DE68924017T2

DE68924017T2 - Senkrechte Anisotropie in Dünnfilmvorrichtungen.

Info

Publication number: DE68924017T2
Application number: DE68924017T
Authority: DE
Inventors: Michael Mallary
Original assignee: Quantum Corp
Current assignee: Quantum Corp
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2009-07-13
Also published as: EP0353885A2; EP0353885A3; JPH0289207A; EP0353885B1; US5384680A; DE68924017D1; CA1334447C; ATE127264T1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dünnfilmmagnetvorrichtungen mit senkrechter Anisotropie.
Magnetvorrichtungen, wie etwa Dünnfilmaufzeichnungsköpfe, ob zum Lesen, Lesen/Schreiben oder Schreiben, sind so gestaltet, daß sie senkrechte Magnetorientierungen oder Domänen innerhalb der aktiven Gebiete des Vorrichtungsmaterials haben. Der statistische Zustand jeder dieser Domänen kann wie gewünscht durch Steuerung des Herstellungsprozesses konfiguriert werden. Die Ausführung ist kritisch mit der Domänenbildung verbunden, und deshalb kann die Steuerung über die Vorrichtungsausführung durch Steuerung der Domänenbildung ausgeübt werden.
Die Leitung des Flusses&sub7; wie etwa in einem Dünnfilmmagnetkopf wird durch zwei Mechanismen erreicht: Domänenwandbewegung und Domänenrotation. Domänenwandbewegung resultiert in einem Fluß, der durch einen Dünnfilmkopf entlang den Wänden von einer Domäne oder von Domänen geleitet wird, wobei sich der Fluß entlang der Domänenwände ausbreitet, wenn der Fluß ins Gleichgewicht zurückzukehren strebt. Während jedoch die Domänenwandbewegung die Leitung des Flusses bei niedrigen Frequenzen erleichtert, ist sie ein schlechtes Beförderungsmittel bzw. ein schlechter Träger für die Leitung des Flusses bei hohen Frequenzen. Darüber hinaus können die Defekte im Material eines Magnetkopfes die Quelle für Barkhausen-Rauschen während der Leitung des Flusses durch Wandbewegung sein, wenn der Fluß durch diese Defekte gestört wird. Ein solches Rauschen kann zu fehlerhaften Lesevorgängen der aufgezeichneten Daten führen.
Die Leitung des Flusses durch Domänenrotation kann erreicht werden, indem eine Reihe von benachbarten Domänen axial entlang paralleler Achsen ausgerichtet angeordnet werden, wodurch der Fluß, der in einem gegebenen Winkel auf die erste Domäne auftrifft, verursacht, daß die Magnetisierung dieser Domäne aus ihrer statischen Orientierung um diesen Winkel radial in und auftreffend auf die Nachbardomäne dreht. Eine solche Rotation kann in einer gleichen Weise entlang einer Achse der Flußleitung durch jede Nachbardomäne der Reihe übertragen werden. Daher kann der Fluß im Pol und durch das Joch eines Dünnfilmkopfes in einer Reihe von Domänenrotation geleitet werden.
Das Joch ermöglicht die Leitung des Flusses durch einen Wandler, der elektrische Signale proportional zu den Flußpegeln oder zur Flußänderungsrate erzeugt. Wo der magnetische Widerstand des Jochs hoch ist, wird ein deutlicher Betrag des Flusses den Wandler umgehen, und daher wird die Ausgabe der Vorrichtung reduziert werden.
Gewisse bekannte Vorrichtungen, wie etwa Dünnfilmköpfe, werden im allgemeinen mit einer Anisotropie (bei Ruhedomänenorientierung) parallel zur Ebene des Substrats und transversal zur Signalflußachse hergestellt. In Köpfen dieses Typs schwindet, wenn die Spurbreite kleiner wird (mit dem Druck zu höherer Spurdichte), das Gebiet der transversalen Magnetisierung, das den Fluß durch Rotation leiten kann, zu Null. Dies resultiert aus den Kantendomänen (längsorientierte Flußabschlußregionen), die den Flußpfad dominieren und die Leitung durch Rotatiön verhindern. Der Kopf wird deshalb bei hohen Frequenzen einen hohen magnetischen Widerstand zeigen.
