DE3206058A1 - Duennschicht-magnetkopf und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Duennschicht-magnetkopf und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Dünnschicht-Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Magnetkopf zur Verwendung in Videobandaufzeichnungsgeräten
(VTR) u. dgl. und betrifft insbesondere den durch eine Magnetdünnschxchttechnik hergestellten
Magnetkopf und ein· Verfahren zu seiner Herstellung.
In den letzten Jahren gab es einen ständigen Bedarf für Magnetköpfe zur Verwendung in VTR od. dgl. Anwendungen,
die die Anforderungen an eine kurze Spaltlänge, eine enge Spurbreite, eine Verträglichkeit
mit einem hochkoerzitiven Band und andere zum Erzielen
einer hohen Dichte bei der Aufzeichnung von Daten oder
Information erfüllen, und verschiedene Magnetköpfe wurden vorgeschlagen, die unter Verwendung von
magnetischen Dünnschichten aus weichen magnetischen Metallen, wie z. B. "Sendust", "Permalloy" u. dgl.
als den Materialien für den Kopfkern hergestellt werden, um die erwähnten Anforderungen zu erfüllen.
Eines der Verfahren zur Bildung des Magnetspaltes
eines solchen Magnetkopfes wird unter Anwendung einer Dünnschichttechnologie zum Erzielen
einer hohen Genauigkeit bei der Schaffung des Magnetspalts durchgeführt, die von bisher bekannten
Verfahren zur Herstellung herkömmlicher Ferritköpfe verschieden ist. Die Dünnschichttechnologie
ermöglicht die Einsparung eines dem Anpassen und Verbinden von Kernhälften dienenden Schrittes, der
einen vorrangigen Einflußfaktor für die Ausbeute der
auf Massenproduktionsbasis hergestellten Magnetköpfe bedeutet, wodurch der Magnetkopf mit einem
engen Spalt und einer engen Spurbreite prinzipiell, wirksam hergestellt werden kann.
Wenn der Dünnschichtmagnetkopf für VTR mit einer Spurbreite von einigen 10 ,um nach der Dünnschichttechnik
herzustellen ist, sind die magnetischen Dünnschichten aus den oben beschriebenen Materialien zur
Herstellung des Magnetkopfes hoher Leistungen wegen aes niedrigen elektrischen Widerstandes dieser
Materialien nicht geeignet, da ein erheblich hoher Wirbelstromverlust beim Verarbeiten von Signalen eines
hohen Frequenzbandes auftritt. Wenn beispielsweise ein Magnetkopf für VTR zur Verarbeitung von Signalen
im MHz-Frequenzbereich bestimmt ist und sein Magnetkern aus einer Dünnschicht aus "Sendust" bestehen
soll, muß die Schichtdicke geringer als 10 .um und vorzugsweise geringer als 5 ,um sein, wenn man den
Wirbelstromverlust berücksichtigt, der sonst in dem obigen Frequenzbereich auftreten würde. Infolgedessen
ist es unmöglich, den Hochleistungsmagnetkopf mit der Spurbreite von einigen 10 ,um mit dem
Aufbau aus einer einzelnen Dünnschichtlage herzustellen.
Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Umstände wurde ein Kopfaufbau eingeführt, bei dem
eine Anzahl von Dünnschichten übereinanderliegen. Jedoch erstreckt sich bei dem bisher bekannten
viellagigen Dünnschichtmagnetkopf eine Zwischenlageisolierschicht, die zwischen den Magnetschichtlagen
eingefügt ist, parallel zum Magnetspalt, und ein Teil der Isolierschicht bleibt unentfernt auch, nachdem
unbrauchbare Teile des Kerns wegpoliert sind, und wirkt sehr nachteilig als ein zusätzlicher Magnetspalt
(als "Pseudomagnetspalt" bezeichnet), wie noch im einzelnen erläutert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschichtmagnetkopf mit Vielschichtaufbau für
VTU zu entwickeln, der eine kurze Spaltlänge hat, kaum
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einen Hochfrequenzsignalen zuzuschreibenden wesentlichen Wirbelstromverlust aufweist und in einer
vereinfachten Weise herstellbar ist. Dabei wird ein Magnetkopfaufbau mit einer Magnetflußeinschnürungsausbildung
angestrebt, in der die Kernbreite in einem in der Nähe des Magnetspalts liegenden
Bereich verringert oder eingeschnürt wird. Außerdem soll die Erfindung einen neuen Dünnschichtmagnetkopf
auf bau zur Verfügung stellen, der sich für die Herstellung auf Hassenproduktionsbasxs mit
hoher Ausbeute eignet, und es soll ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben werden.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Dünnschicht-Magnetkopf
mit einem Substrat aus einem nichtmagnetischen Material, einer ersten magnetischen Dünnschicht auf
dem Substrat, einer nichtmagnetischen Dünnschicht an einem Teil der ersten magnetischen Dünnschicht und
einer zweiten magnetischen Dünnschicht in Berührung mit der nichtmagnetischen Dünnschicht, mit dem
Kennzeichen, daß in der ersten magnetischen Dünnschicht in einem vorbestimmten Bereich eine Nut mit
einer bis zum nichtmagnetischen Substrat reichenden Tiefe ausgebildet ist, daß die nichtmagnetische Dünnschicht
auf wenigstens einer Wand der Nut vorgesehen ist und daß die zweite magnetische Dünnschicht
in der Nut eingebettet ist, wobei die beiden magnetischen Dünnschichten einen Kern des Magnetkopfes bilden und
einer von durch die nichtmagnetische Dünnschicht gebildeten Spalten als Magnetspalt des Magnetkopfes
dient.
