专利名称：多层铁硅铝磁合金膜以及铁硅铝磁合金籽晶层的制作方法
概括地说，本发明涉及磁阻式读取、感应式写入的磁换能器;更确切说，本发明涉及层叠状铁硅铝磁合金膜以及制造这种适合用在磁换能器中作为屏蔽片和极片的膜的过程。
在磁记录行业，受增加记录密度这一动机的驱使，要求磁性存储介质具有更窄的数据记录磁迹、更小的磁迹间距即每英寸上有更多的磁迹、以及沿着数据磁迹有更大的线性记录密度。结果，记录密度的增加给用于记录(写入)和读取所记录信息的装置提出了更多的要求。随着记录密度容量的增加，磁介质趋向于需要更大的磁场强度以完成数据的记录，类似地，读取换能器要求有更高的灵敏度、减小的噪声干扰及串音干扰。目前，能满足这些要求的最可能的装置就是含有感应式写入头和磁阻(MR)式读取传感器或头的磁换能器。
对于一个MR读取头来说，为了能够从这样高记录密度的磁介质上读取所记录的数据，MR传感元件必须放在两个磁屏蔽元件之间的间隙内。例如在U.S.专利4，639，806中，Kira等人揭示了一种含一屏蔽的MR检测元件的MR读取头，还揭示了所述的屏蔽元件可以由高导磁率的磁性材料制成，这些高导磁率的磁性材料例如为镍锌铁(NiZnFe)合金、锰锌铁(MnZnFe)合金、一般称为铁硅铝合金或称之为坡莫合金的镍铁合金。
一般来说，在一个旋转式刚性磁盘存储系统中，读/写换能器被安装在一个飞行滑块的顶端，这个飞行滑块支撑着换能器在磁盘表面上方十分接近磁介质的位置上。各种换能器元件，例如，MR头的MR传感元件及其相关的屏蔽元件，感应头的磁极尖以及沉积在所形成的磁性间隙之间的非磁性材料都暴露在滑块的空气支承表面(ABS)上，所述ABS是经严格设计且有严格的材料要求的。当所述滑块遇到可能存在于磁盘表面上的粗糙不平处或杂质时，暴露在ABS上的读取头和写入头会受到有形的损坏。
暴露在ABS上的MR头的各种传导性材料中，导前磁屏蔽元件存在着最严重的问题，因为所述屏蔽要有大体积的传导材料，这些大体积的传导材料很容易被划伤或涂上脏物而形成导前屏蔽和MR传感元件之间的短路路径，由此可导致传感器中的短路。
在感应写入头中，以及设计成具有读和写功能的感应头中，形成用于感应线圈的磁路的磁轭在滑块的ABS上终止成一对相对的极尖，极尖之间形成有一个换能间隙。由于磁轭结构的主体部分有较大尺寸，而极尖又相对较窄且薄，因此要求它用高饱和磁化强度和高导磁率的材料制成。如上面所述，由于极尖和间隙存在在感应头ABS中，那么，也要求极尖材料有足够的硬度，以使由磁介质表面的粗糙不平和杂质所形成的污迹和划伤减到最小。另外，由于磁轭的几何形状和磁头结构可允许磁轭的主体部分远离ABS，这样可避开ABS上的恶劣条件，因此，一般来说，仅仅对极尖材料要求有上述的能在ABS上耐用的性质。
在现有技术中已知使用铁硅铝磁合金未作为MR头的导前屏蔽材料和感应头中的极尖材料。例如，在授予Bajorek等人的美国专利U.S4，918，554中揭示了制造一种屏蔽的MR传感器的方法，该MR传感器具有由铁硅铝磁合金构成的导前屏蔽。类似地，授予Pisharody等人的美国专利U.S4，780，779中，揭示了一种在用于视频记录的感应式磁头中的层叠状铁硅铝极尖结构。铁硅铝磁合金(大约为9.6%Si和5.4%Al以及85%Fe)由于具有优良的软磁性、热稳定性、机械完整性、硬度，特别是块状铁硅铝合金，所以它总是优选被选用，用在MR/感应薄膜头中作为屏蔽元件和极尖结构，用在MIG铁磁头中作为核芯材料。另一方面，铁硅铝磁合金具有良好的各向异性以及所希望的机械性能，例如磁致伸缩性，所以难以加工。这一问题的各个方面已被加以研究并解决。例如，授予Sakakima等人的美国专利US4，897，318中就揭示了层叠结构的FeSi合金和铁硅铝磁合金薄膜，其中，对所述铁硅铝磁合金的磁致伸缩系数加以控制是使其具有好的耐磨性和高的饱和磁化强度。日本专利申请No.1-342595，公开号No.3-203008(
