NL1015985C2 - Magneetkop. - Google Patents

Description

<

Titel: Magneetkop

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een magneetkop voor het in een direct contact met een magnetische band lezen en/of schrijven van informatie, welke magneetkop is voorzien van een kopvlak en een lagenstructuur met magnetische fluxgeleiders, een transducer element en een transducer 5 spleet, waarbij de lagenstructuur eindigt aan het kopvlak en het kopvlak ten minste gedeeltelijk is voorzien van een chroomhoudende slijtvaste laag.

Het is een bekend verschijnsel dat de lagenstructuur in een magneetkop onderhevig is aan slijtage. In het bijzonder vertoont het fluxgeleidermateriaal, dat wil zeggen de polen van de magneetkop, die veel 10 voorkomend zijn vervaardigd uit NiFe-legeringen, een grotere slijtage dan de, veelal uit S1O2 gevormde isolatielagen daartussen en de AI2O3 houdende keramiek materialen waartussen de lagenstructuur is ingebed. Het verschijnsel wordt aangeduid als PTR (pole tip recession) ofwel "uitholling door slijtage". Het optreden van PTR leidt er toe dat zich verliezen voordoen 15 in de signaaloverdracht tussen een medium, zoals bijvoorbeeld een magnetische band, en de magneetkop. Dergelijke verliezen worden verder aangeduid als "afstandsverliezen". Slijtage van het kopvlak en dus het optreden van afstandsverliezen kan worden tegengegaan door het aanbrengen van een slijtvaste laag. Het aanbrengen van een slijtvaste laag 2 0 gaat op zichzelf ook gepaard met het introduceren van een afstandsverlies; echter, als deze laag niet slijt, worden de afstandsverliezen na het aanbrengen van deze laag bevroren.

In het Amerikaans octrooischrift 5,896,253 is een magneetkop bekend, waarbij de slijtvaste laag bestaat uit een buitenlaag van 02()3 met 2 5 een tussenlaag van Cr, waarbij de totale laagdikte is gelegen tussen de 10 en de 100 nm. Om voldoende slijtvaste eigenschappen te verkrijgen, heeft de Cr203-laag een zodanige dikte, dat daarbij in deze laag relatief grote compressieve mechanische spanningen aanwezig zijn. Om de 101 5985 2 signaaloverdracht tussen medium en magneetkop voldoende nauwkeurig te houden, dient de slijtvaste laag en derhalve in het bijzonder de Cr203-laag zo dun mogelijk te zijn. Echter, naarmate deze laag dunner wordt, neemt de compressieve mechanische spanning in deze laag af. Een minimale 5 mechanische spanning en dus een minimale laagdikte is in het Amerikaans octrooischrift nodig voor het verkrijgen van voldoende slijtvaste eigenschappen. In dit Amerikaanse octrooischrift is daarom, ter verkrijging van een stabiele hechting van de Cr203-laag op het kopvlak, een hechtlaag van Cr gebruikt. Zonder deze hechtlaag zou in het Amerikaans 10 octrooischrift de Cr203-laag door zijn compressieve mechanische spanning van het kopvlak kunnen springen. De Cr-laag vormt als het ware een elastischoJaag die de genoemde mechanische spanning kan opvangen. Voorts is uit dit octrooischrift de gedachte bekend dat de Cr-laag tevens als diffusie-, oxidatie- en corrosie barrierelaag zou dienen.

15 Zoals hiervoor reeds vermeld, leidt PTR tot afstandsverliezen.

Echter, door het aanbrengen van een slijtvaste laag wordt de afstand tussen medium en de magneetkop vergroot. Weliswaar kan geprobeerd worden de slijtvaste laag zo dun mogelijk te houden, doch volgens het Amerikaans octrooischrift dient echter een minimum dikte van 10 nm te worden 2 0 aangehouden. Er blijven zich dan ook afstandsverliezen voordoen. Deze afstandverliezen doen zich des te erger gevoelen naarmate een kortere golflengterecording wordt toegepast, dat wil zeggen een grotere informatie-dichtheid op het medium in de bewegingsrichting van het medium ten opzichte van de magneetkop ofwel een grotere "lineair recording density".

