FR2753293A1 - Tetes magnetiques de lecture/ecriture en combinaison a couche mince, et leur procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
La couche inférieure (7) du noyau est formée suivant une épaisseur approximativement constante au droit de la partie en regard de la couche supérieure du noyau de façon que son épaisseur diminue progressivement vers son bord latéral. Par conséquent, l'épaisseur de la couche du matériau amagnétique (8) formée sur la couche inférieure (7) devient uniforme, stabilisant la couche de spires formée sur son dessus. Un matériau magnétique doux excellent peut être utilisé car la couche inférieure (7) du noyau est obtenue par pulvérisation cathodique, permettant un enregistrement à haute fréquence.
Description
La présente invention concerne une tête magnétique à couche mince du type inductif pour l'enregistrement avec des têtes magnétiques de lecture/ écriture en combinaison à couche mince qu'on utilise pour une tête magnétique du type flottant, plus particulièrement des têtes magnétiques de lecture/ écriture en combinaison à couche mince dans lesquelles la couche inférieure d'un noyau servant également d'organe de protection supérieur pour un élément magnétorésistif de lecture et une couche de spires formée sur la couche inférieure du noyau via une couche isolante peuvent être formées constamment, et qui permet une amélioration de la sélectivité des matériaux magnétiques doux en formant la couche inférieure du noyau par un procédé de pulvérisation cathodique, et un procédé pour leur fabrication.
La figure 5 est une vue en coupe, à grande échelle, de têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince de la technique antérieure, prise dans la direction opposée du support d'enregistrement.
La couche de l'élément magnétorésistif 1 est constituée de trois couches et est obtenue en laminant une couche de matériau magnétique doux, une couche amagnétique, et une couche magnétorésistive de bas en haut, respectivement. En général, la couche magnétorésistive est une couche d'un alliage Fe - Ni (permalloy) , la couche amagnétique est une couche de tantale (Ta), et la couche de matériau magnétique doux est constituée d'un alliage de Ni - Fe - Nb.
Une couche inférieure d'entrefer 3 comprenant un matériau amagnétique tel que l'oxyde d'aluminium (A1203) est formée sur la couche inférieure de protection 2 constituée de permalloy, sur laquelle est formée une couche magnétorésistive 1. Des couches de polarisation dures 4 sont formées en couches longitudinales aux deux côtés de la couche magnétorésistive 1. Une couche principale d'amorce 5 constituée de matériaux amagnétiques, conducteurs de l'électricité, tels que le cuivre (Cu) ou le tungstène (W) , est formée sur la couche 4 décrite ci-dessus. Une couche supérieure d'entrefer 6 en matériau amagnétique tel que l'oxyde d'aluminium (A1203) est en outre formée sur la couche d'amorce principale, formant une couche tampon (non représentée) sur la couche supérieure 6 décrite cidessus. La couche tampon peut être formée par pulvérisation cathodique de matériaux magnétiques tels que l'alliage Fe - Ni (permalloy). . Une couche inférieure de noyau 13 est formée sur la couche inférieure décrite ci-dessus par électrodéposition, par exemple, de permalloy.
Une couche amagnétique 14 constituée d'oxyde d'aluminium est formée sur la couche inférieure 13 du noyau, sur laquelle une couche de spires 9 constituée d'un motif d'une spirale plate est fournie via une couche isolante organique. Une couche supérieure de noyau 10 est formée sur la couche de matériau amagnétique 14 à un endroit situé en regard de la couche inférieure de noyau 13. Cette couche supérieure 1O est également formée par électrodéposition du permalloy comme dans la couche inférieure 13 décrite précédemment.
Une couche de protection 11 en oxyde d'aluminium est fournie sur la couche supérieure 1O du noyau.
Les couches situées entre la couche inférieure 13 du noyau et la couche de protection 11 servent à l'enregistrement des signaux, constituant une tête inductive. Dans cette tête inductive, un courant d'enregistrement est appliqué à la couche 9 de spires de sorte qu'un champ magnétique d'enregistrement est appliqué aux couches entre la couche 9 et la couche supérieure 1O et la couche inférieure 13 du noyau. Des signaux magnétiques peuvent être enregistrés sur un support d'enregistrement tel qu'un disque dur par un champ magnétique interne exercé entre la couche inférieure 13 et la couche supérieure 10 du noyau. Dans la combinaison formée par la tête magnétique de lecture/écriture à couche mince dans laquelle une partie lecture avec une couche de l'élément magnétorésistif 1 et une tête inductive qu'on décrit ci-dessus sont laminées, la couche inférieure 13 du noyau constituant une tête inductive sert aussi de couche supérieure de protection dans la partie lecture comportant une couche de l'élément magnétorésistif 1, comme cela est représenté en figure 5.
Dans la tête inductive décrite ci-dessus, il est nécessaire, pour un enregistrement de haute densité dans un support d'enregistrement, que la valeur de l'entrefer magnétique G qu'on décrit ci-dessus soit aussi petite que possible. Par conséquent, la couche du matériau amagnétique 14 est formée pour être aussi mince que possible.
Cependant, dans la technique antérieure qu'on représente en figure 5, il y a les problèmes qu'on décrit ci-dessous car le noyau inférieur a été formé par électrodéposition, par exemple de permalloy.
