專利名稱：含氧化鋁薄膜和具有該含氧化鋁薄膜的磁存儲(chǔ)裝置的制作方法
(本申請(qǐng)基于并以已遞交的日本專利特愿平10-285084、平11-125067和平11-280323為優(yōu)先權(quán)。在此將其引作參考。)本發(fā)明涉及含氧化鋁薄膜及其生產(chǎn)方法，進(jìn)一步涉及具有含氧化鋁薄膜的磁存儲(chǔ)裝置及其制造方法。更特別地，涉及含氧化鋁薄膜及其生產(chǎn)方法，它可以具有很好的絕緣性能并防止透過膜的泄漏電壓。
上述無針孔氧化鋁膜即使在厚度很小的情況下也可以很好地應(yīng)用到磁頭或打印頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該氧化鋁膜還可以應(yīng)用到使用上述磁頭的任何磁存儲(chǔ)裝置中，如硬盤驅(qū)動(dòng)器或磁帶驅(qū)動(dòng)器，還可應(yīng)用到具有上述打印頭的噴墨打印機(jī)。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用到磁阻型磁頭中作為薄的絕緣讀間隙層，從而使磁頭具有高準(zhǔn)確度的分辨能力。
在此我們給出一個(gè)磁頭作為實(shí)例并籍此介紹本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)。
目前，由于進(jìn)入多媒體社會(huì)的趨勢(shì)，使得計(jì)算機(jī)用磁性硬盤的容量以每年1.6倍的速度遞增。因此，需要更高密度的磁性硬盤。
由于硬盤上如此高的位存儲(chǔ)密度，磁阻裝置(MR裝置)被應(yīng)用到磁頭中，使得在任何時(shí)候讀出微小的存儲(chǔ)位時(shí)能夠得到足夠強(qiáng)的信號(hào)輸出。為了讀出用薄膜磁頭紀(jì)錄的高密度信號(hào)，該MR裝置或最新研制的巨磁阻磁頭(GMR裝置)要除了具有足夠的檢測(cè)質(zhì)量外，并且相對(duì)于薄膜磁頭必須具有準(zhǔn)確的磁頭分辨率，從而得到可靠的輸出信號(hào)。為了獲得更加準(zhǔn)確的磁頭分辨能力，應(yīng)該避免外部磁場(chǎng)引起的不良影響。為了達(dá)到這個(gè)目的，應(yīng)該縮短上部和下部磁屏蔽層L的距離。如果距離L縮短了，那么就可以得到更準(zhǔn)確的磁頭分辨能力。下面，通過

圖19(a)、(b)和(c)進(jìn)行說明。
圖19(a)所示為混合薄膜磁頭的截面圖。該截面通過位于混合薄膜磁頭上磁性層頂部的寫極31的中心?；旌媳∧ご蓬^的下部分包含用于讀出磁盤上存儲(chǔ)信息的MR頭。在圖上，混合薄膜磁頭在圖的左右方向上結(jié)構(gòu)非常精確地對(duì)稱。在作為滑塊母板的Al2O3-TiC(氧化鋁-碳化鈦襯底)襯底21上，由如FeNi合金(鐵鎳合金)構(gòu)成的下部磁屏蔽層22在Al2O3膜(圖中沒有畫出)上形成。進(jìn)一步，具有FeNi、Ti和CoZrMo多層結(jié)構(gòu)的磁阻裝置24在下部讀間隙層23上按照上述順序形成，并且將該多層結(jié)構(gòu)制成所需要的MR裝置。其后，導(dǎo)電膜如Au(金)沉淀在MR裝置24的兩面，從而可以形成引線電極25。
進(jìn)一步地，上部磁屏蔽層27的作用如同下部磁性層，例如該下部磁性層包含處于由如Al2O3形成的上部讀間隙層26上面的FeNi合金。在此結(jié)構(gòu)上面，是由Al2O3組成的寫間隙層28、由保護(hù)材料組成的中間絕緣層29以及水平螺旋結(jié)構(gòu)的寫線圈30。然后，在由保護(hù)材料組成的中間絕緣層29形成并完全覆蓋在寫線圈30上之后，包含微細(xì)寫極31的上部磁性層(除寫極31外其余沒有畫出)在中間層絕緣膜29的末端制成，Al2O3膜(圖中沒有顯示)在其上面作為保護(hù)膜生成。
因而，在包含MR讀頭和薄膜寫磁頭的混合薄膜磁頭中，信號(hào)電流從位于寫線圈30兩端的寫電極(圖中沒有畫出)流出，進(jìn)入寫線圈30產(chǎn)生磁通，該磁通作用到磁極芯上，該磁極芯包含上部磁屏蔽層27即下部磁性層以及上部磁性層。該磁通從上部磁性層末端鄰接寫極31的寫間隙層28所構(gòu)成的記錄間隙中流出，從而數(shù)據(jù)信號(hào)被記錄在磁存儲(chǔ)介質(zhì)上。
另一方面，MR頭的讀功能說明如下。假如預(yù)定的感應(yīng)電流又從引線電極25中流出，磁阻裝置24中磁性薄膜的電阻值就會(huì)受到磁存儲(chǔ)介質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用并發(fā)生改變。MR頭的讀功能就是利用上述原理。
圖19(b)和(c)是用于說明磁存儲(chǔ)介質(zhì)的磁場(chǎng)和上下部磁性屏蔽層之間距離的關(guān)系以及磁存儲(chǔ)介質(zhì)32的示意圖。MR裝置24位于下部磁屏蔽層22和上部磁屏蔽層27之間，用于讀出記錄在磁存儲(chǔ)介質(zhì)32上的記錄位33。然而，如圖19(b)中所示，如果磁存儲(chǔ)密度增大，那么下部磁屏蔽層22和上部磁屏蔽層27之間距離L相對(duì)于記錄位33將變寬，要讀出的記錄位33可能受其臨近記錄位的影響，因而很難將一個(gè)記錄位同另一個(gè)記錄位區(qū)分開。因此，如果簡(jiǎn)單地將常規(guī)磁頭技術(shù)應(yīng)用于高密度存儲(chǔ)裝置時(shí)，需要考慮讀出可靠性問題。
另一方面，如圖19(c)所示，如果下部磁屏蔽層22和上部磁屏蔽層27之間的距離L縮短時(shí)，待讀出記錄位33附近的所有記錄位產(chǎn)生的磁場(chǎng)將與下部磁屏蔽層22和上部磁屏蔽層27隔離開，因此比較容易將一個(gè)記錄位位置與其它記錄位位置區(qū)別開來。
除了上述特點(diǎn)外，絕緣膜如Al2O3或SiO2被普遍用作位于上下部磁屏蔽層27與22之間的上部和下部讀間隙層26和23。如果需要，可以查閱日本專利特開昭58-220240，昭58-19718或平6-176322得到上述詳細(xì)資料。
上述上部和下部讀間隙層26和23中的每一層采用與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件制造工藝相同的薄膜形成方法。然而，在MR頭的組成中，磁阻裝置24必須用磁性材料制作，因此MR頭必須在居里溫度以下制造。例如，使用FeNi常規(guī)磁性材料的MR必須在250攝氏度以下制造，從而電子束汽相淀積法或?yàn)R射方法被普遍應(yīng)用到上下部讀間隙層26和23的薄膜制作過程中。
然而，如果采用電子束汽相淀積法或?yàn)R射方法形成Al2O3或SiO2，那么當(dāng)薄膜厚度低于500埃時(shí)，膜上就會(huì)有很多微小的針孔，從而降低其絕緣性能。另一方面，對(duì)應(yīng)于磁介質(zhì)表面上的高存儲(chǔ)密度，近期市場(chǎng)迫切需要比目前間距更小的記錄間距(距離L)，并且要求鄰接MR磁頭的讀間距絕緣層(下部讀間隙層23和上部讀間隙層26)的厚度比目前的絕緣層厚度更薄。如上面所解釋的，對(duì)應(yīng)于磁存儲(chǔ)介質(zhì)上的高存儲(chǔ)密度，要求作為讀間隙層的Al2O3膜或SiO2膜上避免針孔出現(xiàn)，從而即使在讀間隙層很薄的情況下也能保持很好的絕緣性能。因此急需一種解決上述問題的方法。
