DE19951069A1 - Abschirmung in einem Leseelement eines Daten-Magnetkopfes - Google Patents

Abstract

Eine Schicht aus einer Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung ist über einer Keimschicht aus einer amorphen Legierung abgeschieden, um eine Abschirmung für ein Leseelement in einem Daten-Magnetkopf zu schaffen. Die prozentualen Gewichtsanteile von Eisen, Silizium und Aluminium in der Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung sind jeweils so ausgewählt, daß die Legierung sowohl eine nahe bei Null liegende Magnetrestriktion als auch eine deutliche magnetische Kristallanisotropie aufweist. Die Verwendung der amorphen Legierungs-Keimschicht führt zu einer größeren magnetischen Kristallanisotropie in der Abschirmung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abschirmung für ein Leseelement in einer magnetischen Datenspeichervorrichtung und insbesondere auf eine Abschirmung, die magnetische Wechselwirkungen zwischen einer Abschirmung eines magnetischen Lesekopfes und einem magnetischen Leseelement durch Steuern der Domänenwand­ bewegung innerhalb der Abschirmung verringert.

Magnetoresistive (MR-)Leseköpfe verwenden ein MR-Element, das zwischen einer oberen und einer unteren Abschirmung angeordnet ist, um magnetisch kodierte Infor­ mationen von einem magnetischen Medium, wie zum Beispiel einer Magnetplatte, dadurch zu lesen, daß der auf dem magnetischen Medium gespeicherte Magnetfluß erfaßt wird. Das Leseelement kann entweder ein anisotropes magnetoresistives Ele­ ment (AMR) oder ein großer magnetoresistiver Stapel (GMR) sein. Ein AMR-Element wird typischerweise aus ferromagnetisch weichen Legierungen auf der Grundlage von Eisen, Nickel oder Kobalt hergestellt, während ein GMR-Stapel eine mehrschichtige Struktur ist, die allgemein zwei getrennte Schichten aufweist, die aus ferromagnetisch weichen Legierungen auf der Grundlage von Eisen, Nickel oder Kobalt hergestellt und durch eine Abstandsschicht getrennt sind, die aus nichtmagnetischen Materialien her­ gestellt ist, wie zum Beispiel Kupfer, Silber oder Gold.

Das Leseelement, das entlang seiner Achse leichter Magnetisierbarkeit magnetisiert ist, ist auf dem Lesekopf derart befestigt, daß die Achse leichter Magnetisierbarkeit im wesentlichen quer zur Richtung der Plattendrehung und parallel zur Ebene der Platte verläuft. Ein Magnetfluß von der Plattenoberfläche ruft eine Drehung des Magnetisie­ rungsvektors des Leseelements hervor, was andererseits eine Änderung des elektri­ schen Widerstandes des Leseelements hervorruft. Die Änderung des Widerstandes des Leseelements kann dadurch erfaßt werden, daß ein Meßstrom durch das Leseelement geleitet und eine Spannung längs des Leseelements gemessen wird. Diese Span­ nungsinformation kann dann in ein geeignetes Format umgewandelt werden, um in der erforderlichen Weise durch externe Schaltungen weiterbehandelt zu werden.

Eine Kurve des Ansprechverhaltens des Leseelements vergleicht die Spannung längs des Leseelements mit dem von der Platte durch das Leseelement empfangenen Magnetfluß. Diese Kurve für das Ansprechverhalten weist sowohl lineare als auch nicht­ lineare Abschnitte auf, wobei bevorzugt wird, daß das Leseelement entlang der linearen Abschnitte arbeitet. Um das Leseelement zu zwingen, entlang der linearen Abschnitte zu arbeiten, wird das Leseelement magnetisch auf einen Vorspannpunkt vorgespannt, der entlang des linearen Abschnitts der Kurve für das Ansprechverhalten liegt.

Während eines Lesevorgangs stellen die oberen und unteren Abschirmungen sicher, daß das Leseelement lediglich die Information liest, die direkt unter dem Leseelement auf einer bestimmten Spur des magnetischen Mediums oder der Platte gespeichert ist, indem irgendwelche Streumagnetfelder absorbiert werden, die von benachbarten Spu­ ren und Übergängen ausgehen.

Entsprechend ist die untere Abschirmung typischerweise aus Materialien gebildet, die eine relativ hohe Permeabilität aufweisen. Sendust (85% Eisen, 9,6% Silizium und 5,4% Aluminium) ist das allgemein bevorzugte Material für bekannte untere Abschir­ mungen, weil dieses Material eine Magnetostriktion von nahezu Null aufweist und mechanisch hart ist. Mit Sendust abgeschirmte Leseelemente können leicht maschinell bearbeitet werden, um Gleiter mit minimalem Verschmieren über das Leseelement hin­ weg zu bilden. Ein Verschmieren über das Leseelement hinweg kann zu elektrischen Kurzschlüssen zwischen dem Leseelement und der oberen oder unteren Abschirmung führen.

