DE60204886T2

DE60204886T2 - Magnetische mehrfachschichten mit reduzierter magnetostriktion

Info

Publication number: DE60204886T2
Application number: DE60204886T
Authority: DE
Inventors: Devereaux James JARRATT
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2004531087A; US6760198B2; WO2003003353A1; DE60204886D1; CN1529883A; KR100588031B1; EP1399920B1; ATE298920T1; MXPA03011603A; EP1399920A1; US20030002227A1; CN100419856C; JP3944164B2; KR20040015718A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf die magnetischen Materialien, die in Aufzeichnungsköpfen für Platten- und Bandlaufwerke verwendet werden, und spezieller auf die Reduktion von Magnetostriktion in diesen Materialien.
Hintergrund der Erfindung
Aufzeichnungsköpfe werden verbreitet in Plattenlaufwerken und Bandlaufwerken zum Speichern und Wiederabrufen von digitaler Information verwendet. Aufzeichnungsköpfe weisen üblicherweise separate Schreib- und Leseelemente auf. Weichmagnetisches Material mit einer geringen Koerzitivkraft und einem hohen magnetischen Sättigungsmoment wird für die Pole des Schreibelements und die Abschirmungen für das Leseelement verwendet. In einem Bandlaufwerk ist das Band in häufigem Kontakt mit dem Aufzeichnungskopf. Daher ist die Abnutzungsbeständigkeit eine wichtige zusätzliche Überlegung bei einem Bandlaufwerk.
Die Abschirmschichten und die Schreibköpfpole befinden sich in enger Nähe zu dem Lesesensor. Aufgrund dieser Nähe ist es wichtig, dass die Schichten magnetisch stabil sind. Für die Leistungsfähigkeit des Laufwerks ist es wichtig, dass das weichmagnetische Material relativ frei von mechanischer Beanspruchung und Magnetostriktion ist, da diese Effekte zu einer magnetischen Instabilität führen können. Wenn sich die magnetischen Domänen in den Abschirmungen und Polen bewegen, wenn sie äußeren Feldern unterworfen sind, wie Feldern von dem Schreibkopf oder Feldern von der sich drehenden Magnetplatte (oder präziser, wenn sich die Wände zwischen verschiedenen magnetischen Domänen bewegen, was zum Wachsen oder Schrumpfen von Domänen führt), wird Barkhausen-Rauschen erzeugt und in dem Leseelement erfasst. Dieses Rauschen kann die Qualität des Auslesesignals ernsthaft degradieren. Wenn des weiteren die Domänen nach einer Bewegung nicht in ihre ursprüngliche Position zurückkehren, übt die Abschirmung oder der Pol ein Feld aus, das auf der Sensorschicht in dem Leseelement anders orientiert ist. Dies ändert die magnetische Vorspannung auf dem Leseelement, was zu einer Signalasymmetrie und erhöhten Fehlerraten führt. Schließlich ist es möglich, dass die magnetische Permeabilität der Abschirmungen oder Polschichten mit diesem nicht-wiederholbaren oder Hystereseverhalten der Domänen reduziert wird, und dies hat ebenfalls einen schädlichen Effekt auf die Leistungsfähigkeit des Leseelements.
