KR20020042647A - 내마모성 판독 헤드 - Google Patents

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Abstract

자기 광학 효과를 지닌 1개 이상의 자기 박층 (11), 층 (9) 의 마모 계수보다 작은 소정의 마모 계수를 가진 1 개 이상의 비자성 재료 층 (10), 및 자기 회로를 폐쇄하기 위한 우수한 투자율을 가진 층 (9) 을 갖는 다층구조체 (9 내지 11) 를 가진 자기 광학 트랜스듀서를 구비하는 자기 광학 판독 헤드를 개시한다. 우수한 투자율을 가진 층은 우수한 투자율을 가진 자성 재료로 제조되는 제 1 서브층 (91, 93) 과, 비자성 재료로 제조되는 상기 층 (10) 의 상기 마모 계수와 실질적으로 동일한 마모 계수를 가진 재료로 제조되는 제 2 서브층 (92, 94) 을 교대로 구비하고 있다.

Description

내마모성 판독 헤드{ANTI-ABRASIVE READING HEAD}
자기 매체를 판독하기 위하여, 공지된 형태의 자기 광학 헤드는 패러데이 효과 및/또는 커 (Kerr) 효과를 이용한다. 이들 효과로는 가넷 (garnet) 과 같은 자기 광학 재료를, 자기 매체에 의해 발생되는 자속에 의해 자기화하는 것, 및 편광의 영향을 받는 회전 파워에 의해 이 자기화를 검출하는 것이 있다.
이용되는 물리적 원리는 커 회전 또는 패러데이 회전으로 공지되어 있는 자기 광학 효과이다. 이러한 효과에서는, 자기 광학 매체로부터 반사되거나, 자기 광학 매체를 통과하는 전자기파의 편광상태를 변형시킨다. 이러한 상태는 매체의 자기 방향에 의존한다. 이러한 종류의 재료로 판독 폴 (pole) 을 제조함으로써, 이 재료로부터 반사되는 레이저 빔의 편광을 자기 매체에 의해 유도되는 자기 변화에 의해 변경시킨다. 다음, 이러한 변조를 광 강도의 변화로 변형한 후, 광검출기를 이용하여 그 광 강도의 변화를 측정하여, 자기 매체상에 기록되는 정보를 재구성한다. 따라서, 그 자기 정보를 더 이상 전류로 전달하지 않고 전자기파로 전달한다.
이러한 형태의 판독 헤드는 프랑스 특허번호 제 2 656 723 호에 개시되어 있다. 도 1은 이러한 헤드의 일 실시형태의 개략도이다.
이것은 예를 들면, 수 마이크론에 이를 수 있는 두께를 갖고, 우수한 투자율을 가진 자성 재료의 층 (9) 을 구비한다.
그 층 (9) 상에, 예를 들면, 50 nm 내지 3000 nm, 통상 약 300 nm의 두께를 갖는 비자성 재료의 층 (10), 및 자기 광학 효과 (예를 들면, 커 효과) 를 가진 층을 형성하는 자성 재료의 박층 (11) 이 형성된다. 이 층 (11) 의 두께는 예를 들면, 약 10 내지 200 nm이다. 비스듬한 입사광학 빔 (12) 은 층 (11) 상에 도달하며, 층 (11) 은 빔 (13) 을 반사시킨다. 이 층 (9 내지 11) 들의 면들중 하나를, 예를 들면, 그 주면과 직교하게 연마한 후, 이러한 방법으로 연마된 주면에, 판독할 자기테이프 (14) 를 피복한다.
도 1의 헤드는 단일 층 증착공정으로 쉽게 형성할 수 있지만, 다중 트랙 판독 헤드를 형성하기 위해, 그 증착층을 반드시 에칭할 필요는 없다.
도 2는 본 발명에 따른 판독 헤드를 구비하는 다중트랙 자기 광학 판독 시스템 (20) 을 나타낸다. 다중트랙 기록을 판독하기 위하여 커 효과 헤드를 사용하는 주요 이점은, 활성화 판독의 원리로 인하여, 판독할 테이프의 저속 재생의 단점이 없는 것이다. 커 효과 헤드 (21) 의 상류에서, 시스템 (20) 은 점 광원 (22), 바람직하게는, 레이저 다이오드, 조준 대물렌즈 (23), 광빔의 편광이 판독할 테이프 (25) 의 이동 방향과 직교하게 편광판을 통과하도록 기능하는 편광판을 포함하는 장치 (24), 및 테이프 (25) 의 이동 방향과 직교한 선을 따라 대물렌즈 (23) 에 의해 조준되는 빔을 포커싱하도록 배향되는 원통 렌즈 (26) 를 구비한다.
헤드 (21) 는 상세한 설명에서 설명한 바와 같이, 커 효과 센서, 및 필요에 따라, 광학 반사기를 구비한다.
