DE3803303C2 - Magnetkopf - Google Patents
MagnetkopfInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Magnet
kopf zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Information auf
ein magnetisches bzw. von einem magnetischen Aufzeichnungs
material mit hoher Koerzitivkraft, das z. B. ein sogenann
tes Metallband sein kann. Beim Magnetkopf nach der Erfin
dung bestehen die Hauptbereiche der magnetischen Kernhälfte
oder der magnetischen Kernhälften aus einem oxidmagneti
schen Material, während die Umgebung des magnetischen
Spalts aus einem oder mehreren Filmen aus einer weichmagne
tischen Legierung gebildet ist.
Es wurden Versuche unternommen, bei magnetischen Aufzeich
nungs- und Wiedergabegeräten, z. B. bei Videobandrecordern
oder VTRs, die Aufzeichnungsdichte von Informationssignalen
zu erhöhen. In diesem Zusammenhang wurden die genannten Me
tallbänder entwickelt, bei denen ein Pulver aus einem ma
gnetischen Metall, beispielsweise aus Fe, Co und Ni als Ma
gnetpulver verwendet wird. Darüber hinaus kommen bedampfte
Bänder zum Einsatz, bei denen das metallische Material di
rekt auf einem Träger niedergeschlagen wird.
Magnetische Aufzeichnungsmaterialien dieser Art weisen eine
höhere Koerzitivkraft und eine höhere Restmagnetflußdichte
auf, so daß das Kernmaterial des Magnetkopfs eine hinrei
chend große Sättigungsmagnetflußdichte im Hinblick auf die Koerzitivkraft des Auf
zeichnungsmediums aufweisen muß, um eine elektromagnetische Umwandlung der In
formationssignale vornehmen zu können. Soll mit ein und demselben Magnetkopf so
wohl eine Aufzeichnung als auch eine Wiedergabe erfolgen, so muß das Kernmaterial
des Magnetkopfs nicht nur die zuvor erwähnte Sättigungsmagnetflußdichte, sondern
auch eine hinreichend hohe magnetische Permeabilität für den entsprechenden Fre
quenzbereich besitzen.
Mit einem konventionellen Ferritkopf lassen sich aber die erforderlichen Aufzeich
nungseigenschaften im Zusammenhang mit dem zuvor erwähnten magnetischen Auf
zeichnungsmedium nicht erzielen, da der Ferritkopf eine hohe magnetische Permeabili
tät und eine niedrige Sättigungsmagnetflußdichte aufweist. Auf der anderen Seite zeigt
zwar ein Magnetkopf aus einer weichmagnetischen Legierung, beispielsweise aus einer
Fe-Al-Si-Legierung, eine höhere Sättigungsmagnetflußdichte, so daß gute Aufzeich
nungseigenschaften bei einem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit hoher Koerzi
tivkraft erhalten werden. Im Hinblick auf die bei üblicher Kopfform vorhandene Kern
dicke besitzt dieser Magnetkopf im Arbeitsfrequenzbereich jedoch nur eine niedrige
effektive magnetische Permeabilität, so daß seine Wiedergabeeigenschaften relativ
schlecht sind.
Aufgrund der oben beschriebenen Nachteile wurde ein Magnetkopf der eingangs ge
nannten Art entwickelt, dessen Magnetkernhälften aus einem zusammengesetzten Ma
gnetmaterial bestehen, und zwar aus einem Ferrit und einer Fe-Al-Si-Legierung. Die
aneinandergrenzenden Oberflächen der Dünnfilme aus der Fe-Al-Si-Legierung bilden
den Magnetspalt (vgl. DE 34 47 700 A1).
Dieser Magnetkopf, bei dem die zuvor erwähnten Dünnfilme aus der Fe-Al-Si-Legie
rung nur in der Nachbarschaft der aneinandergrenzenden Oberflächen der Ferritteile
vorhanden
sind und bei dem die Grenzflächen zwischen dem Ferrit und
der Fe-Al-Si-Legierung im wesentlichen parallel zur Magnet
spaltoberfläche verlaufen, weist den Vorteil auf, daß die
Spurbreite unabhängig von der Dicke der Fe-Al-Si-Legierung
eingestellt werden kann und daß er im wesentlichen in glei
cher Weise wie der konventionelle Ferritkopf hergestellt
werden kann, wodurch eine hohe Produktionsrate bei niedri
gem Ausschuß möglich ist.
Allerdings bildet sich bei diesem Magnetkopftyp aufgrund
der Reaktion zwischen dem Ferrit und der Fe-Al-Si-Legierung
eine Schicht auf den Ferritflächen, also auf denjenigen
Flächen, auf denen der Dünnfilm aus der Fe-Al-Si-Legierung
zu liegen kommt, und zwar während der Zeit, in der ein sol
cher Dünnfilm durch einen Sputtervorgang gebildet wird.
Bei diesem Magnetkopf liegt die Grenzfläche zwischen dem
Ferrit und dem aus der Fe-Al-Si-Legierung bestehenden Dünn
film im wesentlichen parallel zur Magnetspaltoberfläche in
der Nähe des Magnetspalts, so daß die zuvor erwähnte
Schicht bzw. Störschicht als Pseudo- oder Scheinspalt
wirkt, was wiederum die Wiedergabeeigenschaften des Magnet
kopfs störend beeinflußt. Durch den Pseudospalt werden die
Frequenzeigenschaften des Wiedergabeausgangs wellenförmig
gestört, wodurch sich die Qualität eines reproduzierten
Bildes verschlechtert.
Bei einem Magnetkopf, bei dem die zuvor erwähnten Kernhälf
ten aus einem zusammengesetzten Magnetmaterial gebildet
sind, z. B. aus einem Mn-Zn-Ferrit mit einem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 115 bis 130 × 10-7/°C und dem
aus der Fe-Al-Si-Legierung bestehenden Dünnfilm mit einem
thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 150 bis 160 ×
10-7/°C, neigen die Ferritteile aufgrund der unterschiedli
chen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den ver
schiedenen Materialien zum Verbiegen, was zu einem Abblät
tern des Films und damit zu einer Verstärkung des schädlichen Einflusses des Pseudos
palts führt. Ferner leidet aufgrund dieser Tatsache die mechanische Festigkeit des Ma
gnetkopfs.
Um dem Störeffekt aufgrund des Pseudospalts zu begegnen, wurde bereits ein Magnet
kopf vorgeschlagen, bei dem die Grenzfläche in der Nachbarschaft des Magnetspalts
um einen vorbestimmten Winkel bezüglich des Magnetspalts geneigt ist, um die Pseudo
signale unter Ausnutzung des sogenannten Azimutverlusts zu unterdrücken. Bei der
Produktion eines solchen Magnetkopfs treten jedoch mehrere Nachteile auf. So ist die
Herstellung an sich relativ kompliziert. Darüber hinaus wird zur Bildung des Fe-Al-Si-
Dünnfilms viel Zeit benötigt, da die Spurbreite von der Dicke des Dünnfilms abhängt.
Die Fehlerrate bei der Herstellung ist relativ hoch.
Schließlich ist es aus JP 61-234509 A (In: Patent Abstracts of Japan, E-488, Bd. 11, Nr.
81, 12.3.1987) bekannt, daß eine Fe-Ga-Si-Legierung mit der dort angegebenen Zu
sammensetzung die gleichen weichmagnetischen, für eine magnetische Aufzeichnung
hoher Dichte vorteilhaften Eigenschaften wie eine Sendust-Legierung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf zu schaffen, dessen Auf
zeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften nicht durch einen Pseudospalt verschlechtert
werden. Dieser Magnetkopf soll darüber hinaus als Massenartikel mit geringer Aus
schußrate und niedrigen Produktionskosten herstellbar sein.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein weichmagnetischer Dünnfilm aus
einem Fe-Ga-Si-System stark den oxidmagnetischen Materialien, wie z. B. Ferrit, wider
steht und eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte aufweist, so daß er vorteilhaft als
Hauptkernmaterial für den Magnetkopf verwendet werden kann.