(A) Un gradin A est formé aux deux bords de la couche inférieure 13 du noyau car cette couche est épaisse et la configuration en section transversale de la couche est un rectangle. Par conséquent, rendre uniforme l'épaisseur du matériau amagnétique 14 formé sur la couche inférieure 13 du noyau est tellement difficile que l'épaisseur du matériau 14 devient extrêmement faible dans le voisinage des bords latéraux de la couche, ce qui provoque parfois une défaillance de l'isolation électrique entre la couche inférieure 13 et la couche de spires 9. En particulier, lorsque le jeu entre la couche inférieure 13 et la couche supérieure 10 du noyau est rétréci pour conférer une faible valeur à la largeur de l'entrefer et augmenter la densité d'enregistrement, des trous d'épingle sont à même d'apparaître sur le matériau amagnétique 14 au gradin A car l'épaisseur de ce matériau devient trop faible.
(B) Un gradin est également formé sur la surface du matériau amagnétique 14 au-dessus du gradin A car la configuration en section transversale de la couche inférieure 13 du noyau est un rectangle formant un gradin A aux deux bords latéraux. Par conséquent la couche de spires 9 est formée sur le gradin du matériau 14 lorsque l'aire de la couche inférieure 13 du noyau est inférieure à celle où est formée la couche de spires 9, ce qui rend difficile la formation de la couche 9 et se traduit par l'apparition fréquente de défauts dans cette couche.
(C) Dans le but d'augmenter la densité d'enregistrement des signaux et la fréquence d'enregistrement magnétique dans des supports d'enregistrement, il est nécessaire d'améliorer la caractéristique magnétique douce de la couche inférieure 13 et de la couche supérieure 1O du noyau ainsi que de leur conférer des propriétés telles qu'une faible force coercitive et une résistivité élevée pour une densité élevée du flux magnétique saturé. Le permalloy qui a constitué le matériau classique pour la formation de la couche inférieure 13 et de la couche supérieure 10 du noyau n'est pas toujours un matériau magnétique satisfaisant car, bien que sa densité du flux magnétique saturé soit élevée, sa force coercitive est relativement haute et sa résistivité est relativement faible de sorte que, lorsque la fréquence d'enregistrement est augmentée, cela se produit par une augmentation de la perte par courant de Foucault et la détérioration de la caractéristique magnétique douce. Par ailleurs, le brevet USP 5 573 863 décrit un matériau magnétique doux, dans lequel une phase microcristalline de Fe avec une structure des cristaux bcc, et une phase amorphe contenant des éléments choisis parmi ceux des terres rares ou parmi Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta et W, et O, sont mélangés ensemble. Ce type de matériau magnétique doux a une perméabilité magnétique élevée à une fréquence de plusieurs centaines de NHz ou davantage ainsi qu'une densité élevée du flux magnétique saturé de 5 kg ou plus en dehors du fait d'avoir une résistivité élevée à une faible force coercitive. I1 est préférable dans les têtes inductives de l'avenir, dans le but d'obtenir un enregistrement de haute densité, que la couche inférieure 13 et la couche supérieure 1O du noyau soient formées en utilisant des matériaux excellents en ce qui concerne la caractéristique magnétique douce comme on l'a décrit ci-dessus. Cependant, le matériau magnétique doux décrit dans le brevet USP 5 573 863 mentionné cidessus dans lequel une phase microcristalline de Fe et une phase amorphe comprenant des éléments métalliques et
O sont mélangées ensemble ne peut pas être formé par électrodéposition; à sa place, un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation est seulement applicable pour la formation des couches.
O sont mélangées ensemble ne peut pas être formé par électrodéposition; à sa place, un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation est seulement applicable pour la formation des couches.
Cependant, dans les têtes magnétiques d'écriture/lecture à couche mince en combinaison ayant la construction représentée en figure 5, la formation de la couche inférieure 13 du noyau par pulvérisation cathodique a été si difficile que seul un matériau analogue au permalloy qui peut être adapté pour une électrodéposition peut être utilisé pour le matériau magnétique doux de la couche inférieure 13 du noyau.
On étudiera ci-après la description venant d'être donnée. Lorsque la couche inférieure 13 du noyau est formée par un procédé de pulvérisation cathodique, une couche d'un matériau magnétique doux est formée directement sur la couche supérieure 6 de l'entrefer comprenant de l'oxyde d'aluminium sur la couche d'un élément magnétorésistif 1. Cependant, il est nécessaire d'éliminer la partie en excès par fraisage ionique (gravure à l'état sec) pour former la couche inférieure 13 du noyau et lui conférer la configuration prescrite telle que décrite ci-dessus après la formation d'une couche de matériau magnétique doux par un procédé de pulvérisation cathodique. Le problème est que la couche sous-jacente d'oxyde d'aluminium est endommagée lorsque la couche de matériau magnétique tendre est éliminée par le fraisage ionique. D'une façon générale, une tolérance d'environ 5 W en ce qui concerne l'épaisseur des couches à éliminer est inévitable lorsqu'une épaisseur prescrite des couches est éliminée par le procédé du fraisage ionique. Etant donné que l'épaisseur de la couche supérieure sous-jacente 6 de l'entrefer est inférieure à celle de la couche inférieure 13 du noyau, la couche 6 est à même d'être endommagée suivant une erreur d'environ 5 W en matière d'épaisseur des couches à éliminer lorsque la couche supérieure 6 du noyau est formée par élimination d'une partie de la couche des matières magnétiques douces formées par pulvérisation cathodique. De plus, étant donné que la vitesse du fraisage est plus lente dans le matériau magnétique doux comprenant la couche inférieure 13 du noyau que dans l'oxyde d'aluminium comprenant la couche supérieure 6 de l'entrefer, cette dernière est des plus à même d'être endommagée lorsque la couche du matériau magnétique doux est éliminée par fraisage ionique.
