JP2004507013A - 磁気ヘッド - Google Patents
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Abstract
基板（２５）と、該基板上に被着した非磁性シード層（３７）と、該非磁性シード層（３７）上に接触して配置された底部磁気コアー要素（１６）と、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金の層を含む磁性シード層と、磁性シード層（３７）上に接触して配置された頂部磁気コアー要素（１４）とを含む磁気ヘッド。
Description
【０００１】
（発明の背景）
２０００年８月１５日付けで出願した「高抵抗率、高モーメントのスパッタ被着ＦｅＣｏＺｒＴａフィルム」と題する仮特許出願である出願番号第６０／２２５３２９号による優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は磁気ヘッドに係わり、具体的に言うと、本発明は、磁気ヘッドの性能を向上させるために磁気コアーに隣接させた高磁気モーメントおよび高抵抗率の磁性シード層を含む磁気ヘッドの製造に関するものである。
【０００３】
磁気ヘッドは、該磁気ヘッドに対して相対的に動く、ディスクのような、磁気記録媒体に対してデータの磁気的書込みおよび読取りを行うために用いられる。磁気ヘッドは、上部および下部のヨークと磁極を含み、該ヨークと磁極が磁気ヘッドの磁気コアーを形成している。導電体（またはコイル）は磁気記録媒体に対する情報の読取りおよび書込みの両方に使用されるコアーを貫通する。第１シード層が下部ヨークの下側に介挿され、第２シード層が上部ヨークの下側に介挿される。
【０００４】
書込み動作時には、コイルに電流が流れてコアーに磁界が生じる。間隙領域は磁気コアーの２つの磁極端の間の小さな空間を占める。電流がコイルを流れることにより、間隙領域に跨る磁束が生じる。この磁束は、記録媒体上に磁界を与えて磁気転移を生じさせるために使用され、この磁気転移が記録される。
【０００５】
コンピュータ・システムにおいてより速い速度でデータを処理するために、ますます増大する要求が常に存在する。この要求は、より高速、かつ、より高い表面積密度でデータを保存するために、磁気ヘッドおよび記録媒体を含む磁気記録サブシステムに相応の負担を強いる。その結果、磁気ヘッドおよび磁気媒体の製造に使用される材料は、ますます高度な要求に対処することが必要となる。特に、磁気ヘッドの性能はコアー材料および各シード層に使用される材料の磁気特性に影響される。
【０００６】
データ量が増大すると、磁気材料は渦電流およびヒステリシスの悪影響を受ける。渦電流の影響は、経時変化する磁束によりコアーに誘起される電流によって引き起こされる。この望ましくない影響はコアーの加熱を生じ、またその結果として磁気ヘッドのデータ転送速度の低下を生じる。渦電流の悪影響を減少し、また相殺するために、上部コアーの頂部磁極を形成するシード層に用いられる磁気材料は高抵抗率を示さなければならない。しかしながら、磁気ヘッドのシード層部分に用いられれている現在の磁気材料は適当でない。
【０００７】
さらに、磁気記録媒体のますます小さな表面積においてますます多量の情報を処理する要求もますます高まっている。小さな表面積で多量の情報を処理するために、小面積化された表面における磁束密度の大きさを高めなければならない。磁束密度に関するこの高い要求は、磁気材料が高磁気モーメントを示すことを要求する。
【０００８】
さらに、磁気ヘッドのシード層に用いる磁気材料は高い異方性を示さなければならない。例えば、シード層は、容易かつ迅速に磁化および消磁できる能力のような、軟磁気特性を示さなければならない。シード層に用いられる現在の材料は十分な異方性を示さない。
【０００９】
以上の理由で、高抵抗率、高磁気モーメントおよび望ましい異方性を有する改良された磁気ヘッド（特に、改良された磁性シード層）は、当該技術分野における有意義な改良になるだろう。
【００１０】
（発明の概要）
広い意味で、一観点によれば、本発明は磁気ヘッドによって特徴づけられる。磁気ヘッドは、基板と、該基板上に被着した非磁性シード層と、該非磁性シード層上に接触して配置された底部磁気コアー要素と、磁性シード層と、該磁性シード層上に接触して配置された頂部磁気コアー要素と、底部コアー要素の少なくとも一部分と磁性シード層の少なくとも一部分との間に挟まれた間隙とを含む。
【００１１】
各種観点の下で、本発明は、以下の特徴の一つまたはそれ以上を含む。磁性シード層はＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金を含む単一層であってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在し、また磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００１２】
磁性シード層は下層（ａ ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ）と上層（ａ ｔｏｐ ｌａｙｅｒ）を含む二重層構造であってよい。前記下層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれた合金であってよい。下層合金は、厚さ５〜５００オングストロームにすることができる。前記上層は、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａを含む合金であってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層は、厚さ５００〜５０００オングストロームにすることができる。
【００１３】
別の観点によれば、本発明の特徴は、磁気ヘッドの製造方法である。この方法は、非磁性シード層を基板上に被着し、該非磁性シード層上に磁気コアーの底部を形成し、該磁気コアーの底部の少なくとも一部分上に非磁性材料を被着し、磁気ヘッドの間隙を形成する該非磁性材料上に磁性シード層を被着し、該磁性シード層上に磁気コアーの頂部を形成することを含む。
【００１４】
