Brevet FR2640070A1 — publié le 19900608

TERSE MAGNETIQUE PLANAIRE D'ENREGISTREMENT - LECTURE ET PROCEDE DE REALISATION L'invention concerne une tête magnétique plan aire d'enregistrement-lecture et son procédé de réalisation. L'invention est plus particulièrement applicable aux têtes magnétiques réalisées en couches minces. On connaît des têtes magnétiques, telles que celle décrite dans la demande de brevet français n0 86 14974 déposée le 28 octobre 1986, qui comporte, comme cela est représenté en figures 1 et 2, sur la face 10 d'un substrat 1, un premier pôle magnétique 2 et un deuxième pôle magnétique 3 séparés entre leurs faces 20 et 30 situées en vis-â-vis, par un entrefer 5. Selon un mode de réalisation courant, l'un des deux pôles, le pôle 3 par exemple, est réalisé après la réalisation de l'autre pôle 2 et de l'entrefer 5. De plus, pour des questions de qualités magnétiques, les pôles magnétiques sont réalisés en matériau polycristallin par une croissance que nôus appellerons croissance colonnaire, c'est-è-dire une croissance polycristalline donnant lieu à une orientation préférentielle des molécules sous formes de colonnes. Dans ces conditions, lorsqu'on réalise une croissance du pôle 3 sur un substrat 1 portant déjà le pôle 2 et l'entrefer 5, on obtient une croissance telle que schématisée en figure 3. Le flanc 20 du pôle 2 est en réalité légèrement incliné par rapport à la face 10 du substrat et l'entrefer 5. La croissance colonnaire du matériau du pôle 3 se fera sensiblement perpendiculairement, d'une part à la face 10 (flèche C1) et d'autre part à l'entrefer 51 (flèche C2). Comme cela est représenté sur la -figure 3, il y a donc création de contraintes selon une surface représentée par la droite X. Ces contraintes peuvent se traduire par une interruption du circuit magnétique au niveau de la droite X. On peut alors, comme cela est représenté en figure 4, avoir création d'un gap microscopique MG qui peut détériorer les qualités de la tête magnétique et être à l'origine de bruits lors de l'enregistrement ou la lecture par cette tête magnétique. L'invention propose une tête magnétique en couches minces permettant de résoudre cet inconvénient. L'invention apporte un avantage supplémentaire pour les têtes magnétiques haute fréquence (supérieure à 50 MHz) car elle permet de réduire voire d'éliminer les courants de Foucault qui peuvent être importants à haute fréquence. L'invention concerne donc une tête magnétique d'enregistrement-lecture en couches minces comportant - une pièce de substrat possédant une face principale - un premier pôle de circuit magnétique situé sur cette face principale et représentant un premier flanc formant un angle avec la face principale - un deuxième pôle de circuit magnétique situé sur la face principale d'un matériau amagnétique situé entre le deuxième pôle et la face principale, et présentant également un deuxième flanc sensiblement perpendiculaire à la face principale et déterminant avec le premier flanc un entrefer d'épaisseur sensiblement constante, cet entrefer comprenant un matériau amagnétique, caractérisé par le fait que l'un des deux pôles de circuit magnétique est réalisé sous forme de couches alternées d'au moins un premier et deuxième types de couches en matériaux de structures cristallographiques différentes, le premier type de couches au moins étant en matériau magnétique. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une tête magnétique, caractérisé en ce qu'il prévoit la fabrication d'au moins un pôle magnétique par réalisation de couches alternées d'un premier matériau magnétique polycristallin à structure colonnaire d'un deuxième matériau d'une structure différente. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représentent - les figures l et 2, une tête magnétique en couches minces de l'art connu décrite précédemment; les figures 3 et 4, des défauts pouvant exister dans une tête magnétique en couches minces - les figures 5 et 6, une tête magnétique réalisée selon l'invention; - la figure 7, une vue agrandie d'une portion de tête magnétique selon l'invention; - la figure 8, une variante de réalisation d'une tête magnétique selon l'invention; - les figures 9 à 15r différentes étapes d'un procédé de réalisation d'une tête magnétique selon l'invention;; - les figures 16 à 18, différentes étapes d'une variante du procédé de réalisation d'une tête magnétique selon l'invention. En se reportant à la figure 5, on va d'abord décrire un exemple de réalisation d'une tête magnétique selon l'invention. Cette tête comporte une pièce substrat ou pièce support 1 possédant une face plane 10. Cette face plane 10, porte