(57)【要約】本発明は、磁性膜を成膜して形成したライト磁極を備えた磁気ヘッドにおいて、前記磁性膜が、鉄ＦｅとコバルトＣｏを主成分とする磁性層と、絶縁層とが交互に積層して形成されたものであって、前記絶縁層が不連続膜として形成されていることを特徴とする。この構成により、Ｂｓ値が高く、透磁率が大きなライト磁極として形成することができ、高保磁力を備えた高密度媒体への記録を可能とする磁気ヘッドとして提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜を成膜して形成したライト磁極を備えた磁気ヘッドにおいて、
前記磁性膜が、鉄ＦｅとコバルトＣｏを主成分とする磁性層と、絶縁層とが交互に積層して形成されたものであって、前記絶縁層が不連続膜として形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁層が、磁性層の表面粗さと同等以下の平均の厚さに形成されることにより、不連続膜として形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁層が、クラスター状に成膜されることにより、不連続膜として形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記各々の磁性層の下地層として、磁性膜の異方性分散を抑制する非磁性層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項５】
前記各々の磁性層の下地層として、磁性層の結晶面の（１１０）配向を誘導する非磁性層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項６】
絶縁層として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が用いられていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
非磁性層として、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、クロムＣｒからなる合金が用いられていることを特徴とする請求項４記載の磁気ヘッド。
【請求項８】
磁性層と絶縁層の膜厚および積層数を調整して、磁性膜全体としての飽和磁束密度が２．２Ｔ以上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は磁気ヘッドに関し、より詳細には、高保磁力を有する高密度媒体へのデータの書き込みを可能にし、磁気応答性のすぐれたライト磁極を備えた磁気ヘッドに関する。
【背景技術】  磁気ディスク装置に用いられる媒体の面記録密度の増大にともない、記録ビットは数百ｎｍサイズ以下となっており、今後、さらに記録ビットが縮小することが予想される。このようなサイズ領域では、磁性微粒子の熱擾乱の問題が現実化してくるため、媒体の保磁力（Ｈｃ）を増大させてこの問題を解決することが考えられている。一方、ライト磁極については、媒体の保磁力が増大すると、狭幅の磁極で媒体の保磁力以上の強いライト磁界を発生させる必要があり、ライト磁極の先端部の磁性材料にはより高いＢｓ値（飽和磁束密度）を持つものが求められる。
ＦｅＣｏ合金は、２．４５Ｔという高いＢｓ値を示すことが知られているが、磁歪定数がλ＝３０〜７０×１０−６と大きく、ＦｅＣｏ合金の単層膜のみで軟磁性とすることが難しく、そのままではライト磁極の磁極材料として使用することができない。また、軟磁性の指標として透磁率が挙げられ、ライトヘッドの磁極の透磁率が低いと記録ビットの波形に対応するコイルの誘導磁界に磁極の磁化が応答し難くなり、記録ビットの分解能が悪化し、所望のライト特性を得ることができなくなる。
このような問題を解消する方法として、ＦｅＣｏ合金膜の直下にバッファとして下地層を設ける方法や、合金系に添加元素を少量含有させるなどの手法による材料開発がなされている。たとえば、ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．ｖｏｌ．３６、ｐｐ．２５０６−２５０８、（２０００）では、ＦｅＣｏＮ組成による２．４Ｔ程度の高Ｂｓを有する軟磁性膜が報告されている。しかしながら、ＦｅＣｏＮの単層膜では磁気異方性の制御が難しいため、ＦｅＣｏＮ層を、パーマロイ（Ｎｉ８０Ｆｅ２０）の下地層上に成膜し、あるいはパーマロイ層でサンドイッチ構造とすることで軟磁性を改善することが図られている。なお、この報告例は、ＦｅＣｏＮ層の膜厚が０．１μｍでの実施例であり、膜厚が０．１μｍ以上で軟磁性が得られるかは不明である。また、ライト磁界を増大させるためには、磁極先端部に用いる高Ｂｓ膜を０．１μｍ以上に厚く形成しなければならない。
また、特開平１０−２７０２４６号公報では、ＦｅＣｏに添加元素を加えたグラニュラー合金膜として、異方性磁界  Ｈｋ＞２０（Ｏｅ）の軟磁性、比抵抗ρ＞５０（μΩｃｍ）、Ｂｓ＞１．６Ｔを有するものが報告されている。しかしながら、比抵抗を５０（μΩｃｍ）以上に高めるためには、磁性元素以外の非磁性元素の含有量を増やす必要があり、その場合には飽和磁束密度が減少してしまい、２．１Ｔ以上の高Ｂｓ値を得ることは難しい。