一実施形態として、磁性シード層の被着は、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る単一合金層の被着を含む。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層は、厚さ５００〜５０００オングストロームであってよい。
【００１５】
磁性シード層の被着は、下層と上層を含む二重層構造体の被着を含む。下層合金は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれる。下層合金の厚さは５〜５００オングストロームの範囲であってよい。前記上層合金はＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成るものであってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは、原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは、原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００１６】
磁性シード層の被着は、Ｄｃマグネトロン・スパッタリング法を含む。スパッタリングは、少なくとも５００ワットの出力、少なくとも１０ミリトールのガス圧力、および電流による磁界の下で行われ、５０〜２００エルステッドの範囲の磁界をかけることをさらに含んでよい。
【００１７】
磁性シード層の被着は、温度１００〜５００゜Ｃでの焼鈍後処理も含む。温度の関数である焼鈍後処理の継続時間は、１０分〜１００時間の範囲になるだろう。焼鈍後処理は磁性シード層を磁気ヘッドに被着した後に行なうことができる。
【００１８】
さらに別の観点によれば、本発明は、基板上に被着した非磁性シード層と、該非磁性シード層上に接触して配置された底部磁気コアー要素と、磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段と、該手段上に接触して配置された頂部磁気コアー要素とを含む磁気ヘッドによって特徴づけられる。
【００１９】
一実施形態によれば、磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段は、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金の単一層を有する磁性シード層を含むことができる。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００２０】
他の実施形態では、磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段が、下層と上層を有する磁性シード層を含むことができる。前記下層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ、ＴａＮから成る群から選ばれた合金であってよい。前記下層の厚さは、５〜５００オングストロームの範囲であってよい。前記上層はＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金であってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００２１】
本発明は、以下の利点の一つまたはそれ以上が得られる。磁気ヘッドの磁気コアー構造に隣接する磁性シード層に高抵抗率および高モーメントの磁性材料が存在することにより、渦電流の望ましくない影響が軽減される。その結果、磁気ヘッドは、より高速のデータ速度を取扱うことができる。また、シード層の高モーメント特性により、さらに高密度の記録媒体に対するデータ処理の取扱いが可能になる。磁性シード層に対する焼鈍後処理の付与により、磁性シード層の磁気モーメントがさらに高くなり、磁気ヘッドはより高いデータ速度の取扱いができる。
【００２２】
本発明の一つまたはそれ以上の具体例の詳細が、添付図面および以下の説明に記載されている。本発明のその他の特徴、目的および利点は、以下の説明、図面および特許請求の範囲の記載から明らかになるだろう。
【００２３】
図１は、コアー１３を含む典型的なヘッド１２の平面図であり、コアー１３は上部コアー要素１４と下部コアー要素１６を含む。コイル巻線１８がヘッド１２を通って延在し、上部コアー要素１４と下部コアー要素１６の間に挟まれている。上部コアー要素１４は上部コアー先端２０を含み、下部コアー要素１６は下部コアー先端２２を含む。上部磁極端２０と下部磁極端２２の間に間隙２４が形成されている。通常、この間隙をアルミナが満たす。磁気記録媒体（図示せず）は、該媒体に対する情報の書込みまたは読取りができるように、間隙２４の近くに配置される。
【００２４】
図２は、本発明製造方法の実施におけるヘッド１２の横断面図である。この方法は、基板２５に対する下地被覆３６の被着によって始まる。下地被覆３６は非導電性アルミナ材料であってよく、通常、これはスパッタリング法によって被着される。製造過程で、ヘッド１２と同等の複数のヘッドが基板２５の全面に亘って被着される。しかしながら、本実例の目的の下で、単一ヘッド１２の製造のみが示されている。非磁性シード層３７は、コアー１３の底部用の基礎として機能し得る。パーマロイのような磁気材料の薄膜層が非磁性シード層３７の表面に亘って付与される。この薄膜層は、下部ヨーク１０、下側後部２８、中心部３０の一部を含むコアー１３の底部を形成する。非磁性シード層３７はフォトリトグラフ技術を用いてコアー１３の底部に被着される。次に、コイル巻線１８が絶縁層３８上に配置され、中心部３０のまわりに巻かれる。絶縁層３８はコイル巻線１８を覆うまで盛り上げられる。その後、磁性シード層３９が絶縁層３８上に被着され、パーマロイのような磁気材料から成る一組の追加層を磁性シード層３９の上に被覆することができる。この追加層は、上部ヨーク１１と、上部極要素１４と、後側上部２６と、中心部３０の一部とを含む。これらの追加層は、電着またはスパッタリング法のいずれかを用いて被着され得る。
【００２５】