헤드 (21) 의 하류에서, 시스템 (20) 은 광학 화상 장치 (27), 분석기, 및 필요에 따라, 위상 보상기를 구비하는 장치 (28), 및 활성화 영역이 광학 시스템에 의해 커 효과 헤드상에 조사되는 라인의 광학적 컨쥬게이트인 선형 광학 센서 (29) 를 구비한다. 이 광학 센서는 예를 들면, CCD 선형 어레이를 구비한다. 통상, 시스템 (20) 의 하류 부분의 배율은 약 1 이기 때문에, 일체형 광학장치로 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 3은 판독 빔의 파장에 투과적인 재료로 제조되는 프리즘 (35) 상에 도 1의 다양한 층을 형성한 본 발명에 따른 자기 광학 판독 헤드의 일 실시형태를 도시한 것이다. 이러한 재료를, 예를 들면, GGG (갈리도늄 갈륨 가넷; galidonium gallium garnet) 로 형성한다. 이러한 프리즘의 여러 면들 (30 내지 33) 은 판독빔 (12) 이 프리즘내에서 반사함이 없이 투과하여, 판독할 자기 테이프 (14) 의 판독 영역 근처에서, 헤드의 자기 광학 층 (11) 을 지지하는 면 (32) 상에서 반사하도록, 배향된다. 출사면 (33; exit face) 은, 빔 (13) 이 프리즘으로부터의 반사없이 출사하도록, 배향된다. 이들 면 (30 내지 33) 은, 예를 들면, SiO2로 제조되는 반-반사성 (anti-reflective) 재료의 층으로 피복할 수도 있다.
도 1의 동일한 부재번호를 가진 층들에 대응하는 층 (9, 10, 11) 들이 프리즘의 면 (32) 상에, 형성된다.
이러한 공지된 형태의 자기 헤드에서는, 자기 광학 층 (11) 을 센더스트 (FexSiyAlz) 로 제조하고, 에어갭 층 (10) 을 Si3N4또는 Al2O3으로 제조하고, 자기층 (9) 을 센더스트로 제조한다.
예로서, 현재, 자기 광학 판독 헤드는 다음과 같은 재료의 적층체로 구성할 수 있다.
판독폴로서 기능하고 두께가 30nm인 센더스트 층 (11),
두께가 180nm인 실리콘 질화물층, 및
두께가 50nm인 구리층
자기 및 광학적 에어갭 층 (10) 으로서 기능하는 이들 2개의 층은 다음과 같다.
두께가 1㎛이고, 자속을 속박할 수 있고 자기 차폐로 기능하는 센더스트 층 (9),
어셈블리를 보호하도록 설치되며, 두께가 2㎛이고, 알루미나 또는 Si3N4또는 임의의 다른 경질의 비자성 재료로 제조되는 층.
이 모든 것은 가넷 기판상에 증착된다.
이들 재료는 매우 상이한 성질을 가져, 상이한 기계적 특성을 지닌다. 따라서, 경질 재료 (가넷, Si3N4, Al2O3) 의 결합, 및 연성 재료 (센더스트, 구리) 의 결합을 가질 수 있다. 매우 상이한 경도를 가진 재료들의 이러한 구성은 소자의 동작 수명의 관점에서 매우 큰 단점이다. 이는, 테이프와의 접촉시, 덜단단한 재료들에서 약 100nm 의 오목부로 나타나는, 경질 및 연성 재료들 사이의 상이한 마모 현상이 관찰되고, 이들 오목부가 층 (9) 에 주로 위치하고 있기 때문이다 (도 4a를 참조). 이 마모는 도 4a 및 4b에 도시되어 있다. 층 (9) 은, 층 (9) 보다 큰 경도를 갖는 층 (10b) 으로 덮여 있는 경우, 도 4b에 도시한 종류의 마모가 발생할 수도 있다. 의도되는 애플리케이션에 따라서는, 5000 시간 내지 30000 시간의 동작시간을 갖는 것이 바람직하지만, 단지 수 백 시간을 사용하여도 이러한 마모가 단부상에 실질적으로 발생할 수 있다. 이러한 오목부는, 형성되는 공간으로 인하여 1㎛의 전자기 파장에서 약 6dB의 신호 손실, 및 해상도 손실을 초래하고, 해상도가 갭 폭으로 결정되는 바이폴라 동작으로부터, 그 후 해상도가 판독 폴의 활성화 영역의 범위에 의해 결정되는 모노폴라 동작으로, 헤드는 점차 진행한다.
따라서, 신호를 재생시킬 수 없고, 접촉부가 회복할 수 없는 상태로 손상되어, 평평하게 변형시켜야만 이들 신호를 재생시킬 수 있다.