Ein üblicher Satz von Materialien, die in Abschirmungen und Polen verwendet werden, besteht aus Legierungen von Nickel und Eisen. Zum Beispiel weist Ni(80%)Fe(20%) eine gute Magnetostriktion auf, jedoch ein etwas limitiertes Sättigungsmoment (Ms @ 10 kG). Eine Erhöhung des Fe-Gehalts vergrößert das Moment, führt jedoch zu einer hohen Magnetostriktion. Ni(45%)Fe(55%) weist zum Beispiel ein besseres Moment (Ms @ 16 kG) auf, jedoch eine ziemlich hohe Magnetostriktion von etwa 25 × 10^–6. In der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, Materialien unter Verwendung alternierender Schichten aus Materialien mit positiver und negativer Magnetostriktion zu laminieren. Diese Filme tendieren dazu, eine hohe lokale mechanische Beanspruchung an den Grenzflächen zwischen Schichten aufzuweisen. Eine weitere Vorgehensweise, ein Material mit einer verbesserten magnetischen Stabilität zu entwickeln, hat zu der Entwicklung von alternierenden Schichten aus magnetischen und nichtmagnetischen Schichten geführt. Die Zugabe einer signifikanten Menge an nichtmagnetischem Material resultiert in einem signifikant reduzierten Moment für das gesamte Laminat. JP-A-2001015339 offenbart ein laminiertes Material gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es wird ein Material zum Aufbau von Aufzeichnungsköpfen benötigt, das eine sehr geringe Magnetostriktion zeigt, ohne auf die guten magnetischen Eigenschaften einer geringen Koerzitivkraft und eines hohen magnetischen Moments zu verzichten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Material zur Verwendung bei der Bildung von Aufzeichnungsköpfen bereitgestellt, das eine reduzierte Magnetostriktion und gute magnetische Eigenschaften aufweist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Plattenlaufwerke und Bandlaufwerke mit Aufzeichnungsköpfen bereitgestellt, die aus einem Material mit reduzierter Magnetostriktion und guten magnetischen Eigenschaften gebildet sind. Die reduzierte Magnetostriktion in einem Material gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine signifikante Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Aufzeichnungsköpfe bereit.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Material gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer sich wiederholenden Sequenz aus drei Schichten gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1. Eine Schicht besteht aus einer Legierung von NiFe. Eine weitere Schicht beinhaltet FeX(N), wobei (N) einen stickstoffhaltigen Film bezeichnet und das zusätzliche Element X vorzugsweise Ta ist, jedoch auch aus einer Gruppe anderer Elemente ausgewählt werden kann. Die dritte Schicht, die zwischen der FeX(N)- und der NiFe-Schicht angeordnet ist, besteht aus Tantal. Die Sequenz aus den drei Schichten wird wiederholt, um die erforderliche Dicke für das endgültige Material zu erhalten.
Das Material weist einen intrinsisch kleineren Magnetostriktionswert auf, und die Magnetostriktion wird üblicherweise mit Tempern verringert, was zu einem vereinfachten Prozessablauf führt. Das Material weist außerdem ein verbessertes magnetisches Moment im Vergleich zu Permalloy auf. Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die bei Betrachtung zusammen mit den Zeichnungen über die Erfindung die Prinzipien der Erfindung darstellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1a eine Draufsicht auf ein Plattenlaufwerk des Standes der Technik zeigt;
1b eine Querschnittseitenansicht eines Plattenlaufwerks entlang einer Linie 1b-1b in 1a zeigt;
2 eine detaillierte perspektivische Ansicht eines an einem Gleitstück angebrachten Aufzeichnungskopfes des Standes der Technik zeigt, wie jenem in 1a gezeigten;
3 ein Bandlaufwerk des Standes der Technik zeigt, das hauptsächlich zum Speichern und Abrufen digitaler Information verwendet wird;
4 ein Bandlaufwerk des Standes der Technik zeigt, das hauptsächlich zum Speichern und Abrufen von Audio- und Video-Information verwendet wird;
5 eine Darstellung eines Schreibelements wie eines solchen zeigt, das in dem Plattenlaufwerk von 1a und den Bandlaufwerken der 3 und 4 verwendet wird;
6 eine Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Aufzeichnungskopf zeigt, der in einem Bandlaufwerk wie jenem der 3 und 4 verwendet wird;