實(shí)際上，為了避免出現(xiàn)降低讀間隙層絕緣性能的問題，發(fā)明了下述方法。本發(fā)明采用混合膜作為下部讀間隙膜，該混合膜包含用加熱氧化金屬鋁膜得到的厚度為10nm的Al2O3膜和用濺射方法得到的厚度為80nm的Al2O3膜，并且混合膜也用作上部讀間隙膜，該膜包含采用熱氧化金屬鋁膜方法得到的厚度為10nm的Al2O3膜和采用濺射方法得到的厚度為100nm的Al2O3膜。日本專利特開平9-198619詳細(xì)介紹了上述方法。
然而，上述方法將會(huì)增加制作薄膜的步驟并且需要熱氧化步驟。進(jìn)一步，該方法將會(huì)使制作薄膜的工藝更加復(fù)雜。更進(jìn)一步，濺射Al2O3膜通常制成80-100nm厚因而比需要的厚度大，因而很難將上述厚度的膜用于需要厚度在500nm以下及短距離L(低于1000nm(＝500nm×2))的高密度可記錄MR頭之中。
同時(shí)，包含很小百分比過渡金屬氧化物的氧化鋁膜在其他技術(shù)領(lǐng)域廣為所知。日本專利特開平11-78882、昭61-189045和平6-89411介紹了上述內(nèi)容。但是這些專利都沒有涉及為了提高氧化鋁的絕緣性能而包含少量過渡金屬氧化物的氧化鋁。
考慮當(dāng)前技術(shù)情況，本發(fā)明目的是提供一種包含具有更少針孔薄膜的、高絕緣性能的鋁的薄膜，該膜非常薄，如厚度可以低于50nm，且無需對(duì)已有技術(shù)工藝做根本的改變。
根據(jù)本發(fā)明，解決前述問題的方法如下。
(1)一種氧化鋁膜，包含作為附加成分的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料且其重量含量為10-30％。
以及制作該氧化鋁膜的方法，其中包括以包含上述材料的至少一種作為附加成分且其重量含量為10-30％的氧化鋁膜為淀積材料，并用物理氣相淀積方法淀積膜的步驟。
令人滿意的是，在所述物理氣相淀積步驟中可以重復(fù)進(jìn)行突然的改變，這對(duì)上述工藝來說是非常有效的。
并且在其過程中完全停止膜的生成對(duì)于防止不必要的針孔的形成來說可能是很有效的。
(2)一種包含其兩端與引線電極連接的磁阻裝置、與該磁阻裝置鄰接的讀間隙層和與該磁阻裝置鄰接的磁屏蔽層的磁頭，其中，氧化鋁膜讀間隙層包含MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)
和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料作為附加成分。
一種制造磁頭的方法，該磁頭包括其兩端與引線電極聯(lián)接的磁阻裝置和都與該磁阻裝置鄰接的讀間隙層和磁屏蔽層，其中，包括用含有MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料作為附加成分的氧化鋁膜為淀積材料，并用物理氣相淀積方法淀積膜的步驟。
令人滿意的是，在所述物理氣相淀積步驟中可以重復(fù)進(jìn)行一些突然的改變，這對(duì)上述工藝來說是非常有效的。
并且在其過程中完全停止膜的生成對(duì)于防止不必要的針孔的形成來說可能是很有效的。
(3)一種具有磁頭的磁存儲(chǔ)裝置。該裝置包括其兩端與引線電極聯(lián)接的磁阻裝置、與該磁阻裝置鄰接的讀間隙層和與該磁阻裝置鄰接的磁屏蔽層，其中，所述氧化鋁膜讀間隙層包含MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料作為附加成分。
一種制造具有磁頭的磁存儲(chǔ)裝置的方法，該磁頭包括其兩端與引線電極聯(lián)接的磁阻裝置和都與該磁阻裝置鄰接的讀間隙層和磁屏蔽層，其中，包含用含有MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料作為附加成分的氧化鋁膜為淀積材料并利用物理氣相淀積方法的淀積膜步驟。
令人滿意的是，在所述物理氣相淀積步驟中可以重復(fù)進(jìn)行一些突然的改變，這對(duì)上述工藝來說是非常有效的。
并且在其過程中完全停止膜的生成對(duì)于防止不必要的針孔的形成來說可能是很有效的。
(4)上面(2)-(3)中所描述的技術(shù)。其中，所述附加成分重量含量為10-30％。
因此，本發(fā)明通過上述方式解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
同時(shí)，在用電子束汽相淀積法淀積氧化鋁膜時(shí)，靶體材料和淀積膜之間的金屬氧化物成分?jǐn)?shù)量存在很大差異，下面將進(jìn)行解釋。
圖15示意說明了本發(fā)明第一實(shí)施例中電子束汽相淀積氧化鋁膜的特性。(在靶體材料中測(cè)量數(shù)據(jù))；圖16是本發(fā)明第二實(shí)施例中電子束汽相淀積膜的特性的示意說明(在靶體材料中測(cè)量數(shù)據(jù))；圖17是本發(fā)明第三實(shí)施例中電子蒸發(fā)沉淀膜的特性的示意說明圖(在靶體材料中測(cè)量數(shù)據(jù))；圖18使本發(fā)明第四實(shí)施例中電子蒸發(fā)沉淀膜的特性的示意說明圖(在靶體材料中測(cè)量數(shù)據(jù))。
前面，發(fā)明人已經(jīng)通過電子束汽相淀積法對(duì)含有MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料作為附加成分的氧化鋁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)如圖15-18所示。通過這些數(shù)據(jù)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)只有不到1重量％的成分真正起作用。然而，本發(fā)明人通過連續(xù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子束汽相淀積膜通常含有比靶體材料更多的金屬氧化物成分，這是因?yàn)殡娮邮嗟矸e法能夠引起靶體材料中成分的不平衡分離。這種不平衡分離的物理現(xiàn)象特別地只與在電子束沉相淀積時(shí)需要融化靶體材料的淀積有關(guān)。另一方面，在采用濺射法作為淀積方法時(shí)不存在這種不平衡分離現(xiàn)象，因?yàn)闉R射法不需要融化。
具體地，在采用濺射法時(shí)，實(shí)際淀積的氧化鋁中成分的含量與靶體材料中基本一致。因而，成分的含量沒有差別，例如靶體材料和氧化鋁膜中MgO(氧化鎂)的含量相同。