Einige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.
Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Teil der ersten magnetischen
Dünnschicht auf einer Seite der Nut einen Hauptmagnetpfad für eine Hälfte eines Magnetkopfkernes
bildet, während der andere Teil der ersten magnetischen Dünnschicht auf der anderen Seite der Nut einen
liilfsmagnetpfad für die andere Hälfte des Magnetkopfkernes
bildet, daß in der auf der ersten, mit der nichtmagnetischen Dünnschicht versehenen magnetischen
Dünnschicht gebildeten, zweiten magnetischen Dünnschicht eine weitere Nut ausgebildet ist, deren
Tiefe an der Stelle des Magnetkopfspaltes wenigstens bis zur Oberfläche des Teils der ersten magnetischen
Dünnschicht reicht, der den Hauptmagnetpfad bildet, daß die zweite magnetische Dünnschicht einen Teil,
der einen Hilfsmagnetpfad für die Hälfte des Magnetkopfkernes
bildet, und den anderen Teil aufweist, der einen Hauptmagnetpfad für die andere Hälfte des
Magnetkopfkernes bildet, daß die weitere Nut zwischen dem einen Teil und dem anderen Teil der zweiten
magnetischen Dünnschicht angeordnet ist und daß der Magnetkopfspalt zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen der Hauptmagnetpfadteile der beiden magnetischen Dünnschichten gebildet ist, wobei die nichtmagnetische Dünnschicht zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen eingefügt ist.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist wenigstens eine der beiden magnetischen
Dünnschichten viellagig mit zwei oder mehr blattförmigen Einzelschichten hergestellt, wodurch ein
Dünnschichtmagnetkopf mit einer Spurbreite von einigen 1O ,um erhalten werden kann.
Nach einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die erste Nut einen V-artigen
Querschnitt, wobeijdessen Bodenscheitelpunkt die Oberfläche des Substrats erreicht. Jedoch kann
die V-artige Nut ihren Bodenscheitelkantenteil auch so ausgebildet haben, daß er in das Innere des
Substrats reicht. Allgemein sollte eine Wand der V-artigen Nut vorzugsweise flach sein, da sie allgemein
als der aktive Teil des MagnetkopfSpaltes
verwendet wird*jDer Dünnschichtmagnetkopf gemäß der Erfindung hat einen solchen Aufbau, daß das Volumen
des Kernmaterials im Vergleich mit der Oberflächengröße des Kerns bedeutend verringert ist, wodurch
der oben beschriebene Wirbelstromverlust auf ein Minimum unterdrückt werden kann. Auch wenn ein Spalt
fpseudospalt") im Magnetkern zusätzlich zum eigentlichen
Magnetspalt gebildet wird, kann der ungünstige
ÖIU b U Ö Q
Einfluß eines solchen zusätzlichen Spaltes oder "Pseudospaltes" auf den Signalablesevorgang aufgrund
des Azimutverlusteffekts ausgeschlossen werden, da sich beide Spalte nicht parallel zueinander
erstrecken. Andererseits kann im Fall des Aufzeichnungsbetriebs die Anordnung derart gemacht
werden, daß die Signalaufzeichnung auf einem Band durch den in der Förderrichtung des
Bandes stromab liegenden Spalt bewirkt werden, kann, so daß das möglicherweise durch den vorhergehenden
Spalt aufgezeichnete Signal zwangsläufig gelöscht wird,
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dünnschicht-Magnetkopfes,
das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: (a) Abscheidung einer ersten magnetischen
Dünnschicht auf einer Oberfläche eines nichtmagnetischen Substrats, (b) Bildung einer
ersten Nut von V-artigem Querschnitt in der ersten magnetischen Dünnschicht an einer Stelle, wo der
aktive Magnetspalt im Endzustand herzustellen ist, wobei die Nut eine bis zur Oberfläche des nichtmagnetischen Substrats reichende Tiefe hat, (c) Abscheidung
einer nichtmagnetischen Schicht auf einer geneigten Wand der V-artigen Nut zur Bestimmung der
Magnetkopfspaltlänge, (d) Abscheidung einer zweiten magnetischen Dünnschicht auf der durch die
Schritte (a) bis (c) erhaltenen Einheit, (e) anschließende Bildung einer zweiten Nut mit einer bis
spalt
zur den Magnetkopf darstellenden nichtmagnetischen Schicht reichenden Tiefe parallel zur V-artigen Nut, Abscheidung einer Schutzschicht, Bildung eines WicklungsIoehes an einer gewünschten Stelle und Anbringung einer Wicklung.