자기저항 판독/기록 헤드에서는, 현재의 해결책으로, 헤드의 앞면상에 경질 재료의 층을 증착시키는 것을 제안한다. 그러나, 이 해결책은 (경질 재료를 제조하기가 곤란하기 때문에) 기술적인 생산제작을 지나치게 요구하여 비용이 많이 들고, (60nm의 두께로 증착되는 경우) 1㎛에서 약 3 내지 4 dB의 공간 손실을 초래한다.
본 발명은 자기 광학 판독 헤드에 관한 것이다.
도 1 내지 4는 상술한 종래기술에 따른 자기 광학 판독 헤드를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 광학 판독 헤드의 간략한 예를 나타낸다.
도 6은 도 5의 판독 헤드의 여러 층을 도시한 예시적인 실시형태이다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 판독 헤드의 더욱 자세한 예를 나타낸다.
도 8 내지 11은 헤드 구조체를 대칭형상으로 만들수 있는 판독 헤드의 실시형태이다.
본 발명의 목적은 이러한 마모 문제를 해결하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명은 자기 광학 판독 헤드에 관한 것으로, 자기 광학 효과를 지닌 1개 이상의 자기 박층, 소정의 마모 계수를 가진 1 개 이상의 비자성 재료 층, 및 자기 회로를 폐쇄하기 위한 우수한 투자율을 가진 층을 갖는 다층구조체를 진 자기 광학 트랜스듀서를 구비하고, 우수한 투자율을 가진 층은 우수한 투자율을 가진 자성 재료로 제조되는 제 1 서브층 (sublayer) 과, 비자성 재료로 제조되는 층의 마모 계수와 실질적으로 동일한 마모 계수를 가진 재료로 제조되는 제 2 서브층을 교대로 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 목적 및 특성을 첨부되는 도면을 통하여 예를 든 상세한 설명에서 더욱 자세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 자기 광학 판독 헤드의 간략한 예를 도 5를 참조하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 이 판독 헤드는 자기 광학 특성 (커 효과 및/또는 패러데이 효과) 을 지닌 재료로 제조되는 층 (11), 비자성 재료로 제조되는 에어갭 층 (10), 및 우수한 투자율을 가진 자성 재료로 제조되며, 자기 매체 (14) 에 의해 유도되는 자속을 흘려서 층 (11 및 9) 에 의해 속박할 수 있는 층 (90) 을 구비한다.
본 발명에 따르면, 이 층 (9) 은 에어갭 층 (10) 의 마모 계수와 실질적으로 동일한 마모 계수를 가진 (92, 94와 같은) 서브층을, 우수한 투자율을 가진 재료로 제조되는 (91, 93과 같은) 서브층과 교대로 형성한 적층체로 구성된다. 이러한 마모 계수는 작은 것이 바람직하다.
바람직하기로는, 우수한 투자율을 가진 재료로 제조되는 서브층들은, 층 (11) 의 투자율과 거의 유사한 재료로 제조한다. 층 (10) 과 동일한 마모 계수를 가진 재료로 제조되는 서브층들은, 에어갭 층 (10) 의 마모 계수와 유사한 재료로 제조한다.
이러한 방법으로, 층 (9, 10) 은 균일하게 마모되고, 도 4의 마모 현상은 발생하지 않는다.
도 6은 이러한 형태의 판독 헤드의 예시적인 실시형태를 나타낸다. 이 예에 따르면, 층 (11) 은 약 25nm의 두께를 가진 센더스트 (FexSiyAlz) 로 제조하고, 에어갭 층 (10) 은 약 200 nm 의 두께를 가진 실리콘 질화물 (SixNy) 로 제조하고, 층 (9) 은, 30nm 의 두께를 가진 센더스트층과 20nm의 두께를 가진 실리콘 질화물 층으로 교대로 구성한다. 예를 들면, 이 층 (9) 은 약 30 개의 센더스트 층과 약 30 개의 실리콘 질화물 층으로 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 제 2 폴 (층 (9)) 의 축소 문제를 감소시키기 위하여, 그 제 2 폴 축소 값이 자성재료의 두께에 의존하여, 두께가 감소할수록 축소도 감소하는 것을 관찰하기 시작한다. 따라서, 테이프와 접촉하는 재료의 두께가 작을수록, 그 재료의 마모가 더욱 감소된다. 왜 층 (11) 이 이 마모 현상의 영향을 덜 받는지의 이유에 대해서는, (1.5 ㎛와 비교했을 때) 20 nm의 층 (11) 두께는 마모 입자의 평균 크기보다 작기 때문에, 테이프에 의해 전달되는 마모 입자의 필터로서 기능하는 것으로 설명된다. 따라서, 이러한 상이한 마모를 허용가능한 레벨까지 충분하게 감소시킬 정도로 충분히 작은 두께 (x) 의 자성층과 함께, (예를 들면, Si3N4와 같은) 기판과 유사한 경도의 재료를 교대로 형성함으로써 제 2 폴을 형성하는 것을 제안한다. 이러한 방법으로, 마모 현상의 기준에서 기계적으로 단단한 자성 재료를 형성하였다. 곱 (nx) 이, 제 2 폴이 자속 속박 기능과 자기 차폐 기능을 계속 수행하여 필요한 자성 재료의 두께와 동일하도록, 주기의 회수 (n) 는 정의된다.