根據(jù)本發(fā)明人的一些最新實(shí)驗(yàn)，當(dāng)氧化鋁膜中含有如MgO、La2O3和Y2O3等成分時(shí)可以很好地防止氧化鋁膜中針孔的出現(xiàn)，尤其是在氧化鋁膜中包含的這些成分的含量為10-30重量％時(shí)。圖3-6示意說明了本發(fā)明第一到第四實(shí)施例中生成的氧化鋁膜的特性(在實(shí)際淀積氧化鋁膜中直接測(cè)得)，這些圖表明當(dāng)這些成分的重量含量在10-30％時(shí)實(shí)際上具有很好的效果。
如上所述，只有在氧化鋁膜中包含特定種類的金屬氧化物時(shí)氧化鋁膜中針孔的數(shù)量才會(huì)大量減少，這是通過反復(fù)試驗(yàn)法得到的，同時(shí)我們還不了解為什么只有這幾種特殊金屬氧化物才能夠減少氧化鋁膜中針孔的數(shù)量。然而，根據(jù)本發(fā)明人的最新考慮，上述幾種特殊氧化物的出現(xiàn)將引起原子的自由排列，即，促使氧化鋁膜中出現(xiàn)非晶態(tài)特性，從而縮短了電子的平均自由程。這些物理特性也許會(huì)提高對(duì)于降低膜絕緣性能所必需的電位，從而增加膜的絕緣性能。根據(jù)本發(fā)明人上述假設(shè)，如果其他金屬氧化物無論電子電荷量還是原子直徑都和這幾種特殊金屬氧化物類似，那么就可以用于代替前面列舉的幾種特殊金屬氧化物，即MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)。
下面是根據(jù)本發(fā)明得到的滿意結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明，無需對(duì)傳統(tǒng)的低溫成膜工藝做大的改變，就可以獲得厚度小于50nm的無針孔氧化鋁膜。因而，根據(jù)本發(fā)明可以得到很好絕緣性能的氧化鋁膜。如果將該氧化鋁膜作為磁讀頭部分中的上部和下部讀間隙層，那么可以縮短上下部磁屏蔽層之間的距離，從而即使在高磁存儲(chǔ)密度情況下，磁頭分辨準(zhǔn)確度仍然可以很高。并且，除壓電噴墨打印頭外，本發(fā)明也可以滿足其他幾種需要薄絕緣膜的裝置。
圖1為說明本發(fā)明的氧化鋁膜形成工藝的示意圖。
圖2為說明本發(fā)明實(shí)施例中特性測(cè)量方法示意圖。
圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。(直接測(cè)量實(shí)際淀積氧化鋁膜獲得)圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。(直接測(cè)量實(shí)際淀積氧化鋁膜獲得)圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。(直接測(cè)量實(shí)際淀積氧化鋁膜獲得)圖6為本發(fā)明第四實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。(直接測(cè)量實(shí)際淀積氧化鋁膜獲得)圖7為本發(fā)明第五實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。
圖8為本發(fā)明第六實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。
圖9為本發(fā)明第七實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。
圖10為本發(fā)明第八實(shí)施例中氧化鋁膜特性示意圖。
圖11(A)和(B)是本發(fā)明第一實(shí)施例中磁存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。((A)為該裝置結(jié)構(gòu)俯視圖，(B)為與(A)中相同裝置結(jié)構(gòu)的斜視圖)圖12為本發(fā)明第九實(shí)施例中噴墨打印機(jī)的斜視圖。
圖13為本發(fā)明第九實(shí)施例中噴墨打印機(jī)的截面圖。
圖14為本發(fā)明第九實(shí)施例中噴墨打印機(jī)頭的(處于活動(dòng)狀態(tài))打印頭截面圖。
圖15為本發(fā)明第一實(shí)施例中電子束淀積氧化鋁膜特性示意圖。(數(shù)據(jù)在靶體材料中測(cè)得)圖16為本發(fā)明第二實(shí)施例中電子束淀積氧化鋁膜特性示意圖。(數(shù)據(jù)在靶體材料中測(cè)得)圖17為本發(fā)明第三實(shí)施例中電子束淀積氧化鋁膜特性示意圖。(數(shù)據(jù)在靶體材料中測(cè)得)圖18為本發(fā)明第四實(shí)施例中電子束淀積氧化鋁膜特性示意圖。(數(shù)據(jù)在靶體材料中測(cè)得)圖19為薄膜磁頭結(jié)構(gòu)和該磁頭結(jié)構(gòu)中形成窄的間隙的示意圖。
在所有附圖中，各部件標(biāo)號(hào)編碼如下1.作為源材料的靶體材料。
2.能量源3.集束4.襯底5.氧化鋁膜11.硅襯底12.Au(金)下部電極13.氧化鋁膜14.Au(金)中間電極15.Au(金)伸出電極16.氧化鋁膜17.Au(金)上部電極18.擊穿電壓測(cè)量裝置
19.FeNi膜20.氧化鋁膜21.Al2O3-TiC襯底22.下部磁屏蔽層23.下部讀間隙層24.MR裝置25.引線電極26.上部讀間隙層27.上部磁屏蔽層28.寫間隙層29.中間層絕緣膜30.寫線圈31.寫極32.磁存儲(chǔ)介質(zhì)4a到4c.打印頭40a壓力室41.導(dǎo)線42.壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)43.噴嘴43a噴嘴孔44和44a.振動(dòng)板46-46a.墨盒47-47a.墨48.彈性材料48a橡膠板48b膜下面，參照相應(yīng)附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行解釋。
圖1為本發(fā)明氧化鋁膜形成工藝示意圖。如圖所示，選擇MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料作為Al2O3(氧化鋁)膜的附加成分。這種包含上述成分的氧化鋁膜作為物理沉相淀積(PVD)的靶體材料1。利用靶體材料1，氧化鋁膜5被淀積在襯底4上。在這個(gè)步驟中，當(dāng)上述成分的重量含量低于總重量的50％時(shí)，可以得到無針孔、高密度和良好絕緣性能的氧化鋁。而用常規(guī)PVD淀積Al2O3膜還不曾得到如此好的特性。進(jìn)一步地，利用能量源2如電子束集束3從靶體材料1射出，進(jìn)行熱退火，然后淀積在襯底4上，發(fā)生表面遷移，從而淀積成氧化鋁膜5。
例如，在上述過程中氧化鋁5厚度為50nm，可以獲得大約8MV/cm的絕緣性能，因此，比采用厚度為100nm的純Al2O3獲得更好的絕緣性能。
如果將本發(fā)明的氧化鋁用作磁頭的讀間隙層，特別是上部和下部讀間隙層，那么即使縮短上下部讀間隙層的距離L，仍然能夠保持很好的電絕緣性能，從而可以實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)密度的薄膜磁頭。