公开日1991年9月4日)公开了一种层叠状的铁硅铝磁合金结构，一个铬(Cr)籽晶层被用来使连续的铁硅铝层取向以具有改善的软磁特征。欧洲专利No.0159028(B1)(于985年10月23日公开的欧洲申请No.85104637.5)说明了一种铁硅铝基合金薄膜，它被均匀地掺进了规定数量的氧(O)，具有改善的磁导率和硬度。
对于MR头和感应头结构来说，铁硅铝薄膜的特别重要的磁性质，例如磁致伸缩性、各向异性场以及矫顽力都极大地依赖于铁硅铝材料的成分。应用目前的淀积方法，只能在铁硅铝合金的一个相对较窄的成份范围内获得良好的各向异性场和软磁特征。
因此，本发明的主要目的在于提供一层叠状的磁性铁硅铝合金结构，其中，所述结构的磁性质可以在铁硅铝材料的一个相对较宽的范围内选择优化。
按照本发明的原理，一个多层薄膜结构的优选实施例包括一个具有规定成份的铁硅铝合金薄的籽晶层，以及一个或多个连续淀积的块状铁硅铝合金材料层，对于每种组元，其成分能在一个相对较大范围(重量百分比)内变化。
按照本发明的多层薄膜铁硅铝结构的第二个优选产施例包括一个具有规定成分的籽晶层结构，该籽晶层结构由至少一个掺杂了氮(N2)的铁硅铝层和至少一个不掺杂的铁硅铝层交替构成，以及淀积在所述籽晶层结构上的整体(bulk)铁硅铝合金材料层。掺杂氮是这样来进行的，即在淀积过程中，在氩(Ar)气环境下周期性地引入局部压力受控的N2。
在本发明的多层铁硅铝膜中使用籽晶层可以给其成分超出了现有技术中为获得如下优秀品质的相对较窄范围的整体(bulk)铁硅铝膜的改善的各向异性场和磁性质。材料成分范围的扩大可优化铁硅铝结构所希望的磁性质，以与现有技术中的铁硅铝屏蔽结构相比，在MR头的使用中降低了屏蔽噪声。另外，本发明的多层铁硅铝膜相对于现有技术中的铁硅铝材料和坡莫合金材料的感应式写入头具有增加了的高频性能和饱和感应。
本发明上述的和其它的目的、特征及优点从对本发明的优选实施例的详细说明中能易于现解，并且请参照附图。附图中同样的标号指示同样的元件。
图1是本发明的磁盘存储系统的简化框图;
图2是示于图1中的系统的磁盘驱动传动器的透视图，用以说明磁性换能器和磁性存储介质之间的关系;
图3是图2所示滑块的尾端的正视图，说明了磁性换能器在其上的位置;
图4、5和6是本发明不同的优选实施例中多层磁性结构截面图;
图7A-7C是图4的层叠状多层铁硅铝膜的易磁化轴和难磁化轴上的BH环的曲线;
图8A-8E是图5和6的层叠状多层铁硅铝膜的易磁化轴和难磁化轴上的BH环曲线;
图9是与本发明多层磁结构结合的MR头的空气支承面的正视图;
图10是与本发明多层磁结构结合的感应头的截面图;
图11是与本发明的多层磁结构结合的一个合MR一感应头的空气支承面的正视图。
尽管本发明是以图1、2和3所示的磁盘存储系统为例来说明的，但是，很显然本发明可以应用到其它的磁记录系统中，例如磁带记录系统。至少一个可旋转的磁盘12被放在轴14上并由磁盘驱动马达18来转动。在每个磁盘上的磁记录介质是由同心的数据磁迹形成的环状记录区。
至少一个滑块13可在磁盘12上定位，每个滑块13可支撑一个或多个磁性读取/写入头21。当磁盘转动时，滑块13可以径向地内外移动，以使所述头21可以接近含有数据的磁盘面22上的不同部分。每个滑块13都附带一个利用悬浮器15的传动器支臂19。所述悬浮器15有轻微的弹性力，弹性力可使滑块13偏向盘表面。每个传动器支臂19都带有一个传动器装置27。示于图1中的传动器装置是一个音频线圈马达(VCM)，该VCM是一个在一固定磁场中可移动的线圈，线圈移动的方向和速度由所施加的电流来控制。
图2是图1所示盘存储系统的透视图，说明了为了使滑块13及其相关的磁性换能器或头21接近磁盘12上的数据磁迹，传动器27的线性使用。在磁盘存储系统的工作过程中，磁盘12的旋转形成了在滑块13与盘表面22之间的空气挤压。这种空气挤压可由悬浮器15的弹力来相互平衡，同时支撑弹性块13的一个恒定的小间距在工作过程中飞行在盘片上方。