재료의 선택은 한정하지 않는다 (FexSiyAlz를 대신하여, 특히, FexTayNz또는 다른 자성재료를 사용될 수도 있음).
이러한 조건들하에서, 본 발명은 테이프의 거칠기, 및 테이프에 의해 야기되는 가루로 인하여, 최연성 재료 (센더스트) 의 두께가 마모 입자의 평균 크기보다 작은 것이 바람직한 것을 의도한다. 따라서, 형성되는 재료의 경도는 최경질 재료의 경도가 될 것이다. 이러한 두께보다 작은 크기의 입자들만이 연성 재료로부터의 물질에 상처를 낼 수 있다. 더욱이, 중공상태가 될 두께는 약 그 정도의 두께일 수 있다.
2 가지 재료의 층 (9; 센더스트 및 Si3N4) 에 제공되는 다양한 두께 (s 및 n) 는, 층 (9) 에 요청되는 자기 특성을 바꾸지 않는 상태에서 층 (9) 의 축소를 충분히 감소시키고 시스템을 올바르게 동작시키도록 절충시킨다.
따라서, Si3N4는 우수한 자기 특성 (고 포화 자기화, 저 보자력, 우수하게 제어되는 이방성 등) 및 기본 자성 재료보다 큰 내마모성 또는 경도를 동시에 갖게 된다. 이러한 방법으로, 센더스트의 자기 특성과 Si3N4의 기계적 경도 특성을 결합하여, 제공되는 2개의 재료들의 상대 두께를 (자성재료의 경우 가능한 5nm 까지) 변화시킴으로써 마모 현상에 대한 내성을 설정할 수 있는 재료를 형성한다.
더욱이, 도 6에 도시되는 바와 같이, 판독 헤드는 부가 특성을 가질 수 있다.
특히, 자기 광학 층 (11) 은 중간 접착제 층 (61) 과 함께, GGG로 제조되는 기판 (60) 상에 형성할 수 있다. 더욱이, 반사층 (63) 을 에어갭 층 (10) 과, 층 (9) 을 교대형성한 어셈블리 (9) 의 사이에 형성할 수 있어, 판독 빔의 광의 층 (11) 에 의해 전혀 반사되지 않을 수 있다. 이러한 반사층의 목적은 판독폴을 통과한 빔의 일부분이 반사하는 것을 증가시키는 것이다. 에어갭 층의 인덱스를 반사빔이 일치하여 중첩하도록 선택한다.
최종적으로, 실리콘 질화물로 제조되는 수 마이크로미터 두께의 보호층 (64)이 적층체 (9) 상에 형성된다.
예로서, 도 7에 대응하는 상세한 실시형태는 다음과 같은 특성을 가진 다양한 층들의 판독 헤드를 얻을 수 있다.
기판 (60) : GGG로 제조,
접착제 층 (61) : Al2O3로 제조, 두께 2.5nm,
자기 광학층 (11) : 센더스트로 제조, 두께 25nm
에어갭 층 (10) : SixNy로 제조, 인덱스 (n) 2 및 3.5, 두께 200nm,
접착제 층 (62) : 센더스트로 제조, 두께 2.5nm,
반사층 (63) : 구리 또는 금으로 제조, 50nm,
자기층 (9) : (10 내지 50nm 의 두께, 예를 들면, 30nm) 센더스트의 수 십 (예를 들면, 30) 개의 층과, 예를 들면, 20nm인 수십 나노미터의 SixNy의 수십 (예를 들면, 30) 개의 층과의 적층체, 및
보호층 (64) : SixNy로 제조, 두께 수 ㎛ (1 내지 5 ㎛).
다음, 이러한 종류의 판독 헤드의 예시적인 제조 방법을 설명한다. 이 방법은 다음 3개의 주요 단계를 포함한다.
자기 헤드와 파브리-페롯 (Fabry-perot) 공명 광학 구조체를 제조할 수 있는 여러 자성, 유전성, 반사층들을 증착하는 단계,
수 마이크로미터 (1 내지 5) 의 SixNy보호층을 증착한 후 이러한 층들을자기장에서 어닐링하는 단계, 및
이러한 성분을 형성하는 프리즘의 여러 면을 절단, 연마, 및 반반사 및 보호 처리하는 단계.
