DE10320134A1

DE10320134A1 - Vertikale Schreibvorrichtung mit weichmagnetischem und stabil ein hohes magnetisches Moment aufweisendem Hauptpol

Info

Publication number: DE10320134A1
Application number: DE10320134A
Authority: DE
Inventors: Alexander Mikhailovich Shukh; Ko Vladyslav Alexandrovich Vas; Declan Macken
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2003-12-24
Also published as: US20040004786A1; SG134985A1; GB2389223B; JP2004103204A; CN1220975C; CN1469345A; GB0308880D0; JP3947727B2; US6791796B2; GB2389223A

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine vertikale Schreibvorrichtung mit einer Luftlageroberfläche, einem Hauptpol mit einer Erweiterung und einem Rückpol und einem rückwärtigen Spaltverschlussteil zwischen der Hauptpolerweiterung und dem Rückpol. Der Hauptpol umfasst eine obere magnetische Schicht und eine weichmagnetische Unterschicht, die durch einen nichtmagnetischen Abstandshalter getrennt sind. Die Hauptpolerweiterung ist in direktem Kontakt mit dem Hauptpol und zurückgesetzt von der Luftlageroberfläche. Die obere magnetische Schicht bildet eine Hinterkante des Hauptpols an der ABS und besitzt ein gegenüber dem der weichmagnetischen Unterschicht größeres magnetisches Moment. Ferner sind die obere magnetische Schicht und die weichmagnetische Unterschicht über den dünnen nichtmagnetischen Abstandshalter antiferromagnetisch gekoppelt. Der nichtmagnetische Abstandshalter weist überwiegend 111-Kristallstruktur auf und er fördert eine Verringerung von Koerzitivkraft und Korngröße zusammen mit einer Zunahme der Anisotropie des Materials der oberen magnetischen Schicht.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 28. Mai 2002 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung, Aktenzeichen 60/385 568 für "Perpendicular Writer with Magnetically Soft and Stable High Magnetic Moment Main Pole" von Alexander Mikhailovich Shukh, Vladyslav Alexandrovich Vas'ko und Declan Macken.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der elektronischen Datenspeicherung und -rückholung und insbesondere eine vertikale Magnetschreibvorrichtung mit einem weichmagnetischen und stabil ein hohes magnetisches Moment aufweisenden Hauptpol.
Eine vertikale Aufzeichnung kann möglicherweise eine viel höhere lineare Dichte als eine longitudinale Aufzeichnung aufgrund niedrigerer Entmagnetisierungsfelder in aufgezeichneten Bits, die mit einer Zunahme der linearen Dichte abnehmen, unterstützen. Zur Bereitstellung einer passablen Schreibfähigkeit werden Doppelschichtmedien verwendet. Die vertikalen Doppelschichtmedien bestehen aus einer dünnen Speicherschicht hoher Koerzitivkraft mit Anisotropie senkrecht zur Mediumebene und einer weichmagnetischen Halteschicht (Unterschicht) mit Anisotropie in der Mediumebene und relativ hoher Permeabilität.
Ein Magnetkopf zur vertikalen Aufzeichnung besteht im allgemeinen aus zwei Teilen, einem Schreibvorrichtungsteil zum Speichern von magnetisch codierter Information auf einer Magnetplatte (Disk) und einem Lesevorrichtungsteil zum Rückholen der magnetisch codierten Information von dem Medium. Der Lesevorrichtungsteil besteht typischerweise aus einer unteren Abschirmung, einer oberen Abschirmung und einem Sensor, der häufig aus Magnetwiderstands(MR)material besteht, das sich zwischen der oberen und unteren Abschirmung befindet. Der von der Oberfläche der Platte (Medium) ausgehende magnetische Fluss bewirkt eine Drehung des Magnetisierungsvektors einer Abtastschicht des MR-Sensors, was wiederum eine Änderung des elektrischen spezifischen Widerstands des MR-Sensors bewirkt. Die Änderung des spezifischen Widerstands des MR-Sensors kann dadurch erfasst werden, dass ein Strom durch den MR-Sensor geschickt und die Spannung über den MR-Sensor ermittelt wird. Eine externe Schaltung wandelt dann die Spannungsinformation in ein geeignetes Format um und verarbeitet diese Information nach Bedarf, um die auf der Platte codierten Daten zurückzugewinnen.
Der Schreibvorrichtungsteil des Magnetkopfs zur vertikalen Aufzeichnung besteht typischerweise aus einem Hauptpol und einem Rückpol, die an der Luftlageroberfläche (ABS) der Schreibvorrichtung durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht voneinander magnetisch getrennt sind, und die in einem von der ABS entfernten Bereich durch ein rückwärtiges Spaltverschlussteil miteinander magnetisch gekoppelt sind. Mindestens teilweise zwischen dem Haupt- und Rückpol befinden sich eine oder mehrere Schichten von Leitungswicklungen, die von Isolierschichten eingehüllt sind. Die ABS ist die Oberfläche des Magnetkopfs, die unmittelbar an das vertikale Medium angrenzt. Der Schreibvorrichtungsteil und der Lesevorrichtungsteil sind häufig in einer verketteten (merged) Konfiguration angeordnet, bei der ein gemeinsamer Pol sowohl als obere oder untere Abschirmung des Lesevorrichtungsteils als auch als Rückpol des Schreibvorrichtungsteils dient.