La largeur de l'entrefer de la partie de lecture est déterminée par l'épaisseur de la couche inférieure 3 de l'entrefer et de la couche supérieure 6 de l'entrefer de cette tête magnétique à couche mince. Par conséquent, la couche supérieure 6 de l'entrefer doit être fine dans le but d'améliorer la résolution contre des signaux de densité élevée. Lorsque la couche supérieure 6 de l'entrefer est rendue de faible épaisseur dans la tête magnétique à couche mince afin de permettre la lecture de signaux de haute densité, la couche 6 est à même d'être largement endommagée à cause de l'erreur dans l'épaisseur pour éliminer les couches par fraisage ionique et la vitesse du fraisage.
D'après les discussions précédentes, on peut conclure que les matériaux ayant une excellente caractéristique magnétique 12, tels que décrits dans le brevet USP 5 573 863, ne peuvent être employés dans la tête inductive, où la couche supérieure 6 de l'entrefer est disposée sur la couche de l'élément magnétorésistif 1 sur lequel la couche inférieure 13 du noyau est en outre formée et la couche inférieure du noyau 13 sert aussi de couche de protection de la couche de l'élément magnétorésistif 1 tel que représenté en figure 5, car la couche 13 peut être formée seulement par un procédé de placage, d'où le rétrécissement de la gamme de sélection pour les matériaux magnétiques doux utilisés pour former la couche inférieure 13 du noyau.
En conséquence, un objet de la présente invention pour résoudre les problèmes de la technique antérieure qu'on expose ci-dessus est de fournir des têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince et un procédé pour leur fabrication, où la couche inférieure du noyau constituant la tête inductive a une pente douce vers ses deux bords latéraux afin d'y former des couches minces, ce qui permet à une couche de spires d'être formée constamment sur la couche inférieure du noyau via une couche de matériau amagnétique et une couche isolante, et de stabiliser la caractéristique d'isolation entre la couche inférieure du noyau et la couche de spires.
Un autre objet de la présente invention est de fournir des têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince et un procédé pour leur fabrication, où la couche inférieure du noyau (couche de protection contre une couche d'un élément magnétorésistif) constituant la tête inductive peut être formée par un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation, d'où l'extension de la gamme pour la sélection des matériaux magnétiques doux devant être utilisés pour que la couche inférieure du noyau satisfasse un enregistrement à haute fréquence.
Dans un premier aspect, la présente invention fournit des têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince dans lesquelles une couche inférieure de protection en matériaux magnétiques, une couche magnétique d'entrefer inférieure, une couche d'un élément magnétorésistif et une couche amagnétique d'entrefer supérieure sont laminées de bas en haut, où la tête magnétique comporte une couche inférieure de noyau en matériau magnétique doux, une couche supérieure de noyau formée sur la couche inférieure via une couche d'un matériau amagnétique, et une couche de spires conférant un champ magnétique aux deux couches du noyau, ladite couche inférieure du noyau étant formée suivant une épaisseur à peu près uniforme au droit de la partie en regard de ladite couche supérieure du noyau et ayant une épaisseur qui diminue progressivement dans la direction des deux bords latéraux. Mieux encore, la surface des deux bords de la couche inférieure du noyau prend une forme incurvée de manière à réduire progressivement l'épaisseur de la couche.
Dans un second aspect, la présente invention fournit des têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince, où la couche inférieure du noyau et la couche supérieure du noyau sont constituées d'un alliage magnétique doux comprenant Fe comme constituant principal, des éléments des terres rares et une ou deux ou plusieurs sortes d'éléments choisis parmi
Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta et W, et O; ou bien la couche inférieure du noyau et la couche supérieure du noyau sont constituées d'un matériau magnétique doux contenant
Co comme constituant principal et une ou deux sortes ou plus d'éléments choisis parmi Fe, Ni, Pd, Mn et Al commme constituant principaux, comportant en outre des éléments des terres rares ou une ou deux sortes d'éléments choisis parmi Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W ou Y, et O. Ces matériaux magnétiques doux peuvent être appliqués par un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation.
Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta et W, et O; ou bien la couche inférieure du noyau et la couche supérieure du noyau sont constituées d'un matériau magnétique doux contenant
Co comme constituant principal et une ou deux sortes ou plus d'éléments choisis parmi Fe, Ni, Pd, Mn et Al commme constituant principaux, comportant en outre des éléments des terres rares ou une ou deux sortes d'éléments choisis parmi Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W ou Y, et O. Ces matériaux magnétiques doux peuvent être appliqués par un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation.
Dans un troisième aspect, la présente invention fournit un procédé pour fabriquer deux têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince, ayant une couche inférieure de noyau en matériau magnétique doux, une couche supérieure de noyau formée sur la couche inférieure via une couche d'un matériau amagnétique et une couche de spires conférant un champ magnétique aux deux couches du noyau, ladite couche inférieure du noyau étant obtenue par les étapes suivantes qui consistent à former une couche tampon de matériaux magnétiques, former une couche de réserve sur ladite couche tampon suivant une épaisseur prescrite, former une couche de revêtement sur la couche tampon atteignant les deux bords latéraux de la couche de réserve, éliminer la couche de réserve, former une couche inférieure de noyau par pulvérisation cathodique ou évaporation de matériaux magnétiques doux sur la partie de la couche tampon où la couche de réserve a été éliminée, et éliminer la couche de revêtement.
