磁性膜、硬碟驅動裝置的記錄磁頭和固體器件的製作方法

2023-05-15 06:30:41

專利名稱：：磁性膜、硬碟驅動裝置的記錄磁頭和固體器件的製作方法
技術領域：
：本發明涉及可用於磁頭等的磁性膜、包括該磁性膜的磁頭和固體器件。
背景技術：
：硬碟驅動裝置的記錄密度每年增加一倍。為了在今後保持該增長速率，必須提高記錄磁頭在間隙長度方向上的解析度，並進一步縮小磁頭元件在磁軌寬度方向上的寬度。在傳統記錄磁頭中，使記錄磁頭和記錄介質之間的間隙更小，從而提高記錄磁頭的解析度是非常重要的，而且使磁頭元件的寬度更小也是很重要的。在圖10和11中示出了傳統硬碟驅動裝置的記錄磁頭。圖IO示出用於縱向磁性記錄的傳統磁頭；圖11示出用於垂直磁性記錄的傳統磁頭。在每種傳統記錄磁頭中，電流流過由低電阻金屬薄膜例如銅薄膜製成的線圈5，因此按照安培定律在線圈5中感應出磁場。感應磁場會聚於由高磁導率的磁性膜製成的磁極，並且產生高密度磁場，從而可以在記錄介質IO上記錄磁性圖案。在用於縱向磁性記錄的記錄磁頭中，上部磁極6和下部磁極7構成帶有記錄間隙的封閉磁路；在用於垂直磁性記錄的記錄磁頭中，只有主磁極8構成開放磁路。在圖10所示的記錄磁頭中，面向記錄介質10的再生磁頭4處於下部磁極7和下部防護罩9之間的位置。另一方面，在如圖ll所示的記錄磁頭中，面向記錄介質10的再生磁頭4處於旁軛11和下部防護罩9之間的位置。通過這些結構，磁頭可以在記錄介質io中記錄數據和從記錄介質IO再生數據。為了在記錄介質IO上記錄磁性圖案，將單個磁極或多個磁極移近由高矯頑力的磁性材料製成的記錄介質10，然後使具有任意波形的電流流過線圈5，從而對記錄介質10輻照磁場。這時，轉動記錄介質IO，從而根據流過線圈5的電流的極性在記錄介質10上記錄磁性圖案。在這種記錄方法中，磁頭的尺寸必須小於磁性圖案，從而提高記錄密度。當使磁性圖案變小時，有時磁頭的單個或多個磁極會突出。近來，隨著記錄密度的提高，硬碟驅動裝置中用於記錄的磁場的強度為幾百kA/m。為了提高記錄磁場的強度，提高流過線圈5的電流的強度很有效，但同時會增加焦耳熱。此外，在感應磁場經過磁極時產生了渦流，所以進一步使磁頭生熱。磁頭中產生的熱使上部磁極6或主磁極8以及磁極周圍的氧化鋁膨脹，因此會突出磁極。在圖12中，磁極由於記錄磁頭的熱而朝著記錄介質IO突出。如果記錄磁頭的磁極朝著記錄介質10突出，就使記錄磁場變形，而且不能在記錄介質10上正確地記錄磁性圖案。此外，在最壞的情況下，磁頭接觸記錄介質10，使得兩者都損壞。為了防止兩者之間的幹擾，在考慮磁極突出的情況下，在記錄磁頭和記錄介質IO之間形成間隙。但是，在包括記錄磁頭的平面中提供的再生磁頭4與記錄介質10隔開，這樣再生磁頭4的解析度必定會降低。因此，即使在記錄介質上記錄窄磁化圖案，再生解析度也不足，因此不能提高硬碟驅動裝置總的記錄密度。目前，由於記錄磁頭髮熱使其突出的磁極的突出長度大約為5nm。另一方面，磁極和記錄介質之間的間隙已經非常小，例如為10-15nm。為了提高記錄密度而必須使該間隙變小。因此，抑制磁極的突出是最重要的課題。另一方面，磁極材料必須產生幾百kA/m的磁場，因此採用具有高飽和磁化強度(Bs)或好的軟磁性能的材料作為磁極材料。例如，按照飽和磁化強度(Bs)值的順序排布的材料有Fe7。Q)3o合金、包含Fe7oC030和其它金屬的合金、Fe7oCo3。合金的化合物、CoMFe合金、Fe5。Co5Q合金、包含Fe5。Co5o和其它金屬的合金以及Nis,Fe,9合金。