磁膜以及使用这种磁膜的磁头的制作方法

专利名称:磁膜以及使用这种磁膜的磁头的制作方法
本发明涉及一种磁膜及应用同样磁膜的磁头，更具体地说，是涉及用于磁头磁极的磁膜以及使用这种磁膜的磁头，这种磁头特别适合于高密度磁记录场合。
作为用于高密度磁记录的磁头磁极的材料，已经研制出一种其主要成分为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)并且其饱和磁通量密度不小于10千高斯(KG)的合金，及另一种具有饱和磁通量密度不小于18千高斯的铁-硅(Fe-Si)合金(JP-A-59-182938)。如果需要高密度的磁记录，则要求磁头磁极的端部具有不大于0.5微米的厚度，这将需要磁极具有徒削分布的磁场。由于在端部上的磁通量密度变得很高，因此需要磁膜具有高饱和磁通量密度、高磁导率以及低矫顽磁力。此外，由于端部上膜的厚度变薄，因此会出现磁饱和。因此，当膜厚度不大于0.5微米时，则需要不小于15千高斯的高饱和磁通量密度、不小于1000的高相对磁导率及不大于1奥斯特(Oe)的低矫顽磁力。
一种磁膜已经通过射频(RF)溅射方法或诸如此类的方法形成。以铁作为其主要成分的磁膜的磁特性呈现高的饱和磁通量密度，其值不小于15千高斯。然而，其相对磁导率呈现不大于700的较低值。因此，构成同时具有高饱和磁通量及高相对磁导率的磁膜一直是困难的。
最近，具有高饱和磁通量密度及高相对磁导率的一种磁膜已经研制出来，它是一种多层磁膜，磁膜叠压在各中间层之间(JP-A-59-9905)。多层磁膜的磁特性取决于位于主磁膜间的各中间层所用材料。通常，最好使用具有高磁导率的磁性材料。
按照现有技术，通过射频溅射方法或诸如此类方法生成用于磁头磁极的磁膜。这种磁膜具有相当高的饱和磁通量密度，但其相对磁导率是低的。因此，这种磁膜不能用作进行高密度磁记录的磁头的磁膜。
本发明的目的在于消除上述现有技术中存在的问题，并且提供一种具有高饱和磁通量密度及高相对磁导率的磁膜。
本发明的进一步目的在于提供一种适用于垂直或纵向磁记录磁头磁极上的磁膜，这种记录磁头对于具有高矫顽磁力、高密度磁记录的媒介呈现优越的记录和复制特性;同时提供具有这种磁膜的磁头。
本发明的主要特征在于将一种可填隙地溶于铁中的元素加入磁膜中，这种磁膜是以铁为主要成分并具有高饱和磁通量密度。通过加入这种元素，仅部分晶体制成不定形状态，使得磁晶各向异性能量下降，导致矫顽磁力下降、相对导磁率增加，因此获得不大于15千高斯的饱和磁通量密度以及不小于1000的相对磁导率。
最好使用选自硼(B)，氮(N)，碳(C)，磷(P)的一种或多种可填隙地溶于铁中的元素作为加入本发明的磁膜中的元素。由这类磁膜叠压于高导磁率的镍-铁合金层或非晶体磁性合金层中而构成的一种多层磁膜使得相对导磁率明显提高。
本发明者已广泛地研究了常规的磁膜，并且发现如果为了减小矫顽磁力、提高耐腐蚀性，将第二种或第三种元素填加到以铁为主要成为并具有高饱和磁通量密度的磁膜中时，则磁矩被减弱，导致饱和磁通量密度下降。本发明者使用X-射线衍射方法和透射式电子显微镜检查了这种磁膜的膜结构，并且证实铁的强衍射峰(110)作为这种磁膜的主衍射峰出现，同时证实这种磁膜由具有直径约为300～500埃(
