專利名稱：一種磁頭的制作方法
背景技術(shù)：
要求基于2000年8月15日提交的、標(biāo)題為“高電阻，高磁矩濺射FeCoZrTa薄膜”的臨時專利申請60/225329的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及一種磁頭。更具體地說，本發(fā)明涉及制造一種磁頭，該磁頭包含相鄰于磁芯的高磁矩和高電阻率的磁性種子層，得以提高磁頭的性能。
磁頭是用來在磁性存儲介質(zhì)(如相對磁頭來說是可移動的磁盤)上讀寫數(shù)據(jù)的。磁頭包括形成磁頭磁芯的上部和下部磁軛以及磁極。電導(dǎo)體(或線圈)穿過用來在磁性存儲介質(zhì)上讀寫信息的磁芯。第一種子層位于下部磁軛的下面，第二種子層位于上部磁軛的下面。
在進(jìn)行寫入操作時，電流流過線圈，在磁芯中產(chǎn)生磁場。在磁芯的兩個磁極頂端之間的小空隙中存在一個間隙區(qū)域。電流流過線圈產(chǎn)生的磁通跨過這個間隙區(qū)域。此磁通接著就用來在存儲介質(zhì)上施加一個磁場，形成磁性轉(zhuǎn)變，然后該磁性轉(zhuǎn)變就被記錄下來。
現(xiàn)在越來越需要以日益增高的速率在計算機系統(tǒng)中處理數(shù)據(jù)。這種需要對于磁性存儲子系統(tǒng)(包括磁頭和存儲介質(zhì))來說形成相應(yīng)的負(fù)擔(dān)，需要以更高的速率和和在更高密度的表面區(qū)域存儲數(shù)據(jù)。因此，用于制造磁頭和磁性存儲介質(zhì)的材料需要滿足越來越高的要求。具體地說，磁頭的性能會受到用于芯材料和每個種子層中的材料的磁性的影響。
由于數(shù)據(jù)率的提高，磁性材料會受到渦流和磁滯現(xiàn)象的負(fù)面影響。渦流的影響是由于隨著時間變化的通量在磁芯中感應(yīng)生成的電流造成的。這種不好的影響會造成磁芯發(fā)熱，并且隨后使磁頭的數(shù)據(jù)率發(fā)生退化。為了減少和消除渦流的負(fù)面影響，用于形成上芯的頂部磁極的種子層的材料應(yīng)有高的電阻率。但是，現(xiàn)在用于磁頭種子層部分的磁性材料，其電阻率是不夠的。
而且，現(xiàn)在也越來越需要在更小的磁性存儲介質(zhì)表面上處理更多的信息。為了在更小的表面上處理更多的信息，必須在此小的表面上提高磁通密度。這種對于磁通密度的更高要求就需要磁性材料有高的磁矩。
另外，用于磁頭種子層的磁性材料應(yīng)顯示出高的各向異性。例如，種子層應(yīng)該顯示出軟磁特性，如能夠輕易并快速地磁化和退磁。現(xiàn)在用于種子層的材料并沒有顯示出足夠的各向異性。
因此，一種改進(jìn)的磁頭，特別是具有高電阻率、高磁矩和所需各向異性的改進(jìn)的磁性種子層，在本發(fā)明領(lǐng)域中將是個重大的改進(jìn)。
發(fā)明概述一般地說，一方面，本發(fā)明的特征是一種磁頭。這種磁頭包括基材、沉積在基材上的非磁性種子層、位于非磁性種子層上面并與其接觸的底部磁芯件、磁性種子層、位于該磁性種子層上面并與其接觸的頂部磁芯件、夾于底部磁芯件至少一部分和磁性種子層至少一部分之間的間隙。
本發(fā)明的各個方面可包括一種或多種下述特征。磁性種子層可以是包含F(xiàn)e、Co、Zr和Ta合金的單層。Fe含量的范圍是50-80原子％，Co含量的范圍是20-50原子％，Zr含量的范圍是1-10原子％，Ta含量的范圍是1-10原子％，磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
磁性種子層可以是包含基層和頂層的雙層結(jié)構(gòu)?；鶎涌梢允沁x自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta和TaN的合金?；鶎雍辖鸬暮穸确秶梢允?-500埃。頂層可以是包含F(xiàn)e、Co、Zr和Ta的合金。Fe含量的范圍是50-80原子％，Co含量的范圍是20-50原子％，Zr含量的范圍是1-10原子％，Ta含量的范圍是1-10原子％。磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
另一方面，本方面的特征是制造磁頭的方法。這種方法包括在基材上沉積非磁性種子層，在非磁性種子層上形成磁芯的底部，在磁芯底部的至少一部分上沉積非磁性材料，在非磁性材料上沉積磁性種子層，在磁性種子層上形成磁芯的頂部，該非磁性材料形成磁頭用的間隙。
在一個實例中，沉積磁性種子層可包括沉積包含F(xiàn)e、Co。Zr和Ta的單層。Fe的含量范圍是50-80原子％，Co含量的范圍是20-50原子％，Zr含量的范圍是1-10原子％，Ta含量的范圍是1-10原子％。磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