但是，這些材料具有正的熱膨脹係數，因此磁極會突出。表1示出了這些材料的線性熱膨脹係數。tableseeoriginaldocumentpage5線性熱膨脹係數表示材料的溫度上升廠c時在一個方向上的膨脹率。例如，Fe7C03。的線性熱膨脹係數是28.2X10-6.K"。即，如果其大小為10mmxl0mm的Fe7。Co3合金的溫度上升+1°C，則該合金膨脹到10.0141mmxl0.0141mm的大小。目前，記錄磁頭磁極的長度大約為l(Vm。當電流流過線圈產生熱，元件溫度上升+5(TC時，由Fe7oCo3o合金製成的磁極總體延伸14.1nm。S卩，磁極朝著記錄介質延伸7nm。根據這個例子，磁極如上所述突出5nm。因此，可以通過採用線性熱膨脹係數小的材料來減小磁極突出的長度。已知殷鋼合金是線性熱膨脹係數小的材料。例如，已知Fe64Q)36合金、F^Cc^合金和Fe"Cc^合金都是殷鋼合金。通過採用殷鋼合金用作記錄磁頭的磁極，磁極的突出長度可以減小到由Fe7。Co3o合金製成的傳統磁極的突出長度的十分之一。但是，殷鋼合金的飽和磁化強度非常小，例如為l.OT，而且它們的軟磁性能不足，因此它們還沒有用於磁極。
發明內容本發明的目的是提供一種磁性膜，該磁性膜可以抑制由磁頭髮熱引起的磁極的突出，而且能夠產生用於記錄數據的強磁場。本發明的另一個目的是提供一種包括本發明磁性膜的磁頭和固體器件。為了實現這些目的，本發明具有以下結構。本發明的磁性膜包括第一合金膜，由鐵(Fe)和鉑(Pt)的合金製成，或者由鐵(Fe)、鉑(Pt)和其它一種金屬或多種金屬的合金製成；和第二合金膜，該第二合金膜直接層疊在第一合金膜上，由從包括鐵(Fe)、鎳(Ni)和鈷(Co)的組中選出的至少兩種金屬的合金製成，其中鐵(Fe)在第一合金膜中的摩爾含量是63-74%。通過採用具有大飽和磁化強度的第二合金膜和具有小線性熱膨脹係數的第一合金膜，該磁性膜可以具有所需的飽和磁化強度，而且可以抑制熱膨脹。例如，如果該磁性膜用於硬碟驅動裝置的磁頭，可以抑制磁極的突出，而且可以提高硬碟驅動裝置的記錄密度。另一種磁性膜包括第一合金膜，由鐵(Fe)和鉑(Pt)的合金製成，或者由鐵(Fe)、鉑(Pt)和其它一種金屬或多種金屬的合金製成；非磁性薄膜，該非磁性薄膜層疊在第一合金膜上；和第二合金膜，該第二合金膜層疊在非磁性薄膜上，由從包括鐵(Fe)、鎳(Ni)和鈷(Co)的組中選出的至少兩種金屬的合金製成，其中鐵(Fe)在第一合金膜中的摩爾含量是63-74%。由於在第一和第二合金膜之間提供了非磁性薄膜，所以可以提高結晶性和磁性能。另外，該磁性膜包括第一合金膜，由鐵(Fe)和鈀(Pd)的合金製成，或者由鐵(Fe)、鈀(Pd)和其它一種金屬或多種金屬的合金製成；和第二合金膜，該第二合金膜直接層疊在第一合金膜上，由從包括鐵(Fe)、鎳(Ni)和鈷(Co)的組中選出的至少兩種金屬的合金製成，其中鐵(Fe)在第一合金膜中的摩爾含量是62-70%。以及，該磁性膜包括第一合金膜，由鐵(Fe)和鈀(Pd)的合金製成，或者由鐵(Fe)、鈀(Pd)和其它一種金屬或多種金屬的合金製成；非磁性薄膜，該非磁性薄膜層疊在第一合金膜上；和第二合金膜，該第二合金膜層疊在非磁性薄膜上，由從包括鐵(Fe)、鎳(Ni)和鈷(Co)的組中選出的至少兩種金屬的合金製成，其中鐵(Fe)在第一合金膜中的摩爾含量是62-70%。在該磁性膜中，非磁性膜可以由從包括鉭(Ta)、鎳鉻(NiCr)合金、鎳鐵鉻(NiFeCr)合金、鉻(Cr)、釕(Ru)、銥(Ir)、銠(Rh)、錸(Re)、氧化鋁(A1203)、鎳磷(NiP)合金和鈦(Ti)的組中選出的金屬材料製成。