zur den Magnetkopf darstellenden nichtmagnetischen Schicht reichenden Tiefe parallel zur V-artigen Nut, Abscheidung einer Schutzschicht, Bildung eines WicklungsIoehes an einer gewünschten Stelle und Anbringung einer Wicklung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens macht
man von einem Ionenätzverfahren zur Bildung der zweiten Nut Gebrauch. Zur Durchführung des Ionenätzens
in der vorteilhaftesten Weise ist die Wandfläche der V-artigen Nut, die der zur
Bildung eines Teils des aktiven KopfSpaltes bestimmten Wand gegenüber angeordnet ist, unter
einem Winkel von höchstens 20 zum nichtmagnetischen Substrat geneigt, und ein Ionenstrahl wird parallel
zur geneigten Wandfläche gerichtet.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert;
darin zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines bekannten Dünnschichtmagnetkopfes
zur Veranschaulichung einer Anordnung dessen Gleitfläche;
Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Dünnschichtmagnetkopfes nach einem Ausfüh^ngsbeispiel
der Erfindung;
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Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Frequenzchrakteristik
eines Dünnschichtmagnetkopfes mit einem in Fig. 2 dargestellten Aufbau im Vergleich zu der eines herkömmlichen
Ferritkernkopfes;
Fig. 4 und 5 in Seitenschnittansichten Anordnungen der
Gleitflächen von Dünnschichtmagnetkopfen nach anderen bei spielsweisen Ausführungsarten der Erfindung;
Fig. 6a bis Fig. 6g Perspektivdarstellungen zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur
Herstellung des in Fig. 4 dargestellten Dünnschichtmagnetkopfes;
Fig. 7 eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur gleichzeitigen Herstellung
einer Mehrzahl von Dünnschichtmagnetkopfen gemäß der Erfindung;
Fig. 8a und 8b Seitenschnittansichten zur Veranschaulichung
eines Ionenätzverfahrens, das zur Durchführung des in Fig. 6e veranschaulichten
Verfahrensschritts angewandt werden kann;
Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Ionenätzgeschwindigkeit vom Einfallwinkel
des Ionenstrahls beim Ionenätzverfahren;
Fig. 10 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen einem definierten Einschnürungs-
Verhältnis und dem Ausgangssignalniveau des in Fig. 8b dargestellten Dünnschichtmagnetkopfes;
Fig. 11 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Einschnürungsverhältnis und
der Ätzgeschwindigkeit bei· dem in Fig. 8b veranschaulichten Ätzverfahren; und
Fig. 12 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Ätzgeschwindigkeit und dem
Neigungswinkel einer Wand der V-artigen Nut, die keinen Teil des aktiven Magnotspaltes
des in Fig. 8b dargestellten Dünnschichtmagnetkopfes bildet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zunächst
Probleme, an denen die bekannten Dünnschichtmagnetköpfe leiden, anhand von Fig. 1 beschrieben. In dieser
Figur erkennt man ein nichtmagnetisches Substrat 1, auf dem zunäcs]ht eine magnetische Dünnschicht 2 zur
Bildung einer uer Kernhälften abgeschieden ist. Man erkennt weiter einen aus einer nichtmagnetischen Dünnschicht
4 gebildeten Spalt und eine magnetische Dünnschicht b, die als zweite auf dem "nichtmagnetischen"
Substrat 1 abgeschieden ist und die andere Kernhälfte bildet. Zur Bildung der magnetischen Dünnschicht 5
wird ein unbrauchbarer Teil der zuerst auf dem Substrat abgeschiedenen magnetischen Dünnschicht 2 durch
zitzen, Polieren od. dgl. Verfahren entfernt, worauf
die Abscheidung einer nichtmagnetischen Dünnschicht gewünschter Dicke folgt. Anschließend wird die
magnetische Dünnschicht 5 in der Bildung der magnetischen Dünnschicht 2 gleichartiger Weise gebildet,
und ein Teil 5d der magnetischen Dünnschicht 5, der über der ersten magnetischen Dünnschicht 2
liegt, wird durch Polieren bis zu einem solchen Grad beseitigt, daß die Oberfläche der magnetischen
Dünnschicht 2 freiliegt.
Im Fall des in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfaufbaus bestehen die magnetischen Dünnschichten 2
und 5 jeweils aus zwei gestapelten Lagen 2a; 2b bzw. 5a; 5b, -um den Wirbelstromverlust zu verringern.
Hierzu ist es erforderlich, Zwischenisolierschichten 2c bzw. 5c zwischen den einzelnen Lagen 2a und 2b
bzw. 5a und 5b einzufügen. Dann bleibt ein Teil 5c1 der Zwischenisolierschicht 5c, der sich im wesentlichen
parallel zum Magnetspalt 4 erstreckt und als ein "Pseudomagnetspalt" wirkt, so daß er ein großes
Hindernis zum Erzielen einer gewünschten Charakteristik des Dünnschichtmagnetkopfes darstellt.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben.