본 발명의 기술에서는, 이 모든 층들을 진공압이 약 수십 나노토르인 챔버내에서 스퍼터링함으로써 증착한다. 이 챔버는 DC, RF, 마그네트론 및 다이오드 스퍼터링에 의해 피막체를 형성할 수 있으며, 자기장에서 이들 피막체를 형성할 수 있다. 타겟은 100mm의 직경을 가지며, 피막 거리는 15cm로서, 2인치 직경의 웨이퍼상에 약 2 내지 3%의 균질성을 갖는 두께를 가진 층을 증착할 수 있다.
피막체가 형성되는 기판의 선택은 중요하다. 광학적 (판독폴에서 광의 커플링) 및 기계적 (테이프와의 접촉) 계면으로서의 기판의 위치결정, 및 제공되어야 하는 레디에이터 (레이저 원에 의해 축적되는 열의 제거) 가 물리적 특성상의 여러 제약조건을 부여한다. 이 제약조건들은 다음과 같다.
판독 폴 및 광검출기에 최대의 광을 전송함에 따라, 사용되는 레이저 파장에 대해 투과적이다.
기판을 통과하는 경우, 전자기 파의 편광상태를 변형시키지 않음에 따라, 미소한 2방향 굴절성을 갖는다.
우수한 열 컨덕터가 되도록, 판독층의 자기특성을 열화시키고 자기 광학 매체에 의해 입사전자기파의 흡수를 초래하는 열을 효율적으로 제거한다.
플랫부 (flat) 가 너무 빨리 마모되는 것을 방지함에 따라, 충분히 단단해진다.
쉽게 가공할 수 있고, 시스템 사용의 조건에 대등할 만한 화학 기계적 내성을 가진다.
이러한 모든 제약조건들은 예를 들면, 화학식 Gd3Ga5O12와 같은 가넷족의 단결정으로 제조되는 기판을 선택함으로써 달성할 수 있다.
피막체를 2개의 면이 이미 연마되어 있는 기판상에 형성한다. 이들 면은 약 5 Å의 거칠기를 갖는다. 이 기판은 직경이 2 인치이고, 3mm의 두께를 갖는다. 또한, 특히, 광학적 특성의 균질성에 관계없이 동일한 물리적 특성을 갖는 3 인치 직경의 기판이 있다.
순차적인 피막 형성을 수행하기에 앞서, 이 기판을 클리닝해야 한다. 여러 클리닝 단계는 다음과 같다.
트리클로로에틸렌, 아세톤, 및 프로판올의 3 개의 용액에 연속해서 침지한다. 이들 각각의 침지를 3분동안 지속한다. 이들 침지의 온도는 60 ℃이고, 초음파에 의해 교반한다. 이 화학 기계적 클리닝 후에, 피막 챔버내에 기판을 도입한다. 층들의 증착을 시작하기 전에, 챔버의 내측에서, 플라즈마 에칭에 의해 최종 클리닝을 수행한다. 다음, 적층체을 형성하는 여러 층들을 증착하기 위한 후속공정을 시작할 수 있다.
증착 방법은 2.5 nm 두께의 알루미늄 층을 증착함으로써 시작한다. 이 층의 기능은 기판상에서 다음 층과의 접착성을 제공하는 것이다.
다음, 판독 폴이라 하며, 레이저 빔이 반사되는 제 1 자기 폴 (층 (11)) 을증착한다. 이 층을 형성하는데 사용되는 재료는 센더스트이며, 그 두께는 25nm이다. 이 층은 이중 기능을 갖는데, 한편으로는, 테이프에 의해 생성되는 자기장을 효율적으로 감지해야 하고, 다른 한편으로는, 자기 변화를 편광의 변화로 가장 효율적으로 변환해야 한다. 따라서, 이 층은 정확한 자기 특성을 가져야 하고, 가능한한 높은 자기 광학 계수를 가져야 한다. 따라서, 이 재료의 증착 조건 및 화학 조성은 이들 요건을 충족시키기에 적합해야 한다.
다음, 유전체 층 및 구리 또는 금으로 제조되는 반사층을 증착한다. 또한, 층들의 이러한 설정은 이중 기능을 갖는다. 즉, 자기 갭으로서 기능할 뿐만 아니라, 파브리-페롯 공명 광학 구조체로서 기능해야 하며, 이 구조체의 기능은 자기 광학 층과 입사파의 커플링을 개선시키고, 이 층을 통과하는 전자기파로서 생성되는 패러데이 회전을 재생시켜야 한다. 따라서, 이들 2 개의 층의 물리적 및 기하학적 특성들은 판독 밀도 및 공명의 특성을 정의한다. 이 여러 층들의 인덱스 및 두께의 신중한 선택은 이들 2 개의 파라미터를 최적으로 조절시킨다. 0.4 마이크론 비트를 재판독해야 하는 헤드의 경우에, 45。의 입사각을 가진 780nm의 레이저파에 대해서는, 유전체층이 1900Å 의 두께 및 2에 가까운 굴절율를 가져야 하며, 이는, 반사기가 500 Å 두께의 구리 또는 금 층인 경우에 가능하다. 유전체층을 실리콘 타겟으로 제조하며, 질소 및 아르곤 가스의 혼합물의 존재하에 이러한 증착을 수행한다. 이러한 방법으로, 실리콘 질화물에 유사한 화합물을 얻으며, 이 실리콘 및 질소의 특성은 질소의 농도에 주로 의존한다.
