專利名稱：用于磁性器件的磁性膜、用于硬盤驅(qū)動器的磁頭和固態(tài)器件的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有高飽和磁化強度的用于磁性器件的磁性膜，并且涉及使用該磁性膜的用于磁盤驅(qū)動器的磁頭和固態(tài)器件。
背景技術(shù)：
為了提高磁盤驅(qū)動器的記錄密度，必須增強由磁頭產(chǎn)生的磁場。當今使用的大多數(shù)磁頭的構(gòu)成是，由鐵磁體作為磁極(磁芯)，電流流過卷繞成包圍該磁極的線圈而產(chǎn)生感應磁場，將感應磁場聚集在磁極內(nèi)部，從而在一個方向上輻射強寫入磁場。
當能通過線圈產(chǎn)生的感應磁場的強度為常量時，增強寫入磁場的唯一方式就是制造一種磁頭結(jié)構(gòu)，這種磁頭結(jié)構(gòu)使磁極的飽和磁化強度提高，和/或有效地聚集感應磁場。
作為例子，有人提出以下材料作為適合上述目的的高飽和磁化強度的材料鎳鐵合金(坡莫合金)、鐵鋁硅合金(山達斯特合金)、例如Fe-Co-Si-B等非晶合金、鈷鎳鐵合金和鈷鐵合金。
當用于磁盤驅(qū)動器的記錄頭最初被商品化時，采用Ni-Zn鐵氧體作為磁性材料。那時，只有磁帶能用作磁記錄介質(zhì)，并且使用Ni-Zn鐵氧體，因為Ni-Zn鐵氧體的優(yōu)點是例如其抗磨損性和耐腐蝕性優(yōu)良，并具有防止發(fā)生渦流的高電阻。但是，作為磁性材料，Ni-Zn鐵氧體的缺陷是，其飽和磁化強度低，僅為0.4T(下文中“T”表示特斯拉)。
另一方面，盡管那時通過機器加工來制造磁極，但是隨著磁頭尺寸變小，機器加工變得越來越困難，因此，Ni-Zn鐵氧體被可以使用光刻法的金屬材料例如坡莫合金替代。坡莫合金是從19世紀就開始使用的軟磁材料，而且由于其耐腐蝕性較好，而且其飽和磁化強度比鐵氧體更高，所以在鐵氧體之后使用坡莫合金。但是，由于其飽和磁化強度仍然只有1.0T，所以，寫入磁場很快就變得不足，這導致逐漸向具有更高飽和磁化強度的材料轉(zhuǎn)變。
目前，主要采用Fe70Co30合金作為磁性材料，因為它在單獨使用時具有2.45T的最大飽和磁化強度。還沒有發(fā)現(xiàn)飽和磁化強度比Fe70Co30更高的材料。作為一個例外，有人報道了關(guān)于飽和磁化強度為2.8到3.0T的鐵氮化合物Fe16N2膜的實驗數(shù)據(jù)(非專利文獻1)，但是現(xiàn)在，這種值被認為是可疑的，而最大為2.4T的值被認為更加恰當(非專利文獻2)。這個值小于Fe70Co30合金2.45T的飽和磁化強度。
作為類似于本發(fā)明的磁性器件的磁性膜的數(shù)據(jù)的實驗數(shù)據(jù)，已經(jīng)報道了在Pd中分散Fe的稀有合金、Fe/Pd多層膜或者FeCo/Pd多層膜，其中，單個原子Fe或者FeCo的飽和磁矩可以提高到最大值10μB(作為單質(zhì)的Fe的單個原子的飽和磁矩是2.2μB，而Fe70Co30是2.46μB)。這被描述為是由于在Fe原子和Pd原子之間的界面處磁矩提高的現(xiàn)象引起的。但是，到目前為止所報導的實驗數(shù)據(jù)中，當整個材料都被認為是Fe-Pd合金(或者Fe-Co-Pd合金)時，因為設定Pd的百分比含量比Fe的百分比含量高得多，所以總的飽和磁化強度變得非常低，這使得這種材料在商業(yè)上不適于用作磁性材料。而且，在這兩種情況中，在大約4.2K處觀察到了高飽和磁化強度，4.2K是液氦的沸點，而且沒有在室溫下提高飽和磁矩的報道。
應當注意，本申請人在2004年提交的專利文獻1公開道，包含F(xiàn)e、Co和Pd的合金膜在合適的組成范圍內(nèi)表現(xiàn)出比Fe70Co30更優(yōu)良的飽和磁化強度。該文獻提到，通過形成Pd和Fe的合金，激發(fā)了Fe原子的磁矩，從而提高了整飽和磁化強度。
非專利文獻1M.Komuro等，Journal of Applied Physics，第67卷，第9期，第5126頁(1990)非專利文獻2M.Takahashi等，Journal of Applied Physics，第79卷，第8期，第5546頁(1996)