Entsprechend der Erfindung wird ein Magnetkopf erhalten,
bei dem die magnetischen Kernhälften aus einem oxidmagneti
schen Material und aus Dünnfilmen aus einer weichmagneti
schen Legierung bestehen, wobei die Grenzflächen zwischen
den Dünnfilmen aus der weichmagnetischen Legierung und dem
oxidmagnetischen Material parallel zueinander verlaufen,
und wobei die weichmagnetischen Dünnfilme aus dem Fe-Ga-Si-
System als die zuvor erwähnten weichmagnetischen Legie
rungsdünnfilme verwendet werden, um hierdurch dem Störef
fekt der Pseudospaltbildung entgegenzuwirken und sowohl die
Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften als auch das
Herstellungsverfahren im Hinblick auf die Massenfertigung
und die Ausschußrate zu verbessern.
Der aus dem Fe-Ga-Si-System bestehende weichmagnetische
Dünnfilm reagiert mit den oxidmagnetischen Materialien nur
in sehr geringem Umfang, so daß sich die zuvor erwähnte
Störschicht an den Grenzflächen zwischen dem oxidmagneti
schen Material und den weichmagnetischen Dünnfilmen aus dem
Fe-Ga-Si-System nicht bildet. Der aus dem Fe-Ga-Si-System
bestehende weichmagnetische Dünnfilm weist ebenfalls einen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung
von 120 × 10-7/°C auf, der im Bereich des thermischen Aus
dehnungskoeffizienten von 115 bis 120 × 10-7/°C für den Mn-
Zn-Ferrit liegt, so daß ein Filmabblättern aufgrund einer
Verbiegung des oxidmagnetischen Materials nicht mehr auf
tritt. Im Ergebnis werden dadurch die Bahnen der magneti
schen Flüsse an den Grenzflächen geglättet, so daß der
Störeffekt aufgrund eines Pseudospalts vollständig elimi
niert ist.
Zusätzlich weist der Magnetkopf nach der Erfindung Grenz
flächen zwischen dem weichmagnetischen Dünnfilm aus dem Fe-
Ga-Si-System und dem oxidmagnetischen Material in der Nach
barschaft des Magnetspalts auf, die sich im wesentlichen
parallel zum Magnetspalt erstrecken, so daß er, bezogen auf
den konventionellen Ferritkopf, mit gleicher Herstellungs
schrittzahl als Massenartikel mit geringen Kosten produ
ziert werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, wobei in Fig. 1A der Magnetkopf in perspekti
vischer Ansicht schematisch dargestellt ist, wäh
rend in Fig. 1B eine Draufsicht derjenigen Fläche
des Magnetkopfs abgebildet ist, die in gleitendem
Kontakt mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium
steht,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen
einem Zusatzanteil an Ru und der Abriebtiefe in ei
nem Magnetkopf, der einen weichmagnetischen Dünn
film aus einem Fe-Ga-Si-System aufweist, dem Ru
beigemischt ist,
Fig. 3A und 3B ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, wobei in Fig. 3A eine vergrößerte Draufsicht
einer Fläche des Magnetkopfs abgebildet ist, die
mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium in glei
tendem Kontakt steht, während in Fig. 3B der Aufbau
im Bereich des Magnetspalts vergrößert dargestellt
ist,
Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht einer mit einem magne
tischen Aufzeichnungsmedium in gleitendem Kontakt
stehenden Fläche eines Magnetkopfs nach einem drit
ten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5A und 5B einen Magnetkopf nach einem vierten Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung, wobei in Fig. 5A eine
vergrößerte Draufsicht auf diejenige Fläche des Ma
gnetkopfs dargestellt ist, die mit einem magneti
schen Aufzeichnungsmedium in gleitendem Kontakt
steht, während in Fig. 5B der Querschnittsbereich
des Magnetkopfs nach Fig. 5A in der Nähe des Ma
gnetspalts abgebildet ist,
Fig. 6 Wiedergabeeigenschaften der Magnetköpfe nach den
Fig. 1A und 1B bzw. 5A und 5B, wobei jeweils die
Abhängigkeit zwischen der Frequenz und dem Wieder
gabeausgang dargestellt ist,
Fig. 7 Aufzeichnungseigenschaften der Magnetköpfe nach den
Fig. 1A und 1B bzw. 5A und 5B, wobei jeweils der
Zusammenhang zwischen dem Aufzeichnungsstrom und
dem Wiedergabeausgang dargestellt ist,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht durch einen Magnetkopf
nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, und
Fig. 9A und 9B perspektivische Ansichten eines Magnetkopfs
nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung.
Im folgenden werden anhand der Figuren mehrere Ausführungs
beispiele der Erfindung näher beschrieben.
Entsprechend dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten Magnetkopf
nach dem ersten Ausführungsbeispiel bestehen die Magnetker
ne 1, 11 aus einem oxidmagnetischen Material, z. B. aus ei
nem Mn-Zn-Ferrit. In der Nähe der aneinandergrenzenden
Oberflächen dieser Magnetkerne 1, 11 befinden sich an bei
den Seiten der Magnetkerne 1, 11 Auskehlungen 2, 12, die
die Form von im wesentlichen bogenförmigen Ausschnitten ha
ben, und zwar zur Begrenzung bzw. Steuerung der Spurbreite.
Auf diesen aneinandergrenzenden Oberflächen der Magnetkerne
1, 11 liegen weichmagnetische Dünnfilme 3, 13, die aus ei
ner Legierung mit hohem Sättigungsmagnetfluß gebildet sind,
im vorliegenden Fall aus einer Fe-Ga-Si-Legierung, wobei
die Dünnfilme entsprechend niedergeschlagen sind. Sie lie
gen ebenfalls in den zuvor erwähnten Spurbreiten-Steueraus
kehlungen 2, 12 und erstrecken sich von der vorderen Spalt
bildungsfläche zur hinteren Spaltbildungsfläche, so daß ein
Paar magnetischer Kernhälften erhalten wird.
Ein magnetischer Spalt g mit einer Spurbreite Tw wird ent
sprechend der Fig. 1B durch aneinandergrenzende, parallele
Teile 3a, 13a eingegrenzt, die auf den sich gegenüberlie
genden Oberflächen der zuvor erwähnten weichmagnetischen
Dünnfilme 3, 13 des Fe-Ga-Si-Systems gebildet sind.
Es sei darauf hingewiesen, daß die genannten Spurbeiten-
Steuerauskehlungen 2, 12 mit nichtmagnetischen Materialien
22, 22 gefüllt sind, die in geschmolzenem Zustand in die
Spurbreiten-Steuerauskehlungen 2, 12 eingefüllt werden, so
daß sich auf diese Weise die Spurbreite einstellen und ver
hindern läßt, daß die weichmagnetischen Dünnfilme 3, 13 des
Systems Fe-Ga-Si abgenutzt werden. In eine der magnetischen
Kernhälften 1 ist eine Windungsöffnung 21 zur Aufnahme ei
ner nicht dargestellten Windung oder Spule hineingebohrt.
Beim oben beschriebenen Magnetkopf hängt die Spurbreite Tw
nicht von der Filmdicke l der weichmagnetischen Dünnfilme
3, 13 des Fe-Ga-Si-Systems ab, so daß die Filmdicke l die
ser Filme 3, 13 auf einen extrem kleinen Wert eingestellt
werden kann. Dies ist im Hinblick auf die Herstellung und
Massenfertigung von Vorteil, da sich dadurch die weichma
gnetischen Dünnfilme 3, 13 des Systems Fe-Ga-Si in kürzerer
Zeit bilden lassen.