而且，第二合金膜的飽和磁化強度大於等於2.0T。此外，本發明的磁性膜包括由至少含鐵(Fe)、鈷(Co)和鉬(Pt)的合金製成的合金膜，其中鉑(Pt)的摩爾含量大於等於2%。鐵(Fe)的摩爾含量是69-70%。本發明的磁性膜可以用於硬碟驅動裝置的磁頭和固體器件。本發明的磁性膜具有足以用於硬碟驅動裝置磁頭的磁極的飽和磁化強度，而且可以限制熱膨脹。因此，該磁性膜可以用於高密度數據記錄用磁頭和熱穩定的固體器件上。現在將通過實施例並參考附圖來說明本發明的實施方式，其中圖1A-1D是本發明磁性膜的實施方式的說明圖；圖2A和2B是傳統磁性膜的說明圖3是示出Fe7QC03膜的X射線衍射圖的曲線圖；圖4是示出Fe79Co21膜的X射線衍射圖的曲線圖；圖5是示出Fe77Co23膜的X射線衍射圖的曲線圖6是示出Fe74C26膜的X射線衍射圖的曲線圖7是示出Fe68Co32膜的X射線衍射圖的曲線圖8是示出Fe63C37膜的X射線衍射圖的曲線圖；圖9是包括本發明磁性膜的固體器件的說明圖；圖10是用於縱向磁記錄的磁頭的說明圖11是用於垂直磁記錄的磁頭的說明圖；圖12是突出的磁極的說明圖。具體實施例方式現在將參考附圖詳細地說明本發明的優選實施方案。在以下的實施方案中，每個磁性膜均具有第一合金膜和第二合金膜，其中第一合金膜主要由摩爾含量比(CFe/CPt)為1.6-2.8的Fe和Pt製成，第二合金膜層疊在第一合金膜上，並由具有高飽和磁化強度的Fe7oCo30合金製成。以下將解釋實施方案中的磁性膜的結構和功能。圖2A和2B中示出了用於記錄磁頭的磁極的傳統磁性膜。圖2A示出公知的包括Fe7。Co3o膜和Ni81Fe19膜的層疊膜；圖2B示出具有Fe7oCo3。/Co33Ni,oFe57/Ni引Fe,9結構的層疊膜。Fe70Co30合金的飽和磁化強度(Bs)在磁性材料中是最大的，所以用它來提高用於寫入的磁場的強度。Ni引Fe,9合金具有防腐蝕性，而且可以補充Fe7。Co3。合金的軟磁性能。如表1所示，這些材料的熱膨脹係數大約為10xl0—65xl0—6。本發明的發明人製造了Fe7oCo3o膜和FePt膜，並且在以下條件下測量了它們的線性熱膨脹係數。即，厚度為lpm的Fe7oQ)3o膜通過濺射形成在基底上。該基底是塗覆有厚度為100nm的濺射氧化鋁膜的矽片。首先，在20。C的溫度下通過X射線衍射儀(XRD)測量Fe7。C03。膜的面心立方(fcc)晶體的衍射圖。然後，根據該結果獲得Fe7oCo3(J莫的晶體的晶格常數(d2Qe)。此外，在4(TC的溫度下通過XRD測量衍射圖，獲得4(TC時的晶格常數(d4Qe)。通過以下等式獲得線性熱膨脹係數Al/1二(d4oc—d2c)/d20c圖3-8示出了Fe7。Co3o膜和具有不同組成的FePt膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數。圖3示出Fe7oCo3o膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數(Al/l二23.6xl0,;圖4示出Fe79P^膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數(Al/l=47.4xl(T6);圖5示出F^Pt23膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數(Al/