このように、磁気ヘッドのライト磁極の磁性材料として実用できる程度に十分に高いＢｓ値を備えた軟磁性の材料についてはいまだ提供されていないのが現状である。本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、膜厚０．１μｍ以上で、Ｂｓ値２．２Ｔ以上の軟磁性を示す磁性材料を提供するものであり、この磁性材料をライト磁極の磁性材料に使用することによって、高保磁力を有する高密度媒体へのデータの書き込みに好適に使用することができる磁気ヘッドを提供することを目的としている。
【発明の開示】
本発明は、磁性膜を成膜して形成したライト磁極を備えた磁気ヘッドにおいて、前記磁性膜が、鉄ＦｅとコバルトＣｏを主成分とする磁性層と、絶縁層とが交互に積層して形成されたものであって、前記絶縁層が不連続膜として形成されていることを特徴とする。磁性層と不連続膜として形成された絶縁層とを交互に積層して磁性膜を形成することにより、２．２Ｔ以上といった高Ｂｓ値を得ることができ、かつ単層膜からなる磁性膜を上回る透磁率を得ることを可能とし、高保磁力を有する高密度媒体への記録用として好適に使用できる磁気ヘッドとして提供することができる。
前記絶縁層は、磁性層の表面粗さと同等以下の平均の厚さに形成されることにより、不連続膜として形成することができ、また、前記絶縁層は、クラスター状に成膜されて、不連続膜として形成される。前記絶縁層は不連続膜状に成膜されることによって、磁性層の結晶成長を分断し、これによってＦｅＣｏ含有層の異方性分散を抑制することができる。また、不連続膜状に形成した絶縁層を介して磁性層を積層した磁性膜は、磁性層の結晶面の（１１０）配向度が高くなる。
また、前記各々の磁性層の下地層として、磁性膜の異方性分散を抑制する非磁性層が形成されていること、前記各々の磁性層の下地層として、磁性層の結晶面の（１１０）配向を誘導する非磁性層が形成されていることを特徴とする。磁性層の下地層として非磁性層を設けることによって、さらに異方性分散をさらに抑制して軟磁性をさらに高めることができる。
また、前記絶縁層としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が好適に用いられ、前記非磁性層には、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、クロムＣｒからなる合金が好適に用いられる。
また、前記磁性層と絶縁層の膜厚および積層数を調整して、磁性膜全体としての飽和磁束密度が２．２Ｔ以上に設けることができ、高保磁力を有する高密度媒体への記録用として十分に実用可能な磁気ヘッドとして提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１Ａ及びＢは磁気ヘッドのライト磁極の構成を示す断面図であり、図２ＡはＦｅ７０Ｃｏ３０単層膜の膜構成を示す説明図であり、図２ＢはＦｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜の膜構成を示す説明図であり、図２ＣはＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０積層膜の膜構成を示す説明図であり、図２ＤはＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜の膜構成を示す説明図であり、図３Ａ−Ｄは図２Ａ−Ｄの各磁性膜についてのＢ−Ｈ曲線であり、図４はＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜についての比透磁率の周波数特性を示すグラフであり、図５はＦｅ７０Ｃｏ３０等と不連続Ａｌ２Ｏ３層が交互に積層された状態を示す説明図であり、図６ＡはＦｅ７０Ｃｏ３０単層膜のＸ線回折パターンであり、図６ＢはＦｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜のＸ線回折パターンであり、図６ＣはＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜のＸ線回折パターンであり、図７Ａ及びＢはＡｌ２Ｏ３層の膜厚を変えた場合のＢ−Ｈ曲線である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の好適な実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図１Ａ及びＢは、磁気ヘッドのライト磁極の構成を示す断面図である。図１Ａは平面記録方式によるライト磁極、図１Ｂは垂直記録方式によるライト磁極を示す。１０が下部磁極、１２が上部磁極、１４がコイルである。下部磁極１０および上部磁極１２はＮｉＦｅ等の強磁性体材からなる。