7 eine Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Aufzeichnungskopf zeigt, der in einem Plattenlaufwerk wie jenem von 1a verwendet wird;
8 die Basissequenz laminierter Schichten zeigt, die in einem Aufzeichnungskopf der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9a eine sich wiederholende Sequenz von Schichten mit Ni(86%)Fe(14%) (500 Å)/Ta(35 Å)/FeTa(N) (300 Å) als der Basissequenz von 8 zeigt;
9b eine sich wiederholende Sequenz von Schichten mit Ni(86%)Fe(14%) (500 Å)/FeTa(N) (300 Å) als der Basissequenz von 8 zeigt;
9c eine sich wiederholende Sequenz von Schichten mit Ni(86%)Fe(14%) (400 Å)/Ta(35 Å)/FeTa(N) (400 Å) als der Basissequenz von 8 zeigt;
9d eine sich wiederholende Sequenz von Schichten mit Ni(86%)Fe(14%) (500 Å)/FeTa(N) (300 Å) als der Basissequenz von 8 zeigt;
10 eine Ergebnistabelle von den in den 9a, b, c und d gezeigten Mehrschichtfilmen zeigt;
11 ein theta-2theta-Plot für Filme wie jene in den 9a, b, c und d mit und ohne die zwischenliegende Ta-Schicht zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die 1a und 1b kann die vorliegende Erfindung in einem Plattenlaufwerk enthalten sein, das allgemein mit 100 bezeichnet ist. Das Plattenlaufwerk 100 beinhaltet wenigstens eine Aufzeichnungsplatte 102. Die Platte 102 ist auf einer Spindel 104 angebracht, die mit einem Motor 106 verbunden ist. Während des Betriebs des Plattenlaufwerks 100 dreht der Motor 106 die Spindel 106, wodurch die Platte 102 gedreht wird. Ein Gleitstück 108, das einen angebrachten Aufzeichnungskopf aufweist, ist mit einer Aufhängung 110 verbunden. Die Aufhängung 110 ist an einem Arm 112 angebracht. Der Arm 112 weist eine Spule 114 auf, die auf einem distalen Ende von der Aufhängung 110 angebracht ist. Während des normalen Betriebs dreht sich der Aktuatoraufbau, der das Gleitstück 108, die Aufhängung 110, den Arm 112 und die Spule 114 beinhaltet, um einen Drehpunkt 116, der durch den Ort einer Aktuatorstütze 118 definiert ist.
In 2 ist eine detaillierte Ansicht des auf dem Gleitstück angebrachten Aufzeichnungskopfes gezeigt. Das Gleitstück 200 weist eine Oberfläche 202 auf, die sich in enger Nähe zu der Aufzeichnungsplatte befindet. Diese Oberfläche 202 wird üblicherweise als die Luftlageroberfläche (ABS) bezeichnet. Das Gleitstück 200 weist außerdem eine hintere Oberfläche 204 auf, auf der ein Aufzeichnungskopf 201 aufgebaut ist, der nachstehend detailliert beschrieben wird. Der Aufzeichnungskopf 210 beinhaltet ein Leseelement 214 und ein Schreibelement 500 (5), das unter Bezugnahme auf 5 detaillierter beschrieben wird. Die Ansicht der hinteren Oberfläche 204 des Gleitstücks 200 zeigt metallische Kontaktstellen 206 zur Herstellung von Verbindungen mit dem Aufzeichnungskopf 201, Spulen 208 zum Aktivieren des Schreibelements und einen oberen Pol 210 des Schreibelements 500. Die Ansicht der Luftlageroberfläche 202 zeigt üblicherweise einen Teil des oberen Pols 210 des Schreibelements 500, einen Teil des unteren Pols 212 des Schreibelements 500, einen Lesesensor 214 und zwei Abschirmungen 216, die um den Lesesensor 214 herum angeordnet sind. Das Schreibelement 500 besteht aus dem oberen Pol 210, dem unteren Pol 212 und den Spulen 208.
Bandlaufwerke können zum Speichern und Abrufen von digitaler Information und zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Audio- oder Video-Information verwendet werden. Die Aufzeichnungsköpfe, die für digitale Anwendungen verwendet werden, weisen im Allgemeinen eine begrenzte Beweglichkeit auf. In 3 ist zum Beispiel ein typisches Bandlaufwerk 300 für digitale Information gezeigt. Das Bandlaufwerk 300 weist wenigstens einen sich nicht drehenden Aufzeichnungskopf 302 auf. Typischerweise befinden sich mehrere Aufzeichnungsköpfe in einer Reihe, und der Kopfaufbau weist die Fähigkeit einer gewissen begrenzten lateralen Bewegung auf, um Verschiebungen der Bandposition zu kompensieren. Zusätzlich zu einem Aufzeichnungskopf 302 weist das Bandlaufwerk 300 einen Bandtransport zum Vorspulen eines Bandes 304 von einer ersten Spule 306 zu einer zweiten Spule 308 auf. Die Spulen 306, 308 (manchmal Wickelspulen genannt) können individuelle Vorrichtungen sein, oder sie können in einem Kassettengehäuse enthalten sein. Typischerweise beinhaltet der Bandtransport eine oder mehrere Rollen 310, um bei der Positionierung und Bewegung des Bandes 304 über den Aufzeichnungskopf 302 hinweg zu helfen.
