DE4021376C2

DE4021376C2 - Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4021376C2
Application number: DE4021376A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Iwasaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2010-07-06
Also published as: DE4021376A1; US5287239A

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

In neuerer Zeit werden intensive Forschungen durchgeführt mit dem Ziel der Entwicklung eines Films oder einer Schicht der Fe-Reihe, der (die) eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs in der Größenordnung von 2 T aufweist. Es ist dabei bekannt, daß ein Fe-Legierungsfilm hohen Co-Gehalts bezüglich der Größe von Bs mit den Filmen der Fe-Reihe voll vergleichbar, letzteren aber in seiner Korrosionsbeständigkeit überlegen ist. Die kobaltreiche Fe-Legierung repräsentiert dabei gewöhnlich eine Fe-Co-Legierung mit 10-40 Atom-% Fe, Rest im wesentlichen Co, ggf. mit Verunreinigungselementen. Andererseits enthält der Film der Fe-Reihe mindestens 85% Fe zusammen mit anderen Verunreinigungselementen.

Ein in einem Magnetkopf enthaltener magnetischer Film muß eine niedrige Koerzitivkraft Hc und niedrige Magnetostriktion λs sowie eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte Bs aufweisen.

In "IEEE Trans. Magn., MAG-23 (1987), S. 2981" wird darüber berichtet, daß ein durch Plattieren bzw. Galvanisieren (plating) hergestellter Co-10%Fe-Legierungsfilm eine kleine Größe von Hc und auch eine kleine Größe von λs aufweist, die voll mit den betreffenden Werten oder Größen eines Films der Fe-Reihe vergleichbar sind.

Bei der Herstellung verschiedener Dünnschichten oder -filme zur Verwendung in einem Magnetkopf ist es wünschenswert, einen Trockenprozeß, wie Zerstäubung oder Aufdampfen, anstelle eines Naßprozesses, wie auf dem Gebiet von Halbleiteranordnungen, anzuwenden. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß es bei der Durchführung der Aufzeichnungs/Wiedergabeoperation mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit wünschenswert ist, einen magnetischen Film eines mehrlagigen Aufbaus mit einer zwischengefügten Zwischenisolierschicht aus z. B. Siliziumoxid zu verwenden, um eine Wirbelstromerzeugung zu unterdrücken. Es ist aber schwierig, einen solchen magnetischen Film eines mehrlagigen Aufbaus nach einem Naßprozeß, wie Galvanisieren, herzustellen.

Unter diesen Umständen ist es wünschenswert, einen kobaltreichen Fe-Legierungsfilm, der noch kleinere Werte von Hc und λs aufweist, nach einem Trockenprozeß, wie Zerstäubung oder Aufdampfen, herzustellen. Erfindungsgemäß wurden diesbezüglich ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Herstellung eines kobaltreichen Fe-Legierungsfilms durch (Kathoden-) Zerstäubung durchgeführt. In "J. Appl. Phys., 43 (1972), S. 3542" wird darüber berichtet, daß ein durch Zerstäubung hergestellter kobaltreicher Fe-Legierungsfilm keine niedrige Koerzitivkraft Hc aufweist. Erfindungsgemäß wurde dagegen gefunden, daß ein durch Zerstäubung hergestellter kobaltreicher Fe-Legierungsfilm mit etwa 18% Fe einen kleinen Wert von Hc aufweist, der durchaus mit dem eines durch Galvanisieren hergestellten Legierungsfilms vergleichbar ist; darüber wird in "Collection of Lecture Articles in 12th Meeting of Japan Applied Magnetism Institute" berichtet. Der durch Zerstäubung hergestellte Co-18%Fe-Legierungsfilm besitzt jedoch eine große bzw. hohe Magnetostriktion λs in der Größenordnung von 1×10^-5 oder mehr. Um einen solchen Legierungsfilm tatsächlich in einem Magnetkopf zu verwenden, ist es eindeutig notwendig, den Wert von λs weiter zu verkleinern, dabei aber den niedrigen Wert der Koerzitivkraft Hc beizubehalten.

Die DE 38 33 901 A1 und die US-PS 47 80 781 beschreiben einen dünnen Film, der aus einer ternären Kobalt-Nickel- Eisenlegierung gebildet ist. In beiden Fällen verringert der Nickelanteil den Wert der magnetischen Sättigungsflußdichte des dünnen Films auf etwa 1,5 bis 1,6 Tesla.

DE 38 33 901 A1 offenbart, daß es für die <111<-Ebene vorteilhaft ist, in der fcc-Phase einer Kobalt-Nickel- Eisenlegierung zu wachsen.

