专利名称：具有非磁性籽晶层的垂直写入磁极的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及电子数据的存储和读取系统的领域。具体地说，本发明涉及转换头的具有非磁性籽晶层的垂直写入磁极。
背景技术：
在电子数据存储和读取系统中，转换头通常包括一用来将磁性编码的信息存储到磁盘上的写入器和一用来从磁盘上读取该磁性编码信息的读出器。读出器通常包括两屏蔽件和一置于两屏蔽件之间的一磁阻(MR)传感器。从磁盘表面发出的磁通使MR传感器的传感层的磁化矢量旋转，这又使得MR传感器的电阻率发生变化。这种MR传感器的电阻率变化可以藉助在MR传感器中通过一电流并测量跨越MR传感器的电压来测出。然后，外电路就将电压信息转换成一合适的格式并如所需地对信息进行操作。
写入器通常包括两磁极或一磁芯，它们在写入头的一空气承载表面(ABS)处相互隔开一写入间隙，并在离开该ABS的一区域处相互连接。在两磁极之间设有一个或多个由一绝缘材料密封的导电线圈层。写入器和读出器经常布置成一种合并的结构，其中一公用的磁极同时用作读出器的一屏蔽件和写入器的一磁极。
磁极可以通过喷溅式工艺或者通过电解沉积来沉积。在后一种情况中，需要在其上通过光刻掩模进行电镀磁极的导电籽晶层，以使金属离子减少并从而形成磁极。传统上，籽晶层也是由导磁的材料制成的，这样就使籽晶层成为磁极的一磁性活跃的部分。
写入器可以设置成纵向的写入器或者垂直的写入器。在任一种情况下，尽管其元件的实际的操作和尺寸明显不同，但写入头的总体结构则是相似的。在一纵向的写入器中，两磁极一般指一底磁极和一顶磁极，而在一垂直的写入器中，两磁极一般指一返回磁极和一主磁极。
为了将数据写入到一纵向的磁性介质上，让一随时间变化的电流或写入电流流过导电线圈。写入电流通过顶磁极和低磁极产生一随时间变化的磁场，该磁场在转换头的ABS处跨越两磁极之间的写入间隙。纵向磁极介质在靠近转换头的ABS的一预定的距离处通过，以使介质的磁表面通过该磁场。当写入电流改变了方向时，磁场的密度和方向发生变化。因为所产生的磁场使所要写到磁性介质上的诸比特(bits)处于磁性介质的平面内，所以这种写入器被称为纵向写入器。
垂直磁性介质与纵向磁性介质在记录表面中保持磁化的方向不同。对于纵向介质，磁化保持在一个大致平行于介质表面的方向上，而对于垂直介质，磁化则保持在一个大致垂直于介质表面的方向上。为了能垂直地记录数据，垂直介质一般由两层形成一具有高渗透性的柔软磁性底层和一具有高垂直各向异性的介质层。
为了将数据写入到垂直磁性介质上，使一随时间变化的写入电流流过导线线圈，这接着通过主磁极和返回磁极产生一随时间变化的磁场。然后，磁性介质在靠近写入器的ABS的一预定距离处通过，以使介质通过磁场。对于垂直写入器，主磁极和返回磁极比纵向写入器的顶磁极和底磁极隔开得更远，磁极介质的底层实质上用作写入器的一第三磁极；亦即，磁场跨越从主磁极到底层的间隙，穿过磁介质层，然后又跨越底层与返回磁极之间的间隙，并再次穿过介质层。为了保证磁场不在该返回路径上写入数据，返回磁极在ABS处比主磁极大得多，以使穿过介质层的磁场无法集中到足以克服介质的内禀磁化。
目前，正采用垂直写入器作为优于纵向写入器的可选择装置，以增加磁性介质的面比特密度。如上所述，垂直写入器的主磁极一般通过光刻掩模电镀一磁性材料来形成，这接着需要进行导电籽晶层的沉积。传统上，该籽晶层也是由导磁的材料制成的，这样就使籽晶层成为磁极的一磁性活跃的部分。
重要的是，当设计垂直写入器时，较佳地是使在ABS处的主磁极的厚度最小，以减少在歪斜时的出轨。此外，仅有垂直写入器的主磁极的一后随边有助于写入过程。这样，更厚的主磁极不会提高写入数据的质量。传统上，纵向写入器的厚度在约一微米至约两微米的范围内，而垂直写入器的厚度则小于一微米左右。但在其上进行电镀主磁极的传统的磁性籽晶层难于使主磁极厚度的最小。以及，由于写入头在介质上留下了ABS处的主磁极形状的痕迹，所以较佳的是一正方形的主磁极。再次，传统的磁性籽晶层会影响到主磁极的宽高比，使主磁极的形状不是很正方。
