CN1065645C - 保护膜用材料和具有用该材料形成的保护膜的磁头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保护膜，设置在磁头的滑动面上时，其热膨胀系数、硬度与磁头基板的热膨胀系数、硬度接近，而且是用防水性好、成膜速度快的材料制成。所述保护膜，至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6区域。此区域的原子配置是Ca以八配位与0结合，Mg以六配位与0结合，Si以四配位与0结合。

Description

保护膜用材料和具有用该材料形成的保护膜的磁头
本发明涉及适用于保护膜的材料以及具有用该材料形成的保护膜的磁头。
以往，磁头、薄膜元件等的保护膜是应用薄膜形成技术形成在要保护的元件上。
例如，在已有的感应式磁头中，将保护膜设置在与磁记录介质相滑动的滑动面上以防止由磁心和间隙形成的检测部的磨损。具体地说，是通过溅射等薄膜形成技术将保护膜形成在已沉积有形成磁心的磁性膜和形成间隙的非磁性膜的陶瓷等基板上。
作为用以发挥充分的保护性能所必须的重要条件，这些保护膜要具有如下性能：硬度要高，耐水性要好，与保护对象间的热膨胀系数的差和硬度的差都要小。
例如，将保护膜设置在磁头滑动面上时，希望基板与保护膜的热膨胀系数的差小，硬度与基板的相同，成膜速度快，耐水性好。
迄今为止这种磁头用的保护膜都是应用SiO2玻璃、磷酸玻璃、氧化铝、氧化钽、碳化硅、镁橄榄石等。这些材料已在日本专利特开昭58-26308、61-24007、63 241711和特开平4-344307等公报中公开。
然而，将已有的SiO2玻璃、磷酸玻璃、氧化铝、氧化钽和碳化硅等作为磁头的保护膜使用时，以下三个问题中的任何一个都会出现。
第一个问题是由于基板和保护膜的热膨胀系数之差大，因热过程产生的应力大。这就会使保护膜产生裂缝。
第二个问题是由于基板、磁心、保护膜间的硬度差大，在磨削加工磁头滑动面时，磁头和磁记录介质滑动时，基板、磁心和保护膜间产生不均匀磨损。
第三个问题是用这些材料形成保护膜时，由于成膜时间长，不适于大量生产，也不易降低成本。
将镁橄榄石用作保护膜时，它虽然具有比上述材料有利的热膨胀系数、硬度、成膜速度等特性，但其防水性低，会因磨削工艺时所用的磨削液而变质，因而存在使上述有利的物理特性变坏这样的问题。
本发明的目的是提供一种作为磁头的保护膜使用时其因热过程产生的应力小、能防止滑动面的不均匀磨损，防水性高而且成膜速度快的保护膜，还提供适于构成该保护膜的材料。
为了达到上述目的，按照本发明的第一种状态，用以保护被保护物的保护膜，至少其一部分中包括一个成分CaMgSi2O8区域，上述区域的原子配置是Ca用八配位与O结合，Mg用六配位与O结合，Si用四配位与O结合的保护膜。
而且，为了达到上述目的，按照本发明的第二种状态，作为用以保护被保护物的保护膜，至少其一部分中包括一个成分MgAl2O4区域，上述区域的原子配置是Mg用四配位与O结合，Al用六配位与O结合。
根据上述第一、第二种状态提供的保护膜，按照发明者们的实验，具有防水性高而且成膜速度快这样的特性。而且这些保护膜具有与通常作为磁头主体广泛应用的材料相近的热膨胀系数和硬度特性。
因而，通过将这些保护膜设置到磁头的滑动面上，不会发生保护膜电裂、膜剥落等，而且能防止不均匀磨损。还由于保护膜的防水性高，所以在使用水系溶剂进行滑动面的研磨加工时，保护膜也很少变坏。而且由于成膜速度快，能降低磁头的制造成本。
下面将参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1A是表示本发明的第一实施例的磁头结构的透视图。
图1B是表示本发明的第一实施例的磁头结构的俯视图。
图2是制造图1中的磁头使用的溅射装置的说明图。
图3表示图1磁头保护膜5所包括的微原子团结构。
图中八面体A的中心为Ca原子、各顶点为O原子。六面体B的中心为Mg原子、各顶点为O原子。四面体C的中心为Si原子、各顶点为O原子。
图4是表示图1的磁头保护膜5中的Ca原子的X射线吸收光谱的曲线图。
图5是表示图1的磁头保护膜5中的Si原子的X射线吸收光谱的曲线图。
图6是表示图1的磁头保护膜5中的Ca原子的径向分布的曲线图。
图7是表示图1的磁头保护膜5中的Si原子的径向分布的曲线图。
图8是表示通过热处理图1的磁头保护膜5提供的膜的X射线衍射特性的曲线图。
图9A-图9F是表示图1的磁头制造工艺的说明图。
图10是表示本发明的第二实施例的磁头保护膜5中的Mg原子的X射线吸收光谱的曲线图。
图11是表示本发明的第二实施例的磁头保护膜5中的Al原子的X射线吸收光谱的曲线图。
较12是表示本发明的第二实施例的磁头保护膜5中的Mg原子的径向分布的曲线图。
图13是表示本发明的第二实施例的磁头保护膜5中的Al原子的径向分布的曲线图。
图14是表示在Mg2SiO4成分中含岛状硅酸盐型结构的微原子团的膜中的Si原子的X射线吸收光谱的曲线图。
图15是表示在Mg2SiO4成分中含岛状硅酸盐形结构的微原子团的膜中的Mg原子的X射线吸收光谱的曲线图。
