DE19820327C2

DE19820327C2 - Dünnschicht-Magnetkopf

Info

Publication number: DE19820327C2
Application number: DE19820327A
Authority: DE
Inventors: Koichi Terunuma; Yasufumi Uno; Tetsuya Mino; Koji Matsukuma
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: JPH10320714A; SG77173A1; US6188543B1; DE19820327A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dünnschicht- Magnetkopf mit einer Aufzeichnungsspurbreite, die eine höhere Aufzeichnungsdichte auf magnetischen Aufzeich nungsträgern, zum Beispiel Magnetplatten, ermöglicht.

Derzeit werden immer höhere Aufzeichnungsdichten auf magnetischen Aufzeichnungsträgern gefordert, so daß die Aufzeichnungsspurbreite von Dünnschicht-Magnetköpfen entsprechend geringer wird. In naher Zukunft wird vor aussichtlich ein Dünnschicht-Magnetkopf mit einer Auf zeichnungsspurbreite von etwa 1 Mikrometer oder weniger gefordert.

Im allgemeinen werden Magnetpolschichten in einem Dünn schicht-Magnetaufzeichnungskopf aus einem polykri stallinen magnetischen Material, zum Beispiel NiFe, hergestellt. Dieses polykristalline Material ist aus vielen mikromonokristallinen Substanzen mit verschiede nen Kristallorientierungen oder -ausrichtungen aufge baut. Wenn daher die Aufzeichnungsspurbreite im Ver gleich zur Größe jeder monokristallinen Substanz hinreichend groß ist, werden die magnetischen Eigenschaf ten des Aufzeichnungskopfes nicht durch die Kristall ausrichtung der monokristallinen Substanz beeinflußt.

Wenn die Aufzeichnungsspurbreite jedoch kleiner als 1 Mikrometer ist, kann die Größe der monokristallinen ma gnetischen Substanz nicht vernachlässigt werden. Denn die magnetischen Eigenschaften des Aufzeichnungskopfes werden erheblich durch die Magnetisierungsrichtung in folge der Kristallausrichtung der monokristallinen ma gnetischen Substanz beeinflußt, so daß sich das Auf zeichnungsvermögen des Kopfes ändert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschicht-Magnetkopf anzugeben, der ein stabiles Auf zeichnungsvermögen hat, selbst wenn seine Aufzeich nungsspurbreite sehr schmal ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe gelöst durch einen Dünnschicht-Magnetkopf mit einer Aufzeichnungsspalt schicht, einer unteren Magnetpolschicht und einer obe ren Magnetpolschicht, die aus polykristallinen magneti schen Substanzen hergestellt sind und zwischen denen die Aufzeichnungsspaltschicht angeordnet ist, wobei die polykristalline magnetische Substanz viele monokri stalline magnetische Substanzen aufweist und die mitt lere Teilchengröße D der Kristallsubstanzen wenigstens in einem Bereich der oberen Magnetpolschicht in der Nä he der Aufzeichnungsspaltschicht relativ zur Aufzeich nungsspurbreite W auf einen solchen Zusammenhang von D ≦ W/20 eingestellt ist, daß Änderungen der magneti schen Eigenschaften infolge der Kristallausrichtung je der monokristallinen magnetischen Substanz verteilt sind.

Die mittlere Teilchengröße D im Magnetpolteil, von der der magnetische Aufzeichnungsbetrieb abhängt, wird mit schmaler werdender Aufzeichnungsspurbreite W kleiner, so daß die Anzahl der in der Spurbreite ausgerichteten Kristalle nicht so klein ist. Infolgedessen können Än derungen der magnetischen Eigenschaften infolge der Kristallausrichtung der jeweiligen monokristallinen ma gnetischen Substanz verteilt werden, so daß Änderungen des Aufzeichnungsvermögens des Kopfes verhindert werden können.