Aus der US-PS 47 80 781 ist es bekannt, daß bei Kobalt-Nickel-Eisenlegierung mit kubisch flächenzentrierter Struktur eine magnetische Anisotropie in abwechselnder Richtung (x-y-x-y . . .) schichtweise durch alternierende Magnetfelder beim Beschichtungsvorgang erzeugt wird.

Um es zu wiederholen: Der derzeit durch Zerstäubung hergestellte kohlenstoffreiche Fe-Legierungsfilm weist eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte von etwa 2 T auf, während seine Werte von Hc und λs unzufriedenstellend sind, so daß die Verwendung dieses Legierungsfilms als Magnetfilm in einem Magnetkopf unerwünscht ist. Selbstverständlich kann mit einem herkömmlichen Magnetkopf, der einen nach einem Trockenverfahren hergestellten kohlenstoffreichen Fe- Legierungsfilm enthält, die Informationsaufzeichnung mit hoher Dichte nicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Magnetkopfes, mit dem eine Informationsaufzeichnung mit hoher Dichte realisierbar ist, weil er einen magnetischen Film aus einer kohlenstoffreichen Fe-Legierung enthält, die hohe Sättigungsmagnetflußdichte, niedrige Koerzitivkraft und niedrige Magnetostriktion aufweist.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines für Informationsaufzeichnung mit hoher Dichte geeigneten Magnetkopfes.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der eingangs genannte Magnetkopf gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ausgebildet, und das Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem kennzeichnenden Teil der Anspruchs 11 weitergebildet.

Der beim erfindungsgemäßen Magnetkopf verwendete magnetische Film kann durch Ablagerung oder Niederschlagen einer kobaltreichen Fe-Legierung mit 15- 24 Atom-% an Fe durch Zerstäubung in einer gasförmigen Argon-, Xenon- oder Kryptonatmosphäre, die ein "Einbau"- Gas aus Stickstoff, Sauerstoff oder Neon enthält (in einer stickstoff-, sauerstoff- oder neonhaltigen Argon-, Xenon- oder Kryptonatmosphäre), erzeugt werden. Das "Einbau"-Gas ist in dieser Atmosphäre in solcher Menge enthalten, daß der niedergeschlagene Legierungsfilm nicht mehr als 2 Atom-% Stickstoff enthält.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zerstäubungsvorrichtung zur Verwendung für die Herstellung eines Magnetkopfes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Koerzitivkraft Hc und Stickstoffgaspartialdruck unter Heranziehung einer Fe-Konzentration als Parameter,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Magnetostriktion λs und Stickstoffgaspartialdruck unter Heranziehung einer Fe-Konzentration als Parameter,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Röntgenbeugungskurve von der Fe-Konzentration bei Verwendung eines reinen gasförmigen Argons bzw. reinen Argongases,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Röntgenbeugungskurve von der Fe-Konzentration im Fall, daß der magnetische Film unter einem Stickstoffgaspartialdruck von 506,5×10^-4 Pa hergestellt wird,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Streu- bzw. Schaukelkurven-Halbwertsweite relativ zum Phasen-(200)-Flächen-Peak von der Fe-Konzentration,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Röntgenbeugungskurve vom Stickstoffgaspartialdruck in einem Film mit 18 Atom-% Fe,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Gitterkonstante vom Stickstoffgaspartialdruck in einem Film mit 18 Atom-% Fe,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des spezifischen Widerstands vom Stickstoffgaspartialdruck in einem Film mit 18 Atom-% Fe,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Stickstoffatomgehalt und dem Stickstoffgaspartialdruck in einem Film mit 18 Atom-% Fe und

Fig. 11 und 12 Schnittansichten je eines Hauptteils eines Magnetkopfes gemäß der Erfindung.

Zur Klärung oder Untersuchung der Eigenschaften eines beim erfindungsgemäßen Magnetkopf verwendeten magnetischen Films wurde mittels einer (Kathoden-) Zerstäubungsvorrichtung gemäß Fig. 1 ein magnetischer Film auf einem Glassubstrat erzeugt; der dabei erhaltene Film wurde zur Bewertung untersucht. Gemäß Fig. 1 weist die Zerstäubungsvorrichtung ein Reaktionsgefäß 10 auf, in dessen unterem Bereich ein Target-Tragelement 11 mit einem darauf montierten Target 12 (Fangelektrode) angeordnet ist. Für den vorliegenden Versuch wurde ein Verbund-Target benutzt, das durch Anordnung einer Anzahl von Fe-Plättchen auf einer Scheibe aus Co gebildet war. An das Target-Tragelement 11 ist eine Hochfrequenzstromversorgung 13 angeschlossen.