图16是在MgSiO4成分中含岛状硅酸盐型结构的微原子团的膜中的Mg原子的径向分布的曲线图。
图17是在Mg2SiO4成分中含岛状硅酸盐型结构的微原子团的膜中的Si原子的径向分布的曲线图。
图18是按照本发明第三实施例通过热处理磁头保护膜5而得到的膜的X射线衍射特性的曲线图。
图19是按照本发明第四实施例通过热处理磁头保护膜5而得到的膜的X射线衍射特性的曲线图。
图20是按照本发明第二实施例通过热处理磁头保护膜5而得到的膜的X射线衍射特性的曲线图。
图21是本发明的第二实施例的保护膜5中所含的微原子团结构的说明图。
图22表示本发明第三实施例保护膜5中所含微原子团结构。其中，八面体M1和M2的中心为Mg原子，各顶点为O原子。四面体M3的中心为Si原子，各顶点为O原子。
图23A-图23C是本发明的第三实施例的保护膜5中的Si原子的径向分布的说明图。
图24A-图24C是本发明第四实施例的保护膜5中的Mg原子的径向分布的说明图。
图25是表示本发明第五实施例的薄膜磁头结构的剖视图。
图26是表示本发明第六实施例的薄膜电阻器的结构的剖视图。
图27是本发明第七实施例的热敏印刷头的说明图。
图28是本发明的第八实施例的电路基板的说明图。
图29是本发明第九实施例的强电介质存储器的剖视图。
图30是表示本发明第十实施例的液晶显示器的结构的剖视图。
图31是表示本发明的记录和重放装置的一实施例的结构的方框图。
图32是图31的记录和重放装置的旋转磁头装置的剖视图。
图33是图31的记录和重放装置的旋转磁头装置的透视图。
首先用图31说明配置有本发明的磁头的记录和重放装置的结构。本实施例的记录和重放装置201包括使磁带204沿规定移动路线移动进行记录／重放的记录和重放机构部202和控制记录和重放机构部202的各机构动作的驱动用微机208。此驱动用微机208与控制用微机207连接并被其控制。
记录和重放装置201还配置有用以使记录信号传输到记录和重放机构部202或从其中传送出的记录电路210和接收记录重放机构部202的重放信号的重放电路209。外部的主计算机205经接口206连接到控制用微机207。重放电路209连接到控制用微机207和接口206。记录电路210连接到控制用微机207。
下面说明本实施例的记录和重放装置201的工作。
主计算机205通过接口206将要记录的数据输送到控制用微机207。该控制用微机207将数据送到记录电路210并使之记录到磁带204上。同时，用重放电路209使已记录的数据重放，然后将其取出并进行数据验证，如产生误差时，使其再次记录数据。
再说明记录和重放机构部202的结构。
记录和重放装置201配备有装有磁头203a、203b、203c、203d的旋转磁头装置213。磁头203a、203b配置成相同的＂+＂方位角结构，磁头203c、203d配置成相同的＂-＂方位角结构。磁头203a、203c如图31所示那样，连接到记录电路210。而磁头203b、203d连接到重放电路209。
记录和重放机构部202上还配置有用以使盒式磁带214的供带侧磁带盘253旋转的供带侧磁带盘马达251，和用以使卷带侧磁带盘254旋转的卷带侧磁带盘马达252。磁带盘马达251、252连接到驱动用微机208上。
在盒式磁带214和旋转磁头装置213之间依次设置有导辊222、203，所说的导辊222、203用以沿规定的移动路线导引从供带侧磁带盘253引出的磁带204并使其卷装到旋转磁头装置213上。
下面将对记录和重放机构部202的工作进行说明。
旋转磁头装置213用滚筒式马达90驱动，向图31所示的A方向旋转。滚筒式马达90利用驱动用微机208控制。磁带204用旋转磁头装置213的磁头203a、203c记录，而用磁头203b、203d重放。
用图32、图33对旋转磁头装置213的结构进一步进行说明。此旋转磁头装置具有使磁头在用以卷装磁带204的上下固定滚筒之间旋转的结构。
图32示出旋转磁头装置213的剖示图。如图32所示，旋转磁头装置213配备有顺次重叠配置的下固定滚筒24、中旋转滚筒86、上固定滚筒85。在下固定滚筒24上，二个轴承28压入其中心部。而旋转变压器的定子36固定在下固定滚筒24上。旋转轴29用二个轴承28轴支承。
如图31所示，四个磁头203a、203b、203c、203d固定在中旋转滚筒86的外周部。此中旋转滚筒86又与圆盘38连结。旋转轴29压入圆盘38。旋转变压器的转子35固定在圆盘38上。旋转轴29的一端固定在马达90上，圆盘38和中旋转滚筒86用马达90驱动旋转。还将用以使旋转变压器的转子35和磁头203a等进行电连接的图中未示出的基板固定在中旋转滚筒86上。
马达90使中旋转滚筒86旋转。由此，安装在中旋转滚筒86上的磁头203a等扫描卷装在上、下固定滚筒85、24上的磁带进行记录和重放。
首先，作为本发明的第一实施例，对作为上述记录和重放装置的磁头203a、203b、203c、203d使用的，其滑动面上设置有保护膜的磁头进行说明。