Dieser Magnetkopf weist ebenfalls im Hinblick auf die Bear
beitbarkeit, die Herstellungskosten und insbesondere im
Hinblick auf die Ausschußrate Vorteile auf, da er sich ge
genüber dem konventionellen Ferritkopf mit einer gleichen
Anzahl von Herstellungsschritten produzieren läßt. Bei dem
Magnetkopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden
die weichmagnetischen Dünnfilme 3, 13 auf die Magnetkerne
1, 11 niedergeschlagen, in die bereits in üblicher Weise
die Spurbreiten-Steuerauskehlungen 2, 22 eingebracht worden
sind. Beide Kernhälften 1, 11 werden z. B. durch geschmol
zenes Glas miteinander verbunden.
Soweit die Grundbestandteile des Fe-Ga-Si-Systems der
weichmagnetischen Dünnfilme 3, 13 betroffen sind, nämlich
Fe, Ga und Si, weisen die Filme 3, 13 einen Anteil von 1
bis 23 Atom-% Ga, einen Anteil von 9 bis 31 Atom-% Si und
den verbleibenden Anteil an Fe auf, unter der Bedingung,
daß der Fe-Anteil im Bereich von 68 bis 84 Atom-% liegt.
Weichen die Mengen dieser Grundbestandteile von den oben
angegebenen Bereichen ab, so lassen sich die gewünschten
magnetischen Eigenschaften nicht mehr aufrechterhalten, al
so die Sättigungsmagnetflußdichte, die magnetische Permea
bilität oder die Koerzitivkraft.
Die Zusammensetzung der weichmagnetischen Dünnfilme kann
durch den folgenden Ausdruck Fea Gab Sic angegeben werden,
wobei die Buchstaben a, b und c die relative Zusammenset
zung oder Zusammensetzungsverhältnisse in Atomprozent ange
ben. Folgende Bedingungen sollten erfüllt sein:
68 ≦ a + b ≦ 84,
1 ≦ b ≦ 23,
9 ≦ c ≦ 31 und
a + b + c = 100.
1 ≦ b ≦ 23,
9 ≦ c ≦ 31 und
a + b + c = 100.
Im zuvor erwähnten Fe-Ga-Si-System der weichmagnetischen
Dünnfilme kann ein Teil des Fe durch Co substituiert wer
den. In diesem Fall wird neben einer Erhöhung der Sätti
gungsmagnetflußdichte auch eine Verbesserung der Korro
sions- und Verschleißfestigkeit erzielt. Allerdings wird
bei einem zu großen Anteil an substituiertem Co nicht nur
die Sättigungsmagnetflußdichte verschlechtert, sondern es
vermindern sich dann auch die weichmagnetischen Eigenschaf
ten. Daher sollte vorzugsweise der Anteil an Fe, der durch
Co substituiert wird, im Bereich von 0 bis 15 Atom-% lie
gen.
Wird also die Zusammensetzung des Fe-Ga-Si-Systems des
weichmagnetischen Dünnfilms durch den Ausdruck Fed Coe Gaf
Sig angegeben, wobei d, e, f und g relative Zusammensetzun
gen oder Zusammensetzungsverhältnisse in Atomprozent sind,
so sollte folgende Beziehung der relativen Zusammensetzun
gen gelten:
68 ≦ d + e ≦ 84,
0 ≦ e ≦ 15,
1 ≦ f ≦ 35,
1 ≦ g ≦ 35 und
d + e + f + g = 100.
0 ≦ e ≦ 15,
1 ≦ f ≦ 35,
1 ≦ g ≦ 35 und
d + e + f + g = 100.
Zur weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Fe-
Ga-Si-Systems des weichmagnetischen Dünnfilms ohne gleich
zeitige Verminderung seiner Sättigungsmagnetflußdichte kann
wenigstens eines der Elemente Ti, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Ta,
W, Ru, Os, Rh, Ir, Re, Ni, Pd, Pt, Hf und V zu einer Legie
rung hinzugegeben werden, die als Grundzusammensetzung Fe,
Ga und Si enthält, wobei ein Teil des Fe durch Co substitu
iert sein kann.
Die Elemente Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt und Ni der oben be
schriebenen Zusätze können in der Größenordnung von 0,1 bis
15 Atom-% hinzugefügt werden, da der Zusatz dieser Elemente
nur zu einer begrenzten Verminderung der Sättigungsmagnet
flußdichte führt.
Es läßt sich daher ein weiterer weichmagnetischer Dünnfilm
mit einem Fe-Ga-Si-System angeben, bei dem die Zusammenset
zung des Fe-Ga-Si-Systems des weichmagnetischen Dünnfilms
durch den Ausdruck Feh Coi Gaj Sik M'm angegeben werden
kann. Hierbei bezeichnen h, i, j, k und m die relative Zu
sammensetzung oder Zusammensetzungsverhältnisse in Atompro
zent, während M wenigstens eines der Elemente Ru, Os, Rh,
Ir, Pd, Pt und Ni bezeichnet. In diesem Fall sollte die
folgende Beziehung der relativen Zusammensetzung erfüllt
sein:
68 ≦ h + i ≦ 84,
0 ≦ i ≦ 15,
1 ≦ j ≦ 23,
6 ≦ k ≦ 31,
0,1 ≦ m ≦ 15 und
h + i + j + k + m = 100.
0 ≦ i ≦ 15,
1 ≦ j ≦ 23,
6 ≦ k ≦ 31,
0,1 ≦ m ≦ 15 und
h + i + j + k + m = 100.
Bei einem Zusatzanteil m des Zusatzelements M' von weniger
als 0,1 Atom-% kann keine hinreichende Verbesserung der
Verschleißfestigkeit erwartet werden. Vorzugsweise wird da
her dieser Zusatzanteil so gewählt, daß er nicht weniger
als 4 Atom-% beträgt. Ferner wird bei einem Zusatzanteil m
des Zusatzelements M' von mehr als 15 Atom-% die Sätti
gungsmagnetflußdichte stark verschlechtert, so daß vorzugs
weise dieser Anteil so gewählt wird, daß er nicht höher als
10 Atom-% ist.
Die Elemente Ti, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Ta, W, Re, Hf und V
der oben genannten Zusätze sollten vorzugsweise mit ge
ringerem Anteil als der Zusatzanteil m des Zusatzelements
M' hinzugefügt werden, da durch das Hinzufügen dieser Ele
mente die Sättigungsmagnetflußdichte stärker verschlechtert
wird als durch die Zusatzelemente M'. Der zugesetzte Anteil
der Elemente Ti, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Ta, W, Re, Hf oder V
sollte daher im Bereich von 0,05 bis 6 Atom-% liegen.
Ein weiteres Fe-Ga-Si-System eines weichmagnetischen Dünn
films läßt sich durch den Ausdruck Feh Coi Gaj Sik M"n an
geben, wobei h, i, j, k und n die relative Zusammensetzung
oder Zusammensetzungsverhältnisse in Atomprozent angeben
und M" wenigstens eines der Elemente Ti, Cr, Mn, Zr, Nb,
Mo, Ta, W, Re, Hf und V bezeichnet. In diesem Fall sollte
folgende Beziehung der relativen Zusammensetzung erfüllt
sein:
68 ≦ h + i ≦ 84,
0 ≦ i ≦ 15,
1 ≦ j ≦ 23,
6 ≦ k ≦ 31,
0,05 ≦ n ≦ 6 und
h + i + j + k + n = 100.
0 ≦ i ≦ 15,
1 ≦ j ≦ 23,
6 ≦ k ≦ 31,
0,05 ≦ n ≦ 6 und
h + i + j + k + n = 100.