Ein Substrat-Tragelement 15 mit einem längs seines Umfangs angeordneten Dauermagneten 14 ist im oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes 10 gehaltert. Der Dauermagnet 14 dient dazu, in einer Richtung ein externes Magnetfeld über die Dicke eines magnetischen Films oder senkrecht zu dessen Oberfläche so anzulegen, daß dem magnetischen Film einachsige magnetische Anisotropie verliehen wird. Der Dauermagnet kann an sich in einer beliebigen Stellung angeordnet sein, sofern ein externes Magnetfeld in einer Richtung (quer) über die Dicke des magnetischen Films einwirkt. Beispielsweise kann der Dauermagnet 12 in das Substrat-Tragelement 15 eingelassen oder eingebettet sein. Auf dem Substrat-Tragelement 15 ist ein Substrat 16 montiert, das beim vorliegenden Versuch ein Glassubstrat (0211 Substrat der Fa. Corning Inc., USA) war.

In der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 10 sind zwei Gaseinlässe 17 vorgesehen, über welche gasförmiger Stickstoff bzw. Argongas in das Reaktionsgefäß 10 einleitbar sind. Weiterhin ist in dem von den Gaseinlässen abgewandten Bereich der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 10 ein Gasauslaß 18 vorgesehen. Zur Erzeugung eines Vakuums oder Unterdrucks im Reaktionsgefäß 10 wird dieses über den Gasauslaß 18 evakuiert.

Mittels der beschriebenen Vorrichtung wurde eine Zerstäubung in einer Mischgasatmosphäre aus gasförmigem Stickstoff und Argon(gas) durchgeführt, um kobaltreiche Fe-Legierungsfilme einer Dicke von 0,3 µm auf Glassubstraten zu erzeugen. Dabei wurden folgende Zerstäubungsbedingungen eingehalten:

Hochfrequenzstromdichte: 5 W/cm
Zerstäubungsgasgesamtdruck: 1199,7×10^-3 Pa
Stickstoffgaspartialdruck: 0-180×10^-3 Pa
Abstand zwischen zwei Elektroden: 40 mm
Gasvorabsaugung: 133,3×10^-6 Pa oder weniger
Fe-Konzentration im Zerstäubungstarget Co: 9,5-31 Atom-%

Die Koerzitivkraft Hc der auf diese Weise hergestellten magnetischen Filme wurde unter Anlegung eines Magnetfelds von maximal 19.904 KA/m in Richtung der schwierigen (bzw. Haupt-)Achse gemessen. Fig. 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Koerzitivkraft Hc und einem Stickstoffgaspartialdruck unter Heranziehung einer Fe-Konzentration als Parameter. Gemäß Fig. 2 zeigen die 15-24 Atom-% Fe enthaltenden, durch Zerstäubung in einer reinen Argongasatmosphäre (Stickstoffgaspartialdruck gleich 0) hergestellten Filme eine niedrige Koerzitivkraft Hc von nur 39.808917 A/m oder weniger. Andererseits weisen die Filme mit weniger als 15 Atom-% oder mehr als 24 Atom-% Fe eine vergleichsweise hohe Koerzitivkraft von 796.17834 A/m oder mehr auf. Die Filme mit 15 Atom-% Fe oder mehr, die durch Zerstäubung in einer Argongasatmosphäre, welcher gasförmiger Stickstoff in solcher Menge zugesetzt ist, daß der Stickstoffgaspartialdruck im Bereich zwischen etwa 960×10^-4 Pa und 1200×10^-4 Pa liegt, hergestellt wurden, zeigten eine Koerzitivkraft Hc von 238.8535 A/m oder darunter, die somit niedriger ist als diejenige der Filme, welche durch Zerstäubung in einer reinen Argongasatmosphäre hergestellt wurden. Andererseits wiesen die in Gegenwart von gasförmigem Stickstoff hergestellten Filme mit weniger als 15 Atom-% Fe eine vergleichsweise hohe Koerzitivkraft Hc von 796.17834 A/m oder mehr auf. Aus den Ergebnissen von Fig. 2 läßt sich schließen, daß ein mindestens 15 Atom-% Fe enthaltender Film, der durch Zerstäubung in einer Argongasatmosphäre mit zugesetztem gasförmigem Stickstoff hergestellt wird, eine vergleichsweise niedrige Koerzitivkraft Hc aufweist.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Magnetostriktion λs und dem Stickstoffgaspartialdruck für Filme mit mindestens 15 Atom-% Fe, die bei den vorherigen Versuchen einen niedrigen Hc-Wert aufwiesen. Die Größe von λs wurde durch Messung einer Änderung im anisotropen Magnetfeld, hervorgerufen durch eine einseitig gerichtete Belastung, die durch Biegen des Substrats auf den Film ausgeübt wurde, bestimmt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, zeigten die 15-24 Atom-% Fe enthaltenden Filme, die unter einem Stickstoffgaspartialdruck im Bereich von 333,3×10^-4 Pa bis 693×10^-4 Pa hergestellt wurden, einen kleinen λs-Wert von etwa 5×10^-6. Insbesondere dann, wenn der Stickstoffgaspartialdruck auf 506,5×10^-4 Pa eingestellt war, war der λs-Wert mit nur etwa 3×10^-6 oder weniger sehr klein. Dabei zeigte der Film eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte Bs von 1,9 T. Ein 31 Atom-% Fe enthaltender Film, der unter einem Stickstoffgaspartialdruck von etwa 506,5×10^-5 Pa hergestellt worden war, zeigt auch den kleinsten λs-Wert. Dieser Wert war jedoch vergleichsweise groß, d. h. er betrug 1×10^-5 oder mehr. Aus Fig. 3 läßt sich schließen, daß ein magnetischer Film mit 15-24 Atom-% Fe, der durch Zerstäubung in einer Argongasatmosphäre mit zugesetztem gasförmigen Stickstoff hergestellt wird, zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaften aufweist, d. h. hohe Sättigungsmagnetflußdichte Bs in der Größenordnung von 1,9 T, niedrige Koerzitivkraft Hc und niedrige Magnetostriktion λs. Es ist zu beachten, daß der Partialdruck von dem Argongas zugesetztem gasförmigen Stickstoff vorzugsweise im Bereich zwischen 333,3×10^-4 Pa und 693×10^-4 Pa liegen sollte. Bevorzugt sollte der Stickstoffgaspartialdruck auf etwa 506,5×10^-4 Pa eingestellt sein.