図３は、絶縁層３８と磁気コアー１３の頂部との間に挟まれた改良磁性シード層３９一具体例を示す。具体例において、磁性シード層３９は下磁性シード層３９ａと、上磁性シード層３９ｂとを含む。下磁性シード層３９ａは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれた合金で形成可能である。下磁性シード層３９ａの厚さは５〜５００オングストロームの範囲であってよい。
【００２６】
上磁性シード層３９ｂは下磁性シード層３９ａの上に被着され、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａをから成る合金であってよい。合金例として、Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。
【００２７】
磁性シード層３９はスパッタリング処理により絶縁層３８の上に被着される。適当なスパッタリング処理は、少なくとも５００ワットの出力、少なくとも１０ミリトールのガス圧力、および電流による磁界の下でのＤｃマグネトロン・スパッタリング法を含む。磁性シード層３９の磁気モーメントのような磁気特性は、焼鈍後処理を適用することによって改善できる。例えば、１００〜５００゜Ｃの温度範囲で、また温度に応じた持続時間（１０分〜１００時間であってよい）で、磁性シード層３９の焼鈍可能である。さらに、材料の磁気モーメントは、この焼鈍後処理の間に５０〜２００エルステッドの磁界をかけることでさらに改善することができる。
【００２８】
他の例では、磁性シード層３９は、前に述べたものと同じ合金（Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る）で形成される単一層のみで形成することができる。しかしながら、二重層である磁性シード層３９は単一層である磁性シード層に比べて高い磁気モーメントを示すだろう。磁気モーメントの高いシード層を備えた磁気ヘッドは、磁気モーメントの低いシード層を備えたヘッドよりも速いデータ速度でデータを処理することができる。
【００２９】
本発明の磁性シード層で示される時期特性によれば、高データ速度かつ高密度用途で磁気ヘッドを作動させることができる。ここで、高データ速度かつ高密度用途とは、例えば、データの迅速アクセスを必要とし、かつデータ保存に割増金を要するであろう電気通信またはネットワーク環境での使用である。
【００３０】
図４に示されるように、ヒステリシス曲線のグラフ４０はＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁性シード層の改善された異方性を示している。Ｈ軸は、コアーを通る電流によって生じる、磁性シード層に現れる磁力をエルステッド単位で表す。Ｂ軸は、磁力Ｈの結果として磁性シード層により作られる磁束をナノウェーバ単位で表す。ヒストリシス・ループ４２の脚部分の間の狭い幅４１で示されるように、磁性シード層は低い保磁力を示す。低い保磁力は、磁気材料を容易に磁化および消磁できるようにする軟磁気特性を有する磁気材料の特徴である。この結果、磁性シード層は迅速データ速度でのデータ処理を可能にする。
【００３１】
図５は、ＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁性シード層を追加することで磁気ヘッドの磁気モーメントＢｓが改善される様子を示す性能グラフ５０を示す。磁性シード層が珪素等の基板上に被着され、焼鈍後処理のない場合、磁気モーメントＢｓ５２は約２０．５３ｋＧである。磁気モーメントＢｓ５４は、焼鈍後処理の後に高められた磁気モーメントＢｓ値である約２１．０２ｋＧで示されるように改善される。
【００３２】
磁気材料の磁気モーメントＢｓを劇的に高めるために、二重磁性シード層を用いることができる。先に説明したように、二重シード層は、下シード層３９ａと上シード層３９ｂを用いて製造される。二重シード層構造の結果、磁気モーメントＢｓ５６は２１．７５ｋＧまで高められる。前に説明したとおり、下シード層３９ａは厚さ約４５オングストロームのＮｉＦｅ層で形成することができる。さらに、磁気モーメントＢｓはシード層に焼鈍後処理を行うことでさらに高めることができる。図示のとおり、磁気モーメントＢｓ５８は被着のままである２１．７５ｋＧから、焼鈍後処理を行なった後の２２．２４ｋＧまで高まることが経験されている。
【００３３】
図６は幾つかの在来磁気材料の磁気モーメントＢｓに与える焼鈍後処理の影響を示す比較グラフ６０である。これらの磁気材料は、焼鈍後処理を行ったときに約２％の磁気モーメントＢｓの低下を示す。例えば、Ｆｅ６０Ｃｏ４０の磁気モーメントＢｓは、焼鈍後処理を行なった後に２２．７２ｋＧまで低下する。対照的に、図５を見ると、ＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁気材料の磁気モーメントＢｓ（５２，５４，および５６，５８）が、焼鈍後処理を行なった後に増大する。ＦｅＣｏＺｒＴａを含む磁性シード層で示される磁気モーメントＢｓの増大は、磁気ヘッドが一層高い磁束密度を発生できるようにする。
【００３４】
図７の表７０は、磁気ヘッドの製造に使用される周知の各種高モーメント材料の幾つかの磁気特性を比較している。図示のとおり、ＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁性シード層を含む磁気ヘッドは全体として改善された磁気特性を示す。
【００３５】
例えば、高磁束密度を発生するために、磁気ヘッドは高磁気モーメントＢｓを有しなければならない。表に示されるように、ＦｅＣｏＺｒＴａの磁気モーメントＢｓは列挙した磁気材料の範囲内にある。それは、Ｆｅ６０Ｃｏ４０よりは僅かに低いが、Ｎｉ４５Ｆｅ５５よりも僅かに高い。しかしながら、図５に示されるように、焼鈍後処理を行なった場合、ＦｅＣｏＺｒＴａは磁気モーメントＢｓが高くなる。対照的に、表７の他の磁気材料は、焼鈍後処理を行なった後に磁気モーメントＢｓの低下を示す。例えば、図６を見ると、ＣｏＮｉＦｅの磁気モーメントＢｓは、焼鈍後処理を行なった後に２２．９０ｋＧから２２．５９ｋＧに低下している。
【００３６】