Eine weitere, in 4 gezeigte Art von Bandlaufwerk 400 wird üblicherweise zum Aufzeichnen von Audio- und Video-Information verwendet. Das Bandlaufwerk in 4 weist typischerweise zwei oder mehr Aufzeichnungsköpfe 402 auf, die in einer sich drehenden Trommel 404 angebracht sind. Das Band 406 wird an der sich drehenden Trommel 404 vorbei bewegt. Es gibt typischerweise zwei Spulen 408, 410, die unabhängig oder in einem Kassettengehäuse enthalten sein können. Typischerweise beinhaltet der Bandtransport eine oder mehrere Rollen 412, die helfen, das Band 406 zu positionieren und über die Aufzeichnungsköpfe 402 auf der sich drehenden Trommel 404 hinweg zu bewegen.
Unter Bezugnahme auf 5 werden grundlegende Merkmale des Schreibelements 500 der Aufzeichnungsköpfe sowohl für Plattenlaufwerke als auch Bandlaufwerke beschrieben. Das Schreibelement 500 besteht aus einem oberen Polelement 502, einem unteren Polelement 504 und einer Anzahl von Spulen 506, die zwischen dem oberen Pol 502 und dem unteren Pol 504 angeordnet sind. Zwischen den zwei Polen 502, 504 ist nahe des Aufzeichnungsmediums ein Spalt 508 vorhanden, der üblicherweise als der Schreibspalt bezeichnet wird. Die Pole 502, 504 stehen in magnetischem Kontakt zu dem distalen Ende 510 der Pole von dem Schreibspalt 508. 5 zeigt, dass der obere Pol 502 und der untere Pol 504 eine Serie von dünnen Laminierungen 512 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen. Wenngleich das Schreibelement 500 unter Bezugnahme auf das Gleitstück 200 in 2 beschrieben ist, ist für den Fachmann ersichtlich, dass ein ähnliches Schreibelement mit dem Bandkopf 302 in 3 oder dem Bandkopf 402 in 4 verwendet werden kann.
Ein Bandkopf, der die vorliegende Erfindung enthält, ist in 6 dargestellt. Die Ansicht in 6 ist der Aufzeichnungskopf 600, wie er dem sich bewegenden Band präsentiert wird. In der üblichen Konfiguration sind mehrere Bandköpfe Seite an Seite entlang einer Zeile angebracht. Die Ansicht in 6 ist diejenige eines einzelnen Aufzeichnungskopfes 600 in der Zeile. Typischerweise gibt es einen Kopf links 616, den n – 1-ten Kopf, und einen Kopf rechts 618, den n + 1-ten Kopf. Jeder Aufzeichnungskopf beinhaltet ein Schreibelement und ein Leseelement. Das Schreibelement beinhaltet einen mit P1 bezeichneten unteren Pol 602 und einen mit P2 bezeichneten oberen Pol 604. Der Schreibspalt 610 ist der Spalt zwischen P1 602 und P2 604. Das Leseelement beinhaltet einen Sensor 612, der zwischen einer unteren Abschirmung 606 und einer oberen Abschirmung 608 angeordnet ist. In der vorliegenden Erfindung sind entweder P1 602 oder P2 604 oder sowohl P1 als auch P2 des Schreibelements aus laminiertem Material gebildet, das NiFe/Ta/FeX(N) beinhaltet. Außerdem können entweder die untere Abschirmung 606 oder die obere Abschirmung 608 oder sowohl die untere als auch die obere Abschirmung aus laminiertem Material gebildet sein, das NiFe/Ta/FeX(N) beinhaltet. Die Richtung der Bandbewegung über den Aufzeichnungskopf hinweg ist mit 614 gezeigt.
