DE3737266A1

DE3737266A1 - Weichmagnetischer duennfilm

Info

Publication number: DE3737266A1
Application number: DE19873737266
Authority: DE
Inventors: Hideaki Karamon
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-11-06
Filing date: 1987-11-03
Publication date: 1988-05-11
Anticipated expiration: 2007-11-04
Also published as: KR960006055B1; KR880006728A; JPS63119209A; GB8725763D0; GB2198146B; GB2198146A; FR2606546B1; DE3737266C2; US4921763A; JPH0834154B2; FR2606546A1

Description

Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Dünnfilm, der als Kernmaterial für Magnetköpfe verwendet wird. Sie betrifft insbesondere einen neuen amorphen weichmagnetischen Dünnfilm, der eine hohe magnetische Flußdichte und einen hohen elektrischen Widerstand besitzt.

Es ist bereits bekannt, die Bildqualität bei magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegeräten, wie Videobandrecordern oder VTRs, dadurch zu verbessern, daß man beispielsweise die Aufzeichnungsdichte und/oder -frequenz der Aufzeichnungssignale erhöht. Für diesen Zweck wurden Medien mit hoher Koerzitivkraft, wie die sogenannten Bänder aus feinem Metallpulver, deren magnetische Teilchen aus ferromagnetischen Metallteilchen, wie Fe, Co oder Ni bestehen, oder die sogenannten Metalldünnschichtbänder, wobei das ferromagnetische Metallmaterial direkt auf den Grundfilm durch Aufdampfen oder ähnlichen Verfahren aufgetragen worden ist, verwendet.

Es sei festgestellt, daß sich natürgemäß mit dem steigenden Einsatz von magnetischen Aufzeichnungsmedien mit hoher Koerzitivkraft eine erhöhte Nachfrage nach Medien mit hoher magnetischer Sättigungsflußdichte ergeben hat. Das Ferritmaterial, das man bis jetzt häufig als Kopfmaterial verwendet hat, besitzt nur eine niedrige magnetische Sättigungsflußdichte, so daß dieses nicht erfolgversprechend in magnetischen Aufzeichnungsmedien mit hoher Koerzitivkraft eingesetzt werden kann.

Man hat dann unter diesen Voraussetzungen einen Verbundmagnetkopf, dessen Magnetkern aus einer Verbundstruktur aus Ferrit- oder Keramikmaterialien und einem weichmagnetischen Dünnfilm mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte gebildet ist, wobei der Magnetspalt durch die aneinandergrenzenden weichmagnetischen Dünnfilme gebildet wird, entwickelt. Man hat außerdem einen Dünnfilmmagnetkopf hergestellt, dessen Magnetkern und -spulen mit Hilfe von Verfahren in der Dünnfilmtechnologie in Dünnfilme geformt werden, wobei diese Filme unter Bildung einer Mehrschichtstruktur von dazwischenliegenden Isolierfilmen überlappt werden.

Es ist bekannt, als weichmagnetische Dünnfilme beispielsweise Magnetdünnfilme aus Fe-Al-Si-artigen Legierungen oder sogenannte Sendust-Filme mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte zu verwenden. Da die Magnetdünnfilme aus den Fe-Al-Si-artigen Legierungen einen elektrischen Widerstand ρ von lediglich 80 µOhm · cm besitzen, was für diese Legierungsmaterialien charakteristisch ist, bergen sie den Nachteil, daß ihre magnetischen Eigenschaften wegen des Wirbelstromverlustes für den Hochfrequenzbereich, insbesondere im Megaherzbereich, stark herabgesetzt werden. Eine Herabsetzung der magnetischen Eigenschaften im Hochfrequenzbereich ist im Hinblick auf die jüngsten Anforderungen im Hinblick auf Aufzeichnungen hoher Dichte oder kurzer Wellenlänge nicht erwünscht.

