DE3426117C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetköpfe gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 5 und 9.

Ein Magnetkopf gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Zeitschrift "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-18 (1982) S. 1167 bis 1169, bekannt. Als ein Material des Hauptmagnetpols dieses Magnetkopfs ist eine amorphe Kobalt- Zirkon-Legierung beschrieben.

Ein Magnetkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 5 genannten Art, allerdings ohne Angabe einer nicht-magnetischen Dünnschicht und einer zweiten Kerndünnschicht, ist aus der DE-OS 29 08 972 bekannt. Zu den dort beschriebenen, möglichen Dünnschichtmaterialien gehören Kobaltlegierungen, die Bor und/oder Silicium als Mußkomponente sowie Hafnium und/oder Tantal enthalten.

Ein Magnetkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 9 genannten Art, allerdings mit magnetisch abschirmenden Polen nicht in Dünnschichttechnik, ist aus "IBM Technical Disclosure Bulletin", Vol. 24 (1981) No. 4, S. 1930, bekannt. Die beiden magnetisch abschirmenden Pole dieses Magnetkopfs bestehen aus Permalloy (78% Ni, 21% Fe, Rest Spuren anderer Stoffe).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Magnetköpfe der eingangs genannten Art unter Verwendung eines weichmagnetischen Magnetmaterials mit hoher Permeabilität und hoher Sättigungsmagnetflußdichte verfügbar zu machen.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1, 5 und 9 angegeben.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ternäre, amorphe Kobalt-Hafnium-Tantal-Legierungen als Magnetmaterial in Magnetköpfen sind aus dem vorstehend diskutierten Stand der Technik nicht bekannt. Soweit Hafnium und/oder Tantal in einer Menge bis zu 10 Atom-% zu Kobalt als Basiselement zulegiert worden ist (DE-OS 29 08 972), wurden Gehalte an Bor und/oder Silicium für unerläßlich gehalten. Diese Elemente wirken als sog. Glasbildner zur Sicherstellung amorpher Erstarrung.

Ein für Aufzeichnungssysteme, die mit Magnetisierung der Magnetschicht des Aufzeichnungsträgers in deren Dickenrichtung arbeiten, eingesetzter Magnetkopf besteht in der Regel aus einem Hauptmagnetpol, der sich gegenüber der Magnetschicht des Aufzeichnungsträgers befindet, einem Hilfsmagnetpol, der mit dem Hauptmagnetpol ein Paar bildet, und einer Spule, die um den Hilfsmagnetpol oder den Hauptmagnetpol gewickelt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Magnetkopf für senkrechte magnetische Aufzeichnung gemäß Anspruch 1 können die Wiedergabeleistung und das Auflösungsvermögen stärker erhöht werden als es rein durch Verringerung der Dicke des Hauptmagnetpols möglich ist.

Dünnschicht-Magnetköpfe der in Anspruch 5 angegebenen Art werden insbesondere als Magnetaufzeichnungsköpfe bei Computerspeichern eingesetzt. Mit dem erfindungsgemäßen Magnetkopf gemäß Anspruch 5 läßt sich die Aufzeichnungseffizienz stärker erhöhen als es durch die nur begrenzt mögliche Erhöhung der Windungszahl der Spulen oder durch Erhöhung der elektrischen Aufzeichnungsströme, was die Wärmeerzeugung nach oben treibt und die Gefahr des Auftretens von Durchbrüchen steigert, möglich wäre.

Mit dem erfindungsgemäßen Magnetkopf gemäß Anspruch 9 läßt sich die Wiedergabeeffizienz erhöhen, weil die magnetisch abschirmenden Dünnschichten eine gute Abschirmungswirkung haben.

Die Erfindung wird nun zusammen mit Weiterbildungen anhand von graphischen Darstellungen und von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Hf-Gehalt in amorphen Legierungen des Co-Hf-Ta-Systems und verschiedenen magnetischen Eigenschaften;

Fig. 2 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Ta-Gehalt der genannten Legierungen und verschiedenen magnetischen Eigenschaften;

Fig. 3 magnetische Kennlinien der genannten Legierung und einer Vergleichslegierung in Abhängigkeit von der Frequenz;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines senkrecht magnetisierenden Magnetaufzeichnungskopfes;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Dünnschicht-Magnetaufzeichnungskopfes und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die in getrennter Form den Hauptteil eines Dünnschicht-Magnetwiedergabekopfes zeigt.