磁気材料の保磁力はＨｃ＿ｅで表される。例えば、ＦｅＣｏＺｒＴａは４．２エルステッドの値を有し、この値は３４．１エルステッドの値を有するＣｏＮｉＦｅのような従来の他の磁気材料よりも十分に低い。低い保磁度Ｈｃ＿ｅを有する磁性シード層は高軟磁気特性を示し、磁気ヘッドによる迅速磁化および消磁（高データ速度用において必須である）を可能にする。
【００３７】
ヘッドに使用される磁気材料は、時間で変化する磁束によって生じる渦電流を最小限にする傾向のある高抵抗率Ｒｈｏによっても特徴づけられるべきである。ＦｅＣｏＺｒＴａから成る材料は、表に示されるように、表に列挙された他の材料に比べて十分に高い１２３オームという抵抗率Ｒｈｏによって特徴づけられる。
【００３８】
従来の磁性シード層と異なり、ＦｅＣｏＺｒＴａから成るシード層は高抵抗率、軟磁気特性、良好な温度安定性、および高飽和磁気モーメントによって特徴づけられる。これらの特徴は、シード層を迅速データ速度、高密度用として魅力あるものとする。
【００３９】
多数の本発明例について説明した。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変更が可能であることを理解できるだろう。例えば、磁性シード層３９に用いるＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁気材料を非磁性シード層３７の代替材として用いることもできる。したがって、その他の例は、特許請求の範囲に記載された各請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】在来磁気ヘッドの平面図。
【図２】本発明による磁気ヘッドの横断面図。
【図３】本発明による磁性シード層の横断面図。
【図４】本発明による磁性シード層のヒステリシス曲線を示すグラフ。
【図５】単一層である磁性シード層と二重層である磁性シード層との性能比較と、焼鈍後処理の影響を含むグラフ。
【図６】幾つかの高磁気モーメント材料の磁気モーメントに対する焼鈍後処理の影響を示すグラフ。
【図７】各種高磁気モーメント材料の磁気特性を比較する表。
（発明の背景）
２０００年８月１５日付けで出願した「高抵抗率、高モーメントのスパッタ被着ＦｅＣｏＺｒＴａフィルム」と題する仮特許出願である出願番号第６０／２２５３２９号による優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は磁気ヘッドに係わり、具体的に言うと、本発明は、磁気ヘッドの性能を向上させるために磁気コアーに隣接させた高磁気モーメントおよび高抵抗率の磁性シード層を含む磁気ヘッドの製造に関するものである。
【０００３】
磁気ヘッドは、該磁気ヘッドに対して相対的に動く、ディスクのような、磁気記録媒体に対してデータの磁気的書込みおよび読取りを行うために用いられる。磁気ヘッドは、上部および下部のヨークと磁極を含み、該ヨークと磁極が磁気ヘッドの磁気コアーを形成している。導電体（またはコイル）は磁気記録媒体に対する情報の読取りおよび書込みの両方に使用されるコアーを貫通する。第１シード層が下部ヨークの下側に介挿され、第２シード層が上部ヨークの下側に介挿される。
【０００４】
書込み動作時には、コイルに電流が流れてコアーに磁界が生じる。間隙領域は磁気コアーの２つの磁極端の間の小さな空間を占める。電流がコイルを流れることにより、間隙領域に跨る磁束が生じる。この磁束は、記録媒体上に磁界を与えて磁気転移を生じさせるために使用され、この磁気転移が記録される。
【０００５】
コンピュータ・システムにおいてより速い速度でデータを処理するために、ますます増大する要求が常に存在する。この要求は、より高速、かつ、より高い表面積密度でデータを保存するために、磁気ヘッドおよび記録媒体を含む磁気記録サブシステムに相応の負担を強いる。その結果、磁気ヘッドおよび磁気媒体の製造に使用される材料は、ますます高度な要求に対処することが必要となる。特に、磁気ヘッドの性能はコアー材料および各シード層に使用される材料の磁気特性に影響される。
【０００６】
データ量が増大すると、磁気材料は渦電流およびヒステリシスの悪影響を受ける。渦電流の影響は、経時変化する磁束によりコアーに誘起される電流によって引き起こされる。この望ましくない影響はコアーの加熱を生じ、またその結果として磁気ヘッドのデータ転送速度の低下を生じる。渦電流の悪影響を減少し、また相殺するために、上部コアーの頂部磁極を形成するシード層に用いられる磁気材料は高抵抗率を示さなければならない。しかしながら、磁気ヘッドのシード層部分に用いられれている現在の磁気材料は適当でない。
【０００７】
さらに、磁気記録媒体のますます小さな表面積においてますます多量の情報を処理する要求もますます高まっている。小さな表面積で多量の情報を処理するために、小面積化された表面における磁束密度の大きさを高めなければならない。磁束密度に関するこの高い要求は、磁気材料が高磁気モーメントを示すことを要求する。
【０００８】
さらに、磁気ヘッドのシード層に用いる磁気材料は高い異方性を示さなければならない。例えば、シード層は、容易かつ迅速に磁化および消磁できる能力のような、軟磁気特性を示さなければならない。シード層に用いられる現在の材料は十分な異方性を示さない。
【０００９】
以上の理由で、高抵抗率、高磁気モーメントおよび望ましい異方性を有する改良された磁気ヘッド（特に、改良された磁性シード層）は、当該技術分野における有意義な改良になるだろう。
【００１０】
（発明の概要）
広い意味で、一観点によれば、本発明は磁気ヘッドによって特徴づけられる。磁気ヘッドは、基板と、該基板上に被着した非磁性シード層と、該非磁性シード層上に接触して配置された底部磁気コアー要素と、磁性シード層と、該磁性シード層上に接触して配置された頂部磁気コアー要素と、底部コアー要素の少なくとも一部分と磁性シード層の少なくとも一部分との間に挟まれた間隙とを含む。
【００１１】
各種観点の下で、本発明は、以下の特徴の一つまたはそれ以上を含む。磁性シード層はＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金を含む単一層であってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在し、また磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００１２】