非專利文獻3Physical Review，第125卷，第2期，第541頁(1962)非專利文獻4Journal of Applied Physics，第77卷，第8期，第3965頁(1995)非專利文獻5IEEE Transactions on Magnetism，第28卷，第5期，第2766頁(1992)非專利文獻6Journal of Applied Physics，第92卷，第5期，第2634頁(2002)專利文獻1日本專利申請No.2004-168502為了提高硬盤驅(qū)動器的記錄密度，在磁頭中使用高飽和磁化強度的材料是有效的。但是，如上所述，現(xiàn)在使用的具有最高飽和磁化強度的材料是Fe70Co30，其飽和磁化強度是2.45T，這是已知飽和磁化強度最高的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人通過研究Fe-Co-Pd膜的組成、研究由Fe-Co和Pd構(gòu)成的多層膜的膜結(jié)構(gòu)以及發(fā)展專利文獻1中所示的方法，從而實現(xiàn)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供飽和磁化強度大于或等于2.46T的磁性材料，這種磁性材料的飽和磁化強度比傳統(tǒng)的Fe70Co30合金更高，而且能夠被商業(yè)化。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成，其中層疊的鈀膜或者含鈀合金膜的厚度是至少0.05nm，而且該多層膜通過于法工藝形成。本發(fā)明的另一種用于磁性器件的磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成，其中層疊的鈀膜或者含鈀合金膜的主要晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)，而且該多層膜通過干法工藝形成。本發(fā)明的另外一種用于磁性器件的磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成，其中該鐵磁性膜的飽和磁化強度至少是2.46特斯拉，而且該多層膜通過干法工藝形成。本發(fā)明的另外一種用于磁性器件的磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和銠膜或者含銠合金膜的多層膜構(gòu)成，其中層疊的銠膜或者含銠合金膜的厚度在0.1nm到0.4nm的范圍內(nèi)，而且該多層膜通過干法工藝形成。本發(fā)明的還另外一種用于磁性器件的磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和合金膜的多層膜構(gòu)成，其中該合金膜包含選自鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋯、鈮、鉬、釕、銀、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑和金中的至少一種元素，而且該多層膜通過干法工藝形成。
而且，上述合金膜或者多層膜可以形成在晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)的底層上。
此外，該底層可以由選自具有體心立方結(jié)構(gòu)的鉻、釩、鉬、鈮、鎢和鎳的金屬、包含至少兩種該金屬的合金或者通過向該合金添加鈦或鎳形成的合金構(gòu)成。
該鐵磁性膜可以由鐵-鈷或者包含鐵-鈷的合金構(gòu)成，其中鐵和鈷的摩爾含量的比(CFe/CCo)在0.667到9.0的范圍內(nèi)。
而且，該鐵磁性膜可以由包含鐵-鈷并包含鈀、銠或鉑中的一種金屬的合金構(gòu)成。
該多層膜可以利用干法工藝來形成，即濺射法、真空淀積法和化學氣相沉積法中的任何一種方法。
本發(fā)明的用于磁盤驅(qū)動器的記錄頭使用以下用于磁性器件的磁性膜，該磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和銠膜或者含銠合金膜的多層膜構(gòu)成，其中層疊的銠膜或者含銠合金膜的厚度在0.1nm到0.4nm的范圍內(nèi)，而且該多層膜通過干法工藝形成。
本發(fā)明的固態(tài)器件使用以下用于磁性器件的磁性膜，該磁性膜中交替層疊鐵磁性膜和銠膜或者含銠合金膜，其中層疊的銠膜或者含銠合金膜的厚度在0.1nm到0.4nm的范圍內(nèi)，而且該多層膜通過干法工藝形成。
Fe70Co30合金的飽和磁化強度為2.45T，這是過去已知的飽和磁化強度最高的磁性材料，而本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜提供了比Fe70Co30合金更高的飽和磁化強度。這樣，該用于磁性器件的磁性膜可以應用于能夠高密度記錄的硬盤驅(qū)動器的磁頭和能夠高密度記錄的固態(tài)器件。


通過參考附圖閱讀和理解下列詳細說明，本領域技術(shù)人員將清楚地看出本發(fā)明的前述和其它目的以及優(yōu)點。