Ein Kristallglas wird als Grundplatte verwendet, und Hafnium-Pellets und Tantal-Pellets (jedes Pellet mit einer Fläche von 10 mm × 10 mm und eine Dicke von 5 mm) werden auf einer Kobaltscheibe (101,6 mm Durchmesser und 5 mm Dicke) in radialer Richtung von der Mitte der Scheibe aus abwechselnd angeordnet, wodurch die Zusammensetzung der auf der Grundplatte durch Aufstäuben gebildeten Legierung durch Steuern der Anzahl der Pellets auf dem Target geändert werden kann. Dann wird eine das beschriebene System enthaltende Kammer auf ein Hochvakuum von weniger als 1,33 × 10^-4 Pa evakuiert und wird das Aufstäuben in einer Argongasatmosphäre bei einer hochfrequenten elektrischen Leistung von 2,0 W/cm² durchgeführt, um auf der Grundplatte eine ternäre amorphe Co-Hf-Ta-Legierung mit Kobalt als Basismaterial zu bilden. Gemäß obiger Beschreibung gebildete amorphe Legierungen verschiedener Zusammensetzungen werden für verschiedene Eigenschaftstests verwendet, wie dies nachfolgend erläutert ist.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung magnetischer Eigenschaften für den Fall, daß in der Legierung, die in der nachfolgenden Legierungszusammensetzung gezeigt ist, der Hafnium-Gehalt X geändert wird, während der Tantal-Gehalt Y in der Legierung jeweils bei 4,5 Atom-% gehalten wird.

Legierungszusammensetzungstabelle:
Co100-X-Y Atom-% HfX Atom-% TaY Atom-%

In Fig. 1 zeigen die Kurve Bs eine Sättigungsmagnetflußdichte, die Kurve μ e eine Permeabilität in der Richtung der schwer magnetisierbaren Achse bei einer Frequenz von 1 MHz und die Kurve Hc eine Koerzitivkraft in Richtung der schwer magnetisierbaren Achse.

Wie der Darstellung in Fig. 1 deutlich entnehmbar ist, weist die binäre Co-Ta-Legierung ohne Hf ein hohes Bs auf, ist jedoch zu hoch im Hc und niedrig im μ e. Wenn jedoch eine kleine Menge Hf in der Legierung vorhanden ist, erhöht sich Hc stark, während sich μ e im Gegensatz dazu verringert. Wenn dann der Hf-Gehalt einen bestimmten Wert übersteigt, wird Hc hoch und wird μ e niedrig. Andererseits tendiert Bs dazu, mit zunehmendem Hf-Anteil abzunehmen, obwohl das Ausmaß der Abnahme nicht so groß ist.

Um Hc zu verringern und μ e zu erhöhen, ohne bei einer solchen Tendenz magnetischer Eigenschaften Bs zu stark zu verringern, ist es erforderlich, daß der Hf-Gehalt X im Bereich von 1 Atom-% bis 5 Atom-%, vorzugsweise von 1,5 Atom-% bis 3 Atom-%, liegt. Dies gilt auch, wenn sich der Ta-Gehalt Y bis zu einem bestimmten Ausmaß ändert.

Fig. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung den Fall, daß bei der in der vorausgehenden Legierungszusammensetzungstabelle gezeigten Legierung der Ta-Gehalt Y verändert wird, während der Hf-Gehalt X in der Legierung jeweils bei 2,2 Atom-% gehalten wird.

Wie der graphischen Darstellung deutlich entnehmbar ist, ist bei einer kein Ta enthaltenden binären Co-Hf-Legierung Bs hoch, jedoch Hc zu hoch und μ e niedrig. Wenn jedoch eine geringe Menge Ta in der Legierung vorhanden ist, wird Hc äußerst niedrig, wohingegen μ e im Gegensatz dazu hoch wird. Wenn dann der Ta-Gehalt über einem bestimmten Wert liegt, wird Hc hoch und μ e niedrig. Andererseits neigt Bs dazu, mit Zunahme des Ta-Gehaltes abzunehmen, obwohl das Ausmaß der Abnahme nicht so groß ist.

