als erste Magnetschicht gebildet, um in der Nähe der Schicht 21 des unteren Magnetpols positio niert zu sein, und dann wird eine Hauptmagnetschicht 24c mit einer Filmdicke, die relativ dicker als jene des Submagnet dünnfilms 24b ist, auf dem Submagnetdünnfilm 24b abgeschie den.

CoNiFe, Ni₅₀Fe₅₀ oder dergleichen können zum Beispiel als Submagnetdünnfilm 24b genutzt werden. Ferner kann zum Beispiel Permalloy (Ni₈₀Fe₂₀) als Submagnetdünnfilm 24b genutzt werden.

In dem Fall, wenn solch eine Verbundmagnetfilmstruktur eingesetzt wird, sind Resultate ermittelt worden, die in Fig. 12 gezeigt sind, wenn der Charakteristikfaktor des Magnetpols bei der hohen Frequenz (1 + tanθ)δ₁Bs₁/√ρ₁ des Hauptmagnetdünnfilms 24c und der Charakteristikfaktor des Magnetpols bei der hohen Frequenz (1 + tanθ)δ₂Bs₂/√ρ₂ der Submagnetschicht 24b berechnet werden und dann eine Bezie hung zwischen einer Summe der Charakteristikfaktoren des Magnetpols bei der hohen Frequenz (1 + tanθ)δ₁Bs₁/√ρ₁ + (1 + tanθ)δ₂Bs₂/√ρ₂ und dem Abschwächungsfaktor des Magnet feldes der hohen Frequenz β geprüft wird. Aus Fig. 12 geht hervor, daß es dann, falls die Summe der Charakteristikfak toren des Magnetpols bei der hohen Frequenz (1 + tanθ)δ₁Bs₁/√ρ₁ + (1 + tanθ)δ₂Bs₂/√ρ₂ der Hauptmagnet schicht 24c und des Submagnetdünnfilms 24b unter 1, 2 verrin gert werden kann, möglich ist, den Abschwächungsfaktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β unter 0,85 zu reduzieren. Mit anderen Worten, es ist ersichtlich, daß dann, falls die Schicht 24 des oberen Magnetpols vorgesehen wird, die einer Beziehung genügen kann, die durch eine folgende Gleichung (3) gegeben ist, der Aufzeichnungsmagnetkopf mit der hohen Aufzeichnungsauflösung in dem hohen Frequenzbereich erlangt werden kann.

(1 + tanθ)δ₁Bs₁/√ρ₁ + (1 + tanθ)δ₂Bs₂/√ρ₂ ≦ 1,2 (3)

Um das Bestimmen der Bedingungen für die hohe Aufzeich nungsauflösung in diesem Fall wie bei der ersten Ausfüh rungsform zu erleichtern, kann die Summe der Charakteristik faktoren des Magnetpols bei der hohen Frequenz als Bedingung ausgedrückt werden, die gegeben ist durch

(1 + tanθ)δ₁Bs₁/√ρ₁ + (1 + tanθ)δ₂Bs₂/√ρ₂ ≦ 1,0 (4)

In den Gleichungen (3) und (4) bezeichnet δ₁ eine Filmdicke der Hauptmagnetschicht 24c; ist Bs₁ die Sätti gungsmagnetflußdichte der Hauptmagnetschicht 24c; ist ρ₁ der spezifische elektrische Widerstand der Hauptmagnetschicht 24c; ist δ₂ eine Filmdicke der Submagnetschicht 24b; ist Bs₂ die Sättigungsmagnetflußdichte der Submagnetschicht 24b; und ist ρ₂ der spezifische elektrische Widerstand der Submagnet schicht 24b.

Als Parameter des Magnetkopfes des Induktionstyps, der verwendet wird, um die in Fig. 12 gezeigte Charakteristik zu erreichen, sind eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs von 1,0 bis 2,0 T, ein spezifischer elektrischer Widerstand ρ von 20 bis 80 µΩcm, eine hohe Frequenz f von 100 MHz, ein Kegel winkel θ von 20 bis 60 Grad, eine Filmdicke δ des oberen Magnetpols von 1,0 bis 3,0 µm, eine Pollänge Ah von 1,0 bis 5,0 µm, ein Spalt g von 0,4 µm zwischen der Schicht des oberen Magnetpols und der Schicht des unteren Magnetpols, eine Spalttiefe GD von 1,0 µm und ein magnetischer Abstand d von 0,08 µm zwischen Kopfmedien und eine magnetomotorische Kraft mmf von 0,4 AT selektiert worden.