2 5 Momenteel wordt met de bekende technologie een recording toegepast met een golflengte tot ongeveer 0,7 pm. In het streven naar een steeds kortere golflengterecording, dat wil zeggen een golflengte van minder dan 0,7 pm, wordt het van groter belang de dikte van de slijtvaste laag verder te verminderen, dan de ondergrens van 10 nm, aangegeven in het genoemde 3 0 Amerikaanse octrooischrift.

J δ \ 5 § § 3

Verrassenderwijs is geconstateerd dat de beperkingen die in het Amerikaans octrooisohrift zijn gesteld aan de laagdikte lang niet altijd van toepassing behoeven te zijn. De belangrijkste reden hiervan is gelegen in een door uitvinders verkregen gewijzigd inzicht in de techniek van het 5 aanbrengen van slijtvaste lagen op magneetkoppen.

Overeenkomstig de uitvinding is gebleken dat ook een magneetkop kan worden vervaardigd met een slijtvaste laag die een dikte heeft kleiner dan 10 nm.

Uit het Amerikaans octrooischrift 6,023,840 is weliswaar een 1 o magneetkop bekend met een laag van 3-7,5 nm, doch deze laag dient echter « meer als beschermingslaag dan als slijtvaste laag, daar de in dit octrooiscljrift beschreven magneetkop bestemd is voor samenwerking met een harde schijf, waarbij geen contact is tussen magneetkop en harde schijf.

Een laag met een dikte kleiner dan 10 nm is mogelijk door toepassen 15 van reactief sputteren van een metallisch of oxidisch target, reactief opdampen of andere hiervoor geschikte technieken, zoals ion-beam sputteren, van bijvoorbeeld Cr of Ti in een zuurstof omgeving. Wordt uitgegaan van NiFe flux geleiders in de lagenstructuur van de magneetkop, dan doen zich bij een sputterproces van Cr in een zuurstof omgeving twee 2 0 competitieve processen voor: enerzijds een proces van legeringvorming van

NiFe en Cr en anderzijds een oxydatieproces waardoor een niet magnetische chroom-zuurstof verbinding op de magneetkop wordt neergeslagen. Beide processen leiden uit de aard der zaak en afhankelijk van de laagdikte tot afstandsverliezen. Het eerste proces leidt tot een betere hechting van de niet 2 5 magnetische chroom-zuurstof verbinding op de legeringslaag die op het

NiFe is gevormd. Het tweede proces, de vorming van de niet-magnetische chroom-zuurstof verbinding, leidt tot het verminderen van de slijtage van de magneetkop. Beide processen worden met name gestuurd door de energieën van de betrokken deeltjes en dientengevolge door de vermogensdichtheid 3 o van het sputterproces en de partiaaldrukken van het argon en de reactieve 1015985 '4 gassen, in dit geval zuurstof. Er wordt derhalve geen onderscheid gemaakt tussen een eerst aangebrachte Cr-laag en vervolgens aangebrachte Cr-oxydelaag. Overigens leidt, zoals in genoemd Amerikaans octrooischrift, een aparte Cr-laag bij een te grote impact energie in de praktijk door 5 diffusie, implantatie en/of chemische reactie in het NiFe tot een magnetisch dode laag, waardoor een extra bron van afstandverliezen wordt geïntroduceerd. Voorts is bij dit proces is niet duidelijk onderscheid te maken tussen het sputteren van Cr-deeltjes of van Cr-oxydedeeltjes en of dat Cr-oxydatie plaatsvindt pas na neerslag van Cr. In elk geval is de 10 slijtvaste laag opgebouwd uit een chroom-zuurstof laag waarbij het Cr van binnen naar buiten toe van een in hoofdzaak in de metallische mode verkerende Cr-laag overgaat in een in hoofdzaak in de oxydemode verkerende Cr-laag en waarbij in de metallische mode het chroom gedeeltelijk een legering vormt met het materiaal van de magnetische 15 fluxgeleiders in de lagenstructuur. In plaats van een sputterproces van chroom in een zuurstof omgeving is ook een sputterproces van chroom in een stikstof omgeving mogelijk. In dat geval is de slijtvaste laag opgebouwd uit een chroom-stikstof laag waarbij het Cr van binnen naar buiten toe van een in hoofdzaak in de metallische mode verkerende 2 0 Cr-laag overgaat in een in hoofdzaak in de nitridemode verkerende Cr-laag.