发明内容
一种垂直写入头，它包括一主磁极、一返回磁极以及导电线圈。主磁极包括一籽晶层和一电镀在籽晶层上的磁性层。籽晶层是非磁性、导电及防腐蚀的。返回磁极在写入头的空气承载表面处与主磁极隔开一间隔，并在与空气承载表面相对之处与主磁极相连。导线线圈至少部分地位于主磁极和返回磁极之间。
附图简述
图1是根据本发明的一转换头的剖面图。
图2是图1所示转换头的一主磁极和一主磁极籽晶层的空气承载图。
图3-6是示出形成图1所示转换头的主磁极的方法的剖面图。
图7A-7D为B-H图，示出了分别电镀在钌籽晶层、镍-钒籽晶层、钛-钨籽晶层以及现有技术钴-铁籽晶层中的一个上的钴-镍-铁薄片的矫顽磁性(magnetic coercivity)。
图8A-8D是分别电镀和形成图案于钌籽晶层、镍-钒籽晶层、钛-钨籽晶层以及现有技术钴-铁籽晶层中的一个上的一钴-镍-铁结构特征的易磁化轴的克耳镜(Kerrscope)图。
图9A-9D是分别电镀和形成图案于钌籽晶层、镍-钒籽晶层、钛-钨籽晶层以及现有技术钴-铁籽晶层中的一个上的一钴-镍-铁结构特征的难磁化轴克耳镜图。
图10是根据本发明的转换头的一可替代实施例的剖面图。
具体实施例方式
图1是根据本发明的转换头10和磁盘12的的剖面图。图1所示的剖面大致垂直于转换头10的空气承载表面(ABS)。图1示出了转换头10和其相对磁盘12的方位。转换头10的ABS面对磁盘12的盘表面14。磁盘12在相对转换头10的一箭头A所示方向上移动或旋转。较佳地是使转换头10的ABS与盘表面14之间的间隙最小，并避免转换头10和磁盘12之间的接触。在大多数情况下，转换头10与磁盘12之间的接触会同时损坏磁性转换头10和磁盘12。
转换头10包括磁阻(MR)读出器16和垂直写入器18。MR读出器16包括底屏蔽件20、MR读取件22、绝缘层24以及顶屏蔽件/返回磁极26。MR读取件22位于绝缘层24内ABS的附近，且处于底屏蔽件20和顶屏蔽件/返回磁极26的终端之间。底屏蔽件20和顶屏蔽件/返回磁极26起作用，以通过吸收任何从相邻的磁道和过渡区域中发出的散逸的磁场来保证MR读取件22仅读取正好存储于其下方的、在磁盘12的一特定磁道上的信息。MR读取件22可以是多种不同类型的读取件中的任一种，如一各向异性的MR读取件或一大磁阻(GMR)读取件。在操作过程中，从磁盘12的一表面发出的磁通使MR读取件22的一传感层的磁化矢量旋转，这接着使MR读取件22的电阻率发生变化。MR读取件22的电阻率变化可以藉助在MR读取件22中通过一电流并测量跨越MR读取件22的电压来测出。绝缘层24使MR读取件22对底屏蔽件20和顶屏蔽件/返回磁极26中的每一个绝缘。
垂直写入器18包括顶屏蔽件/返回磁极26、绝缘层28、主磁极籽晶层30、主磁极32以及导线线圈34。顶屏蔽件/返回磁极26与主磁极籽晶层30在ABS处由绝缘层28相互隔开，并在与ABS相对处相互磁性连接。主磁极32形成在主磁极籽晶层30的与绝缘层28相对的一侧上。导电线圈34至少部分地位于顶屏蔽件/返回磁极26与主磁极30之间的绝缘层28中。导电线圈34至少缠绕在顶屏蔽件/返回磁极26和主磁极32中的一个的周围，以使通过导电线圈34的电流流动在顶屏蔽件/返回磁极26和主磁极32中产生磁场。尽管图1所示的是单层的导电线圈34，但应予理解，在本技术中也可以使用由多个绝缘层隔开的多层导电线圈。转换头10是一个合并的MR头，其中顶屏蔽件/返回磁极26同时用作MR读出器16中的一顶屏蔽件和垂直写入器18中的一返回磁极。如果转换头10是一分段式(piggyback)MR头，顶屏蔽件/返回磁极26则由分开的层来形成。
在转换头10的制造中，磁性主磁极32是通过电解沉积来沉积成的，其中主磁极籽晶层30由一导电材料形成，并且在其上可通过光刻掩模来电镀主磁极32。传统上，主磁极籽晶层30由一种诸如镍-铁之类的导磁材料制成，以使主磁极籽晶层30成为主磁极32的一磁性活跃的部分，使得主磁极32的有效厚度大于其实际的厚度。但如上在技术背景部分所述，较佳地是使主磁极32的有效厚度最小，以减少在歪斜时的出轨。