第一实施例的磁头是利用薄膜组成物形成的磁头。如图1(a)所示，挟着间隔膜4配置的一对磁心2用基板1夹持支承。在滑动面101上露出磁心2和间隔膜4的断面，构成用以检测磁记录介质的磁性的检测部102。一对保护膜5埋设在滑动面101上以挟持检测部102。因而在滑动面101上露出一部分基板1、检测部102和保护膜5。滑动面101通过研磨加工成曲面状。在磁头的侧面露出磁心2、间隔膜4、为制造方便而配置的非磁性埋置材料3。
在本实施例中，使用非磁性铁酸盐系列陶瓷的(Mn、Zn)Fe2O4基板作为基板1。但是(Mn，Zn)Fe2O4是将Fe3O4中的一个铁置换成Mn或Zn的材料。而且(Mn Zn)Fe2O4包括Mn和Zn两者。磁心2用Co系列(例如CoNbZr系列)的非晶质合金形成。非磁性埋置材料3和间隔膜4用SiO2、Al2O3等非磁性材料形成。磁心2不限于Co系列(例如CoNbZr系列)非晶质合金，也可以用Fe系列非晶质或结晶质合金，仙台铁硅铝磁性合金，坡莫合金等形成。
对保护膜5进行说明。
保护膜5是包含Ca、Mg、Si、O等的膜。而且保护膜5包括成分CaMgSi2O6的微小区域。此区域的原子配置如图3所示是链硅酸盐型结构。此微小区域的直径是约1-10nm。通常，成分为CaMgSi2O6，结构为链硅酸盐型的结晶叫作透辉石结晶。但本实施例的保护膜5，因为用X射线衍射法测定未观察到表示结晶的衍射线，所以保护膜5整体都是非晶质，上述区域是几乎不能称作透辉石结晶的小的区域。
因而在本实施例中将此区域称作微原子团。
用图3进一步说明保护膜5中所含的微原子团111的结构。如图3所示，微原子团111是链硅酸盐型的原子配置。各Si用四个O包围(四配位)。各Ca用八个O包围(八配位)。各Mg用六个O包围(六配位)。SiO4四面体结合成锁状，此SiO4四面体之间配置着Ca和Mg。
下面说明图1所示磁头的制造方法。
首先，如图9A所示，准备已形成多个V形槽的基板1，在此V形槽内壁的一方形成磁心2的膜。再用非磁性埋置材料3充填此V形槽(图9B)。在此基板1上形成间隔膜4，借助此间隔膜4与已成为图9B状态的另一基板贴合并使V形槽相互错开(图9C)。
下面沿每个V形槽切断已粘合的二张基板1(图9D)，开一个用来包围线圈的贯通孔104。再在滑动面101的两端部设置凹部以便挟持检测部102(图9E)，形成保护膜5以充填凹部(图9F)。进而用分散在水系溶剂中的磨料研磨滑动面101，将其研磨成图1A所示的曲面形状，也同时切削加工基板1的侧面成所需的形状。将线圈包围在贯通孔104中，加工成磁头。
对多膜的成膜方法进行说明。
磁心2，非磁性埋置材料3，间隔膜4和保护膜5分别用溅射法成膜。
在这些成膜中所用的溅射装置如图2所示，是如此构成的，即将基板1配置在真空槽6内并使其与靶7相对，将供应直流或交流，特别是高频电力的电源103连接到靶7。将用以冷却基板1的水冷装置安装在支承基板1的架子上，图中未绘出。向真空槽6内供给氩气作为溅射气体。因此，靶7的材料分解成原子飞溅出来堆积在基板1上形成膜。
磁心2、非磁性埋置材料3和间隔膜4由磁头所用一般材料构成，其成膜条件也已公知，所以成膜方法就不再赘述。
下面说明保护膜5的成膜方法。
使用透辉石(成分CaMgSi2O6)的多晶烧结体作为靶7，在溅射功率650W，氩气压0．15巴的条件下，用上述溅射装置，一边使基板1水冷，一边进行保护膜5的溅射成膜。在此条件下的成膜速度是1．5μm／时，与成膜氧化铝相比，能获得三倍以上的成膜速度。
用荧光X射线分析法分析保护膜5的整体平均成分时，大体为Ca1．1Mg0．9Si2O6。使用以同样条件成膜的约50μm，100mm×100mm的试料来测定保护膜5的热膨胀系数，维氏硬度。结果是保护膜5的热膨胀系数是110×10-7。／℃，维氏硬度是700-750／mm2，获得与基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的热膨胀系数115×10-7／℃，维氏硬度650／mm2，非常接近的值。
下面分析用上述条件形成的保护膜5的结构。
通常，在薄膜中包含结晶时，一旦使用X射线，电子束衍射法进行测试，就能大体判断出结晶的平均粒径和结晶化的状态。由于在使因原子而散乱的相位一致时，X射线电子束的衍射按下面的(1)式所示的Bragg法则发生，所以能用特定的原子面间隔d推测出尖峰状的衍射强度。这里θ是衍射角，λ是X射线电子束的波长。
2d．sinθ=λ．．．．．(1)
X射线衍射的峰值幅度与引起衍射的结晶粒的平均粒径η的关系如(2)式所示。
η=(λ·tanθ)／(0．9·Δθ)．．．．．．(2)
结晶化的程度变低后，由于结晶粒的平均粒径变小，衍射强度的波峰宽度变宽。
通常，薄膜为非晶质物质时，进行X射线吸收微细结构(X-rayAbsorption Fine Structure，下面缩写为XAFS)分析法，可知能求出以所看见的原子为中心的原子水平的结构。所谓XAFS分析法是使X射线照射到物质上，测定X射线吸收光谱，通过分析此X射线吸收光谱的形状来求得物质的原子水平的结构的方法。一旦将X射线照射到物质上，激励原子的内层电子使光电子飞出，飞出的光电子波向周围的原子散射，与原来的光电子波干涉。此干涉影响X射线吸收率。通过选择激发原子的X射线的能量能获得任意元素的周围结构信息。具体地说，由X射线吸收光谱的振动周期可测知原子间距高，由振动幅度可得到配位数的信息。