Metall-Metalloid-artige amorphe Legierungen, wie Fe-B, Fe-Si-B oder Fe-Co-Si-B oder Metall-Metall-artige amorphe Legierungen, wie Co-Zr oder Co-Zr-Nb, die man nach Flüssigkeits- oder Gasphasen-Schnellabkühlverfahren erhalten kann, sind ebenfalls schon beschrieben worden. Diese Legierungen besitzen jedoch eine amorphe Einphasenstruktur, die als homogene Struktur angesehen werden kann. Die magnetische Sättigungsflußdichte dieser Legierungen liegt in der Größenordnung von 10 000 Gauss, während ihr elektrischer Widerstand ρ tatsächlich größer als der der kristallinen Sendust-Weichmagnetmaterialien ist, wobei jedoch nur Werte von höchstens 150 µOhm · cm erreicht werden.

Zur Erhöhung der magnetischen Sättigungsflußdichte herkömmlicher weichmagnetischer Dünnfilme ist es im allgemeinen notwendig, die Menge an ferromagnetischen Metallen, wie Fe oder Co, zu erhöhen. Dies hat jedoch zur Folge, daß sich der elektrische Widerstand ρ des Magnetdünnfilms erniedrigt. Dieses deutet darauf hin, daß sich die magnetische Sättigungsflußdichte und der elektrische Widerstand ρ bei weichmagnetischen Dünnfilmen aus magnetischen Legierungsmaterialien naturgemäß eigentlich konträr gegenüberstehen, so daß es demnach bisher sehr schwierig erschien, gleichzeitig die Erhöhung der magnetischen Sättigungsflußdichte und des elektrischen Widerstandes zu bewirken.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen weichmagnetischen Dünnfilm anzugeben, der gleichzeitig eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte und einen hohen elektrischen Widerstand besitzt und mit Erfolg in magnetischen Aufzeichnungsmedien mit hoher Koerzitivkraft und für Hochfrequenzaufzeichnungen eingesetzt werden kann.

Die Erfindung stellt einen neuen amorphen weichmagnetischen Dünnfilm zur Verfügung, der eine gemischte und feinverteilte Zweiphasenstruktur aus einer ferromagnetischen amorphen Phase und einer nichtmagnetischen amorphen Phase besitzt. Man erhält den weichmagnetischen Film, indem man Übergangsmetalle und zwei verschiedene Arten von Metalloid- oder Halbleiterelementen, wie B, C und Si zur Bildung der Filmzusammensetzung kombiniert, wodurch man einen Film mit ausgezeichneten Hochfrequenzeigenschaften erhält, der in Magnetköpfen Verwendung findet, die für Medien mit hoher Koerzitivkraft für Aufzeichnungen mit kurzer Wellenlänge geeignet sind.

Die Erfindung betrifft daher einen weichmagnetischen Dünnfilm mit einer hetero-amorphen Zweiphasenstruktur und der Zusammensetzung M_xL_yJ_z, worin M für mindestens einen Vertreter aus der Gruppe Fe, Co und Ni; L und J für voneinander verschiedene Elemente aus der Gruppe B, C und Si und x, y und z für die Prozentsätze der betreffenden Elemente in Atomprozent stehen und die folgenden Beziehungen: x+y+z = 100, y+z ≧ 10, x ≠ 0, y ≠ 0 und z ≠ 0 erfüllt sind.

In dem erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilm sind die beiden gewünschten, jedoch zueinander gegensätzlichen Eigenschaften, d. h. der hohe elektrische Widerstand und die hohe magnetische Sättigungsflußdichte, miteinander vereint.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Fe-B-C-artigen hetero-amorphen weichmagnetischen Dünnfilms;

Fig. 2 die schematische Ansicht der hetero-amorphen Zweiphasenstruktur;

Fig. 3 die Verteilung der charakteristischen Bereiche des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilms im Vergleich zu denen der herkömmlichen weichmagnetischen Dünnfilme;

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem man die Target-Verhältnis- und Argon-Gasdruckabhängigkeit des elektrischen Widerstandes in dem Fe-B-C-artigen weichmagnetischen Dünnfilm erkennen kann;