本发明认识到可以通过选择不成为主磁极32的一磁性部分的主磁极籽晶层30材料来使主磁极32的有效厚度最小；亦即，通过选择一种非磁性材料来实现。较佳地是，为主磁极籽晶层所选择的材料也能使主磁极32中矫顽磁性较低；更具体地说，该材料较佳地是能提供一大于3奥斯特左右的矫顽磁性，并且更佳地是大于1奥斯特左右。较低的矫顽磁性能使写入更快，亦即，可以更加快速地反转写入器所产生的磁场的方向。主磁极籽晶层所选择的材料较佳地是也能防腐蚀。此外，主磁极籽晶层所选择的材料较佳地是不会在形成主磁极32的材料中发生电蚀，从而有效地消除了将诸如金、银及铂之类的贵金属用作主磁极籽晶层30的需要。此外，主磁极籽晶层30所选择的材料较佳地是能在主磁极32中提供所要求的粗糙度和电阻率。最佳地是，主磁极籽晶层30由钌、镍-钒或者钛-钨制成。
为了能垂直地记录数据，垂直磁盘12一般由两层形成一具有高渗透性的柔软磁性底层38和一具有高垂直各向异性的介质层36。
为了将数据写入到垂直磁盘12上，使一随时间变化的写入电流流过导线线圈34，这接着通过顶屏蔽件/返回磁极26和主磁极30产生一随时间变化的磁场。然后，磁盘12在一预定距离处在写入器18的ABS之上通过，以使磁盘12通过磁场。磁盘12的底层38实质上用作写入器18的一第三磁极；亦即，磁场跨越从主磁极32到底层38的间隙，穿过磁盘12的介质层36，然后又跨越底层38与顶屏蔽件/返回磁极26之间的间隙，并再次穿过介质层36。为了保证磁场不在该返回路径上写入数据，顶屏蔽件/返回磁极26在ABS处比主磁极32大得多，以使穿过介质层36的磁场无法集中到足以克服介质层36的内禀磁化。
图2是图1所示的转换头10的主磁极籽晶层30和主磁极32的空气承载图。较佳地是，主磁极籽晶层30和主磁极32各自的宽度WMP在约0.05微米至约1微米的范围内，最佳是在约0.1微米至约0.3微米的范围内，且主磁极籽晶层30的厚度TS在约0.025微米至约0.1微米的范围内，主磁极32的厚度TMp使主磁极籽晶层30和主磁极32两者的总厚度在约0.1微米至约1微米的范围内。此外，主磁极32较佳地是具有一沿着ABS的大致长方形的形状；亦即，主磁极32的宽度WMp较佳地是与主磁极32的厚度大致相等。因此，主磁极32的宽度对厚度而宽高比较佳地是在约0.95至约1.05的范围内，最佳地是约为1。
图3-6是示出形成图1所示的转换头10的主磁极32的方法的剖面图。在图3中，主磁极籽晶层30沉积在绝缘材料28上，并且掩模40沉积到主磁极籽晶层30之上，两个沉积都是由传统的装置来完成的。掩模40用来限定主磁极32的形状。在图4中，主磁极32被电镀到未被掩模40覆盖的主磁极籽晶层30未遮掩部分上。在图5中，移去掩模40。以及，在图6中，通过一铣削过程将主磁极籽晶层30的先前掩模遮盖的部分除去，该铣削过程也使主磁极32变薄。
本发明的发明者进行了一个实验，以调研非磁性主磁极籽晶层对电镀于其上的主磁极性能的影响。图7-9示出了实验的结果。在实验中，其磁矩约1.8为泰斯拉的钴-镍-铁薄片被电镀到四种不同的籽晶层材料上；亦即(a)钌，(b)镍-钒，(c)钛-钨以及(d)现有技术的钴-铁。这些籽晶层分别在铝钛碳(AlTiC)晶片上被沉积1000埃的厚度。然后，对四钴-镍-铁薄片的磁性能进行测量，并用一B-H滞回仪(looper)绘图。接着测量四个钴-镍-铁薄片的电阻率和粗糙度。最后，使各籽晶层和钴-镍-铁薄片试件形成图案(pattern)以形成一大的结构特征，并用克耳镜了进行分析，以调研试件的沿着易磁化轴和难磁化轴的畴壁形成情况。
图7A-7D为B-H图，示出了分别电镀在钌籽晶层(图7A)、镍-钒籽晶层(图7B)、钛-钨籽晶层(图7C)以及现有技术的钴-铁籽晶层(图7D)上的钴-镍-铁薄片的矫顽磁性。这些图中所示，现有技术的磁性的钴-铁籽晶层使得薄片的易磁化轴的矫顽磁性为4.20奥斯特以及难磁化轴的矫顽磁性为1.30奥斯特，而各非磁性籽晶层所产生的矫顽磁性则较低。具体地说，钌籽晶层得到的薄片的易磁化轴的矫顽磁性为0.80奥斯特、难磁化轴的矫顽磁性为0.24奥斯特，镍-钒籽晶层得到的薄片的易磁化轴的矫顽磁性为1.20奥斯特、难磁化轴的矫顽磁性为0.38奥斯特，以及钛-钨籽晶层得到的薄片的易磁化轴的矫顽磁性为2.60奥斯特、难磁化轴的矫顽磁性为1.50奥斯特。