l=24.2xl0—6);圖6示出Fe74Pt26膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數(Al/l=-3.4xl0'6);圖7示出Fe6sPt32膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數(Al/l=1.5xl0—6);圖8示出Fe63Pt37膜的X射線衍射圖和線性熱膨脹係數(Al/l=-0.15xl(T6)。通過比較該結果和表1的數據，Fe7QC03膜的線性熱膨脹係數(23.6xl(T6)接近表1的數據。另一方面，在FePt膜中，當Fe的量大於等於77at^時線性熱膨脹係數是24.2xl(T647.4xl(T6;而Fe的量是63-74at%時線性熱膨脹係數△1/1^0。圖lA-lD示出包括FePt膜的磁性膜。在各磁性膜中，Fe的摩爾含量是63-74%，其線性熱膨脹係數A1/1^0的FePt膜與Fe7。Co3。膜組合。在圖1A-1D的各圖中，採用Fe72Pt28膜作為FePt膜的例子，其線性熱膨脹係數A1/1^0。在圖1A中，Fe72Pt28膜形成在Fe7。Co3o膜上；在圖1B中，Fe7。Co30膜形成在Fe^Pt28膜上。此外，如圖1C和1D所示，可以在Fe72Pt28膜和Fe7oCo3o膜之間形成非磁性籽晶層。此外，在圖1C和1D中，提供Ru膜作為非磁性籽晶層。設置非磁性籽晶層的厚度來維持Fe"Pt28膜和Fe7。Co3o膜之間的鐵磁性耦合。非磁性籽晶層可以提高其上形成的膜的結晶度和磁性能。在圖1A和1D中，Fe72Pt28膜直接或間接地形成在Fe7oCo3Q上；在圖1B和1C中，Fe7oQ)3o膜直接或間接地形成在Fe72Pt28上。用於縱向記錄的磁頭具有下部磁極和上部磁極。具有Fe72Pt28/Fe7oQ)3層疊結構的下部磁極可以產生強磁場；具有Fe7。C03。/Fe72Pt28層疊結構的上部磁極可以產生強磁場。因此，兩種層疊結構都用於磁極中。表2中示出了磁性膜的線性熱膨脹係數(A1/1)和磁性能。表2tableseeoriginaldocumentpage9根據表2，傳統磁性膜"Ru5nm/Fe7QCo3o250nm/Ni81Fe191400nm/Ta50nm"的線性熱膨脹係數Al/l-14.8xlO'6;磁性膜"Ru5nm/Fe70Co30250nm/Fe72Pt28100nm/Ni81FeI91400nm/Ta50nm"(圖1A)的係數厶1/1=-8.4xicr6;磁性膜"Ru5nm/Fe72Pt28100nm/Fe7Co3o250nm/Ni81Fe191400nm/Ta50nm"(圖IB)的係數A1/1=7.5xl(T6;磁性膜"Ru5nm/Fe72Pt28lOOnm/Ru5nm/Fe7oCo30250nm/Ni81Fe191400nm/Ta50nm"(圖1C)的係數Al/l二3.7xl(T6。即圖1A-1C所示的實施方案的線性熱膨脹係數(A1/1)相對於傳統磁性膜的線性熱膨脹係數有所改善。應當注意的是，圖lA所示磁性膜的矯頑力Hc是20.3Oe。另一方面，圖1B所示磁性膜的矯頑力是54.50e。即圖1B所示磁性膜的軟磁性能劣於圖1A所示磁性膜的軟磁性能。為了提高Fe7。C03Q層的軟磁性能，圖1C所示的磁性膜具有Ru籽晶層，使得磁性膜"Ru5nm/Fe72Pt28lOOnm/Ru5nm/Fe7QCo3C)250nm/Ni8lFe191400nm/Ta50nm"的矯頑力He為37.2Oe，小於圖1B所示膜的矯頑力。