关于此XAFS，例如已在日本物理学会志第34卷第7号(1979)，589-598页，和フイジカルレビエ-誌(Physical Review B)Vol．
11．No．8(1975)PP2795-2811中公开。
用X射线衍射法测定上述保护膜5的试料后，由于未观测到衍射峰值，就再用上述XAFS分析法分析其结构。但是，在X射线衍射法和XAFS分析法的测定中所用的试料是在与上述保护膜相同的成膜条件下成膜在非磁性基板上的膜。
将本实施例的XAFS测定的结果示于图4和图5。图4是为了分析Ca原子的周围结构，在Ca的K-X射线吸收端附近测定的X射线吸收光谱。而图5是为了分析Si原子的周围结构，在Si的K-X射线吸收端附近测定的X射线吸收光谱。但是，所谓X射线吸收端，是在X射线吸收光谱中，将X射线能量减少时吸收率急剧减少的波长处。X射线吸收端分别出现在原子的K层、 L层等，图4、图5是激发K层电子时出现在吸收端附近的吸收光谱。
根据图4、图5的X射线吸收光谱的振动周期，振动振幅进行保护膜5的试料的原子水平结构分析。用图6和图7对其说明。
图6是以由图4求得的Ca为中心的径向分布函数。用此径向分布函数，从其径向分布或原子间距离可知，Ca原子用八配位与氧结合。
另一方面，图7是以由图5求得的Si原子为中心的径向分布。根据此径向分布函数，由其径向分布或原子间距离可知，Si原子以四配位与氧结合，而且SiO4四面体呈锁状。
由这些分析结果可知，在本实施例的保护膜5的试料上存在CaMgSi2O6成分的链硅酸盐型结构的区域，该区域的直径为1-10nm。
将本实施例的保护膜5的试料在80℃的热水中浸渍10小时，然后用X射线衍射法，XAFS分析法分析其结构。结果，其结构与用热水处理前几乎不变，而且热膨胀系数，硬度也与用热水处理前几乎不变。这表明此保护膜5有良好的防水性。
进而将保护膜5的试料在700℃加热1小时，再进行上述的X射线衍射测定，如图8所示，在d=0．30nm，0．25nm和0．16nm附近观察到表示结晶的衍射线。由此可知存在平均粒径50-100nm左右的透辉石结晶粒。
似这样，第一实施例的磁头，由于使用热膨胀系数与基板1接近的保护膜5，所以不必耽心保护膜5会因热过程产生膜崩落、裂纹。还因为保护膜5的硬度与基板1接近，滑动面101不会发生不均匀磨损。而且由于保护膜5的防水性高，所以即使使用分散在水系溶剂中的磨料来研磨滑动面101，保护膜5也不会变质。因而，本实施例的磁头，其滑动面的耐磨损特性好，在长时间的使用过程中都能维持稳定的记录和重放特性。
本实施例的保护膜5的成膜速度由于比已往的氧化铝等保护材料快，所以本实施例的磁头有良好的大量生产的特性，能用低成本生产。
像上述说明那样，尽管在上述的实施例中，是用CaMgSi2O6成分，使用其原子配置为链硅酸盐型结构的含微原子团的非晶质保护膜5，但不限于此，使用含透辉石结晶粒的保护膜5也能获得同样的效果。作为含结晶粒的保护膜5的形成方法，如上述图8所示，能通过将含微原子团的保护膜5进行热处理形成。
当然也可以整体都使用透辉石结晶的保护膜5。这时，保护膜5整体既可以是透辉石单结晶，也可以是多结晶。
使保护膜5的成膜条件在如下范围内变化时，即溅射功率为300-1000W，氩气压强0．01-2．0巴，则保护膜5的结构和组分不变，热膨胀系数也在105-113×10-7／℃范围内，维氏硬度在650-800／mm2范围内。
使用在CaxMg2-xSi2O6(0．7≤x≤1．3)的成分范围变化其成分的多结晶烧结体靶作为靶7进行保护膜5的成膜时，尽管由于靶的成分使保护膜5的平均成分变化，但其热膨胀系数和维氏硬度与使用CaMgSi2O6多结晶烧结体靶7时大体是相同的。
作为用来使保护膜5成膜的靶7，可以使用将CaO、MgO、SiO2组成的材料按面积比1∶1∶2露出在靶表面上的靶。这时，能通过改变露出靶表面的材料的面积比控制保护膜5的组成。可以通过使用将其表面分离成CaO、MgO、SiO2等成分区域的靶，或者使用通过将CaO、MgO和SiO2组成物研成粉末并将其混合和烧结来制造靶组成物而提供的靶对各材料露出面积进行控制。
下面对本发明第二实施例的磁头进行说明。
本实施例的磁头用包含Mg、Al、O的膜作为保护膜5。而且保护膜包含微原子团，此微原子团为成分MgAl2O4，原子配置为尖晶石型结构。磁头的其它结构由于与第一实施例的磁头相同不另说明。
第二实施例的保护膜5使用尖晶石成分MgAl2O4的靶，与第一实施例相同，用溅射法成膜。
该第二实施例的保护膜5，其热膨胀系数是80×10-7／℃，维氏硬度是1000-1150／mm2，而与基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的热膨胀系数115×10-7／℃，维氏硬度650／mm2的值接近。