图3是滑块13的尾端33的正视图，说明了滑块的结构以及换能器21在滑块上的位置。滑块13的下表面支撑在磁盘12的上方，与磁盘面有十分接近的距离。滑块的下表面被成型或机械加工成一种适当的拓扑结构以形成空气支承面(ABS)，产生足够的举力或压力分布以形成所希望的飞行特征。在典型的设计中，换能器21被放置在或用其它方法形成在滑块的侧面或尾端33上，在每个ABS导轨上，以便读和写传感器能位于与磁盘表面发生换能关系的ABS上。每个换能器21包括一对或更多的输出导体37和39，用于将电信号连到换能器21，或从换能器上送出去。
磁盘存储系统的各个部分的工作由控制单元29所产生的信号来加以控制，例如存取控制信号和内部时钟信号，控制单元29包括逻辑控制电路、存储装置和微处理机。所述控制单元29产生控制信号去控制各种系统操作，例如在导线23上的马达控制信号，在导线28上的磁头定位控制信号。导线28上的控制信号提供了所希望的电流分布以便以一种最佳方式使一个所选择的滑块13移动和定位到所涉及磁盘12上的所希望的数据磁迹上。可利用一个记录通道25使读和写信号与读/写头21进行交换。
上面说明的典型的磁盘存储系统，以及图1、2、3所说明的系统仅仅只是一种代表性说明。显然，也可以包含含有大量磁盘和传动器的磁盘存储系统，并且每个传动器可以支持多个滑块。类似地，图2说明的是线性传动器的使用，而旋转式传动器也可与磁盘驱动系统一起使用，这是现有技术所公知的。
如前文所述，由于SiAlFe合金的优秀的磁性质和机械特征，在已被广泛地选择作为换能器中的某些元件的材料，并且选择SiAlFe优于选择NiFe(坡莫合金)。铁硅铝合金被用于位于ABS上的某些元件的材料，主要是基于它的硬度。另外，由于需要更大的数据存储密度，所以，对铁硅铝合金材料的磁性质的优化变得越来越重要。已经发现与单层铁硅铝薄膜相比，多层铁硅铝薄膜具有大大地改善了的软磁特征。
参照图4，示出了按照本发明原理的多层铁硅铝膜的优选实施例的截面图。薄膜结构40包括在基底41上的一个抛光的铝基层42上交替叠放的铁硅铝层45和49及气体掺杂的铁硅铝层43和47。在图4的结构中仅示出了2对层结构，对于各种不同应用，可以包括多于100对掺杂的铁硅铝/铁硅铝层结构。
例如，1.9μm厚的铁硅铝膜在Perkin-Elmer4400溅射淀积系统中采用RF二极管溅射处理来制备。为了制备氮(N2)掺杂和空气掺杂的膜，在淀积过程中，N2或空气小的局部压力以周期性的方式引入到氩处理气体中。由于淀积态的铁硅铝膜不能展示换能器的应用所需要的优秀的软磁性质，所以如现有技术已知的那样，在膜淀积之后，该膜要在470℃下退火约4.5小时。表1示出了N2掺杂和空气掺杂的多层膜的BH环的主要性质与一般的单层铁硅铝膜的这些性质的比较，在这些膜中，145A厚的铁硅铝层与16A厚的气体掺杂铁硅铝层相比较。在表1中，Hch和Hce是难磁化轴和易磁化轴的矫顽力，MUi是初始导磁率、Br/Bs是残余磁感应与饱和磁感应之比。
表1掺杂气体Hce(Oe) Hch(Oe)MUi Br/BsN20.20 ＜0.01 6706 ＜0.01空气0.140.02 61000.04无0.400.14 45000.42如表1所示，与一般的单层不掺杂的铁硅铝膜相比，气体掺杂的多层铁硅铝膜具有明显较低的Hce、Hch和Br/Bs值。图7A、7B和7C分别是对N2掺杂、空气掺杂和不掺杂的铁硅铝膜的易磁化轴71和难磁化轴73的BH环。当与不掺杂的铁硅铝膜的BH环作比较时，N2掺杂和空气掺杂的铁硅铝多层膜的易磁化轴和难磁化轴上的BH环显示出显著的改善。
表1和图7A、7B、7C中的数据是从这样的铁硅铝膜中得出的，即合金成份为Si(9.6%)、Al(60%)、Fe(84.4%)(为重量百分比)。对掺杂N2的铁硅铝层而言，所使用的掺杂N2的局部压力为7.0×10-4Torr，对掺杂空气的铁硅铝层而言，空气的局部压为7.0×10-4Torr。所掺杂的频率和周期是在溅射淀积过程中每120秒引入所述气体20秒。