Zum Schreiben von Daten auf das Magnetmedium wird ein elektrischer Strom durch die Leitungswicklung fließen gelassen, wodurch ein Magnetfeld über den Schreibspalt zwischen dem Haupt- und dem Rückpol induziert wird. Durch Umkehren der Polarität des Stroms durch die Wicklung wird die Polarität der auf das Magnetmedium geschriebenen Daten ebenfalls umgekehrt. Daten auf vertikalen Doppelschichtmedien werden durch eine Hinterkante des Hauptpols aufgezeichnet. Daher ist es der Hauptpol, der die Spurbreite der geschriebenen Daten festlegt. Insbesondere wird die Spurbreite durch die Breite des Hauptpols an der ABS festgelegt.
Der Haupt- und der Rückpol bestehen aus weichmagnetischem Material. Beide erzeugen während der Aufzeichnung ein Magnetfeld in dem Medium, wenn der Schreibstrom an die Wicklung angelegt wird. Jedoch erzeugt der Hauptpol ein viel stärkeres Schreibfeld als der Rückpol dadurch, dass er an der ABS eine viel kleinere Schnittfläche aufweist und aus einem magnetischen Material mit höherem magnetischem Moment besteht. Das magnetische Moment des Hauptpols sollte längs einer zur ABS parallelen leichten Achse ausgerichtet sein, wenn der Hauptpol im Ruhezustand, d. h. ohne ein Feld eines Schreibstroms ausgehend von der Schreibwicklung, ist. Wenn das magnetische Moment nach dem mehrmaligen Einwirken eines Feldes des Schreibstroms nicht zu einer zur ABS parallelen Ausrichtung zurückkehrt, ist der Hauptpol nicht stabil. Bei einem instabilen Pol kann die Ausrichtung des magnetischen Moments selbst nach dem Abschalten des Stroms für die Schreibwicklung nicht-parallel zur ABS-Position bleiben. Daher kann der Hauptpol einen magnetischen Fluss ausbilden und Daten von der Platte zerstören oder sogar löschen. Ferner führt ein instabiler Pol zu einer erhöhten Schaltzeit, wenn ein Strom angelegt wird. In einem vertikalen Kopf zur Aufzeichnung mit superhoher Spurdichte ist der Hauptpol eine vorherrschende Quelle der Instabilität aufgrund eines starken Entmagnetisierungsfeldes über die Polbreite an der ABS und der Notwendigkeit der Verwendung magnetischer Materialien mit möglichst hohen Sättigungswerten des magnetischen Moments, auch wenn diese Materialien eine geringe Anisotropie und relativ hohe Koerzitivkraft aufweisen.
Ein Faktor, der auf die magnetische Stabilität des Hauptpols und der Rückkehr von dessen magnetischem Moment zu einer zur ABS parallelen Ausrichtung einwirkt, ist dessen uniaxiale Anisotropie. Die uniaxiale Anisotropie ist ein Maß für die Größe des anzulegenden Magnetfeldes, die erforderlich ist, um das magnetische Moment des Hauptpols von einer zur ABS parallelen Ausrichtung zu einer zur ABS senkrechten Ausrichtung zu drehen. Wenn die uniaxiale Anisotropie zu niedrig ist und die Koerzitivkraft hoch genug ist, kann das magnetische Moment im Hauptpol nach dem Entfernen des Schreibstroms nicht immer in eine zur ABS parallelen Position zurückkehren. Daher ist das Löschen von aufgezeichneten Daten auf vertikalen Medien wahrscheinlich.
Die Stärke des Schreibfeldes im Medium ist proportional zum magnetischen Moment des Hauptpolmaterials. Es ist günstig, ein Material mit einer hohen Sättigung des magnetischen Moments (oder einer hohen Sättigung der Flussdichte) zur Bildung des Hauptpols in Köpfen für eine Aufzeichnung mit superhoher Spurdichte zu verwenden. Daher kann, wenn die Sättigung des magnetischen Moments des Hauptpolmaterials erhöht ist, die Spurbreite der Hauptpolspitze verringert werden, um die Speicherfähigkeit des Plattenlaufwerks zu erhöhen. Ein Beispiel für ein Material mit einem hohen magnetischen Moment ist eine Legierung aus Eisen und Cobalt (FeCo). Die CoFe- Legierung leitet eine hohe Flussmenge und ermöglicht dadurch die Verwendung einer sehr schmalen Polspitze, was zu einer sehr schmalen Spurbreite führt, wodurch superhohe Aufzeichnungsdichten ermöglicht werden. Ungünstigerweise besitzen CoFe-Filme zwar die höchste Sättigung des magnetischen Moments, doch besitzen sie keine gute magnetische Stabilität aufgrund einer geringen Anisotropie und relativ hohen Koerzitivkraft. Dies bedeutet, dass das magnetische Moment nach dem mehrfachen Einwirken des Feldes des Schreibstroms in der Hauptpolspitze einer Breite im Submikrometerbereich möglicherweise nicht zur ABS parallelen Position zurückkehrt.