7 stellt einen Kopf 700 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk 100 dar (1a, 1b). Der Aufzeichnungskopf ist auf einem Substrat 702 aufgebaut, das üblicherweise aus einem starren keramischen Material gebildet ist. Das Leseelement beinhaltet einen Sensor 706, der zwischen einer unteren Abschirmung 704 und einer oberen Abschirmung 708 angeordnet ist. Das Schreibelement besteht aus einem mit P1 bezeichneten unteren Pol 710 und einem mit P2 bezeichneten oberen Pol 712. Der Schreibspalt 714 ist der Zwischenraum zwischen P1 710 und P2 712. Die Bestandteile des Schreibkopfes und des Lesekopfes sind üblicherweise in eine Matrix aus isolierendem Material 718 eingebettet, wie Aluminiumoxid. In der vorliegenden Erfindung sind entweder P1 710 oder P2 712 oder sowohl P1 als auch P2 des Schreibelements aus laminiertem Material gebildet, das NiFe/Ta/FeX(N) beinhaltet. Die Richtung der Plattenbewegung relativ zu dem Aufzeichnungskopf ist mit 716 gezeigt.
Hierin offenbart und in 8 gezeigt ist eine eisenreiche Schicht 802 mit hohem Moment, die mit einer NiFe-Legierung 804 laminiert ist, wobei jede zweite Grenzfläche zwischen den vorstehend erwähnten Schichten eine zwischenliegende dünne Ta-Schicht 806 aufweist. Aufgrund der geringen Dicke resultiert das Vorhandensein der zwischenliegenden Ta-Schicht 806 nicht in einer signifikanten Reduktion des magnetischen Moments. Außerdem ist die eisenreiche Schicht 802 mit einem anderen Element oder einer Kombination von Elementen bis zu 10 Gewichtsprozent legiert, um die Korrosionsbeständigkeit von Eisen zu verbessern. Das Eisen ist außerdem stickstoffhaltig, um die Abnutzungsbeständigkeit zu verbessern. Das Ergebnis ist eine laminierte Struktur, die ein höheres Moment als Ni(80%)Fe(20%), eine gute Magnetostriktion und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Funktionell ist es nicht von Bedeutung, ob die Basissequenz NiFe/Ta/FeX(N) oder FeX(N)/Ta/NiFe ist.
Die bevorzugte Ausführungsform für ein laminiertes Material, das eine ausgezeichnete Magnetostriktion und gute magnetische Eigenschaften aufweist, ist eine sich wiederholende Sequenz aus NiFe/Ta/FeX(N). Die erste Sequenz ist in 8 mit 808 bezeichnet. Die zweite Sequenz ist ebenfalls gezeigt, mit 810. Die Sequenzen werden wiederholt, 812, bis eine endgültige gewünschte Dicke erzielt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist Ta das Element X, das in der FeX(N)-Schicht mit Eisen legiert ist. Es sind jedoch auch andere Elemente oder eine andere Kombination von Elementen geeignet. Eine nicht abschließende Liste weiterer geeigneter Elemente umfasst Ru, Al, Cr, Nb, Ti, Zr, Mo, V, W, Hf, Ga, Ge, Si, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn und Zn. Diese Elemente verbessern im Allgemeinen die weichmagnetischen Eigenschaften von reinem Eisen und verbessern außerdem im Allgemeinen die Korrosionsbeständigkeit von Eisen. Im Wesentlichen reines Eisen kann ebenfalls verwendet werden, ist jedoch anfälliger gegenüber Korrosion. Die Menge an X in FeX(N) kann im Bereich bis zu etwa 10 Gewichtsprozent liegen. Eine Nitrogenierung ist durch das N in Klammern angezeigt. Dies bedeutet, dass für die Filme beabsichtigt ist, Stickstoff in die Struktur eingebaut zu haben, jedoch keinerlei spezifische Nitridphasen vorliegen zu haben. Das Vorhandensein von Nitridphasen resultiert üblicherweise in einer Abnahme der Magnetisierung und dem Verlust von weichmagnetischen Eigenschaften, z.B. einer unerwünschten Zunahme von He und dem Anisotropiefeld (Hk). Unter Verwendung der nachfolgend aufgelisteten Sputterbedingungen beträgt die Menge an Stickstoff in FeX(N) typischerweise 5 Atomprozent bis 7 Atomprozent.