示于表1中和图7A、7B和7C中的数据以及由气体掺杂多层结构技术所获得的软磁性能的改善对于用于获取这些数据的其成份接近铁硅铝成份的合金来说是所预期的。所述气体可以是空气、N2、O2或H2O，或者N2、O2或H2O的任意组合。由空气掺杂和N2掺杂的膜所得到的数据说明N2、N2/O2的及N2/O2/H2O气体混合体正常产生相似的效应，至少当N2是主要组分时是这样。O2或H2O的存在对于优化某一特定的磁性质是有利的。为获得所希望的软磁性质，气体掺杂的铁硅铝层之厚度以及掺杂水平较好的为10-1，000
的范围及1-10(原子)%，而不掺杂层的厚度范围为20-10.000
。
上述参照图4和7A-7C说明的气体掺杂多层铁硅铝膜具有改善的磁性质，所述铁硅铝合金具有成份为Si(7.5-13.0(重量)%)、Al(2.0-7.0(重量)%)，剩余的是Fe，薄膜铁硅铝的重要磁性质，例如磁致伸缩性、各向异性场以及矫顽力都强烈地依赖于铁硅铝合金的成份。例如当铁硅铝膜具有成份或接近这一成份Si(9.6%)Al(5.4%)Fe(85.0%)(重量百分比)时，磁性质可有明显的改善。具有良好的各向异性场及软磁性质的铁硅铝膜只能在一个相对较窄的合金成份范围内获得。
在本发明的第二个优选实施例中，使用了铁硅铝籽晶层，这个铁硅铝籽晶层的成分不同于覆盖在所述籽晶层上面的铁硅铝整体层的成份，所述籽晶层为整体层(bulklayer)铁硅铝提供了改善的各向异性场和软磁性质，所述整体层铁硅铝的成份超出了现有技术中能取得良好性质的成份范围，所以具有相对较宽的成份范围。
现在参照图5、6和8A-8E，图5是按照本发明原理的第二个优选实施例的多层铁硅铝膜截面图。这个多层铁硅铝膜结构50包括一个淀积在基底51的基层52上方的具有一个第一成份的铁硅铝合金籽晶层53。具有第二成份的铁硅铝整体层55被淀积在所述的籽晶层53上。所使用的铁硅铝合金铁成份在这样一个范围内，即Si(7.5-13.0(重量)%)Al(2.0-7.0(重量)%)，剩余的为Fe。例如，含籽晶层53和整体层55的多层结构膜在一个Perkin-Elmer4400溅射淀积系统中利用RF二极管溅射方法沉积到基底51/52上。所述基底由一种陶瓷材料，即70%Al2O3-30%TiC，并且在该陶瓷材料上覆盖3.5μm厚具有抛光面的溅射的Al基层52。结构50的籽晶层53是利用两个铁硅铝靶的共溅射来淀积成的，这两个靶具有标称的成份，即Si(9..6%)Al(6.0%)Fe(84.4%)(重量百分比)(成份A)。籽晶层53形成之后，整体层55从一个单独的铁硅铝靶上淀积，并且不中断真空室。对一组膜50而言，整体层55从具有标称成份即Si(12.0%)Al(4.5%)Fe(83.5%)(重量百分比)(成份B)的铁硅铝靶上淀积而成。对于第二组膜50，整体层55从具有标称成份为Si(11.5%)Al(5.0%)Fe(83.5%)(重量百分比)(成份C)的铁硅铝靶上淀积形成。另一种可能的方案是，所述籽晶层53能均匀地掺杂进一种气体，例如N2或O2，只要在籽晶层53的淀积过程中将掺杂气体引入到淀积环境中即可，如前文已讲述的那样。籽晶层53的厚度在100-800A的范围内。整体层55的厚度在0.3-10.0μm的范围内。在一个特别优选的实施例中，多层膜50包括一个籽晶层53和淀积在籽晶层上面的整体层55，所述籽晶层53为厚度320A的铁硅铝层，其成份为成份A，在淀积过程中以7×10-4Torr的局部压力均匀掺杂N2;整体层55是负入硅铝层，其成份为成份B，厚度为1.85μm。淀积之后，该铁硅铝膜50在一磁场中N2气氛下470℃退火4.5小时。