Bei den obigen Beziehungen werden, wie in Fig. 15 ge zeigt, die durch die Gleichungen (3) und (4) gegebenen Bedingungen keineswegs verändert, selbst wenn eine Isolier zwischenschicht 24d aus Al₂O₃, etc. zwischen der Haupt magnetschicht 24c und der Submagnetschicht 24b angeordnet wird. Falls solch eine Isolierzwischenschicht 24d eingefügt wird, können FeN, FeZrN und andere als Material der Sub magnetschicht 24b gewählt werden.

Dritte Ausführungsform

Als Schicht des oberen Magnetpols des Magnetkopfes des Induktionstyps kann, wie in Fig. 14 gezeigt, eine mehr schichtige Magnetfilmstruktur eingesetzt werden, die gebil det wird, indem zwei Schichten oder mehr laminiert werden, die aus zwei Arten oder mehr von weichmagnetischen Materia lien bestehen.

Falls die mehrschichtige Magnetfilmstruktur eingesetzt wird, stehen zum Beispiel NiFe, CoNiFeS, FeZrN, etc., als magnetisches Material zur Verfügung. Zu den Materialien für magnetische Schichten kann ein Material, dessen Eigenschaft durch den Prozeß verändert wird, wie z. B. durch Oberflächenoxidation, die nach der Filmbildung erfolgt, als eine Art von solchen Materialien gezählt werden.

Falls auch die mehrschichtige Magnetfilmstruktur einge setzt wird, können Bedingungen, um das hohe Aufzeichnungs auflösungsvermögen in dem hohen Frequenzbereich zu verbes sern, wie folgt gegeben sein.

In dem Fall der mehrschichtigen Magnetfilmstruktur sind Resultate ermittelt worden, wie sie in Fig. 15 gezeigt sind, wenn eine Beziehung zwischen einer Summe der Charakteristik faktoren des Magnetpols bei der hohen Frequenz von jeweili gen Magnetschichten 24i, die die Schicht 24 des oberen Magnetpols bilden, und dem Abschwächungsfaktor des Magnet feldes der hohen Frequenz β geprüft wird. Gemäß Fig. 15 kann, falls die Summe der Charakteristikfaktoren des Magnet pols bei der hohen Frequenz von jeweiligen Magnetschichten 24i kleiner als 1,1 gemacht werden kann, der Abschwächungs faktor des Magnetfeldes der hohen Frequenz β unter 0,85 verringert werden. Das heißt, bei Verwendung der Schicht 24 des oberen Magnetpols, die der Beziehung genügen kann, die durch die Gleichung (5) gegeben ist, ist es möglich, den Aufzeichnungsmagnetkopf mit der hohen Aufzeichnungsauflösung herzustellen.

(1 + tanθ)Σ_i=1,Nδ_iBs_i/√ρ_i ≦ 1,1 (5)

Um das Bestimmen der Bedingungen der hohen Aufzeich nungsauflösung in diesem Fall wie bei der ersten Ausfüh rungsform zu erleichtern, können die Charakteristikfaktoren des Magnetpols bei der hohen Frequenz gegeben sein durch

(1 + tanθ)Σ_i=1,Nδ_iBs_i/√ρ_i ≦ 1,0 (6)

In den Gleichungen (5) und (6) bezeichnet N eine Ge samtzahl übereinandergelagerter Schichten der Magnetschich ten 24i; ist i die Folge der Magnetschichten von der Seite des unteren Magnetpols 21 aus; ist δ_i die Filmdicke der i-ten Magnetschicht 24i; ist Bs_i die Sättigungsmagnetfluß dichte der i-ten Magnetschicht 24i; und ist ρ_i der i-te spezifische elektrische Widerstand der Magnetschicht 24i.

