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Gebiet der
Erfindung
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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.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1a eine
Draufsicht auf ein Plattenlaufwerk des Standes der Technik zeigt;
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1b eine
Querschnittseitenansicht eines Plattenlaufwerks entlang einer Linie
1b-1b in 1a zeigt;
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2 eine
detaillierte perspektivische Ansicht eines an einem Gleitstück angebrachten
Aufzeichnungskopfes des Standes der Technik zeigt, wie jenem in 1a gezeigten;
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3 ein
Bandlaufwerk des Standes der Technik zeigt, das hauptsächlich zum
Speichern und Abrufen digitaler Information verwendet wird;
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4 ein
Bandlaufwerk des Standes der Technik zeigt, das hauptsächlich zum
Speichern und Abrufen von Audio- und Video-Information verwendet wird;
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5 eine
Darstellung eines Schreibelements wie eines solchen zeigt, das in
dem Plattenlaufwerk von 1a und
den Bandlaufwerken der 3 und 4 verwendet
wird;
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6 eine
Ansicht einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung in einem Aufzeichnungskopf zeigt, der in
einem Bandlaufwerk wie jenem der 3 und 4 verwendet
wird;
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7 eine
Ansicht einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung in einem Aufzeichnungskopf zeigt, der in
einem Plattenlaufwerk wie jenem von 1a verwendet
wird;
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8 die
Basissequenz laminierter Schichten zeigt, die in einem Aufzeichnungskopf
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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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;
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9b eine
sich wiederholende Sequenz von Schichten mit Ni(86%)Fe(14%) (500 Å)/FeTa(N) (300 Å) als der
Basissequenz von 8 zeigt;
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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;
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9d eine
sich wiederholende Sequenz von Schichten mit Ni(86%)Fe(14%) (500 Å)/FeTa(N) (300 Å) als der
Basissequenz von 8 zeigt;
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10 eine
Ergebnistabelle von den in den 9a, b,
c und d gezeigten Mehrschichtfilmen zeigt;
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11 ein
theta-2theta-Plot für
Filme wie jene in den 9a, b, c und d mit und ohne
die zwischenliegende Ta-Schicht zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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]