Fig. 5 ein Diagramm, aus dem man die Target-Verhältnis- und Argon-Gasdruckabhängigkeit der magnetischen Sättigungsflußdichte Bs erkennen kann;

Fig. 6 ein Diagramm, aus dem man die Target-Verhältnis- und Argon-Gasdruckabhängigkeit der Koerzitivkraft Hc erkennen kann;

Fig. 7 ein Diagramm, aus dem man die Target-Verhältnis- und Argon-Gasdruckabhängigkeit der Kristallisationstemperatur Tx erkennen kann;

Fig. 8 ein Diagramm, aus dem man die Target-Verhältnis- und Argon-Gasdruckabhängigkeit der Curie-Temperatur Tc erkennen kann;

Fig. 9 ein Diagramm, aus dem man die Verteilung der Bestandteile des Fe-B-C-artigen weichmagnetischen Dünnfilmes entlang der Filmdicke erkennen kann;

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem man die Hysteresiskurve des Fe-B-C-artigen weichmagnetischen Dünnfilms erkennen kann und

Fig. 11 ein Diagramm, aus dem man die Frequenzantwort der effektiven magnetischen Permeabilität des Fe-B-C-artigen weichmagnetischen Dünnfilms im Vergleich mit der des Sendust-Materials erkennen kann.

Als Ergebnis intensiver Untersuchungen bei der Entwicklung weichmagnetischer Dünnfilme mit hoher magnetischer Sättigungsflußdichte und hohem elektrischem Widerstand haben die Erfindung festgestellt, daß ein amorpher Dünnfilm aus hauptsächlich Übergangsmetallen und Metalloiden, der eine Zweiphasenstruktur mit zwei feindispergierten amorphen Phasen, nämlich der ferromagnetischen amorphen Phase und der nichtmagnetischen amorphen Phase aufweist, einen hohen elektrischen Widerstand ρ von 300 bis 4000 µOhm · cm und eine magnetische Sättigungsflußdichte von etwa 15 000 Gauss, was durchaus vergleichbar mit Medien hoher Koerzitivkraft ist, besitzt. Dieser amorphe Dünnfilm zeichnet sich durch hervorragende magnetische Eigenschaften in einer Weise aus, die sich von denen der herkömmlichen amorphen Dünnfilme unterscheiden.

Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Untersuchungen gemacht. Der erfindungsgemäße weichmagnetische Dünnfilm besitzt eine hetero-amorphe Zweiphasenstruktur und eine Zusammensetzung M_xL_yJ_z, worin M für mindestens einen Vertreter aus der Gruppe Fe, Co und Ni; L und J für voneinander verschiedene Elemente aus der Gruppe B, C und Si und x, y und z für die Prozentsätze der betreffenden Elemente in Atomprozent stehen und die folgenden Beziehungen: x+y+z = 100, y+z ≧ 10, x ≠ 0, y ≠ 0 und z ≠ 0 erfüllt sind.

Es ist in obiger Formel bevorzugt, daß M für ein oder zwei 3d-Übergangsmetallelemente, d. h. die ferromagnetischen Elemente Fe, Co und Ni, steht.

Als Metalloidelemente L und J kommen zwei Elemente aus der Gruppe B, Si und C in Frage. Diese Metalloidelemente oder Halbleiterelemente erfüllen die Aufgabe, die Legierung amorph zu machen. Zudem ist der Kohlenstoff C zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, Härte und der mechanischen Eigenschaften der Legierung wirksam, währenddem der elektrische Widerstand erhöht wird. Als Metalloidkombinationen zwischen L und J kommen drei Kombinationen in Frage, nämlich B-C, Si-C und Si-B. Am meisten sind solche Kombinationen bevorzugt, die den Kohlenstoff C einschließen, wobei die Kombination B-C tatsächlich die besten Ergebnisse liefert.

Es ist bei dem erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilm notwendig, daß der Prozentsatz y+z der Metalloidelemente L und J nicht weniger als 10 Atom-% beträgt. Sollte der Prozentsatz y+z weniger als 10 Atom-% betragen, so kommt es nicht zur Ausbildung des amorphen Zustandes.