沉積磁性種子層可以是沉積包括基層和頂層的雙層結(jié)構(gòu)?；鶎涌梢允沁x自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta和TaN的合金?；鶎雍辖鸬暮穸确秶梢允?-500埃。頂層可以是包含F(xiàn)e、Co、Zr和Ta的合金。Fe含量的范圍是50-80原子％，Co含量的范圍是20-50原子％，Zr含量的范圍是1-10原子％，Ta含量的范圍是1-10原子％。磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
沉積磁性種子層可包括使用Dc-磁控管濺射。濺射可以以至少500瓦的功率，在至少10毫托的氣體壓力和電流產(chǎn)生的磁場下進(jìn)行，還可包括施加50-200奧斯特的磁場。
沉積磁性種子層也可包括在100-500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行后退火。后退火的時間(它隨溫度而變化)的范圍可是10分鐘-100小時。后退火過程可以在把磁性種子層沉積到磁頭上以后進(jìn)行。
另一方面，本方面的特征是一種磁頭，它包括沉積在基材上的非磁性種子層、位于非磁性種子層上面并與其接觸的底部磁芯件、提高磁頭的磁矩和電阻率的裝置和位于該裝置的上面并與其接觸頂部磁芯件。
在一個實例中，提高磁頭的磁矩和電阻率的裝置可以是個單層Fe、Co、Zr和Ta合金的磁性種子層。Fe含量的范圍是50-80原子％，Co含量的范圍是20-50原子％，Zr含量的范圍是1-10原子％，Ta含量的范圍是1-10原子％。磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
在另一個實例中，提高磁頭的磁矩和電阻率的裝置可以是個包含基層和頂層的磁性種子層?；鶎涌梢允沁x自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta和TaN的合金?；鶎雍辖鸬暮穸确秶梢允?-500埃。頂層可以是包含F(xiàn)e、Co、Zr和Ta的合金。Fe含量的范圍是50-80原子％，Co含量的范圍是20-50原子％，Zr含量的范圍是1-10原子％，Ta含量的范圍是1-10原子％。磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
本發(fā)明可提供一種或多種下列優(yōu)點。在相鄰于磁頭的磁芯結(jié)構(gòu)的磁性種子層中存在高電阻率和高磁矩的材料，可以減少不好的渦流影響。結(jié)果，磁頭可處理更高的數(shù)據(jù)率。而且，種子層的高磁矩屬性可使磁頭能在更高密度的存儲介質(zhì)上處理數(shù)據(jù)。對于磁性種子層的加以后退火處理還可進(jìn)一步提高磁性種子層的磁矩，也可使磁頭處理更高的數(shù)據(jù)率。
本發(fā)明的一個或多個實例的詳細(xì)情況描述在下面的附圖和說明中。由這些說明、附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點就清楚了。
附圖簡述

圖1是常用磁頭的平面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明制備的磁頭的截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明制備的磁性種子層的截面圖。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明制備的磁性種子層的磁滯曲線。
圖5是比較單層磁性種子層與雙層磁性種子層的性能和后退火效果的圖。
圖6顯示后退火對一些高磁矩材料磁矩的效果。
圖7是比較各種高磁矩材料磁性的表。