图6是图5所示的多层铁硅铝膜的另一个优选实施例。该多层铁硅铝膜60包括一个具有第一成份的铁硅铝籽晶层63和一个淀积在所述籽晶层63的上具有一个第二成份的铁硅铝整体层65，其中，籽晶层63由如参照图4所描述的交替迭放的气体掺杂铁硅铝层67和铁硅铝层69构成。例如，含一个籽晶层63和一个整体层65的铁硅铝膜被溅射淀积在基底61上的一个用于如图5所示膜结构的铝基层62上。上述的N2掺杂方法用于形成所述籽晶层63，该籽晶层63具有交替的N2掺杂铁硅铝层和成份A的铁硅铝不掺杂层。N2掺杂层67为16 厚，而不掺杂铁硅铝层69为145 厚。在籽晶层63中，掺杂的和不掺杂的层的厚度都在10-2000 的范围内。
表Ⅱ列出了所选择的铁硅铝膜结构50和60的主要磁性质的值，这些所选择的铁硅铝膜结构50和60具有成份B或C的铁硅铝整体层55、65以及成份A的铁硅铝籽晶层53.63。在表Ⅱ中，Hce和Hch是易磁化轴和难磁化轴的矫顽力。WUi和MUr是初始导磁率和剩余导磁率，Br/Bs是在难磁化轴上的剩余磁感应与饱和磁感应之比。以“N2”起头的这一列规定是由N2掺杂层和不掺杂层交替构成的籽晶层、一个单独的均匀掺杂的籽晶层还是一个单独的不掺杂层。表中也列出了所用的每种铁硅铝成份的无籽晶层的铁硅铝膜的性质，以供比较。
Y＊交替的气体掺杂和不掺杂层的籽晶层。
Y＊＊单一的、均匀的气体掺杂层籽晶层。
对于第一组铁硅铝膜来说，即具有成份B的铁硅铝整体层55、65的膜结构50、60，表Ⅱ显示出具有籽晶层53，63的铁硅铝膜与不具有籽晶层的铁硅铝膜相比，具有好得多的各向异性性质(较低的Hch和Br/Bs)以及软磁性质(较低的Hce和较高的MUi和MUr)。在具有籽晶层的铁硅铝膜结构中，在多层结构中具有交替的N2掺杂的铁硅铝层67的籽晶层63与具有不掺杂的籽晶层的这些膜结构相比，展示出更好的各向异性性质。类似地，与具有不掺杂的籽晶层的膜结构相比，具有单一的均匀掺杂的籽晶层的这些膜结构展示出改善的各向异性性质。对于均匀掺杂的籽晶层来说，显然，所得到的各向异性性质是籽晶层厚度的函数，在厚度为320 时可获得Hch和Br/Bs的最小值。
图8A、8B和8C是这样一些铁硅铝膜结构的易磁化轴81和难磁化轴83的曲线，这些铁硅铝膜结构具有成份为成份B的铁硅铝整体层55、65，并且，其中一个膜结构有800 厚的籽晶层53、一个膜结构有800 厚的N2掺杂的籽晶层63，以及一个不具有籽晶层的膜结构。具有籽晶层63的铁硅铝膜结构，其籽晶层63由交替着的N2掺杂铁硅铝67和不掺杂的铁硅铝63构成，这种膜结构提供了最全面的改善，例如，图8B示出了难磁化轴的BH环实质上是封闭的。
类似地，对于具有成份C的整体层55、65的第二组铁硅铝膜结构来说，如表Ⅱ所示，均匀N2掺杂的或交替着的N2掺杂的籽晶层63均提供了极为改善的各向异性和软磁性。例如，与无籽晶层的铁硅铝膜结构相比，Hch和Br/Bs之值要低得多。图8D和8E是具有成份C的铁硅铝整体层的膜结构的易磁化轴81和难磁化轴83的曲线，其中一种膜结构有800
厚的N2掺杂籽晶层63，一种膜结构无籽晶层。当比较图8D和8E的难磁化轴83上的BH环曲线时，可清楚地看出N2掺参的籽晶层63使铁硅铝膜结构产生了很强的各向异性这一效果。
最后的铁硅铝膜结构，即示于表Ⅱ中具有成份A的整体铁硅铝层但无籽晶层，展示了对于MR头屏蔽的应用来说所需要的可以接受的各向异性和软磁性的值。通过比较可以看出，具有B成份且无籽晶层的铁硅铝膜展示出相对较差的各向异性，具有C成份且无籽晶层的铁硅铝膜展示出勉强可以接受的性质。
对于成份为成份B和C的铁硅铝膜结构来说，一个籽晶层(为成份A的铁硅铝)的使用可以使膜结构具有优异的各向异性和软磁性以应用于MR头中的屏蔽及感应头中的极尖材料。从而成份范围接近于成份B和C的溅射靶上制成的膜结构是特别希望的，因为这些成份使铁硅铝膜分别具有负的以及接近于零的磁致伸缩。而成份A的铁硅铝膜结构无籽晶层时提供了满意的各向异性和软磁性，但这个膜结构展示了正的磁致伸缩值。对于MR头和感应头的应用来说，负的或接近于零的磁致伸缩膜在它被抛光了以后，在头ABS上需要保持最希望的磁畴结构。