Obwohl Sendust das allgemein bevorzugte Material zur Verwendung für die untere Abschirmung bei Leseköpfen ist, kann seine nahezu bei Null liegende magnetische Kri­ stallanisotropie zu Rauschen in dem Leseelement führen. In einer typischen Abschir­ mung existiert eine Vielzahl von magnetischen Domänen, die voneinander durch eine Vielzahl von magnetischen Domänenwänden getrennt sind. Jede Domäne hat eine Magnetisierung, die in einer Richtung ausgerichtet ist, die von der der Magnetisierung aller benachbarten Domänen verschieden ist. Aufgrund der nahezu bei Null liegenden magnetischen Kristallanisotropie einer aus Sendust geformten Abschirmung, sind die Domänenwände innerhalb einer aus Sendust gebildeten Abschirmung vollständig zufäl­ lig, obwohl die Form der Abschirmung in gewisser Weise die Lage der Domänenwände steuern kann. Zusätzlich kann das Anlegen eines externen Magnetfeldes an die untere Abschirmung, entweder während der Herstellung oder von einer benachbarten Spur oder einem Übergang des magnetischen Speichermediums im Betrieb, eine Drehung der Magnetisierung jeder der Domänen in dieser Abschirmung hervorrufen, wodurch eine Bewegung der Domänen hervorgerufen wird. Somit wird die Lage der Domänen­ wände aufgrund des externen magnetischen Feldes verändert. Aufgrund der zufälligen Art der Lage der Domänenwände, kehren die Domänenwände weiterhin im allgemeinen nicht auf ihre ursprüngliche Lage zurück, nachdem das externe Magnetfeld aufgehoben wurde.

Die untere Abschirmung läßt Streumagnetfelder auf das Leseelement einwirken. Diese Streufelder werden berücksichtigt, wenn das Leseelement vorgespannt wird. Wenn sich jedoch die Domänenwände bewegen, so ändern sich diese Streumagnetfelder, so daß der Vorspannpunkt des Leseelements sowie das Ansprechverhalten des Leseelemen­ tes auf Signale geändert wird, die von der rotierenden Platte ausgehen. Das Gesamter­ gebnis besteht in einem Rauschen während des Lesevorgangs.

Es wurde festgestellt, daß die Einführung der Anisotropie in eine Abschirmung zu bes­ ser vorhersagbaren Domänenwandlagen innerhalb der Abschirmung führt; es wurde jedoch auch festgestellt, daß die gesteuerte Einführung einer Anisotropie in ein Material mit einer nahe bei Null liegenden magnetischen Kristallanisotropie, wie zum Beispiel Sendust, praktisch unmöglich ist. Daher besteht ein Bedarf an einer Abschirmkonstrukti­ on, die die Vorteile einer aus Sendust gebildeten Abschirmung bei einer Abschirmung mit einer magnetischen Kristallanisotropie aufweist, um das Rauschen in dem Leseelement durch Verringern der Domänenwandbewegung innerhalb der Abschir­ mung zu verringern.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Abschirmung für ein Leseelement in einem Daten-Magnetkopf geschaffen, wobei die Abschirmung folgendes umfaßt:
eine Kristallkeimschicht, die aus einer amorphen Legierung gebildet ist, und
eine zweite Schicht aus einer Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung, die sowohl eine nahezu bei Null liegende Magnetostriktion als auch eine von Null abweichende magne­ tische Kristallanisotropie aufweist, und die auf der Keimschicht angeordnet ist.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer Abschirmung für ein Leseelement in einem Daten-Magnetkopf geschaffen, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Abscheiden einer Kristallkeimschicht aus einer amorphen Legierung,
Abscheiden einer zweiten Schicht aus einer Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung, mit einer nahezu bei Null liegenden Magnetostriktion und einer von Null abweichenden magnetischen Kristallanisotropie über der Keimschicht, und
thermisches Behandeln der Abschirmung, während sich die Abschirmung unter dem Einfluß eines Magnetfeldes befindet, das in einer gewünschten Richtung eines Aniso­ tropiefeldes der Abschirmung ausgerichtet ist.

Die vorliegende Erfindung bildet eine Abschirmung mit einer erheblichen magnetischen Kristallanisotropie für ein Leseelement in einem Aufzeichnungskopf. Eine Schicht aus einer Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung ist auf einer Keimschicht aus einer amor­ phen Legierung angeordnet, um die Abschirmung zu bilden. Die prozentualen Gewichtsanteile von Eisen, Silizium und Aluminium in der Eisen-Silizium-Aluminium- Legierung sind jeweils so ausgewählt, daß die Legierung sowohl eine nahe bei Null lie­ gende Magnetostriktion als auch eine deutliche magnetische Kristallanisotropie auf­ weist. Die Verwendung der amorphen Legierungs-Keimschicht führt zu einer größeren magnetischen Gesamt-Kristallanisotropie in der Abschirmung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Eisen-Silizium-Aluminium- Legierungsschicht, liegen die Gewichtsprozente an Eisen im Bereich von ungefähr 81% bis 93%, die Gewichtsprozente an Silizium liegen im Bereich von ungefähr 6 bis 10%, und die Gewichtsprozente von Aluminium liegen im Bereich von ungefähr 0 bis 13%. Vorzugsweise sind die Gewichtsprozente an Eisen, Silizium und Aluminium in der Eisen-Silizium-Aluminium-Legierungsschicht jeweils ungefähr 89%, 7,5% bzw. 3,5%.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Keimschicht wird die Keimschicht aus einer Legierung der amorphen Kobalt-Familie oder aus Nickel gebildet. Vorzugsweise wird die Keimschicht aus einer Kobalt-Zirkon-Tantal-Legierung gebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Keimschicht aus einer Kobalt-Zirkon-Tantal-Legierung gebildet ist, hat vorzugsweise einen prozentualen Gewichtsanteil von Kobalt in der Keimschicht im Bereich von ungefähr 70% bis ungefähr 90% und einen prozentualen Gewichtsanteil von Zirkon in der Keimschicht, der im wesentlichen gleich dem prozen­ tualen Gewichtsanteil an Tantal in der Keimschicht ist. In besonders bevorzugter Weise beträgt der prozentuale Gewichtsanteil des Kobalts in der Keimschicht angenähert 90%, und die prozentualen Gewichtsanteile an Zirkon und Tantal in der Keimschicht liegen jeweils angenähert bei 5%.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich in Form eines weiteren Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Plattenlaufwerk-Speichersystems ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines magnetischen Lese-/Schreibkopfes und einer Magnetplatte entlang einer Ebene senkrecht zu einer Luftlageroberfläche des Lese-/Schreibkopfes ist,