磁性シード層は下層（ａ ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ）と上層（ａ ｔｏｐ ｌａｙｅｒ）を含む二重層構造であってよい。前記下層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれた合金であってよい。下層合金は、厚さ５〜５００オングストロームにすることができる。前記上層は、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａを含む合金であってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層は、厚さ５００〜５０００オングストロームにすることができる。
【００１３】
別の観点によれば、本発明の特徴は、磁気ヘッドの製造方法である。この方法は、非磁性シード層を基板上に被着し、該非磁性シード層上に磁気コアーの底部を形成し、該磁気コアーの底部の少なくとも一部分上に非磁性材料を被着し、磁気ヘッドの間隙を形成する該非磁性材料上に磁性シード層を被着し、該磁性シード層上に磁気コアーの頂部を形成することを含む。
【００１４】
一実施形態として、磁性シード層の被着は、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る単一合金層の被着を含む。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層は、厚さ５００〜５０００オングストロームであってよい。
【００１５】
磁性シード層の被着は、下層と上層を含む二重層構造体の被着を含む。下層合金は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれる。下層合金の厚さは５〜５００オングストロームの範囲であってよい。前記上層合金はＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成るものであってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは、原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは、原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００１６】
磁性シード層の被着は、Ｄｃマグネトロン・スパッタリング法を含む。スパッタリングは、少なくとも５００ワットの出力、少なくとも１０ミリトールのガス圧力、および電流による磁界の下で行われ、５０〜２００エルステッドの範囲の磁界をかけることをさらに含んでよい。
【００１７】
磁性シード層の被着は、温度１００〜５００゜Ｃでの焼鈍後処理も含む。温度の関数である焼鈍後処理の継続時間は、１０分〜１００時間の範囲になるだろう。焼鈍後処理は磁性シード層を磁気ヘッドに被着した後に行なうことができる。
【００１８】
さらに別の観点によれば、本発明は、基板上に被着した非磁性シード層と、該非磁性シード層上に接触して配置された底部磁気コアー要素と、磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段と、該手段上に接触して配置された頂部磁気コアー要素とを含む磁気ヘッドによって特徴づけられる。
【００１９】
一実施形態によれば、磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段は、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金の単一層を有する磁性シード層を含むことができる。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００２０】
他の実施形態では、磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段が、下層と上層を有する磁性シード層を含むことができる。前記下層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ、ＴａＮから成る群から選ばれた合金であってよい。前記下層の厚さは、５〜５００オングストロームの範囲であってよい。前記上層はＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金であってよい。Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。磁性シード層の厚さは５００〜５０００オングストロームの範囲であってよい。
【００２１】
本発明は、以下の利点の一つまたはそれ以上が得られる。磁気ヘッドの磁気コアー構造に隣接する磁性シード層に高抵抗率および高モーメントの磁性材料が存在することにより、渦電流の望ましくない影響が軽減される。その結果、磁気ヘッドは、より高速のデータ速度を取扱うことができる。また、シード層の高モーメント特性により、さらに高密度の記録媒体に対するデータ処理の取扱いが可能になる。磁性シード層に対する焼鈍後処理の付与により、磁性シード層の磁気モーメントがさらに高くなり、磁気ヘッドはより高いデータ速度の取扱いができる。
【００２２】
本発明の一つまたはそれ以上の具体例の詳細が、添付図面および以下の説明に記載されている。本発明のその他の特徴、目的および利点は、以下の説明、図面および特許請求の範囲の記載から明らかになるだろう。
【００２３】
図１は、コアー１３を含む典型的なヘッド１２の平面図であり、コアー１３は上部コアー要素１４と下部コアー要素１６を含む。コイル巻線１８がヘッド１２を通って延在し、上部コアー要素１４と下部コアー要素１６の間に挟まれている。上部コアー要素１４は上部コアー先端２０を含み、下部コアー要素１６は下部コアー先端２２を含む。上部磁極端２０と下部磁極端２２の間に間隙２４が形成されている。通常、この間隙をアルミナが満たす。磁気記録媒体（図示せず）は、該媒体に対する情報の書込みまたは読取りができるように、間隙２４の近くに配置される。
【００２４】