应用图21对在第二实施例的保护膜5中所包含的尖晶石型结构的微原子团的构造进一步进行说明。如图21所示，微原子团是尖晶石型原子装置。Al被六个O包围(六配位)。Mg被四个O包围(四配位)。
当用X射线衍射法检测此第二实施例的保护膜5而未观察到衍射线时，就再用XAFS分析法分析第二实施例的保护膜5的结构。
图10示出为分析Mg原子的周围结构在Mg的K-X射线吸收端附近测得的X射线吸收光谱。分析此图10的X射线吸收光谱，将以Mg原子为中心的径向分布的分析结果示于图12。由图12的径向分布可知，在第二实施例的保护膜5中，Mg是用四配位与氧结合。
图11示出为分析Al原子的周围结构在Al的K-X射线吸收端附近测得的X射线吸收光谱。分析此图11的X射线吸收光谱，将以Al原子为中心的径向分布的分析结果示于图13。从图13的径向分布可知，在第二实施例的保护膜5中，Al是用六配位与氧结合。
由此结果可确知，在第二实施例的保护膜5中存在成分为MgAl2O4的尖晶石型结构的微原子团。
对第二实施例的保护膜5进行热处理，再用X射线衍射法分析时，如图20所示，可得到代表成分为MgAl2O4的图21所示结构的结晶粒的衍射线。从而可知，由于热处理，使微原子团成长成为结晶粒。此经热处理的第二实施例的保护膜5的热膨胀系数和维氏硬度，与热处理前几乎不变。因经热处理的第二实施例的保护膜5的热膨胀系数和维氏硬度与磁头基板的接近，所以也能用作磁头的保护膜。
这样以来，第二实施例的磁头，由于使用热膨胀系数与基板1近似的保护膜5，因而不必耽心保护膜5会因热过程而使膜崩落和龟裂。还由于保护膜5的硬度与基板1接近，不会发生滑动面101不均匀磨损。因而本实施例的磁头其滑动面的耐磨损特性好，在长时间使用过程中能维持稳定的记录重放特性。
下面说明本发明第三实施例的磁头。
本实施例的磁头使用包含Ca、Mg、Si、O的膜作为保护膜5。而且保护膜5包含二种微原子团。一种微原子团是成分为CaMgSi2O6，原子配置为链硅酸盐型结构。另一种微原子团是成分为Mg2SiO4，原子配置为岛状硅酸盐型结构。由于磁头的其它结构与第一实施例中的磁头结构相同不另说明。
第三实施例的保护膜5使用将透辉石(成分CaMgSiO6)和镁橄榄石(成分Mg2SiO4)混合，烧结制成的靶，与第二实施例一样，用溅射法成膜。
此第三实施例的保护膜5的热膨胀系数为105-110×10-7／℃，维氏硬度为700-900／mm2，获得与基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的热膨胀系数115×10-7／℃，维氏硬度650／mm2相接近的值。通过调整膜中所含的CaMgSi2O6成分的微原子团和Mg2SiO4成分的微原子团的比率，使热膨胀系数和硬度变化。膜中所含的CaMgSi2O6成分的微原子团多，热膨胀系数接近105×10-7／℃，维氏硬度接近700／mm2，反之，Mg2SiO4成分的微原子团多，热膨胀系数接近110×10-7／℃，维氏硬度接近850-900／mm2。
在第三实施例的保护膜5中所包含的链硅酸盐型的微原子团的结构与第一实施例一样，如图3所示，Si用四个O包围(四配位)。Ca用八个O包围(八配位)。Mg用六个O包围(六配位)。而且岛状硅酸盐型的微原子团如图22所示，Mg用六个O包围(六配位)。Si用四个O包围(四配位)。
此第三实施例的保护膜5能用以下所说的方法来确认结构。
首先，在用X射线衍射法测定热处理第三实施例的保护膜5所得到的膜时，得到图18所示这样的衍射线。在图18的衍射线上确认包括含图8所示的透辉石结晶粒的膜的X射线衍射线，如含镁橄榄石结晶(成分Mg2SiO4岛状硅酸盐型结构的结晶)粒的膜的X射线衍射线。因而在已热处理过的保护膜5上能确认混合存在上述微原子团生长成的二种结晶粒。由于此热处理过的保护膜5的热膨胀系数和硬度与热处理前几乎不变化，当然也能将已热处理过的保护膜5用于磁头。
当用X射线衍射法测定第三实施例的保护膜5不能确认衍射线时，能用XAFS分析法确认其结构。
第三实施例的保护膜5的两种微原子团，其Si原子和Mg原子的原子间距离，Si原子和O原子的原子间距离是不同的。因而，含上述二种微原子团的膜中的Si的径向分布如图23(C)所示，是将只含CaMgSi2O6的微原子团的膜中的Si的径向分布曲线(图23(a))，和只含Mg2SiO4的微原子团的膜中的Si的径向分布曲线(图23(b))加在一起而成的曲线。因此，通过第三实施例的保护膜5的XAFS分析，通过数值分析Si的径向分布能确认包括二种微原子团。
图23A的只包含CaMgSi2O6的微原子团的膜中的Si的径向分布的详情与前图7所示的径向分布相同。图23B的只含Mg2SiO4的微原子团的膜中的Si的径向分布示于图17。如图17所示，Mg2SiO4的Si的径向分布的峰值在0．16nm处出现，而如图7所示CaMgSi2O6的Si的径向分布的峰值除在0．16nm处出现外，在0．30nm处也明显地出现。像第三实施例的保护膜5那样，在两种微原子团混合存在时，其径向分布是将两种微原子团的径向分布加到一起而成。因此，通过数值分析将两种微原子团分离，就能确认两种微原子团的混合比率。