因此，籽晶層提高了磁性膜的軟磁性能。可以通過使用非磁性材料例如Ta、NiCr合金、Cr、Ru、Ir、Rh、氧化鋁、NiP合金、Ti來達到提高軟磁性能的效果。通過將每個實施方案的磁性膜用於硬碟驅動裝置磁頭的磁極，可以抑制由磁頭中產生的熱引起的磁極朝著記錄介質的突出，從而可以提高磁頭再生信號的解析度，而且可以提高硬碟驅動裝置的記錄密度。由於這些實施方案的磁性膜具有大飽和磁化強度，所以它們能用作適合於硬碟驅動裝置的磁頭的磁極材料。在上述實施方案中，FePt膜用作第一合金膜，此外，FePd膜也可以代替FePt膜用作第一合金膜。FePd膜可以和FePt膜一樣抑制磁頭的單個磁極或多個磁極的突出。當Fe在FePd膜中的摩爾含量是62-70%時，線性熱膨脹係數會接近於0。g卩，通過將FePt膜和具有高飽和磁化強度的膜例如Fe7。C03。膜結合，可以抑制磁頭的單個磁極或多個磁極的突出，而且可以提高硬碟驅動裝置的記錄密度。本發明人發現，包括在特定組成範圍內的Fe、Co和Pt的三元合金的線性熱膨脹係數很小，而且其飽和磁化強度相對較大。在上述FePt膜的情況下，需要FeCo膜；在三元FeCoPt膜中，可以在不形成FeCo膜的情況下抑制熱膨脹和獲得足夠的飽和磁化強度。表3示出了具有不同組成的FeCoPt膜的飽和磁化強度和線性熱膨脹係數(Al/1)。tableseeoriginaldocumentpage11按照測定圖4-8中示出的FePt膜同樣的方法測量FeCoPt膜的線性熱膨脹係數。該係數Al/l主要決定於Fe在FeCoPt膜中的含量。如果Fe的摩爾含量是69-70%，就可以降低係數Al/l。與具有小飽和磁化強度的FePt膜不同，FeCoPt磁性膜的飽和磁化強度很大，艮卩2.3-2.4T。因此，FeCoPt磁性膜可以單獨用作磁極材料。圖9中示出了具有本發明磁性膜的固體器件。固體器件20包括由鈀製成的基體部分21;和細線22，在每個細線中層疊了FePt膜和Fe7CO30膜，而且細線以固定間隔排布。通過用掩模的交替濺射或蒸鍍來形成基體部分21和細線22。由於細線22具有大飽和磁化強度，所以固體器件20可以用作磁性數據記錄用的器件。細線22的線性熱膨脹係數很小，因此，固體器件20可以用作熱穩定記錄器件。在不脫離本發明的精神和必要特徵的前提下，可以以其它具體形式來實現本發明。因此，本發明的實施方案在所有方面均應當視作解釋性的，而不是限制性的，本發明的範圍是由附帶的權利要求來限定的，而不是由上述說明來限定，因此，這些權利要求意在包括與其等價的含義和範圍內的所有變化。權利要求1、一種磁性膜，其包含由至少含鐵(Fe)、鈷(Co)和鉑(Pt)的合金製成的合金膜，其中，鉑(Pt)的摩爾含量大於等於2％，並且鐵(Fe)的摩爾含量是69-70％。2、硬碟驅動裝置的具有層疊膜的記錄磁頭，所述層疊膜包括權利要求1所述的磁性膜。3、一種固體器件，其包括權利要求l所述的磁性膜。全文摘要本發明提供了磁性膜、硬碟驅動裝置的記錄磁頭和固體器件。所述磁性膜可以抑制由磁頭受熱引起的磁極突出，可以應用於能以高記錄密度記錄數據的硬碟驅動裝置的磁頭，並包含至少含鐵(Fe)、鈷(Co)和鉑(Pt)的合金製成的合金膜，其中，鉑(Pt)的摩爾含量大於等於2％，並且鐵(Fe)的摩爾含量是69-70％。文檔編號H01F10/14GK101299374SQ20081008257公開日2008年11月5日申請日期2004年11月30日優先權日2004年7月8日發明者野間賢二申請人:富士通株式會社