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 008252, Gruppe P314 von JP-A-59-121611 (FUJITSU KK) beschreibt jedoch bereits gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 die Bereitstellung einer relativ schmalen Spitzenregion eines magnetischen Pols; indem die Spitze der magnetischen Poldicke bzw. die Dicke der magnetischen Polspitze größer als die Breite Tw an der Spitze und größer als die Länge in dem Bereich, wo die Breite der Spitze etwa Tw ist, gebildet wird, wird die Achse der einfachen Magnetisierung und daher die Ruhezustandsmagnetisierung in der Dickenrichtung orientiert.
Ein weiteres Artefakt bei konventionellen Aufzeichnungsköpfen mit der obigen Orientierung ist, daß sich der Fluß, auch wo der Fluß durch Rotation geleitet wird, nicht wesentlich ausbreiten kann, wenn er sich längsweise von der Polspitze durch das Joch fortbewegt, da die Domänenrotation den Fluß nur in der Längsrichtung in der Ebene in solchen Vorrichtungen wirkungsvoll leitet, wobei die andere zur Verfügung stehende Richtung aus der Ebene heraus ist und einen hohen magnetischen Widerstand hat.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 bezieht sich auf die Ermöglichung der Rotationsflußleitung durch Magnetfilmvorrichtungen, indem eine Magnetfilmschicht mit einer Anisotropie senkrecht zur Ebene der Filmschicht geschaffen wird, wobei die Filmschicht in hinreichender Dicke abgeschieden wird, so daß es einen Ruhezustandsrotationsleitungspfad in der Ebene der Filmschicht gibt.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Bildung senkrecht orientierter Zentraldomänen in einer magnetischen Vorrichtung, so daß der Leitungspfad des Signalflusses durch Rotation auch für sehr schmale Signalflußpfade offenbleibt.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist, bei Ruhe die Domänenzustände von (einem) Magnetvorrichtungspol (oder -polen) senkrecht zu zwei gewünschten Rotationsflußfortbewegungsrichtungen in der Ebene zu orientieren.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist, Kantendomänen in diesem Magnetpoltyp in einer Ebene zu orientieren, wo ihre relativen Breiten den Rotationsfluß, der durch den Pol schmaler Spurköpfe fließt, nicht wesentlich beeinflussen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist, für eine Flußausbreitung in einer Magnetvorrichtung mit senkrechter Anisotropie zu sorgen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt mindestens eine Schicht einer Magnetvorrichtung, die auf einem Substrat gebildet ist, mit einer bevorzugten, bei Ruhe zur Substratebene senkrechten Poldomänenorientierung ein.
Andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und aus den Ansprüchen offensichtlich.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Zunächst werden die Zeichnungen kurz beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Zweipolmagnetaufzeichnungskopfes.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Dünnfilmanordhung, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium (nicht gezeigt) mit Blick auf die Polspitzen 16, 18 eines konventionellen Zweipolmagnetaufzeichnungskopfes 10. Die Polspitzen 16, 18 der entsprechenden Pole 12, 14 sind dem Medium gegenüber freistehend gezeigt, wobei jeder Pol an seiner Spitze eine Dicke t hat. Herstellungsbedingt hat jeder Pol einer solchen konventionellen Vorrichtung typischerweise eine Zentralregion 21, die durch eine Vielzahl von transversalen Domänen 20, die alle entlang gemeinsamer paralleler Achsen senkrecht zur Achse der Signalflußströmung ausgerichtet sind, definiert ist. Die Ruhezustandsmagnetorientierung jeder Domäne 20 ist wie durch den Pfeil innerhalb jeder solchen Domäne angedeutet und liegt auf der X-Achse. Diese transversale Orientierung wird die Rotationsflußleitung erleichtern, wobei der Fluß seriell durch die benachbarten Domänen 20 verbreitet wird, wenn er zur Rückseite 17 des Jochteils 15 entlang der Y-Längsachse fließt. Die Z-Achse ist aus der Ebene und ist deshalb ein Pfad mit einem hohen magnetischen Widerstand. Ein induktiver Wandler 13 ist schematisch im Jochmittelteil gezeigt, wo er imstande sein wird, eine Flußströmung zu erfassen oder zu induzieren.
Auf jeder Seite der Zentralregion 21 sind in transversaler Richtung Kantendomänen 22. Jede dieser Kantendomänen hat eine Breite Wx. Sie sind längsweise, wie durch den Pfeil innerhalb jeder solchen Domäne angedeutet, orientiert. Die Domänen 22 erleichtern die Leitung durch Rotation nicht, sondern dienen vielmehr als Abschlußdomänen in Verbindung mit benachbarten Domänen 20 und dienen ebenso zur Reduktion der Rotationsleitungswirksamkeit.
Die Pole 12 und 14 sind durch eine Spaltschicht g getrennt, die in Fig. 1 überproportional groß gezeigt ist. Fachleute werden sich bewußt sein, daß der Spalt g einfach die Form eines Isoliermaterials, wie etwa Al&sub2;O&sub3; annehmen würde, der als Teil eines Mehrschrittwachstumsprozesses zur Bildung einer Vielzahl von Köpfen 10 auf einem Substrat abgeschieden ist. Ein typischer Spaltbreitenbereich könnte 0,2 bis 1,0 Mikrometer sein.
Während der Aufzeichnung von Daten mit dem Kopf 10 auf dem Aufzeichnungsmedium wird eine Spur orientierter Magnetisierung mit einer Breite, die durch die Arbeitsbreite Wt des Kopfes 10 definiert ist, erzeugt. Darüber hinaus wird, wie in Fig. 1 gezeigt, die Spurbreite Wt als Summe der Breite 2Wx (d.h. Wx+Wx) der unerwünschten Kantendomäne 22 und der Breite Wr der erwünschten Zentralregion verstanden.
Während des Lesezykluses wird das Signal der Spur bei hohen Frequenzen von der Spitze zum Joch nur in der transversal orientierten Zentralregion Wr des Kopfes 10 geleitet werden. Wenn die Datenaufzeichnung ansteigt, wird die Spurbreite heruntergefahren. Sobald jedoch die Spurbreite Wt in einem vorgegebenen Verhältnis reduziert ist, um eine höhere Spurdichte zu erreichen, reduziert sich die Breite Wr der Zentralregion 21 um ein noch größeres Verhältnis zu Null hin. Daher wird die Rotationsleitung auf Null gebracht, wenn sich die Spurbreite in konventionellen Köpfen verengt.
In der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat einedünnfilmmagnetvorrichtung, wie etwa ein Aufzeichnungskopf 30, zwei Pole 32 und 34. Die Pole werden aufeinander, parallel zur Abscheideebene des Substrats in der Richtung der Filmdickenachse T, getrennt durch die Spaltschicht g gebildet. Der Pol 32 wird mit einer Vielzahl von Zentraldomänen 36 konfiguriert. Der Pol 34 wird ähnlich konfiguriert. Diese Domänen sind anisotrop, senkrecht zur Abscheideebene des Substrats orientiert.