Im Gegensatz zu den bekannten herkömmlichen amorphen Einphasen-Magnetdünnfilmen nimmt man an, daß der erfindungsgemäße weichmagnetische Dünnfilm zu einer Zweiphasenstruktur, die eine ferromagnetische amorphe Phase I (M-L-J) aus hauptsächlich Übergangsmetallelementen M enthält und eine nichtmagnetische amorphe Phase II (L-J), welche die Phase I umgibt und nur aus Metalloidelementen besteht, vermischt ist. Dieser Sachverhalt ist aus Fig. 2 zu entnehmen. Diese Annahme wird durch die dunklen Bereiche auf der Transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme, die in Fig. 1 gezeigt ist, untermauert. Wie man aus der elektronenmikroskopischen Aufnahme von Fig. 1 erkennen kann, sind die hellen Bereiche mit den dunklen Bereichen fein vermischt, was darauf deutet, daß die Struktur als ultrafeine, hetero-amorphe Zweiphasenstruktur mit einer Kristallgröße in der Größenordnung von 5 nm (50 Å) vorliegt. Die Elektronenstrahlbeugungsuntersuchung hat ergeben, daß es sich bei den dunklen und hellen Bereichen um amorphe Phasen handelt.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilms bringt man rechteckige Platten aus Kohlenstoffverbindungen des Bors, Siliciums oder SiB- Verbindungen auf einer Scheibe aus einem Übergangsmetall M, welches als Target zum Sputtern dient, an. Es sei festgestellt, daß man durch Erhöhen oder Vermindern der Anzahl der rechteckigen Platten die Prozentsätze von x, y und z des fertigen weichmagnetischen Dünnfilms in der Weise beeinflussen kann, daß die magnetischen Eigenschaften und/oder der elektrische Widerstand in geeigneter Weise entsprechend dem angestrebten Verwendungszweck des Dünnfilms gesteuert werden können.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß der erfindungsgemäße weichmagnetische Dünnfilm wohl aus einer vermischten Zweiphasenstruktur besteht, die eine amorphe ferromagnetische Phase I (M-L-J) aus hauptsächlich Übergangsmetallelementen und eine amorphe nichtmagnetische Phase II (L-J), welche die Phase I umgibt und nur aus Metalloidelementen zusammengesetzt ist, enthält. Durch diese Struktur werden die überlegenen Eigenschaften bewirkt, die mit herkömmlichen amorphen Einphasenstrukturen nicht erreicht werden können.

Da die amorphe ferromagnetische Phase I, die nur einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt, von der amorphen, nichtmagnetischen Phase II mit hohem elektrischem Widerstand zerstückelt wird, weist der Dünnfilm als ganzes einen hohen elektrischen Widerstand auf. Der erfindungsgemäße weichmagnetische Dünnfilm weist schließlich einen elektrischen Widerstand in der Größenordnung von 300 bis 4000 µOhm · cm auf.

Die Massen der amorphen ferromagnetischen Phase I sind, obwohl elektrisch zerstückelt, nur durch einen geringen Abstand voneinander entfernt, so daß sie magnetisch miteinander verbunden sind, wobei die magnetischen Eigenschaften des Films als ganzes, insbesondere die magnetische Sättigungsflußdichte, weitaus besser als die von amorphen Einphasen-Dünnfilmen sind. Der kristalline weichmagnetische Dünnfilm, wie beispielsweise der Sendust-Film, besitzt im allgemeinen aufgrund seiner kristallinen magnetischen Anisotropie uniaxial anisotrope und richtungsabhängige magnetische Eigenschaften. Der erfindungsgemäße Film dagegen besitzt durch die nichtkristalline Struktur des weichmagnetischen Dünnfilms und die feine Verteilung der jeweiligen Massenbereiche der amorphen ferromagnetischen Phase I magnetisch-isotrope weichmagnetische Eigenschaften in der Filmebene ohne Berücksichtigung des Winkels. Diese isotropen weichmagnetischen Eigenschaften können wohl niemals mit herkömmlichen kristallinen Magnetdünnfilmen oder den amorphen Einphasendünnfilmen erreicht werden.