De oorzaak van slijtage van de magneetkop kan zowel zijn gelegen in het materiaal waarin de lagenstructuur van de magneetkop is ingebed, alswel in het materiaal van de magnetische banden die in opname en weergave inrichtingen waarin de magneetkop is aangebracht worden 2 5 gebruikt.

De lagenstructuur in een magneetkop is ingebed in een keramisch geperst materiaal, veelal bestaande uit een twee-componenten keramiek, in het bijzonder een AI2O3/T1C (Alsimag)-keramiek. Volgens het bij de uitvinding verkregen inzicht zou slijtage zich voordoen doordat bijvoorbeeld 3 0 door polijsten verkregen min of meer losse korrels aan het 1015985 5

Alsimagoppervlak, door de langsbewegende magnetische band uit het keramisch materiaal worden getrokken en meegenomen en gaan tollen in de altijd reeds aanwezige minieme verdieping ter plaatse van de lagenstructuur in de magneetkop. Deze, een slijtage bewerkstelligende 5 deeltjes worden aangeduid als "head cleaning agent (HCA)"; de hardheid van de HCA is veel groter dan die van NiFe of S1O2, namelijk 20 GPa, respectievelijk 1,2 GPa en 8 GPa.

Een verdere, doch mindere slijtage wordt veroorzaakt door de magnetische band en wel door het vrijkomen van daarin aanwezige Fe- 1 o houdende deeltjes. · ·

Voorts doet los van deze slijtage verschijnselen zich zogenaamde "browstam"-vorming op, dit is de vorming van een Fe-oxyde laag op de lagenstructuur, in het bijzonder op de NiFe magnetische fluxgeleiders.

"Het effect van het aanbrengen van een slijtvast laag kan 15 geïllustreerd worden aan de hand van bijgaande diagram. Dit diagram toont de zogenaamde Wallace factor, dit is het afstandsverlies in dB, weergegeven tegen de golflengte λ van de informatie op het medium in pm bij diverse afstanden tussen het kopvlak en het medium. Het kopvlak is daarbij niet uitgesleten. Wordt bij een afstand d van bijvoorbeeld 100 nm bij 2 0 een recording met een golflengte van 0,7 pm overgegaan op een recording met een golflengte van 0,5 pm, dan doet zich een extra verlies voor van ongeveer 3 dB. Dit betekent dat het aanbrengen van een slijtvaste laag in het bijzonder bij kortere golflengten extra afstandsverliezen toevoegt. Dit betekent dat de dikte van de slijtvaste laag zo gering mogelijk moet worden 25 gehouden, in het bijzonder naarmate de golflengte korter wordt gekozen, hetgeen de tendens in de huidige ontwikkelingen is.