發(fā)明詳述圖1是包含磁芯13的典型磁頭12的平面圖，該磁芯13包括上部芯件14和下部芯件16。線圈18延伸通過磁頭12，夾在上部芯件14和下部芯件16之間。上部芯件14有個上芯尖端20，而下部芯件16有個下芯尖端22。在上芯尖端20和下芯尖端之間形成一個間隙24。通常用氧化鋁填充間隙。磁性存儲介質(zhì)(沒有顯示)可放在接近間隙24的地方，從而可在介質(zhì)上讀取或?qū)懭胄畔ⅰ?br> 圖2是本發(fā)明制造方法一個實例中的磁頭12的截面圖。這個方法先是在基材25上沉積一層底涂層36。底涂層36可以是不導(dǎo)電氧化鋁材料，通常使用濺射技術(shù)施加。在制造過程中，類似磁頭12的多個磁頭可沉積覆蓋在基材25整個表面上。但是，為了這個例子的目的，只顯示了單磁頭12的制備。非磁性種子層37可用作磁芯13底部的基礎(chǔ)?？蓪⒁粚哟判圆牧?坡莫合金)薄膜施涂在非磁性種子層37的表面上。這個薄膜層形成了磁芯13的底部，在此底部有下磁軛10、下后部28、和中心的一部分30。非磁性種子層37可使用平版印刷技術(shù)沉積在磁芯13的底部上。然后將線圈18沉積在絕緣層38上，并環(huán)繞中心30。建立絕緣層38以覆蓋線圈18。接著把磁性種子層39沉積到層38上，也可在層39上再沉積一組磁性材料(如坡莫合金)層。這些附加的層可包括上磁軛11、上磁極件14、后上部26和中心的一部分30。這些附加層的沉積可以用電沉積，也可以用濺射方法。
圖3顯示一個改進(jìn)的磁性種子層39的實例，該磁性種子層39夾在絕緣層38和磁芯13頂部之間。在一個實例中，種子層39包括底部種子層39a和頂部種子層39b。底部種子層39a可由選自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta和TaN的合金組成。底部種子層39a的厚度范圍是5-500埃。
頂部種子層39b可使用濺射技術(shù)沉積在磁芯38上，可以是由Fe、Co、Zr和Ta組成的合金。在此合金的一個實例中，F(xiàn)e為50-80原子％，Co為20-50原子％，Zr為1-10原子％，Ta為1-10原子％。
磁性種子層可以濺射沉積在磁芯38上。合適的濺射方法包括以至少500瓦的功率在至少10毫托的氣體壓力和基于電流的磁場下使用DC-磁控管濺射技術(shù)。磁性種子層39的磁性能(如磁矩)可使用后退火處理得到改進(jìn)。例如，種子層39可在100-150℃的溫度范圍進(jìn)行退火，保溫時間取決于溫度，可為10分鐘-100小時。而且，材料的磁矩還可在后退火過程中施加50-200奧斯特的磁場得到改進(jìn)。
在另一個實例中，磁性種子層39只是個單層，該單層由與上述相同的合金Fe、Co、Zr和Ta形成。但是，雙層磁性種子層39與單層磁性種子層相比，可顯示出更高的磁矩。具有更高磁矩種子層的磁頭與磁矩較低的種子層相比，能夠以更高的數(shù)據(jù)率處理數(shù)據(jù)。
本發(fā)明磁性種子層顯示的磁性，可使磁頭能夠在高數(shù)據(jù)率和高密度用途中使用，如長途通訊和需要快速存取數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)存儲非常重要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
如圖4所示，磁滯曲線圖40顯示了FeCoZrTa磁性種子層改進(jìn)的各向異性。H軸表示磁場強度，以奧斯特為單位，它存在于磁性種子層中，是由于電流通過磁芯產(chǎn)生的。B軸表示磁通，納韋伯為單位，它是由磁性種子層因磁場強度H產(chǎn)生的。如磁滯回線42的兩個腿間的很窄寬度41所示，磁性種子層也可顯示出低的矯頑磁場強度。低的矯頑磁場強度是磁性材料具有“軟”磁性的特征，所述軟磁性能使磁性材料輕易地磁化和去磁。結(jié)果，磁性種子層就能夠以高的數(shù)據(jù)率處理數(shù)據(jù)。
圖5描述了性能圖50，顯示磁頭的磁矩Bs通過加入FeCoZrTa磁性種子層得到多大的提高。當(dāng)磁性種子層沉積在基材如硅的基材上，不經(jīng)后退火，磁矩Bs52大約是20.53kG。而經(jīng)后退火后，如圖所示，磁矩Bs54增加至大約21.02kG。
為了大大增加磁性材料的磁矩Bs，可以使用雙層磁性種子層。如前所述，雙層種子層可使用底部種子層39a和頂部種子層39b來制造。由于雙層結(jié)構(gòu)的結(jié)果，然后把磁矩Bs56提高到21.75kG。如前所述，底部種子層39a由約45埃厚的NiFe層構(gòu)成。而且，磁矩Bs還可對種子層進(jìn)行后退火而得到提高。如圖所示，磁矩Bs58在后退火處理之后，從沉積后狀態(tài)的21.75kG提高到22.24kG。
圖6是個比較圖60，顯示了對一些傳統(tǒng)磁性材料的磁矩Bs進(jìn)行后退火處理的效果。當(dāng)進(jìn)行后退火處理時，這些磁性材料的磁矩Bs顯示出約2％的下降。例如，在進(jìn)行后退火處理之后，F(xiàn)e60Co40的磁矩Bs 62從23.19kG下降到磁矩Bs 64的22.72kG。與此不同，參見圖5，在進(jìn)行后退火處理之后，F(xiàn)eCoZrTa磁性材料的磁矩Bs(52、54和56、58)有所提高。包含F(xiàn)eCoZrTa的磁性種子層顯示的磁矩Bs的提高，使得磁頭能夠產(chǎn)生更高的磁通密度。