Der praktische Nutzen des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilms mit den obengenannten Eigenschaften kann in anschaulicher Weise aus der Analyse von graphischen Darstellungen seiner charakteristischen Bereiche, die man durch Auftragen des elektrischen Widerstands und der magnetischen Sättigungsflußdichte auf der Abszisse bzw. Ordinate erhält, abgeleitet werden.

Fig. 3 zeigt die charakteristischen Bereiche des elektrischen Widerstands und der magnetischen Sättigungsflußdichte von mehreren weichmagnetischen Dünnfilmen. In dieser Figur stehen die Buchstaben a, b, c und d jeweils für die Bereiche des erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilms, des amorphen Einphasendünnfilms, des Sendust-Dünnfilms bzw. des Permalloy-Dünnfilms. Es sei festgestellt, daß, je höher der elektrische Widerstand und die magnetische Sättigungsflußdichte sind, umso mehr Bereiche rechts oben in der Zeichnung zu finden sind und umso überlegener die Eigenschaften des Dünnfilms sind. Unter diesen Voraussetzungen ist der Permalloy-Dünnfilm d völlig unzulänglich sowohl hinsichtlich des elektrischen Widerstandes als auch der magnetischen Sättigungsflußdichte, so daß dieser auf keinen Fall mit Erfolg in Bändern aus feinem Magnetpulver mit einer Koerzitivkraft von etwa 1500 Oe verwendet werden kann. Bei dem amorphen Einphasendünnfilm b oder dem Sendust-Dünnfilm c beträgt die magnetische Sättigungsflußdichte etwa 10 000 Gauss, was vergleichbar mit Bändern aus feinen Metallpulvern ist. Der elektrische Widerstand dieser Filme ist jedoch unzulänglich und erreicht nur Werte von etwa 100 µOhm · cm. Der weichmagnetische Dünnfilm a mit der hetero-amorphen Dreiphasen- Struktur besitzt jedoch einen elektrischen Widerstand, der wesentlich größer ist, als jener des amorphen Einphasendünnfilms oder des Sendust-Dünnfilms, und eine magnetische Sättigungsflußdichte, die ebenfalls größer als jene dieser Filme ist.

Zusammenfassend läßt sich also sagen, daß man in dem erfindungsgemäßen weichmagnetischen Dünnfilm mit der hetero-amorphen Zweiphasenstruktur aus der amorphen ferromagnetischen Phase und der amorphen nichtmagnetischen Phase, der aus den Übergangsmetallen und zwei Metalloidelementen aus der Gruppe B, C und Si zusammengesetzt ist, die zwei voneinander entgegengesetzten Eigenschaften, nämlich den hohen elektrischen Widerstand und die hohe magnetische Sättigungsflußdichte gleichzeitig vereint hat.

Es ist daher möglich, einen weichmagnetischen Dünnfilm anzugeben, der nur geringe Wirbelstromverluste und überlegene Eigenschaften im Hinblick auf ein hohes Frequenzverhalten aufweist, so daß dieser beispielsweise bei der Herstellung von Magnetköpfen für Kurzwellenlängenaufzeichnungen verwendet werden kann.

Der erfindungsgemäße weichmagnetische Dünnfilm besitzt eine kleinere Koerzitivkraft und eine größere magnetische Sättigungsflußdichte als die Sendust- oder amorphen Einphasenfilme, so daß er durchaus vergleichbar mit Bändern aus feinem Metallpulver mit hoher Koerzitivkraft ist.