Gemäß Fig. 2, die in Perspektivdarstellung einen Dünnschichtmagnetkopf gemäß der Erfindung zeigt und
in der gleiche Teile wie die in Fig. 1 gezeigten
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist eine Nut 3 von V-artigem Querschnitt in der ersten
magnetischen Dünnschicht 2 ausgebildet und hat einander gegenüberstehende Seitenwände 3a und 3b,
wobei die Wand 3a zur Bildung eines Magnetspaltes
bestimmt ist. Eine Ausnehmung ist vorgesehen, um eine Wicklung aufzunehmen. Die einen Kernteil
bildende magnetische Dünnschicht 2 ist aus zwei geschichteten Lagen zusammengesetzt, deren jede
eine Dicke von 1O ,um hat und aus "Sendust"
(einer Legierung mit hoher Permeabilität) durch Aufstäuben gebildet ist. Zwischen den beiden Lagen
der magnetischen Dünnschicht 2 ist eine iiolierdünnschicht mit einer Dicke von 0,3 .um eingefügt,
die aus SiO2 durch Aufstäuben gebildet ist. Die
V-artige Nut 3 ist in die magnetische Dünnschicht 2 mittels einer Diamantschneide so eingeschnitten,
daß zwischen den Nutenwänden 3a und 3b ein Winkel von 60° gebildet ist. Natürlich ist
der Winkel auf diesen Wert nicht beschränkt,
sondern kann unter Berücksichtigung der Wellenlänge eines auf einem Magnetband
aufgezeichneten Signals, des Azimutverlustes, des gewünschten Stör-Nutz-Verhältnisses des Signals,
des Wirbelstromverlustes in der magnetischen Dünnschicht 5, die in die V-artige Nut 3 eingebettet ist/
und anderer Faktoren bestimmt werden. Zur Bildung der magnetischen Dünnschicht 5 wird die V-artige
Nut 3 zunächst durch Aufstäuben von SiO„ in einer
Dicke von 0,5 ,um entsprechend der benötigten Spaltbreite beschichtet. Anschließend wird die
Nut 3 durch Aufstäuben mit "Sendusf'in einer
Dicke von 20 ,um gefüllt. Schließlich wird der überschüssige Teil, der auf der als Kern bestimmten
magnetischen Dünnschicht 2 abgeschiedenen Schicht durch Polieren entfernt, um die endgültige magnetische
Dünnschicht 5 herzustellen.
Die vorstehend erwähnte SiO.-Abscheidung wird unter Steuerung der Aufstäubungsrichtung derart
vorgenommen, däi die SiO„-Schicht hauptsächlich auf
der Wand 3a abgeschieden wird, die zum Dienen als eigentlicher Magnetspalt bestimmt ist, während die
Abscheidung von SiO~ auf der Wand 3b bis zu einem möglichen Minimum unterdrückt wird. Im Fall des
dargestellten Aufbaus des Dünnschichtmagnetkopfes war die Dicke der auf der Magnetspaltwand 3a gebildeten
SiO -Schicht 0,5 ,um, während die Dicke der auf der Nutwand 3b gebildeten SiO„- Schicht in der
Größenordnung von 0,2 ,um oder weniger war. Selbstverständlich sollte die Dicke der auf der Nutwand 3b
abgeschiedenen SiO„-Schicht vorzugsweise Null sein,
was für den Durchgang der Nutzfelder durch den Kern günstig ist. Praktisch kann die Aufzeichnungs- und
Wiedergabeeignung des Nutwandteils 3b vernachlässigt werden, wenn man sie mit der des eigentlichen, auf
der Nutwand 3a gebildeten Magnetspaltes vergleicht.
Die Dicke der magnetischen Dünnschicht 5, die
am Spaltteil 3a 20 ,um erreicht, kann selbst leicht den Wirbelstromverlust bedingen. Jedoch ergibt sich
dank des dreieckigen Querschnittes der magnetischen Dünnschicht 5 und deren verringerten Abmessung
im absoluten Sinn, die unter die sog. "Hauttiefe" fällt, kein wesentliches Problem des Wirbelstromverlustes.
Natürlich kann die magnetische Dünnschicht 5 aus zwei Lagen gebildet werden. Weiter
kann ein Anstieg des magnetischen Widerstandes des Kernes aufgrund der Anwesenheit des Nutwandteils 3b
dank einer solchen Anordnung völlig unbedeutend gemacht
werden, daß die Dicke der auf der Wand 3b abgeschiedenen SiO2-Schicht auf ein Minimum begrenzbar
ist, indem die erwähnte Aufstäubungsrichtung gesteuert wird, der eigentliche Spaltteil 3a im Vergleich mit dem Nutwandteil 3b mit äußerst hoher Steilheit
geneigt ist und die Fläche des Wandteils'3b beträchtlich größer als die des eigentlichen Spaltwandteils
3a gemacht ist, indem man das Loch oder die
Ausnehmung 8 im letzteren zur Aufnahme der Wicklung bildet.
In einem Versuch wurde ein Dünnschichtmagnetkopf des in Fig. 2 dargestellten Aufbaus in Kombination
mit einem Metallband einer Koerzitivkraft Hc von 1200 Oe bei einer Banddurchlaufgeschwindigkeit von
5,8 m/s betrieben, wobei das Ausgangsniveau mit dem eines herkömmlichen Ferritkopfes verglichen wurde.
Die Ergebnisse sind graphisch in Fig. 3 dargestellt. Wie man daraus ersehen kann, wurde eine Verbesserung
um etwa 5 dB bei einer Frequenz von 1 MHz, von 3 dB bei 4 MHz und von 2 dB bei 6 MHz erhalten. Außerdem
wurde kein ungünstiger Einfluß des Nutteils 3b auf die Aufzeichnungs- und Wiedergabeleistung des
Dünnschichtmagnetkopfes festgestellt.
Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung in Schnittdarstellungen« In
diesen Figuren sind gleiche oder äquivalente Teile wie die in Fig. 2 dargestellten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die nichtmagnetische Dünnschicht
zur Bildung eines Magnetspaltes ist mit 4 bezeichnet. Man erkennt außerdem eine U-artige Nut 6 und eine
als Schutzschicht dienende, nichtmagnetische Dünnschicht 7. In Fig.4 bezeichnet 2-1 einen Hauptmagnetpfad
einer der Magnetkopfkernhälften in der ersten magnetischen Dünnschicht 2, und 2-2 bezeichnet
einen Hilfsmagnetpfad der anderen Kernhälfte. 5-1 bezeichnet
einen Hauptmagnetpfad einer der Magnetkopfkernhälften der zweiten magnetischen Dünnschicht 5,
und 5-2 bezeichnet einen Hilfsmagnetpfad der anderen
Kernhälfte. In Fig.5 erkennt man nichtmagnetische Dünnschichten 4', die in Bereichen außerhalb des
Magnetspaltes 4 gebildet sind. In diesen Ausführungsbeispielen bilden die beiden magnetischen Dünnschichten
2 und 5 den Magnetkern, während die zwischen diesen Dünnschichten 2 und 5 eingefügte
nichtmagnetische Dünnschicht 4 als der Arbeits- oder
aktive Magnetspalt ausgenutzt wird. Die U-artige Nut 6 dient zur Einschnürung des Magnetflusses im
Magnetkreis.
Anhand der Fig.6a bis 6g wird ein Verfahren zur
Herstellung des in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten Aufbaus beschrieben.
Zunächst wird auf einem Substrat 1 aus einem nichtmagnetischen Material die erste magnetische Dünnschicht
2 in einer im wesentlichen einer Spurbreite entsprechenden Dicke abgeschieden, wie in Fig. 6a ;
gezeigt ist. In einem nächsten/ in Fig. 6b gezeigten Schritt wird eine V-artige Nut 3 in der ersten
magnetischen Dünnschicht 2 an einer Stelle gebildet, wo der Arbeitsspalt im Endzustand zu bilden ist,
wobei die Nut 3 eine die Oberfläche des Substrats erreichende Tiefe hat. In einem folgenden Schritt
(Fig. 6c) wird eine'der geneigten Wände oderOberflachen
(d. h. die Spaltwand 3a im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels) der V-artigen Nut
mit der Dünnschicht 4 aus einem nichtmagnetischen Material wie SiO„ od. dgl. zur Bestimmung der Länge
des Magnetspalts beschichtet. Die Abscheidung der nichtmagnetischen Schicht 4 kann bis zur anderen
geneigten Wandoberfläche 3b der V-artigen Nut 3
und anderen Bereichen reichen (siehe den in Fig. aargestellten Aufbau). In einem in Fig. 6d veran-
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schaulichten Schritt wird die zweite magnetische Dünnschicht 5 in einer Dicke abgeschieden, die gleich der
oder größer als die Tiefe der V-artigen Nut 3 ist. Anschließend wird ein Teil der zweiten magnetischen
Dünnschicht 5, der über und in der Nähe des oberen Teils der geneigten Spaltwand 3a liegt, zur Bildung
eier ü-artigen Nut 6 entfent, die die zweite magnetische
Dünnschicht 5 in einen linken und einen rechten Teil aufteilt, wie in Fig. 6e gezeigt ist. Anschließend
wird auf der gesamten Oberseite ein nichtmognetisches
Material 7 aufgebracht, wie Fig. 6f zeigt. Schließlich wird ein Loch oder Ausnehmung 8 zur Aufnahme
einer Wicklung durch ein Ultraschallwellenverfahren gebildet, und man bringt die Wicklung 9 an, wie
Fig. 6g zeigt. Damit ist ein Dünnschichtmagnetköpf K)
fertig. Vorstehend wurde ein Verfahren zur Herstellung eines einzelnen Dünnschichtmagnetkopfes beschrieben.
Es ist jedoch klar, daß das Verfahren gleichfalls zur gleichzeitigen Herstellung einer Anzahl
solcher Dünnschichtmagnetköpfe auf einem größer bemessenen Substrat aus nichtmagnetischem Material
auf Serienbasis anwendbar ist. Insbesondere kann eine Anzahl der Dünnschichtmagnetköpfe auf einem einzelnen
Substrat durch ein und dasselbe Verfahren gefertigt werden, und danach werden einzelne Magnetkopfplättchen
erhalten, indem man sie längs der gestrichelten Linien auseinanderschneidet, wie in Fig. 7 gezeigt ist.