在附圖中圖1是顯示形成為多層膜的用于磁性器件的磁性膜的膜結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是在交替層疊鐵磁性膜和鈀膜的用于磁性器件的磁性膜中，當鈀膜厚度改變時，多層膜的飽和磁化強度的測量結(jié)果的曲線圖；圖3是在交替層疊鐵磁性膜和鈀膜的用于磁性器件的磁性膜中，當鐵磁性膜厚度改變時，飽和磁化強度的測量結(jié)果的曲線圖；圖4是在交替層疊鐵磁性膜和銠膜的用于磁性器件的磁性膜中，當銠膜厚度改變時，多層膜的飽和磁化強度的測量結(jié)果的曲線圖；圖5是顯示使用用于磁性器件的磁性膜的磁頭結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是顯示固態(tài)器件的示例性結(jié)構(gòu)的示意圖；和圖7是顯示固態(tài)器件的另一個示例性結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將介紹本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜和使用該磁性膜的用于磁盤驅(qū)動器的磁頭以及固態(tài)器件。
圖1顯示了本發(fā)明實施方案的用于磁性器件的磁性膜10。用于磁性器件的磁性膜10是多層膜，該多層膜通過交替層疊作為鐵磁性膜的由鐵-鈷構(gòu)成的鐵磁性膜11和鈀膜12而形成。在同一真空槽內(nèi)，使FeCo和Pd靶交替放電，從而通過濺射法來形成圖1中所示的膜。
另外，在構(gòu)成用于磁性器件的磁性膜10的多層膜中，主要的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)。
為了促進具有體心立方結(jié)構(gòu)的晶體的生長，在具有適當晶體結(jié)構(gòu)的底層上形成FeCo/Pd多層膜對實現(xiàn)高飽和磁化強度極其有效。作為用于FeCo/Pd多層膜的底層的材料，已經(jīng)知道使用具有體心立方結(jié)構(gòu)的鉻、釩、鉬、鈮或鎢或者其合金是有效的。另外還知道，為了減小晶格與FeCo/Pd多層膜的失配，向底層添加鈦和/或鎳是有效的，用適當組成比的鉻鎳合金尤其有效。
圖2顯示了在構(gòu)成用于磁性器件的磁性膜10的多層膜中，當FeCo層厚度固定為1.7nm，Pd層厚度在0到0.28nm的范圍內(nèi)變化時，飽和磁化強度Bs的測量結(jié)果。圖2所示的測量結(jié)果顯示，盡管在沒有與Pd形成多層膜的情況下，F(xiàn)eCo膜的飽和磁化強度Bs是2.41T，但是對于Pd層為0.14nm厚的多層膜，飽和磁化強度Bs提高到2.52T。
圖3顯示了當Pd層厚度固定，F(xiàn)eCo層厚度在1.7到7.2nm的范圍內(nèi)變化時，多層膜的飽和磁化強度Bs測量結(jié)果。圖3所示的測量結(jié)果顯示，盡管在沒有與Pd形成多層膜的情況下，F(xiàn)eCo膜的飽和磁化強度Bs是2.41T，但是對于Pd層為0.14nm厚而且FeCo層為4.9nm厚的多層膜，飽和磁化強度Bs提高到2.74T。
在FeCo/Pd多層膜中飽和磁化強度Bs的提高不能僅僅由在Fe分散在Pd中的稀有金屬合金中發(fā)生的飽和磁矩μB的提高來解釋。在本實施方案的用于磁性器件的磁性膜中，據(jù)認為，這種提高是Pd擴展了FeCo晶格并因此改變了電子狀態(tài)的結(jié)果。
而且，除Pd以外的金屬或合金膜也獲得同樣的飽和磁化強度提高。圖4顯示了在FeCo/Rh多層膜中，當FeCo層厚度固定為1.7nm，Rh層厚度在0到0.49nm的范圍內(nèi)變化時，該多層膜的飽和磁化強度Bs。圖4所示的測量結(jié)果顯示，盡管在沒有與Rh形成多層膜時，F(xiàn)eCo膜的飽和磁化強度Bs是2.44T，但是對于Rh層厚度為0.1到0.4nm的多層膜，飽和磁化強度Bs提高了。尤其是，當Rh層為0.35nm厚時得到2.7T的飽和磁化強度。
據(jù)信，這是由于通過與上述Pd相同的方式，通過與Rh形成多層結(jié)構(gòu)，引起的FeCo層晶體結(jié)構(gòu)的變化而導致了上述結(jié)果。這意味著存在這樣的組合，通過FeCo和具有與FeCo不同的晶體結(jié)構(gòu)或晶格長度的金屬或合金形成多層結(jié)構(gòu)，從而導致飽和磁化強度提高。上述金屬或合金的合適的例子是包括選自鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋯、鈮、鉬、釕、銀、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑和金的一種或多種元素的材料。
作為形成本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜的方法，干法工藝方法是合適的。除了上述濺射法之外，這里所指的干法工藝方法還包括真空淀積法、化學氣相沉積法或者等同的方法。