Dans un quatrième aspect, la présente invention fournit un procédé pour fabriquer deux têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince, ayant une couche inférieure de noyau en matériau magnétique doux, une couche supérieure de noyau formée sur la couche inférieure de noyau via une couche de matériau amagnétique et une couche de spires conférant un champ magnétique aux deux couches du noyau, la couche inférieure du noyau étant obtenue par les étapes suivantes consistant à former une couche tampon de matériaux amagnétiques, former une couche de réserve sur la couche tampon suivant une épaisseur prescrite, former une couche de revêtement sur la couche tampon atteignant les deux bords latéraux de la couche de réserve, éliminer la couche de réserve, éliminer la partie de la couche tampon où la couche de réserve a été supprimée, former une couche inférieure de noyau par pulvérisation cathodique ou évaporation de matériaux magnétiques doux sur la partie où la couche tampon a été éliminée, et
éliminer la couche de revêtement.
éliminer la couche de revêtement.
Dans'la présente invention, la configuration de la couche inférieure du noyau constituant la tête inductive est formée de façon à permettre à son épaisseur d'être progressivement réduite vers ses deux bords latéraux, ce qui empêche la formation d'un gradin aux deux bords latéraux comme on le voit dans la technique antérieure représentée en figure 5, permettant à la couche de spires d'être formée constamment, rendant uniforme l'épaisseur de la couche du matériau amagnétique sur la couche supérieure du noyau et stabilisant l'aptitude à l'isolation de cette couche de matériau amagnétique.
Etant donné que la couche inférieure du noyau peut être formée par un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation, la gamme pour choisir les matériaux magnétiques doux formant cette couche inférieure est étendue. Par exemple, il est possible d'appliquer un matériau magnétique doux contenant Fe ou Co comme constituant principal et présentant une phase microcristalline et/ou une phase amorphe avec une densité élevée du flux magnétique saturé, une faible force coercitive et une résistivité élevée, ce qui permet les enregistrements par un champ magnétique de haute fréquence.
Le procédé pour former la couche inférieure du noyau comprend l'étape de formation d'une couche tampon sur la couche supérieure de l'entrefer, opération suivie par l'application d'une réserve sur la couche de tampon, par la formation d'une couche de revêtement sur la couche tampon atteignant la surface des deux côtés latéraux de la couche de réserve et éliminant la couche de réserve. Une couche de revêtement avec une partie en surplomb demeure à l'issue du procédé ci-dessus.
Lorsqu'une couche tampon est appliquée dans l'espace située au-dessous de la partie en surplomb par un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé d'évaporation, l'épaisseur de cette couche est progressivement réduite vers les deux bords latéraux; formant une couche inférieure de noyau ayant une surface incurvée aux bords latéraux. Comme la largeur de la couche des matériaux amagnétiques formés sur la couche inférieure du noyau peut être uniforme sans qu'il soit nécessaire d'appliquer un processus de fraisage ionique à la couche inférieure du noyau, la couche supérieure du noyau formée entre la couche de l'élément magnétorésistif et la couche inférieure du noyau ne peut être endommagée.
La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints, dans lesquels
La figure 1 est une vue en coupe, à grande échelle, représentant les constructions de la tête de lecture et de la tête inductive (tête d'enregistrement) de la combinaison tête de lecture/tête d'écriture à couche mince de la présente invention.
La figure 1 est une vue en coupe, à grande échelle, représentant les constructions de la tête de lecture et de la tête inductive (tête d'enregistrement) de la combinaison tête de lecture/tête d'écriture à couche mince de la présente invention.
La figure 2 est une vue en perspective, à moitié en coupe, représentant les configuration de la couche inférieure du noyau et de la couche supérieure du noyau de la tête magnétique à couche mince.
Les figures 3A à 3G sont des vues en coupe, à grande échelle, représentant l'étape respective du premier procédé pour fabriquer la couche inférieure du noyau.
Les figures 4A à 4H sont des vues en coupe, à grande échelle, représentant l'étape respective du second procédé pour fabriquer la couche inférieure du noyau.
La figure 5 est une vue en coupe, à grande échelle, représentant les constructions de la tête de lecture et de la tête inductive (tête d'enregistrement) de la tête magnétique classique à couche mince.
On décrira maintenant la présente invention en liaison avec'les dessins. Les éléments identiques à ceux de l'art antérieur qu'on a décrits précédemment sont représentés par les mêmes références.
La figure 1 est une vue en coupe à grande échelle, prise le long du côté opposé de la tête magnétique à couche mince de la présente invention. La figure 2 est une vue en perspective représentant la construction d'ensemble de la tête magnétique à couche mince selon la présente invention formée sur une coulisse 12.
La tête magnétique à couche mince qu'on représente en figures 1 et 2 est formée sur la face latérale arrière de la coulisse 12, donnant une tête magnétique du type flottant dans laquelle une tête de lecture hl et une tête inductive h2 d'enregistrement sont laminées.
La tête de lecture hl détecte le champ magnétique interne provenant d'un support d'enregistrement tel qu'un disque dur qui utilise son effet magnétorésistif pour lire les signaux magnétiques.
La tête de lecture hl présente une couche inférieure d'entrefer 3 en matériau amagnétique tel que l'oxyde d'aluminium (A1203) sur la couche inférieure de protection 2 en alliage (Fe - Al - Si) ou en permalloy (alliage Fe - Ni) formé par pulvérisation cathodique sur les bords latéraux arrière 12a de la coulisse 12. Sur la couche inférieure 3 de l'entrefer est laminée une couche d'un élément magnétorésistif 1. La couche de l'élément magnétorésistif 1 est une structure à trois couches constituée de haut en bas d'une couche d'un matériau magnétique doux (alliage Co - Zr - Mo ou alliage Ni - Fe - Nb), d'une couche d'un matériau amagnétique (par exemple de tantale Ta) et d'une couche magnétorésistive ayant un effet magnétorésistif (alliage Fe - Ni).