De gedachte om dunnere laagjes te proberen steunt, behalve op de verdergaande eisen die aan magneetkoppen en recordingsysteem worden gesteld, in belangrijke mate op een gewijzigd inzicht in het 3 0 slijtagemechanisme. Voorheen werd gemeend dat de slijtage in hoofdzaak 1015985 6 werd veroorzaakt door vrijgekomen deeltjes aan de onderzijde van een magnetische band; deze deeltjes zouden gaten in het kopvlak slaan en in het bijzonder in het relatief zachte magnetische fluxmateriaal, dat wil zeggen in het materiaal waaruit de polen van de magneetkop zijn vervaardigd. Zoals 5 hiervoor reeds is vermeld, blijken de oorzaken van slijtage echter zeer divers te zijn, waarbij de slijtage veroorzaakt door de Alsimaglaag als belangrijkste oorzaak wordt aangemerkt. Om deze reden zou volstaan kunnen worden met het aanbrengen van een slijtvaste laag alleen op de Alsimaglaag. Dit betekent dat de dikte van de slijtvaste laag ter plaatse van 10 de lagenstructuur nul is. Vanwege de slijtage veroorzaakt door magnetische banden is het echter beter de slijtvaste laag aan te brengen op het kopvlak van de lagenstructuur of op de gehele magneetkop. Doordat het oppervlak van de van een slijtvaste laag te voorziene oppervlak van nature enige ruwheid bezit, lijkt de minimum laagdikte te worden bepaald door de 15 ruwheid van het oppervlak. Het is echter niet nodig het oppervlak volledig te voorzien van een slijtvaste laag; door het aanbrengen van enkele moleculaire lagen kunnen de oneffenheden in het oppervlak voor een zodanig deel zijn afgedekt dat fysisch gezien gesproken kan worden van een afdekkende laag.

2 0 Het effect van de diverse oorzaken van slijtage is aangegeven in fig. 2.

Deze figuur toont een diagram waar de uitholling (S) in de lagenstructuur in de tijd (t) is weergegeven. De kromme (a) toont de slijtage zonder dat een slijtvaste laag is aangebracht. De kromme (b) toont de slijtage wanneer een slijtvaste laag alleen is aangebracht op het Alsimag. Kromme (c) toont de 2 5 slijtage wanneer een slijtvaste laag is aangebracht op de gehele magneetkop. In de laatste twee gevallen werd een slijtvaste laag kleiner dab lOnm aangebracht, verkregen door sputtering van het Alsimag, respectievelijk het kopvlak van de magneetkop met Cr in een zuurstof omgeving.

1015985 7

Tot slot zij opgemerkt dat de uitvinding niet alleen betrekking heeft op een magneetkop, zoals deze hiervoor is beschreven, maar tevens op een opname en/of weergave apparaat, voorzien van een dergelijke magneetkop.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier aan de hand van de tekening 5 beschreven uitvoeringsvoorbeelden, doch omvat allerlei modificaties hierop, uiteraard voor zover deze vallen binnen de beschermingsomvang van de hiernavolgende conclusies.

_ 1015985

Claims (6)

1. Magneetkop voor het in een direct contact met een magnetische band lezen en/of schrijven van informatie, welke magneetkop is voorzien van een kopvlak en een lagenstructuur met magnetische fluxgeleiders, een transducer element en een transducer spleet, waarbij de lagenstructuur 5 eindigt aan het kopvlak en het kopvlak ten minste gedeeltelijk is voorzien van een chroomhoudende slijtvaste laag, met het kenmerk, dat de slijtvaste * laag een dikte heeft kleiner dan 10 nm.

2. Magneetkop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag is opgebouwd uit een chroom-zuurstof laag, waarbij het Cr van binnen 10 naar buiten toe van een in hoofdzaak in de metallische mode verkerende Cr-laag overgaat in een in hoofdzaak in de oxydemode verkerende Cr-laag en waarbij in de metallische mode het chroom gedeeltelijk een legering vormt met het materiaal van de magnetische fluxgeleiders in de lagenstructuur.

3. Magneetkop volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de slijtvaste laag is aangebracht op het kopvlak van de lagenstructuur.

4. Magneetkop volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag is aangebracht op het kopvlak van de keramieklaag waartussen de lagenstructuur is ingebed. 2 0

5. Magneetkop volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag is aangebracht op de gehele magneetkop.

6. Opname en/of weergave apparaat, voorzien van een magneetkop volgens een van de voorgaande conclusies. 101 5985