다음, 자속을 속박시키고, 자기 차폐로서 기능할 수 있는 제 2 폴 (층 (9))의 증착을 시작한다. 사용되는 재료로는, 그 자기 특성 때문에, 판독 폴의 재료와 동일한 재료를 사용한다.
이 제 2 폴은 30nm인 센더스트와 20nm인 실리콘 질화물의 30회인 적층체로 구성된다. 이러한 구성은, 증착 시간을 증가시킬 뿐만 아니라, 테이프의 통과 동안에 이 폴이 축소되는 것을 감소시킨다. 따라서, 이 제 2 폴 (9) 은 센더스트의 자기 특성과 실리콘 질화물의 내마모성 특성을 결합한 인공 재료로 제조한다.
다음, 모든 피막체의 보호기능을 하는 약 수 마이크로미터 두께의 Si3N4층을 증착한다. 다음, 성분의 자기 특성을 개선시킬 수 있는 (보자력은 감소하고, 판독시 자기 이방성을 유도하고 자속 속박 폴을 유도하는) 자기장이 존재하는 어닐링 노내에 이 모든 것을 도입한다.
다음, 프리즘을 절단하고 연마하는 여러 단계를 시작한다. 기판을 5mm의 폭의 바 (bar) 로 절단한 후, 빔의 출사 및 전반사를 위한 면에 각각 대응하는 여러 면 (B, D) 의 연마를 진행한 다음, 마모성 스트립상에 연마하여 플랫부 (M) 를 제조한다.
도 7a 및 도 7b는, 테이프와 함께 판독층 (9, 10, 11) 의 정확한 접촉을 확보하기 위하여, 후판 (66) 을 설치한 본 발명의 변형 실시형태를 나타낸다. 이 후판을 자기층 (11) 또는 보호층 (10b) 에 접착식으로 본딩시킬 수도 있다.
이러한 방법으로, 도 7a에 도시되는 바와 같이, 적층체를 얻었으며, 예를 들면, 도 7b의 판독 헤드를 제조할 수 있다.
제 2 기판으로서 취급할 수 있는 이 후판의 기능은, 한편으로는, 테이프와 접촉하는 플랫부의 폭을 증가시키는 것이고, 다른 한편으로는, 활성화면 (플랫부 (M)) 의 중심에, 헤드의 층 (9, 10, 11) 을 위치결정시켜, 플랫부 (M) 의 마모율을 감소시키고, 하기 설명하는 바와 같이, 매체상에 헤드의 위치결정 및 유지를 단순화하는 것이다.
다음, 후판 (66) 의 기능을 설명한다.
이러한 후판은 자기 테이프상의 헤드의 접촉 및 조절을 개선시킬 수 있고, 그 테이프와 접촉하는 판독 헤드의 접촉 부분의 내구성을 유지시키는 제조상의 제약을 상당히 감소시킬 수 있다.
본 헤드에서는, 자기 테이프와 헤드의 접촉을 특성화하는 주요 파라미터 및 요소는 다음과 같다 (도 8a 내지 도 8c).
시스템의 경우:
약 0.5。의 랩 각 (wrap angle),
약 10mm 의 크기를 갖고, 가이드를 분리시키는 거리 (2D),
약 50㎛ 의 크기를 갖고, 테이프내에 헤드의 삽입길이 (h),
테이프의 장력 (T).
플랫부의 경우:
약 100㎛ 의 크기를 갖는 폭 (C),
약 5mm의 곡률 반경 (R),
상이한 경도와 두께를 가진 재료들로 구성되는 그 복합체,
플랫부상의 헤드의 활성화 영역의 위치결정, 자속의 차폐/속박, 플랫부의 에지로부터 각각 3 및 5 ㎛ 까지인 거리 (d2 및 d1) 에 있는 판독 폴.
이러한 여러 파라미터들은 독립적이지 못하고, 다음 수학식에 의해 결합된다.
시스템의 크기 (파라미터 (D)), 플랫부의 형성 (파라미터 (R 및 C)), 및 접촉의 특성 (파라미터 (a 및 h)) 에 관련되는 제약조건이 주어지는 경우에, 위에서 주어진 값은 우수한 절충값 (D, a 및 h) 이다.