图16示出只含Mg2SiO4的微原子团的膜中的Mg的径向分布。由图16可知，Mg2SiO4的微原子团的Mg以六配位与氧结合。但是，由于CaMgSi2O6的微原子团的Mg也以六配位与氧结合，所以由Mg的径向分布来确认第三实施例的保护膜5的两种微原子团的存在是困难的。图14、图15是成为求图16、图17的径向分布的基础的X射线吸收光谱。
这样以来，第三实施例的磁头，由于使用热膨胀系数与基板1接近的保护膜5，所以不必顾虑保护膜5会因热过程而发生膜脱落和龟裂。还由于保护膜5的硬度与基板1接近，所以滑动面101不会发生不均匀磨损。因而本实施例的磁头，其滑动面的耐磨损特性好，长时间使用也能保持稳定的记录和重放特性。
下面说明本发明第四实施例的磁头。
本实施例的磁头使用含Mg，Al，Si，O的膜作为保护膜5。而且保护膜5含两种微原子团。一种微原子团是成分为MgAl2O4，原子配置为尖晶石型的结构。另一种微原子团成分是Mg2SiO4，原子配置是岛状硅酸盐型的结构。由于磁头的其他结构与第一实施例的磁头相同，不另说明。
第四实施例的保护膜5使用将光晶石(成分MgAl2O4)和镁橄榄石(成分Mg2SiO4)混合后烧结而成的靶，与第一实施例相同，用溅射法成膜。
此第四实施例的保护膜5的热膨胀系数为80-110×10-7／℃，维氏硬度为850-1150／mm2，获得了与基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的热膨胀系数115×10-7／℃，维氏硬度650／mm2相接近的值。通过调整保护膜中所含的成分MgAl2O4的微原子团和成分Mg2SiO4的微原子团的比率来改变保护膜的热膨胀系数和硬度。保护膜中所含的成分MgAl2O4的微原子团多，热膨胀系数靠近80×10-7／℃，维氏硬度靠近1000-1150／mm2，反之，成分Mg2SiO4的微原子团多，热膨胀系数靠近110×10-7／℃，维氏硬度靠近850-900／mm2。
第四实施例的保护膜5中所含的尖晶石型的微原子团结构与第二实施例相同，如图21所示，Mg用四个O包围(四配位)。Al用六个O包围(六配位)。岛状硅酸盐型微原子团如图22所示，Mg用六个O包围(六配位)。Si用四个O包围(四配位)。
此第四实施例的保护膜5能用以下的方法确认其结构。
首先，用X射线衍射法测定热处理第四实施例的保护膜5所得到的膜时能得到图19所示的衍射线。在图19的衍射线上，确认含图20所示的尖晶石结晶粒的膜的衍射线，和表示镁橄榄石结晶(成分为Mg2SiO4，岛状硅酸盐型的结晶)粒的衍射线。因而能确认在热处理过的保护膜5上混合存在上述微原子团生长成的二种结晶粒。由于此热处理过的保护膜5的热膨胀系数和硬度几乎与热处理前无变化，当然也能将热处理过的保护膜5用于磁头上。
在用X射线衍射法测定第四实施例的保护膜5看不到衍射线时，能用XAFS分析法确认其结构。
第四实施例的保护膜5的二种微原子团，如上所述，包围Mg原子的O原子的配位数不同。包含上述二种微原子团的膜中的Mg的径向分布如图24C所示，是将只含MgAl2O4的微原子团的膜中的Mg的径向分布曲线(图24A)，和只含Mg2SiO4的微原子团的膜中的Mg的径向分布曲线(图24B)加在一起而成的曲线。因此，通过第四实施例的保护膜5的XAFS分析，通过分析Mg的径向分布曲线，能确认包括两种微原子团。
图24A的只包含MgAl2O4的微原子团的膜中的Mg的径向分布的详情与以前图12所示的径向分布相同。图24B的只含Mg2SiO4的微原子团的膜中的Mg的径向分布已示于图16中。图16的Mg2SiO4的Mg的径向分布的峰值位置与图12的MgAl2O4的Mg的径向分布的峰值位置不同。含两种微原子团的膜中的Mg的径向分布有二个峰值。因而，通过第四实施例的保护膜5的Mg的径向分布的峰值数能确认存在二种微原子团，进而通过对峰值的精确地数值分析，能确认两种微原子团的比率。
似这样，第四实施例的磁头，由于使用热膨胀系数接近基板1的保护膜5，所以不必耽心保护膜5会发生因热过程而使膜脱落和龟裂。还因为保护膜5的硬度也接近基板1，所以滑动面101不会发生不均匀磨损。所以，本实施例的磁头，其滑动面的耐磨损特性好，即使长时间使用也能维持稳定的记录再生特性。
在上述第一到第四实施例的磁头中，如果要求进一步提高滑动面101的硬度，则通过将SiO2，AlO2O3这样的高硬度材料膜成膜在该保护膜上就能达到目的。由于这样的高硬度材料其热膨胀系数达1-70×10-7／℃，与基板1，磁心2的磁性薄膜的热膨胀系数的差别大，以往做成这样结构时，存在高硬度材料上产生龟裂等问题而不能使用。然而，通过使用将上述实施例保护膜的材料膜和此高硬度材料的膜做成多层膜或成分逐渐变化的膜形成滑动面101表面的结构，能防止龟裂，从而能制成具有高硬度耐磨损的滑动面的磁头。
而且，将第一至第四实施例的保护膜5用作磁记录用磁头的保护膜，能制成磁盘，高密度记录用磁带录音机等磁记录装置。通过使用本实施例的保护膜5，能取得使这些记录部分的寿命提高的效果。