)的柱型晶体构成。在研究过程中，本发明者意识到这种以铁为主要成分并加入可溶于铁的元素的磁膜，其矫顽磁力降低、相对导磁率增加，同时没有使饱和磁通量密度下降。通过使用X-射线衍射方法和透射式电子显微镜观察这种磁膜，发明者发现这种磁膜的膜结构不同于常规的由铁或以铁为主要元素构成的磁膜。特别是，这种磁膜的X-射线衍射峰变得相当宽，并且与通常的膜相比，这种膜或多或少是不规则的。用透射式电子显微镜观察这种磁膜，可以发现其晶粒边界是不确定的，并且可以观察到由晶粒畸变造成的若干莫尔图象，这些是不同于常规磁膜的。虽然测量直径因此变得非常困难，但发明者利用比晶粒边界更小的量级作对比对直径进行测量，发现晶粒直径为300～500埃，不大于常规磁膜晶粒的直径。利用上述结果，发明者发现如果一种以铁为主要成分的磁膜含有非晶体部分，则其矫顽磁力减小，相对导磁率上升，同时维持高的饱和磁通量密度，并且发现上述改进可以通过加入一种可填隙地溶于铁中的元素来实现。为什么含有非晶体部分就可以减小矫顽磁力、增加导磁率的原因还不清楚。然而，发明者猜想其原因是由下述情况造成的由于磁膜中的非晶体部分造成磁晶各向异性能量降低，以及由于精细的晶粒造成磁性异向的散射减弱。进一步讲，为什么高饱和磁通量密度维持不变的原因也不确定。然而，可以猜想如果将一种不同的元素以填隙地可溶形式加入到铁的晶格中，铁的磁矩不会由于这种元素的加入而减弱。
图1是一个磁头的横断面图，表示使用本发明的磁膜的磁头的一个实施例。
图2用于说明硼含量对于按照本发明实施例的磁膜的饱和磁通量密度及相对导磁率的影响关系。
本发明将参照下述例子进行详细描述。
例一使用射频溅射装置构成一种含铁磁膜。纯度为99.99%的铁极板用作为放置石墨基片的标靶。铁和碳的构成比例由石墨基片的数量进行控制。所选的相对良好的溅射条件是射频功率密度 2.4W/cm2氩(Argon)压力 9×10-3Torr(乇)衬底温度250℃电极距离45mm加入由上述条件生成的铁-碳磁膜中的碳元素的含量利用奥格(Auger)电子分光仪测出。这种磁膜的磁特性是这样测得的使用振动抽样磁强计测出饱和磁通量密度，使用扭矩测量计测出磁致伸缩常数。腐蚀性试验是通过喷洒1%的氯化钠(NaCl)水溶液，在温度为30℃的情况下进行的。所示的试验结果是饱和磁通量密度降低5%所需的时间。
上述测量结果示于表1。
从表1可以看到，随着碳元素含量的增加，磁致伸缩常数变化很大，但饱和磁通量密度几乎未变。在常规的磁膜中也未观察到饱和磁通量密度大幅度地减小。随着添加物浓度的增加，磁致伸缩常数从负值变化到正值。添加物浓度从原子百分比为5变化到20时，磁致伸缩常数从-2×10-6变化到2×10-6，适用于作为记录头的磁心材料。
耐腐蚀性试验结果表明与常规的加入硅元素或类似元素的磁膜相比，常规磁膜的时间为20到30小时，而本发明的上述试验的所有磁膜的寿命均大于100小时，大大提高了寿命时间。这种以铁为主要成分的磁膜也可以加入碳以外的添加物。这时，添加物的原子百分比浓度最好小于5。随着添加物浓度的增加，不仅饱和磁通量密度将降低，而且耐腐蚀性也大大下降。
例2用在例1中的铁-碳标靶是由具有旋转靶架的射频溅射装置中的一个靶架支持的。镍-铁(重量百分比是19)标靶或钴-锆(重量百分比是7)标靶由另一个靶架保持。在同例1的溅射条件下，用铁-碳型磁膜(100毫微米厚)作为主磁膜，镍-铁(重量百分比为19)膜或钴-锆(重量百分比为7)膜(厚度是5毫微米)作为中间层，并将它们依次叠压成9层，从而构成一种多层磁膜。所得到的多层磁膜的磁特性示于表2。