Diese Erfindung wurde durch Aufbringen experimenteller Filme unter Verwendung von Hochfrequenzdiodensputtern in die Praxis umgesetzt. Die aufgebauten Filme sind in den 9a, b, c und d gezeigt. Weitere Techniken sind geeignet, einschließlich Hochfrequenzmagnetronsputtern, Gleichstromdioden- und Magnetronsputtern oder jegliche Kombination von HF- und DC-Sputtern oder Ionenstrahldeposition. Während der Deposition wurde eine negative Vorspannung an die Substrate angelegt. Ein kleines externes Magnetfeld (≤ 70 Oe) in der Ebene des Substrats wurde während der Deposition der Filme der vorliegenden Erfindung angelegt, um eine uniaxiale magnetische Anisotropie bereitzustellen. Das Feld wurde durch die Verwendung von Stabmagneten zugeführt, die in den Substrathalter oder die Substratpalette eingebettet waren und nahe der Substrate positioniert wurden. Das Feld kann durch andere Mittel angelegt werden, wie eine Serie von parallelen Drähten hinter dem Substrat.
Im Allgemeinen kann die Dicke der Ta-Schicht im Bereich von sehr dünn bis etwa 10 nm (100 Å) liegen. Die Dicke der Ta-Schicht 904 in den experimentellen Filmen betrug 3,5 nm (35 Å). Die Dicke der FeX(N)-Schicht 906 und der NiFe-Schicht 902 kann im Bereich von etwa 10 nm bis 100 nm (100 Å bis 1000 Å) liegen.
Alle in den 9a, b, c und d beschriebenen Filme sind ungefähr 38 μm (1,5 Mikron) dick. Die verwendeten Targets waren FeTa (2 Atomprozent Ta), NiFe (Ni86%Fe14% und Ni93%Fe7%) sowie im Wesentlichen reines Ta. Die Zusammensetzung der Filme, die aus den NiFe-Targets hergestellt wurden, befand sich in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung der Targets. Der Ta-Gehalt in den FeTa-Filmen war jedoch im Vergleich zu dem Target etwas angereichert. Die Depositionsrate für die FeTa(N)- und NiFe-Schichten betrug etwa 7 nm/min (70 Å/min) und für die Ta-Schicht etwas weniger. Der Prozessdruck betrug etwa 2 Pa (2 × 10^–2 mbar). Der Argonfluss betrug 60 Standardkubikzentimeter pro Sekunde (sccm) für alle Schichten. Stickstoff wurde lediglich während der Deposition der FeTa-Schicht eingebracht. Der Fluss betrug 60 Standardkubikzentimeter pro Sekunde (sccm) für alle Schichten. Stickstoff wurde lediglich während der Deposition der FeTa-Schicht eingebracht. Die Temperatur der Palette und der Waferoberfläche betrug unmittelbar nach Fertigstellung des Films zwischen 85°C und 90°C. Die Temperung wurde während 6 Stunden bei 250°C in einem externen Magnetfeld unter einem groben Vakuum durchgeführt. Das Feld war in Übereinstimmung mit der Orientierung des während der Filmdeposition verwendeten Feldes. Die Magnetostriktion wurde auf Siliciumstreifen gemessen, und die magnetischen Eigenschaften und die Werte der mechanischen Beanspruchung wurden auf Siliciumwafern gemessen. Eine negative mechanische Beanspruchung ist kompressiv (ein Film will von dem Substrat weg expandieren), und eine positive mechanische Beanspruchung ist ziehend (ein Film will sich in sich selbst einziehen und der Wafer wird konkav).