进而还能将第一至第四实施例的保护膜5的材料用作磁记录用磁头的非磁性基板1的材料，非磁性埋置材料3，磁心2的间隔膜4的材料，能制成VTR，磁盘等磁记录装置。使用本实施例的材料能制成具有耐高温和防水性的基板1，非磁性埋置材料3，间隔膜4。同时，通过用本实施例的膜形成保护膜5，由于基板1，非磁性埋置材料3，间隔膜4与保护膜5用相同材料制成，所以可消除因物理特性不同产生应力等问题。
由于第一至第四实施例保护膜5的材料具有绝缘性，将此材料用作绝缘膜，能制成薄膜电阻器，电路基板，电极基片等。由于保护膜5的材料与基板的热膨胀系数的差异小，所以能抑制在该绝缘膜上形成的导体电路的剥离。下面将进一步对此进行说明。
用图25说明将第一至第四实施例的保护膜5用作薄膜磁头的保护膜的实例，作为本发明的第五实施例。
如图25所示，第五实施例的薄膜磁头是在非磁性基板21上面顺次沉积上下部磁心膜22，上部磁心膜26，保护膜27构成。在朝向滑动面201的部分上，间隔膜23配置在下部磁心膜22和上部磁心膜26之间。用绝缘材料膜24包围的多条信号线圈线膜配置在间隔膜23和上部磁心膜26之间。
基板21由与制成第一实施例的基板1的材料相同的材料制成。上部磁心膜26和下部磁心膜22用磁性材料形成。保护膜27用与第一实施例的保护膜5相同的材料形成。
保护膜27从上面保护上部磁心膜26。保护膜27还防止滑动面201的磨损。像第一实施例那样，由于保护膜27有与基板21相同程度的维氏硬度，能防止滑动面201的不均匀磨损。因而图25的薄膜磁头在长时间的使用过程中都能提供稳定的记录和重放特性。
下面，利用图26对本发明第六实施例的薄膜电阻器进行说明。
第六实施例的薄膜电阻器是将热硬化性树脂薄膜32、金属电阻体薄膜33顺次沉积在陶瓷基体31的周围。然后再将金属间隔膜34沉积到金属电阻体膜33两端，将导线35分别连接到金属间隔膜34上。随后再将其整体用绝缘膜36覆盖。在本实施例中是用第一实施例所示的保护膜5的材料形成绝缘膜36。
对图26的薄膜电阻器的工作进行简单地说明。由一方的引线35供给的电流通过金属间隔膜34，流过大电阻的金属电阻体薄膜33，再由另一方的金属间隔膜34，由引线35流到外部的电路。因而，图26的薄膜电阻器，因其金属电阻体薄膜33的电阻值大，所以呈现大的电阻值。当过电流流过电阻体薄膜33时，热硬化性树脂薄膜32会因电阻体薄膜33发热而膨胀，使电阻体薄膜33断裂开。
绝缘膜36的材料如在第一实施例中所示，由于防水性高，而且能耐受700℃以上的高温热处理，所以能使在内部电阻体薄膜33中流动的电流高可靠地与外部绝缘。由于绝缘膜36能借助薄膜形成技术以高的成膜速度容易地形成，所以能以低的成本制造薄膜电阻器。
下面利用图27对热敏印刷头进行说明，作为本发明的第七实施例。
如图27所示，本实施例的热敏印刷头包括：设置有发热电路的集成电路42，用以将电信号传送到集成电路42的导电膜片43，将电信号传送到导电膜片43上的电路基板45。电路基板45是将用印刷形成的信号线层44设置在基板41上而构成。
在本实施例中，是用第一实施例中所示的保护膜5的材料来形成基板41。如在第一实施例中所述，由于保护膜5的材料具有很高的防水性，所以即使在形成信号线层44时实施了物理的和科学的洗涤，其结构也是稳定的，基板41也不会变坏。因而能提供高可靠性的基板，也使热敏印刷头的可靠性提高。
应用图28说明本发明第八实施例的电路基板。
如图28所示，电路基板是在基片51的两面上设置陶瓷薄膜52，再将导体电路层53配置在上侧的陶瓷薄膜52上而制成。随后将半导体芯片54放置到导体电路层53上。信号经由导体电路层53输入到半导体芯片54或由该芯片54输出。
在本实施例中，使用第一实施例所示的保护膜5的材料膜作为陶瓷薄膜52。如已说明那样由于此膜防水性好，所以能保护基片51不受潮，防止基片51的伸缩，翘曲，因则能保持导体电路层53的可靠性。
用图29说明本发明第九实施例的强电介质存储器。
图29的强电介质存储器包括：强电介质层62，与其邻接的半导体层67，设置在这两层界面上的半导体层67侧的源极膜64和漏极膜63。栅极膜66通过栅绝缘膜65设置在半导体层67上。栅极膜61设置在电介质层62的下面。
在栅极61、66间加上电压后，在半导体层67的栅绝缘膜65侧形成传导电子密度增加的沟道层。电介质层62，其半导体层67侧极化成负，其栅极膜61侧极化成正。
在此状态下，在源极层64和漏极膜63之间加上电压后，漏极电流通过沟通层流通。
由于将栅极膜61、66间的电压断开后，载流子层消失，电介质层62保持极化状态，电介质层62的界面部的电荷移动，源极膜64和漏极膜63之间的漏极电流通过电介质层62流通。
因而，如果加上栅极电压，输入信息，然后再断开栅极电压，则该电介质存储器能够保持该信息。
在本实施例中，第一实施例保护膜5的介电常数约为8，利用这种性质，用此材料制成图29的电介质存储器。
对使用薄膜晶体管的液晶显示器进行说明作为本发明的第十实施例。
如图30所示，透射型液晶显示器是由玻璃基板72、偏光板71、彩色滤光层80、透明电极77、液晶79等构成，薄膜晶体管作为其驱动电路安装在其内部。薄膜晶体管是由绝缘层78、信号电极层76、半导体层75、栅极绝缘层74和栅极膜73构成。