Fig. 3 ein Schichtdiagramm eines magnetischen Lese-/Schreibkopfes ist,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht eines magnetischen Lese-/Schreibkopfes ist, der eine untere Abschirmung, ein magnetisches Leseelement und eine obere Abschir­ mung einschließt,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Abschirmung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung ist,

Fig. 6 ein Eisen-Silizium-Aluminium-Legierungszusammensetzungs-Diagramm ist, das Parameterkurven enthält und der Fig. 4.32 der Veröffentlichung von Richard M. Bozorth, Ferromagnetismus 100 (1978) entnommen ist,

Fig. 7 eine Darstellung der Hystereseschleifen, sowohl für die Achse leichter Magnetisierbarkeit als auch für die Achse schwerer Magnetisierbarkeit, in einer Abschir­ mung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer unteren Abschirmung der vorliegenden Erfin­ dung ist, die ohne Einfluß von externen Magnetfeldern arbeitet, und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht der unteren Abschirmung der vorliegenden Erfin­ dung ist, die unter dem Einfluß eines externen Magnetfeldes von einem magnetischen Medium arbeitet.

Die vorliegende Erfindung ergibt einen magnetoresistiven Sensor mit verbesserter Sta­ bilität. Es wurde erkannt, daß eine Quelle des Rauschens aus den magnetischen Domänenwänden innerhalb einer oder beider Abschirmungen eines Abschirmsystems (obere und untere Abschirmungen) benachbart zu einem Leseelement stammt.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Plattenlaufwerksystem 10, das einen magnetoresistiven (MR-)Lesekopf gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt. Das Plattenlaufwerksy­ stem 10 schließt eine Magnetplatte 12 ein, die für eine Drehbewegung um eine Achse, die durch eine Spindel 14 gebildet ist, in einem Gehäuse 16 befestigt ist. Das Platten­ laufwerk 10 schließt weiterhin ein Stellglied 18 ein, das an einer Grundplatte 20 des Gehäuses 16 befestigt und gegenüber der Platte 14 um eine Achse 22 schwenkbar beweglich ist. Ein Deckel 24 deckt einen Teil des Stellgliedes 18 ab. Ein Plattenlaufwerk-Steuergerät 26 ist mit dem Stellglied 18 gekoppelt. Das Plattenlaufwerk-Steuergerät 26 ist entweder innerhalb des Plattenlaufwerksystems 10 befestigbar, oder es befindet sich außerhalb des Plattenlaufwerksystems 10, wobei eine geeignete Verbindung mit dem Stellglied 18 vorgesehen ist. Das Stellglied 18 schließt eine Stellgliedarmbaugruppe 28, ein starres Halteteil 30 und eine Kopf-Kardan-Bau­ gruppe 32 ein. Die Kopf-Kardan-Baugruppe 32 schließt einen mit dem starren Bauteil 30 gekoppelten Biegearm 34 und einen Luftlager-Gleiter 36 ein, der über ein Kardan­ element mit dem Biegearm 34 gekoppelt ist. Der Gleiter 36 haltert einen magnetoresisti­ ven Wandler oder Kopf zum Lesen von Daten von der Platte 12 und zum Schreiben von Daten auf die Platte 12.

Im Betrieb empfängt das Plattenlaufwerk-Steuergerät 26 Positionsinformationen, die einen Teil der Platte 12 anzeigen, auf den ein Zugriff erfolgen soll. Das Plattenlaufwerk- Steuergerät 26 empfängt die Positionsinformation entweder von einem Benutzer, einem Hauptcomputer oder von einem anderen geeigneten Steuergerät. Auf der Grundlage der Positionsinformation liefert das Plattenlaufwerk-Steuergerät 26 ein Positionssignal an das Stellglied 18. Das Positionssignal führt zu einem Verschwenken des Stellgliedes 18 um die Achse 22. Hierdurch wird der Gleiter 36 in Radialrichtung über die Oberflä­ che der Platte 12 auf einer allgemein bogenförmigen Bahn bewegt, die durch den Pfeil 38 angedeutet ist. Das Plattenlaufwerk-Steuergerät 26 und das Stellglied 18 arbeiten in einer gegengekoppelten Regelschleifenkonfiguration, so daß der von dem Gleiter 36 gehalterte Wandler über dem gewünschten Teil der Platte 12 positioniert wird. Sobald der Wandler in geeigneter Weise positioniert ist, führt das Plattenlaufwerk-Steuergerät 26 dann einen gewünschten Lese- oder Schreibvorgang aus.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines magnetischen Lese-/Schreibkopfes 50 und einer Magnetplatte 12 entlang einer Ebene senkrecht zur Luftlageroberfläche 54 des Lese-/Schreibkopfes 50. Die Fig. 2 zeigt den magnetischen Lese-/Schreibkopf 50 und dessen Anordnung gegenüber der Magnetplatte 12. Die Luftlageroberfläche 54 des magnetischen Lese-/Schreibkopfes 50 ist auf die Plattenoberfläche 56 der Magnetplatte 12 gerichtet. Die Magnetplatte 12 bewegt oder dreht sich in einer Richtung gegenüber dem magnetischen Lese-/Schreibkopf 10, wie dies durch den Pfeil A gezeigt ist. Der Abstand zwischen der Luftlageroberfläche 54 und der Plattenoberfläche 56 wird vor­ zugsweise zu einem Minimum gemacht, während gleichzeitig ein Kontakt zwischen dem magnetischen Lesekopf 50 und der Magnetplatte 12 vermieden wird, weil ein derartiger Kontakt in den meisten Fällen sowohl den magnetischen Lesekopf 50 als auch die Magnetplatte 12 zerstören würde.