Es sei darauf hingewiesen, daß ein Zusatzanteil n des Zu
satzelements M" von weniger als 0,05 Atom-% nicht gewünscht
ist, da dann nur eine unzureichende Verbesserung der Ver
schleißfestigkeit erhalten wird. Der Zusatzanteil n sollte
6 Atom-% aber auch nicht übersteigen, da dann eine zu star
ke Verschlechterung der Sättigungsmagnetflußdichte erhalten
wird.
Der Einfluß der Zusatzelemente wurde anhand des Ru (Ruthe
nium) erforscht. Mehrere Magnetköpfe nach der Erfindung
wurden hergestellt, und zwar mit unterschiedlichen Zusam
mensetzungen des Fe-Ga-Si-Systems der weichmagnetischen
Dünnfilme 3, 13, wobei das magnetische Aufzeichnungsmedium
unter schleifendem Kontakt mit diesen Köpfen stand. Es
sollte das Auftreten von Stufenbildungen an den Grenzflä
chen zwischen den Magnetkernen 1, 11 und den weichmagneti
schen Dünnfilmen 3, 13 des Fe-Ga-Si-Systems an der Oberflä
che des Magnetkopfs erforscht werden, auf der das magneti
sche Aufzeichnungsmedium entlangläuft.
Dem Fe-Ga-Si-System des weichmagnetischen Dünnfilms wurde
Ru zugegeben, und zwar in verschiedenen Mengen, um jeweils
einen Magnetkopf zu erhalten, während als magnetisches
Aufzeichnungsmedium ein Metallband verwendet wurde. Der
Tiefen- oder Höhenabstand der oben genannten Stufe, hervor
gerufen durch unterschiedlichen Abrieb zwischen dem Dünn
film und dem Ferritteil, wurde gemessen, nachdem das Band
eine Stunde lang bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen
dem Metallband und dem Magnetkopf von 3,8 m/s an diesem
vorbeibewegt worden war. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 ge
zeigt.
Anhand dieser Fig. 2 läßt sich erkennen, daß die oben ge
nannte Stufe kleiner wird, und zwar bei steigendem Ru-Zu
satz bis herauf zu einem Ru-Zusatz von 8%, und daß danach
die Stufe allmählich wieder ansteigt mit weiterhin zuneh
mendem Ru-Zusatz, wobei die kritische Grenze zwischen der
Abnahme und dem Anstieg bei einem Zusatzanteil an Ru von
etwa 8% liegt. Auf diese Weise wurde herausgefunden, daß
der Magnetkopf eine sehr gute Verschleißfestigkeit bei ei
nem Zusatzanteil an Ru in der Nähe von etwa 8% zeigt, und
daß sich seine Verschleißfestigkeit allmählich wieder ver
schlechtert, wenn der Zusatzanteil an Ru von 8% über
schritten wird.
Wird Ru verwendet, um beispielsweise Fe zu substituieren,
so vermindert sich jedoch ein wenig die Sättigungsmagnet
flußdichte, beispielsweise mit einer Rate von etwa 0,0138 T (0,138 kG)
(Kilo-Gauss) pro Atomprozent durch Ru substituierten Ei
sens. Die Sättigungsmagnetflußdichte für den das Fe-Ga-Si-
System aufweisenden weichmagnetischen Dünnfilm, der optimale
weichmagnetische Eigenschaften aufweist, liegt bei etwa 13 kG.
Die Sättigungsmagnetflußdichte ist geringer als 1,1 T (11 kG),
wenn der Anteil des durch Ru substituierten Eisens 15 Atom-
% überschreitet, so daß gegenüber dem Fe-Al-Si-Legierungs
system der Vorteil der verbesserten Sättigungsmagnetfluß
dichte nicht erhalten wird.
Nach alledem wurde herausgefunden, daß bei dem das Fe-Ga-
Si-System aufweisenden weichmagnetischen Dünnfilm eine Ver
minderung der Stufe nach ununterbrochenem Transport des ma
gnetischen Aufzeichnungsmediums sowie eine Erhöhung der
Sättigungsmagnetflußdichte gleichzeitig erhalten werden,
wenn der Zusatzanteil an Ru in einem Bereich zwischen 0,1
bis 15 Atom-% liegt.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem das Fe-Ga-Si-System
aufweisenden weichmagnetischen Dünnfilm ein Teil des Ga in
der Zusammensetzung durch Al substituiert werden kann, wäh
rend ein Teil des Si durch Ge substituiert werden kann.
Zur Bildung der weichmagnetischen Dünnfilme, die das Fe-Ga-
Si-System enthalten, können verschiedene konventionelle
Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise läßt sich ein
derartiger Dünnfilm im Vakuum herstellen.
Die Vakuumdünnfilmherstellung kann durch Sputtern, Ionen
plattierung, Niederschlag im Vakuum und durch das sogenann
te "Cluster-Ionen-Strahlverfahren" erfolgen. Der Sputter
vorgang sollte vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre
durchgeführt werden, beispielsweise in einer Ar-Gasatmo
sphäre, die Sauerstoff oder Stickstoff enthält, um die
Eigenschaften des weichmagnetischen Dünnfilms noch weiter
zu verbessern, beispielsweise seine Korrosionsbeständig
keit.
Bei der Zusammenstellung der jeweiligen Zusatzelemente
sollte wie folgt vorgegangen werden:
- a) Die jeweiligen Zusatzelemente werden ausgewogen, um vorgeschriebene relative Verhältnisse sicherzustellen. Die ausgewogenen Zusatzelemente werden zuvor geschmolzen, z. B. in einem Hochfrequenz-Schmelzofen, um einen Legierungsblock zu erhalten, der dann als Quelle bei der Aufdampfung ver wendet werden kann.
- b) Die genannte Verdampfungsquelle wird für jedes Zusatz element hergestellt, so daß sich die Zusammensetzung durch die Zahl der Verdampfungsquellen steuern läßt.
- c) Für jedes Zusatzelement ist eine Verdampfungsquelle vorhanden, wobei die Zusammensetzung dadurch gesteuert wird, daß an diese Verdampfungsquellen entsprechende Aus gangssignale geliefert werden, die beispielsweise mit Span nungen beaufschlagt werden, durch die sich die Verdamp fungsgeschwindigkeit einstellen läßt.
- d) Während der Verdampfung der zu einem Block geschmolze nen Zusatzelemente werden andere Elemente implantiert.
Der im Vakuum hergestellte weichmagnetische Dünnfilm zeigt
etwas höhere Werte bezüglich der Koerzitivkraft, wenn Film
spannungen, falls dies gewünscht wird, durch eine geeignete
Wärmebehandlung beseitigt werden, um seine weichmagneti
schen Eigenschaften zu verbessern.
Die Magnetkerne 1, 11, die den Hauptteil der jeweiligen Ma
gnetkernhälften I und II bilden, können aus oxidmagneti
schen Materialien bestehen, z. B. aus einem Mn-Zn-Ferrit
oder aus einem Ni-Zn-Ferrit. Das oxidmagnetische Material
kann monokristallines oder polykristallines oxidmagneti
sches Material sein oder ein Material, das aus miteinander
verbundenen monokristallinen und polykristallinen oxidma
gnetischen Materialien besteht, wobei die Verbindung durch
Wärmebehandlung erfolgt.
Der Magnetkopf nach der Erfindung, der den weichmagneti
schen Dünnfilm aufweist, welcher im wesentlichen Fe, Ga und
Si als Hauptbestandteile enthält, weist den Vorteil auf,
daß keine störende Schicht auf der Oberfläche der Magnet
kerne 1, 11 während der Bildung des weichmagnetischen Dünn
films 3, 13 erzeugt wird. Unabhängig von der Tatsache also,
daß bestimmte Teile der Grenzflächen 1a, 11a zwischen den
Magnetkernen 1, 11 und den weichmagnetischen Dünnfilmen des
Fe-Ga-Si-Systems 3, 13 im wesentlichen parallel zum Magnet
spalt g verlaufen, wie beim vorliegenden Ausführungsbei
spiel, wirken diese Grenzflächen 1a, 11a nicht als virtuel
ler oder Pseudospalt, so daß eine gute Wiedergabecharakte
ristik erzielt wird.