在使用濺射法時，當反復層疊鈀膜或鈀合金膜或者鐵磁性膜時，甚至可以精確地控制在0.05nm到0.28nm范圍內(nèi)的非常薄的厚度。尤其是，在由本發(fā)明的多層膜形成的用于磁性器件的磁性膜中，從原理上講，需要使鈀膜或鈀合金膜與鐵磁性膜之間的界面形成得非常齊整，而濺射法適合于形成這種界面。
還可以用真空淀積法來控制極其薄的厚度。
還可以通過減小化學氣相沉積過程中反應腔內(nèi)的壓力來控制極其薄的厚度。
應當注意，盡管現(xiàn)在主要使用電鍍法來形成用于硬盤驅(qū)動器的磁頭的磁極上所使用的磁性膜，但是電鍍法不適于形成本發(fā)明的磁性膜。電鍍法是濕法工藝，其中膜的生長速度快，因而不適合反復層疊極其薄的層。尤其是當通過改變電鍍浴來改變膜材料時，已經(jīng)淀積為膜的金屬在該浴中將再次溶解，導致在界面上不能形成理想的混合層，這種混合層會減弱由本發(fā)明獲得的飽和磁化強度的增大效果。
由于上述用于磁性器件的磁性膜具有高飽和磁化強度，所以該用于磁性器件的磁性膜可以有利地用在用于磁盤驅(qū)動器的磁頭、固態(tài)器件等等中。
圖5顯示了用于硬盤驅(qū)動器的磁頭30的示例性結(jié)構(gòu)。圖5所示的磁頭30是用于“面內(nèi)記錄”的構(gòu)成的例子，它包括作為磁頭部分20的下磁極21和上磁極22，并且具有設置為與磁芯部分22a互鎖的線圈24。
通過以濺射法在構(gòu)成磁頭部分20的下磁極21上形成上述Fe70Co30/Pd多層膜，可以在下磁極21上形成本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜10。
由于本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜的飽和磁化強度大于或等于2.45T，這高于傳統(tǒng)用途中最常用的磁芯磁極材料Fe70Co30合金，所以通過在下磁極21上使用該磁性膜，可以有效地提高寫入磁場強度，而且可以提高記錄介質(zhì)26上的寫入密度。
顯然，除了用作磁頭30的下磁極21之外，本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜還可以用作構(gòu)成上磁極22的磁極材料。
圖6和7顯示了本發(fā)明的用于磁性器件的磁性膜用在固態(tài)器件中的例子。具體而言，圖6顯示了固態(tài)器件40，其中，細導線形式的由鐵-鈷構(gòu)成的量子線43以預定間隔排布在由鈀構(gòu)成的基礎部分42上。圖7顯示了固態(tài)器件41，其中，點狀的由鐵-鈷構(gòu)成的量子點45以預定間隔排布在由鈀構(gòu)成的基礎部分42上。可以通過利用掩模，交替地淀積或者濺射鈀層和由鐵-鈷構(gòu)成的鐵磁性層，從而形成這些固態(tài)器件40、41。
圖6和7所示固態(tài)器件40、41可以用作用于磁記錄的器件，尤其是，當固態(tài)器件40、41具有形成為多層膜的上述用于磁性器件的磁性膜10的結(jié)構(gòu)時，由于可以獲得非常高的飽和磁化強度，所以固態(tài)器件40、41可以被有效地用于高密度地記錄信息。尤其是，據(jù)信，隨著所使用的例如圖7所示的固態(tài)器件41的點狀結(jié)構(gòu)程度的增加，磁體單位體積的飽和磁化強度將提高。
權(quán)利要求
1.一種用于磁性器件的磁性膜，所述磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成，其中層疊的鈀膜或者含鈀合金膜的厚度是至少0.05nm，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
2.一種用于磁性器件的磁性膜，該磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成，其中層疊的鈀膜或者含鈀合金膜的主要晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
3.如權(quán)利要求2所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述多層膜形成在晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)的底層上。
4.如權(quán)利要求3所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述底層由選自具有體心立方結(jié)構(gòu)的鉻、釩、鉬、鈮、鎢和鎳的金屬、包含至少兩種該金屬的合金或者通過向該合金添加鈦或鎳形成的合金構(gòu)成。
5.一種用于磁性器件的磁性膜，所述磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成，其中所述鐵磁性膜的飽和磁化強度至少是2.46特斯拉，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
