Brevet FR2694835A1 — publié le 19940218

"Tête magnétique recouverte d'une couche comportant essentiellement du Cr 2 03 et procédé de fabrication d'une telle tête magnétique". L'invention concerne une tête magnétique comportant une surface de tête et une structure de couches pourvue:: d'un élément transmetteur. Une telle tête magnétique est connue du document JP-A 63-37811 (incorporé par référence à la présente demande) La tête magnétique connue est pourvue d'une structure de couches mince formée sur un substrat et comportant une culasse magnétique présentant un élément magnétorésistif et un entrefer transmetteur La tête magnétique présente encore une surface de tête dans laquelle se terminent l'entrefer transmetteur et des guides de flux magnétique pour guider de l'information magnétique vers l'élément magnétorésistif La surface de tête de la tête magnétique connue sert à guider un support d'information magnétique, notamment une bande magnétique. Dans des têtes magnétiques pourvues d'une structure de couches, on trouve des matériaux relativement doux, notamment les matériaux magnétiques doux des guides de flux, à côté de matériaux relativement durs, notamment les matériaux de substrat, tels que le A 1203/Ti C Par l'action abrasive du support d'information se déplaçant en fonctionnement sur la surface de tête, les matériaux relativement doux sur la surface de tête peuvent être soumis à l'usure, qui a pour effet de former un évidement dans la structure de couches de la surface de tête Un tel évidement augmente la distance du support d'information par rapport à la structure de couches et diminue donc la transmission d'information du support d'information à la tête magnétique De ce fait, on ne peut pas garantir la longévité de la tête magnétique connue, dont la surface de tête sert en même temps de surface de contact. L'invention vise à fournir une tête magnétique comportant une surface de tête et une structure de couches à élément transmetteur et présentant une couche résistante à l'usure conçue pour former une surface de contact et consistant en matériau électriquement isolant non magnétique qui est résistant à l'usure même à des températures relativement basses La tête magnétique conforme à l'invention est caractérisée en ce que la surface de tête, au moins à l'endroit de la structure de couches, est recouverte d'une couche comportant essentiellement du Cr 2 03 et servant à former une surface de contact, couche dont l'épaisseur se situe dans le domaine compris entre 10 et 100 nm. La tête magnétique conforme à l'invention présente une surface de contact résistante à l'usure et formée par la couche comportant essentiellement du Cr 2 03, surface qui est conçue pour coopérer avec un support d'information, notamment une bande magnétique Avec l'épaisseur de couche définie, on a la garantie d'une transmission de signal avantageuse du support d'information à l'élément transmetteur. Des expériences ont montré que la surface de contact présente une bonne résistance à l'usure, non seulement dans l'écart de température de 50 C à 850 C, mais encore à des températures se situant dans le domaine compris entre 50 C et -20 'C Cela importe notamment pour des têtes magnétiques utilisées dans des appareils portatifs et des dispositifs d'exploration magnétiques destinés à des applications automobiles telles que des magnétophones à cassette incorporées à des autoradios Comme la couche comportant essentiellement du Cr 2 03 est électriquement isolante, on évite des courants de court-circuit électriques circulant à travers la surface de tête Ceci permet, le cas échéant, de faire aboutir l'élément transmetteur à la surface de tête. On a déterminé expérimentalement qu'il est possible d'obtenir une couche essentiellement en Cr 2 03 d'une qualité excellente sur la surface de tête en formant cette couche par pulvérisation Il s'est avéré que, en procédant par pulvérisation, on peut déjà obtenir des résistances à l'usure élevées pour des épaisseurs de couche inférieures à 60 nm De plus, un avantage de la formation par pulvérisation de la couche résistante à l'usure comportant essentiellement du Cr 2 03 est qu'elle peut alors être formée à des températures inférieures à 3000 C De ce fait, les propriétés magnétiques des matériaux magnétiques présents dans la structure de couches ne sont pas attaquées pendant la formation de ladite couche Une couche résistante à l'usure comportant essentiellement du Cr 2 03 et formée sur la surface de tête donne une tête magnétique conforme à l'invention