進(jìn)一步地，如果將上述用物理汽相淀積(PVD)形式鋁膜的處理重復(fù)多次，將有助于提高氧化鋁膜的絕緣性能。
作為物理汽相淀積(PVD)、常規(guī)真空汽相淀積的實(shí)例，可以采用如保護(hù)層加熱真空汽相淀積法、濺射法、電子束汽相淀積法和脈沖激光淀積(PLD)法。進(jìn)一步地，作為PVD方法的替代方法，化學(xué)汽相淀積(CVD)法也可以用于本發(fā)明。然而如果淀積鋁膜做為磁頭的一個(gè)部件，那么應(yīng)該避免化學(xué)汽相淀積(CVD)過程中的高溫?zé)嵬嘶鹨苑乐菇档痛鸥袘?yīng)特性。
第一優(yōu)選實(shí)施例下面參照附圖介紹本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，特別要描述氧化鋁膜的形成工藝和其物理特性。
圖2(a)和(b)示意說明了本實(shí)施例中特性的測(cè)量方法。圖(b)為A-A’線處的截面圖。首先，在硅襯底上淀積200nm厚的Au從而形成Au(金)下部電極。然后，淀積形成厚度為20-50nm的包含本發(fā)明中所述金屬氧化物成分的氧化鋁膜13。隨后，淀積厚度為200nm的Au(金)膜而形成Au中間電極14。然后淀積形成作為引線電極的Au(金)伸出電極。各尺寸如下所示，引線電極長(zhǎng)度為300微米，整體寬度為300微米，距離d為2微米，厚度為400微米。在伸出電極15形成后，淀積包含上述金屬氧化物成分的氧化鋁膜16，形成厚度為20或50nm的上部讀間隙層。此后，淀積厚度為20nm的Au(金)膜形成Au(金)上部膜17。形成Au(金)伸出電極15的另一個(gè)原因是可以保證尤其是在形成伸出電極15的粗糙表面上，獲得良好的氧化鋁16覆蓋層。
在這種情況下，在開始形成膜之前，襯底11表面的溫度要調(diào)整到大約100℃。在進(jìn)行電子束汽相淀積前，真空室的真空度即基礎(chǔ)真空度大約為6×10-7乇。氧化鋁顆粒直徑為2-3mm，除氧化鋁外，還包含均勻的MgO(氧化鎂)，這些顆粒被作為靶體材料。在下面的每一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行氧化鋁膜形成之前，除靶體材料外其它工藝條件都保持不變。
在上述形成步驟中，如圖1所述的靶體材料1要進(jìn)行熱退火處理并暴露在能量源2發(fā)出的電子束1下而融化，并且靶體材料1通過熱退火至少要部分汽化并產(chǎn)生集束3。然后集束3淀積在硅襯底4上，隨后通過發(fā)生表面反應(yīng)，即表面遷移作用，而不斷生長(zhǎng)成包含前述金屬氧化物成分的氧化鋁膜5。
其后，使用電介擊穿電壓測(cè)量裝置18測(cè)量漏泄電流，在Au(金)下部電極12和Au(金)中間電極14之間以及Au中間電極14和Au(金)上部電極17之間施加合適的電壓，然后測(cè)得氧化鋁膜13的電介擊穿電壓。
此處，電介擊穿電壓定義為當(dāng)電極之間的漏泄電流達(dá)到1×10-6A時(shí)，電極之間的電壓。
圖2(c)是特別用于測(cè)量針孔數(shù)量的實(shí)驗(yàn)裝置的截面示意圖。首先，厚度為400nm的FeNi膜19被淀積在硅襯底11上作為磁屏蔽層。然后，淀積包含前述金屬氧化物成分、厚度為20或50nm的氧化鋁膜作為讀間隙層。進(jìn)一步地，將硅襯底11浸入FeNi腐蝕液中浸泡30秒鐘。腐蝕劑包含F(xiàn)eCl3和HCl。通過計(jì)算FeNi膜19中腐蝕坑的數(shù)目測(cè)量針孔密度。具體地，微小的針孔經(jīng)FeNi腐蝕劑腐蝕后增大，因而如果氧化鋁膜中存在針孔，會(huì)很容易觀察到。
下面，根據(jù)圖3(a)和(b)，解釋本發(fā)明第一實(shí)施例中氧化鋁膜的形成步驟及氧化鋁膜的特性。
圖3(a)為上面所述，如圖2(a)和(b)中所示氧化鋁膜13的電介擊穿電壓與MgO(氧化鎂)成分含量之間的關(guān)系圖，以及電介擊穿電壓與膜厚度之間的關(guān)系圖。該圖表明在膜厚度為50nm的情況下，平均絕緣壓力電壓在MgO含量為大約15-20％處獲得最大值8MV/cm。在膜厚度為20nm的情況下，平均絕緣壓力電壓在MgO重量含量大約15-20％處獲得最大值6MV/cm。
如果是氧化鋁膜16，也與上述情況基本相同。
圖3(b)為MgO成分含量與氧化鋁膜20針孔密度的因果關(guān)系示意圖，該氧化鋁膜20是前述按照?qǐng)D2(c)中所示的方式形成的。同時(shí)還表明了膜厚度與針孔密度之間的關(guān)系。該圖表明，在膜厚度為50nm時(shí)，針孔密度在MgO含量為15-20％時(shí)獲得極小值約為1個(gè)/平方厘米。在膜厚度為20nm時(shí)，針孔密度在MgO含量為15-20％時(shí)獲得極小值約為4-5個(gè)/平方厘米。
圖3(b)中，如果坐標(biāo)的分度更細(xì)可以標(biāo)定出更小的針孔密度。
如上所述，Al2O3加重量含量為10-30％的MgO可以提高氧化鋁膜的精密度從而提供無針孔膜。即使在膜厚度小于50nm時(shí)，絕緣壓力也得到顯著提高。特別地，可以肯定，即使在厚度為20nm時(shí)，仍然可以獲得很好的絕緣性能。上面已描述了本發(fā)明的第一實(shí)施例。
另外，為了更有效地防止膜中針孔的出現(xiàn)，物理汽相淀積(PVD)過程在膜的形成過程中可以重復(fù)性地中止。這種暫時(shí)的中止可以在膜形成過程中有效防止針孔增大和發(fā)熱，從而提高氧化鋁膜的絕緣壓力。另外，如果在氧化鋁膜形成過程中不采用這種完全停止，而是將功率暫時(shí)降低或者在短時(shí)間如1分鐘內(nèi)暫時(shí)加熱用于形成膜的襯底，也可以有效地提高絕緣性能。
另外，對(duì)于形成氧化鋁膜的靶體材料來說，氧化鋁遠(yuǎn)比鋁合適，因?yàn)殇X需要在膜形成之后進(jìn)行氧化。
如果靶體材料是氧化鋁而不是鋁，那么氧化鋁靶體材料不需要用于使鋁氧化的熱退火，并且可以防止由于過度的鋁退火氧化造成的裝置結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)熱應(yīng)力。進(jìn)一步地，可以形成膜質(zhì)量均勻的氧化鋁膜，因此比鋁膜氧化法更容易控制膜質(zhì)量。
下面，以磁存儲(chǔ)盤片作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖11(A)是本發(fā)明第一實(shí)施例中磁存儲(chǔ)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖。圖中虛線左側(cè)部分是去掉上蓋之后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖，虛線右惻部分所示是多層疊磁盤111，該磁盤包括磁存儲(chǔ)裝置部件110和與磁存儲(chǔ)裝置部件110相關(guān)的電樞部件112。