Unter den in den Fig. 6a bis 6g veranschaulichten Verfahrensschritten ist der Schritt der Bildung der
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U-förmigen Nut 6 zur Schaffung der Magnetflußeinschnürung
und endgültigen Bestimmung der Spurbreite (Fig.6e) sehr wichtig. Als Verfahren zur
Durchführung dieses Schrittes sind ein mechanisches Schleifverfahren unter Verwendung eines Diamantwerkzeugs
oder eines Schleifsteins und ein chemisches Ätzverfahren möglich. Jedoch können diese Verfahren
keine ausreichende Abmessungsgenauigkeit sichern, so daß die Ausbeute schlecht ist. Insbesondere
führt die Abscheidung der magnetischen Dünnschi.chten 2 und 5 auf dem nichtmagnetischen Substrat
möglicherweise zu einer nicht geringen Verwerfung oder Krümmung, des Substrats 1. Unter diesen Umständen
wird, wenn die Nut 6 linear durch das mechanische Schleifverfahren gebildet wird, die Tiefe der Nut
je nach dem Grad der Verwerfung ungleichmäßig, was ggf. zu einer Ungleichmäßigkeit der Spurbreite
führt. Außerdem treten, wenn die Haftung sowie die mechanische Festigkeit der magnetischen Dünnschichten-
2 und 5 nicht ausreichend hoch sind, eine Ablösung und/oder ein Bruch dieser Schichten im
Lauf des Schleifverfahrens häufig auf. Andererseits muß, falls das chemische Ätzverfahren angewandt
wird, eine der Form der U-förmigen Nut 6 entsprechende Maske vor dem selektiven Ätzen geb ildet
werden, was eine erhöhte Zahl der Verfahrensschritte und damit eine Komplizierung des Gesamtverfahrens
erfordert. Außerdem ist eine Unterätzung unvermeidlich, wodurch es schwierig wird, die erwünschte Form der
Nut 6 mit brauchbarer Reproduzierbarkeit zu erhalten.
Es soll nun ein Beispiel des Verfahrens beschrieben werden,das die Bildung der U-förmigen Nut 6 mit
einer verbesserten Genauigkeit ermöglicht. Gemäß Fig. 8a, die eine Gleitoberfläche eines Dünnschichtmagnetkopfes
in einer vergrößerten Teildarstellung zeigt und in der gleiche Teile wie die in Fig. 6a
bis 6g gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wurde die erste magnetische Dünnschicht
mit der V-artigen Nut 3 in guter Linearität mittels eines Schneidverfahrens unter Verwendung eines
Diamantwerkzeugs gebildet, wobei die eine geneigte Wand oder Oberfläche 3a der V-artigen Nut 3 mit einem
bestimmten Azimutwinkel gebildet wurde, um als Arbeitsspaltwand zu dienen, während die andere Wand oder
Überfläche 3b der V-artigen Nut 3 eine sanfte Neigung erhielt, wobei der Winkel Θ- der schrägen Wand 3b
relativ zur Oberfläche des Substrats 1 mit höchstens 20° gewählt wird. Die zweite magnetische Dünnschicht
wurde so abgeschieden, daß sie zur Form der V-artigen Nut 3 paßt. In Fig. 8b ist eine Gestaltung der
Kopfgleitoberflache gezeigt, die sich ergab, nachdem
ein Teil der zweiten magnetischen Dünnschicht 5, der in der Nähe des oberen Teils der geneigten Spaltwand 3a
lag, durch ein lonenätzverfahren in U-artiger Form entfernt wurde. Das Ionenätzen wurde in der Atmosphäre
von Argongas bei einem Druck von 10,67 χ 10 mbar bei
einer Beschleunigungsspannung von 600 V mit einer
Stromdichte von 0,5 mA/cm durchgeführt. Der Einfallswinkel
θ~ des Ionenstrahls wird gleich dem
Winkel Θ- gewählt, der zwischen der schwach geneigten
Wand 3b der V-artigen Nut 3 und dem Substrat 1 gebildet ist. Das lonenätzen wurde durchgeführt, bis
die zweite magnetische Dünnschicht 5/ln den linken Teil und den rechten Teil (in Fig. 8b gesehen)
durch die U-artige Nut 6 unterteilt war. Danach wurde die nichtmagnetische Schicht 7 über der gesamten
Oberfläche abgeschieden,das Wicklungsloch 8 wurde
gebildet, und die Wicklung 9 wurde in der schon im Zusammenhang mit Fig.öf und 6g beschriebenen Weise
eingebracht.
Es sollen nun die optimalen Bedingungen für die Geometrie der V-artigen Nut 3 und für den Einfall—
winkel ©2 des Ionenstrahls beim im vorstehend beschriebenen
Beispiel angewandten Ionenätzverfahren
beschrieben werden. Die erste Optimalbedingung beruht darauf, daß die Dicke der ersten magnetischen Dünnschicht
2 und der zweiten magnetischen Dünnschicht 5 und die Tiefe der V-artigen Nut 3 untereinander
gleich gewählt werden, so daß der Boden der U-artigen Nut 6, die in der zweiten magnetischen Dünnschicht 5
gebildet wird, auf der Höhe der ersten magnetischen Dünnschicht 2 liegt. Weiter wird der Einfallswinkel ©„
des Ionenstrahls gleich dem Winkel Θ.. der geneigten
Wand 3b relativ zur Substratoberfläche gewählt. Unter
320605
diesen ersten Bedingungen kann das Ätzen durchgeführt werden, ohne zu einer merklichen Verschiebung des
tiefsten Teils oder Bodens der U-artigen Nut 6 zu führen, wodurch die schließlich erhaltene Spurbreite
lediglich durch die Dicke der ersten magnetischen dünnschicht 2 (d. h. A'=A) bestimmt werden kann,
so daß eine Steuerung der Spurbreite in äußerst vereinfachter Weise ermöglicht wird.