图8A-8D是分别电镀在钌籽晶层(图8A)、镍-钒籽晶层(图8B)、钛-钨籽晶层(图8C)以及现有技术钴-铁籽晶层(图8D)中的一个上的形成图案的大1.8泰斯拉钴镍铁结构特征的易磁化轴克耳镜图。类似地，图9A-9D是分别电镀在钌籽晶层(图9A)、镍-钒籽晶层(图9B)、钛-钨籽晶层(图9C)以及现有技术钴-铁籽晶层(图9D)中的一个上的形成图案的大1.8泰斯拉钴镍铁结构特征的难磁化轴克耳镜图。在两种情况下，形成在一非磁性籽晶层上的结构特征的畴壁比形成在磁性、钴-铁籽晶层上的结构特征的畴壁更少，更稳定，且钌样品所得的结构特征畴壁最少、最稳定。
图10是根据本发明一可替代实施例的转换头50和磁盘52的剖面图。图10的剖面图是大致垂直于转换头50的ABS。图10示出了转换头50和其相对磁盘52的方位。转换头50的ABS面对磁盘52的盘表面54。磁盘52在相对转换头50的一箭头A所示方向上移动或旋转。较佳地是使转换头50的ABS与盘表面54之间的间隙最小，并避免转换头50和磁盘52之间的接触。在大多数情况下，转换头50与磁盘52之间的接触会同时损坏磁性转换头50和磁盘52。
转换头50包括由绝缘层59分开的磁阻(MR)读出器56和垂直写入器58。MR读出器56包括底屏蔽件60、MR读取件62、绝缘层64以及顶屏蔽件66。MR读取件62位于绝缘层64内ABS的附近，且处于底屏蔽件60和顶屏蔽件66的终端之间。底屏蔽件60和顶屏蔽件66起作用，以通过吸收任何从相邻的磁道和过渡区域中发出的散逸的磁场来保证MR读取件62仅读取正好存储于其下方的、在磁盘52的一特定磁道上的信息。MR读取件62可以是多种不同类型的读取件中的任一种，如一各向异性的MR读取件或一大磁阻(GMR)读取件。在操作过程中，从磁盘52的一表面发出的磁通使MR读取件62的一传感层的磁化矢量旋转，这接着使MR读取件62的电阻率发生变化。MR读取件62的电阻率变化可以藉助在MR读取件62中通过一电流并测量跨越MR读取件62的电压来测出。绝缘层64使MR读取件62对底屏蔽件60和顶屏蔽件66中的每一个绝缘。
垂直写入器58包括主磁极籽晶层68、主磁极70、绝缘层72、返回磁极74以及导线线圈76。返回磁极74与主磁极籽晶层70在ABS处由绝缘层72相互隔开，并在与ABS相对处相互磁性连接。主磁极70形成在主磁极籽晶层68的与绝缘层59相对的一侧上。导电线圈76至少部分地位于返回磁极74与主磁极70之间的绝缘层72中。导电线圈76至少缠绕在返回磁极74和主磁极70中的一个的周围，以使通过导电线圈76的电流流动在返回磁极74和主磁极70中产生磁场。尽管图10所示的是单层的导电线圈76，但应予理解，在本技术中也可以使用由多个绝缘层隔开的多层导电线圈。转换头50是一个分段式的MR头，其中主磁极70和顶屏蔽件66由分开的层来形成。
为了能垂直地记录数据，垂直磁盘52一般由两层形成一具有高渗透性的柔软磁性底层80和一具有高垂直各向异性的介质层78。
图10所示的垂直写入器58与图1所示的写入器18的不同在于，写入器58的主磁极70是主磁极70和返回磁极74的前导磁极，而写入器18的返回磁极26是主磁极30和返回磁极26的前导磁极。另外，转换头50的各部分的性能与转换头10的相应部分的性能类似。
尽管本发明是参照较佳实施例进行描述的，但熟悉本技术领域的人员会理解，在形式上和细节上可以进行修改，而不超出本发明的思想和保护范围。
权利要求
1.一种垂直写入器，它包括一垂直写入磁极，该垂直写入磁极包括一非磁性、导电及防腐蚀的籽晶层和一电镀在籽晶层上的磁性层。
2.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，籽晶层由选自钌、镍-钒及钛-钨所组成的一组材料中的一种材料制成。