Es ist bekannt, daß die Magnetostriktion λs eines magnetischen Films der Fe-Reihe von der Kristallorientierung des Films abhängt. Zur Klärung, weshalb ein Film mit 15-24 Atom-% Fe eine niedrige Magnetostriktion λs aufweist, wurde die Kristallorientierung des Films untersucht. Die Ergebnisse finden sich in den Fig. 4, 5 und 7. Bei diesem Versuch wurde das Kristallgefüge mittels eines Röntgenbeugungsgeräts unter Verwendung eines CuKα-Strahls untersucht.

Fig. 4 veranschaulicht ein Beispiel einer Röntgenbeugungskurve (2R=40-100°) für einen durch Zerstäubung in einer reinen Argongasatmosphäre hergestellten magnetischen Film. Kleine, durch z. B. ein Störsignal verursachte Peaks sind in der Röntgenbeugungskurve weggelassen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, zeigt ein Film mit 9,5 Atom-% Fe keinen Peak der bcc-Phase, sondern einen der fcc-Phasen-(111)-Fläche zugeordneten Peak hoher Intensität. Dieser Film wird als ein solcher angesehen, bei dem sich die fcc-Phase, in welcher die <111<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist, bevorzugt bildet, d. h. ein Film mit orientierter fcc-Phasen-<111<-Achse. Die Peak- oder Spitzenintensität der fcc-Phase (111) verringert sich mit einer Zunahme der Fe-Konzentration auf 18 Atom-% hin und weiter auf 31 Atom-% hin. Andererseits zeigte es sich, daß die Spitzenintensität der bcc-Phasen-(110)- Fläche, die neu erscheint, durch eine Erhöhung der Fe-Konzentration im Film begünstigt wird. Ein Film mit 31 Atom-% Fe wies keinen Peak der fcc-(100)-Phase, sondern einen hochintensiven, der bcc-(110)-Phase zugeordneten Peak auf. Die jeweiligen Filme mit 18 und 31 Atom-% Fe werden als solche angesehen, bei denen sich die bcc-Phase, bei welcher die <100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist, bevorzugt bildet, d. h. Filme mit orientierter bcc-Phasen-<100<- Achse. Aus Fig. 4 läßt sich schließen, daß ein Film mit orientierter fcc-Phasen-<111<-Achse und/oder ein Film mit orientierter bcc-Phasen-<110<-Achse dann erhalten wird, wenn die Zerstäubung in einer reinen Argongasatmosphäre stattfindet.

Fig. 5 veranschaulicht eine Röntgenbeugungskurve (2R=40 -100°) entsprechend magnetischen Filmen, die durch Zerstäubung in einer Ar-N₂-Atmosphäre mit einem Stickstoffgaspartialdruck von 506,5×10^-4 Pa erzeugt worden sind, wobei diese Atmosphäre als eine niedrige Magnetostriktion λs liefernd angesehen wird. Gemäß Fig. 5 zeigten Filme mit 24 Atom-% Fe oder weniger hauptsächlich einen hochintensiven bzw. großen Peak, der die fcc-Phasen-(200)-Fläche bezeichnet. In diesem Fall wurde festgestellt, daß das Verhältnis der Peakintensität oder -größe der fcc-Phasen-(200)-Fläche zu derjenigen der anderen Phasenfläche 7 : 1 oder mehr beträgt. Der Film wird als Film mit orientierter fcc-Phasen-<100<-Achse angesehen. Andererseits zeigte der 31 Atom-% Fe enthaltende Film einen Peak für die fcc-Phasen-(200)- Fläche und gleichzeitig einen vergleichsweise großen Peak der bcc-Phasen-(100)-Fläche, wie ein durch Zerstäubung in einer reinen Argongasatmosphäre hergestellter Film.