図２は、本発明製造方法の実施におけるヘッド１２の横断面図である。この方法は、基板２５に対する下地被覆３６の被着によって始まる。下地被覆３６は非導電性アルミナ材料であってよく、通常、これはスパッタリング法によって被着される。製造過程で、ヘッド１２と同等の複数のヘッドが基板２５の全面に亘って被着される。しかしながら、本実例の目的の下で、単一ヘッド１２の製造のみが示されている。非磁性シード層３７は、コアー１３の底部用の基礎として機能し得る。パーマロイのような磁気材料の薄膜層が非磁性シード層３７の表面に亘って付与される。この薄膜層は、下部ヨーク１０、下側後部２８、中心部３０の一部を含むコアー１３の底部を形成する。非磁性シード層３７はフォトリトグラフ技術を用いてコアー１３の底部に被着される。次に、コイル巻線１８が絶縁層３８上に配置され、中心部３０のまわりに巻かれる。絶縁層３８はコイル巻線１８を覆うまで盛り上げられる。その後、磁性シード層３９が絶縁層３８上に被着され、パーマロイのような磁気材料から成る一組の追加層を磁性シード層３９の上に被覆することができる。この追加層は、上部ヨーク１１と、上部極要素１４と、後側上部２６と、中心部３０の一部とを含む。これらの追加層は、電着またはスパッタリング法のいずれかを用いて被着され得る。
【００２５】
図３は、絶縁層３８と磁気コアー１３の頂部との間に挟まれた改良磁性シード層３９一具体例を示す。具体例において、磁性シード層３９は下磁性シード層３９ａと、上磁性シード層３９ｂとを含む。下磁性シード層３９ａは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれた合金で形成可能である。下磁性シード層３９ａの厚さは５〜５００オングストロームの範囲であってよい。
【００２６】
上磁性シード層３９ｂは下磁性シード層３９ａの上に被着され、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａをから成る合金であってよい。合金例として、Ｆｅは原子百分率５０〜８０の範囲で存在可能であり、Ｃｏは原子百分率２０〜５０の範囲で存在可能であり、Ｚｒは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能であり、Ｔａは原子百分率１〜１０の範囲で存在可能である。
【００２７】
磁性シード層３９はスパッタリング処理により絶縁層３８の上に被着される。適当なスパッタリング処理は、少なくとも５００ワットの出力、少なくとも１０ミリトールのガス圧力、および電流による磁界の下でのＤｃマグネトロン・スパッタリング法を含む。磁性シード層３９の磁気モーメントのような磁気特性は、焼鈍後処理を適用することによって改善できる。例えば、１００〜５００゜Ｃの温度範囲で、また温度に応じた持続時間（１０分〜１００時間であってよい）で、磁性シード層３９の焼鈍可能である。さらに、材料の磁気モーメントは、この焼鈍後処理の間に５０〜２００エルステッドの磁界をかけることでさらに改善することができる。
【００２８】
他の例では、磁性シード層３９は、前に述べたものと同じ合金（Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る）で形成される単一層のみで形成することができる。しかしながら、二重層である磁性シード層３９は単一層である磁性シード層に比べて高い磁気モーメントを示すだろう。磁気モーメントの高いシード層を備えた磁気ヘッドは、磁気モーメントの低いシード層を備えたヘッドよりも速いデータ速度でデータを処理することができる。
【００２９】
本発明の磁性シード層で示される時期特性によれば、高データ速度かつ高密度用途で磁気ヘッドを作動させることができる。ここで、高データ速度かつ高密度用途とは、例えば、データの迅速アクセスを必要とし、かつデータ保存に割増金を要するであろう電気通信またはネットワーク環境での使用である。
【００３０】
図４に示されるように、ヒステリシス曲線のグラフ４０はＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁性シード層の改善された異方性を示している。Ｈ軸は、コアーを通る電流によって生じる、磁性シード層に現れる磁力をエルステッド単位で表す。Ｂ軸は、磁力Ｈの結果として磁性シード層により作られる磁束をナノウェーバ単位で表す。ヒストリシス・ループ４２の脚部分の間の狭い幅４１で示されるように、磁性シード層は低い保磁力を示す。低い保磁力は、磁気材料を容易に磁化および消磁できるようにする軟磁気特性を有する磁気材料の特徴である。この結果、磁性シード層は迅速データ速度でのデータ処理を可能にする。
【００３１】
図５は、ＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁性シード層を追加することで磁気ヘッドの磁気モーメントＢｓが改善される様子を示す性能グラフ５０を示す。磁性シード層が珪素等の基板上に被着され、焼鈍後処理のない場合、磁気モーメントＢｓ５２は約２０．５３ｋＧである。磁気モーメントＢｓ５４は、焼鈍後処理の後に高められた磁気モーメントＢｓ値である約２１．０２ｋＧで示されるように改善される。
【００３２】
磁気材料の磁気モーメントＢｓを劇的に高めるために、二重磁性シード層を用いることができる。先に説明したように、二重シード層は、下シード層３９ａと上シード層３９ｂを用いて製造される。二重シード層構造の結果、磁気モーメントＢｓ５６は２１．７５ｋＧまで高められる。前に説明したとおり、下シード層３９ａは厚さ約４５オングストロームのＮｉＦｅ層で形成することができる。さらに、磁気モーメントＢｓはシード層に焼鈍後処理を行うことでさらに高めることができる。図示のとおり、磁気モーメントＢｓ５８は被着のままである２１．７５ｋＧから、焼鈍後処理を行なった後の２２．２４ｋＧまで高まることが経験されている。
【００３３】