圖7的表70比較了各種已知用于制造磁頭的高磁矩材料的一些磁性質(zhì)。如表所示，包含F(xiàn)eCoZrTa磁性種子層的磁頭顯示出整體上改進(jìn)的磁性質(zhì)。
例如，為了產(chǎn)生高磁通密度，磁頭應(yīng)具有高的磁矩Bs。如表所示，F(xiàn)eCoZrTa的磁矩Bs在所列磁性材料的范圍內(nèi)。其磁矩比Fe60Co40略低，但比Ni45Fe55略高。但是如圖5所示，進(jìn)行后退火處理后，F(xiàn)eCoZrTa顯示出了提高的磁矩Bs。與此不同，表7中的其它材料在進(jìn)行后退火處理之后磁矩Bs卻減小。例如，參見圖6，CoNiFe的磁矩Bs在后退火處理之后從22.90kG下降到22.59kG。
磁性材料的矯頑磁場強度可用Hc_e表示。例如，F(xiàn)eCoZrTa的值是4.2奧斯特，明顯低于其它傳統(tǒng)磁性材料(如矯頑磁場強度為34.1奧斯特的CoNiFe)。具有低矯頑磁場強度Hc_e的磁性種子層顯示出高的軟磁性質(zhì)，使磁頭能夠快速磁化和退磁，這在高數(shù)據(jù)率的用途中是必須的。
用于磁頭的磁性材料也應(yīng)該具有高電阻率Rho的特征，該特征可使由于隨時間變化通量產(chǎn)生的渦流減小。如表所示，相比其它表中所列的材料，F(xiàn)eCoZrTa材料的特征是具有明顯高的電阻率Rho(1230hm.cm)不像傳統(tǒng)磁性種子層，F(xiàn)eCoZrTa種子層的特征是高電阻率、軟磁性質(zhì)、良好的熱穩(wěn)定性，還有高的飽和磁矩。這些性質(zhì)使種子層用于高數(shù)據(jù)率和高密度用途中很有吸引力。
本發(fā)明的許多實例都已經(jīng)描述。然而，可以理解，可做出各種不離開本發(fā)明的精神和范圍的修改。例如，用于磁性種子層39的磁性材料FeCoZrTa也可用來代替非磁性種子層37。因此，其它實例也在下列權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁頭，它包括基材；沉積在基材上的非磁性種子層；位于非磁性種子層上面并與其接觸的底部磁芯件；磁性種子層；和位于磁性種子層上面并與其接觸的頂部磁芯件。
2.如權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征在于所述磁性種子層是包括Fe、Co、Zr和Ta合金的單層。
3.如權(quán)利要求2所述的磁頭，其特征在于所述Fe的含量范圍是50-80原子％，所述Co的含量范圍是20-50原子％，所述Zr的含量范圍是1-10原子％，所述Ta的含量范圍是1-10％原子。
4.如權(quán)利要求2所述的磁頭，其特征在于所述磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
5.如權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征在于所述磁性種子層是包含基層和頂層的雙層。
6.如權(quán)利要求5所述的磁頭，其特征在于所述基層是選自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta、TaN的合金。
7.如權(quán)利要求6所述的磁頭，其特征在于所述基層的厚度范圍是5-500埃。
8.如權(quán)利要求5所述的磁頭，其特征在于所述頂層是Fe、Co、Zr和Ta的合金。
9.如權(quán)利要求8所述的磁頭，其特征在于所述Fe含量的范圍是50-80原子％，所述Co含量的范圍是20-50原子％，所述Zr含量的范圍是1-10原子％，所述Ta含量的范圍是1-10原子％。
10.如權(quán)利要求5所述的磁頭，其特征在于所述磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
11.一種制備磁頭的方法，它包括把非磁性種子層沉積在基材上；在非磁性種子層上形成磁芯的底部部分；在磁芯的底部部分的至少一部分上沉積非磁性材料；在非磁性材料上沉積磁性種子層；在磁性種子層上形成磁芯的頂部部分；