6.一種用于磁性器件的磁性膜，所述磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和銠膜或者含銠合金膜的多層膜構(gòu)成，其中所述層疊的銠膜或者含銠合金膜的厚度在0.1nm到0.4nm的范圍內(nèi)，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
7.一種用于磁性器件的磁性膜，所述磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和合金膜的多層膜構(gòu)成，其中所述合金膜包含選自鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋯、鈮、鉬、釕、銀、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑和金的至少一種元素，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
8.如權(quán)利要求6所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述多層膜的主要晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述多層膜形成在晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)的底層上。
10.如權(quán)利要求9所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述底層由選自具有體心立方結(jié)構(gòu)的鉻、釩、鉬、鈮、鎢和鎳的金屬、包含至少兩種該金屬的合金或者通過向該合金添加鈦或鎳形成的合金構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求6所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述鐵磁性膜由鐵-鈷或者包含鐵-鈷的合金構(gòu)成，而且鐵和鈷的摩爾含量的比CFe/CCo在0.667到9.0的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的用于磁性器件的磁性膜，其中所述鐵磁性膜由包含鐵-鈷并包含鈀、銠或鉑中的一種金屬的合金構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求6所述的用于磁性器件的磁性膜，其中使用濺射法作為所述干法工藝。
14.如權(quán)利要求6所述的用于磁性器件的磁性膜，其中使用真空淀積法作為所述干法工藝。
15.如權(quán)利要求6所述的用于磁性器件的磁性膜，其中使用化學氣相沉積法作為所述干法工藝。
16.一種用于磁盤驅(qū)動器的記錄頭，所述記錄頭使用用于磁性器件的磁性膜，所述磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和銠膜或者含銠合金膜的多層膜構(gòu)成，其中所述層疊的銠膜或者含銠合金膜的厚度在0.1nm到0.4nm的范圍內(nèi)，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
17.一種固態(tài)器件，所述固態(tài)器件使用用于磁性器件的磁性膜，所述磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和銠膜或者含銠合金膜的多層膜構(gòu)成，其中所述層疊的銠膜或者含銠合金膜的厚度在0.1nm到0.4nm的范圍內(nèi)，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有大于或等于2.46特斯拉的高飽和磁化強度的磁性材料。通過在記錄頭中使用這種磁性材料，可以在記錄介質(zhì)上以更高的密度來記錄信息。該磁性材料還可以應用于各種固態(tài)器件。一種用于磁性器件的磁性膜由交替層疊鐵磁性膜和鈀膜或者含鈀合金膜的多層膜構(gòu)成。層疊的鈀膜或者含鈀合金膜的主要晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)，而且所述多層膜通過干法工藝來形成。
文檔編號H01F10/14GK1913000SQ20051009711
公開日2007年2月14日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者野間賢二, 松岡正昭, 金井均 申請人:富士通株式會社