Als Parameter des Magnetkopfes des Induktionstyps, der verwendet wird, um die in Fig. 15 gezeigte Charakteristik zu erreichen, sind eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs von 1,0 bis 2,0 T, ein spezifischer elektrischer Widerstand ρ von 20 bis 80 µΩcm, eine hohe Frequenz f von 100 MHz, ein Kegel winkel θ von 20 bis 60 Grad, eine Filmdicke δ des oberen Magnetpols von 1,0 bis 3,0 µm, eine Pollänge Ah von 1,0 bis 5,0 µm, ein Spalt g von 0,4 µm zwischen der Schicht des oberen Magnetpols und der Schicht des unteren Magnetpols, eine Spalttiefe GD von 1,0 µm, ein magnetischer Abstand d von 0,08 µm zwischen Kopfmedien und eine magnetomotorische Kraft mmf von 0,4 AT selektiert worden.

Claims

1. Magnetkopf mit:
einem unteren Magnetpol (21);
einem Isolierfilm (23), der auf dem unteren Magnetpol (21) gebildet ist;
einer Spule (22), die über dem unteren Magnetpol (21) angeordnet ist, um den Isolierfilm (23) zu durchdrin gen; und
einem oberen Magnetpol (24), der einen Pol (24a) an seinem oberen Ende hat, um zu dem unteren Magnetpol (21) einen Abstand zu haben, und aus magnetischem Material mit einer Sättigungsmagnetflußdichte Bs (T) und einem spezifi schen elektrischen Widerstand ρ (µΩcm) auf dem Isolierfilm (23) gebildet ist, um eine Filmdicke δ (µm) zu haben, wobei beide Seiten des oberen Magnetpols (24) gebildet sind, um sich von Wurzelabschnitten des Pols mit einem Kegelwinkel θ (Grad) zu erstrecken;
bei dem der obere Magnetpol (24) einer Bedingung von (1 + tanθ)δBs/√ρ ≦ 1,0 genügen kann.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem der obere Magnetpol (24) entweder aus NiFe oder CoNiFeS hergestellt ist.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sättigungsmagnetflußdichte innerhalb eines Bereiches von 1,5 bis 2,0 T liegt.

4. Magnetkopf nach Anspruch 1 bis 3, bei dem der spe zifische elektrische Widerstand innerhalb eines Bereiches von 20 bis 100 µΩcm liegt.

5. Magnetkopf mit:
einem unteren Magnetpol (21);
einem Isolierfilm, der auf dem unteren Magnetpol (21) gebildet ist;
einer Spule (22), die über dem unteren Magnetpol (21) angeordnet ist, um den Isolierfilm (23) zu durchdrin gen; und
einem oberen Magnetpol (24), der einen Pol (24a) an seinem oberen Ende hat, um zu dem unteren Magnetpol (21) einen Abstand zu haben, und aus einer Vielzahl von Magnet schichten (24i) hergestellt ist, die auf dem Isolierfilm (23) mit einer Schichtanzahl N (N ≧ 1) übereinandergelagert sind, wobei beide Seiten des oberen Magnetpols (24) gebildet sind, um sich von Wurzelabschnitten des Pols (24a) mit einem Kegelwinkel θ (Grad) zu erstrecken;
bei dem die i-te Magnetschicht der Magnetschichten (24i), die den oberen Magnetpol (24) bilden, ab dem unteren Magnetpol (21) eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs_i (T), einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ_i (µΩcm) und eine Filmdicke δ_i (µm) hat, und
der obere Magnetpol (24) einer Bedingung von (1 + tanθ)Σ_i=1,Nδ_iBs_i/√ρ_i ≦ 1,0 genügen kann.

6. Magnetkopf nach Anspruch 5, ferner mit einem nichtmagnetischen Isolierfilm (24d), der zwischen wenigstens zwei Schichten von einer Vielzahl der Magnetschichten (24i) angeordnet ist, die den oberen Magnetpol (24) bilden.

7. Magnetkopf nach Anspruch 6, bei dem der nicht magnetische Isolierfilm (24d) aus Al₂O₃ gebildet ist.

8. Magnetkopf nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem die Vielzahl von Magnetschichten (24i) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus NiFe, FeN, FeZrN und CoNiFeS.

9. Magnetkopf nach Anspruch 5 bis 8, bei dem die Sät tigungsmagnetflußdichte innerhalb eines Bereiches von 1,5 bis 2,0 T liegt.

10. Magnetkopf nach Anspruch 5 bis 9, bei dem der spe zifische elektrische Widerstand innerhalb eines Bereiches von 20 bis 100 µΩcm liegt.