un premier pôle de tête magnétique 2 qui possède un flanc 20 formant un angle avec le plan de la face 10. La face 10 porte également une couche 4 d'un matériau amagnétique qui recouvre le flanc 20 du premier pôle 2. La couche 4 porte un deuxième pôle 3 dont un flanc 30 est parallèle au flanc 20. Les flancs 20 et 30 définissent entre les pôles 2 et 3 un entrefer 5 Les faces supérieures des pôles 2 et 3 et de la couche amagnétique 4 sont au même niveau au moins à l'emplacement de l'entrefer 5. Un support magnétique, non représenté, placé devant cet entrefer 5 permettra de relier magnétiquement les deux pôles et de fermer le circuit magnétique de la tête. La figure 6, représente en vue de coupe la tête de la figure 5. La pièce support 1 est réalisée en matériau amagnétique tel que du verre et son épaisseur est faible telle qu'un champ magnétique d'enregistrement ou de lecture la traverse sans trop de perte. De l'autre côté de la face 10 de la pièce support l, en vis-à-vis avec les pôles 2 et 3, sont placées respectivement les extrémités 60 et 61 d'un circuit magnétique 6. Sur ce circuit magnétique sont placées des bobines d'induction de champ magnétique 7 et 7' à proximité des extrémités 60 et 61. Ces bobines induisent un champ magnétique qui circule par les pôles 2 et 3 selon les flèches ~ indiquées sur la figure 6. On voit sur cette figure qu un support magnétique, une bande magnétique par exemple, qui serait placée à la surface supérieure des pôles 2 et 3, couplerait magnétiquement les deux pôles au dessus de l'entrefer. La tête représentée sur la figure 6 constitue donc une tête magnétique d'enregistrement-lecture. Selon l'invention, le pôle magnétique 3 est réalisée à l'aide d'une alternance de couches de matériau de structures cristallographiques différentes. La figure 7 représente de façon plus détaillée une telle alternance de couches. On retrouve sur la figure 7, le substrat 1, le pôle magnétique 2 le matériau et l'entrefer 4. Le pôle magnétique 3 est constitué de couches 30 à 35. Les couches 30, 32, 34, 36 sont en matériau magnétique polycristallin à structure colonnaire. Les couches 31, 33, 35 sont en matériau de structure différente. Par exemple, les couches 30, 32, 34, 36 peuvent être en alliage de fer, silicium et aluminium tel qu'un alliage connu sous le nom de sendust, et les couches 31, 33, 35 peuvent être un oxyde tel que Si02 et A12 03. Dans le cas ou les couches 31, 33, 35 sont en matériau non magnétique, elles sont d'épaisseur réduite pour ne pas dégrader les qualités magnétiques de la tête Ainsi pour des couches de sendust de 200 à 400 Angstroëms d'épaisseur les couches d'oxyde (Si02 ou A12 03) auront une épaisseur de 50 à 100 angstroëms. On obtient alors des têtes magnétiques pouvant présenter une perméabilité magnétique de 300 à 1000. Le pôle magnétique 3 peut également être réalisé à laide d'une alternance de couches de fer et de carbone, on obtient alors une perméabilité pouvant atteindre une valeur très élevée (environ 10.000) L'avantage d'un tel empilement de couches de fer et de carbone est mis en évidence dans l'article "Magnetic properties and film structures of Fe/C multjlayers" de Toshio Kobayashi et ai publié dans Journal Applled Physic 63 (8) du 15 avril 1988. Selon une variante de réalisation de l'invention le pâle magnétique 2 est également réalisé sous forme feuilletée comme le pôle magnétique 3. L'avantage de réaliser le pôle magnétique 3 sous une telle forme est d'éviter l'inconvénient décrit dans le préambule. De plus une conception feuilletée des pôles permet de réduire les courants de Foucault qui peuvent être importants à haute fréquence d'ou l'intérêt de réaliser le pôle 2 également sous forme feuilletée comme cela est représenté en figure 7. En se reportant aux figures 9 à 15 on va décrire un procédé de réalisation selon l'invention d'une tête magnétique selon l'invention. Au cours d'une première étape, la face 10 du substrat 1 est revêtue partiellement d'une couche de résine 14. Au cours d'une deuxième étape la face 10 du substrat 1 non recouverte par la résine 14 est recouverte d'une couche 2 d'un matériau magnétique polycristallin par croissance colonnaire. Cette couche de matériau magnétique constituera le pôle magnétique 2 de la tête magnétique. En raison de la croissance colonnaire du matériau polycristallin, il y a création d'une zone contrainte ZO comme cela a été décrit précédemment. Au cours d'une troisième étape, la résine 14 est enlevée par tout procédé approprié tel qu'attaque chimique. On obtient ainsi la structure représentée en figure 11. La partie de la couche 2 située à droite de la zone contrainte ZO