Die zweite Bedingung beruht darauf, daß der von der geneigten Wandoberfläche 3b der V-artigen Nut
relativ zum Substrat 1 gebildete WinkelΘ.. mit einem
Wert von höchstens 20 gewählt wird, um die Leistung des Magnetkopfes durch Ausnutzung des Vorteils des
Magnetflußeinschnürungseffekts zu verbessern. Dies wird anhand von Fig. 9 erläutert, die graphisch die
Abhängigkeit der Ionenätzgeschwindigkeit vom Einfallwinkel des Ionenstrahls auf der Basis des für die
aus "Sendust" gebildete Dünnschicht gemessenen Ergebnisses veranschaulicht. Wie man erkennen kann,
werden die abgetragenen Mengen Δ χ und <Λ y der in
Fig. 8b angedeuteten Dünnschicht 5 und damit die Endform des Kopfes entscheidend durch den Einfallwinkel
Θ« des Ionenstrahls bestimmt. Man bemerkt, daß, obwohl die Spurbreite A1 gleich dem Anfangswert A ist, die Kerndicke B1 vom Ausgangswert B
um den Betrag Λ y sinkt. Wenn das Verhältnis zwischen der Spurbreite und der Kerndicke, d. h.
B1/A' üinschnürungsverhältnis bezeichnet wird, wachst
320605a
das vom Dünnschichtmagnetkopf abgeleitete Ausgangssignal
als Funktion des Einschnürungsverhältnisses B'/A1, wie graphisch in Fig. 10 dargestellt ist. Man
sieht, daß das Einschnürungsverhältnis B'/A/ vorzugsweise groß gewählt werden soll. Andererseits
wird das Einschnürungsverhältnis B'/A' in Abhängigkeit von den entfernten oder geätzten Mengen Λ x
und d y bestimmt, und es gibt zwischen dem Einschnürungsverhältnis B'/A1 und dem Abtragungsverhältnis
Δ x/dy eine solche Beziehung, wie sie
graphisch in Fig. 11 für den Azimutwinkel von
6 dargestellt ist. Das Verhältnis Δ χ/ äy von über
1 ist ausreichend. Der Wert des Verhältnisses B'/A*
wird in einem Bereich des Verhältnisses B'/A1 von 1,8 bis 2 gesättigt. Zusätzlich hängt das Verhältnis Δ χ/Δγ von der anfänglichen Form oder Gestalt
aes Kopfaufbaus und insbesondere vom Neigungswinkel
S1 der V-artigen Nutwand 3b ab. Auf der Basis
der Beziehung zwischen der Ätzgeschwindigkeit und dem
Einfallwinkel des Ionenstrahls gemäß Fig. 9 kann man eine solche Beziehung zwischen dem Verhältnis Δχ/ ,dy
and dem Einfallwinkel Θ.. ableiten, wie. sie in
Fig. 12 dargestellt ist. Man kann sehen, daß θ-gleich
oder größer als 20° zu sein hat, damit das Verhältnis άχ/ ΛΥ kleiner als 1 ist.
Es wurde bestätigt, daß eine vorzugsweise Gestaltung
des Dünnschichtmagnetkopfes durch das aufgrund der beiüen oben erwähnten Beingungen durchgeführte Jitzver-
fahren erhalten werden kann. Natürlich kann das Ätzverfahren durch ein herkömmliches mechanisches
Schneidverfahren ergänzt werden. Hierbei läßt sich durch Beschränkung des mechanischen Verfahrens
auf solche Grenzen, daß etwaige Beschädigungen vernachlässigt werden können, die zum gesamten Verfahren
erforderliche Zeit erheblich abkürzen.
Wie man der . vorstehenden Beschreibung entnehmen kann, stellt die Erfindung einen Dünnschichtmagnetkopf
zur Verfügung, der eine hohe Aufzeichnungs/Wiedergabe-Leistung
sowie einen hohen 'Wirkungsgrad aufweist, und bietet außerdem ein Verfahren,
das sich zur Herstellung dieses Dünnschichtmagnetkopfes mit einer verbesserten Ausbeute eignet.
In der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß "Sendust" als das magnetistrhe Material für die
üünnschichten verwendet wird. Selbstverständlich läßt
sich die Erfindung gleichfalls auf Dünnschichtmagnetköpfe anwenden, bei denen die magnetischen Dünnschichten
aus anderen magnetischen Metallen, wie z. B. "Permalloy", oder aus amorphen magnetischen
Materialien bestehen, die Eisen, Kobalt und Nickel als Hauptbestandteile enthalten.