Als Resultat der Konfiguration von Fig. 2 wird die gewünschte Zentraldomänenbreite Wr mit der Spurbreite Wt gleich. Daher kann die Breite Wt im wesentlichen ohne Belang für den Störeffekt des 2Wx-Kantendomänenfaktors reduziert werden. Natürlich sind Kantendomänen Dünnfilmköpfen innewohnend und Kantendomänen 38, die sich an den ganz inneren und äußeren Kanten der Pole 32, 34 befinden, werden nun gesehen. Jedoch werden diese Kantendomänen durch diese Konfiguration eher auf die Kopfdickendimension (die zur Beibehaltung des Rotationsstrahls bzw. der Rotationsleitlinie, der bzw. die dafür sorgt, daß die Pole hinreichende Dicke besitzen, nicht kritisch ist) als auf die Breite (die kritisch ist) verwiesen worden sein. Daher kann der Kopf auf hinreichende Dicke T plattiert bzw. galvanisch hergestellt werden, wodurch die Kantendomänen 38 an den fernen horizontalen Oberflächen der Pole gegenüber den Zentraldomänen 36 klein sind, und daher die Flußleitung nicht dominieren.
Man wird weiterhin einsehen, daß die Domänen 36 unterschiedliche Breiten haben werden, die sich von der schmalen Spitze zum Zentrum des Jochs ausbreiten. Daher wird die Breite der Domäne 360 an der Polspitze geringer sein als die Breite Wn der Domäne 36n in der Nähe des Jochmittelteils. Abhängig von der Jochkonfiguration können die Domänen 36 beginnen, die Breite mit dem Kopf bzw. mit der Spitze auf die äußerste Rückseite des Jochs zeigend zu reduzieren. Diese Verjüngung wird eine Leitung durch Rotation nicht verhindern.
Der Wandler in dieser Vorrichtung wird mit dem Jochteil verbunden sein, und ist schematisch als Induktionsspule 13 gezeigt. Jedoch würden verschiedene Wandleraufbauten beim praktischen Einsatz der vorliegenden Erfindung betriebsfähig sein.
Die Vormagnetisierung der Domänen 36 findet in der senkrechten (Z) Richtung (Dicke) statt, die zwei horizontale (X, Y) Richtungen (transversal und longitudinal) für die Leitung durch Rotation in den Ebenen der Pole zur Verfügung läßt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil der Erleichterung der Flußausbreitung im Joch, da für die Flußbewegung sowohl die transversale als auch die longitudinale Fortbewegungskomponente in der Ebene zur Verfügung steht.
Beim Betrieb der Vorrichtung von Fig. 2 tritt der Signalfluß vom Medium mit den Kopfpolspitzen 42, 44 in Wechselwirkung. Dann reagiert jede Domäne 36 nacheinander durch Rotation um einen Winkel phi wodurch sich der Signalfluß zum Joch der Vorrichtung hinunter ausbreitet. Dies vermeidet die Effekte der Leitung durch Wandbewegung, durch Beseitigung der Kantendomänenstörung, Unterdrückung des unerwünschten Barkhausen-Rauschens und ermöglicht auch die Flußausbreitung.
Um die Kantendomänendominanz von den Domänen an den oberen und unteren Oberflächen der Pole zu vermeiden, ist es notwendig, den Film dicker als normal zu plattieren bzw. galvanisch abzuscheiden, wahrscheinlich etwa oder mehr als drei Mikrometer. Der Spalt g an den Polspitzen kann die übliche Dicke besitzen. Im Hinblick auf die üblich orientierten Dünnfilmköpfe ist die ideale Spurbreite, bei der sich der Einsatz der vorliegenden Erfindung lohnt, an dem Punkt definiert, wo die Breite Wt in etwa gleich ist mit 2Wx (d.h. Wr und der Rotationssignalflußpfad nähern sich Null).