12如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述磁性種子層是包括Fe、Co、Zr和Ta合金的單層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述Fe含量的范圍是50-80原子％，所述Co含量的范圍是20-50原子％，所述Zr含量的范圍是1-10原子％，所述Ta含量的范圍是1-10原子％。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述磁性種子層包括在其上面沉積了頂層的基層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述基層是選自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta、TaN的合金。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述基層的厚度范圍是5-500埃。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述頂層是Fe、Co、Zr和Ta的合金。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述Fe含量的范圍是50-80原子％，所述Co含量的范圍是20-50原子％，所述Zr含量的范圍是1-10原子％，所述Ta含量的范圍是1-10原子％。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
21.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述磁性種子層是使用Dc-磁控管濺射沉積的。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述濺射是以至少500瓦的功率，在至少10毫托的氣體壓力和電流產(chǎn)生的磁場下進(jìn)行的。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，它還包括施加50-200奧斯特的磁場。
24.如權(quán)利要求11所述的方法，它還包括對磁性種子層進(jìn)行退火。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于所述退火是以一定保溫時間在100-500℃的溫度進(jìn)行的。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述退火是在沉積了磁性種子層之后進(jìn)行的。
27.一種磁頭，它包括基材；沉積在基材上的非磁性種子層；位于非磁性種子層上面并與其接觸的底部磁芯件；用來提高磁頭的磁矩和電阻率的裝置；位于所述裝置上面并與其接觸的頂部磁芯件。
28.如權(quán)利要求27所述的磁頭，其特征在于所述用來提高磁頭的磁矩和電阻率的裝置包括包含F(xiàn)e、Co、Zr和Ta合金單層的磁性種子層。
29.如權(quán)利要求28所述的磁頭，其特征在于所述Fe含量的范圍是50-80原子％，所述Co含量的范圍是20-50原子％，所述Zr含量的范圍是1-10原子％，所述Ta含量的范圍是1-10原子％。
30.如權(quán)利要求28所述的磁頭，其特征在于所述磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
31.如權(quán)利要求27所述的磁頭，其特征在于所述用來提高磁頭的磁矩和電阻率的裝置包括包含基層和頂層的磁性種子層。
32.如權(quán)利要求31所述的磁頭，其特征在于所述基層是選自NiFe、CoFe、NiFeCr、Ta、TaN的合金。
33.如權(quán)利要求31所述的磁頭，其特征在于所述基層的厚度范圍是5-500埃。
34.如權(quán)利要求31所述的磁頭，其特征在于所述頂層是Fe、Co、Zr和Ta的合金。
35.如權(quán)利要求34所述的磁頭，其特征在于所述Fe含量的范圍是50-80原子％，所述Co含量的范圍是20-50原子％，所述Zr含量的范圍是1-10原子％，所述Ta含量的范圍是1-10原子％。
36.如權(quán)利要求31所述的磁頭，其特征在于所述磁性種子層的厚度范圍是500-5000埃。
全文摘要
一種磁頭，它包括基材(25)、沉積在基材上的非磁性種子層(37)、位于非磁性種子層(37)上面的并與其接觸的底部磁芯件(16)、磁性種子層(39)，位于磁性種子層(39)上面并與其接觸的頂部磁芯件(14)。磁性種子層(39)是由Fe、Co、Zr和Ta組成的合金層。
文檔編號G11B5/31GK1446352SQ01814122
公開日2003年10月1日 申請日期2001年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者賀慶, 薛松生, B·K·奧利弗, P·J·瑞安 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司