3.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，籽晶层的厚度小于约0.1微米。
4.如权利要求3所述的写入器，其特征在于，籽晶层的厚度大于约0.025微米。
5.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，垂直写入磁极的厚度在约0.1微米至约1微米的范围内。
6.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，垂直写入磁极的厚度在约0.1微米至约0.5微米的范围内。
7.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，垂直写入磁极的宽度对厚度的宽高比在约0.95至约1.05的范围内。
8.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，磁性层的易磁化轴矫顽磁性小于约3奥斯特。
9.如权利要求1所述的写入器，其特征在于，磁性层的易磁化轴矫顽磁性小于约1奥斯特。
10.一种垂直写入头，它包括一主磁极，它包括一非磁性、导电、防腐蚀的籽晶层和一电镀在籽晶层上的磁性层；一返回磁极，该返回磁极在写入头的空气承载表面处与主磁极隔开一间隔，并在与空气承载表面相对之处与主磁极相连；以及至少部分地位于主磁极和返回磁极之间的导电线圈。
11.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，籽晶层由选自钌、镍-钒及钛-钨所组成的一组材料中的一种材料制成。
12.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，籽晶层的厚度小于约0.1微米。
13.如权利要求12所述的垂直写入头，其特征在于，籽晶层的厚度大于约0.025微米。
14.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，主磁极的厚度在约0.1微米至约1微米的范围内。
15.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，主磁极的厚度在约0.1微米至约0.5微米的范围内。
16.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，主磁极的宽度对厚度的宽高比在约0.95至约1.05的范围内。
17.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，磁性层的易磁化轴矫顽磁性小于约3奥斯特。
18.如权利要求10所述的垂直写入头，其特征在于，磁性层的易磁化轴矫顽磁性小于约1奥斯特。
19.在具有一磁性主磁极和一磁性返回磁极的垂直写入头中，其中主磁极包括一籽晶层和一电镀在籽晶层上的磁性层，以及其中主磁极在写入头的空气承载表面处与返回磁极隔开一间隔，并在与空气承载表面相对之处与返回磁极接触，改进包括选择一种非磁性、导电及防腐蚀的材料来形成籽晶层，以将磁性层的易磁化轴矫顽磁性和难磁化轴矫顽磁性同时减小到小于约3奥斯特。
20.如权利要求19所述的垂直写入头，其特征在于，籽晶层由选自钌、镍-钒及钛-钨所组成的一组材料中的一种材料制成。
全文摘要
一种垂直写入头，它包括一主磁极、一返回磁极以及导电线圈。主磁极包括一籽晶层和一电镀在籽晶层上的磁性层。籽晶层是非磁性、导电及防腐蚀的。返回磁极在写入头的空气承载表面处与主磁极隔开一间隔，并空气承载表面相对之处与主磁极相连。导线线圈至少部分地位于主磁极和返回磁极之间。
文档编号G11B5/31GK1508774SQ03107800
公开日2004年6月30日 申请日期2003年4月3日 优先权日2002年4月3日
发明者P·K·M·麦吉恩, A·M·贝尔, A·B·约翰斯顿, P K M 麦吉恩, 约翰斯顿, 贝尔 申请人:西加特技术有限责任公司