DE69203029T2 - Magnetische Struktur. - Google Patents
Magnetische Struktur.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine magnetische Struktur und insbesondere eine magnetische Struktur zur Verwendung in einem Magnetkopf.
- Ein erster bekannter Magnetkopf umfaßt ein keramisches Substrat und eine weichmagnetische Schicht auf dem keramischen Substrat. Bei einem solchen Magnetkopf ist die weichmagnetische Schicht aus FeSiAl oder FEMN (M=Ti, Zr, Nb, Mo, Hf oder Ta) mit einer großen Sättigungsmagnetisierung gefertigt. Das keramische Substrat umfaßt einen großen Anteil von Oxid, wie NiO, MnO, CoO etc., mit jeweils einem großen thermischen Ausdehnungsfaktor nahe dem der weichmagnetischen Schicht. Bei der Herstellung wird FeSiAl oder FeMN auf eine Oberfläche des keramischen Substrates durch Gasphasen-Kristallwachstum wie Sputtern aufgewachsen und wird auf mehr als 500ºC aufgeheizt, so daß die weichmagnetische Schicht gebildet wird.
- Bei dem ersten bekannten Magnetkopf ergeben sich jedoch Nachteile dadurch, daß Sauerstoff im keramischen Substrat in die weichmagnetische Schicht diffundiert, wenn die Wärmebehandlung ausgeführt wird, da die Eildungsenergie des Oxids in der weichmagnetischen Schicht geringer ist als im keramischen Substrat. Als Ergebnis werden die magnetischen Eigenschaften der weichmagnetischen Schicht reduziert. Dieser Nachteil ist bemerkenswert, wenn ein keramisches Substrat NiO und CoO enthält. Des weiteren ist es schwierig, eine flache Oberfläche des keramischen Substrats zu erhalten, da Keramik schwer zu schleifen ist. Aufgrunddessen sind das keramische Substrat und die weichmagnetische Schicht nicht nahe aneinander befestigt.
- Ein zweiter bekannter Magnetkopf umfaßt ein keramisches Substrat, eine weichrnagnetische Schicht und eine Verbindungsglasschicht die zwischen der weichmagnetischen Schicht und dem keramischen Substrat gebildet ist.
- Bei dem zweiten bekannten Magnetkopf besteht jedoch der Nachteil, daß die Ausbeute des Magnetkopfes nicht hoch ist, da es schwierig ist, die Verbindungsglasschicht mit einer ausreichenden Haftungsstärke auf der weichmagnetischen Schicht auszubilden.
- Die JP-A-2 257404 beschreibt eine magnetische Struktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei die Schutzschicht ein dünner Eisensiliziumlegierungs-Sperrfilm ist, der durch ein Sputterverfahren gebildet ist.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine magnetische Struktur zu schaffen, die eine hochmagnetische Eigenschaft behält und die mit hoher Ausbeute gefertigt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch eine magnetische Struktur gemäß Anspruch 1 gelöst; die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Entwicklungen der Erfindung.
- Die Erfindung wird im einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Perspektivansicht eines bekannten Magnetkopfes,
- Fig. 2A und 2B Schnittdarstellungen eines Teils eines ersten bekannten Magnetkopfes,
- Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines zweiten bekannten Magnetkopfes,
- Fig. 4A und 4B Schnittdarstellungen eines Teils eines Magnetkopfes gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 5 und 6 Graphen der Magnetisierungskurven zur Erläuterung des Betriebs des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels,
- Fig. 7 ein Graph zur Erläuterung der Bildungsenergie von Oxid zur Erläuterung des Betriebs der ersten bevorzugten Ausführungsform,
- Fig. 8 ein Graph zur Erläuterung der Ausgangspegel eines Magnetkopfes mit Bezug auf die Frequenz zur Erläuterung des Betriebs der ersten bevorzugten Ausführungsform,
- Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines Magnetkopfes gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsfcrm der Erfindung, und
- Fig. 10A und 10B Schnittdarstellungen von Proben zur Erläuterung des Betriebs der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
- Vor der Beschreibung eines Magnetkopfes gemäß der Erfindung werden kurz die vorgenannten bekannten Magnetköpfe mit Bezug auf die Fig. 1, 2A, 2B und 3 erläutert.
- Fig. 1 zeigt eine Näherungsstruktur eines bekannten Magnetkopfes mit zwei Keramiksubstraten 10a und 10b und einem Magnetkern 12, der zwischen den beiden Keramiksubstraten 10a und 10b gebildet ist.
- Fig. 2A zeigt einen Teil eines ersten bekannten Magnetkopfes mit einem Keramiksubstrat 10 aus MnO und NiO, das in Fig. 2B dargestellt ist, und einer weichmagnetischen Schicht 14 aus FeTaN, die auf dem Keramiksubstrat 10 ausgebildet ist. Die weichmagnetische Schicht 14 wird der Magnetkern des Magnetkopfes.