Sur les deux côtés de l'élément magnétorésistif 1, une couche de polarisation dure 4 qui confère un champ magnétique de polarisation à la couche magnétorésistif et une couche d'amorce 5 (tungstène : W ou cuivre Cu) qui confère un courant de détection à la couche magnétorésistive sont formées, au-dessus desquelles est constituée une couche supérieure d'entrefer 6 comprenant de l'oxyde d'aluminium.
La tête inductive (tête d'enregistrement) h2 a une couche inférieure de noyau 7 en matériau magnétique doux. Cette couche 7 sert aussi de couche de protection pour la tête de lecture hl. Une couche d'un matériau amagnétique 8 est formée sur la couche inférieure 7 du noyau, sur laquelle une couche de spires 9 est fournie constituant un motif en spirale plat via une couche d'isolation organique. L'extrémité lOa de la couche supérieure 1O du noyau est en regard de la couche inférieure 7 du noyau sur la face supérieure de 12b avec une largeur Gb de l'entrefer comme représenté en figure 2, dont l'extrémité terminale lOb est connectée magnétiquement à la couche inférieure 7 du noyau. Une couche de protection 12 est fournie sur la couche supérieure 1O du noyau.
Un courant d'enregistrement est appliqué à la couche de spires 9 au droit de la tête inductive (tête d'enregistrement) h2, induisant un champ magnétique d'enregistrement entre la couche de spires 9 et la couche inférieure 7 du noyau et la couche supérieure 10 du noyau. Des signaux magnétiques sont enregistrés sur un support d'enregistrement analogue à un disque dur par le champ magnétique interne développé entre la couche inférieure 7 du noyau et l'extrémité lOa de la couche supérieure 1O du noyau.
La largeur Gb de l'entrefer de la tête inductive h2 doit être aussi étroite que possible de manière à permettre un enregistrement à haute densité des signaux d'enregistrement sur un support d'enregistrement tel qu'un disque'dur à partir de la tête inductive h2. Etant donné que la largeur Ga est déterminée par le jeu entre la couche inférieure de protection 2 et la couche inférieure du noyau (couche supérieure de protection 7) dans la tête de lecture hl, la distance entre la couche inférieure 3 de l'entrefer et la couche supérieure 6 de l'entrefer doit être rendue aussi petite que possible afin d'atteindre une puissance de résolution élevée pour le champ magnétique interne provenant du support d'enregistrement, enregistré selon une densité élevée.
Comme représenté en figure 1, la couche inférieure 7 du noyau présente une épaisseur constante à l'intérieur de la zone dans laquelle cette couche est en regard de la couche supérieure 1O du noyau, l'épaisseur de la couche étant progressivement plus fine vers les deux bords latéraux de la couche 7 du noyau. Les faces supérieures 7c des deux bords latéraux de la couche inférieure 7 du noyau prend une surface incurvée de manière à réduire progressivement l'épaisseur de la couche. Par conséquent, la couche du matériau amagnétique 8 formée sur la couche inférieure 7 du noyau présente une pente douce avec une épaisseur approximativement uniforme. Même lorsque la zone pour la formation de la couche inférieure 7 du noyau est plus étroite que la zone pour la formation de la couche de spires 9 et lorsque la couche de spires 9 est située audessus des deux bords latéraux de la couche inférieure 7 du noyau, la couche de spires 9 n'est jamais formée sur le gradin comme représenté en figure 5, ce qui a pour effet de créer difficilement des défauts dans la couche de spires 9.
Selon la présente invention, la couche inférieure 7 du noyau est applicable par un procédé de pulvérisation cathodique tel que décrit ci-après, ce qui permet d'étendre la gamme de sélection des matériaux magnétiques doux pour former la couche inférieure 7.
Selon la présente invention, un matériau magnétique doux ayant une perméabilité magnétique élevée a une fréquence de plusieurs centaines de MHz ou davantage, une densité élevée du flux magnétique saturé de 5 kg ou plus et une faible force coercitive avec une résistance élevée peut être employée.
N'importe laquelle des deux sortes suivantes de matériaux magnétiques doux peut être employée pour la couche inférieure 7 du noyau dans la présente invention (1) Un matériau magnétique doux représenté par la formule de composition FeaMbOc caractérisé en ce qu'il satisfait la relation 50 < a < 70, 5 < b < 30, 10 < c < 30 et a + b + c = 100. Le matériau contient Fe qui est responsable du magnétisme comme constituant principal.
Bien qu'une teneur plus élevée de Fe soit préférable pour obtenir une densité élevée du flux magnétique, la résistivité serait faible lorsque la teneur de Fe est de 70 atomes W ou plus. M représente une, deux ou plusieurs sortes d'éléments des terres rares (Sc, Y appartenant au
Groupe 3A de la Classification Périodique ou des lantanoïdes), et est constitué d'un, ou de deux ou de plusieurs sortes d'éléments appartenant aux groupes 4A, 5A ou 6A de la Classification Périodique tels que Ti,
Zr, Hf, V, Nb, Ta ou W. M est essentiel pour obtenir une caractéristique magnétique douce (densité élevée du flux magnétique saturé, faible force coercitive et résistivité élevée). Ces éléments forment des oxydes par combinaison avec l'oxygène. Le réglage de la teneur des oxydes rend la résistivité élevée, ce qui évite des courants de Foucault dans la couche inférieure 7 du noyau et diminue la perméabilité magnétique aux fréquences élevées.