参照图9，它是按照本发明原理的一个MR读取传感器或头90与一个导前磁屏蔽的ABS的视图。MR读取头结构90包括一个第一屏蔽元件91，它由一个非导体层94(例如铝层)从基底92上分隔开。基底92一般构成滑块的主体，所述滑块在其尾端支撑MR头，如图3所示。考虑到滑块和磁性存储介质表面之间的相对运动，如图中箭头96所示，所述第一屏蔽91也被称作导前屏蔽。一个第一非磁性间隙层98然后被淀积在所述第一屏蔽91上以作为一个基层，用于MR传感器元件93的淀积。尽管所示出的MR传感器元件只有一个单独的层，但是对于本领域普通技术人员不难理解其它的层，例如使传感器适当偏置的层也可以被包括在其中。MR传感器元件与导电体95接触，这个导电体95用一个第二非磁性间隙层99来与第二屏蔽元件97绝缘。然后，在头结构的尾端淀积上所希望厚度的保护层96。
所述第一屏蔽91收一个多层结构薄膜结构构成，所述多层薄膜结构包括一个第一成份的铁硅铝籽晶层101和一个第二成份的铁硅铝整体层103，如图5所示的那样。另一种可选择的方案是，所述籽晶层101由第一成份的气体的掺杂铁硅铝层和所述第一成份的非掺杂的铁硅层的多层结构交替构成，如图4和图6所示的那样。由于对MR传感器元件93来说，由所优选的材料强制地加在MR头结构94上的关于温度和其它处理方面的限制，一般来说，仅仅只有第一屏蔽91采用铁硅铝合金，而第二屏蔽将采用具有所需要的各向异性场和软磁性的材料，例如坡莫合金。
现在参见图10，它示出的是根据本发明原理的一个感应头10及磁极片的截面图。所示的感应头10包括一个扁平导体线圈111，被放在两个绝缘材料层113和115之间的椭园区内，所述绝缘材料例如为AI。线圈111感应地耦合在一个磁轭结构117上，磁轭结构117有两个复合层，每个包括一极尖区和一个背区，并且具有一个背间隙区，与延伸通过线圈111(未示出)的所述两层磁耦合。其中，下层有一个极尖部分119和背区121，上层有一个极尖部分123和一个背区125。在极尖区，磁轭层119、123由一个间隙材料层127分隔开，这个间隙材料层确定了换能间隙。磁轭层的平衡是用绝缘层113、115来隔离的，此外还有间隔材料层127，以及上、下磁轭层直接接触处的背间隙区。
正如上面所讨论的，为了满足高密度记录的要求，当与极尖119、123剩余部分以及远离间隙区128的上、下背区层121、125相比时，在ABS上的间隙区128的极尖尺寸是相对较小的，以便使相对小量的磁性材料载带磁通，这样，磁轭结构117的主体可以是任一种具有适当磁性质的磁性材料，例如NiFe、NiFeCo或普通铁，而在间隙128处的极尖区119、123部分则需要具有高饱和磁化强度的材料。另外，由于极尖部分暴露在ABS上，所以，用于极尖的材料必须处理成有足够的硬度及其它的机械性质，以使来自ABS环境的物理损伤消除或减到最小。在本发明的一个感应头的实施例中，磁轭结构的极尖区119和121由一个多层结构构成，这个多层结构含交替的气体掺杂铁硅铝层和不掺杂的铁硅铝层，如图4所示。在感应头的另一个实施例中，磁轭结构的极尖区119和123由一多层结构构成，这个多层结构包括具有第一成份的铁硅铝籽晶层和第二成份的铁硅铝整体层，如图5和6所示。所述籽晶层可以是一个单独的铁硅铝层或者是由交替着的气体掺杂铁硅铝层和不掺杂铁硅铝层构成的多层结构。
还有另外一种选择方案，在感应磁头的另一个实施例中，背区层121、125和远离ABS的极尖层119、123可以用适当的磁性材料例如坡莫合金制成，而只有暴露在ABS上的间隙区128上的极尖部分129、131由图4、5、6所示的多层结构铁硅铝制成。例如，极尖129和131可以由这样一种结构构成，该结构有一个第一成份的铁硅铝籽晶层和一个第二成份的铁硅铝整体层，其中，籽晶层要么是一个单独的铁硅铝层，要么是一个由气体掺杂铁硅铝层和铁硅铝层交替着的多层结构。