- Bei dem ersten bekannten Magnetkopf besteht jedcch der Nachteil, daß Sauerstoff aus dem Keramiksubstrat 10 in die weichmagnetische Schicht 14 diffundiert, wenn die Wärmebehandlung zur Bildung der weichmagnetischen Schicht 14 durchgeführt wird, da die Bildungsenergie von Oxid in der weichmagnetischen Schicht 14 geringer ist als im Keramiksubstrat 10. Aufgrunddessen werden die magnetischen Eigenschaften der weichmagnetischen Schicht 14 verschlechtert.
- Fig. 3 zeigt einen zweiten bekannten Magnetkopf, der aus zwei Keramiksubstraten 16a und 16b, einer weichmagnetischen Schicht 18, die auf der Oberfläche des Keramiksubstrats 16a ausgebildet ist, und einer Glasverbindungsschicht 18, die zwischen der weichmagnetischen Schicht 18 und dem Keramiksubstrat 16b ausgebildet ist, zusammengesetzt ist.
- Bei dem zweiten bekannten Magnetkopf ergibt sich jedoch der Nachteil, daß es schwierig ist, eine ausreichende Bindungsstärke der Verbindungsglasschicht an der weichmagnetischen Schicht 18 zu vermitteln, so daß die Ausbeute des Magnetkopfes gering ist. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Netzeigenschaft der Glasverbindungsschicht 20 an einem Metall verschlechtert ist, verglichen mit der an einem Keramiksubstrat oder einem Glassubstrat, so daß eine vorgegebene Haftstärke zwischen der weichmagnetischen Schicht 18 und der Glasverbindungsschicht 20 nicht erhalten wird. Aus diesem Grund kann eine Trennung der weichmagnetischen Schicht 18 und der Glasverbindungsschicht 20 während der Herstellung auftreten, so daß die Herstellungsausbeute vermindert ist.
- Fig. 4A zeigt einen Teil eines Magnetkopfes gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Keramiksubstrat 22 aus MnO und NiO, einer weichmagnetischen Schicht 24 aus FeTaN und einer Aluminiumoxidschicht 26 aus Al&sub2;O&sub3;, die zwischen dem Keramiksubstrat 22 und der weichmagnetischen Schicht 24 gebildet ist. Bei der Herstellung wird eine Aluminiumoxidschicht 26 mit einer Dicke von 0,1 um auf der Oberfläche des Keramiksubstrates 22 gebildet, wie in Fig. 4B dargestellt ist, und die weichmagnetische Schicht 24 wird auf der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht 26 durch Wärmebehandlung bei 550ºC hergestellt. Die Aluminiumoxidschicht 26 kann eine Dicke von 0,05 um haben.
- Die Fig. 5 und 6 zeigen Magnetisierungskurven der ersten bekannten Magnetstruktur gemäß Fig. 2A und dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4A. Wie durch die Magnetisierungskurven dargestellt ist, ist bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel (der Wert von "M" bei Null von "H")die Magnetisierung reduziert, um im wesentlichen die Hystereseeigenschaften zu unterdrücken, verglichen mit der der ersten bekannten Magnetstruktur. Aufgrunddessen ist die Magneteigenschaft des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels höher als bei der ersten bekannten Magnetstruktur.
- Fig. 7 zeigt die Bildungsenergie von Oxid in Beziehung zur Temperatur. Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Bildungsenergie des Oxids von Ni, das in dem Keramiksubstrat 22 enthalten ist, höher als die von Fe, das in der weichmagnetischen Schicht 24 enthalten ist, so daß bei der ersten bekannten Magnetstruktur Sauerstoff des Keramiksubstrats 22 in die weichmagnetische Schicht 24 durch die Wärmebehandlung diffundiert. Wenn das Phänomen durch AES (Augerelektronen-Spektroskopie) untersucht wird, kann festgestellt werden, daß Sauerstoff in der Dickenrichtung des Magnetkopfes diffundiert. Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel diffundiert kein Sauerstoff in die weichmagnetische Schicht 24, da die Bildungsenergie von Oxid des A1, das in der Aluminiumoxidschicht 26 enthalten ist, geringer ist als bei der weichmagnetischen Schicht 24.
- Selbst wenn in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das Keramiksubstrat 22 aus CaO, TiO&sub2; und NiO gefertigt ist, kann derselbe Effekt erzielt werden.