図６は幾つかの在来磁気材料の磁気モーメントＢｓに与える焼鈍後処理の影響を示す比較グラフ６０である。これらの磁気材料は、焼鈍後処理を行ったときに約２％の磁気モーメントＢｓの低下を示す。例えば、Ｆｅ６０Ｃｏ４０の磁気モーメントＢｓは、焼鈍後処理を行なった後に２２．７２ｋＧまで低下する。対照的に、図５を見ると、ＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁気材料の磁気モーメントＢｓ（５２，５４，および５６，５８）が、焼鈍後処理を行なった後に増大する。ＦｅＣｏＺｒＴａを含む磁性シード層で示される磁気モーメントＢｓの増大は、磁気ヘッドが一層高い磁束密度を発生できるようにする。
【００３４】
図７の表７０は、磁気ヘッドの製造に使用される周知の各種高モーメント材料の幾つかの磁気特性を比較している。図示のとおり、ＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁性シード層を含む磁気ヘッドは全体として改善された磁気特性を示す。
【００３５】
例えば、高磁束密度を発生するために、磁気ヘッドは高磁気モーメントＢｓを有しなければならない。表に示されるように、ＦｅＣｏＺｒＴａの磁気モーメントＢｓは列挙した磁気材料の範囲内にある。それは、Ｆｅ６０Ｃｏ４０よりは僅かに低いが、Ｎｉ４５Ｆｅ５５よりも僅かに高い。しかしながら、図５に示されるように、焼鈍後処理を行なった場合、ＦｅＣｏＺｒＴａは磁気モーメントＢｓが高くなる。対照的に、表７の他の磁気材料は、焼鈍後処理を行なった後に磁気モーメントＢｓの低下を示す。例えば、図６を見ると、ＣｏＮｉＦｅの磁気モーメントＢｓは、焼鈍後処理を行なった後に２２．９０ｋＧから２２．５９ｋＧに低下している。
【００３６】
磁気材料の保磁力はＨｃ＿ｅで表される。例えば、ＦｅＣｏＺｒＴａは４．２エルステッドの値を有し、この値は３４．１エルステッドの値を有するＣｏＮｉＦｅのような従来の他の磁気材料よりも十分に低い。低い保磁度Ｈｃ＿ｅを有する磁性シード層は高軟磁気特性を示し、磁気ヘッドによる迅速磁化および消磁（高データ速度用において必須である）を可能にする。
【００３７】
ヘッドに使用される磁気材料は、時間で変化する磁束によって生じる渦電流を最小限にする傾向のある高抵抗率Ｒｈｏによっても特徴づけられるべきである。ＦｅＣｏＺｒＴａから成る材料は、表に示されるように、表に列挙された他の材料に比べて十分に高い１２３オームという抵抗率Ｒｈｏによって特徴づけられる。
【００３８】
従来の磁性シード層と異なり、ＦｅＣｏＺｒＴａから成るシード層は高抵抗率、軟磁気特性、良好な温度安定性、および高飽和磁気モーメントによって特徴づけられる。これらの特徴は、シード層を迅速データ速度、高密度用として魅力あるものとする。
【００３９】
多数の本発明例について説明した。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変更が可能であることを理解できるだろう。例えば、磁性シード層３９に用いるＦｅＣｏＺｒＴａから成る磁気材料を非磁性シード層３７の代替材として用いることもできる。したがって、その他の例は、特許請求の範囲に記載された各請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】在来磁気ヘッドの平面図。
【図２】本発明による磁気ヘッドの横断面図。
【図３】本発明による磁性シード層の横断面図。
【図４】本発明による磁性シード層のヒステリシス曲線を示すグラフ。
【図５】単一層である磁性シード層と二重層である磁性シード層との性能比較と、焼鈍後処理の影響を含むグラフ。
【図６】幾つかの高磁気モーメント材料の磁気モーメントに対する焼鈍後処理の影響を示すグラフ。
【図７】各種高磁気モーメント材料の磁気特性を比較する表。
Claims (36)
- 基板と、
前記基板上に被着した非磁性シード層と、
前記非磁性シード層上に接触して配置された底部磁気コアー要素と、
磁性シード層と、
前記磁性シード層上に接触して配置された頂部磁気コアー要素とを含む磁気ヘッド。 - 前記磁性シード層が、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金を含む単一層である請求項１に記載された磁気ヘッド。
- Ｆｅが原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏが原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒが原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａが原子百分率１〜１０の範囲で存在する請求項２に記載された磁気ヘッド。
- 磁性シード層の厚さが５００〜５０００オングストロームの範囲である請求項２に記載された磁気ヘッド。
- 磁性シード層が下層と上層を含む二重層である請求項１に記載された磁気ヘッド。
- 前記下層がＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ、ＴａＮから成る群から選ばれた合金である請求項５に記載された磁気ヘッド。
- 前記下層の厚さが５〜５００オングストロームの範囲である請求項６に記載された磁気ヘッド。
- 前記上層がＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金である請求項５に記載された磁気ヘッド。
- Ｆｅが原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏが原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒが原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａが原子百分率１〜１０の範囲で存在する請求項８に記載された磁気ヘッド。
- 磁性シード層の厚さが５００〜５０００オングストロームの範囲である請求項５に記載された磁気ヘッド。
- 非磁性シード層を基板上に被着し、
前記非磁性シード層上に磁気コアーの底部を形成し、
前記磁気コアーの底部の少なくとも一部分上に非磁性材料を被着し、
前記非磁性材料上に磁性シード層を被着し、