平面記録方式のライト磁極は下部磁極１０の先端部と上部磁極１２の先端部とがライトギャップ間隔をあけて対向して配置されている。本発明に係る磁気ヘッドは、この下部磁極１０と上部磁極１２の媒体の表面に対向して配置される磁極の先端部（Ｐ部分）が、後述する高Ｂｓ磁性膜によって形成されている。また、垂直記録方式のライト磁極は上部磁極１２から垂直記録用の磁極１６が媒体の表面に向けて延出して設けられたものであり、磁極１６の先端部（Ｑ部分）が後述する高Ｂｓ磁性膜によって形成されている。
ライト磁極を形成する磁性膜はスパッタリング等によって所定の膜厚に成膜して形成される。図２Ａ−Ｄは磁気ヘッドのライト磁極に用いる磁性膜の特性を試験した磁性膜の断面構成を模式的に示す説明図である。
図２Ａに示す磁性膜は、基板上にＦｅ７０Ｃｏ３０からなる磁性膜２０を単層で形成したものである。磁性膜２０全体の厚さは１μｍである。
図２Ｂは、Ｆｅ７０Ｃｏ３０からなる磁性層２２と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる絶縁層２４を交互に積層して形成した磁性膜を示す。各々の磁性層２２の厚さは１００ｎｍであり、絶縁層２４の厚さは１ｎｍである。磁性層２２は全体として１０層積層され、磁性層２２の全体を合わせた厚さは図２Ａに示す磁性膜２０と同じ１μｍとなっている。
図２Ｃは、Ｎｉ６１Ｆｅ１４Ｃｒ２５からなる非磁性層２６と、Ｆｅ７０Ｃｏ３０からなる磁性層２２を交互に積層して形成した磁性膜である。各々の磁性層２２の厚さは１００ｎｍであり、非磁性層２６の厚さは２ｎｍである。磁性層２２は１０層積層され、磁性層２２の全体を合わせた厚さは１μｍである。
図２Ｄに示す磁性膜は、Ｎｉ６１Ｆｅ１４Ｃｒ２５からなる非磁性層２６と、Ｆｅ７０Ｃｏ３０からなる磁性層２２とＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層２４を、この順に基材上で繰り返して積層したものである。非磁性層２６の厚さは２ｎｍ、磁性層２２の厚さは１００ｎｍ、絶縁層２４の厚さは１ｎｍである。磁性層２２は１０層積層され、磁性層２２の全体を合わせた厚さは１μｍである。なお、ＮｉＦｅＣｒ、ＦｅＣｏの組成はａｔ％表記で示した。
これらの各試料はスパッタリングにより成膜して形成した。スパッタ時の圧力は０．１〜３Ｐａ、スパッタ投入電力密度は１〜１０×１０−４Ｗ／ｍ２、アルゴン（Ａｒ）の流量は５０〜１００ｓｃｃｍである。ターゲットと基板間の間隔は９０〜１８０ｍｍである。磁性膜を成膜する基板にはＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣを使用し、バイアスの印加は行っていない。なお、酸化物ターゲットとしてはＡｌ２Ｏ３以外のＳｉＯ２、ＭｇＯなど他の絶縁材料でも同様の結果が得られている。また、本実施の形態では、同一真空容器中でＡｌ２Ｏ３ターゲットを用いて成膜を行ったが、Ａｌを成膜後に別の真空容器中で酸化を行った場合、あるいは、Ａｌ２Ｏ３をクラスター状態で堆積させた場合にも同様の結果が得られている。
図３は、図２のＡ−Ｄに示す各磁性膜についてのＢ−Ｈ曲線を示す。このＢ−Ｈ曲線は、Ｂ−Ｈループトレーサーにおいて磁化容易軸と困難軸で±７０  Ｏｅの磁界を印加して測定したものである。これらのＢ−Ｈ曲線について、Ｆｅ７０Ｃｏ３０の単層膜による場合（図３Ａ）と、Ｆｅ７０Ｃｏ３０とＡｌ２Ｏ３の積層膜におよる場合（図３Ｂ））とを比較すると、Ａｌ２Ｏ３層を付加したＦｅ７０Ｃｏ３０とＡｌ２Ｏ３の積層膜の方がＦｅ７０Ｃｏ３０の単層膜にくらべて困難軸での保磁力Ｈｃｈが低下し、異方性分散が抑制されている。
また、下地としてＮｉＦｅＣｒを用いたＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０積層膜（図３Ｃ）とＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜（図３Ｄ）とを比較すると、Ａｌ２Ｏ３層を付加したＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜の方が困難軸での保磁力Ｈｃｈが低下している。このことは、Ａｌ２Ｏ３層を付加することによって困難軸での保磁力Ｈｃｈが低下し、ライト磁極に適用する磁性膜として好適に使用可能であることを示している。
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表１は、図２Ａ−Ｄの４種の磁性膜についてのＢｓ値及び比透磁率を示す。Ｂｓ値はＳＱＵＩＤにて磁場を１０ｋＯｅ印加して測定した値である。比透磁率の測定はｓｈｉｅｌｄｅｄ  ｌｏｏｐ  ｃｏｉｌ法により測定した。表１でＡｌ２Ｏ３層を付加したＦｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜、およびＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜について見ると、Ｂｓ値はＢｓ＞２．３Ｔとなり、Ｆｅ７０Ｃｏ３０の単層膜のＢｓ値と同等の値が得られ、比透磁率はＦｅ７０Ｃｏ３０単層膜にくらべて大幅に上回っている。また、Ａｌ２Ｏ３層を付加した積層膜は、Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜の場合も、ＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜の場合も比透磁率が大きく改善されている。