Die oben beschriebene Beziehung zwischen der Magnetostriktion λs und der Fe-Konzentration zeigt an, daß der Film mit orientierter bcc-Phasen-<100<-Achse einen großen λs-Wert aufweist, während der Film mit orientierter fcc-Phasen <100<-Achse einen kleinen λs-Wert aufweist. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Halbwertsweite der Schaukel kurve in bezug auf den Peak der fcc-Phase (200) und die Fe-Konzentration. Daraus geht hervor, daß ein Film mit 18 Atom-% Fe die kleinste Halbwertsweite (-breite) (etwa 6°) aufweist. In anderen Worten: ein Film mit 18 Atom-% Fe ist bezüglich der fcc-Phasen-<100<-Achsenorientierung am zweckmäßigsten.

Der durch den Stickstoffgaspartialdruck auf einen Film mit 18 Atom-% Fe ausgeübte Einfluß wurde mittels eines Röntgenbeugungsgeräts im einzelnen untersucht. Die Ergeb nisse finden sich in Fig. 7. Gemäß Fig. 7 erhöht sich die Intensität des Peaks der fcc-Phase (200) mit dem Anstieg des Stickstoffgaspartialdrucks, bis dieser so erhöht wird, daß er 506,5×10^-4 Pa erreicht. Mit anderen Worten: der Grad der <100<-Achsenorientierung ver größert sich mit der Erhöhung des Stickstoffgaspartialdrucks. Es ist zu beachten, daß dann, wenn das Verhältnis der Peak intensität für die fcc-Phasen-(200)-Fläche zur Peak intensität für die bcc-Phasen-(100)-Fläche auf 7 : 1 oder mehr vergrößert wird, der λs-Wert sich auf 2×10^-6 ver ringert. Wenn weiterhin der Stickstoffgaspartialdruck auf über 266,6×10^-4 Pa erhöht wird, ist keine Änderung in der Peakintensität für die fcc-Phase (100) zu beobachten, und die fcc-Phasen-<100<-Achsenorientierung bleibt erhalten. In diesem Fall ist der Peak für die bcc (100)-Fläche nicht zu beobachten. Wenn der Stickstoffgas partialdruck auf 693×10^-4 Pa erhöht wird, werden der λs-Wert verkleinert und der Grad der fcc- Phasen-<100<-Achsenorientierung verbessert. Wenn ferner der Stickstoffgaspartialdruck die Größe von 693×10^-4 Pa übersteigt, vergrößert sich die Magnetostriktion λs. Zu beachten ist, daß ein Film mit orientierter fcc-Phasen-<100<-Achse in manchen Fällen keinen kleinen λs-Wert aufweist.

Zur Klärung der Gründe für die Vergrößerung des λs-Werts wurde untersucht, in welcher Weise die Gitterkonstante und der spezifische Widerstand der einen magnetischen Film bildenden Kristalle vom Stickstoffgaspartialdruck abhängen. Die Ergebnisse finden sich in den Fig. 8 und 9.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, führt eine Erhöhung des Stick stoffgaspartialdrucks zu einer kleinen Verringerung der Gitterkonstante der bcc-Phase. Andererseits zeigt es sich, daß die Gitterkonstante der fcc-Phase in einem Bereich zwischen 0,359 und 0,360 praktisch konstant bleibt, auch wenn der Stickstoffgaspartialdruck auf etwa 506,5×10^-4 erhöht wird. Wenn der Stickstoffgas partialdruck 506,5×10^-4 Pa übersteigt, erhöht sich jedoch die Gitterkonstante auf über 0,361.

Andererseits zeigt Fig. 9, daß der spezifische Widerstand geringfügig ansteigt, wenn der Stickstoffgaspartialdruck auf 506,5×10^-4 Pa erhöht wird. Die Größe des spezifischen Widerstands beträgt jedoch 30 µΩ×cm und ist damit praktisch gleich der betreffenden Größe eines in einer reinen Argongasatmosphäre hergestellten Films. Wenn der Stickstoffgaspartialdruck 506,5×10^-4 Pa übersteigt, erhöht sich der spezifische Widerstand beträchtlich auf über 40 µΩ×cm.

Wie aus den Ergebnissen der vorstehend beschriebenen Ver suche, die zur Klärung des Einflusses des Stickstoffgas partialdrucks auf die Magnetostriktion λs, die Gitterkonstante und den spezifischen Widerstand durchgeführt wurden, hervorgeht, sollte der Stickstoffgaspartialdruck zweckmäßig im Bereich zwischen 333,3×10^-4 Pa und 506,5×10^-4 Pa liegen.