Ein Leseabschnitt des Lese-/Schreibkopfes 50 schließt eine untere Spaltschicht 58, eine obere Spaltschicht 60, eine metallische Kontaktschicht 62, eine untere Abschir­ mung 64, eine obere Abschirmung 66 und ein Leseelement 68 ein. Ein Lesespalt 70 ist auf der Luftlageroberfläche 54 zwischen den Abschlußenden der unteren Spaltschicht 58 und der metallischen Kontaktschicht 62 gebildet. Die metallische Kontaktschicht 62 ist zwischen der unteren Spaltschicht 58 und der oberen Spaltschicht 60 angeordnet. Das Leseelement 68 ist zwischen den Abschlußenden der unteren Spaltschicht 58 und der metallischen Kontaktschicht 62 angeordnet.

Ein Schreibabschnitt des magnetischen Lese-/Schreibkopfes 50 schließt einen unteren Pol 66, eine Schreibspaltschicht 72, einen oberen Pol 74, eine leitende Wicklung 76 und eine Polymerschicht 78 ein. Ein Schreibspalt 80 ist auf der Luftlageroberfläche 54 durch die Schreibspaltschicht 72 zwischen den Abschlußenden des oberen Pols 74 und unteren Pols 66 gebildet. Elektrisch leitende Wicklungen 76 sind vorgesehen, um Magnetfelder längs des Schreibspalts 80 zu erzeugen, und diese Wicklungen sind in einer Polymerschicht 78 zwischen dem oberen Pol 74 und der Schreibspaltschicht 72 angeordnet. Obwohl Fig. 2 eine einzige Schicht von leitenden Wicklungen 76 zeigt, ist es für den Fachmann verständlich, daß mehrere Schichten oder Lagen von leitenden Spulen verwendet werden, die durch mehrere Polymerschichten getrennt sind. Der Lese-/Schreibkopf 50 ist ein kombinierter MR-Kopf, bei dem das Element 66 sowohl als obere Abschirmung 66 in dem Leseabschnitt als auch als der untere Pol 66 in dem Schreibabschnitt verwendet wird. Wenn der Lese-/Schreibkopf 50 ein MR-Kopf mit gestapelter Ausgestaltung sein würde, so würden die obere Abschirmung 66 und der untere Pol 66 getrennte Schichten sein.

Fig. 3 ist ein Schichtdiagramm eines magnetischen Lese-/Schreibkopfes 50. Fig. 3 zeigt die Lage einer Vielzahl von magnetisch bedeutsamen Elementen des magneti­ schen Lese-/Schreibkopfes 50, wie sie entlang der Luftlageroberfläche 54 des magneti­ schen Lese-/Schreibkopfes 50 gemäß Fig. 2 auftreten. In Fig. 3 sind alle Abstands- und Isolierschichten aus Gründen der Klarheit fortgelassen. Die untere Abschirmung 64 und die obere Abschirmung 66 weisen einen Abstand voneinander auf, um einen Platz für das Leseelement 68 zu schaffen. Das Leseelement 68 weist zwei passive Bereiche auf, die als die Teile des Leseelements 68 definiert sind, die benachbart zu den Metall­ kontakten 62A und 62B angeordnet sind. Ein aktiver Bereich des Leseelements 68 ist als der Teil des Leseelements 68 definiert, der zwischen den beiden passiven Berei­ chen des Leseelements 68 liegt. Der aktive Bereich des Leseelements 68 legt eine Lesesensor-Breite fest.