如圖11(A)所示，磁盤111中的每個(gè)盤片都固定在由馬達(dá)(圖中沒有表示出)驅(qū)動(dòng)的可活動(dòng)的輪轂111a上。電樞部件112包含連接到旋轉(zhuǎn)桿112a上的臂112b和放置在臂112b開口端上的磁頭112c，線圈112d與臂112b的掃描方向平行放置并作為環(huán)繞在另一個(gè)開口端表面的音圈馬達(dá)113的一部分。磁鐵113a和113b放置在線圈112d上面和下面也作為音圈馬達(dá)113的一部分。線圈112d被激勵(lì)后，臂112可以繞旋轉(zhuǎn)桿112a旋轉(zhuǎn)。音圈馬達(dá)113接受伺服控制，因此由臂112b支持的磁頭112c可以跟隨磁盤111上的圓柱面或磁道111b。
圖11(B)是圖11(A)中磁存儲(chǔ)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的斜視圖。
根據(jù)圖11(B)，磁盤部件100包含多個(gè)磁盤片1111，1112，……，所有這些盤片都裝在旋轉(zhuǎn)輪轂111a上。對(duì)應(yīng)于磁盤部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，臂部件112包含復(fù)臂單元。112b中的每一個(gè)臂都固定在一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)桿112a旋轉(zhuǎn)的普通可以移動(dòng)部件112e上。當(dāng)然112e部分在音圈馬達(dá)113激活之后才能旋轉(zhuǎn)。整個(gè)磁存儲(chǔ)磁盤結(jié)構(gòu)都放在外殼100A中。
因?yàn)楸景l(fā)明將前述新的磁頭作為讀磁頭，高密度磁存儲(chǔ)裝置的讀可靠性得到了提高。
第二優(yōu)選實(shí)施例參照附圖4(a)、(b)，對(duì)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例描述如下。首先，本實(shí)施例采用直徑為2-3毫米、氧化鑭(La2O3)的重量含量為15％的氧化鋁靶體。在進(jìn)行噴射電子束前，室中壓力大約為6×10-7乇，襯底溫度為100℃。然后淀積厚度為20或50nm的氧化鋁膜13和16，隨后，可以得到圖2(a)、(b)中所示的結(jié)構(gòu)。
另一方面，為了測(cè)量針孔數(shù)量，將厚度為20或50nm的氧化鋁膜淀積在FeNi膜19上，膜19淀積在硅襯底11上。采用同樣的工藝參數(shù)可以得到圖2(c)所示的結(jié)構(gòu)。
圖4(a)為電介擊穿電壓即平均絕緣壓力電壓和La2O3成分的含量之間及電介擊穿電壓和膜厚度之間的關(guān)系圖。該圖說明在厚度為50nm時(shí)，平均絕緣壓力電壓在La2O3重量含量為15-20％時(shí)獲得極大值8MV/cm，在厚度為20nm時(shí)，平均絕緣壓力電壓在La2O3含量為15-20％時(shí)得到最大值5MV/cm。對(duì)于膜16，情況與此相同。
圖4(b)為L(zhǎng)a2O3成分含量和圖2(c)中所示氧化鋁膜20的針孔密度及膜厚度和孔密度的關(guān)系圖。該圖表明，在膜厚度為50nm時(shí)，針孔密度在La2O3含量為15-20％時(shí)獲得極小值約1個(gè)/平方厘米。在膜厚度為20nm時(shí)，針孔密度在La2O3含量為15-20％時(shí)獲得極小值約6個(gè)/平方厘米。
根據(jù)以上結(jié)果，La2O3重量含量為10-30％，最好為15-20％時(shí)，可以提高氧化鋁膜內(nèi)部密度從而防止針孔出現(xiàn)。該圖表明即使在厚度小于50nm時(shí)，絕緣壓力也可以得到提高，實(shí)際上即使在20nm時(shí)也可以獲得好的絕緣性能。
第三優(yōu)選實(shí)施例下面，參照附圖5(a)、(b)，對(duì)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例描述如下。首先，本實(shí)施例采用直徑為2-3毫米、其中均勻分布有重量含量為15％的Y2O3(氧化釔)的氧化鋁靶體。在進(jìn)行噴射電子束前，室中壓力大約為6×10-7乇，襯底溫度為100℃。然后淀積厚度為20或50nm的氧化鋁膜13和16，隨后，可以得到圖2(a)、(b)中所示的結(jié)構(gòu)。
另一方面，為了測(cè)量針孔數(shù)量，將厚度為20或50nm的氧化鋁膜淀積在FeNi膜19上，膜19淀積在硅襯底11上。采用同樣的工藝參數(shù)可以得到圖2(c)所示的結(jié)構(gòu)。
圖5(a)為電介擊穿電壓即平均絕緣壓力電壓和Y2O3成分含量之間及電介擊穿電壓和膜厚度之間的關(guān)系圖。該圖表明在厚度為50nm時(shí)，平均絕緣壓力電壓在Y2O3含量為20％時(shí)獲得極大值的8MV/cm，在厚度為20nm時(shí)，平均絕緣壓力電壓在Y2O3含量為20％時(shí)得到極大值的6MV/cm。對(duì)于膜16，情況與此相同。
圖5(b)為Y2O3成分含量和圖2(c)中所示氧化鋁膜20的針孔密度以及膜厚度和孔密度的關(guān)系圖。該圖表明在膜厚度為50nm時(shí)，針孔密度在Y2O3含量為20％時(shí)獲得極小值約1-2/平方厘米；在膜厚度為20nm時(shí)，在Y2O3含量為20％時(shí)針孔密度獲得極小值約5/平方厘米。
根據(jù)以上結(jié)果，Y2O3重量含量為10-30％，最好為大約20％時(shí)，可以提高氧化鋁膜內(nèi)部密度從而防止針孔出現(xiàn)。該圖說明即使在厚度小于50nm時(shí)，絕緣壓力也可以得到提高，實(shí)際上即使在20nm時(shí)也可以獲得好的絕緣性能。
第四優(yōu)選實(shí)施例根據(jù)附圖6(a)、(b)，對(duì)本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例描述如下。首先，本實(shí)施例采用直徑為2-3毫米、氧化鑭(La2O3)和Y2O3(氧化釔)的重量含量為20％且均勻分布其中的氧化鋁靶體。在進(jìn)行噴射電子束前，室中壓力大約為6×10-7乇，襯底溫度為100℃。然后淀積厚度為20或50nm的氧化鋁膜13和16，隨后，可以得到圖2(a)、(b)中所示的結(jié)構(gòu)。
另一方面，為了測(cè)量針孔數(shù)量，將厚度為20或50nm的氧化鋁膜淀積在FeNi膜19上，膜19淀積在硅襯底11上。采用同樣的工藝參數(shù)可以得到圖2(c)所示的結(jié)構(gòu)。此處La2O3和Y2O3的重量比為50∶50。
圖6(a)為電介擊穿電壓即平均絕緣壓力電壓和La2O3+Y2O3成分含量之間及電介擊穿電壓和膜厚度之間的關(guān)系圖。該圖表明在厚度為50nm時(shí)，平均絕緣壓力電壓在La2O3+Y2O3含量為大約20％時(shí)獲得極大值約8MV/cm，在厚度為20nm時(shí)，平均絕緣壓力電壓在La2O3+Y2O3含量為大約20％時(shí)得到最大值約5.5MV/cm。對(duì)于膜16，情況與此相同。