- Fig. 8 zeigt den Ausgangspegel eines Magnetkopfes. In diesem Graph ist das Ausgangssignal eines Magnetkopfes des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels durch eine durchgezogene Linie dargestellt, und das Ausgangssignal des ersten bekannten Magnetkopfes ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Jeder der Magnetköpfe hat eine weichmagnetische Schicht aus FeTaN mit einer Dicke von 5 um und ist mit einer Lücke mit einer Breite von 0,3 um versehen. Wie in dem Graph dargestellt ist, liefert das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel ein größeres Ausgangssignal als das bekannte. Der Effekt wird von der Struktur verursacht, daß die weichmagnetische Schicht 24 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels höhere Magneteigenschaften aufweist.
- Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Keramiksubstrat aus einem Verbindungsmaterial einschließlich CoO sein. Eine Schicht aus CaO, MgO, TiO&sub2;, V&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, MnO, Cr&sub2;O&sub3;, ZnO etc. kann anstatt des Al&sub2;O&sub3; der Aluminiumoxidschicht 26 verwendet werden, und Nitrid, Carbid und Verbindungsmaterial davon kann anstatt des Oxids verwendet werden. Die weichmagnetische Schicht 24 kann aus einer FeMN- Systemschicht (M=Ti, Zr, Nb, Mo, Hf oder Ta) oder aus einer FeSiAl-Schicht gefertigt sein.
- Wie oben beschrieben wurde, hat gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die magnetische Struktur eine höhere Magneteigenschaft, da die Magnetstruktur mit der Aluminiumoxidschicht 26 versehen ist, die eine Oxidbildungsenergie aufweist, die geringer ist als die der weichmagnetischen Schicht 24. Des weiteren kann die der weichmagnetischen Schicht 24 zugewandte Oberfläche mit höherer Präzision durch Schleifen der Aluminiumschicht 26 geglättet werden. Aufgrunddessen haften das Keramiksubstrat 22 und die weichmagnetische Schicht 24 dicht aneinander.
- Fig. 9 zeigt eine Struktur eines Magnetkopfes in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Magnetkopf umfaßt zwei Keramikschichten 30a und 30b aus MnO und NiO, eine weichmagnetische Schicht 32 aus FeTaN, die auf der Oberfläche des Keramiksubstrates 30a gebildet ist, eine Aluminiumoxidschicht 24 aus Al&sub2;O&sub3; mit einer Dicke von 0,1 um, die auf der anderen Oberfläche der weichmagnetischen Schicht 32 ausgebildet ist, und eine Glasverbindungsschicht 36, die zwischen der Aluminiumoxidschicht 34 und dein Kerainiksubstrat 30b gebildet ist.
- Im folgenden wird ein Experiment an dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Fig. 10A und 10B erläutert. In einem ersten Experiment wurden eine erste und eine zweite Probe verwendet. Die erste Probe besteht aus einem Keramiksubstrat 30 aus MnO und NiO und einer weichmagnetischen Schicht 32 aus FeTaN, die auf dem Keramiksubstrat 30, das in Fig. 10A dargestellt ist, ausgebildet ist, und die zweite Probe setzt sich zusammen aus einem Keramiksubstrat 30, einer weichmagnetischen Schicht 32, die auf dem Keramiksubstrat 30 ausgebildet ist, und einer Aluminiumoxidschicht 34 aus Al&sub2;O&sub3; mit einer Dicke von 0,1 um, die auf der weichmagnetischen Schicht 32 ausgebildet ist, wie in Fig. 103 dargestellt ist. Verbindungsglasschichten sind auf der Oberfläche der weichmagnetischen Schicht 32 der ersten Probe und der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht 34 der zweiten Probe ausgebildet, und jede Probe wird auf 550ºC unter einem Druck von 1 kg auf die Glasverbindungsschicht geheizt. Anschließend wurden die Scherfestigkeit von jeweils 10 der Proben bestimmt, und die erhaltenen Mittelwerte sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Probennummer Scherfestigkeit
- Als Ergebnis kann festgestellt werden, daß die Scherfestigkeit einer magnetischen Struktur durch das Vorhandensein der Aluminiumoxidschicht 34 erhöht ist.
- Als nächstes wurden die Ausbeuten der Magnetköpfe unter Verwendung der ersten und zweiten Proben bestimmt. Als Ergebnis hat ein Magnetkopf unter Verwendung der ersten Probe eine Ausbeute von 30%, während ein Magnetkopf unter Verwendung der zweiten Probe eine Ausbeute von 70% hat. In diesem Experiment wurde der Spalt des Magnetkopfes zu 0,3 um bestimmt.