Aus den Versuchsergebnissen nach Fig. 8 und 9 läßt sich schließen, daß die Erhöhung der Gitterkonstante und des spezifischen Widerstands durch die Einverleibung bzw. den Einbau überschüssiger Stickstoffatome in das Gitter des Kristallgefüges hervorgerufen worden sein kann. Der Stickstoffatomgehalt des magnetischen Films wurde daher untersucht, um den zweckmäßigen Stickstoffatomgehalt des Films zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Fig. 10 darge stellt. Der Stickstoffgehalt des magnetischen Films wurde mittels einer Nessler′schen Dampfdestillations-Absorptions photometrieanalyse gemessen. Fig. 10 zeigt, daß der magne tische Film 0,5-2 Atom-% Stickstoff enthält, wenn der Stickstoffgaspartialdruck im Bereich zwischen 333,3×10^-4 Pa und 506,5×10^-4 Pa und liegt. Hieraus läßt sich schließen, daß ein magnetischer Film mit 0,5-2 Atom-% Stickstoff, d. h. ein durch Zerstäubung bei einem Stickstoffgaspartialdruck im Bereich zwischen 333,3×10^-4 Pa und 506,5×10^-4 Pa hergestellter magne tischer Film einen kleinen λs-Wert aufweist.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Stick stoffatome in das einen magnetischen Film bildende Kristall gefüge eingebracht bzw. "eingebaut". Die Erfindung ist je doch nicht auf Stickstoff für diesen Zweck beschränkt, viel mehr können erfindungsgemäß beliebige "Einbau"-Atome ver wendet werden, sofern ihr Atomradius dem von Stickstoffatomen nahezu gleich ist. Beispielsweise können anstelle von Stick stoffatomen auch Sauerstoff- oder Neonatome eingesetzt wer den.

Wie beschrieben, empfiehlt es sich, einen kobaltreichen magnetischen Fe-Film mit 15-24 Atom-% Fe, Rest im wesent lichen Co, durch Zerstäubung in einer Mischgasatmosphäre aus Argongas und gasförmigem Stickstoff herzustellen, wobei der Stickstoffgaspartialdruck im Bereich zwischen 333,3×10^-4 Pa und 506,5×10^-4 Pa liegt. Bei dem auf diese Weise hergestell ten magnetischen Film entsteht bevorzugt die fcc-Phase, in welcher die <100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist, so daß ein(e) orientierte(s) Struktur bzw. Gefüge gebildet wird. Mit anderen Worten: die diesen magnetischen Film bildende kobaltreiche Fe-Legierungskristallstruktur weist eine solche fcc-Phase mit dem größten Anteil unter (allen) anderen Kristall phasen auf. Unter Verwendung dieses magnetischen Films kann ein Magnetkopf einer hohen Sättigungsmagnetflußdichte Bs, niedriger Koerzitivkraft Hc und niedriger Magnetostrik tion λs geformt werden.

Ein Magnetkopf gemäß der Erfindung wird wie folgt beschrie ben hergestellt. Fig. 11 veranschaulicht speziell im Quer schnitt einen Magnetkopf für eine Hartplatte eines Längs aufzeichnungstyps. Der Magnetkopf gemäß Fig. 11 weist ein Substrat 20 auf, das im allgemeinen aus z. B. Al₂O-TiO₂ o. dgl. geformt ist. Auf dem Substrat 20 ist auf erfindungs gemäße Weise ein erster kobaltreicher magnetischer Film 21 durch Aufsputtern ausgebildet. Dieser erste Film 21 enthält 18 Atom-% Fe. Die Zerstäubung (bei der Filmherstellung) erfolgte auf oben beschriebene Weise in der (Kathoden-)Zerstäubungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Argongasatmosphäre mit einem Stickstoffgaspartialdruck von 506,5×10^-4 Pa. Auf der Oberfläche des magnetischen Films 21 ist unter Zwischenfügung einer Spalt schicht 22 eine Isolierschicht 23 ausgebildet. Mehrere Spulen 24 zur Erzeugung eines Magnetfelds sind in gegenseitigem Abstand in die Isolierschicht 23 eingelassen oder eingebettet, die ihrerseits aus Siliziumdioxid als dem üblichen Isoliermaterial geformt ist und die ebenfalls nach der üblichen Zerstäubungsmethode ausgebildet worden ist. Weiterhin ist ein zweiter kohlenstoffreicher magnetischer Fe-Film 25 auf der Gesamtoberfläche so erzeugt, daß er die Isolierschicht 23 sowie die freiliegenden Oberflächen des ersten magnetischen Films 21 und der Spaltschicht 22 be deckt; damit wird ein Magnetkopf gemäß der Erfindung er halten. Der zweite magnetische Film 25 wird auf die gleiche Weise wie der erste magnetische Film 21 ausgebildet. Ferner wird zum Schutze des zweiten magnetischen Films 25 auf diesem ein(e) Schutzfilm bzw. -schicht 26 erzeugt, der bzw. die aus z. B. Al₂O₃ nach dem bekannten Auftrag- oder Nieder schlagsverfahren gebildet werden kann. Der in dem so herge stellten Magnetkopf enthaltene magnetische Film besitzt im Vergleich zu einem herkömmlichen Magnetfilm, z. B. einem Ni-Fe-Film oder einem amorphen Film der Co-Reihe, eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte. Infolgedessen erlaubt der Magnetkopf gemäß der Erfindung eine zufriedenstellende Auf zeichnung auch auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger einer hohen Koerzitivkraft unter Gewährleistung einer Infor mationsaufzeichnung mit hoher (Aufzeichnungs-)Dichte.