Aus der US-PS 5 585 984 ist es bekannt, daß ein Magnet kopf eine Spurbreite W von 23 µm und ein Magnetfilm ei nes Magnetkopfes eine mittlere Kristallkorngröße D von weniger als 30 nm aufweist. Daraus ergibt sich mit D = 30 nm und W = 23 µm zwar, daß D ≦ W/20 ist. Bei der US-PS 5 585 984 soll jedoch nicht der Zusammenhang zwi schen der mittleren Teilchengröße D von Kristallsub stanzen und der Aufzeichnungsspurbreite W definiert werden, um ein stabiles Aufzeichnungsverhalten ohne Än derungen zu erreichen. Dagegen wird erfindungsgemäß ein stabiles Aufzeichnungsverhalten durch eine Verteilung (Dispersion) von Änderungen der magnetischen Eigen schaften erreicht, die sich durch die Kristallausrich tung jeder monokristallinen magnetischen Substanz erge ben.

Die US-PS 5 585 984 lehrt mithin nicht, daß die mittle re Teilchengröße D von Kristallsubstanzen relativ zur Aufzeichnungsspurbreite W auf einen solchen Zusammen hang von D ≦ W/20 eingestellt ist, daß Änderungen der magnetischen Eigenschaften infolge der Kristallausrich tung jeder monokristallinen magnetischen Substanz ver teilt sind.

Die JP 63-311613 offenbart, daß eine Magnetfilmschicht aus CoFe oder CoNiFe mit einer mittleren Korngröße, die ≦ 0,06 µm ist, eine geringere Koerzitivkraft und damit ein gutes Wiedergabevermögen ermöglicht. Da nach den Angaben in dieser Druckschrift die magnetische isotrope Energie K₁ von CoFe oder CoNiFe 100 bis 1000 mal größer als die bekannter Materialien, wie NiFe, ist, muß die Energie K₁ jedes Kristalls verringert werden, um eine geringere Koerzitivkraft zu erzielen. Aus diesem Grund wird eine mittlere Korngröße von ≦ 0,06 µm vorgeschrie ben. Mit anderen Worten, bei einem magnetischen Materi al mit einer kleinen magnetischen isotropen Energie K₁, wie NiFe, soll die mittlere Korngröße ≦ 0,06 µm sein. Mithin soll nur bei CoFe oder CoNiFe die mittlere Korn größe ≦ 0,06 µm sein, um ein gutes Wiedergabevermögen zu erzielen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die mittle re Teilchengröße D der Kristallsubstanzen wenigstens in einem Bereich der unteren Magnetpolschicht in der Nähe der Aufzeichnungsspaltschicht relativ zur Aufzeich nungsspurbreite W ebenfalls auf D ≦ W/20 eingestellt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die mittlere Teilchengröße D der Kristallsubstanzen nur in einem Be reich der oberen Magnetpolschicht in der Nähe der Auf zeichnungsspaltschicht relativ zur Aufzeichnungsspur breite W auf D ≦ W/20 eingestellt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die mittlere Teilchengröße D der Kristallsubstanzen in allen Berei chen der oberen Magnetpolschicht relativ zur Aufzeich nungsspurbreite W auf D ≦ W/20 eingestellt.

Auch in allen Bereichen der unteren Magnetpolschicht kann die mittlere Teilchengröße D der Kristallsubstan zen relativ zur Aufzeichnungsspurbreite W auf D ≦ w/20 eingestellt sein.

In den meisten Fällen ist die Aufzeichnungsspurbreite W ≦ 1,5 µm.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste hend anhand der beiliegenden Zeichnung bevorzugter Aus führungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Quer schnitts durch den Mehrschichtaufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfin dungsgemäßen Dünnschicht-Magnetkopfes,

Fig. 2 das Verhältnis der Teilchengröße monokri stalliner magnetischer Substanzen zur Auf zeichnungsspurbreite W und

Fig. 3 Aufzeichnungskennlinien des Magnetkopfes in Abhängigkeit von der Teilchengröße polykri stalliner Substanzen in Magnetpolschichten des Magnetkopfes.