qui, tout en fournissant en fonctionnement des signaux de sortie avantageux et en convenant pour être utilisée à des températures relativement basses, présente quand-même une longue durée de vie. Il s'est avéré que l'adhérence de la couche comportant essentiellement du Cr 2 03 n'est pas optimale à tous les matériaux utilisés dans la structure de couches de têtes à couches minces Un mode de réalisation remédiant à cet inconvénient, est caractérisé en ce qu'entre la surface de tête et la couche comportant essentiellement du 2694835 - Cr 203, est située une couche comportant essentiellement du Cr On a déterminé par expérience qu'une couche essentiellement en Cr d'une épaisseur de quelques nm et de préférence formée par pulvérisation suffit pour garantir une bonne adhérence à la surface de tête de la couche essentiellement en Cr 2 03. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une tête magnétique présentant une surface de tête et une structure de couches munie d'un élément transmetteur. L'invention vise à fournir un procédé simple pour la fabrication d'une tête magnétique présentant une surface de tête et une structure de couches munie d'un élément transmetteur ainsi qu'une couche résistante à l'usure formant une surface de contact en matériau non magnétique électriquement isolant qui est également résistant à l'usure à des températures relativement basses. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que, par dépôt par pulvérisation, on forme sur la surface de tête, au moins à l'endroit de la structure de couches, une couche comportant essentiellement du Cr 2 03 et d'une épaisseur se situant dans le domaine compris entre 10 et 100 nm De préférence, la pulvérisation s'effectue avec une cible de chrome, sous admission additionnelle d'oxygène Ainsi, on a obtenu un procédé simple pouvant être réalisé commodément dans des conditions de production La pulvérisation, par exemple une pulvérisation RF, peut s'effectuer dans un espace rempli d'argon sans chauffage de la tête magnétique et sans utilisation d'un champ de polarisation. Il s'est avéré que la pression de l'oxygène, pourvu qu'elle ne soit pas choisie extrêmement basse, n'exerce à peu près aucune influence sur la composition de la couche résistante à l'usure essentiellement en Cr 2 03, formée sur la surface de tête, ce qui a pour effet de rendre indépendantes de petites variations du processus les propriétés de cette couche résistante à l'usure Dans la pratique, à cause de la sûreté du procédé, il suffit de pulvériser jusqu'à ce que la couche essentiellement en Cr 2 03 présente une épaisseur de 60 nm au maximum. Pour assurer dans toutes les circonstances une bonne adhérence de la couche essentiellement en Cr 203 à la surface de tête, un mode de réalisation est caractérisé en ce que, au cours de la pulvérisation, on n'admet de l'oxygène qu'après la formation, sur la surface de tête, d'une couche comportant essentiellement du Cr Il s'est avéré qu'on peut déjà admettre de l'oxygène lorsque la couche essentiellement en Cr formée a une épaisseur de 20 nm au maximum, au moins à l'endroit de la structure de couches. On remarque qu'il est en soi connu de former sur une surface de tête des couches résistantes à l'usure pour éviter l'usure Dans le document EP-A- 0 123 826 (incorporé par référence à la présente demande), il est proposé de recouvrir par pulvérisation une tête de masse d'une couche résistante à l'usure en carbure ou nitrure métalliques, ayant une épaisseur inférieure à 0,2,um Dans la publication IBM Technical Disclosure Bulletin, vol 11, No 10, mars 1969, page 1199 (incorporée à la présente demande), il est proposé, pour l'obtention de couches résistantes à l'usure, de former du Cr 2 03 par flame plating sur des têtes magnétiques résistantes à la chaleur. Dans le document JP-A 55-73917 (incorporé par référence à la présente demande, il est proposé de recouvrir des parties de noyau de permalloy comportant du Cr d'une couche d'oxyde de Cr d'une épaisseur supérieure à 0,5 gm et de former par pulvérisation une couche d'oxyde de Cr sur les parties de noyau en permalloy ne comportant pas de Cr - L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante faite, à titre d'exemple, en regard des dessins annexés, dans lesquels la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation de la tête magnétique conforme à l'invention, la figure 2 est une coupe transversale schématique II-Il d'un entrefer transmetteur de la tête magnétique de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective de la tête magnétique de la figure 1, la figure 4 est une vue en perspective de la tête magnétique de la figure 4, dans une phase de fabrication dans laquelle on n'a pas encore formée une couche résistante à l'usure et la figure 5 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation de la tête magnétique conforme à l'invention. La tête magnétique à couches minces conforme à l'invention, représentée sur les figures 1, 2 et 3, comporte un substrat 1, en l'occurrence en matériau magnétique, à savoir en ferrite de Ni Zn, sur laquelle est formée une structure de couches 2 constituée par des couches magnétiques, des couches électriques et des couches isolantes La structure de couches 2 est protégée par un contre-bloc 3 en matériau non magnétique, par exemple le A 1203/Ti C La tête magnétique présente une surface de tête 5 présentant, en l'occurrence, onze entrefers transmetteurs Parmi les onze entrefers transmetteurs, un groupe de neuf entrefers Si à 59 est destiné à lire de l'information en forme numérique et une paire d'entrefers 510 et Sll à lire de l'information en forme analogique sur un support d'information 7 qui se déplace dans un sens x le long de la tête magnétique Les entrefers Si à 59 pour l'application numérique ont généralement une longueur plus faible que les entrefers 510 et Si i pour l'application analogique D'ailleurs, on peut également choisir une longueur d'entrefer telle qu'il est possible de lire de l'information analogique ainsi que numérique par un même entrefer. La tête magnétique conforme à l'invention comporte une couche isolante formée sur le substrat 1 et sur laquelle sont situés, en l'occurrence, trois conducteurs électriques Cl, C 2 et C 3, qui peuvent s'étendre jusque dans les entrefers transmetteurs. La tête magnétique comporte en outre onze éléments magnétorésistifs El à Ell, appelés ci-après éléments MR, qui comportent, par exemple une couche de Ni-Fe sur laquelle peuvent être prévues une ou plusieurs bandes équipotentielles, par exemple en Au Les éléments MR-Ei à Ell présentent chacun une paire de premières pistes de raccordement lla et llb qui se terminent respectivement dans des premières surfaces de raccordement 13 a et 13 b Tant les premières pistes de raccordement que les premières surfaces de raccordement sont de préférence en Au On remarque qu'un élément MR pourvu de bandes équipotentielles est en soi connu et est décrit entre autres dans le document US-A 4 052 748 (incorporé par référence à la présente demande). Lesdits conducteurs électriques Cl, C 2 et C 3 servent respectivement à exciter les éléments MR El à E 9, E 10 et Ell et ils sont pourvus chacun d'une paire de secondes pistes de raccordement 15 a et 15 b qui se terminent respectivement dans des secondes surfaces de raccordement 17 a et 17 b. De plus, la tête magnétique comporte onze paires de guides de flux en matériau magnétique doux, tel que le Ni Fe ou le Al Fe Si, chaque paire comportant un premier guide de flux ou guide de flux antérieur 19 a et, séparé par une distance de celui-ci, un second guide de flux ou guide de flux postérieur 19 b Le guide de flux antérieur 19 a s'étend jusqu'à la surface de tête 5 pour coopérer avec le support d'information magnétique 7 Les éléments MR El à Ell sont situés entre le substrat 1 et les guides de flux, chaque élément MR formant un pont entre un premier et un second guide de flux l 9 a et 19 b Dans des structures et des applications déterminées, il est possible de supprimer les guides de flux postérieurs De même, il est possible de partir d'un substrat non magnétique et de former alors un guide de flux supplémentaire. Les conducteurs électriques, les éléments MR et les guides de flux sont isolés entre eux par une pluralité de couches isolantes en matériau électriquement et magnétiquement isolant, par exemple un oxyde ou un polymère Les couches isolantes sont indiquées sur les figures 2 par les références 21 et 23 Entre les guides de flux communs 19 a et 19 b et le contre-bloc 3, est située une autre couche isolante 25 formée, par exemple, d'une couche de colle. La surface de tête 5 est recouverte d'une couche inhibitrice d'usure ou résistante à l'usure 31 essentiellement en Cr 2 03, couche qui constitue une surface de contact 33 pour coopérer avec le support d'information en forme de bande 7 La couche électriquement isolante non magnétique et résistante à l'usure 31 a une épaisseur de 40 nm dans l'exemple envisagé La couche 31 protège contre l'usure notamment la structure de couches 2. La formation