Daher besteht ein starker Bedarf nach der Bereitstellung einer Schreibvorrichtung, die magnetisch stabil ist und aus Material mit einer hohen Sättigung des magnetischen Moments besteht. Eine derartige stabile Schreibvorrichtung verringert die Schaltzeit, erhöht die Laufwerkdatenrate und verhindert ein nicht-beabsichtigtes Löschen auf vertikalen Medien nach dem Abschalten des Schreibstroms.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine vertikale Schreibvorrichtung mit einer Luftlageroberfläche, einem Hauptpol mit einer Hauptpolerweiterung und einem Rückpol und einem rückwärtigen Spaltverschlussteil zwischen der Hauptpolerweiterung und dem Rückpol. Die Hauptpolerweiterung ist in direktem Kontakt mit dem Hauptpol und von der Luftlageroberfläche zurückgesetzt, wobei ein Löschen von aufgezeichneten Daten auf angrenzenden Spuren verhindert wird. Der Hauptpol umfasst eine obere magnetische Schicht, eine weichmagnetische Unterschicht und einen dazwischengefügten nichtmagnetischen Abstandshalter. Die obere magnetische Schicht bildet eine Hinterkante des Hauptpols an der ABS und sie besitzt ein gegenüber der weichmagnetischen Unterschicht größeres magnetisches Moment. Die weichmagnetische Unterschicht ist in direktem Kontakt mit der aus magnetischem Material mit niedriger Koerzitivkraft, hoher Anisotropie und hoher Permeabilität bestehenden Hauptpolerweiterung. Ferner sind die obere magnetische Schicht und die weichmagnetische Unterschicht über den dünnen nichtmagnetischen Abstandshalter antiferromagnetisch gekoppelt. Der nichtmagnetische Abstandshalter besitzt überwiegend eine 111-Kristallstruktur und er fördert die Verringerung der Koerzitivkraft und Korngröße zusammen mit einer Zunahme der Anisotropie des Materials der oberen magnetischen Schicht.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Plattenlaufwerks von oben.
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der vertikalen Schreibvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der vertikalen Schreibvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der vertikalen Schreibvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Plattenlaufwerks 12 von oben, wobei das Laufwerk einen Schwingspulenmotor (VCM) 13, einen Aktuatorarm 14, eine Aufhängung 16, ein Biegeteil 18, ein Gleitstück 20, einen Kopfmontageblock 22 und eine Platte oder ein Medium 24 umfasst. Das Gleitstück 20 ist mit dem entfernten Ende der Aufhängung 16 durch das Biegeteil 18 verbunden. Die Aufhängung 16 ist mit dem Aktuatorarm 14 am Kopfmontageblock 22 verbunden. Der Aktuatorarm 14 ist mit dem VCM 13 gekoppelt. Wie auf der rechten Seite von Fig. 1 gezeigt, besitzt die Platte 24 eine Mehrzahl von Spuren 26 und sie dreht sich um die Achse 28.
Während des Betriebs des Plattenlaufwerks 12 erzeugt die Drehung der Platte 24 eine Luftbewegung, die auf das Gleitstück 20 trifft. Diese Luftbewegung bewirkt, dass das Gleitstück 20 in einem geringen Abstand über der Oberfläche der Platte 24 gehalten wird, was ermöglicht, dass das Gleitstück 20 über der Oberfläche der Platte 24 schwebt. Der VCM 13 wird selektiv so betrieben, dass er den Aktuatorarm 14 um die Achse 30 bewegt, wodurch die Aufhängung 16 bewegt wird und der durch die Gleitvorrichtung 20 getragene (nicht gezeigte) Wandlerkopf über den Spuren 26 der Platte 24 positioniert wird. Eine richtige Positionierung des Wandlerkopfs ist zum Lesen und Schreiben von Daten auf konzentrischen Spuren 26 der Platte 24 notwendig.
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der vertikalen Schreibvorrichtung 36 der vorliegenden Erfindung. Das Medium 24 zur vertikalen Aufzeichnung umfasst die dünne Speicherschicht 32 mit hoher Koerzitivkraft und vertikaler Anisotropie (die Magnetisierung wird in einer zur Oberfläche des Mediums 24 im wesentlichen senkrechten Richtung gehalten) und eine weichmagnetische Unterschicht oder Halteschicht 34 mit hoher Permeabilität und Ausrichtung der leichten Achse in der Mediumebene. Die Schreibvorrichtung 36 umfasst einen Hauptpol 38, eine Hauptpolerweiterung 48 und einen Rückpol 40, die am entfernten Ende durch ein rückwärtiges Spaltverschlussteil 42 miteinander verbunden sind und an der ABS durch den Schreibspalt 46 voneinander