Der Dünnschicht-Magnetkopf nach Fig. 1 hat einen Mehr schichtaufbau und ist aus einem induktiven Aufzeich nungskopfteil und einem magnetorestriktiven (MR) Auf zeichnungskopfteil in integrierter Form zusammenge setzt.

In Fig. 1 ist mit 10 ein MR-Element des MR-Kopfteils, mit 11 eine das MR-Element 10 umgebende isolierende Schicht, mit 12 eine untere Abschirmschicht für das MR- Element 10, mit 13 eine obere Abschirmschicht für das MR-Element 10 und eine untere Magnetpolschicht für den induktiven Kopfteil, mit 14 eine Aufzeichnungsspalt schicht und mit 15 eine obere Magnetpolschicht für den induktiven Kopfteil bezeichnet. Da ein solcher Mehr schichtaufbau des zusammengesetzten Dünnschicht-Magnet kopfes auf diesem Gebiet der Technik an sich bekannt ist, kann hier eine ausführliche Beschreibung jeder Schicht entfallen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die untere Ab schirmschicht 12, die untere Magnetpolschicht (obere Abschirmschicht) 13 und die obere Magnetpolschicht 15 plattierte Schichten aus einem polykristallinen Magnet material, zum Beispiel NiFe.

Statt aus NiFe können diese Schichten 12, 13 und 15 aus plattierten Schichten aus einem anderen polykristalli nen magnetischen Material hergestellt sein, zum Bei spiel aus Fe-Co, Fe-M, wobei M wenigstens eines der Elemente N, C, B, Si, Al, Ti, Zr, Ta, Hf, Mo und Nb ist, aus Fe-Co-M, wobei M wenigstens eines der Elemente N, C, B, Si, Al, Ti, Zr, Ta, Hf, Mo und Nb ist, aus amorphem Fe-Co, aus Fe-M-N, wobei M wenigstens eines der Elemente N, C, B, Si, Al, Ti, Zr, Ta, Hf, Mo und Nb ist, aus Fe-M-O, wobei M wenigstens eines der Elemente N, C, B, Si, Al, Ti, Zr, Ta, Hf, Mo und Nb ist, aus Fe- Co-M-N, wobei M wenigstens eines der Elemente N, C, B, Si, Al, Ti, Zr, Ta, Hf, Mo und Nb ist, oder aus Fe-Co-N hergestellt sein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die mittlere Teil chengröße der polykristallinen magnetischen Substanzen in einem Bereich der oberen Magnetpolschicht 15, die mit der Aufzeichnungsspaltschicht 14 in Berührung steht oder in ihrer Nähe angeordnet ist, gleich D ≦ W/20, wo bei W die Aufzeichnungsspurbreite ist. Mit anderen Wor ten, dieser Bereich der Magnetpolschicht 5 ist aus po lykristallinem magnetischem Material mit einer mittle ren Teilchengröße von D ≦ W/20 ausgebildet.

Wie Fig. 2 zeigt, ist das polykristalline magnetische Material, zum Beispiel NiFe, aus vielen miteinander ge koppelten monokristallinen Substanzen mit unterschied licher Teilchengröße gebildet. Bei einer Aufzeichnungsspurbreite von W = 1,0 µm beträgt die mittlere Teil chengröße D erfindungsgemäß D ≦ 1,0 µm/20 = 0,05 µm (500 Ångström). Im Bereich der oberen Magnetpolschicht 15, der mit der Aufzeichnungsspaltschicht 14 in Berüh rung steht oder in ihrer Nähe liegt und somit den ma gnetischen Aufzeichnungsbetrieb betrifft, sind daher 20 oder mehr monokristalline magnetische Substanzen in Richtung der Spurbreite W ausgerichtet. Infolgedessen können Änderungen der magnetischen Eigenschaften auf grund der Kristallausrichtung jeder monokristallinen magnetischen Substanz verteilt werden, so daß Änderun gen des Aufzeichnungsvermögens des Kopfes vermieden werden können.