de la couche résistante à l'usure 31 sur la surface de tête sera expliquée ci-après en regard de la figure 4 Après avoir formé une surface de tête 5 sur l'ensemble du substrat 1 de la structure de couches 2 et du contre-bloc 3, par exemple par meulage et/ou polissage, on introduit l'ensemble dans un dispositif de pulvérisation en soi connu, dans lequel est placée une cible de chrome Par pulvérisation RF réactive, par exemple par pulvérisation à diode RF à 10 m Torr d'Ar et 1 m Torr d'O 2, on forme sur la surface de tête 5, à l'endroit des entrefers transmetteurs Sl à Sll et de part et d'autre de ceux-ci, la couche comportant essentiellement du Cr 2 03. La tête magnétique conforme à l'invention, montrée sur la figure 5 comporte un substrat 101 portant une structure de couches 102 et un bloc de protection 103 Sur une surface de tête, formée par le substrat 101, la structure de couches 102 et le bloc de protection 103, on a formé par pulvérisation une couche mince essentiellement en Cr 135 qui, au moins à l'endroit de la structure de couches 102, a une épaisseur maximale de 10 nm La couche 135 est recouverte d'une couche essentiellement en Cr 2 03 131, également formée par pulvérisation, couche qui, au moins vis-à-vis de la structure de couches 102, a une épaisseur de l'ordre de 50 nm. Les deux couches peuvent être formées dans un même dispositif de pulvérisation, par pulvérisation RF avec une cible de chrome, l'admission additionnelle d'oxygène ne s'effectuant qu'après la formation d'une couche 135 comportant essentiellement du Cr. Il est à remarquer que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés Ainsi, au lieu ou en plus d'éléments MR, la tête magnétique conforme à l'invention peut comporter un ou-plusieurs éléments inductifs De même, la tête magnétique peut également être réalisée sans guides de flux Dans le procédé conforme à l'invention, il est également possible, bien que moins intéressant, d'effectuer la pulvérisation avec une cible de Cr 2 03 pour former une couche comportant essentiellement du Cr 2 03. REVENDICATIONS: 1 Tête magnétique comportant une surface de tête et une structure de couches pourvue d'un élément transmetteur et d'un entrefer transmetteur se terminant dans la surface de tête, caractérisée en ce que la surface de tête, au moins à l'endroit de la structure de couches, est recouverte d'une couche comportant essentiellement du Cr 2 03 et servant à former une surface de contact, couche qui a une épaisseur se situant dans le domaine compris entre 10 et 100 nm. 2 Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche comportant essentiellement du Cr 203 est formée par pulvérisation. 3 Tête magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche comportant essentiellement du Cr 2 03 est inférieure à 60 nm. 4 Tête magnétique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'entre la surface de tête et la couche comportant essentiellement du Cr 2 03, est située une couche comportant essentiellement du Cr. Tête magnétique selon la revendication 4, caractérisée en ce que la couche comportant essentiellement du Cr a une épaisseur de 20 nm au maximum. 6 Tête magnétique selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la couche comportant essentiellement du Cr est formée par pulvérisation sur la surface de tête. 7 Procédé de fabrication d'une tête magnétique présentant une surface de tête et une structure de couches pourvue d'un élément transmetteur, caractérisé en ce que, par dépôt par pulvérisation, on forme sur la surface de tête, au moins à l'endroit de la structure de couches, une couche comportant essentiellement du Cr 2 03 et ayant une épaisseur se situant dans le domaine compris entre 10 et 100 nm. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pulvérisation s'effectue avec une cible de chrome, sous admission additionnelle d'oxygène. 9 Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la pulvérisation s'effectue jusqu'à ce que la couche formée, comportant essentiellement du Cr 2 03, ait une épaisseur de 60 nm au maximum, au moins vis-à-vis de la structure de couches. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au cours de la pulvérisation, l'admission additionnelle d'oxygène ne s'effectue qu'après la formation, sur la surface de tête, d'une couche comportant essentiellement du Cr. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on admet l'oxygène lorsque la couche formée, comportant essentiellement du Cr, a une épaisseur de 20 nm au maximum au moins à l'endroit de la structure de couches.