Die 9a, b, c und d zeigen die Strukturen der aufgebauten laminierten Filme sowohl für die vorliegende Erfindung als auch für Vergleichsfilme. 9a zeigt Film #1, bei dem die Basissequenz von Schichten 50 nm (500 Å) Ni(86%)Fe(14%) 902, 3,5 nm (35 Å) Ta 904 und 30 nm (300 Å) FeTa(N) 906 ist. Diese Basissequenz 908 von Schichten wurde 19 Mal wiederholt, um die gewünschte endgültige Dicke von etwa 38 nm (1,5 Mikron) zu erhalten. 9b zeigt die Sequenz von Schichten für Film #2, welcher der gleiche wie Film #1 ist mit der Ausnahme, dass die Ta-Schicht 904 fehlt. Film #2 wurde aufgebaut, um ihn mit Film #1 zu vergleichen und den Vorteil der Ta-Schicht 904 zu zeigen. Der Stickstofffluss während der Deposition der FeTa-Schicht 904 betrug 3,0 sccm für die Filme #1 und #2. In den 9c und d gezeigte Filme #3 und #4 sind den Filmen #1 und #2 ähnlich mit der Ausnahme, dass die Dicke der FeTa-Schicht 906 und der NiFe-Schicht 902 jeweils 40 nm (400 Å) betrug. Und der Stickstofffluss während der Deposition der FeTa-Schicht betrug 4,0 sccm.
Die Auswertungsdaten für die Filme #1, #2, #3 und #4 (in den 9a, b, c und d gezeigt) sind in 10 tabellarisch aufgelistet. Das Sättigungsmoment Ms für die fertiggestellten Filme betrug im Mittel etwa 13 kG. Dies ist wesentlich höher als der Wert von etwa 10 kG für nichtlaminiertes Ni(80%)Fe(20%). Tempern verringert im Allgemeinen die Magnetostriktion des Films, wie er aufgebracht ist, für die Laminierungen mit zwischengeschichteten Ta-Schichten. Ohne die Ta-Schicht 904 nimmt die Magnetostriktion im Allgemeinen mit dem Tempern zu. Die mechanische Beanspruchung in dem endgültigen Film weist den entgegengesetzten Trend auf. Die mechanische Beanspruchung ist jedoch empfindlich gegenüber Depositionsbedingungen und kann etwas variieren. Der niedrige Wert der Magnetostriktion in den erfinderischen Filmen #1 und #3 (≤ |2 × 10^–6|) reduziert die Bürde, mit der mechanischen Filmbeanspruchung zurechtzukommen.
Korrosionsmessungen von einzelnen Schichten von FeTa(N)-Filmen und Fe(N)-Filmen mit ähnlichem Stickstoffgehalt ergeben, dass die FeTa(N)-Filme die gleiche oder eine bessere Korrosionsbeständigkeit als die Fe(N)-Schichten aufweisen, wenn sie einer korrodierenden Umgebung auf Chlorbasis unterworfen werden.
11 zeigt die theta-2theta-Röntgenbeugungsabtastung an Laminatfilmen, wie aufgebracht, mit und ohne die Ta-Schicht 904 mit 3,5 nm (35 Å) unter der FeTa(N)-Schicht 906. Die spezifischen Filme sind Ni(93%)Fe(7%) (40 nm (400 Å))/Ta(3,5 nm (35 Å))/FeTa(N) (40 nm (400 Å)) (Sequenz wird 19 Mal wiederholt) und der Gegenstückfilm ohne die Ta-Schicht mit 3,5 nm (35 Å). Der Stickstofffluss während der FeTa(N)-Deposition betrug 2,0 sccm. Die (200)-Kristallstruktur ist sowohl in der FeTa(N)- als auch der NiFe-Schicht in dem Laminatfilm mit den Ta-Schichten auf Kosten der NiFe(111)-, Fe(110)- und NiFe(220)-Kristallstrukturen bevorzugt. Die höheren Peak-Intensitäten für die NiFe-Peaks gegenüber den auf Fe basierenden Peaks zeigen eine höhere Defektdichte oder kleinere Kornabmessung in den FeTa(N)-Schichten. Das Vorhandensein von Stickstoff in den Zwischengitterstellen in dem FeTa-Film ist die Quelle dieser kristallinen Defekte und resultiert außerdem in kleineren Körnern.