Groupe 3A de la Classification Périodique ou des lantanoïdes), et est constitué d'un, ou de deux ou de plusieurs sortes d'éléments appartenant aux groupes 4A, 5A ou 6A de la Classification Périodique tels que Ti,
Zr, Hf, V, Nb, Ta ou W. M est essentiel pour obtenir une caractéristique magnétique douce (densité élevée du flux magnétique saturé, faible force coercitive et résistivité élevée). Ces éléments forment des oxydes par combinaison avec l'oxygène. Le réglage de la teneur des oxydes rend la résistivité élevée, ce qui évite des courants de Foucault dans la couche inférieure 7 du noyau et diminue la perméabilité magnétique aux fréquences élevées.
Une phase microcristalline de Fe avec une structure de cristaux bcc et une phase amorphe contenant une grande quantité de M et de O peuvent être de préférence mélangées dans le matériau, la proportion de la phase microcristalline étant 50 k ou moins. Bien que cette proportion soit exprimée en % en volume, elle peut l'être en W en aire de la surface ou de la section transversale.
(2) Un matériau magnétique doux contenant principalement une phase cristalline, qui a une structure cristalline centrée sur les faces (fcc) ou une structure cristalline centrée sur le corps (bcc) ou est un mélange de celles-ci, contenant Co comme constituant principal et les éléments T choi rares, 0, au moins un de l'oxyde de M ci-dessus, Fe et les éléments T.
D'une façon plus détaillée, le matériau est un matériau magnétique doux représenté par la formule de composition (Col.cTc)xMyQzXwYs, caractérisé en ce qu'il satisfait la relation suivante : 0,05 < c < 0,5; y, z, w et a s'entendant en atomes W; 3 < y S 30, 7 < z < 40,
O < w < w S 20 et O < s < 20. Co et les éléments T choisis parmi une, ou deux ou plusieurs sortes de Co, Ni, Pd et
Al sont les constituants principaux, Co, Fe et Ni étant responsables de la magnéticité. Des teneurs plus élevées en Co et Fe sont préférables pour obtenir un champ magnétique saturé élevé, rendant cependant faible la densité du flux magnétique saturé quand les teneurs en
Co et Fe sont trop petites.
O < w < w S 20 et O < s < 20. Co et les éléments T choisis parmi une, ou deux ou plusieurs sortes de Co, Ni, Pd et
Al sont les constituants principaux, Co, Fe et Ni étant responsables de la magnéticité. Des teneurs plus élevées en Co et Fe sont préférables pour obtenir un champ magnétique saturé élevé, rendant cependant faible la densité du flux magnétique saturé quand les teneurs en
Co et Fe sont trop petites.
Les M sont constitués d'un , ou de deux ou plus des éléments choisis parmi Ti, Zr, Hf, Nb, Mo, W et des éléments des terres rares (Sc ou Y appartenant au Groupe 3A de la Classification Périodique ou des lantanoïdes).
Les M sont essentiels pour obtenir une caractéristique magnétique douce. Ces éléments forment des oxydes par combinaison avec l'oxygène. I1 est possible d'améliorer la résistivité en augmentant la teneur de ces oxydes.
Les éléments T (un, ou deux ou plusieurs des éléments choisis parmi Fe, Ni, Pd, Mn et Al) sont les éléments pour stabiliser la structure de cristaux centrée sur face (structure fcc) de Co ou influençant largement le champ magnétique anisotrope uniaxial. Alors que les éléments Y (un ou deux ou plus de Au, Ag, et les éléments appartenant au groupe du platine (Ru, Rh, Pd,
Os, Ir ou Pt)) améliorent la résistance à la corrosion, la caractéristique magnétique douce diminuera lorsque leur teneur dépasse 20 atomes W. Les Q sont constitués d'un, ou de deux ou de plusieurs des éléments choisis parmi 0, N, C et B alors que X est un, ou deux ou plusieurs des éléments choisis parmi Si ou Cr.
Os, Ir ou Pt)) améliorent la résistance à la corrosion, la caractéristique magnétique douce diminuera lorsque leur teneur dépasse 20 atomes W. Les Q sont constitués d'un, ou de deux ou de plusieurs des éléments choisis parmi 0, N, C et B alors que X est un, ou deux ou plusieurs des éléments choisis parmi Si ou Cr.
Dans le but d'obtenir une caractéristique magnétique douce encore améliorée et une densité élevée du flux magnétique saturé, il est souhaitable que la gamme de y et z soit de 5 à 20 et de 10 à 30 atomes %, respectivement.
La proportion de la phase microcristalline doit être de préférence 50 W ou moins dans un mélange d'une phase microcristalline comprenant des microcristaux de
Co avec une structure fcc comme constituant principal et des microcristaux de Fe avec une structure bcc comme constituant principal, et une phase amorphe contenant une grande quantité de M et O. Bien que cette proportion soit exprimée en W en volume, elle peut être donnée en % par aire de la surface ou de la section transversale.
Co avec une structure fcc comme constituant principal et des microcristaux de Fe avec une structure bcc comme constituant principal, et une phase amorphe contenant une grande quantité de M et O. Bien que cette proportion soit exprimée en W en volume, elle peut être donnée en % par aire de la surface ou de la section transversale.
L'augmentation de la fréquence d'enregistrement est rendue possible par la formation de la couche inférieure 7 du noyau avec le matériau magnétique doux.
Lorsque la fréquence d'enregistrement est du même ordre que celle de la technique antérieure, le permalloy (alliage de Fe - Ni) peut être utilisé comme matériau pour former la couche inférieure 7 du noyau par un procédé de pulvérisation cathodique.
La figure 3 est une vue en coupe, à grande échelle, du premier procédé de fabrication de la couche inférieure 7 du noyau.