図４はＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜における比透磁率μｒの周波数依存性を示す。通常、Ａｌ２Ｏ３層で磁性層を分断すると渦電流損失が抑制され高周波での透磁率の落ち込みが抑制されるはずである。しかしながら、図４に示すように膜厚１μｍのＦｅ７０Ｃｏ３０単層膜の理論計算曲線とＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜の実測曲線がほぼ一致しており、渦電流損失の抑制が見られない（高周波側で透磁率が低下している）。このことは、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層が磁性層を分断する２次元的な連続膜として形成されているのではなく、不連続に分布して、隣接する磁性層間の電気的・磁気的分断がなされていないものと考えられる。すなわち、本実施形態におけるＡｌ２Ｏ３層は、Ａｌ２Ｏ３の平均膜厚が薄い、あるいはＦｅＣｏからなる磁性層２２の表面粗さによりＡｌ２Ｏ３が均一に成長しないなどの理由によって、図５に示すように、不連続的に存在しているものと考えられる。図５で、２２ａがＦｅＣｏの結晶粒、２４ａがＡｌ２Ｏ３の不連続層である。
なお、図４に示すように、高周波側で比透磁率が低下する場合には、膜厚が数μｍもある現状のヨーク部分に本発明に係る積層膜を使用すると、高記録周波数でのライト特性が悪化することが予想される。しかしながら、サブミクロンサイズ化したヨーク部や磁極の先端部、垂直ヘッドの単磁極部に用いる場合には、表皮厚さ以下となるためサイズ効果で渦電流損失は抑制されるので、このような用途においてはＦｅＣｏ単層膜よりも本発明に係る積層膜は優位性を発揮する。
図６ＡはＦｅ７０Ｃｏ３０／単層膜、図６ＢはＦｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜、図６ＣはＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜についてのＸ線回折パターンを測定した結果を示す。これらの試料で、比透磁率の大小関係は、（ｃ）＞（ｂ）＞（ａ）となっており、回折線の（１１０）ピークが（ｃ）＞（ｂ）＞（ａ）となっていることがわかる。このことは、Ａｌ２Ｏ３層を挿入することで、比透磁率が高くなり、（１１０）配向が強まる傾向を有することを示している。
図７は、Ｆｅ７０Ｃｏ３０／Ａｌ２Ｏ３積層膜について、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層の膜厚を１ｎｍとして積層した場合（図７Ａ）と、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層の膜厚を２０ｎｍとして積層した場合（図７Ｂ）について、それぞれＢ−Ｈ曲線を示したものである。このグラフを見ると、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層の膜厚を厚くしても軟磁性の改善が見られないことがわかる。
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表２はＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層の膜厚を変えた際のＢｓ値と比透磁率を示す。Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層の膜厚を厚くするとＢｓ値は２．０４Ｔと減少し、比透磁率も小さくなっている。すなわち、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層を厚く形成するとＡｌ２Ｏ３層が連続的に形成され比透磁率が低下すると考えられ、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層は、不連続的に形成されている積層膜の方が軟磁性的に優れているものと考えられる。
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【図５】
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【図４】
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【国際調査報告】
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