Obwohl der erfindungsgemäße weichmagnetische Dünnfilm ein isotropisches Weichmagnetmaterial ist, weist er vorteilhafterweise eine nichtkristalline Struktur und eine nichtuniaxiale Anisotropie auf, was hauptsächlich auf die kristalline magnetische Anisotropie zurückzuführen ist, so daß eine Arbeitsrichtung nicht vorhanden zu sein braucht, wenn der Film in einen Magnetkopf eingearbeitet wird.

Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert.

Beispiel

Man stellt nach dem RF-Magneton-Sputterverfahren einen amorphen Fe_xB_yC_z-artigen Film her, worin x+y+z = 100 ergeben.

Man verwendet für das Sputtern eine Eisenscheibe als Target mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 2 mm und setzt die erforderliche Anzahl kleiner Platten aus einer Verbindung der Formel B₄C, wobei jede auf eine Größe von 5 mm×5 mm×2 mm zurechtgeschnitten wurde, auf die Scheibe. Als Substrat verwendet man ein Photoserum oder Glas.

Der Film wird unter den nachfolgend beschriebenen Sputterbedingungen hergestellt, wobei die Bedingungen für den Argongasdruck und das BC-Plattenflächenverhältnis auf dem Target nicht angegeben sind.

Sputterbedingungen

Abstand
zwischen den Polarplatten40 mm Vorsputterdauer1 Std. Hauptsputterdauer4 Std. Argon-Fließgeschwindigkeit100 msc cm Erreichtes Vakuum1,3×10^-4 N/m²
(1×10^-6 Torr) Einfallende Wattleistung200 Watt Reflektierte Wattleistung20 Watt Anodenvolt2,2 kV Anodenstrom160 mA

Zur Bestimmung, ob der hergestellte gesputterte Film kristallin oder amorph ist, zieht man die Röntgenstrukturanalyse heran, währenddem man die chemische Analyse mittels eines Elektronenspektroskops (ESCA) und eine Röntgenstrahlen-Mikroprobenanalyse-Vorrichtung (XMA) zur Bestimmung der Filmzusammensetzung verwendet.

Gemäß den voran beschriebenen Verfahren stellt man verschiedene Proben her, währenddem man das Flächenverhältnis der BC-Platten auf dem Target verändert, und mißt den elektrischen Widerstand p, die magnetische Sättigungsflußdichte Bs, die Koerzitivkraft Hc, die Kristallisationstemperatur Tx und die Curie-Temperatur Tc dieser Proben.

Fig. 4 zeigt die Veränderungen des elektrischen Widerstandes ρ, welcher durch Änderungen des Argongasdrucks und des Flächenverhältnisses der BC-Platten auf dem Target hervorgerufen wird. Man mißt den elektrischen Widerstand ρ nach einem Vierpolverfahren.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß sich der elektrische Widerstand ρ mit dem Anstieg des Flächenverhältnisses der BC-Platten auf dem Target ungeachtet des Argongasdrucks erhöht. Dieses wird durch den Sachverhalt gestützt, daß sich der elektrische Widerstand durch die amorphe nichtmagnetische Phase, die hauptsächlich aus B-C besteht, erhöht. Es ist ebenfalls aus Fig. 4 zu entnehmen, daß es sogar mit dem Flächenverhältnis oder relativen Verhältnis der BC-Platten von 30 bis 40% möglich ist, einen elektrischen Widerstand von 300 bis 400 µOhm · cm zu erreichen, was gemessen an den amorphen Einphasen- oder Sendust-Filmen ein deutlich höherer Bereich ist, währenddem es ebenfalls möglich ist, einen hohen elektrischen Widerstand von 4000 µOhm · cm, falls erwünscht, zu erreichen.

Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß vorteilhaftere Werte der magnetischen Sättigungsflußdichte Bs bei niedrigeren Werten der relativen Fläche der BC-Platten erhalten werden können. Eine magnetische Sättigungsflußdichte von 14 000 bis 15 000 Gauss kann jedoch mit der relativen Fläche der BC-Platten von 30 bis 40% erreicht werden. Da dieser Wert wesentlich höher als der des Sendust-Films oder des amorphen Einphasenfilms ist, ist davon auszugehen, daß der elektrische Widerstand und die magnetische Sättigungsflußdichte vorteilhafte Werte in diesem Bereich der relativen Fläche der BC-Platten annehmen kann.