现在参见图11，所示出的是按照本发明原理的一个复合MR读取/感应写入换能器130及多层铁硅铝膜结构。如图所示的一个复合的换能器必须由一个MR读取头和一个感应写入头构成，一个头以这样的方式位于另一个头的顶端，即感应头的下部磁极片与MR头的第二或上部磁屏蔽元件可以合并成一个单个的屏蔽元件。该复合的MR读取/感应写入换能器结构130含一个第一屏蔽元件131，它与基底132用一种非导体材料例如AI层134分隔开，基底132一般来说构成滑块的主体，该滑块在其尾部支承着该换能器，如图3所示。然后，一个第一非磁性间隙层139被淀积在第一屏蔽131上，以作为用于MR传感器元件133的淀积的基层。尽管示于图中的MR传感顺元件133具有一个单独的层，但是对本领域专业人员来说其它的层，例如适当地给传感器加偏置的层也是可以包括在其中的。MR传感器元件与一个导电体135接触，该导电体135可利用一个第二磁间隙层141与第二屏蔽元件137绝缘。所述第二屏蔽元件137由单个元件构成，该单个元件既作为MR传感器元件133的上部屏蔽，又作为感应写入头的下部极片。第二屏蔽元件137由具有合适的磁性和机械性质的材料制成，例如NiFe，如现有技术所示的那样。然后，一个非磁性间隙材料层和具有极尖143的上部极片被淀积在下部极片上并且利用离子束研磨或其它合适的处理方法加工成所希望的尺寸以形成磁间隙145。上部极片(未示出)的感应线圈和其余部分如现有技术已知的那样去制造。保护层136以所希望的厚度然后被淀积在换能器结构的尾端。
导前(考虑到换能器和存储介质之间的相对运动，由箭头138所示)的第一屏蔽131由一多层薄膜结构构成，该多层薄膜结构包括一个第一成份和铁硅铝籽晶层149和一个第二成份的铁硅铝整体层151，如图5所示。另外，所述籽晶层149可由第一成份的气体掺杂铁硅铝层153和第一成份的不掺杂的铁硅铝层155交替着的多层结构构成，如图5和6所示。
参照本发明的优选产施例已对本发明作了具体说明，然而本领域专业人员将能理解各种不离开本发明精神的变型。因此，这里所揭示的本发明仅仅是对本申请权利要求的具体说明。
权利要求
1.一层叠状磁性结构，其特征在于它由掺杂了所选择的气体的铁硅铝(SiAlFe)合金第一层和所述的铁硅铝合金第二层构成，所述第一层和第二层交替层迭。
2.根据权利要求1的层叠状磁性结构，其特征在于所述第一层的厚度在大约10
到大约1000
的范围内，所述第二层的厚度在大约20
到大约10000
的范围内。
3.根据权利要求1的层叠状磁性结构，其特征在于所述的所选择气体是从氮气N2、氧气O2、水蒸气H2O、空气以及N2O与O2和O2/H2O的混合的混合物中选出的一种气体。
4.根据权利要求1的层叠状磁性结构，其特征在于所述的SiAlFe合金是具有这样一种成份的合金，即按重量百分比为75-13.0%Si、2.0-7.0%Al，其余为Fe。
5.根据权利要求1的层叠状磁性结构，其特征在于所述SiAlFe合金的所述第一层掺杂有所选择的气体，气体掺杂的浓度为1-10(原子)%的范围。
6.一层叠状磁性结构，其特征在于包括一个第一层，形成具有一第一成份的第一铁硅铝(SiAlFe)合金籽晶层;一个第二层，形成具有一第二成份的第二铁硅铝(SiAlFe)合金整体层，所述第二层形成在所述第一层上。
7.根据权利要求6所述的层叠状磁性结构，其特征在于所述籽晶层具有在100 -800 范围内的一个厚度，所述整体层具有在0.3-100μm范围内的一个厚度。
8.根据权利要求6的层叠状磁性结构，其特征在于所述籽晶层包含一层均匀掺杂了所选择的气体的所述SiAlFe合金层。
9.根据权利要求6的层叠状磁性结构，其特征在于所述整体层包含一种SiAlFe合金，该合金具有接近于零或负的磁致伸缩。
10.制造一层叠状磁性结构的方法，其特征在于包括如下步骤形成一个第一层，该第一层构成具有第一成份的第一铁硅铝(SiAlFe)合金的籽晶层;形成一个第二层，该第二层构成具有一第二成份的第二铁硅铝(SiAlFe)合金的整体层，所述第二层形成在所述第一层的上面。