- In einem zweiten Experiment wurden dritte und vierte Proben verwendet. Die dritte Probe setzt sich aus einem Keramiksubstrat 30 aus CaO, TiO&sub2; und NiO und einer weichmagnetischen Schicht 32 aus FeTaN zusammen, die auf dem Keramiksubstrat 30 ausgebildet ist, wie in Fig. 10A dargestellt ist, und die vierte Probe besteht aus einem Keramiksubstrat 30, einer weichmagnetischen Schicht 32, die auf dem Keramiksubstrat 30 aus CaO, TiO&sub2; und NiO hergestellt ist, und einer Aluminiumoxidschicht 34 aus Al&sub2;O&sub3; mit einer Dicke von 0,1 um, die auf der weichmagnetischen Schicht 32 gebildet ist, wie in Fig. 10B dargestellt ist. Verbindungsglasschichten wurden auf der Oberfläche der weichmagnetischen Schicht 32 der dritten Probe und der Oberfläche der Aluminiumschicht 34 der vierten Probe ausgebildet, und jede der Proben wurde auf 680ºC unter Druck von 1 kg auf die Verbindungsschicht erwärmt. Anschließend wurde die Scherfestigkeit von jeweils zehn der Proben bestimmt, und der dort erhaltene Mittelwert ist in der folgenden Tabelle angegeben. Probennummer Scherfestigkeit
- Als Ergebnis kann festgestellt werden, daß die Scherfestigkeit einer magnetischen Struktur durch das Vorhandensein der Aluminiumoxidschicht 34 erhöht ist.
- Als nächstes wurden die Ausbeuten der Magnetköpfe unter Verwendung der dritten und vierten Proben bestimmt. Als Ergebnis hat ein Magnetkopf unter Verwendung der dritten Probe eine Ausbeute von 70%, während ein Magnetkopf unter Verwendung der vierten Probe eine Ausbeute von 95% hat. In diesem Fall wurde die Lücke des Magnetkopfes zu 0,3 um bestimmt.
- Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine Schicht aus CaO, MgO, TiO&sub2;, V&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, MnO, Cr&sub2;O&sub3;, ZnO etc. anstatt von Al&sub2;O&sub3; der Aluminiumoxidschicht 32 verwendet werden, und Nitrid, Carbid und Verbindungsmaterial davon kann anstatt des Oxidmaterials verwendet werden. Die weichmagnetische Schicht 32 kann aus einer FeMN-Systemschicht (M=Ti, Zr, Nb, Mo, Hf oder Ta) oder eine FeSiAl- Schicht einschließlich Ti, Cr und Fu verwendet werden.
- Wie oben beschrieben wurde, hat bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Magnetkopf eine hohe Ausbeute, da die Verbindungsglasschicht 36 fest mit der weichmagnetischen Schicht 32 durch die Aluminiumoxidschicht 34, die zwischen ihnen gebildet ist, verbunden wird.
Claims (6)
1. Magnetische Struktur mit:
einem ersten Substrat (22, 30b),
einer magnetischen Schicht (24, 32); und
einer Schutzschicht (26, 34), die zwischen dem ersten
Substrat und der magnetischen Schicht ausgebildet ist und
eine Oxidbildungsenergie aufweist, die geringer ist als die
der magnetischen Schicht,
dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Substrat (22, 30b) NiO und CoO enthält, wobei die
Schutzschicht (26, 34) ein dünner Film aus Oxid, Nitrid
oder Carbid ist.
2. Magnetische Struktur nach Anspruch 1,
wobei die Schutzschicht (26, 34) aus Al&sub2;O&sub3;, CaO, MgO, TiO&sub2;,
V&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, MnO, Cr&sub2;O&sub3; oder ZnO gefertigt ist.
3. Magnetische Struktur nach Anspruch 1,
wobei die magnetische Schicht (24, 32) eine
weichmagnetische Schicht ist.
4. Magnetische Struktur nach Anspruch 3,
wobei die magnetische Schicht FeSi und Al enthält.
5. Magnetische Struktur nach Anspruch 3,
wobei die magnetische Schicht (24, 32) aus FeMN hergestellt
ist, wobei M ein Element einschließlich zumindest einem von
Ti, Zr, Nb, Mo, Hf und Ta ist und N Stickstoff ist.
6. Magnetische Struktur nach Anspruch 1,
mit weiterhin
einer Verbindungs-Glasschicht (36), die zwischen dem ersten
Substrat (30b) und der Schutzschicht (34) ausgebildet ist,
und einem zweiten Substrat (30a) , das auf einer weiteren
Fläche der magnetischen Schicht (32) ausgebildet ist, so
daß die magnetische Struktur von dem ersten und dem zweiten
Substrat (30b, 30a) bedeckt geformt ist.
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- 1992-04-24 EP EP92107074A patent/EP0510699B1/de not_active Expired - Lifetime
-
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- 1993-11-22 US US08/155,185 patent/US5572391A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
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| EP0510699A3 (en) | 1993-05-12 |
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