因为含上述实施例所示的透辉石的链硅酸盐是绝缘的，通过用这种材料形成绝缘层78，能制成使用这种材料的液晶显示器。
如上所述，本发明的保护膜材料，其热膨胀系数、硬度与磁头基板的热膨胀系数、硬度非常接近，而且保护膜的防水性好，成膜速度快。因而，与已有技术相比能提供性能优良、生产性好的磁头，其工业生产的价值很高。

Claims (16)

1．一种用于磁头的保护膜的非晶质材料，其特征在于，至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6的区域，上述区域的原子配置是Ca以八配位与O结合，Mg以六配位与氧结合，Si以四配位与O结合。
2．按照权利要求1所述的非晶质材料，其特征在于，它还包括成分Mg2SiO4的区域，上述成分Mg2SiO4区域的原子配置是Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
3．一种用于磁头的保护膜，其特征在于，至少其一部分包括成分CaMgSi2O6区域，所述区域的原子配置是Ca以八配位与O结合，Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
4．按照权利要求3所述的保护膜，其特征在于，它还包括成分Mg2SiO4区域，上述成分Mg2SiO4区域的原子配置是Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
5．按照权利要求3所述的保护膜，其特征在于，所述区域是链状硅酸盐形的结构。
6．按照权利要求4所述的保护膜，其特征在于，所述成分MgSiO4区域是岛状硅酸盐型的结构。
7．按照权利要求3所述的保护膜，其特征在于，所述保护膜整体是非晶质。
8．按照权利要求3所述的保护膜，其特征在于，所述区域是结晶体。
9．一种磁头，其特征在于，它包括：其物理量随记录介质的磁化而变化的磁性体部；将上述磁性体部物理量的变化变换成电信号的变换器；支承上述磁性体部和变换器的基体；在与上述基体的记录介质相对面的至少一部分设置的保护膜；所述保护膜至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6区域，上述区域的原子配置是Ca以八配位与O结合，Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
10．按照权利要求9所述的磁头，其特征在于，所述保护膜还包括成分Mg2SiO4区域，上述成分Mg2SiO4区域的原子配置是Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
11．按照权利要求9所述的磁头，其特征在于，所述基体由铁酸盐构成。
12．按照权利要求9所述的磁头，其特征在于，所述基体由陶瓷构成。
13．一种磁头装置，其特征在于，它配备有：多个磁头，使上述磁头露出于侧面那样设置的旋转体，用以传输上述磁头的电信号的信号传输电路，用以使上述旋转体旋转的旋转驱动部，所说的磁头包括：其物理量随记录介质的磁化而变化的磁性体部，将上述磁性体部物理量的变化变换成电信号的变换器，支承上述磁性体部和变换器的基体，配置在与上述基体的上述记录介质相对面的至少一部分上的保护膜，所说的保护膜至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6区域，上述区域的原子配置是Ca以八配位与O结合，Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
14．按照权利要求13所述的磁头装置，其特征在于，所述保护膜还包括成分Mg2SiO4区域，上述成分Mg2SiO4区域的原子配置是Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
15．一种磁带重放装置，其特征在于，它包括：使磁带移动的移动驱动部，多个磁头，使上述磁头从侧面露出那样设置的旋转体，传输上述磁头的电信号的信号传输电路，使上述旋转体旋转的旋转驱动部，控制上述移动驱动部和旋转驱动部的控制部，处理上述信号传输电路传输的信号的信号处理部，
所说的磁头包括：其物理量随磁带的磁化而变化的磁性体部，将上述磁性体部物理量的变化变换成电信号的变换器，支承上述磁性体部和变换器的基体，配置在与上述基体的上述磁带相对面的至少一部分上的保护膜，所说的保护膜至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6区域，上述区域的原子配置是Ca以八配位与O结合，Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
16．按照权利要求15所说的磁带重放装置，其特征在于上述保护膜还包括成分Mg2SiO4区域，上述成分Mg2SiO4区域的原子配置是Mg以六配位与O结合，Si以四配位与O结合。
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