Herstellung

Bei einem Ansatz, im Trockenvakuum abzuscheiden, kann die senkrecht orientierte Schicht (oder -Schichten) auf einem Scheiben- bzw. Wafer-Substrat durch Einbringen des Wafers während der Abscheidung in ein senkrecht orientiertes Magnetfeld abgeschieden werden. Das senkrecht orientierte Magnetfeld kann durch Spulen oder durch die Magnetron-Target (bzw. Fangelektroden)-Magnete beispielsweise einer Sputteranlage angelegt werden. Alternativ kann die Orientierung durch Wachsen des Films mit einer Kristallorientierung, die eine kristallographisch orientierte Achse in die senkrecht orientierte Richtung legt, durchgeführt werden. Ein anderer Ansatz umfaßt die Schritte der Abscheidung eines Pols mit negativer Magnetostriktion und Dehnungsspannung, so daß magnetische Anisotropie in der senkrechten Richtung induziert wird.
Nachdem der erste Pol aufgebracht ist, kann eine Spaltschicht (nicht magnetisch) abgeschieden werden. Für Trockenabscheidung wird üblicherweise eine Keramik verwendet. Nachdem jeder Pol abgeschieden ist, können das Joch und der Wandler mit Hilfe eines Maskenionenätzprozesses gebildet werden.
Beim Naßverarbeiten wird jede Polschicht durch eine Galvanisiermaske in einem Vormagnetisierungsfeld abgeschieden, um eine geeignete Magnetdomänenorientierung zu schaffen. Die nichtmagnetische Schicht kann galvanisch hergestellt werden, wenn sie ein Metall ist, beispielweise Ni-P, Au, Cu etc. Wenn eine Keramik als Pufferschicht verwendet wird, dann muß diese, nachdem die Maske entfernt worden ist, gesputtert werden. Die Struktur ist nun bereit, den nächsten Magnetpol aufzunehmen, worauf eine geimpfte Schicht und eine Maske abgeschieden wird, und der Pol wird darauf galvanisch aufgebracht.
Ein Problem der oben beschriebenen Technologie liegt darin, daß jedes Aussetzen gegenüber sehr hohen Temperaturen (z.B. mehr als 200ºC für mehr als eine halbe Stunde von NiFe- oder Nifeco-Polen) die durch Abscheidung in einem Feld erhaltene induzierte Anisotropie degradieren wird. Diese Empfindlichkeit kann durch Tempern bei hohen Temperaturen in einem starken senkrechten Feld bewältigt werden.
Polmaterialien, die bei den obigen Prozessen verwendet werden können, umfassen Legierungen aus Nickel, Eisen und Kobalt, und magnetischen Granat und magnetische Ferritkristalle, um wenige Alternativen zu nennen.
Andere Ausführungsformen sind in den folgenden Ansprüche (dargestellt).

Claims

1. Verfahren zur Leitung eines Signalflusses durch Rotation in einer Magnetstruktur (30), die im allgemeinen in einer Ebene angeordnet ist, die Schritte enthaltend:

Bereitstellungen der Magnetstruktur mit einem relativ schmalen (Wo) Endbereich (42, 44), der sich entlang einer Längsachse in der Ebene der Struktur zu einem relativ breiteren (Wn) Basisbereich erstreckt; und

Bereitstellen des Endbereichs mit einer magnetischen Ruhezustandsorientierung transversal zu der Ebene, um einen ersten Pfad bereitzustellen, der im allgemeinen in der Ebene zur Leitung des Signalflusses durch Rotation der magnetischen Ruhezustandsorientierung angeordnet ist; und

Anlegen des Signalflusses an den Endbereich (42, 44) transversal zu der magnetischen Ruhezustandsorientierung, um zu veranlassen, daß der Endbereich den Fluß durch Rotation im ersten Pfad entlang der Längsachse zum Basisbereich leitet,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin die Schritte enthält:

Bereitstellen ebenso des Basisbereichs der Struktur mit einer magnetischen Ruhezustandsorientierung transversal zu der Ebene, um zu veranlassen, daß der Basisbereich den Fluß durch Rotation in mindestens einem von zweiten Pfaden leitet, die transversal zur Längsachse angeordnet sind, so daß sich der Signalfluß weg von der Längsachse ausbreitet, sobald der Signalfluß in den Basisbereich führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Struktur mindestens einen anderen Pfad zur Leitung des Flusses anders als durch Rotation einschließt, und das weiterhin die Bereitstellung der Struktur mit einer Dicke (T), die ausgewählt ist, um zu veranlassen, daß der Signalfluß mindestens einem der Vielzahl von Pfaden zur Leitung des Signalflusses durch Rotation gegenüber dem anderen Pfad bevorzugt folgt, umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt zur Anordnung der Ruhezustandsorientierung verursacht, daß eine erste Vielzahl von magnetischen Domänen (36) in einem Zentralbereich der Struktur gebildet werden, und eine zweite Vielzahl von magnetischen Domänen (38) in der Struktur gebildet werden, wobei die ersten magnetischen Domänen senkrecht zu den oberen und unteren Oberflächen der Struktur orientiert sind, um den Pfad zur Leitung des Signalflusses durch Rotation bereitzustellen, und das weiterhin den Schritt der Lokalisierung der zweiten Domänen in der Nachbarschaft der oberen und unteren Oberfläche und der Orientierung der zweiten Domänen parallel zu den Oberflächen umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, das den Schritt zur Bildung der Struktur aus einem bzw. einer von:

einer Eisenlegierung;

einer Nickellegierung;

einem magnetischen Granat; 44

einem magnetischen Ferrit; oder

einem weichmagnetischen Film enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Anordnung der Ruhezustandsorientierung die Bildung einer Vielzahl von magnetischen Domänen (36), die senkrecht zu der Ebene orientiert sind, um die Vielzahl von Pfaden zur Leitung des Signalflusses durch Rotation bereitzustellen, umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin die Bildung einer zweiten Vielzahl von magnetischen Domänen (38), die in der Struktur gebildet werden, die Lokalisierung der zweiten Domänen in der Nachbarschaft zu den oberen und unteren Oberflächen der Struktur und die Orientierung der zweiten Domänen parallel zu den Oberflächen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Anordnungsschritt verursacht, daß eine zweite Vielzahl von magnetischen Domänen, die entlang einer der Vielzahl von Pfaden orientiert sind, gebildet werden, wobei die zweiten Domänen (38) mindestens einen anderen Pfad zur Leitung des Flusses anders als durch Rotation definieren, und das weiterhin die Bereitstellung der Struktur mit einer Dicke umfaßt, die ausgewählt ist, um zu veranlassen, daß der Signalfluß entlang der magnetischen Domänen (36)) die senkrecht zu der Ebene zur bevorzugten Leitung entlang der zweiten Domänen (38) orientiert sind, führt, umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Dicke ausgewählt wird, um zu veranlassen, daß die magnetischen Domänen (36), die senkrecht zu der Ebene orientiert sind, größer sind als die zweiten Domänen (38).

9. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Anordnung der Ruhezustandsorientierung umfaßt, die im wesentlichen senkrecht zu der Struktur ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 9, das weiterhin die Anordnung der magnetischen Orientierung bei Ruhe umfaßt, so daß der zweite der Pfade senkrecht zum ersten der Pfade ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Bildung der Struktur als eine Dünnfilmschicht umfaßt, die zur Bereitstellung eines Pols (32) für einen Magnetkopf (30) aufgebaut ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Bereitstellung einer zweiten Schicht und die Kopplung der zweiten Schicht an die ersterwähnte Schicht umfaßt, um einen Mehrfachpolmagnetkopf bereitzustellen.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, das weiterhin die Bereitstellung eines Wandlers (13) umfaßt, der mindestens an eine Schicht zur Erzeugung oder zur Detektion des Signalflusses darin gekoppelt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, das weiterhin den Aufbau der Struktur als einen Pol (32, 34) eines Magnetkopfes (30) mit dem Endbereich, der eine Spritze (42, 44) des Pols mit einer ausgewählten Joch des Pols bildet, und

die Anordnung der Struktur, so daß eine der magnetischen Domänen (36&sub0;) über der ausgewählten Breite der Spitze angeordnet ist, umfaßt.