11.一种屏蔽的磁阻传感器，其特征在于包括一个第一磁屏蔽元件，它由具有第一成份的第一铁硅铝(SiAlFe)合金的籽晶层和具有第二成份的第二铁硅铝(SiAlFe)合金的整体层构成，所述整体层形成在所述籽晶层的上面;一个适当的电绝缘材料第一层，形成在所述屏蔽元件上;一磁性材料的磁阻传感元件，形成在所述的第一绝缘层上;一个适当的电绝缘材料的第二层，形成在所述磁阻传感元件上;以及一个适当的软磁材料的第二磁屏蔽元件，形成在所述的第二绝缘层上。
12.一种感应式磁性换能器，其特征在于包括一个第一磁极片;一个磁性绝缘层，形成在所述第一磁极片上并构成一磁性间隙层;一个第二磁极片，它与所述第一磁极片形成一个磁路，所述第一和第二磁极片的每一个都有一个极尖区，它们由所述磁间隙层分隔开并相对着，所述磁间隙层淀积在两个极尖区之间形成磁间隙;以及传导线圈，形成在所述第一和第二磁极片之间，与所述磁路感应式耦合;每个所述第一和第二极片的极尖是多层结构，包括具有第一成份的第一铁硅铝(SiAlFe)合金的一籽晶层;以及具有第二成份的第二铁硅铝(SiAlFe)合金的一整体层，所述整体层形成在所述籽晶层上。
13.一种复合的磁阻式读取/感应式写入的换能器，其特征在于包括一个第一磁屏蔽元件，由第一成份的第一铁硅铝(SiAlFe)合金籽晶层和第二成份的第二铁硅铝(SiAlFe)合金整体层构成，所述整体层形成在所述粒晶层上;一适当的电绝缘材料的第一绝缘层，形成在所述第一屏蔽元件上;一磁性材料的磁阻传感元件形成在所述第一绝缘层上;一适当的电绝缘材料的第二绝缘层，形成在所述磁阻传感元件上;一种适当的软磁材料形成的一第二磁屏蔽元件，它形成在所述第二绝缘层上，所述第二磁屏蔽元件也形成一个第一磁极片;一个磁绝缘层形成在所述第二磁屏蔽元件的顶侧并构成一磁间隙层;一个第二磁极片与所述第二磁屏蔽元件形成一个磁路，所述第二磁极片具有一个极尖与第一磁极片相对并分隔开，所述磁间隙层淀积在两个磁极尖之间形成一磁间隙;以及传导线圈，形成在所述磁间隙层上，在所述第二屏蔽元件和所述第二磁极片之间，所述传导线圈与所述磁路感应式耦合。
14.一个磁性存储系统，包括一磁性存储介质，具有多个数据磁极用于数据记录;以及一个磁性换能器，在所述磁性换能器和所述磁性存储介质相对运动的过程中，所述磁性换能器保持着与磁性存储介质十分接近的位置，所述磁性换能器包括一个屏蔽的磁阻传感器，该传感器的特征在于包括一个第一磁性屏蔽元件，它由具有第一成份的第一铁硅铝(SiAlFe)合金的籽晶层以及具有第二成份的第二铁硅铝(SiAlFe)合金的整体层构成，所述整体层形成在预述籽晶层上;一个适当的电绝缘材料的第一绝缘层，形成在所述第一屏蔽元件上;一个磁阻材料的磁阻传感元件，形成在所述第一绝缘层上;一个适当的电绝缘材料的第二绝缘层，形成在所述的磁阻传感元件上;一个适当的软磁材料的第二磁屏蔽元件，形成在所述的第二绝缘材料上;传动器装置，与所述磁性换能器耦合，用于使所述磁性换能器移向所述磁性存储介质上所选择的磁迹上的数据;以及检测装置，与所述的屏蔽式磁阻传感器耦合，用于通过所述磁阻传感器检测在所述磁阻材料中响应于在所述磁存储介质中记录的数据比特所表征的磁场的磁阻变化。
全文摘要
本发明描述了用于磁屏蔽和磁极尖的具有优化了的磁性质和机械性质的层叠状SiAlFe合金膜。一个由第一铁硅铝合金的籽晶层和形成在籽晶层上面的第二铁硅铝合金的整体层构成的多层磁性结构在用于整体层的铁硅铝合金的相对较宽的成分范围内提供了改善的各向异性场和软磁特征。所述籽晶层可以是一个单层，或者也可以是由气体掺杂铁硅铝材料层和不掺杂的铁硅铝材料层交替形成的多层结构。即掺杂的气体例如是N
文档编号G11B5/31GK1094834SQ9410068
公开日1994年11月9日 申请日期1994年1月12日 优先权日1993年1月15日
发明者琼·D·威斯特伍德 申请人:国际商业机械公司