从表2中可以看到，所有磁膜的饱和磁通量密度均不低于20千高斯，远大于常规多层磁膜的14到17千高斯指标。这种多层磁膜的矫顽磁力不大于0.6奥斯特。因此，大大低于单层磁膜的矫顽磁力(2到5奥斯特)。
上面描述的单层或多层磁膜用于图1中所示的垂直磁记录磁头的主磁极。
磁记录媒介1由非磁性衬底2，基膜3(诸如在衬底2上形成的坡莫合金)，以及可垂直磁化的膜4构成，膜4是诸如在基膜3上形成的钴-锆膜并且具有垂直于其膜4的易磁化的晶轴。磁头由在衬底6上形成的主磁极5，空隙限制材料7，辅助磁极9，线圈10，由绝缘材料构成的填充件8以及在辅助磁极9上形成的保护膜11构成。当信号电流通过线圈10时，主磁极5被磁化，在磁极的端部产生一个垂直磁场，并且将信号记录在磁记录媒介1上的可垂直磁化的膜4上。
使用本发明的这种磁膜的磁头，可获得不小于100千位/英吋(KBPI)的记录密度，大于常规磁膜的80千位/英吋的记录密度。
例3一种以铁为主要成分的磁膜用离子束溅射方法形成。用于本例中的离子束溅射装置是一种有两个离子枪的双离子束装置，其中一个离子枪完成靶的溅射，以将溅射粒子沉积在衬底上，另一个离子枪能够直接地将离子辐射到衬底上，特别在不大于500V的较低加速能的情况下，并且控制被沉积的磁膜的结构。
为形成具有高饱和磁通量密度、高相对导磁率和低矫顽磁力的磁膜，研究了多种溅射条件，并选择如下第一个离子枪的加速电压……1000-1400V第一个离子枪的离子电流……100-120mA第二个离子枪的加速电压……200-400V第二个离子枪的离子电流……30-60mA氩压力……2-2.5×10-2Pa衬底表面温度……50-100℃衬底旋转速率……20-60RPM在上述条件下，各种以铁为其主要成分的磁膜在使用不同标靶的玻璃衬底上形成，在这些靶的表面上，固定地装有表1所示的各种材料。包含在每种所生成的磁膜中的元素浓度是通过使用感性耦合的氩等离子分光仪和奥格电子分光仪测出的。每种磁膜的磁特性是在温度为300℃的加热过程之后进行测量的;饱和磁通量密度是用振动抽样磁强计测出，相对导磁率由矢量阻抗计测得，而矫顽磁力是利用B-H波形记录仪进行测量的。
测量结果示于表3中。图2给出填加硼元素的磁膜的饱和磁通量密度与其相对导磁率之间的变化关系。由图2显见，存在一种趋势，即当硼含量增加时，相对导磁率增加。当硼含量不小于原子百分比为5时，相对导磁率呈现的值不小于500。图中还有一种趋势，随着硼含量增加，饱和磁通量密度下降。如果硼含量的原子百分比值不大于20，则饱和磁通量密度的值不小于20千高斯。也就是说，硼含量最好是取5-20(原子百分比)。
用X-射线衍射方法观察所得到铁-硼类的磁膜，发现随着硼含量的增加，铁(110)的衍射峰变小变宽。该衍射峰实际上在硼含量为5-10原子百分比时消失，并且从X-射线的角度讲该磁膜是非晶体。用透射式电子显微镜观察磁膜的横断面，可以发现这种磁膜由细微的晶粒组成，这些晶粒的直径不能很清楚地观察出。
对于加入替代硼元素的另一种可溶于铁的元素的磁膜，也可发现在含量为5-10原子百分比的范围内，可得到饱和磁通量密度和相对导磁率的佳值。注意，在离子束溅射过程中，表3给出的添加物是固定地装在铁靶上的，并且添加物不是以化合物的形式包含于磁膜中的。测量结果建议不仅一种元素，而且二种或多种元素都可按填隙地可溶形式加入。