Das Leseelement 68 ist vorzugsweise ein magnetoresistives Element oder ein großer magnetoresistiver Stapel. Ein magnetoresistives Element wird allgemein aus einem fer­ romagnetischen Material gebildet, dessen Widerstand in Abhängigkeit von einem exter­ nen Magnetfeld schwankt, das vorzugsweise von einem magnetischen Medium oder einer Magnetplatte geliefert wird. Durch Leiten eines Meßstromes durch das magneto­ resistive Element kann eine Änderung des Widerstandes des magnetoresistiven Ele­ ments gemessen und von externen Schaltungen dazu verwendet werden, die auf dem magnetischen Medium oder der Magnetplatte gespeicherten Daten zu entziffern. Ein großer magnetoresistiver Stapel arbeitet in ähnlicher Weise, er ermöglicht jedoch einen ausgeprägteren magnetoresistiven Effekt. Ein großer magnetoresistiver Stapel wird all­ gemein aus drei Schichten gebildet: einer ferromagnetischen freien Schicht, einer ferro­ magnetischen Pin-Schicht und einer nichtmagnetischen Abstandsschicht, die zwischen der freien Schicht und der Pin-Schicht angeordnet ist. Eine "gepinnte" Magnetisierung der Pin-Schicht wird konstant gehalten, während sich eine freie Magnetisierung der frei­ en Schicht frei unter der Einwirkung eines externen Magnetfeldes, beispielsweise einem Übergang auf einer Magnetplatte, drehen kann. Der spezifische Widerstand des großen magnetoresistiven Stapels ändert sich als eine Funktion eines Winkels zwischen der Richtung der freien Magnetisierung und der Pin-Magnetisierung.

Fig. 4 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines magnetischen Lesekopfes 90, der allgemein eine untere Abschirmung 92, eine obere Abschirmung 94 und ein Leseelement 96 einschließt, das zwischen der unteren Abschirmung 92 und der obe­ ren Abschirmung 94 angeordnet ist. Der magnetische Lesekopf 90 weist eine Luftlager­ oberfläche 98 auf.

Die untere Abschirmung 92 wurde bei bekannten Anwendungen in verschiedenen unterschiedlichen Formen gebildet, wie zum Beispiel kreisförmig, quadratisch, recht­ winklig, trapezförmig oder in irgendeiner Kombination hiervon. Wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, hat die untere Abschirmung 92 eine rechtwinklige Form mit einer ersten Oberfläche 100, die gestrichelt dargestellt ist und benachbart zu dem Leseelement 96 liegt, sowie mit einer zweiten Oberfläche 102 gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 100. Eine dritte, gestrichelt dargestellte, Oberfläche 104 liegt einer vierten Oberfläche 106 derart gegenüber, daß die dritte Oberfläche 104 und die vierte Oberfläche 106 die erste Ober­ fläche 100 mit der zweiten Oberfläche 102 verbinden. Zur Erleichterung der Erläuterung sind der magnetische Lesekopf 90 und dessen Bauteile, die Dicken der unteren Abschirmung 92, der oberen Abschirmung 94 und des Leseelements 96 in Fig. 4 über­ trieben dargestellt. Die obere Abschirmung 98 weist eine ähnliche Form wie die untere Abschirmung 94 auf. Die gestrichelten Linien der oberen Abschirmung 98 sind aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt.

Sendust (85% Eisen, 9,6% Silizium und 5,4% Aluminium) war bei bekannten Anwen­ dungen das bevorzugte Material für die unteren Abschirmungen des Leseelements, weil es im wesentlichen keine Magnetostriktion aufweist, und weil es eine hohe Permeabili­ tät und eine hohe magnetische Flußdichte zeigt. Zusätzlich ermöglicht es die mechani­ sche Härte von Sendust, daß mit Sendust abgeschirmte Leseelemente leicht maschinell bearbeitet werden können, um Gleiter zu bilden, wobei sich ein minimales Verschmie­ ren über das Leseelement hinweg ergibt. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von elektrischen Kurzschlüssen zwischen Leseelement und der oberen oder unteren Abschirmung zu einem Minimum gemacht.

In einer typischen Abschirmung liegt eine Vielzahl von magnetischen Domänen vor, die voneinander durch eine Vielzahl von magnetischen Domänenwänden getrennt sind. Jede Domäne weist eine Magnetisierung auf, die in einer Richtung ausgerichtet ist, die von der der Magnetisierung aller benachbarten Domänen verschieden ist. Weil Sendust eine nahezu bei Null liegende magnetische Kristallanisotropie aufweist, sind die Domä­ nenwände innerhalb einer aus Sendust gebildeten Abschirmung vollständig zufällig, obwohl die Form der Abschirmung in gewisser Weise die Lage der Domänenwände steuern kann. Zusätzlich kann das Anlegen eines externen Magnetfeldes, entweder während der Herstellung oder von einer benachbarten Spur oder einem Übergang auf dem Speichermedium im Betrieb, an die obere oder untere Abschirmung eine Drehung der Magnetisierung jeder der Domänen innerhalb dieser Abschirmung hervorrufen, wodurch eine Bewegung, ein Wachsen und/oder Schrumpfen der Domänen hervorge­ rufen wird. Somit wird die Lage der Domänenwände aufgrund des externen Magnetfel­ des geändert. Aufgrund der zufälligen Art der Lage der Domänenwände kehren die Domänenwände weiterhin allgemein nicht auf ihre ursprüngliche Lage zurück, nachdem das externe Magnetfeld aufgehoben wurde.

Die oberen und unteren Abschirmungen führen zur Einwirkung von Streumagnetfeldern auf das Leseelement. Diese Streufelder werden bei der Vorspannung des Leseelements berücksichtigt. Wenn sich die Domänenwände bewegen, so ändern sich jedoch diese magnetischen Streufelder, wodurch der Vorspannpunkt des Leseelements sowie das Ansprechverhalten des Leseelements auf Signale geändert wird, die von dem Speichermedium ausgehen. Das Gesamtergebnis besteht in einem Rauschen und Störungen während des Lesevorganges.