圖6(b)為L(zhǎng)a2O3+Y2O3成分含量和圖2(c)中所示氧化鋁膜20的針孔密度及膜厚度和孔密度的關(guān)系圖。該圖說明在膜厚度為50nm時(shí)，針孔密度在La2O3+Y2O3含量為20％時(shí)獲得極小值約為1個(gè)/平方厘米。在膜厚度為20nm時(shí)，針孔密度在與上述相同La2O3+Y2O3含量時(shí)獲得極小值約為5個(gè)/平方厘米。
根據(jù)以上結(jié)果，La2O3+Y2O3重量含量為10-30％，可以提高氧化鋁膜內(nèi)部密度從而防止針孔出現(xiàn)。該圖說明即使在厚度小于50nm時(shí)，絕緣壓力也可以得到提高，實(shí)際上在20nm時(shí)也可以獲得好的絕緣性能。
另外，考慮到本發(fā)明前述第二和第三個(gè)實(shí)施例，La2O3和Y2O3之間的重量比例可以任意選擇。
下面簡(jiǎn)略描述采用上述氧化鋁膜作為讀間隙層的混合磁頭的制造方法，由于其結(jié)構(gòu)與圖19(a)所示基本相同，故省略了其結(jié)構(gòu)圖。
首先，2.0微米厚的FeNi合金下部磁屏蔽層被淀積到Al2O3膜上，Al2O3淀積在作為滑塊母板的Al2O3-TiC襯底上，然后以含有10-30％重量如20％的MgO的Al2O3為靶體，采用電子束汽相淀積法淀積形成15-50nm厚的下部讀間隙層，如20nm厚的氧化鋁。將FeNi、Ti(鈦)、CoZrMo(鈷鋯鉬)以層疊形式依次形成得到磁阻裝置，然后把Au(金)或其他合適金屬材料淀積到磁阻裝置的兩端形成引線電極。
進(jìn)一步地，以其中MgO重量含量為10-30％如20％的Al2O3為靶體用電子束汽相淀積法淀積形成厚度為15-50nm上部讀間隙層，如20nm的氧化鋁。然后順序形成5nm厚的鉭和50nm厚的FeNi合金基板層，隨后，利用常規(guī)光刻法將有預(yù)定開口的抗蝕層作為掩模形成在合成結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步，采用Ni82Fe18合金電鍍生成厚度為3.0微米同時(shí)具有下部磁極層功能的上部磁屏蔽層。去除抗蝕掩模后，基板層上暴露區(qū)域以氬離子銑法去除，從而制成MR頭。在上述工藝過程中，沒有必要使上下部讀間隙層的厚度不同。即，上下部讀間隙層具有不同厚度也是有用的。
在經(jīng)過上述處理后，用與眾所周知的常規(guī)感應(yīng)薄膜頭工藝相同的方式，用濺射法淀積0.4微米厚的Al2O3讀間隙層，然后，如通過在寫間隙層上作為保護(hù)層的3.5微米厚中間絕緣層，形成3.0微米厚的Cu(銅)。其后，經(jīng)過加工Cu(銅)層而形成平面螺旋寫線圈和聯(lián)接到平面螺旋寫線圈兩端的寫電極。該平面螺旋寫線圈圍繞上下部磁極層之間的連接部分纏繞多次，對(duì)此下面將做解釋。然后再次形成3.5微米厚的中間絕緣層來覆蓋寫線圈。
在如上所述情況下，由于寫間隙層為大約0.4微米(400nm)厚，所以厚度過大，因而用純Al2O3比用含有一些金屬氧化物的Al2O3形成如此厚度更好一些。然后順序形成5nm厚的Ta(鉭)層和厚度為50nm的FeNi合金基板層。隨后，采用常規(guī)光刻法將對(duì)應(yīng)上部磁極層而留有開口的抗蝕膜作為掩模形成在合成結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步，用Ni82Fe18合金電鍍形成兩端部分具有細(xì)的寫電極的上部磁極層。在去除抗蝕掩模之后，基板層上暴露區(qū)域用氬離子銑法去除，從而完全淀積形成了Al2O3保護(hù)膜。在保護(hù)膜形成之后，切除襯底，為了調(diào)整寫極的長(zhǎng)度即間隙深度，進(jìn)行了包括刨削和拋光在內(nèi)的光滑處理工藝，從而得到高存儲(chǔ)密度能力的混合薄膜磁頭。
盡管與第一實(shí)施例中的方式相同，上面采用了含有MgO的氧化鋁膜，但是也可以將La2O3或Y2O3用到上述實(shí)施例中代替MgO，與第二、第三和第四實(shí)施例中所示方式相同。
在上述每一個(gè)實(shí)施例中，每一層氧化鋁膜都只是淀積一次，然而，要是氧化鋁總厚度小于50nm，也可以對(duì)每一層采用多次淀積。如前所述，如果采用氧化鋁多次形成的方法，可以有效的抑制針孔形成。在這種情況下，多種靶體都可以用到一種氧化鋁層中，每一種靶體材料都含有不同的成分，從而在一個(gè)室內(nèi)可以很容易的形成多層氧化鋁膜。
第五優(yōu)選實(shí)施例參照?qǐng)D7(a)、(b)所示，描述采用多次膜淀積工藝形成氧化鋁膜的實(shí)施例，并說明下面介紹的本發(fā)明第五個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中膜的物理特性。
與本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中所描述的方式一樣，MgO的重量含量為20％的氧化膜通過一次步驟或兩次獨(dú)立的步驟淀積形成。圖7(a)和(b)顯示了一個(gè)實(shí)例中該氧化鋁的電介擊穿電壓分布，即平均絕緣壓力分布。圖7(a)是一次淀積氧化鋁，圖7(b)是兩次淀積氧化鋁。一次淀積時(shí)針孔密度為5個(gè)/平方厘米，二次獨(dú)立淀積時(shí)為2個(gè)/平方厘米。如果采用兩次獨(dú)立淀積，第一次淀積氧化鋁的厚度應(yīng)為所需厚度的一半，然后第二次淀積氧化鋁所需厚度的另一半。
第六優(yōu)選實(shí)例下面，參照?qǐng)D8(a)和(b)，描述本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例。
與本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中所介紹的方式相同，氧化鋁膜中La2O3的重量百分含量為15％。氧化鋁膜通過一次或兩次獨(dú)立淀積形成。圖8(a)和(b)為氧化鋁中電介擊穿電壓分布圖，即平均絕緣壓力分布圖。圖8(a)為一次淀積氧化鋁，圖8(b)為兩次獨(dú)立淀積氧化鋁。一次淀積氧化鋁的針孔密度為7個(gè)/平方厘米，而二次獨(dú)立淀積時(shí)針孔密度為3個(gè)/平方厘米。在兩次獨(dú)立淀積時(shí)，第一次淀積氧化鋁的厚度應(yīng)為所需厚度的一半，然后第二次淀積氧化鋁所需厚度的另一半。
第七優(yōu)選實(shí)例參照?qǐng)D9(a)和(b)，描述本發(fā)明第七個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
與本發(fā)明第三實(shí)施例中所介紹的方式相同，氧化鋁中Y2O3成分的重量含量為20％，氧化鋁膜通過一次或兩次獨(dú)立淀積形成。圖9(a)和(b)為氧化鋁中電介擊穿電壓分布圖，即平均絕緣壓力分布圖。圖9(a)為一次淀積氧化鋁，圖9(b)為兩次獨(dú)立淀積氧化鋁。一次淀積氧化鋁的針孔密度為5個(gè)/平方厘米，另一方面，二次獨(dú)立淀積時(shí)針孔密度為2個(gè)/平方厘米。在兩次獨(dú)立淀積時(shí)，第一次淀積氧化鋁的厚度應(yīng)為所需厚度的一半，然后第二次淀積氧化鋁所需厚度的另一半。