前記磁性シード層上に磁気コアーの頂部を形成することを含む磁気ヘッドの製造方法。 - 前記磁性シード層がＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金を含む単一層である請求項１１に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- Ｆｅが原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏが原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒが原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａが原子百分率１〜１０の範囲で存在する請求項１２に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 磁性シード層の厚さが５００〜５０００オングストロームの範囲である請求項１２に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 磁性シード層が、上層が被着された下層を含む請求項１１に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 前記下層が、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＴａおよびＴａＮから成る群から選ばれた合金である請求項１５に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 前記下層の厚さが５〜５００オングストロームの範囲である請求項１６に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 前記上層がＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金である請求項１５に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- Ｆｅが原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏが原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒが原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａが原子百分率１〜１０の範囲で存在する請求項１８に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 磁性シード層の厚さが５００〜５０００オングストロームの範囲である請求項１５に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 磁性シード層がＤｃマグネトロン・スパッタリング法で被着される請求項１１に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 少なくとも５００ワットの出力、少なくとも１０ミリトールのガス圧力、および電流による磁界の下でスパッタリングが行われる請求項２１に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- ５０〜２００エルステッドの範囲の磁界をかけることをさらに含む請求項２２に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 磁性シード層を焼鈍することをさらに含む請求項１１に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 時間を持続して１００〜５００゜Ｃの温度範囲で焼鈍が行われる請求項２４に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 磁性シード層を被着した後、焼鈍が行われる請求項２５に記載された磁気ヘッドの製造方法。
- 基板と、
前記基板上に被着された非磁性シード層と、
前記非磁性シード層上に接触して配置された底部磁気コアー要素と、
磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める手段と、
前記手段上に接触して配置された頂部磁気コアー要素とを含む磁気ヘッド。 - 磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める前記手段が、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金の単一層を有する磁性シード層を含む請求項２７に記載された磁気ヘッド。
- Ｆｅが原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏが原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒが原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａが原子百分率１〜１０の範囲で存在する請求項２８に記載された磁気ヘッド。
- 磁性シード層の厚さが５００〜５０００オングストロームの範囲である請求項２８に記載された磁気ヘッド。
- 磁気ヘッドの磁気モーメントおよび抵抗率を高める前記手段が、下層と上層を有する磁性シード層を含む請求項２７に記載された磁気ヘッド。
- 前記下層が、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ、ＴａＮから成る群から選ばれた合金である請求項３１に記載された磁気ヘッド。
- 前記下層の厚さが５〜５００オングストロームの範囲である請求項３１に記載された磁気ヘッド。
- 前記上層がＦｅ、Ｃｏ、ＺｒおよびＴａから成る合金である請求項３１に記載された磁気ヘッド。
- Ｆｅが原子百分率５０〜８０の範囲で存在し、Ｃｏが原子百分率２０〜５０の範囲で存在し、Ｚｒが原子百分率１〜１０の範囲で存在し、Ｔａが原子百分率１〜１０の範囲で存在する請求項３４に記載された磁気ヘッド。
- 磁性シード層の厚さが５００〜５０００オングストロームの範囲である請求項３１に記載された磁気ヘッド。
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