Fig. 12 veranschaulicht im Querschnitt einen Magnetkopf eines Vertikalaufzeichnungstyps. Der Magnetkopf gemäß Fig. 12 weist ein Substrat 30 aus AlO₃-TiO₂ auf. Auf dem Substrat 20 ist auf erfindungs gemäße Weise durch Zerstäubung ein erster kobaltreicher magnetischer Fe-Film 31 mit 18 Atom-% Fe erzeugt. Die Zer stäubung erfolgte dabei in einer Argongasatmosphäre mit einem Stickstoffgaspartialdruck von 506,5×10^-4 Pa. Auf der Oberfläche des magnetischen Films 31 ist eine Isolierschicht 32 selektiv geformt. Mehrere Spulen 33 sind mit gegenseitigen Abständen in die Isolierschicht 32 eingelassen. Die Isolierschicht 32 kann aus Siliziumdioxid als dem üblichen Isoliermaterial be stehen und nach der üblichen Zerstäubungsmethode geformt sein. Weiterhin ist auf der Gesamtoberfläche, die Isolier schicht 32 und die freiliegende Oberfläche des ersten magne tischen Films 31 bedeckend, ein zweiter kobaltreicher magnetischer Fe-Film 34 erzeugt, so daß damit ein Magnet kopf gemäß der Erfindung gebildet ist. Der auf die gleiche Weise wie der erste magnetische Film 31 erzeugte zweite magnetische Film 34 bildet einen Rückflußpfad-Magnetkörper. Ferner ist zum Schutze des zweiten magnetischen Films 34 auf diesem ein(e) Schutzfilm oder -schicht 35 ausgebildet, der bzw. die aus z. B. Al₂O₃ nach der bekannten Auftrag- oder Niederschlagsmethode erzeugt worden sein kann.

Der auf dem auf diese Weise hergestellten Magnetkopf ent haltene magnetische Film oder Magnetfilm weist im Vergleich zu einem herkömmlichen magnetischen Film, wie einem amorphen Film der Co-Reihe, eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte auf. Infolgedessen kann beim erfindungsgemäßen Magnetkopf die Dicke des ersten magnetischen Films verkleinert sein, so daß eine Vertikalinformationsaufzeichnung mit hoher (Auf zeichnungs-) Dichte möglich ist.

Darüber hinaus wurde auch ein Magnetkopf für Längsinforma tionsaufzeichnung auf die oben beschriebene Weise herge stellt, nur mit dem Unterschied, daß das Substrat aus Magnesiumoxid bestand und der erste kobaltreiche Fe-Legierungsfilm auf der (100)-Fläche des Substrats in einer reinen Argongasatmosphäre erzeugt wurde. Wie die vorher beschriebenen Magnetköpfe besitzt auch der so her gestellte Magnetkopf ausgezeichnete magnetische Eigenschaf ten, d. h. Bs=1,9 T, Hc=238.8535 A/m, λs=1×10^-6. Außerdem weist dieser Magnetkopf ein(e) Kristallstruktur oder -gefüge auf, bei der bzw. dem die fcc-Phasen-<100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist (in der Röntgenbeugungskurve ist ein Peak nur in der fcc- Phasen-(200)-Ebene zu beobachten). Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen, daß ein Magnetkopf einer hohen Sättigungs magnetflußdichte Bs, niedriger Koerzitivkraft Hc und niedriger Magnetostriktion λs realisiert werden kann, wenn der Magnetkopf einen magnetischen Film eines Kristallauf baus aufweist, bei dem die fcc-Phasen-<100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist, und zwar unabhängig vom Magnetfilm-Erzeugungsver fahren.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird gasförmi ger Stickstoff, d. h. ein "Einbau"-Gas, mit dem Grundgas, d. h. Argon, vermischt. Als "Einbau"-Gase können jedoch auch Gase anderer Elemente angewandt werden, sofern der Atomradius des betreffenden Elements dem der Stickstoff atome nahezu gleich ist. Beispielsweise kann anstelle gasförmigen Stickstoffs auch gasförmiger Sauerstoff oder Neongas eingesetzt werden. Weiterhin können anstelle des Argongases auch andere Gase, wie Xenon oder Krypton, als Grundgas benutzt werden. Eine bevorzugte Kombination des Grundgases mit dem "Einbau"-Gas ist eine Kombination aus Argon(gas) und gasförmigem Stickstoff.