getrennt sind, und eine Schreibwicklung 44, die sich zwischen der Hauptpolerweiterung 48 und dem Rückpol 40 befindet. Der Hauptpol 38 dient als nachlaufender Pol für die angegebene Bewegungsrichtung 47 des Mediums 24. Magnetisierungsübergänge auf dem Medium 24 werden durch die Hinterkante 49 des Hauptpols 38 aufgezeichnet. Um in dem Medium 24 eine passable Schreibfeldstärke bereitzustellen, besteht die hier als die obere Schicht gezeigte magnetische Schicht 50 des Hauptpols 38, die die Hinterkante 49 enthält, aus einem Material eines hohen magnetischen Moments. Der Hauptpol 38 weist an der ABS eine Breite im Submikrometerbereich auf, um das Aufzeichnen von superschmalen Spuren auf dem Medium 24 zu ermöglichen. Ferner erhöht die vorgeschlagene Struktur des Hauptpols 38 die uniaxiale Anisotropie der oberen magnetischen Schicht 50, wodurch diese magnetisch stabiler gemacht wird.
Zum Schreiben von Daten auf das vertikale Magnetmedium 24 wird bewirkt, dass ein mit der Zeit variierender Schreibstrom durch die Leitungswicklung 44 fließt, was wiederum ein mit der Zeit variierendes Magnetfeld durch den Hauptpol 38 und den Rückpol 40 erzeugt. Das Medium 24 wird dann in einem vorgegebenen Abstand an der ABS der Schreibvorrichtung 36 derart vorbeigeführt, dass das Medium 24 dem Magnetfeld ausgesetzt wird. Bei der vertikalen Schreibvorrichtung 36 wirkt die weichmagnetische Halteschicht 34 des Magnetmediums 24 im wesentlicher als dritter Pol der Schreibvorrichtung.
Ein geschlossener magnetischer Weg für den Fluss von der Schreibvorrichtung 36 zum Medium 24 geht vom Hauptpol 38 durch die Speicherschicht 32 des Mediums 24 zur weichmagnetischen Halteschicht 34 und kehrt über den Rückpol 40 zur Schreibvorrichtung 36 zurück, wobei er erneut durch die Speicherschicht 32 geht. Um sicherzustellen, dass das Magnetfeld auf diesem Rückweg keine Daten schreibt, ist der Oberflächenbereich des Rückpols 40 an der ABS vorzugsweise wesentlich größer als der Oberflächenbereich des Hauptpols 38 an der ABS. Daher ist die Stärke des Magnetfeldes, das die Speicherschicht 32 unter dem Rückpol 40 beeinflusst, nicht so ausreichend, dass sie ein Keimfeld der Speicherschicht 32 überwindet. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke des Hauptpols 38 zwischen etwa 0,05 und etwa 1 µm.
Der Hauptpol 38 besitzt vorzugsweise eine mehrlagige Struktur und er wird vorzugsweise auf der Hauptpolerweiterung 48 gebildet. Der mehrlagige Hauptpol 38 umfasst vorzugsweise die magnetische Schicht 50, die hier als obere magnetische Schicht 50 gezeigt ist, die aus einem Material eines hohen magnetischen Moments besteht; die dünne nichtmagnetische Abstandshalterschicht 52; und die magnetische Schicht 54, die hier als Unterschicht 54 angegeben ist, die aus weichmagnetischem Material mit klar definierter Anisotropie besteht. Diese mehrlagige Polstruktur induziert in der oberen magnetischen Schicht 50 eine zur ABS-Richtung parallele Anisotropie, wodurch die magnetische Stabilität des Hauptpols 38 verstärkt und gleichzeitig die Vorteile der Verwendung eines Materials mit hohem magnetischen Moment hinsichtlich hoher Schreibfähigkeit und hoher Datenrate beibehalten werden. Wenn die obere magnetische Schicht 50 mit der weichmagnetischen Unterschicht 54 über die nichtmagnetische Schicht 52 gemäß der vorliegenden Erfindung gekoppelt ist, verbessern die Eigenschaften des gekoppelten mehrlagigen Systems die Leistungsfähigkeit des Hauptpols 38 im Vergleich zu einem Hauptpol, der aus einer einzigen Schicht eines Materials mit hohem magnetischen Moment besteht. Die Schichten der Schreibvorrichtung 36 sind zwar als planare Schichten angegeben, doch ist in Betracht zu ziehen, dass sie andere Konturen aufweisen können. Ferner sind die Erläuterungen nicht maßstabsgetreu.
Jedes geeignete Material mit einem hohen magnetischen Moment kann für die obere magnetische Schicht 50 verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Fe-Co-Legierung mit einem Co-Gehalt im Bereich von etwa 30 bis etwa 50% verwendet. Diese Legierung besitzt ein Sättigungsmoment von etwa 2,4 Tesla. Die obere magnetische Schicht 50 kann zur Verwendung in der Schreibvorrichtung 36 von einer beliebigen geeigneten Dicke sein; zweckmäßigerweise ist sie etwa 0,05 bis etwa 1 µm dick und vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 0,5 µm dick.