Es wurde festgestellt, daß die Einführung einer Anisotropie in eine Abschirmung zu bes­ ser vorhersagbaren Lagen der Domänenwände innerhalb der Abschirmung führt. Es wurde jedoch auch festgestellt, daß die gesteuerte Einführung einer Anisotropie in ein Material mit einer nahezu bei Null liegenden magnetischen Kristallanisotropie, wie zum Beispiel Sendust, praktisch unmöglich ist.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Abschirmung 110, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Abschirmung 110 hat eine erhebliche Anisotropie, was im Gegensatz zu den Abschirmungen nach dem Stand der Technik steht, während sie immer noch alle die Vorteile einer Abschirmung aufweist, die aus Sendust gebildet ist, d. h. eine mechanische Härte, im wesentlichen keine Magnetostriktion, eine hohe Per­ meabilität und eine hohe Magnetflußdichte. Die Abschirmung 110 wird durch Abschei­ den einer Schicht 114 auf einer Keimschicht 112 gebildet. Die Schicht 114 ist aus einer Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung gebildet, die gleichen Bestandteilelemente wie Sendust aufweist, und die eine nahe bei Null liegende Magnetostriktion und einen endli­ chen Wert der magnetischen Kristallanisotropie aufweist. Die Keimschicht 112 ist aus einer amorphen Legierung mit einer sehr hohen Anisotropie gebildet.

Die Keimschicht 112 wird vorzugsweise aus einer Legierung aus der amorphen Kobalt- Familie gebildet (zum Beispiel Kobalt-Hafnium-Niobium oder Kobalt-Zirkon-Tantal) oder aus Nickel, und sie besteht vorzugsweise aus der Kobalt-Zirkon-Tantal-Legierung. Die prozentualen Gewichtsanteile von Kobalt liegen vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 70% bis ungefähr 90%, und der Rest besteht in vorzugsweise gleichen Gewichtsprozenten von Zirkon und Tantal. Eine bevorzugte Ausführungsform weist einen prozentualen Gewichtsanteil an Kobalt von ungefähr 90% und prozentuale Gewichtsanteile von sowohl Zirkon als auch Tantal von jeweils 5% auf. Die Keim­ schicht 112 weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von ungefähr 10 nm bis unge­ fähr 100 nm auf.

Fig. 6 ist ein Eisen-Silizium-Aluminium-Legierungszusammensetzungs-Diagramm, das Kurven für die folgenden Parameter enthält: anfängliche Permeabilität µ₀ = MAX, Magnetostriktion λ_s = 0 und Kristallanisotropiekonstante K = 0. Fig. 6 wurde der Fig. 4.32 der Veröffentlichung von Richard M. Bozorth, Ferromagnetismus 100 (1978) ent­ nommen. Auf der Achse 120 ist der prozentuale Gewichtsanteil an Eisen gezeigt, auf der Achse 122 der prozentuale Gewichtsanteil an Silizium und auf der Achse 124 der prozentuale Gewichtsanteil an Aluminium, und zwar jeweils bei einer bestimmten Zusammensetzung der Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung. Die für die vorliegende Erfindung ausgewählte Zusammensetzung sollte sowohl in der Nähe der Parameterkur­ ve 126 für eine Magnetostriktion λ_s gleich Null als auch der Parameterkurve 128 für eine maximale anfängliche Permeabilität µ₀ und weit entfernt von der Parameterkurve 130 für eine Kristallanisotropiekonstante von 0,18 liegen. Vorzugsweise sollte der pro­ zentuale Gewichtsanteil von Eisen im Bereich von ungefähr 81% bis ungefähr 93% lie­ gen, der prozentuale Gewichtsanteil von Silizium sollte im Bereich von ungefähr 6% bis ungefähr 10% liegen, und der prozentuale Gewichtsanteil von Aluminium sollte im Bereich von angenähert 0% bis ungefähr 13% liegen. Bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist die Schicht 114 vorzugsweise aus einer Zusammensetzung 132 gebildet, die einen prozentualen Gewichtsanteil an Eisen gleich ungefähr 89%, einen prozen­ tualen Gewichtsanteil an Silizium gleich ungefähr 7,5% und einen prozentualen Gewichtsanteil an Aluminium von angenähert 3,5% aufweist. Die Eisen-Silizium- Aluminium-Legierungsschicht 114 hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von un­ gefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 3 Mikrometern.

Um das Anisotropiefeld einzustellen, sollte die Abschirmung 110 thermisch für bis zu 3 Stunden bei 450°C bei Vorliegen eines Magnetfeldes behandelt werden, das in einer gewünschten Richtung für das Anisotropiefeld ausgerichtet ist.

Fig. 7 ist eine Darstellung der Hystereseschleife 140 für die leichte Magnetisierungs­ achse und der Hystereseschleife 142 für die schwer magnetisierbare Achse entlang sowohl der leicht als auch der schwer magnetisierbaren Achsen in einer Abschirmung der vorliegenden Erfindung. Das angelegte Feld H ist entlang der Abszisse gezeigt, und der Magnetfluß B der Abschirmung ist entlang der Ordinate gezeigt. Die Anisotropie­ konstante der Abschirmung gemäß der vorliegenden Erfindung kann dadurch bestimmt werden, daß die Steigung der Hystereseschleife 142 für die schwer magnetisierbare Achse bis zu einer Stelle extrapoliert wird, an der der Fluß B gleich Null ist, und daß diese Steigung verlängert wird, bis sie den Sättigungsfluß der Schleife 142 für die schwer magnetisierbare Achse trifft, wobei der Wert des Feldes H an diesem Punkt die Anisotropiekonstante ist. Wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist die Anisotropiekonstan­ te der Abschirmung der vorliegenden Erfindung von Null verschieden.