Um Hc zu reduzieren und μ e zu erhöhen, ohne bei einer solchen Tendenz der magnetischen Eigenschaften Bs zu stark zu verringern, ist es erforderlich, daß der Ta- Gehalt Y im Bereich von 4 Atom-% bis 10 Atom-%, vorzugsweise von 6 Atom-% bis 8 Atom-%, liegt.

Dies gilt auch, wenn der Hf-Gehalt X bis zu einem bestimmten Ausmaß geändert wird.

Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung das μ e einer ternären amorphen Legierung aus Co (93,3 Atom-%), Hf (2,2 Atom-%) und Ta (4,5 Atom-%) (Kurve A) und das μ e einer binären amorphen Legierung aus Co (97,8 Atom-%) und Hf (2,2 Atom-%) (Kurve B) in gleichen Frequenzbereichen.

Wie aus der graphischen Darstellung deutlich entnehmbar ist, weist das erfindungsgemäße weichmagnetische Material bei jeder Frequenz immer eine hohe Permeabilität auf, und es zeigt stabile Eigenschaften in einem weiten Frequenzbereich.

Die ternäre Co-Hf-Ta-Legierung zeigt in der aus ihr bestehenden Dünnschicht unmittelbar nach ihrer Erzeugung durch Aufstäuben ein hohes anisotropes Magnetfeld. Als Ergebnis zahlreicher verschiedener Untersuchungen von Möglichkeiten für die Reduzierung des anisotropen Magnetfeldes ist herausgefunden worden, daß ein Verfahren wirksam ist, bei dem die als Hauptmagnetpol gebildete ternäre amorphe Legierungsdünnschicht in einem rotierenden Magnetfeld einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Die Bedingungen für diese Wärmebehandlung im rotierenden Magnetfeld werden ausgewählt aus einer Rotationsdrehzahl von 10 bis 20 min^-1, einer Magnetfeldintensität von mehr als 7958 A/m und einer Behandlungszeit von mehr als drei Stunden. Wenn die Dünnschicht der Legierung, die durch Aufstäuben gebildet worden ist, beispielsweise bei einer Temperatur von 350°C, einer Rotationsdrehzahl von 10 min^-1 und einer Magnetfeldintensität von 7958 A/m behandelt wird, kann das anisotrope Magnetfeld (Hk) auf etwa 318 A/m reduziert werden.

Fig. 4 zeigt in schematischer Ansicht einen senkrecht magnetisierenden Magnetaufzeichnungskopf, für den das vorstehend beschriebene weichmagnetische Material verwendet wird.

Auf einer Oberfläche einer isolierenden Grundplatte 1 aus einem Glas oder einem Polyimid ist ein Hauptmagnetpol 2 mit einer Dicke von etwa 1 µm durch Aufstäuben gebildet. Ein Hilfsmagnetpol 3 ist gegenüber dem Hauptmagnetpol 2 angeordnet und eine Spule 4 ist um den Hauptmagnetpol 3 gewickelt.

Zwischen den Hauptmagnetpol 2 und den Hilfsmagnetpol 3 ist ein bandförmiger oder ein plattenförmiger magnetischer Aufzeichnungsträger 5 bewegbar eingefügt. Der magnetische Aufzeichnungsträger 5 besteht aus einem Grundfilm 6 und einer auf einer Oberfläche des Grundfilms 6 gebildeten Magnetschicht 7. Der magnetische Aufzeichnungsträger 5 ist so angeordnet, daß die Magnetschicht 7 zum Hauptmagnetpol 2 weist. Wenn ein aufzuzeichnender elektrischer Signalstrom durch die Spule 4 geschickt wird, um den Hauptmagnetpol 2 von der Seite des Hilfsmagnetpols 3 aus zu magnetisieren, wird in der Nähe des Endes des Hauptmagnetpols 2 ein starkes senkrechtes Magnetfeld erzeugt, wodurch die in der Nähe des Endes des Hauptmagnetpols 2 befindliche Magnetschicht 7 in Richtung ihrer Dicke magnetisiert wird, um eine magnetische Aufzeichnung durchzuführen.