Aus Fig. 6 ist zu entnehmen, daß die Koerzitivkraft Hc vom Argongasdruck abhängt. Sie nimmt einen kleinen Wert von nicht mehr als 5 Oe (Hc ≦ 5 Oe) für einen Argongasdruck von nicht weniger als 1,3 N/m² (5×10^-2 Torr) ein, währenddem auch ein extrem kleiner Wert für die Koerzitivkraft Hc von nicht mehr als 0,3 Oe unter bestimmten Bedingungen erreicht werden kann. Diesen Wert für die Koerzitivkraft erhält man vor dem Durchführen der Wärmebehandlung und man kann davon ausgehen, daß dieses eine besondere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Films im Vergleich mit dem Sendust-Film, für den eine Wärmebehandlung unbedingt zur Erniedrigung der Koerzitivkraft durchgeführt werden mußte, ist. Das heißt also, daß auf irgendeine spezielle Wärmebehandlung verzichtet werden kann, was für den Verlauf des Verfahrens besonders vorteilhaft ist.

Es sei festgestellt, daß man zur Messung der magnetischen Eigenschaften einschließlich der vorgenannten magnetischen Sättigungsflußdichte Bs und der Koerzitivkraft Hc ein Probenschwingungs-Magnetometer (VSM) verwendet hat.

Zur Untersuchung der Wärmeeigenschaften des erfindungsgemäßen hetero-amorphen weichmagnetischen Dünnfilms hat man ebenfalls die Kristallisationstemperatur Tx und die Curie-Temperatur Tc des fertigen Films gemessen.

Zur Durchführung dieser Messungen hat man die Temperaturänderungen in der Magnetwaage vom Faraday-Typ verwendet.

Die Kristallisationstemperatur Tx als eine dieser Wärmeeigenschaften kann als Index für die Wärmeabhängigkeit (thermal constraints) verwendet werden, wenn man den erfindungsgemäßen Film in einen Magnetkopf einarbeitet. Eine höhere Kristallisationstemperatur ist bevorzugt. Wenn man die Curie-Temperatur Tc und die Kristallisationstemperatur Tx miteinander vergleicht und Tc < Tx ist, dann ist eine umfangreiche Wärmebehandlung zur Entfernung der magnetischen Anisotropie notwendig. Die Beziehung Tx < Tc ist daher vorteilhafter, wenn man bedenkt, daß die magnetische Permeabilität unter den Temperaturbedingungen durch eine Wärmebehandlung verbessert werden kann. Wenn man die Ergebnisse der Messungen unter diesem Gesichtspunkt betrachtet, so nimmt die Kristallisationstemperatur Tx ziemlich hohe Werte von 470 bis 530°C ein, wie dieses in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn man diese Ergebnisse mit den Meßergebnissen der in Fig. 8 gezeigten Curie-Temperatur Tc vergleicht, so überwiegt die Bedingung Tx < Tc in jedem Fall, was darauf deutet, daß sich keine Schwierigkeiten während der Wärmebehandlung einstellen werden.

Unter diesen Voraussetzungen hat man einen hetero-amorphen weichmagnetischen Dünnfilm mit der Zusammensetzung Fe₆₁B₃₂C₇ hergestellt, worin die Indices Atom-% bedeuten.

Man untersucht den Zustand der Zusammensetzung des weichmagnetischen Dünnfilms entlang der Dicke des Films. Dabei ist zu erkennen, daß der Bereich bis zu etwa 5 nm (50 Å) von der Filmoberfläche einer Oxidation unterworfen wurde, so daß in diesem Bereich Sauerstoff enthalten ist, wie dies aus Fig. 9 zu entnehmen ist. Der Zustand der Zusammensetzung stabilisiert sich jedoch im tieferen Bereich, wo ein Film anzutreffen ist, der die vorgeschriebenen Atom-% enthält.