그러나, 이러한 기하학적 특성은 다음과 같은 주요 결점을 갖는다.
- 접촉에 관하여
첫번째 문제들중의 하나는 자기층이 플랫부의 단부 (도 1c) 에 있다는 점과 관련된다. 이러한 장치는 테이프상에서 헤드의 위치결정이 (파라미터 (h, D 및 w)) 중요하게 되어, 플랫부 제조 상에 정확한 허용오차를 (파라미터 (R 및 C)) 부여한다.
다음, 이들 제약조건들을 평가한다. 먼저, 접촉해야할 곳에 위치결정되어야 하는 테이프내의 헤드의 삽입길이 (h) 의 값의 범위를 계산한다. 도 9a 및 9b에서는, 이 삽입길이 (h) 가 불충분한 경우, 활성화 영역과 접촉하지 않고,이와 반대로, 삽입이 과도한 경우, 이 테이프는 플랫부의 에지를 넘어 돌출하고, 그 다음, 테이프에 의해 가해지는 압력이, 테이프와 접촉하는 플랫부 부분의 마모 가속을 초래할 수 있는 접촉 영역에 더욱 가중될 것이다. 따라서, 테이프와 플랫부 사이의 최종 접촉점 (Cd, Cd1, Cd2) 이 점 (C1, C2) 이 되어야 하고, 이는, 플랫부와 테이프와의 2 개의 접촉 폭을 정의한다. 상술한 수학식을 사용하여, 이러한 범위와 연관되는 삽입길이 (h) 를 쉽게 계산하며, 따라서, 수학식 3을 얻는다.
hmed는 삽입길이의 공칭값이고, hint는 삽입길이에 대한 조절의 마진으로, 조절 및 제조시 불확정성보다 작아야한다. 이들 여러 불확정성을 평가한다.
- 플랫부의 제조시 불확정성
-헤드의 위치결정시 불확정성
즉, 다음 수학식 6과 같다.
따라서, 다음 수학식 7을 얻을 수 있다.
위의 데이터로부터, hint는 1.5㎛를 얻었다.
플랫부에 대하여 1%에 가까운 기울기를 확보할 수 있는 경우에 (이는 폭에서 1㎛, 곡률반경에서 50㎛의 허용오차에 대응함), 0.5 ㎛에서 헤드의 위치결정을 확보하는데 요청되는 1 ㎛라는 hfab의 값을 얻었으며, 이는 매우 얻기 곤란한 것이다. 실제적으로, 헤드와 테이프 사이의 공간 (z) 의 경우에는 허용될 수 있다. 이 공간은 신호의 손실 (p) 을 도입시키고, dB로 표현하면 다음 수학식 8이 된다.
여기서, d는 플랫부와 접촉하는 테이부의 최종 접촉점으로부터의 거리이고, Im은 판독할 신호의 전자기 파장으로, 마이크론으로 주어지는 값이다.
0.8㎛에서 신호 판독상에서 1dB의 손실을 허용하는 경우, d는 8.5㎛를 얻는다. 따라서, 조절 마진 hint는 5㎛가 된다. 이러한 점에도 불구하고, 원하는 동작영역이 되기 위해서는, 1㎛인 삽입길이와 2'인 방위각의 정확도로 헤드를 재위치결정시키고, 테이프가 통과할 때, 편차 (htape<1㎛) 의 동일 영역에서 헤드의 활성화 부분의 앞부분에 테이프를 유지시킬 수 있어야 하며, 이는 고도의 정확도를 요하기 때문에, 매우 고가의 기구를 요한다.
따라서, 이러한 기하학적 면에서, 테이프와의 정확한 접촉을 달성하는 것은, 구성성분의 고가의 제조비용, 및 신호상에서 1dB의 손실만을 허용하는 개선되는 매커리즘을 야기시킨다.
본 발명에 따르면, 헤드의 제조 및 위치결정의 제약조건을 완화시키기 위하여, 활성화 층을 플랫부의 에지에 대하여 대칭적으로 위치시킨다 (도 10). 이는 기판 (60) 의 형태와 동일한 형태의 후판 (66) 을 층상에 접착식으로 본딩시킴으로써 얻어진다. 도 10에서는, 테이프에 대하여 헤드 조절의 정확도, 및 충분히 작은 플랫부를 형성하기 위한 허용오차를 갖는 제약조건이 되도록 마진 (hint) 을 선택할 수 있다. 예를 들면, 테이프와의 그 접촉면이 500 ㎛ 내지 1100 ㎛에 있는 1500 ㎛의 플랫부의 경우, 삽입길이의 조절 마진 (hint) 을 ±150㎛로 얻을 수있으며, 이는 신호의 손실 없고, 플랫부의 에지상에서 테이프 러빙 (rubbing) 이 없게 하고, 또한, 이 영역에서의 연마 특성을 완화시킬 수 있다 (반드러운 표면도 허용될 수 있다).