En figure 3A, une couche tampon 15 constituée d'un matériau magnétique tel que le permalloy (alliage
Fe - Ni) est formée sur la couche supérieure 6 de l'entrefer. Après application d'une solution de réserve sur la couche tampon 15, la couche est développée par exposition pour former une couche de réserve 16 sur la couche tampon 15 comme cela est représenté en figure 3B.
Fe - Ni) est formée sur la couche supérieure 6 de l'entrefer. Après application d'une solution de réserve sur la couche tampon 15, la couche est développée par exposition pour former une couche de réserve 16 sur la couche tampon 15 comme cela est représenté en figure 3B.
En figure 3C, une couche de revêtement 17 est formée sur la couche tampon 15 atteignant les deux bords latéraux de la couche de réserve 16. Dans ce cas, la couche de revêtement 17 et la portion de 17 chevauchant la couche de réserve 16 forment deux portions en surplomb 17', laissant un jeu prescrit T entre ces deux parties en surplomb. La couche de réserve 16 est alors éliminée comme cela est représenté en figure 3D.
Lors de l'étape suivante, les matériaux magnétiques doux qu'on décrit ci-dessus en (1) ou (2) sont appliqués à la couche tampon 15 et à la couche de revêtement 17, formant aussi la couche inférieure 7a du noyau sur la couche tampon 15 et une couche de matériau magnétique doux 7' sur la couche de revêtement 17, comme représenté en figure 3E. Le matériau magnétique doux 7' formé sur la couche de revêtement 17 est en saillie sur les parties en surplomb 17' suivant une longueur Tb. En conséquence, au droit de la partie ayant une longueur Ta obtenue en soustrayant la longueur Tb de la longueur T, la couche inférieure 7a du noyau est formée comme couche ayant une épaisseur prédéterminée Ha. En outre, une couche ayant une surface incurvée est formée en réduisant progressivement son épaisseur à partir de 71 sur la couche inférieure 7a du noyau, atteignant le bord latéral 72 comme représenté dans le dessin à grande échelle en figure 1, car il y a une partie en surplomb 17' et une couche du matériau magnétique doux 7' à la partie ayant la longueur Tc.
Dans l'étape suivante, la couche de revêtement 17 est éliminée par gravure à l'état humide comme représenté en figure 3F. Alors, la couche tampon 15 située à l'extérieur de la couche inférieure 7a du noyau est supprimée du bord latéral 72 de la couche inférieure 7a, formant une couche tampon 15' seulement au-dessous de la face inférieure de la couche 7a comme représenté en figure 3G. La couche tampon 15 ainsi que la couche supérieure 6 de l'entrefer ont une épaisseur d'environ 1000 Angströms. Alors qu'il y a suppression de la couche tampon 15 par fraisage ionique, la couche supérieure 6 n'est pas affectée par le fraisage car la couche tampon 15 et la couche supérieure 6 ont une épaisseur presque identique.
Etant donné que la couche inférieure 7a du noyau peut être formée par un procédé de pulvérisation cathodique sans qu'il soit nécessaire de supprimer la couche inférieure 7a du noyau elle-même, il y a un faible risque d'endommagement de la couche supérieure 6 de l'entrefer, accompagnant une longue durée de vie de la combinaison des têtes magnétiques de lecture/écriture à couche mince.
La figure 4 représente une vue en coupe à grande échelle du second procédé de fabrication de la couche inférieure 7 du noyau.
La figure 4A, une couche de revêtement comprenant Au ou Cu est formée sur la couche supérieure 6 de l'entrefer comme couche inférieure tampon 18. En figure 4B, une couche de réserve 16 est formée sur la couche inférieure tampon 18, alors que, en figure 4C, une couche de revêtement 17 est formée à partir de la couche inférieure tampon 18 jusqu'à la surface des deux bords latéraux de la couche de réserve 16, formant deux parties en surplomb 17'. Alors, la couche de réserve 16 est supprimée comme représenté en figure 4D.
Dans l'étape suivante représentée en figure 4E, la couche inférieure tampon 18 est supprimée sur une longueur Td, exposant une couche supérieure 6 d'entrefer à l'intérieur de la longueur Td. Etant donné que la couche inférieure tampon 18' à l'intérieur d'une longueur Te est difficilement soumise à un fraisage ionique car elle est recouverte par une partie en surplomb 17' de la couche de revêtement 17, la couche est formée en réduisant progressivement son épaisseur pour la faire passer de 18b à 18a comme représenté dans la figure. Par conséquent, la couche inférieure tampon 18 et la couche supérieure 6 de l'entrefer sont formées suivant une épaisseur approximativement identique. Cela se traduit par un faible risque d'endommagement de la couche supérieure 6 de l'entrefer pendant la suppression de la couche tampon 18 par fraisage ionique.
Enfin, le matériau magnétique doux décrit jusqu'ici en (1) ou (2) est appliqué à la surface située à l'intérieur de Td et Te, et sur la couche de revêtement 17 par un procédé de pulvérisation cathodique, formant des couches inférieures de noyau 7b à l'intérieur de 7d et Te et une couche de matériau magnétique doux 7' sur la couche 17 comme représenté en figure 4F. Alors que l'épaisseur des couches inférieures de noyau 7b est maintenue à une valeur constante Hf à l'intérieur de la longueur Tf, elle est progressivement réduite vers son bord latéral 18a, formant une surface incurvée. Alors, la couche de réserve 17 est enlevée comme représenté en figure 4G et la couche tampon 18' est enlevée du bord latéral 18a des couches inférieures de noyau 7b par fraisage ionique comme représenté en figure 4H, laissant une très petite quantité de la couche tampon 18" sur la couche supérieure 6 de l'entrefer.