Beim Ausführungsbeispiel des Magnetkopfs nach der Erfindung
lassen sich somit die genannte Störschicht und die Stufe
eliminieren, die hauptsächlich für die Bildung des Pseudo
spalts verantwortlich sind. Aufgrund der nicht mehr vorhan
denen Stufe wird ferner der Kontakt zwischen dem magneti
schen Aufzeichnungsmedium und dem Magnetkopf verbessert,
wodurch ebenfalls Abstandsverluste verringert werden. Auch
die Gefahr einer Beschädigung des magnetischen Aufzeich
nungsmediums wird wesentlich herabgesetzt.
Um die Bildung der Störschicht an den Übergangsgrenzflächen
zwischen den zuvor erwähnten weichmagnetischen Filmen 3, 13
des Fe-Ga-Si-Systems und den Magnetkernen 1, 11 des oxidma
gnetischen Materials wirkungsvoll zu unterdrücken, kann
Sauerstoff in diese Filme eingeführt werden, und zwar in
der Nähe dieser Übergangsgrenzflächen an den Magnetkernen
1, 11.
Selbstverständlich kann Sauerstoff auch in den gesamten Be
reich der weichmagnetischen Dünnfilme 3, 13 eingebracht
werden und nicht nur in der Nähe der Grenzflächen an den
Magnetkernen 1, 11. Um die Reaktion des Sauerstoffs mit dem
nichtmagnetischen Material 22 zu unterdrücken, welches sich
innerhalb der Spurbreiten-Steuerauskehlungen 2, 12 befin
det, kann Sauerstoff alternativ auch nur während der letz
ten Stufe der Filmherstellung zugeführt werden, so daß die
ser Sauerstoff nur in der Nähe des Oberflächen der weichma
gnetischen Dünnfilme 3, 13 eingeführt ist, die in Kontakt
mit dem nichtmagnetischen Material 22 stehen.
Um Sauerstoff in die nichtmagnetischen Dünnfilme 3, 13 des
Fe-Ga-Si-Systems einbringen zu können, kann dieses der
Sputteratmosphäre zugesetzt werden, wenn die genannten
Dünnfilme 3, 13 durch einen Sputtervorgang hergestellt wer
den.
Sauerstoff wird also in das Fe-Ga-Si-System der weichmagne
tischen Dünnfilme 3, 13 übernommen, die durch einen Sput
tervorgang in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre gebildet
werden. Der Sauerstoffgehalt in den Dünnfilmen liegt vor
zugsweise im Bereich von 0,05 bis 10 Atom-%. Bei einem Sau
erstoffgehalt von weniger als 0,05 Atom-% ergibt sich keine
wirksame Unterdrückung der Reaktion. Umgekehrt verschlech
tern sich bei einem Sauerstoffgehalt von mehr als 10 Atom-%
die magnetischen Eigenschaften der weichmagnetischen Dünn
filme 3, 13. Der Sauerstoffgehalt im obengenannten Bereich
wird einerseits gewünscht, um die Reaktion unterdrücken zu
können, andererseits aber auch im Hinblick auf die magneti
schen Eigenschaften, so daß eine niedrige Koerzitivkraft
und eine hohe magnetische Permeabilität erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Alternative kann Sauerstoff in der
oben beschriebenen Weise gleichzeitig mit wenigstens einem
der Elemente Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Cr, Mo und W zugesetzt werden.
Es sei allerdings darauf hingewiesen, daß es optimale Werte
bezüglich des Zusatzes und der Einführung der oben be
schriebenen Elemente und des Sauerstoffs gibt. Diese Werte
hängen von der Art der verwendeten Elemente ab. Werden z. B.
Elemente aus der Platingruppe zugefügt, also z. B. Ru,
Rh, Pd, Os, Ir oder Pt, so liegt der zugefügte Anteil die
ser Gruppen vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 Gew.-%.
Der Anteil b an Sauerstoff in Gew.-% beträgt in diesem Fall
vorzugsweise 12/a ≦ b ≦ 1,5a, wobei a den Anteil des Zusat
zes der Platingruppenelemente in Gew.-% angibt.
Werden Seltene Erdelemente, wie z. B. Sc, Y oder La, Ti,
Elemente wie z. B. Ti, Zr oder Hf, Elemente aus der Gruppe
V wie z. B. V, Nb oder Ta oder andere Elemente, wie z. B.
Cr, Mo oder W zugesetzt, so liegen die bevorzugten Anteile
jeweils im Bereich von 0,05 bis 4 Gew.-%. Der zugesetzte
Anteil an Sauerstoff beträgt in diesem Fall vorzugsweise
0,1 bis 2,5 Gew.-%.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Platingruppenelemente
als Zusatzelemente gleichzeitig mit anderen Elementen ver
wendet werden können. Der zugesetzte Anteil dieser Elemen
te, ausgedrückt durch (e + f), wobei e den zugesetzten An
teil der Platingruppenelemente in Gew.-% und f den der an
deren Elemente in Gew.-% angibt, liegt vorzugsweise im Be
reich von 0,05 bis 22 Gew.-%. Der Anteil an zugeführtem
Sauerstoff liegt in diesem Fall im Bereich von 0,1 bis 2,5 Gew.-%.
Es wurde erkannt, daß die oben beschriebene, angegriffene
bzw. Störschicht nicht nur durch die Oxidationsdiffusion
während der Bildung des weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünn
films, sondern auch während des Läppens der Oberflächen
der Grenzflächen 1a, 11 der Magnetkerne 1, 11 durch
Schleifräder erzeugt wird. Daher ließ sich bestätigen, daß
die angegriffenen bzw. Störschichten durch die oben be
schriebenen Flächen während der Schleifoperation entstehen,
wobei der Reihe nach eine Oxidschicht, eine faserartige
Struktur, eine amorphe Schicht und eine durch Spannungen
beeinflußte Schicht auftreten, wobei die Spannungen bei der
Bearbeitung erzeugt werden.
Um die aufgrund der Bearbeitung beeinflußten Schichten zu
elimieren, ist es daher sinnvoll, die oben genannten Grenz
flächen 1a, 11a zuvor einem mechanisch-chemischen Polier
vorgang oder einem sogenannten Abschwimm-Poliervorgang zu
unterwerfen, um die erwähnte Oxidschicht, die faserartige
Struktur und die amorphe Schicht zu entfernen und um erst
im Anschluß daran die weichmagnetischen Dünnfilme 3, 13 des
Fe-Ga-Si-Systems aufzubringen. Zusätzlich können im An
schluß an den zuvor erwähnten Poliervorgang die genannten
Oberflächen getempert werden, und zwar bei geeignetem Sau
erstoffpartialdruck, also bei einem Gleichgewichts-Sauer
stoffpartialdruck, um aufgrund der Bearbeitung erzeugte
Spannungen zu beseitigen und um die effektive magnetische
Permeabilität des Magnetkopfs wieder herzustellen.
Bei den oben beschriebenen Herstellungsprozessen kann die
aufgrund der Bearbeitung erzeugte beeinflußte bzw. Stör
schicht auf weniger als mehrere 10 nm abgetragen werden, so
daß die Wiedergabeeigenschaften sich aufgrund des nachtei
lig auswirkenden Pseudospalts nicht mehr verschlechtern.
Die beeinflußten bzw. Störschichten und die genannte Stufe
sind nicht mehr vorhanden.
Zusätzlich liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient des
weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilms etwa bei 130 × 10-7/
°C, so daß er wenigstens annähernd dem thermischen Expan
sionskoeffizienten des z. B. aus einem Mn-Zn-Ferrit beste
henden Magnetkerns entspricht, welcher bei 120 × 10-7/°C
liegt, so daß das zuvor erwähnte Filmabblättern praktisch
vermieden wird.