본 발명에 따른 판독 헤드의 다양한 실시형태에 따르면, 기판 (60) 과 자기 광학 층 (11) 사이에, 자기 광학층 (11) 에서 판독 빔의 커플링을 개선시킬 수 있는 실리콘층을 삽입할 수 있다. 실험상으로는, 판독 헤드의 이러한 우수한 요인을 이중으로 부가하여, 판독 레이트를 4배로 증가시킬 수 있었다. 이러한 개선책은 본 발명의 나머지 부분과 무관하게 그 자체를 자기 광학 판독 헤드에 적용할 수 있다. 이와 유사하게, 자기 광학 층이 실리콘 층상에 형성되는 자기 광학 매체에도, 본 발명을 적용할 수 있다.
다른 변경 형태에 따르면, 판독 헤드의 에어갭의 크기의 함수로서 우수한 자기 광학 요소를 최대로 하기 위해, 에어갭 (10) 재료의 굴절률의 값을, 스퍼터링 동안에 질소의 농도를 변화시킴으로써 조절할 수도 있어, 증착되는 두께에 대한 자기 광학 공명 피크를 설정할 수 있다. 따라서, 그 재료가 실리콘만의 조성물로부터 실리콘 질화물로 점차 진행시켜, 에어갭 층의 인덱스를 3.7과 2 사이에서 연속적으로 변화시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 자기 광학 효과를 지닌 1개 이상의 자기 박층 (11), 층 (9) 의 마모 계수보다 큰 소정의 마모 계수를 가진 1 개 이상의 비자성 재료 층 (10), 및 자기 회로를 폐쇄하기 위한 우수한 투자율을 가진 층 (9) 을 갖는 다층구조체 (9 내지 11) 를 가진 자기 광학 트랜스듀서를 구비하고,
    우수한 투자율을 가진 상기 층은 우수한 투자율을 가진 자성 재료로 제조되는 제 1 서브층 (91, 93) 과, 비자성 재료로 제조되는 상기 층 (10) 의 상기 마모 계수와 실질적으로 동일한 마모 계수를 가진 재료로 제조되는 제 2 서브층 (92, 94) 을 교대로 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 서브층 (91, 93) 은 자기 광학 효과를 지닌 상기 자기 박층 (11) 의 재료와 동일한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 서브층 (92, 94) 은 비자성 재료로 제조되는 상기 층 (10) 의 재료와 동일한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  4. 제 2 항에 있어서, 자기 광학 효과를 지닌 상기 층 (11) 은 철, 실리콘 및알루미늄 기재의 재료 (FexSiyAlz), 또는 철, 탄탈륨 및 질소 기재의 재료 (FexTayNz) 로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  5. 제 3 항에 있어서, 비자성 재료로 제조되는 상기 층 (10) 은 실리콘 및 질소 기재의 재료 (SixNy) 로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 서브층의 두께는 판독 헤드 또는 판독할 매체의 재료의 마모로부터 생기는 입자의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 서브층의 상기 두께는 10nm 내지 50nm 인 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 서브층의 두께는 수십 나노미터인 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  9. 제 8 항에 있어서, 수십 개의 상기 제 2 서브층과 교대로 형성되는 수십 개의 상기 제 1 서브층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성 층 (10) 과 상기 우수한 투자율 층 (11) 사이에 위치되는 반사층 (63) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 반사층은 금 또는 구리로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  12. 제 1 항에 있어서, 자기 광학 효과를 지닌 상기 층 (11) 과 맞대어 위치되는 광학 커플링 재료 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 광학 커플링 층은 실리콘으로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 우수한 투자율 층 (9) 은 상기 비자성 재료 층 (10) 으로부터 멀리 있는 상기 층 (9) 의 면상에 보호층 (64) 으로 피복되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 보호층 (64) 은 SixNy로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  16. 제 1 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 우수한 투자율 층 (9) 또는 상기 보호층 (64) 에 접착식으로 본딩되는 후판 (66) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
  17. 제 16 항에 있어서, 자기 광학 효과를 지닌 상기 층 (11) 은 기판 (60) 에 의해 지지되고,
    기판 (60);
    자기 광학 효과를 지닌 층 (10);
    우수한 투자율을 가진 층 (9); 및
    상기 후판 (66) 을 특히 구비하는 적층체의 측벽은 자기 헤드의 활성화 면을 형성하고,
    상기 측벽상에서 측정되는 상기 후판 (66) 의 두께와 상기 기판 (60) 의 두께는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 자기 광학 판독 헤드.
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