例4用于例3中的富铁靶是由具有旋转靶架的离子束溅射装置的一个靶架支持的一种镍-铁(重量百分比是19)靶或钴-锆(重量百分比是7)靶由另一个靶架保持。在同例3的溅射条件下，用厚度为950埃的铁型磁膜作为主磁膜，50埃的镍-铁(重量百分比是19)膜或钴-锆(重量百分比是7)膜作为中间层，依次将它们叠压成9层，从而形成一种多层磁膜。所得到的多层磁膜的磁特性示于表4中。
由表4可见，所有磁膜的饱和磁通量密度不低于19千高斯，并且铁的磁矩没有减弱。与例3的结果相比，本例中各磁膜的相对导磁率大大提高，其值大于1500。可以认为单层磁膜的柱形晶体在多层磁膜中被细分成更微小的晶粒，由此使相对导磁率增加。也可发现镍-铁(重量百分比是19)(坡莫合金)，或钴-锆(重量百分比是7)(非晶体磁性合金)适于用作中间层，可以在不减弱饱和磁通量密度的情况下增加相对导磁率。
使用上述单层或多层磁膜作为垂直或纵向磁记录磁头的磁极，可得到的记录密度不小于100千位/英吋，大于常规磁膜的记录密度(80千位/英吋)。
如上所述，本发明的这种铁型磁膜呈现高饱和磁通量密度(不小于19千高斯)，并且对于单层磁膜，其相对导磁率不小于500，对于多层磁膜，其相对导磁率不小于1500。因此，既便使用厚度为0.2微米的薄磁膜作为磁记录磁头的磁极，也不会发生磁饱和，由此允许在磁极的端部产生强的磁场并获得高密度的磁记录。
得到本发明的上述结果的原因至今尚不清楚，然而，可以设想虽然一种可填隙地溶于铁的元素加入到铁中，但该元素具有特殊的性质，不会减弱铁的磁矩，并且防止晶体增长，以生成精细的晶体。也可设想这种特性导致相对导磁率的增加。
权利要求
1.一种磁膜，其特征在于将一种可填隙地溶于铁的元素加入由铁或以铁为主要成分构成的磁膜中。
2.根据权项1的一种磁膜，其中所述的可填隙地溶于铁的元素是一种或多种元素，选自元素硼、氮、碳及磷，其含量为5-20%原子比。
3.一种磁膜，其特征是将各主磁膜叠压于各中间层之间以形成多层磁膜，每个主磁膜由铁组成或以铁为主要成分，上述磁膜填加有一种可填隙地溶于铁的元素。
4.根据权项3的一种磁膜，其中所述的中间层为镍-铁合金。
5.根据权项3的一种磁膜，其中所述的中间层为非晶体磁性合金。
6.一种磁头，其特征是使用由铁或以铁为主要成分构成的磁膜作为磁极(5，9)的一部分，所述的磁膜填加有一种可填隙地溶于铁的元素。
7.根据权项6的一种磁头，其中，所用的磁膜中加入的可填隙地溶于铁的元素是一种或多种元素，选自元素硼、氮、碳和磷，元素的含量是5-20%原子比。
8.一种磁头，其特征是使用一种磁膜至少作为上述磁极(5，9)的一部分，所述磁膜是一种多层磁膜，是通过将各主磁膜叠压于各中间层之间形成的，每个主磁膜填加有一种可填隙地溶于铁的元素并且是以铁为主要成分或由铁构成的。
9.根据权项8的一种磁头，其特征是所用的磁膜的中间层是镍-铁合金。
10.根据权项8的一种磁头，其中所用的磁膜的中间层是非晶体磁性合金。
专利摘要
一种磁膜和使用这种磁膜(5，9)的磁头。这种磁膜是通过将一种或多种元素填加到由铁构成或以铁为主要成分的磁膜中形成的。这些元素选自可填隙地溶于铁的元素硼、氮、碳和磷，元素的含量是5-20％原子比。
文档编号G11B5/127GK87103907SQ87103907
公开日1987年12月9日 申请日期1987年5月30日
发明者小林俊雄, 大友茂一, 中谷亮一, 熊坂登行 申请人:株式会社日立制作所