Die Ta-Schicht beeinflusst die Kristallstruktur sowohl der FeTa(N)- als auch der NiFe-Schicht in den Laminatfilmen. Der folgende Mechanismus kann diesen Einfluss erläutern. Die Magnetostriktion in einem Einkristall Ni[100] ist negativer als in [110]- oder [111]-Ni-Einkristallen. Die Magnetostriktion in einem Einkristall Fe[100] ist positiver als in [110]- oder [111]-Fe-Einkristallen. Wenn der Einfluss auf die Magnetostriktion des gesamten Laminatfilms überwiegender von den NiFe-Schichten statt den FeTa(N)-Schichten diktiert wird, dann verringert die Steigerung der NiFe[200]-Kristallstruktur mit dem Vorhandensein der Ta-Schicht die Magnetostriktion (erhöht sie in einer negativen Richtung). Üblicherweise wird jedoch die Magnetostriktion in einem Film, der aus magnetischen Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Momenten besteht, durch die Komponente mit dem höchsten magnetischen Moment dominiert. Die NiFe-Schicht weist ein magnetisches Moment auf, das kleiner [TEKST FEHLT]

Claims

Laminiertes Material zur Verwendung in einem magnetischen Aufzeichnungskopf, mit: einer sich wiederholenden Sequenz aus einer Schicht aus NiFe (804, 902), einer Schicht aus einer Eisenlegierung (802, 906) und einer Schicht aus im Wesentlichen reinem Ta (806, 904), die zwischen der Schicht aus NiFe und der Schicht aus der Eisenlegierung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus der Eisenlegierung (802, 906) wenigstens 90% Eisen beinhaltet und der wesentliche Rest aus Ta, Ru, Al, Cr, Nb, Ti, Zr, Mo, V, W, Hf, Ga, Ge, Si, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn und Zn ausgewählt ist.
Laminiertes Material nach Anspruch 1, wobei der wesentliche Rest Tantal (Ta) beinhaltet.
Laminiertes Material nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus der Eisenlegierung (802, 906) stickstoffhaltig ist.
Laminiertes Material nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus NiFe (804, 902) Ni im Bereich von 80 Gewichtsprozent bis 93 Gewichtsprozent beinhaltet und die Schicht aus der Eisenlegierung (802, 906) eine Schicht aus FeTa(N) beinhaltet.
Laminiertes Material nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus NiFe (804, 902) eine Dicke zwischen 10 nm und 100 nm aufweist, die Schicht aus im Wesentlichen reinem Ta (806, 904) eine Dicke von bis zu 10 nm aufweist und die Schicht aus der Eisenlegierung eine Schicht aus FeTa (802, 906) mit einer Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweist.
Aufzeichnungskopf zur Verwendung in einem Bandlaufwerk oder einem Plattenlaufwerk mit: einem Schreibelement, das eine Spule und ein oder mehrere Polelemente beinhaltet, die um die Spule herum angeordnet sind, wobei die Polelemente ein laminiertes Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beinhalten.
Aufzeichnungskopf zur Verwendung in einem Bandlaufwerk oder einem Plattenlaufwerk mit: einem Leseelement, das einen Lesesensor, eine untere Abschirmung und eine obere Abschirmung beinhaltet, wobei der Lesesensor zwischen die untere und die obere Abschirmung geschichtet ist, wobei die untere und die obere Abschirmung ein laminiertes Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beinhalten.
Bandlaufwerk mit einem Aufzeichnungskopf, wobei der Aufzeichnungskopf ein Schreibelement aufweist, das Schreibelement wenigstens ein Polelement aufweist, das Polelement ein laminiertes Material beinhaltet und das laminierte Material ein solches nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 ist.
Plattenlaufwerk mit: wenigstens einer Platte, wenigstens einem Gleitstück mit einem daran angebrachten Aufzeichnungskopf zum Aufzeichnen auf der Platte, wobei der Aufzeichnungskopf ein Schreibelement mit einer Spule und einem oberen und einem unteren Polelement beinhaltet, die um die Spule herum angeordnet sind, wobei das Polelement ein laminiertes Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beinhaltet.