Fig. 3 stellt Meßergebnisse der Aufzeichnungseigen schaft des Magnetkopfes in Abhängigkeit von der mittle ren Teilchengröße der polykristallinen Substanz in den Magnetpolschichten des Magnetkopfes dar, wobei die Auf zeichnungsspurbreite W als Parameter verwendet wird. Auf der horizontalen Achse ist ein Zehntel der mittle ren Teilchengröße D in µm aufgetragen, und auf der ver tikalen Achse sind Änderungen der Überschreibungseigen schaften des Aufzeichnungskopfes aufgetragen. Die Über schreibungseigenschaft oder Überschreibungskennlinie ist eine an sich bekannte elektromagnetische Eigen schaft, die das Aufzeichnungsvermögen des Magnetkopfes wiedergibt. Die Überschreibeigenschaft beziehungsweise -kennlinie kann ermittelt werden, indem NF(Nieder frequenz-)-Daten auf den Spuren eines magnetischen Auf zeichnungsträgers aufgezeichnet werden und die Dämpfung der NF-Daten gemessen wird, wenn HF(Hochfrequenz-)- Daten in denselben Spuren ohne Gleichstromlöschung der NF-Daten aufgezeichnet werden. Die vertikale Achse stellt daher Änderungen des Aufzeichnungsvermögens des Magnetkopfes dar. Als Parameter sind W = 1,5 µm, 1,0 µm und 0,8 µm gewählt worden.

Für die Messung wurden plattierte NiFe-Magnetpolschich ten mit verschiedenen mittleren Teilchengrößen durch Änderung der Plattierungsbedingungen und Wärmebehand lungsbedingungen gebildet. An Aufzeichnungsköpfen, die jeweils diese Magnetpolschichten enthielten, wurden die Überschreibungskennlinien mit einem magnetischen Auf zeichnungsträger von 0,199 µA/m und 8.10^-3 Tµm. Um die aufgezeichneten Daten vom magnetischen Aufzeichnungs träger wiederzugeben, wurde ein MR-Element mit einer Wiedergabespurbreite von 0,5 µm verwendet, was schmaler als die Aufzeichnungsspurbreite W ist.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, geht die Änderung der Über schreibungseigenschaft bei einer Aufzeichnungsspurbrei te von W = 1,5 µm, wenn 0,1/D gleich oder größer als etwa 1,3 ist, bei einem niedrigen Wert weitgehend in Sättigung über. Dieser Sättigungsbereich entspricht ei nem Bereich, in dem die mittlere Teilchengröße D ≦ 0,075 µm (= 1,5 µm/20) ist. Bei einer Aufzeichnungs spurbreite von W = 1,0 µm geht die Änderung der Über schreibungseigenschaft, wenn 0,1/D gleich oder größer als etwa 2,0 ist, bei einem niedrigen Wert weitgehend in Sättigung über. Dieser Sättigungsbereich entspricht einem Bereich, in dem die mittlere Teilchengröße D ≦ 0,05 µm (= 1,0 µm/20) ist. Bei einer Aufzeichnungsspur breite von W = 0,8 µm geht die Änderung der Überschrei bungseigenschaft, wenn 0,1/D gleich oder größer als et wa 2,5 ist, ebenfalls in einen weitgehend gesättigten niedrigen Wert über. Dieser Bereich entspricht einem Bereich, in dem die mittlere Teilchengröße D ≦ 0,04 µm (= 0,8 µm/20) ist.

Da die mittlere Teilchengröße D der polykristallinen magnetischen Substanzen bei der Aufzeichnungsspurbreite W des Magnetkopfes erfindungsgemäß auf D ≦ W/20 einge stellt ist, können Änderungen der Überschreibungseigen schaft, mithin Änderungen des Aufzeichnungsvermögens des Magnetkopfes, verringert und mithin ein stabiles Aufzeichnungsverhalten selbst dann erzielt werden, wenn die Aufzeichnungsspurbreite extrem schmal ist, das heißt im Bereich eines Mikrometers oder darunter liegt.

Bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel ist die mittlere Teilchengröße D der polykristallinen ma gnetischen Substanzen nur in demjenigen Bereich der oberen magnetischen Polschicht 15, der mit der Auf zeichnungsspaltschicht 14 in Berührung steht oder in ihrer Nähe liegt, auf D ≦ W/20 eingestellt. Erfindungs gemäß kann die Teilchengröße D der polykristallinen ma gnetischen Substanzen jedoch im gesamten oberen Magnet polbereich 15 auf D ≦ W/20 eingestellt werden.

Es ist wichtig, die mittlere Teilchengröße D der poly kristallinen magnetischen Substanzen insbesondere in der oberen Magnetpolschicht 15 zu beachten. Der Grund dafür ist der, daß die auf dem magnetischen Aufzeich nungsträger aufgezeichneten magnetischen Muster von den magnetischen Eigenschaften der oberen Magnetpolschicht 15 abhängen und daß, insbesondere bei dem zusammenge setzten Magnetkopf, die Breite der unteren Magnetpol schicht 13 größer als die der oberen Magnetpolschicht 15 ist und mithin größere Teilchen der magnetischen Substanzen in dieser unteren Magnetpolschicht 13 nicht in dem Maße zu Änderungen der Überschreibungseigen schaften des Magnetkopfes führen.

Die mittlere Teilchengröße D der polykristallinen ma gnetischen Substanzen kann jedoch nicht nur in dem mit der Aufzeichnungsspaltschicht 14 in Berührung stehenden oder nahe bei ihr liegenden Bereich der unteren Magnet polschicht 13, sondern auch in der gesamten unteren Ma gnetpolschicht 13 auf D ≦ W/20 eingestellt werden.

Auch erheblich von den beschriebenen Ausführungsbei spielen abweichende Ausführungsformen liegen im Rahmen der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Dünnschicht-Magnetkopf mit einer Aufzeichnungs spaltschicht (14), einer unteren Magnetpolschicht (13) und einer oberen Magnetpolschicht (15), die aus polykristallinen magnetischen Substanzen herge stellt sind und zwischen denen die Aufzeichnungs spaltschicht (14) angeordnet ist, wobei die poly kristalline magnetische Substanz viele monokri stalline magnetische Substanzen aufweist und die mittlere Teilchengröße D der Kristallsubstanzen we nigstens in einem Bereich der oberen Magnetpol schicht (15) in der Nähe der Aufzeichnungsspalt schicht (14) relativ zur Aufzeichnungsspurbreite W auf einen solchen Zusammenhang von D ≦ W/20 einge stellt ist, daß Änderungen der magnetischen Eigen schaften infolge der Kristallausrichtung jeder monokristallinen magnetischen Substanz verteilt sind.

2. Dünnschicht-Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Teilchengröße D der kristallinen Substan zen wenigstens in einem Bereich der unteren Magnet polschicht in der Nähe der Aufzeichnungsspalt schicht relativ zur Aufzeichnungsdichte W auf D ≦ W/20 eingestellt ist.

3. Dünnschicht-Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Teilchengröße D der kristallinen Substan zen nur in einem Bereich der oberen Magnetpol schicht, der in der Nähe der Aufzeichnungsspalt schicht liegt, relativ zur Aufzeichnungsspurbreite W auf D = ≦ W/20 eingestellt ist.

4. Dünnschicht-Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Teilchengröße D der kristallinen Substan zen im gesamten Bereich der oberen Magnetpolschicht relativ zur Aufzeichnungsspurbreite W auf D ≦ W/20 eingestellt ist.

5. Dünnschicht-Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Teilchengröße D der kristallinen Substan zen im gesamten Bereich der unteren Magnetpol schicht relativ zur Aufzeichnungsspurbreite W auf D ≦ W/20 eingestellt ist.

6. Dünnschicht-Magnetkopf nach Anspruch 1, bei dem die Aufzeichnungsspurbreite W ≦ 1,5 µm ist.