第八優(yōu)選實(shí)施例參照?qǐng)D10(a)和(b)，描述本發(fā)明第八個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
與本發(fā)明第四實(shí)施例中所介紹的方式相同，氧化鋁中La2O3+Y2O3成分的重量含量為20％，氧化鋁膜通過一次或兩次獨(dú)立淀積形成。圖10(a)和(b)為氧化鋁中電介擊穿電壓分布圖，即平均絕緣壓力分布圖。圖10(a)為一次淀積氧化鋁，圖10(b)為兩次獨(dú)立淀積氧化鋁。一次淀積氧化鋁的針孔密度為5個(gè)/平方厘米，另一方面，二次獨(dú)立淀積時(shí)針孔密度為2個(gè)/平方厘米。在兩次獨(dú)立淀積時(shí)，第一次淀積氧化鋁的厚度應(yīng)為所需厚度的一半，然后第二次淀積氧化鋁所需厚度的另一半。
在上述幾個(gè)實(shí)施例中，在本發(fā)明范圍之內(nèi)有幾種替代方法或變形。例如，在上面幾個(gè)實(shí)施例中電子束汽相淀積被作為能量源的一個(gè)實(shí)例，但是常規(guī)電阻加熱真空汽相淀積法、濺射法和脈沖激光淀積(PLD)法也可以作為能量源以代替電子束汽相淀積法。特別地，在采用脈沖激光(PLD)法時(shí)，與電子束相淀積法相比可以得到成分非常均勻的氧化鋁膜。
另外，氧化鋁膜淀積在100℃下進(jìn)行，然而這僅僅是一個(gè)示例。只要溫度在磁性材料居里溫度以下，那么氧化鋁就足夠可以用作磁性材料。
并且，在上面實(shí)施例中，直徑2-3毫米的氧化鋁顆粒只是作為靶體的一個(gè)示例，然而還可以用其他形狀的氧化鋁，因?yàn)檠趸X的物理性能與其外觀形狀沒有太大關(guān)系。
而且，盡管在上述實(shí)施例中以混合磁頭作為示例，本發(fā)明可以用于感應(yīng)薄膜磁頭或非混合磁頭，即單獨(dú)的磁頭。進(jìn)一步，本發(fā)明不僅可以用于MR(磁阻)磁頭也可以用于各種包含多層絕緣膜夾層的讀頭。例如，除了MR頭，還有GMR(巨磁阻磁頭)或旋轉(zhuǎn)閥頭。
第九實(shí)施例迄今為止每一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例都是關(guān)于磁頭的，但是除了磁頭外本發(fā)明還可以用于其他裝置。如果本發(fā)明用于和磁頭一樣需要細(xì)頭部的部件，那么使用本發(fā)明可以獲得相同的效果。作為示例介紹壓電驅(qū)動(dòng)型噴墨打印頭。因此，第九優(yōu)選實(shí)施例是關(guān)于采用本發(fā)明的氧化鋁的噴墨打印頭，下面進(jìn)行描述。
常規(guī)噴墨打印機(jī)的打印頭是通過連接到振動(dòng)板上彈性材料的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，振動(dòng)板從壓力室接收動(dòng)力，打印頭即使在低電壓下也可工作。非常需要打印頭在打印圖形或文本時(shí)更加清晰漂亮，因此為了滿足這種要求，組成微小打印頭的每一部分都應(yīng)該更小。然而，在把氧化鋁用于打印頭驅(qū)動(dòng)部分的壓電振動(dòng)裝置時(shí)，在如此小的打印頭中，氧化鋁的絕緣性能應(yīng)該與常規(guī)打印頭保持同樣高水平并且氧化鋁厚度應(yīng)該比傳統(tǒng)打印頭中的更薄。因此，非常需要打印裝置技術(shù)中絕緣材料有新的發(fā)展以適應(yīng)高絕緣性能和薄厚度的要求。
這種噴墨打印機(jī)的打印頭組成如下。壓力室中一面壁上有一噴嘴，另一面壁上連結(jié)振動(dòng)板。振動(dòng)板由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，因而從位于壓力室內(nèi)的墨盒中噴出很小的墨滴。本發(fā)明的氧化鋁膜可以作為驅(qū)動(dòng)裝置中的絕緣材料，該驅(qū)動(dòng)裝置由預(yù)定電壓激活將動(dòng)力傳遞到振動(dòng)板。這樣可以實(shí)現(xiàn)更小的打印頭并使打印設(shè)備獲得更高的打印質(zhì)量。
圖12所示為整個(gè)噴墨打印頭的整個(gè)結(jié)構(gòu)。如圖12中所示，導(dǎo)引軸3連接到支撐噴墨頭4a(打印頭)的載塊2上。載塊2連接到螺桿4上，螺桿4又連接到馬達(dá)上(馬達(dá)在圖中沒有示出)。載塊2位于滾筒5前面，通過馬達(dá)順時(shí)針或逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)送螺桿4，使載塊2可以與滾筒5平行移動(dòng)(A-B方向)。
打印頭4a以預(yù)定距離面對(duì)滾筒5，多噴嘴開口在打印頭4a頂端成行排列。例如，24個(gè)噴嘴開口排成兩行(圖中噴嘴沒有畫出)。因此，移動(dòng)載塊2，打印頭4a上選中的一個(gè)噴嘴開口將墨滴落到紙張6上，從而通過噴射的墨滴的矩陣點(diǎn)，文本或圖形被打印到紙張6上。
參照?qǐng)D13和14，對(duì)本發(fā)明的第九實(shí)施例說明如下。圖13為第九實(shí)施例中噴墨打印頭側(cè)向截面圖。圖13和14中相同數(shù)字表示相同功能部件。如圖13中所示，打印頭4b包含壓力室40b的噴嘴開口43a，對(duì)面壁上振動(dòng)扳44a緊緊聯(lián)接到彈性材料上，例如用環(huán)氧基樹脂粘接的聚氨酯樹脂。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42a通過金屬絲41將動(dòng)力傳遞到振動(dòng)扳44a。墨47a暫時(shí)存放在壓力室40b中。另一方面，墨47a由墨盒46a通過墨供應(yīng)開口提供。
橡膠彈性板的厚度為100-200微米，彈性系數(shù)調(diào)整在0.01-0.5N/m2范圍內(nèi)。如果采用上述結(jié)構(gòu)，并給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供合適電壓，那么金屬絲15就彎曲從而給振動(dòng)扳44a施加壓力。因而振動(dòng)扳44a就向內(nèi)施加壓力如圖14所示。同時(shí)橡膠彈性板48a也受到壓力從而振動(dòng)板44a進(jìn)一步變形。相應(yīng)地，壓力室40b內(nèi)部產(chǎn)生脈沖型壓力，墨滴47a就從噴嘴開口43a噴射而出。
上面，由于橡膠板48a彈性作用振動(dòng)板44a很容易變形，因而即使在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓力很小的情況下，振動(dòng)板44a也可以發(fā)生足夠變形以可靠地噴射出墨滴47a。