Mit der Erfindung wird somit ein Magnetkopf geschaffen, mit dem eine Informationsaufzeichnung mit hoher Dichte möglich ist. Wesentlich ist dabei, daß der Magnetkopf gemäß der Erfindung einen ferromagnetischen Film einer hohen Sättigungsmagnetflußdichte, niedriger Koerzitivkraft und niedriger Magnetostriktion aufweist, so daß der Magnetkopf demzufolge die oben angegebenen hervorragenden Wirkungen gewährleistet.

Claims

1. Magnetkopf, mit

- einem Träger oder Substrat (20),
- einem auf dem Substrat (20) ausgebildeten magnetischen Film (21) aus einer kobaltreichen Fe-Legierung,
- einem auf dem magnetischen Film (21) ausgebildeten Isolierfilm (23) und
- in den Isolierfilm (23) eingelassene Spulen (24) zur Erzeugung eines Magnetfelds,

dadurch gekennzeichnet, daß die kobaltreiche Fe-Legierung eine fcc-Phase aufweist, in welcher zum größten Anteil unter (allen) anderen Phasen die <100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kobaltreiche Fe-Legierung "Einbau"-Atome aus der Gruppe Stickstoffatome, Sauerstoffatome und Neonatome enthält.

3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die "Einbau"-Atome Stickstoffatome sind.

4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kobaltreiche Fe-Legierung 0,5-2 Atom-% Stickstoffatome enthält.

5. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kobaltreiche Fe-Legierung 15-24 Atom-% Fe enthält.

6. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kobaltreiche Fe-Legierung eine bcc-Phasen- (100)-Fläche aufweist.

7. Magnetkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffreiche Fe-Legierung eine Spitzenintensität der fcc-Phasen-(200)-Fläche aufweist, die mindestens siebenmal so groß ist wie die Spitzenintensität der bcc-Phasen-(100)-Fläche in bezug auf die Röntgenbeugungsintensität in einer Ebene parallel zur Filmoberfläche.

8. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm auf dem magnetischen Film unter teilweiser Zwischenfügung einer Spaltschicht (22) ausgebildet ist.

9. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenstoffreiche Fe-Legierungsfilm auf einer darunter liegenden Schicht aus Magnesiumoxid ausgebildet ist.

10. Magnetkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten magnetischen Film (25) mit bzw. aus einer kobaltreichen Fe-Legierung mit einer fcc-Phase, in welcher die <100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist, im größten Anteil unter (allen) anderen Phasen und einen auf dem zweiten magnetischen Film (25) ausgebildeten Schutzfilm (26).

11. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes, bei dem auf einem Träger oder Substrat (20) ein magnetischer Film (21) aus einer kobaltreichen Fe-Legierung erzeugt wird und bei dem auf dem magnetischen Film ein Isolierfilm (23) mit darin eingelassenen Spulen (24) zum Erzeugen eines Magnetfelds geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die kobaltreiche Fe-Legierung eine fcc-Phase aufweist, in welcher zum größten Anteil unter (allen) anderen Phasen die <100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Film auf dem Substrat durch Aufsputtern erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung in einer Mischgasatmosphäre aus einem "Einbau"-Gas, ausgewählt aus der Gruppe gasförmiger Stickstoff, gasförmiger Sauerstoff und Neongas, und einem Grundgas, ausgewählt aus der Gruppe Argon-, Krypton- und Xenongas, durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das "Einbau"-Gas gasförmiger Stickstoff ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgas Argon(gas) ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas aus Argon(gas) und gasförmigem Stickstoff besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung in einer Mischgasatmosphäre eines Partialdrucks des "Einbau"-Gases von 333,3×10^-4 bis 506,5×10^-4 Pa durchgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ausbildung des Isolierfilms (23) ein zweiter magnetischer Film (25) aus einer kobaltreichen Fe-Legierung mit einer fcc-Phase, in welcher zum größten Anteil unter (allen) anderen Phasen die <100<-Achse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist, erzeugt und anschließend auf dem zweiten magnetischen Film (25) ein Schutzfilm geformt wird.