Um das Phänomen der Diffusionsoxidation insbesondere bei
der Bildung der weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3, 13
zu beseitigen, können zwischen diesen Dünnfilmen 3, 13 und
den Magnetkernen 1, 11 Reaktionsverhinderungsfilme gebildet
werden.
Die Reaktionsverhinderungsfilme können z. B. nichtmagneti
sche Nitride enthalten, z. B. Siliciumnitrid (Si3N4), Mo
lybdännitrid, Aluminiumnitrid oder Bornitrid. Die Dicke des
Reaktionsverhinderungsfilms ist vorzugsweise so gewählt,
daß sie nicht kleiner als 0,5 nm (5 Å) und nicht größer als
ein Zehntel der optischen Spaltlänge ist. Liegt die Film
dicke unterhalb des oben genannten Bereichs, so kann die
Reaktion nicht mehr zuverlässig verhindert werden. Liegt
dagegen die Filmdicke oberhalb des oben genannten Bereichs,
so können Störeinflüsse aufgrund des Pseudospalts auftre
ten.
Die Reaktionsverhinderungsfilme können auch dünne Oxidfilme
aus Si, Ti, Cr, Al, Ta, Zr, Mg, Mn oder Zn sein. Die Dicke
des Reaktionsverhinderungsfilms liegt in diesem Fall vor
zugsweise zwischen 2 nm und 20 nm (20 bis 200 Å).
Durch die genannten Materialien wird die Reaktion wirkungs
voll unterdrückt, auch wenn die aus ihnen bestehenden Filme
mit nur sehr geringer Dicke hergestellt werden, so daß kein
Risiko besteht, daß die Reaktionsverhinderungsfilme selbst
als Pseudospalt wirken.
Entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
werden die Stufenbildung auf der Oberfläche des Magnet
kopfs, die mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium in
gleitendem Kontakt steht, das Phänomen der Oxidationsdiffu
sion während der Bildung der weichmagnetischen Dünnfilme 3,
13, die Bildung der angegriffenen bzw. Störschichten, die
während der Bearbeitung der Magnetkerne 1, 11 erzeugt wer
den und die im wesentlichen für die Entstehung des Pseudo
spalts verantwortlich sind, sowie das Filmabblättern ver
mieden, so daß der Pseudospalteffekt vollständig eliminiert
ist, unabhängig von der Tatsache, daß die Grenzflächen 1a,
11a im wesentlichen parallel zum Magnetspalt g verlaufen.
Um dem Pseudospalteffekt vorzubeugen, wurde bereits ent
sprechend der konventionellen Praxis ein Reaktionsverhinde
rungsfilm auf den Grenzflächen 1a, 11a vorgesehen. Ferner
wurden diese Grenzflächen 1a, 11a unter einem vorbestimmten
Winkel relativ zum Magnetspalt g geneigt angeordnet. Gemäß
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
läßt sich der Wiedergabeausgang der Pseudosignale wirkungs
voll vermindern, ohne daß es erforderlich ist, derart kom
plizierte Maßnahmen zu treffen.
Die Fig. 3A und 3B zeigen eine abgewandelte Ausführungs
form, bei der die weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3,
13 jeweils aus wenigstens zwei unterschiedlichen weichma
gnetischen Dünnfilmen 3A, 3B, 13A, 13B bestehen, die sich
hinsichtlich der Zusatzelemente oder Zusatzmengen unter
scheiden. In diesem Fall ist es mit Blick auf die Stufen
bildung erforderlich, daß ein hoch verschleißfester weich
magnetischer Dünnfilm jeweils für die weichmagnetischen Fe-
Ga-Si-Dünnfilme 3A, 13A verwendet wird, die den Grenzflä
chen 1a, 11a der Magnetkerne 1, 11 zugewandt sind.
Beispielsweise wird den weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfil
men 3A, 13A, die den Grenzflächen 1a, 11a der Magnetkerne
1, 11 zugewandt sind, 8% Ru beigemischt, während den
weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilmen 3B, 13B, die an der
Magnetspaltbildungsfläche liegen, 4% Ru beigemischt wer
den. Der Aufbau unterscheidet sich ansonsten nicht von dem
des ersten Ausführungsbeispiels.
Bestehen die weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3, 13 aus
jeweils wenigstens zwei Schichten, und liegen die Dünnfilme
3A, 13A mit höherer Verschleißfestigkeit in Richtung der
Magnetkerne 1, 11, so kann die Stufenbildung in Überein
stimmung mit den Eigenschaften der hoch widerstandsfesten
weichmagnetischen Dünnfilme 3A, 13A kontrolliert werden,
während die Form der mit dem magnetischen Aufzeichnungsme
dium in gleitendem Kontakt stehenden Oberfläche weiterhin
durch die Dünnfilme 3B, 13B definiert wird.
Vorteilhaft ist ferner, daß sich die angegriffene bzw.
Störschicht in der Nähe der Grenzflächen 1a, 11a praktisch
nicht herausbildet.
Der Magnetspalt g wird durch Dünnfilme gebildet, die eine
hohe Sättigungsmagnetflußdichte aufweisen, also durch die
weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3B, 13B, denen eine
geringere Menge an Ru beigemischt ist, so daß eine höhere
Aufzeichnungsdichte erhalten wird. Stufenbildung und Stör
schichtbildung werden unterdrückt.
Der Magnetkopf nach den vorliegenden Ausführungsbeispielen
weist daher einen geringeren Wiedergabeausgang der Pseudo
signale auf und somit ausgezeichnete Wiedergabe- und Auf
zeichnungseigenschaften.
Die Fig. 4 zeigt einen Magnetkopf nach einem dritten Aus
führungsbeispiel der Erfindung, bei dem der als Hauptkern
verwendete weichmagnetische Legierungsdünnfilm eine Mehr
fachstruktur aufweist, zu der die zuvor erwähnten weichma
gnetischen Dünnfilme 3, 13 des Fe-Ga-Si-Systems und andere
weichmagnetische Legierungsdünnfilme gehören, beispielswei
se ein Fe-Al-Si-Legierungsdünnfilm 20. Im vorliegenden Fall
weisen die weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3, 13 eine
hohe Verschleißfestigkeit auf und liegen auf den Grenzflä
chen 1a, 11a der Magnetkerne 1, 11.
Durch Bildung der weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3,
13 ist es möglich, die Erzeugung der oben genannten Stufe
oder der Störschicht zu steuern, die hauptsächlich für die
Entstehung des Pseudospalts verantwortlich sind. Die ge
nannten weichmagnetischen Dünnfilme 3, 13 wirken einer Re
lativdiffusion mit dem oxidmagnetischen Material bzw. einer
Oxidation entgegen. Vorteilhaft ist ferner, daß die an der
den Magnetspalt g bildenden Fläche liegenden weichmagneti
schen Legierungsdünnfilme 20 frei gewählt werden können.
Diese weichmagnetischen Legierungsdünnfilme 20 können z. B.
eine Fe-Al-Si-Legierung, eine Ni-Fe-Legierung, eine Fe-Al-
Ge-Legierung oder eine magnetische amorphe Legierung ent
halten. Die Dünnfilme 20 können jeweils aus einer einzelnen
Schicht oder aus mehreren übereinandergeschichteten Filmen
bestehen, zu denen auch ein hoch verschleißfester Isola
tionsfilm gehören kann. Beispielsweise können die Dünnfilme
20 Filme aus SiO2 oder Si3N4 aufweisen.
Die Fig. 5A und 5B zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel
des Magnetkopfs nach der Erfindung, bei dem ein weichmagne
tischer Fe-Ga-Si-Dünnfilm 13 nur an der Magnetkernhälfte II
gebildet ist, während die andere Magnetkernhälfte I nur aus
oxidmagnetischem Material besteht. Die Magnetkernhälfte II
liegt in diesem Fall vorne, und zwar gesehen in Transport
richtung X des magnetischen Aufzeichnungsmediums.