Dans l'étape représentée en figure 3 et en figure 4, les couches inférieures du noyau ayant la même configuration sont formées. Cependant, dans l'étape représentée en figure 3G, la couche inférieure 7a du noyau et la couche tampon 15' fonctionnent en couches supérieures de protection situées au-dessus de la couche de l'élément magnétorésistif 1 car une couche tampon 15' en matériau magnétique n'a pas été formée au-dessous de la couche inférieure 7a du noyau. En figure 4, la couche tampon 18 sert comme une partie de la couche supérieure 6 de l'entrefer lorsque la couche tampon 18 reste audessous des couches inférieures 7b du noyau car la couche tampon 18 est constituée d'un matériau amagnétique, la couche tampon 18 allongeant sensiblement la largeur de l'entrefer à la partie de lecture hl. Par conséquent, la couche tampon 18 située au-dessous des couches inférieures 7b du noyau a été éliminée.
La couche inférieure 10 du noyau représentée en figure 1 a une section transversale rectangulaire. Cette couche 10 peut être formée soit par un procédé de pulvérisation cathodique soit par un procédé d'électrodéposition.
I1 est également possible de former les couches inférieures du noyau représentées en figure 3 et en figure 4 en évaporant le matériau magnétique doux.
Selon la présente invention, il n'y a aucun gradin aux deux bords latéraux de la couche inférieure du noyau, ce qui permet de former constamment une couche de spires tout en évitant l'apparition de trous d'épingle, car la fluctuation de l'épaisseur de la couche des matériaux amagnétiques sur la couche inférieure du noyau est faible.
La formation de la couche supérieure du noyau par un procédé de pulvérisation cathodique permet d'étendre la gamme de sélection des matériaux magnétiques doux devant être utilisés pour la couche inférieure du noyau, autorisant aussi l'emploi d'un matériau magnétique doux ayant une grande densité du flux magnétique, une faible force coercitive et une résistance élevée, ce qui permet d'augmenter la fréquence d'enregistrement.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.
Claims (5)
1 - Têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince, dans lesquelles une couche de protection inférieure en matériaux magnétiques (2), une couche inférieure d'entrefer amagnétique (3), une couche d'un élément magnétorésistif (1) et une couche supérieure d'entrefer amagnétique (6) sont laminées de bas en haut, caractérisées en ce que les têtes magnétiques présentent une couche inférieure de noyau (7) en matériau magnétique doux, une couche supérieure de noyau (10) formée sur la couche inférieure de noyau via une couche d'un matériau amagnétique et une couche de spires (9) conférant un champ magnétique aux deux couches du noyau, la couche inférieure du noyau étant formée suivant une épaisseur approximativement uniforme à la partie en regard de la couche supérieure du noyau et ayant son épaisseur qui diminue progressivement dans la direction de ses deux bords latéraux.
2 - Têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince selon la revendication 1, caractérisées en ce que la couche inférieure du noyau et la couche supérieure du noyau sont constituées d'un alliage magnétique doux comprenant Fe comme constituant principal, des éléments des terres rares et une ou deux ou plusieurs sortes d'éléments choisis parmi Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta et W, et 0.
3 - Têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince selon la revendication 1, caractérisées en ce que la couche inférieure du noyau et la couche supérieure du noyau sont constituées d'un matériau magnétique doux contenant Co comme constituant principal et d'une ou de deux ou de plusieurs sortes d'éléments choisis parmi Fe, Ni, Pd, Mn et Al comme constituants majeurs, caractérisées en ce qu'elles comprennent en outre des éléments des terres rares ou une ou deux sortes d'éléments choisis parmi Ti, Zr, Hf,
Nb, Ta, Mo, W ou Y, et 0.
4 - Procédé de fabrication de têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince, ayant une couche inférieure de noyau en matériau magnétique doux, une couche supérieure de noyau formée sur la couche inférieure de noyau via une couche d'un matériau amagnétique et une couche de spires conférant un champ magnétique aux deux couches du noyau, caractérisé en ce que la couche inférieure du noyau est obtenue par les étapes suivantes consistant à former une couche tampon de matériaux magnétiques, former une couche de réserve sur la couche tampon suivant une épaisseur prescrite, former une couche de revêtement sur la couche tampon atteignant les deux bords latéraux de la couche de réserve, éliminer la couche de réserve, former une couche inférieure de noyau par pulvérisation cathodique ou évaporation de matériaux magnétiques doux sur la partie de la couche tampon où la couche de réserve a été éliminée, et
éliminer la couche de revêtement.
5 - Procédé de fabrication de têtes magnétiques de lecture/écriture en combinaison à couche mince, ayant une couche inférieure de noyau en matériau magnétique doux, une couche supérieure de noyau formée sur la couche inférieure de noyau via une couche d'un matériau amagnétique et une couche de spires appliquant un champ magnétique aux deux couches de noyau, caractérisé en ce que la couche inférieure du noyau est formée par les étapes suivantes consistant à . former une couche tampon de matériaux amagnétiques, former une couche de réserve sur la couche tampon suivant une épaisseur prescrite, . former une couche de revêtement sur la couche tampon qui atteint les deux bords latéraux de la couche de réserve, . éliminer la couche de réserve, . éliminer la partie de la couche tampon où la couche de réserve a été éliminée, former une couche inférieure de noyau par pulvérisation cathodique ou évaporation de matériaux magnétiques doux sur la partie où la couche tampon a été éliminée, et éliminer la couche de revêtement.
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