Jedes geeignete Material mit einem geringeren magnetischen Moment als das magnetische Moment des Materials der oberen magnetischen Schicht 50 kann für die magnetische Unterschicht 54 verwendet werden. Dieses Material ist ebenfalls vorzugsweise weichmagnetisch mit einer Koerzitivkraft von zweckmäßigerweise weniger als etwa 5 Oersted und vorzugsweise weniger als etwa 1 Oersted. Das für die magnetische Unterschicht 54 verwendete Material weist vorzugsweise eine niedrigere Koerzitivkraft als das für die obere magnetische Schicht 50 verwendete Material auf. Das gewählte Material besitzt vorzugsweise eine klar definierte magnetische Anisotropie, was bedeutet, dass es eine stabile Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur ABS aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die magnetische Unterschicht 54 aus CoNiFe, FeCoN, CoNiFeN, FeAlN, FeTaN, FeN, NiFe (beispielsweise Ni₈₀Fe₂₀, Ni₄₅Fe₅₅ und dergleichen), NiFeCr, NiFeN, CoZr, CoZrNb, FeAlSi oder einem anderen geeigneten Material. Die magnetische Unterschicht 54 besitzt üblicherweise ein Sättigungsmoment von weniger als etwa 2 Tesla, zweckmäßigerweise weniger als etwa 1,5 Tesla und vorzugsweise weniger als etwa 1,0 Tesla. Es ist anzumerken, dass das Material der magnetischen Unterschicht 54, bezogen auf das magnetische Moment der oberen magnetischen Schicht 50, zwar ein niedrigeres magnetisches Moment aufweist, das Material der magnetischen Unterschicht 54 aber dennoch so ist, dass es absolut gesehen als Material mit hohem magnetischem Moment betrachtet werden kann. Die magnetische Unterschicht 54 kann von einer beliebigen geeigneten Dicke sein, sie ist jedoch zweckmäßigerweise weniger als etwa 0,2 µm dick und vorzugsweise weniger als etwa 0,05 µm dick.
Der nichtmagnetische Abstandshalter 52 kann aus einem beliebigen nichtmagnetischen Material, das mit den für die obere magnetische Schicht 50 und die magnetische Unterschicht 54 verwendeten magnetischen Materialien mechanisch und chemisch kompatibel ist, bestehen. Kupfer (Cu) oder Ruthenium (Ru) werden in einer bevorzugten Ausführungsform, in der die obere magnetische Schicht 50 aus FeCo besteht und die magnetische Unterschicht 54 aus Ni₈₀Fe₂₀ besteht, für den nichtmagnetischen Abstandshalter 52 verwendet. Die Verwendung des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 zwischen der oberen magnetischen Schicht 50 und der magnetischen Unterschicht 54 führt zur Bildung einer antiferromagnetischen (AFM) Austauschkopplung zwischen der oberen magnetischen Schicht 50 und der magnetischen Unterschicht 54. Diese Kopplung induziert eine parallel zur ABS ausgerichtete Anisotropie in der oberen magnetischen Schicht 50, was zu einer magnetisch stabileren Domänenstruktur der oberen magnetischen Schicht 50 und infolgedessen einem stabileren Hauptpol 38 aufgrund einer Verringerung der magnetischen Energie führt.
Gemäß der RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)-Wechselwirkung induziert der nichtmagnetische Abstandshalter 52 eine periodische Kopplung zwischen der oberen magnetischen Schicht 50 und der magnetischen Unterschicht 54. Die Kopplung wechselt hinsichtlich der Qualität zwischen antiferromagnetisch und ferromagnetisch als Funktion der Dicke des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 und sie hängt von der kristallographischen Orientierung des Materials des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 ab. In einer bevorzugten Ausführungsform mit einer aus Fe₆₀Co₄₀ bestehenden oberen magnetischen Schicht 50 und einer aus Ni₈₀Fe₂₀ bestehenden magnetischen Unterschicht 54 weist das Material des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 vorzugsweise 111-Kristallausrichtung auf. Geeignete nichtmagnetische Materialien umfassen beispielsweise Kupfer, Ruthenium, Gold, Kupfer-Silber-Legierungen und verschiedene Oxide einschließlich von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. Bevorzugte nichtmagnetische Materialien sind solche, die eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen den angrenzenden Magnetschichten ermöglichen, beispielsweise Kupfer, Ruthenium, Gold und Kupfer-Silber-Legierungen. Nichtmagnetische Materialien anderer Kristallausrichtungen können entsprechend in anderer Weise ausgewählten magnetischen Materialien für die obere magnetische Schicht 50 und die magnetische Unterschicht 54 gewählt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 derart gewählt, dass die antiferromagnetische Qualität der Kopplung zwischen der oberen magnetischen Schicht 50 und der magnetischen Unterschicht 54 maximiert ist. Wenn die dem ersten antiferromagnetischen Peak entsprechende Dicke zu einem nichtmagnetischen Abstandshalter, der für die praktische Handhabung zu dünn ist, führt, kann die dem nächsten antiferromagnetischen Peak entsprechende Dicke des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 verwendet werden, usw. In einer Ausführungsform besitzt ein Cu- oder Ru-Abstandshalter 52 eine Dicke von etwa 5 bis etwa 200 Anström (Å), zweckmäßigerweise eine Dicke von etwa 6 bis etwa 30 Å und vorzugsweise eine Dicke von etwa 18 bis etwa 25 Å.