Claims (10)
- Ansprüche1J Dünnschicht-Magnetkopf mit einem Substrat aus einem niahtiiuujnetischen Mutarial, einer ersten magnetischen Dünnschicht auf dem Substrat, einer nichtmagnetischen Dünnschicht an einem Teil der ersten magnetischen Dünnschicht und einer zweiten magnetischen Dünnschicht in Berührung mit der nichtmagnetischen Dünnschicht,dadurchgekennzeichnet,daß in eier ersten magnetischen Dünnschicht (2) in einem vorbestimmten Bereich eine Nut (3) mit einer1 bis zum nichtmagnetischen Substrat (1) reichenden Tiefe ausgebildet ist,daß die nichtmagnetische Dünnschicht (4) auf wenigstens einer Wand (3a) der Nut (3) vorgesehen ist und .;daß die zweite magnetische Dünnschicht (5) in der Nut (3) eingebettet ist, wobei die beiden magnetischen Dünnschichten (2, 5) einen Kern des Magnetkopfes bilden und einer von durch die nichtmagnetische Dünnschicht (4) gebildeten Spalten als Magnetspalt des Magnetkopfes dient.81-(6467-02)-TF
- 2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß wenigstens eine der beiden magnetischen Dünnschichten (2, 5) aus wenigstens zwei Dünnschichtlagen zusammengesetzt ist.
- 3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß der Querschnitt der Nut (3) eine V-artige Form aufweist.
- 4. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die beiden magnetischen Dünnschichten (2, 5) aus einem magnetischen Material bestehen, das aus der aus "Sendust",''Permalloy" und amorphem, Eisen, Kobalt und Nickel als Hauptbestandteile enthaltendem Material bestehenden Gruppe gewählt ist.
- 5. Magnetkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß ein Teil (2-1) der ersten magnetischen Dünnschicht (2) auf einer Seite der Nut (3) einen riauptmagnetpfad für eine Hälfte eines Magnetkopfkernes bildet, während der andere Teil (2-2) der ersten magnetischen Dünnschicht (2) auf der anderen Seite der Nut (3) einen Hilfsmagnetpfad für dieandere Hälfte des Magnetkopfkernes bildet,daß in der auf der ersten, mit der nichtmagnetischen Dünnschicht (4) versehenen magnetischen Dünnschicht (2) gebildeten, zweiten magnetischen Dünnschicht (5) eine weitere Nut (6) ausgebildet ist, deren Tiefe an der Stelle des Magnetkopfspaltes (3a, 4) wenigstens bis zur Oberfläche des Teils (2-1) der ersten magnetischen Dünnschicht (2) reicht, der den Hauptmagnetpfad bildet,daß die zweite magnetische Dünnschicht (5) einen Teil (5-2), der einen Hilfsmagnetpfad für die Hälfte des Magnetkopfkernes bildet, und den anderen Teil (5-1) aufweist, der einen Hauptmagnetpfad für die andere Hälfte des Magnetkopfkernes bildet,daß die weitere Nut (6) zwischen dem einen Teil (5-2) und dem anderen Teil (5-1) der zweiten magnetischen Dünnschicht (5) angeordnet ist unddaß der Magnetkopfspalt (3a, 4) zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der Häuptmagnetpfadteile der beiden magnetischen Dünnschichten (2, 5) gebildet ist, wobei die nichtmagnetische Dünnschicht (4) zwischen den gegenüberliegenden Endflächen eingefügt ist. - 6. Magnetkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß wenigstens eine der beiden magnetischen Dünn-schichten (2, 5) aus zwei oder mehr Dünnschichtlagen zusammengesetzt ist.
- 7. Magnetkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch yekennzeichnet,daß die Nut (3) in der ersten magnetischen Dünnschicht (2) von V-artigem Querschnitt ist.
- 8. Magnetkopf nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet,daß die V-Querschnittnut (3) eine Wandfläche (3b) aufweist, die der einen Teil des Magnetkopfspspaltes bildenden Wandfläche (3a) gegenüber angeordnet ist und einen Neigungswinkel von höchstens 20 mit dem Substrat (1) bildet.
- 9. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Magnetkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte:(a) Abscheidung einer ersten magnetischen Dünnschicht (2) auf einer Oberfläche eines nichtmagnetischen Substrats (1),(b) Bildung einer ersten Nut (3) von V-artigem Querschnitt in der ersten magnetischen Dünnschicht (2) an einer gewünschten Stelle, welche Nut (3) eine bis zur Oberfläche des nichtmagnetischen Substrats (1) reichende Tiefe hat,(c) Abscheidung einer nichtmagnetischen Schicht (4) auf einer (3a) der Wandflächen(3a, 3b) der ersten Nut (3) des V-artigen Querschnitts zur Bestimmung der Länge eines MagnetkopfSpaltes,(α) Abscheidung einer zweiten magnetischen Dünnschicht (5) auf der durch die Schritte (a) bis (c) erhaltenen Einheit und(e) Bildung einer zweiten Nut (6) mit einer bis zur Oberseite der einen Wandfläche (3a) der ersten Nut (3) reichenden Tiefe.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet,daß man die andere Wandfläche (3b) der ersten Nut (3) V-artigen Querschnitts der einen Wand (3a) derart gegenüber anordnet, daß die andere Wandfläche (3b) zur Oberfläche des Substrats (T) unter einem Winkel (Θ..) von höchstens 20° geneigt ist, und die zweite Nut (6) durch ein Ionenätzverfahren bildet, bei dem ein Ätzionenstrahl im wesentlichen parallel zur anderen Wandfläche (3b) gerichtet wird.
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