Üblicherweise wird der als Hauptkern verwendete weichmagne
tische Legierungsdünnfilm durch einen Sputtervorgang in
senkrechter Richtung bezüglich der Magnetkernoberfläche ge
bildet, also bezüglich der Grenzflächen 1a, 11a. Die magne
tische Permeabilität in Richtung der Dicke oder in Richtung
senkrecht zum weichmagnetischen Legierungsdünnfilm kann da
her nicht so einfach vergrößert werden, auch wenn sich die
magnetische Permeabilität in einer in der Ebene des Dünn
films liegenden Richtung vergrößern läßt, so daß noch viele
Verbesserungen hinsichtlich der Wiedergabequalität möglich
sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der weichmagneti
sche Fe-Ga-Si-Dünnfilm 13 nur an der magnetischen Kernhälf
te II, die ihrerseits vorne liegt, und zwar in Vorwärts
transportrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums ge
sehen, während mit der anderen Magnetkernhälfte I kein
weichmagnetischer Dünnfilm verbunden ist, der die magneti
sche Permeabilität herabsetzt. Es wird daher eine verbes
serte Wiedergabequalität erzielt, und zwar auch in einem
Frequenzbereich von mehreren bis mehreren 10 MHz. Gleich
zeitig wird während des Aufzeichnungsbetriebs an der nach
vorne gerichteten Seite des magnetischen Aufzeichnungsme
diums der Leckfluß gleichmäßiger verteilt, wie durch die
gestrichelt dargestellte Linie P in Fig. 5B zu erkennen
ist, so daß eine gute Aufzeichnungscharakteristik bei nur
kleiner Aufzeichnungsdemagnetisierung erhalten wird, und
zwar ähnlich wie beim Magnetkopf nach dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel.
Wiedergabe- und Aufzeichnungseigenschaften des Magnetkopfs
nach den Fig. 5A und 5B (Probe 1) und des Magnetkopfs nach
den Fig. 1A und 1B (Probe 2) wurden im einzelnen näher un
tersucht. Die Ergebnisse sind in den Fig. 6 und 7 darge
stellt.
Die Magnetköpfe nach den Proben 1 und 2 enthalten weichma
gnetische Fe-Ga-Si-Dünnfilme mit einem Zusatz von Ru, einer
Sättigungsmagnetflußdichte von 13 kG und einer Filmdicke
von 5 µm. Als magnetisches Aufzeichnungsmedium wurde ein
Metallband verwendet mit einer Koerzitivkraft von 119426 A/m (1500 Oer
sted). Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem magnetischen
Aufzeichnungsmedium und dem Magnetkopf wurde zu 3,8 m/s ge
wählt. Bei Durchführung der Messungen wurde ein die weich
magnetischen Legierungsdünnfilme tragender Magnetkopf quer
zur Transportrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums
angeordnet, wobei dieser Magnetkopf als Wiedergabekopf zur
Messung der Aufzeichnungscharakteristik verwendet wurde.
Ein ähnlicher Kopf wurde als Aufzeichnungskopf zur Messung
der Wiedergabecharakteristik verwendet.
Wie anhand der Fig. 6 zu erkennen ist, weist der Magnet
kopf, bei dem der weichmagnetische Fe-Ga-Si-Dünnfilm 13 nur
an der Magnetkernhälfte II angeordnet ist, die in Vorwärts
richtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums gesehen
vorne liegt (Probe 1), eine hohe effektive magnetische Per
meabilität auf, verglichen mit dem Magnetkopf, bei dem
weichmagnetische Fe-Ga-Si-Dünnfilme an beiden magnetischen
Kernhälften I und II vorhanden sind, so daß eine gute Wie
dergabecharakteristik auch im hohen Frequenzbereich von
mehreren bis mehreren 10 MHz erhalten wird.
Die Fig. 7 zeigt die erhaltenen Meßergebnisse bezüglich der
Aufzeichnungseigenschaften. Auch hier liefert die Probe 1
bessere Ergebnisse als die Probe 2.
Der Magnetkopf nach dem vierten Ausführungsbeispiel eignet
sich ferner noch besser zur Massenherstellung, da die eine
Magnetkernhälfte I nur aus oxidmagnetischem Material zu be
stehen braucht. Bezüglich dieser Magnetkernhälfte I besteht
nicht die Gefahr der Bildung eines Pseudospalts aufgrund
der Bildung der erwähnten Stufe und der angegriffenen bzw.
Störschicht.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist so konstruiert, daß
mit ihm zusätzlich zu den Pseudosignalen, die durch die oben
beschriebene Stufe und die Störschichten erzeugt werden,
auch die Wiedergabeausgänge der Pseudosignale reduziert
werden, die aufgrund des sogenannten Formeffekts verursacht
werden. Die Fig. 8 zeigt den Aufbau des Magnetkopfs nach
dem fünften Ausführungsbeispiel im einzelnen. Eine ver
schleißfeste Schicht 23 liegt auf der mit dem magnetischen
Aufzeichnungsmedium in gleitendem Kontakt stehenden Ober
fläche des Magnetkopfs, der aus zwei integral miteinander
verbundenen Magnetkernhälften I und II besteht und bei dem
die weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme 3, 13 an den an
einandergrenzenden Teilen der Magnetkernhälften I und II
vorhanden sind. Das magnetische Aufzeichnungsmedium steht
in gleitendem Kontakt mit der Oberfläche 23a der ver
schleißfesten Schicht 23. Der Krümmungsradius R der Ober
fläche 23a der verschleißfesten Schicht 23 ist so gewählt,
daß er größer als der Krümmungsradius R' der Kopfoberfläche
24 ist, wobei der Krümmungsradius R der Oberfläche 23a so
gewählt ist, daß die Oberfläche 23a und das magnetische
Aufzeichnungsmedium optimal aneinanderliegen. Die Filmdicke
der verschleißfesten Schicht 23 in der Nähe des Magnetspalts
g weist einen Wert auf, der nicht größer als 30 nm (300 Å)
ist, um Abstandsverluste zu vermeiden, die sonst durch den
Film 23 erzeugt werden. Als verschleißfeste Schicht 23 kön
nen Filme mit großer Härte verwendet werden, vorzugsweise
Diamant-, Nitrid- oder Carbidfilme.
Bei dem Magnetkopf nach dem fünften Ausführungsbeispiel
steigt die Filmdicke der verschleißfesten Schicht 23 zu den
Kanten 1b, 11b der Magnetkerne 1, 11 hin an. Die Kanten 1b,
11b, die als Quellen zur Erzeugung von Pseudosignalen wir
ken, werden auf diese Weise durch die verschleißfeste
Schicht 23 vom magnetischen Aufzeichnungsmedium getrennt,
so daß die durch den Formeffekt erzeugten Pseudosignale
aufgrund des Abstandsverlusts reduziert werden. Vorteilhaft
ist ferner, daß die Verschleißfestigkeit des Magnetkopfs
stark verbessert wird, so daß die Tiefe D1 zur Verbesserung
des Wiedergabewirkungsgrads reduziert werden kann.