est alors aisée à enlever par tout moyen approprié en raison de la zone contrainte constituant une zone de moindre résistance. Plus présisément le procédé de retrait de la résine 14 sera un procédé dit de "Lif Off", c1est-à-dire de trempage de la structure dans un produit chimique (tel que de l'acétone) qui a pour objet de faire gonfler la résine et de la faire dissoudre. Le dégonflement de la résine 14 aura pour effet de soulever la partie de la couche 4 située à droite de la zone contrainte ZO, ce qui permettra d'enlever aisément cette partie. Ainsi l'attaque chimique de la résine 14 et le nettoyage de la zone laissée libre par la résine pourra suffire à enlever la partie de la couche 2 située à droite de la zone contrainte ZO. On obtient alors la structure représentée en figure 12 avec la couche 2 possédant une face 20 inclinée qui constituera un flanc de l'entrefer de la tête magnétique. Au cours d'une quatrième étape représentée en figure 13, on réalise sur la couche 2 et la face 10 du substrat 1, une couche 4 d'un matériau non magnétique. Au cours d'une cinquième étape représentée en figure 14; on réalise le pôle magnétique 3 par une succession de deux types de couches de matériaux de caractéristiques cristallographiques différentes. L'un des types de couches étant en matériau magnétique et les couches de ce type étant d'épaisseur nettement plus élevée que les couches de l'autre type. Par exemple nous déposerons un empilement de couches magnétiques de type colonnaire à forte perméabilité et de couches magnétiques de type amorphe à faible perméabilité afin de briser la texture colonnaire de l'ensemble de la couche. Ces deux textures (colonnsires et amorphes) sont liées aux conditions de dépôt par pulvérisation cathodique. Les couches colonnaires sont déposées à des pressions d'argon supérieures à 20mTorr alors que les couches amorphes le sont à des pressions inférieures à 10 mTorr. Une autre possibilité consiste à faire alterner le dépôt de matériau magnétique et de couches non magnétiques amorphes (Si02, A1203 ..). Les couches non magnétiques sont dans ce cas très fines et permettent de briser la structure colonnaire de la couche sans altérer ses caractéristiques magnétiques. Par exemple, on réalise une alternance de couches de sendust (alliage de fer, silicium, aluminium) et d'oxyde (Si02 ou Al2 03). Pour une croissance collonaire du sendust on peut obtenir une perméabilité magnétique comprise entre 300 et 1000 et un champ coercitif inférieur à 3 oersted. Dans le tableau ci-dessous on constate l'intérêt d'une structure feuilletée qui permet d'obtenir de meilleures caractéristiques magnétiques. Sendust Amorphe Colonnaire Feuilleté Perméabilité 50 30 à 1000 300 magnétique Champ 20 | 3 3 à 5 coercitif Une alternance de couches de sendust et de Si02 sera faite à l'aide de couches alternées : de sendust de 200 à 400 angstroëms d'épaisseur et de Si02 de 50 à 100 angstroèms d'épaisseur. La perméabilité magnétique sera alors d'environ 300, ce qui convient pour un pôle d'une tête magnétique. De plus, la structure feuilletée du pâle magnétique obtenue permet d'éviter l'apparition de zones contraintes et donc d'entrefer microscopiques parasites. Le pôle magnétique 3 peut également être réalisé sous la forme de couches alternées de sendust en croissance colonnaire (d'épaisseurs 200 à 400 angstroëms chacune) Ce mode de réalisation présente l'avantage de réaliser la croissance de deux types de couches à l'aide d'une même cible à base de sendust et dans une même enceinte (d'ou l'absence de pollution). Enfin le pôle magnétique peut être réalisé à l'aide d'une alternance de fer et de carbone avec des épaisseurs d'environ 200 à 400 angstroëms pour le fer et 30 à 50 angstroëms pour le carbone. On obtient alors une perméabilité magnétique élevée (environ 10000) autorisant des tètes magnétiques à bande passante élevée. Au cours d'une sixième étape, on réalise un polissage de la face supérieure de la tête magnétique de façon à faire apparaître l'entrefer 5 de la tête magnétique tel que cela est représenté en figure 15. Dans le cas où le pôle 3 est réalisé sous la forme d'une alternance de couches de fer et de carbone, on prévoira que la couche du pôle, qui affleurera la face supérieure de la tête après polissage, sera une couche de carbone relativement épaisse (250 angstroëms par exemple) qui constituera une couche de protection anti-usure. Selon une variante du procédé de réalisation représentée par les figures 16 à 18, le pâle magnétique 2 est également réalisé sous forme feuilletée. Le pale 2 est obtenu par croissance de couches de matériaux différents comme cela a été décrit