如果將上述打印頭應(yīng)用到噴墨打印機(jī)中，可以獲得可靠的連續(xù)打印。例如，在上述情況下，如果將包含表面張力為52達(dá)因/cm和4cP粘力的黑色著色劑的墨47a用到上述打印頭4b中，在驅(qū)動(dòng)壓力為20V，驅(qū)動(dòng)頻率為3kHz時(shí)，可以可靠地連續(xù)打印。
有時(shí)對(duì)于上述本發(fā)明第九優(yōu)選實(shí)施例中的彈性部分，聚氨酯橡膠板48a也可以用具有彈性和熱粘性的樹脂膜代替。具體地，打印頭4c包含具有噴嘴開口43a的壓力室40c和構(gòu)成對(duì)面壁的具有彈性和熱粘性的振動(dòng)板44a，這些部分通過環(huán)狀的粘性樹脂膜48b如環(huán)氧基樹脂緊緊粘在一起，并經(jīng)過熱退火處理。熱退火在80℃下進(jìn)行1小時(shí)使得熱粘性膜48b可以粘結(jié)在需要放置振動(dòng)板44a的位置。
因此，如上所述，膜48b的彈性很容易改變處于激活狀態(tài)的振動(dòng)板44a，從而墨滴47a可以按照需要噴出。在驅(qū)動(dòng)壓力為25v，驅(qū)動(dòng)周期為3kHz時(shí)，用上述方式制造的打印頭4c的墨滴噴射速度為6m/s。
如上所述，即使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生很小的壓力，振動(dòng)板44a也可以充分變形，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電壓可以設(shè)計(jì)為很小。進(jìn)一步地，在打印頭很小時(shí)，也有很高的可靠性。
盡管上面以聚氨酯橡膠或粘性環(huán)氧基樹脂膜作為彈性部件的示例，也可以用其他材料代替，如苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、丙烯酸橡膠或除了環(huán)氧基樹脂膜外的其他樹脂膜都可用于打印頭。
根據(jù)上述第九優(yōu)選實(shí)施例，由于打印機(jī)構(gòu)即噴墨打印頭被縮小，本發(fā)明氧化鋁膜可以使噴墨打印機(jī)高可靠性的打印出精美準(zhǔn)確的圖像。
進(jìn)一步，可以預(yù)料由于上述鋁膜的良好絕緣性能，在其他技術(shù)領(lǐng)域也可以獲得很好的效果。例如，如果上述氧化鋁作為MOS半導(dǎo)體器件的門絕緣膜，那么即使在門絕緣膜很薄的時(shí)候也可以減小或防止漏泄電流，從而可以縮小器件尺寸，于是得到高可靠性MOS半導(dǎo)體器件。另外，由于氧化鋁的介電常數(shù)大約是氧化硅的兩倍，如果用氧化鋁膜代替氧化硅作為門絕緣層，那么門絕緣膜的厚度可以是常規(guī)氧化鋁門絕緣膜的兩倍。這就是說，本發(fā)明的氧化鋁膜可以使MOS器件比常規(guī)氧化硅門絕緣膜更容易設(shè)計(jì)，而不會(huì)出現(xiàn)漏泄電流。如上所說明，本發(fā)明非常適合高密度的微小MOS器件。進(jìn)一步，如果將上述氧化鋁用作電容器絕緣膜或其他需要可靠絕緣的部件，可以得到與上面所提到的門絕緣膜相同的效果。
本發(fā)明已結(jié)合上述實(shí)施例進(jìn)行了描述。然而，本發(fā)明并不僅限于此，很顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)變更或綜合。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁膜，其中包括作為其附加成分的重量含量為10-30％的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料。
2.一種形成氧化鋁膜的方法，其中包括以氧化鋁作為淀積源材料，用物理汽相淀積法淀積形成膜的步驟，且上述氧化鋁中包含作為附加成分的重量含量為10-30％的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料。
3.如權(quán)利要求2所述的形成氧化鋁膜的方法，其中在所述物理汽相淀積(PVD)過程中重復(fù)進(jìn)行淀積條件的突然改變。
4.一種磁頭，包括其兩端都連接到引線電極上的磁阻裝置、與上述磁阻裝置鄰接設(shè)置的讀間隙層，以及與上述磁阻磁頭鄰接設(shè)置的磁屏蔽層，其中所謂讀間隙層的氧化鋁膜包括作為附加成分的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料。
5.如權(quán)利要求4所述的磁頭，其中所述附加成分重量含量為10-30％。
6.一種制造磁頭的方法，該磁頭包括其兩端都與引線電極相連接的磁阻裝置以及都與該磁阻磁裝置鄰接設(shè)置的讀間隙層和磁屏蔽層，其中包括用物理汽相淀積(PVD)法以氧化鋁為源材料淀積上述讀間隙層的氧化鋁膜的步驟，上述氧化鋁包含作為附加成分的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料。
7.如權(quán)利要求6所述制造磁頭的方法，其中在所述物理汽相淀積(PVD)過程中重復(fù)進(jìn)行淀積條件的突然改變。
8.如權(quán)利要求6或7所述制造磁頭的方法，其中所述附加成分重量含量為10-30％。
9.一種具有磁頭的磁存儲(chǔ)裝置，包括其兩端都連接到引線電極上的磁阻裝置、與磁阻裝置鄰接設(shè)置的讀間隙層、以及與磁阻磁頭鄰接設(shè)置的磁屏蔽層，其中所述讀間隙層的氧化鋁膜由包含作為附加成分的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料。
10.如權(quán)利要求4所述的磁存儲(chǔ)裝置，其中所述附加成分重量含量為10-30％。
11.一種制造具有磁頭的磁存儲(chǔ)裝置的方法，該磁頭包括其兩端都與引線電極相連接的磁阻裝置、以及都與上述磁阻磁裝置鄰接設(shè)置的讀間隙層和磁屏蔽層，其中包括用物理汽相淀積(PVD)法以氧化鋁為源材料淀積形成所述讀間隙層的氧化鋁膜的步驟，該氧化鋁包含作為附加成分的MgO(氧化鎂)、La2O3(氧化鑭)和Y2O3(氧化釔)中的至少一種材料。
12.如權(quán)利要求11所述制造磁存儲(chǔ)裝置的方法，其中所述附加成分重量含量為10-30％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋁膜,該氧化鋁膜包含作為附加成分的MgO(氧化鎂)、La
文檔編號(hào)G11B5/23GK1251934SQ9912153
公開日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1999年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月16日
發(fā)明者井谷司, 小島由紀(jì)子 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社