Im allgemeinen werden Pseudosignale aufgrund des oben be
schriebenen Formeffekts bei einer Frequenz entsprechend dem
Wert 1/n der Kernbreite L entlang der Laufrichtung X des
magnetischen Aufzeichnungsmediums erzeugt, wobei n eine
ganze Zahl ist. Die Reduzierung der Pseudosignale läßt sich
durch die Gleichung Ls(d/λ) = 54,6 d/λ ausdrücken. In der
obigen Formel bedeuten Ls den Abstandsverlust in dB, d den
Abstand in µm zwischen den Kanten 1b, 11b und dem Aufzeich
nungsmedium und λ die Wiedergabewellenlänge in MHz. Wird
beispielsweise bei dem in Fig. 8 gezeigten Magnetkopf der
Abstand d auf den Wert 0,1 µm eingestellt, so können die
Pseudosignale bei 1 MHz um 1,4 dB und bei 5 MHz um 7,2 dB
reduziert werden.
Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel sind die den Haupt
kern bildenden weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme nur in
einem Teilbereich der aneinandergrenzenden Oberflächen der
Magnetkernhälften I und II vorhanden, und zwar nur in dem
Teil, der zur Bildung des magnetischen Kreises erforderlich
ist, so daß die mechanische Stärke des Magnetkopfs erhöht
wird.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen waren je
weils weichmagnetische Fe-Ga-Si-Dünnfilme an den gesamten
aneinandergrenzenden Flächen und an den gesamten inneren
Wänden der Spurbreiten-Steuerauskehlungen 2, 12 der Magnet
kerne 1, 11 vorhanden. Die mechanische Stärke der Magnet
köpfe nach diesen Ausführungsbeispielen bestimmt sich daher
nach der Stärke der Verbindung zwischen den Magnetkernen 1,
11 und den weichmagnetischen Dünnfilmen 3, 13 sowie nach
der Stärke der Klebeverbindung zwischen den weichmagneti
schen Dünnfilmen 3, 13 und dem nichtmagnetischen Material
22. Es ist außerordentlich schwer, nur aufgrund dieser ge
nannten Verbindungen eine hinreichende mechanische Festig
keit des Magnetkopfs sicherzustellen. Dies gilt um so mehr,
wenn die in den letzten Jahren erzielten Verbesserungen
hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit zwischen dem
Magnetkopf und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium in Be
tracht gezogen werden.
Entsprechend den Fig. 9A und 9B sind daher alle diejenigen
Teile der weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme, die nicht
unbedingt zum Aufbau des magnetischen Kreises erforderlich
sind, fortgelassen. Hierbei handelt es sich um Teile an der
inneren Wand der Spurbreiten-Steuerauskehlungen 2, 12, Tei
le in der Windungsöffnung 21 oder Teile im hinteren bzw.
tiefen Spaltbereich. Masken-Sputterverfahren, Ätzverfahren
oder geeignete mechanische Verfahren können zum Einsatz
kommen, um diese Teile gar nicht erst zu erzeugen oder im
nachhinein wieder zu beseitigen. Insgesamt wird dadurch ein
Magnetkopf mit verbesserter mechanischer Stärke erhalten.
Dies liegt hauptsächlich an den festen Übergängen, in denen
die Magnetkerne 1 und 11 und das nichtmagnetische Material
22 direkt miteinander verbunden sind, und zwar in einem
Teilbereich der aneinandergrenzenden Oberflächen der Ma
gnetkernhälften I und II. Aufgrund der verbesserten Festig
keit des Magnetkopfs läßt sich dieser auch bei größeren Re
lativgeschwindigkeiten zwischen ihm und dem magnetischen
Aufzeichnungsmedium verwenden, ohne daß auf die durch die
weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme erzielten Vorteile
verzichtet zu werden braucht. Mit einem derartigen Magnet
kopf läßt sich die Aufzeichnungsdichte erheblich steigern.
Bei dem Magnetkopf nach Fig. 9B weist die Länge M des
weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilms im hinteren Tiefenbe
reich einen Wert auf, der etwa 20-mal so groß wie die Tiefe
DP des vorderen Tiefenbereichs ist, um den magnetischen
Wirkungsgrad zu verbessern.
Wie zuvor beschrieben, bestehen die Hauptteile der magneti
schen Kernhälften des Magnetkopfs nach der Erfindung aus
oxidmagnetischem Material, während weichmagnetische Fe-Ga-
Si-Dünnfilme als Hauptkernmaterial verwendet werden. Hier
durch läßt sich einerseits die Stufenhöhe auf der mit dem
magnetischen Aufzeichnungsmedium in gleitendem Kontakt ste
henden Oberfläche des Magnetkopfs verringern, während ande
rerseits die Entstehung einer angegriffenen bzw. Stör
schicht durch Reaktion mit dem oxidmagnetischen Material
vermieden werden kann, was zur Beseitigung von Abstandsver
lusten oder zur Beseitigung der durch einen Pseudospalt
verursachten schädlichen Effekte führt. Der Magnetkopf nach
der Erfindung weist daher außerordentlich gute Wiedergabe
eigenschaften auf.
Die weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme besitzen eine grö
ßere Sättigungsmagnetflußdichte als die konventionellen
weichmagnetischen Dünnfilme, so daß der Magnetkopf nach der
Erfindung, bei dem die weichmagnetischen Fe-Ga-Si-Dünnfilme
als Hauptkern verwendet werden, außerordentlich gute Auf
zeichnungseigenschaften insbesondere dann zeigt, wenn ein
magnetisches Aufzeichnungsmedium mit hoher Koerzitivkraft
verwendet wird, um die Aufzeichnungsdichte zu steigern.
Die Grenzflächen zwischen dem oxidmagnetischen Material und
den weichmagnetischen Dünnfilmen laufen beim Magnetkopf
nach der Erfindung im wesentlichen parallel zur Spaltober
fläche in der Nachbarschaft des Magnetspalts, so daß der
Magnetkopf durch ein einfaches Herstellungsverfahren pro
duziert werden kann, mit dem auch konventionelle Ferritköp
fe erzeugt werden. Die Erfindung wirkt sich daher auch vor
teilhaft auf die Herstellung, die Massenproduktion und die
Ausschußrate des Magnetkopfs aus.
Claims (4)
1. Magnetkopf mit zwei aneinander grenzenden Magnetkernhälften,
wobei wenigstens eine der Magnetkernhälften (I, II) aus einem oxidmagne
tischen Kernbereich (1, 11) und einem auf dem oxidmagnetischen Kernbe
reich (1, 11) vorgesehenen weichmagnetischen Legierungsdünnfilm (3, 13)
gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagnetische Legie
rungsdünnfilm (3, 13) aus einem ersten, an den oxidmagnetischen Kern
bereich angrenzenden Film (3A, 13A, 3, 13), der aus einer Legierung eines
Fe-Ga-Si-Systems, die eine gewisse Menge Ru enthält, gebildet ist, und ei
nem zweiten, der anderen Magnetkernhälfte gegenüberliegenden Film (3B,
13B, 20) aus einer weichmagnetischen Legierung mit einer zum ersten
Film verschiedenen Zusammensetzung gebildet ist, so daß dazwischen ein
Magnetspalt (g) gebildet wird, und daß die Grenzfläche (1a, 11a) zwischen
dem weichmagnetischen Legierungsdünnfilm (3, 13) des Fe-Ga-Si-Sy
stems und dem oxidmagnetischen Kernbereich (1, 11) im wesentlichen pa
rallel zu einer Spaltfläche in der Nähe des Magnetspalts (g) liegt.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Film (3B, 13B) aus einer Legierung eines Fe-Ga-Si-Systems, die eine
geringere Menge Ru als die gewisse Menge enthält, gebildet ist.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagneti
sche Legierungsdünnfilm (3, 13) die Zusammensetzung Fea Gab Sic aufweist, a, b
und c die jeweiligen Zusammensetzungsverhältnisse in Atomprozent angeben und
die relative Zusammensetzung so gewählt ist, daß 68 ≦ a + b ≦ 84,1 ≦ b ≦ 23
und 9 ≦ c ≦ 31 ist.
4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagneti
sche Legierungsdünnfilm (3, 13) 0,1 bis 15 Atomprozent Ru enthält.
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