In der vorliegenden Erfindung dient der nichtmagnetische Abstandshalter 52 nicht nur der antiferromagnetischen Kopplung von oberer magnetischer Schicht 50 und magnetischer Unterschicht 54, sondern auch dazu, die aus einer CoFe-Legierung bestehende obere magnetische Schicht 50 magnetisch weich zu machen. Die Quantenwechselwirkungen zwischen den Atomen an den gegenüberliegenden Oberflächen der oberen magnetischen Schicht 50 und des nichtmagnetischen Abstandshalters 52 ändern die Kristallstruktur der oberen magnetischen Schicht 50, was zu verringerter Korngröße, verringerter Koerzitivkraft, erhöhter Anisotropie und größerer magnetischer Stabilität führt.
Für die Hauptpolerweiterung 48, die in einer Ausführungsform zum Erhöhen der Effizienz der Schreibvorrichtung 36 sowie zum Verstärken der Anisotropie und strukturellen und magnetischen Integrität des mehrlagigen Hauptpols 38 verwendet wird, kann jedes beliebige geeignete Material verwendet werden. Die Erweiterung 48 ist von der ABS vorzugsweise um einen Abstand von etwa 0,2 bis etwa 2 µm zurückgesetzt, so dass die Erweiterung 48 nicht zu einer erhöhten Spurbreite des Hauptpols 38 an der ABS beiträgt. Eine enge Spurbreite des Hauptpols 38 an der ABS ermöglicht eine Aufzeichnung mit hoher Spurdichte und sie verhindert versatzabhängige Nebenschreibeffekte.
In einer Ausführungsform besteht die Hauptpolerweiterung 48 aus einem magnetischen Material, wie CoNiFe, FeCoN, CoNiFeN, FeAlN, FeTaN, FeN, NiFe (beispielsweise Ni₈₀Fe₂₀, Ni₄₅Fe₅₅ und dergleichen), NiFeCr, NiFeN, CoZr, CoZrNb, CoZrTa, FeAlSi, oder anderen geeigneten Materialien. Das gewählte Material besitzt vorzugsweise eine klar definierte magnetische Anisotropie, was bedeutet, dass es klar definierte leichte und harte magnetische Achsen aufweist. Das Material ist vorzugsweise weichmagnetisch mit einer zweckmäßigen Koerzitivkraft von weniger als etwa 5 Oersted und vorzugsweise weniger als 1 Oersted. Die Erweiterung 48 besitzt zweckmäßigerweise eine relative magnetische Permeabilität von mehr als etwa 500 und vorzugsweise von mehr als etwa 1000. In einer derartigen Ausführungsform dient die Hauptpolerweiterung 48 auch als Erweiterung der magnetischen Unterschicht 54 aufgrund einer starken ferromagnetischen Kopplung zwischen diesen, wodurch sie zur antiferromagnetischen Kopplung mit der oberen magnetischen Schicht 50 beiträgt. Da die Erweiterung 48 jedoch vorzugsweise kürzer als die magnetische Unterschicht 54 ist, liegt sie an der ABS nicht frei und verringert dadurch versatzabhängige Effekte auf dem Medium 24. Daher kann die Erweiterung 48 so dick sein, wie dies nötig ist, um zur magnetischen Stabilität der oberen magnetischen Schicht 50 und der magnetischen Unterschicht 54 wirksam beizutragen. Die Dicke der Hauptpolerweiterung 48 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 2 µm. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Erweiterung 48 aus dem gleichen Material wie die magnetische Unterschicht 54. In einer alternativen Ausführungsform ist die Erweiterung 48 weggelassen.
Jedes geeignete magnetische Material kann für das rückwärtige Spaltverschlussteil 42 verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das rückwärtige Spaltverschlussteil 42 aus einem weichmagnetischen Material, wie CoNiFe, NiFe, Ni₈₀Fe₂₀, Ni₄₅Fe₅₅, NiFeCr, CoZr, FeN, FeAlSi, oder anderen geeigneten Materialien gebildet.