Das Quadratverhältnis SR_E (das den Wert des Magnetflusses B bei einem Wert des Feldes H von Null mit dem Wert des Flusses B bei einem Feld H mit seinem Maximal­ wert vergleicht) der Hystereseschleife 140 entlang der leicht magnetisierbaren Achse ist angenähert gleich 0,99, und das Quadratverhältnis SR_H der Hystereseschleife 142 entlang der schwer magnetisierbaren Achse beträgt ungefähr 0,16. Die Koerzitivkraft H_CE entlang der leicht magnetisierbaren Achse ist angenähert gleich 0,44, während die Koerzitivkraft H_CH entlang der schwer magnetisierbaren Achse angenähert gleich 0,18 ist. Es wird allgemein bevorzugt, daß das Quadratverhältnis der leicht magnetisierbaren Achse angenähert gleich Eins ist, und daß das Quadratverhältnis der schwer magneti­ sierbaren Achse angenähert gleich Null ist. Es wird weiterhin allgemein bevorzugt, daß die Koerzitivkraft auf der schwer magnetisierbaren Achse kleiner als die Koerzitivkraft auf der leicht magnetisierbaren Achse ist.

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht der Abschirmung 150 der vorliegenden Erfindung im Betrieb ohne den Einfluß externer Magnetfelder. Die Abschirmung 150 schließt magne­ tische Abschlußdomänen 152A, 152B, 152C und 152D, magnetische Domänen 154A, 154B, 154C und magnetische Domänenwände 156A und 156B ein. Die Magnetisierun­ gen 158A-158G stellen die Magnetisierung in jeder magnetischen Domäne dar. Auf­ grund der magnetischen Kristallanisotropie der Abschirmung 150 richten sich die Domänenwände 156A und 156B selbst in Richtung der leicht magnetisierbaren Achse der Abschirmung 150 aus. Eine Eigenschaft der magnetischen Domänenwände 156A und 156B besteht darin, daß jede dauernd versucht, sich auf den Zustand möglichst, niedriger Energie einzustellen. Der Zustand mit niedrigst möglicher Energie entspricht in diesem Fall der leicht magnetisierbaren Achse der Abschirmung 150.

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht der Abschirmung 150 der vorliegenden Erfindung im Betrieb unter dem Einfluß eines externen Magnetfeldes von einem magnetischen Medium. Das Magnetfeld ist durch den Pfeil 162 dargestellt. Das externe Feld 162 führt dazu, daß sich die Magnetisierungen 158A-158C in einer Richtung auf die Richtung des externen Feldes 162 drehen. Wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, wirkt das externe Feld 162 in einer nach unten gerichteten Richtung. Somit drehen sich die Magnetisierungen 158A-158C in einer Abwärtsrichtung. Es ist jedoch aus Fig. 9 zu erkennen, daß die Magnetisierungen 158D-158G, die den jeweiligen magnetischen Abschlußdomänen 152A-152D entsprechen, sich bei Vorliegen des externen Feldes 162 nicht drehen. Die Magnetisierungen 158D-1058G drehen sich nicht, weil diese Magnetisierungen anfäng­ lich entweder parallel oder antiparallel zu dem externen Feld 162 angeordnet sind. Mit diesem parallelem Schema drehen sich die Magnetisierungen 158D-158G nicht, jedoch ändert sich die Größe und Form der magnetischen Abschlußbereiche 152A-152D. Die magnetischen Abschlußdomänen 152A und 152D, deren jeweilige Magnetisierungen 158D und 158G anfänglich parallel zu dem externen Feld 162 angeordnet sind, wach­ sen in ihrer Größe, während die magnetischen Abschlußbereiche 152B und 152C, deren jeweilige Magnetisierungen 158E und 158F anfänglich antiparallel zu dem externen Feld 162 angeordnet sind, in ihrer Größe schrumpfen. Die Änderung der Größe der magnetischen Abschlußbereiche 152A-152D ruft eine Änderung der Form der magnetischen Domänen 154A-154C hervor; sie ruft jedoch keine Bewegung der Position der magnetischen Domänenwände 156A und 156B in eine Richtung auf das Leseelement 160 hervor. Bei bekannten Abschirmungen, die aus Sendust gebildet sind, ergab sich keine Kontrolle über die anfängliche Lage der magnetischen Domänen und entsprechend über die Position der magnetischen Domänenwände. Die Abschirmung 150 weist jedoch eine Anisotropie auf, die eine Kontrolle der anfänglichen Lage der magnetischen Domänen ermöglicht. Entsprechend wird die Position der magnetischen Domänenwände 156A und 156B so gesteuert, daß sich keine Bewegung in einer Rich­ tung auf das Leseelement 160 ergibt. Die magnetische Domänenwand 156 bleibt zwi­ schen den magnetischen Abschlußdomänen 152A und 152B festgelegt und die magne­ tische Domänenwand 156B bleibt zwischen den magnetischen Abschlußdomänen 152C und 152D festgelegt, weil eine Eigenschaft jeder magnetischen Domänenwand 156A und 156B darin besteht, daß jede Domänenwand 156A oder 156B dauernd ver­ sucht, sich auf den niedrigst möglichen Energiezustand einzustellen. Der niedrigst mög­ liche Energiezustand entspricht in diesem Fall der kürzest möglichen Länge der magne­ tischen Domänenwand 156A oder 156B. Daher bleiben die magnetischen Domänen­ wände 156A und 156B auf einem niedrigen und konstanten Energiezustand und befin­ den sich zwischen Schnittpunkten der dreieckförmigen magnetischen Abschlußdomä­ nen 152A-152D.

Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß festgestellt wur­ de, daß eine Abschirmung gemäß der vorliegenden Erfindung hohe Werte der magneti­ schen Permeanz aufweist, wenn sie magnetischen Wechselfeldern von mehr als 100 MHz entlang der schwer magnetisierbaren Achse ausgesetzt wird.

Die vorliegende Erfindung erzielt einen Zustand mit einer einzelnen magnetischen Domäne benachbart zu einem magnetoresistiven Leseelement eines magnetischen Aufzeichnungskopfes und ergibt damit ein reproduzierbares stabiles Zurücklesen von Daten von einem magnetischen Medium. Die vorliegende Erfindung beschränkt den Bewegungsbereich von Domänenwänden der Abschirmung, um deren Wechselwirkung mit dem Leseelement zu verhindern. Dies wird mit Hilfe einer Abschirmung erzielt, die eine Anisotropie aufweist, die zu einer kontrollierten Lage der magnetischen Domänen führt. Die vorliegende Erfindung zeigt zwei Domänenwände 156A und 156B entlang der leicht magnetisierbaren Achse; in Abhängigkeit von den Abmessungen einer unteren Abschirmung können jedoch zusätzliche Domänenwände entlang der leicht magneti­ sierbaren Achse vorhanden sein.

Claims (14)

1. Abschirmung für ein Leselement in einem Daten-Magnetkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung eine aus einer amorphen Legierung gebildete Keimschicht und eine zweite Schicht aus einer Eisen-Silizium-Aluminium- Legierung mit einer nahe bei Null liegenden Magnetstriktion und einer von Null abwei­ chenden magnetischen Kristallanisotropie umfaßt, die auf der Keimschicht angeordnet ist.

2. Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Keimschicht bildende amorphe Legierung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Legierung aus der amorphen Kobalt-Familie oder aus Nickel besteht.

3. Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimschicht aus einer Kobalt-Zirkon-Tantal- Legierung gebildet ist.

4. Abschirmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Kobalt in der Keim­ schicht im Bereich von im wesentlichen 70% bis 90% liegt.

5. Abschirmung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Zirkon in der Keim­ schicht im wesentlichen gleich dem prozentualen Gewichtsanteil an Tantal in der Keim­ schicht ist.

6. Abschirmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Kobalt in der Keim­ schicht im wesentlichen 90% ist, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Zirkon in der Keimschicht im wesentlichen 5% ist, und daß der prozentuale Gewichtsanteil an Tantal in der Keimschicht im wesentlichen 5% ist.

7. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Eisen in der zweiten Schicht im Bereich von im wesentlichen 81% bis 93% liegt, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Silizium in der zweiten Schicht im Bereich von im wesentlichen 6% bis 10% liegt, und daß der prozentuale Gewichtsanteil an Aluminium in der zweiten Schicht im Bereich von im wesentlichen 0% bis 13% liegt.

8. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Eisen in der zweiten Schicht im wesentlichen 89% beträgt, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Silizium in der zweiten Schicht im wesentlichen 7,5% beträgt, und daß der prozentuale Gewichtsanteil an Aluminium in der zweiten Schicht im wesentlichen 3,5% ist.

9. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimschicht eine Dicke im Bereich von im wesentli­ chen 10 nm bis 1000 nm aufweist.

10. Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht eine Dicke aufweist, die in dem Bereich von im wesentlichen 1 Mikrometer bis 3 Mikrometern liegt.

11. Verfahren zur Bildung einer Abschirmung für ein Leseelement in einem Daten- Magnetkopf, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Abscheiden einer Keimschicht aus einer amorphen Legierung,
Abscheiden einer zweiten Schicht aus einer Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung mit einer nahezu bei Null liegenden Magnetstriktion und einer von Null abweichenden magnetischen Kristallanisotropie über der Keimschicht, und
thermisches Behandeln der Abschirmung, während sich die Abschirmung in einem Magnetfeld befindet, das in irgendeiner gewünschten Richtung eines Anisotropie- Feldes der Abschirmung ausgerichtet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierung, die die Keimschicht bildet, aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer amorphen Kobalt-Familien-Legierung oder Nickel besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Eisen in der zweiten Schicht im Bereich von im wesentlichen 81% bis 93% liegt, daß der prozentuale Gewichtsanteil an Silizium in der zweiten Schicht im Bereich von im wesentlichen 6 bis 10% liegt, und daß der prozentuale Gewichtsanteil an Aluminium in der zweiten Schicht im Bereich von im wesentlichen 0% bis 13% liegt.

14. Daten-Magnetkopf mit einem Leseelement und einer Abschirmung, die im wesentlichen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.