Man mißt die Hysteresiskurve des fertigen weichmagnetischen Dünnfilms und erhält dabei, wie dies aus Fig. 10 zu entnehmen ist, vorteilhafte weichmagnetische Eigenschaften. Die hohe magnetische Sättigungsflußdichte Bs nimmt daher Werte von etwa 15 000 Gauss ein, wobei man eine extrem niedrige Koerzitivkraft Hc von 0,3 Oe erhält. Die weichmagnetischen Eigenschaften sind magnetisch isotrop und sind in der Richtung, in der die Messung innerhalb der Ebene der Filmproben gemacht worden sind, völlig unverändert. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft, wenn der Film bespielsweise in einen Magnetkopf eingearbeitet wird, da man nicht mehr auf die Orientierung während des Einarbeitens achten muß.

Man mißt die Frequenzantwort der effektiven magnetischen Permeabilität des erfindungsgemäßen heteroamorphen weichmagnetischen Dünnfilms mit einem Permeameter, der in Form einer Acht vorliegt. Die Ergebnisse sind aus Fig. 11 zu entnehmen, worin die Kurve (i) die Kennlinie für die magnetische Permeabilität eines Sendust-Dünnfilms (den man nach einer Wärmebehandlung im Vakuum bei einer Temperatur von 550°C während einer Stunde erhält und der eine Dicke von 4 µm und eine magnetische Sättigungsflußdichte von 10 000 Gauss aufweist) darstellt, währenddem die Kurve (ii) die Kennlinie für die magnetische Permeabilität eines Dünnfilms der Zusammensetzung Fe₆₁B₃₂C₇ (Filmdicke 4 µm) entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt.

Man kann aus dieser Figur erkennen, daß die magnetische Permeabilität des Fe₆₁B₃₂C₇-Dünnfilms einen flacheren Frequenzverlauf als der Sendust-Dünnfilm aufweist und daß die magnetische Permeabilität des Fe₆₁B₃₂C₇-Dünnfilms, die geringfügig niedriger im Niedrigfrequenzbereich ist, auffällig höher wird im Frequenzbereich von mehr als 8 MHz als die des Sendust-Films. Dies ist ein Hinweis darauf, daß die Hochfrequenzcharakteristik in bedeutsamer Weise durch die Verminderung der Wirbelstromverluste, die durch den hohen elektrischen Widerstand verursacht werden, verbessert werden kann. Man kann daher erwarten, daß ein beachtlicher praktischer Vorteil entsteht, wenn man den erfindungsgemäßen Dünnfilm für Magnetköpfe anwendet, die für digitale Videobandaufzeichnungsgeräte für die digitalen Aufzeichnungen von Videosignalen verwendet werden.

Claims

1. Weichmagnetischer Dünnfilm mit einer hetero-amorphen Zweiphasenstruktur und der Zusammensetzung M_xL_yJ_z,worin M für mindestens einen Vertreter aus der Gruppe Fe, Co und Ni, L und J für voneinander verschiedene Elemente aus der Gruppe B, C und Si und x, y und z für die Prozentsätze der betreffenden Elemente in Atomprozent stehen und die folgenden Beziehungen:x+y+z = 100, y+z ≧ 10, x ≠ 0, y ≠ 0, z ≠ 0erfüllt sind.

2. Weichmagnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem Sputterverfahren unter Verwendung eines ersten, hauptsächlich aus M bestehenden festen Targets und eines zweiten, hauptsächlich aus einer Verbindung von L und J bestehenden festen Targets hergestellt worden ist.

3. Weichmagnetischer Dünnfilm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste feste Target hauptsächlich aus Fe und das zweite feste Target hauptsächlich aus B₄C bestehen.

4. Weichmagnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationstemperatur Tx höher als die Curie-Temperatur Tc ist.

5. Weichmagnetischer Dünnfilm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Argongasdruck beim Sputtern nicht weniger als 1,3 N/m² (5×10^{-2 Torr) beträgt.}