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der vertikalen Schreibvorrichtung 64 der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zur Ausführungsform der Fig. 2 besitzt die Ausführungsform von Fig. 3 eine laminierte obere magnetische Schicht 50. In einer Ausführungsform besteht eine obere magnetische Schicht 50 aus zwei magnetischen Subschichten 66 und 68, die durch die nichtmagnetische Schicht 70 voneinander beabstandet sind. Die magnetischen Subschichten 66 und 68 bestehen aus FeCo, die magnetische Unterschicht 54 besteht aus NiFe oder CoNiFe und der nichtmagnetische Abstandshalter 52 und die nichtmagnetische Schicht 70 bestehen aus Cu. Andere geeignete Materialien können ebenfalls, wie unter Bezug auf Fig. 2 im vorhergehenden beschrieben, ebenfalls verwendet werden. Die magnetische Subschicht 66 kann aus dem gleichen Material wie die Subschicht 68 bestehen, oder sie können aus unterschiedlichen Materialien bestehen. In ähnlicher Weise kann der nichtmagnetische Abstandshalter 52 aus dem gleichen Material wie die nichtmagnetische Schicht 70 bestehen, oder sie können aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Wie in der in Fig. 2 erläuterten Ausführungsform ist die obere magnetische Mehrfachschicht 50 mit der magnetischen Unterschicht 54 über den nichtmagnetischen Abstandshalter 52 antiferromagnetisch gekoppelt. Ferner sind die magnetischen Subschichten 66 und 68 über die nichtmagnetische Schicht 70 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt. Daher ist die Magnetisierung jeder ferromagnetischen Schicht bezüglich einer angrenzenden ferromagnetischen Schicht antiparallel, was aufgrund der Verringerung der magnetischen Energie zu einer magnetisch stabileren Domänenkonfiguration führt. Weitere magnetische Schichten, die mit nichtmagnetischen Schichten abwechseln, können zur Bildung einer laminierten oberen magnetischen Schicht 50 verwendet werden.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der vertikalen Schreibvorrichtung 72 der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst der Rückpol 40 (n) magnetische Schichten 74 und (n-1) nichtmagnetische Schichten 76 in abwechselnder Form, wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist. Jede magnetische Schicht 74 ist mit jeder angrenzenden magnetischen Schicht 74 über die nichtmagnetische Schicht 76 antiferromagnetisch gekoppelt. Wie bei dem Hauptpol 38 ermöglicht diese Konfiguration, dass der Rückpol 40 die Fähigkeit zum Tragen eines hohen Flusses besitzt, während er magnetisch stabil bleibt, indem die Bildung von Domänenwänden unterdrückt wird. Dies verhindert das Löschen von Information des Mediums 24 durch den Rückpol 40.
Jedes geeignete magnetische und nichtmagnetische Material kann für die abwechselnden Schichten verwendet werden. Für die magnetischen Schichten 76 kann ein Material wie CoNiFe, FeCoN, CoNiFeN, FeAlN, FeTaN, NiFe (beispielsweise Ni₈₀Fe₂₀. Ni₄₅Fe₅₅ und dergleichen), NiFeCr, IQIFeN, CoZr, CoZrNb, FeAlSi oder ein ähnliches Material beispielsweise verwendet werden. Das Material ist vorzugsweise weichmagnetisch mit einer zweckmäßigen Koerzitivkraft von weniger als etwa 5 Oersted und vorzugsweise weniger als etwa 1 Oersted. Das gewählte Material besitzt vorzugsweise klar definierte magnetische anisotrope Eigenschaften, was bedeutet, dass es klar definierte leichte und harte magnetische Achsen aufweist. Die am stärksten bevorzugten Materialien für magnetische Schichten 74 sind Ni₈₀Fe₂₀, CoNiFe, FeCoN, FeAlN, FeAlSi und FeTaN. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht jede magnetische Schicht 74 aus dem gleichen Material; jedoch können die magnetischen Schichten 74 in einer anderen Ausführungsform aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Die nichtmagnetischen Schichten 76 können aus einem beliebigen nichtmagnetischen Material, das mit den für die magnetischen Schichten 74 verwendeten magnetischen Materialien mechanisch und chemisch kompatibel ist, bestehen. Geeignete nichtmagnetische Materialien umfassen beispielsweise Kupfer, Ruthenium, Gold, Kupfer-Silber-Legierungen und verschiedene Oxide einschließlich von beispielsweise Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht jede nichtmagnetische Schicht 76 aus dem gleichen Material; jedoch können die nichtmagnetischen Schichten 76 in einer anderen Ausführungsform aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Da es für den Rückpol nicht kritisch ist, dünn zu sein, kann im Rückpol 40 im Vergleich zum Hauptpol 38 eine größere Dicke der magnetischen Materialien verwendet werden. Die Gesamtquerschnittsfläche aller magnetischen Schichten des Rückpols 40 an der ABS ist zweckmäßigerweise 10-mal und vorzugsweise 100-mal größer als die Gesamtquerschnittsfläche aller magnetischer Schichten des Hauptpols 38. Diese Schichtenkonfiguration des Rückpols 40 kann mit einem Hauptpol 38 einer beliebigen Konfiguration verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist einem Fachmann klar, dass Änderungen hinsichtlich Form und Detail ohne Abweichen von der Idee und dem Umfang der Erfindung gemacht werden können.