Der Hauptmagnetpol 2 besteht aus einer Dünnschicht aus einer ternären amorphen Co-Hf-Ta-Legierung, wobei der Co-Gehalt 93,3 Atom-%, der Hf-Gehalt 2,2 Atom-% und der Ta-Gehalt 4,5 Atom-% beträgt. Der Hauptmagnetpol ist durch Aufstäuben gebildet und ist in einem rotierenden Magnetfeld unter den zuvor beschriebenen Bedingungen einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit der amorphen Legierung in die Arbeitsrichtung des Hauptmagnetpols gerichtet werden kann.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil eines Dünnschicht-Magnetaufzeichnungskopfes, bei dem das beschriebene weichmagnetische Material verwendet wird. Auf einer Grundplatte 8 aus einem nicht- magnetischen Material, wie Glas, Silizium usw., ist zunächst eine erste Kerndünnschicht 9 gebildet. Darauf ist eine zweite Kerndünnschicht 13 gebildet, und zwar unter Zwischenschaltung einer isolierenden Dünnschicht 10 aus nicht-magnetischem Material, einer leitenden Dünnschicht 11 und einer isolierenden Dünnschicht 12. Diese erste Kerndünnschicht 9, die isolierende Dünnschicht 10, die leitende Dünnschicht 11, die isolierende Dünnschicht 12 und die zweite Kerndünnschicht 13 werden aufeinanderfolgend mit definierten Dicken durch eine Schichterzeugungstechnologie, wie Aufstäuben usw., gebildet. Mit Bezugszeichen 11 a und 11 b sind Anschlüsse zum Verbinden mit Außenschaltkreisen bezeichnet.

Die erste Kerndünnschicht 9 und die zweite Kerndünnschicht 13 werden aus einer ternären amorphen Co-Hf- Ta-Legierung gebildet, bei welcher der Co-Gehalt 93,3 Atom-%, der Hf-Gehalt 2,2 Atom-% und der Ta-Gehalt 4,5 Atom-% beträgt, und diese Dünnschichten sind in einem rotierenden Magnetfeld unter den zuvor angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wodurch die Richtung der Achse schwerer Magnetisierbarkeit der amorphen Legierung in die Arbeitsrichtung der Kerndünnschichten gerichtet werden kann.

Fig. 6 zeigt in Perspektivdarstellung in getrennter Form einen Dünnschicht-Magnetwiedergabekopf unter Verwendung des beschriebenen weichmagnetischen Materials. 14 ist eine Grundplatte aus einem nicht-magnetischen Material, 15 ist eine isolierende Dünnschicht, 16 ist eine erste magnetisch abschirmende Dünnschicht, 17 ist ein als magnetischer Widerstand wirkendes Element bzw. MR-Element, 18 und 19 sind leitende Dünnschichten und 20 ist eine zweite magnetisch abschirmende Schicht.

Die erste magnetisch abschirmende Dünnschicht 16 und die zweite magnetisch abschirmende Dünnschicht 20 bestehen aus Dünnschichten einer ternären amorphen Co-Hf-Ta- Legierung, mit einem Gehalt von 93,3 Atom-% Co, 2,2 Atom-% Hf und 4,5 Atom-% Ta, und diese abschirmenden Dünnschichten sind in einem rotierenden Magnetfeld unter den zuvor angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wodurch die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit der amorphen Legierung in die magnetische Durchlaßrichtung der magnetisch abschirmenden Dünnschichten gebracht ist.

Wie bereits erwähnt, kann man dadurch, daß man in einer ternären amorphen Co-Hf-Ta-Legierung mit Co als Grundmaterial den Hf-Gehalt auf einen Bereich von 1 Atom-% bis 5 Atom-% und den Ta-Gehalt auf einen Bereich von 4 Atom-% bis 10 Atom-% festlegt, ein weichmagnetisches Material mit niedriger Koerzitivkraft und einer hohen Permeabilität ohne Verringerung der Sättigungsmagnetflußdichte erhalten. Dadurch, daß man den Hauptmagnetpol eines senkrecht magnetisierenden Aufzeichnungsmagnetkopfes unter Verwendung des weichmagnetischen Materials herstellt, kann man die Dicke des Hauptmagnetpols sehr stark reduzieren, da die ternäre amorphe Legierung eine hohe Permeabilität und eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte aufweist, wodurch die Wiedergabeleistung und die Auflösungsleistung des Magnetkopfes erhöht werden können.