précédemment pour le pôle 3, puis par gravure, par tout procédé connu, du pôle magnétique 2. Ensuite, on réalise les quatrième, cinquième et sixième étapes décrites précédemment. On obtient ainsi la structure de la figure 17 puis la tête magnétique de la figure 18. Dans la tête magnétique de la figure 18, le pôle magnétique 2 a donc les mêmes caractéristiques que celles du pôle magnétique 3. L'invention permet donc d'obtenir une tête magnétique planaire en couches minces ne présentant pas d'entrefer indésirable; - permettant d'éviter les courants de Foucault à haute fréquence et cela même pour des pôles relativement épais (supérieur à 20 micromètres d'épaisseur) - pouvant fonctionner avec une très large bande passante (notamment avec une alternance de couches fer/carbone). Il est bien évident que la description qui précède nta été faite qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples numériques et la nature des matériaux indiqués n'ont été fournis que pour illustrer la description, REVENDICATIONS 1. Tête magnétique dtenregistrement-lecture en couches minces comportant - une pièce de substrat (1) possédant une face principale (10) - un premier rôle de circuit magnétique (2) situé sur cette face principale (10) et présentant un premier flanc (20) formant un angle avec la face principale (10) - un deuxième pôle de circuit magnétique (3) situé sur la face principale (10) avec une couche (4) d'un matériau amagnétique situé entre le deuxième pôle (3) et la face principale (10), et présentant également un deuxième flanc (30) sensiblement perpendiculaire à la face principale (10) et déterminant avec le premier flanc (20) un entrefer d'épaisseur sensiblement constante, cet entrefer comprenant un matériau amagnétique (4,5), caractérisé en ce que l'un des deux pôles de circuit magnétique (2 ou 3) est réalisé sous forme de couches alternées d'au moins un premier et un deuxième types de couches en matériaux de structures cristallographiques différentes, le premier type de couches au moins étant en matériau magnétique. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux pôles (2, 3) de circuit magnétique sont réalisés de la même façon. 3. Tête magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier type de couches est en matériau polycristallin à structure colonnaire. 4. Tête magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier type de couches est réalisé en alliage de fer, de silicium et d'aluminium polycristallin. 5. Tête magnétique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le deuxième type de couches est un oxyde ou un matériau amorphe de même composition que le premier type de couches. G. Tête magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier type de couches est du fer et le deuxième type de couches est du carbone. 7. Tête magnétique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche supérieure du pâle (3) est en carbone. 8. Procédé de réalisation d'une tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il prévoit la fabrication d'au moins un pôle magnétique par réalisation de couches alternées d'un premier matériau magnétique polycristallin à structure colonnaire d'un deuxième matériau d'une structure différente. 9. Procédé de réalisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier matériau magnétique est un alliage de fer, de silicium et d'aluminium. 10. Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième matériau est un oxyde ou un matériau amorphe de la même composition que le premier matériau, 11. Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier matériau est du fer et le deuxième matériau du carbone. 12. Procédé de réalisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux pôles sont réalisés de la même façon. 13. Procédé de réalisation selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes (a) réalisation sur une face (10) d'un substrat (1), d'une zone de résine (14) (b) réalisation par croissance colonnaire, sur la face (10) du substrat (1), d'un premier pâle (2) en matériau magnétique amorphe (c) retrait de la résine (14) (d) réalisation d'une couche de matériau d'entrefer (5) (e) réslisation d'un deuxième pôle (3) sous forme de couches alternées d'un premier matériau magnétique polycrîstallin à structure colonnaire et d'un deuxième matériau d'une structure différente. 14. Procédé de réalisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deux pôles (2 et 3) sont réalisés de la même façon. 15. Procédé de réalisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche supérieure de l'empilement de couches de fer et de carbone est une couche de carbone assurant la protection contre l'usure.