Claims

1. Vertikale Schreibvorrichtung mit einer Luftlageroberfläche, wobei die Schreibvorrichtung umfasst:
einen Hauptpol, der umfasst:
eine erste magnetische Schicht mit einem ersten magnetischen Moment;
eine nichtmagnetische Schicht, die an die erste magnetische Schicht angrenzt; und
eine zweite magnetische Schicht, die an die nichtmagnetische Schicht angrenzt, wobei die zweite magnetische Schicht ein zweites magnetisches Moment, das niedriger als das erste magnetische Moment ist, aufweist, wobei die zweite magnetische Schicht mit der ersten magnetischen Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist;
einen Rückpol; und
ein rückwärtiges Spaltverschlussteil zwischen dem Hauptpol und dem Rückpol.

2. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei:
die erste magnetische Schicht ferner eine Hinterkante umfasst und die erste magnetische Schicht eine obere magnetische Schicht ist;
die nichtmagnetische Schicht ein nichtmagnetischer Abstandhalter ist; und
die zweite magnetische Schicht eine magnetische Unterschicht ist.

3. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Leitungswicklung, die sich mindestens teilweise zwischen dem Hauptpol und dem Rückpol befindet.

4. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Hauptpolerweiterungsschicht zwischen der zweiten magnetischen Schicht und dem rückwärtigen Spaltverschlussteil, wobei die Hauptpolerweiterungsschicht von der Luftlageroberfläche zurückgesetzt ist.

5. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite magnetische Schicht und die Hauptpolerweiterungsschicht aus dem gleichen Material gebildet sind.

6. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst:
eine zweite nichtmagnetische Schicht, die an die erste magnetische Schicht angrenzt; und
eine dritte magnetische Schicht, die an die zweite nichtmagnetische Schicht angrenzt, wobei die dritte magnetische Schicht mit der ersten magnetischen Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist.

7. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rückpol ferner umfasst:
eine Mehrzahl magnetischer Schichten; und
eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen jeder der Mehrzahl von magnetischen Schichten befindet;
wobei jede magnetische Schicht mit jeder angrenzenden magnetischen Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist.

8. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste magnetische Schicht aus einer Eisen und Cobalt umfassenden Legierung besteht.

9. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nichtmagnetische Schicht aus Kupfer besteht.

10. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite magnetische Schicht aus einer Nickel und Eisen umfassenden Legierung besteht.

11. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oberflächenbereich des magnetischen Materials des Rückpols an der Luftlageroberfläche größer als der Oberflächenbereich des magnetischen Materials des Hauptpols an der Luftlageroberfläche ist.

12. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die erste magnetische Schicht eine erste Koerzitivkraft besitzt; und die zweite magnetische Schicht eine zweite Koerzitivkraft besitzt, wobei die zweite Koerzitivkraft geringer als die erste Koerzitivkraft ist.

13. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nichtmagnetische Schicht eine 111-Kristallorientierung aufweist.

14. Vertikale Schreibvorrichtung mit einer Luftlageroberfläche, wobei die Schreibvorrichtung umfasst:
einen Hauptpol, der umfasst:
eine erste magnetische Schicht mit einem ersten magnetischen Moment;
eine nichtmagnetische Schicht, die an die erste magnetische Schicht angrenzt;
eine zweite magnetische Schicht, die an die nichtmagnetische Schicht angrenzt, wobei die zweite magnetische Schicht ein zweites magnetisches Moment, das niedriger als das erste magnetische Moment ist, aufweist, wobei die zweite magnetische Schicht mit der ersten magnetischen Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist; und
eine Hauptpolerweiterungsschicht, die an die zweite magnetische Schicht angrenzt, wobei sich die Hauptpolerweiterungsschicht nicht bis zur Luftlageroberfläche erstreckt;
einen Rückpol;
ein rückwärtiges Spaltverschlussteil zwischen dem Hauptpol und dem Rückpol; und
eine Leitungswicklung, die sich mindestens teilweise zwischen dem Hauptpol und dem Rückpol befindet.

15. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweite magnetische Schicht und die Hauptpolerweiterungsschicht aus dem gleichen Material gebildet sind.

16. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Hauptpol eine Schichtstruktur ist, der ferner umfasst:
eine zweite nichtmagnetische Schicht, die an die erste magnetische Schicht angrenzt; und
eine dritte magnetische Schicht, die an die zweite nichtmagnetische Schicht angrenzt, wobei die dritte magnetische Schicht mit der ersten magnetischen Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist.

17. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Rückpol ferner umfasst:
eine Mehrzahl magnetischer Schichten; und
eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen jeder der Mehrzahl von magnetischen Schichten befindet;
wobei jede magnetische Schicht mit jeder angrenzenden magnetischen Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist.

18. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste magnetische Schicht aus einer Eisen und Cobalt umfassenden Legierung besteht.

19. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die nichtmagnetische Schicht aus Kupfer besteht.

20. Vertikale Schreibvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweite magnetische Schicht aus einer Nickel und Eisen umfassenden Legierung besteht.

21. Vertikale Schreibvorrichtung mit einer Luftlageroberfläche, wobei die Schreibvorrichtung umfasst:
einen Hauptpol, der umfasst:
eine Eisen-Cobalt-Legierungsschicht;
eine Kupferschicht, die an die Eisen-Cobalt-Legierungsschicht angrenzt; und
eine Nickel-Eisen-Legierungsschicht, die an die Kupferschicht angrenzt, wobei die Nickel-Eisen-Schicht mit der Eisen- Cobalt-Schicht antiferromagnetisch gekoppelt ist;
einen Rückpol; und
ein rückwärtiges Spaltverschlussteil zwischen dem Hauptpol und dem Rückpol.