Wenn die Kerndünnschichten eines Dünnschicht-Magnetaufzeichnungskopfes unter Verwendung des beschriebenen weichmagnetischen Materials gebildet werden, können die Aufzeichnungseffizienz und die Wiedergabeeffizienz des Magnetkopfes erhöht werden, da die ternäre amorphe Legierung eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte und eine hohe Permeabilität aufweist.

Wenn die magnetisch abschirmenden Dünnschichten eines Dünnschicht-Magnetwiedergabekopfes unter Verwendung des beschriebenen weichmagnetischen Materials gebildet werden, kann eine ausreichende magnetische Abschirmwirkung erzielt werden, kann die Wiedergabeempfindlichkeit verbessert werden und kann die Dicke der magnetisch abschirmenden Dünnschichten weiter reduziert werden, da die ternäre amorphe Legierung eine hohe Permeabilität und eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte aufweist. Ferner kann man in diesem Fall durch geeignetes Steuern des Anteilsverhältnisses von Hafnium und Tantal in der ternären amorphen Legierung die Magnetostriktion der magnetisch abschirmenden Dünnschichten auf Null oder nahezu Null reduzieren.

Claims (12)

1. Magnetkopf für senkrechte magnetische Aufzeichnung, mit dem eine magnetische Schicht (7) eines magnetischen Aufzeichnungsträgers (5) in Richtung ihrer Dicke magnetisierbar ist, wobei der Magnetkopf einen Hauptmagnetpol (2) aus einer amorphen Kobaltlegierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Kobaltlegierung eine ternäre Legierung ist mit Kobalt als Basiselement und geringen Mengen Hafnium und Tantal.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hafnium-Gehalt im Bereich von 1 Atom-% bis 5 Atom-% und der Tantal-Gehalt im Bereich von 4 Atom-% bis 10 Atom-% liegt.

3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hafnium-Gehalt im Bereich von 1,5 Atom-% bis 3 Atom-% und der Tantal-Gehalt im Bereich von 6 Atom-% bis 8 Atom-% liegt.

4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Hauptmagnetpols (2) in einem rotierenden Magnetfeld wärmebehandelt ist.

5. Dünnschicht-Magnetkopf mit einer Grundplatte (8) aus nicht-magnetischem Material und, darauf in Schichten aufgebracht, einer ersten Kerndünnschicht (9), einer nicht-magnetischen Dünnschicht (10) und einer zweiten Kerndünnschicht (13), wobei für die Kerndünnschichten jeweils eine ternäre, amorphe, hafnium- oder tantalhaltige Kobaltlegierung mit Kobalt als Basiselement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige amorphe Kobaltlegierung eine ternäre Kobalt-Hafnium-Tantal-Legierung ist mit geringen Mengen Hafnium und Tantal.

6. Dünnschicht-Magnetkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hafnium-Gehalt im Bereich von 1 Atom-% bis 5 Atom-% und der Tantal-Gehalt im Bereich von 4 Atom-% bis 10 Atom-% liegt.

7. Magnetkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hafnium-Gehalt im Bereich von 1,5 Atom-% bis 3 Atom-% und der Tantal-Gehalt im Bereich von 6 Atom-% bis 8 Atom-% liegt.

8. Dünnschicht-Magnetkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen der Kerndünnschichten (9, 13) in einem rotierenden Magnetfeld wärmebehandelt sind.

9. Dünnschicht-Magnetwiedergabekopf mit einem als magnetischer Widerstand wirkenden Element (17) und beidseits davon jeweils einer magnetisch abschirmenden Dünnschicht (16, 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichten (16, 20) jeweils aus einer amorphen, ternären Kobaltlegierung bestehen mit Kobalt als Basiselement und geringen Mengen Hafnium und Tantal.

10. Magnetwiedergabekopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hafnium-Gehalt im Bereich von 1 Atom-% bis 5 Atom-% und der Tantal-Gehalt im Bereich von 4 Atom-% bis 10 Atom-% liegt.

11. Magnetkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hafnium-Gehalt im Bereich von 1,5 Atom-% bis 3 Atom-% und der Tantal-Gehalt im Bereich von 6 Atom-% bis 8 Atom-% liegt.

12. Magnet-Wiedergabekopf nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen der magnetisch abschirmenden Dünnschichten (16, 20) in einem rotierenden Magnetfeld wärmebehandelt sind.