JP2508462B2 - 軟磁性薄膜 - Google Patents

軟磁性薄膜

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    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
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    • H01F10/14Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing iron or nickel

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、良好な軟磁気特性を示し高保磁力記録媒体
用の磁気ヘッド材料等に好適な軟磁性薄膜に関するもの
である。
〔発明の概要〕
本発明は、Fe,Ga,Si(Feの一部をCoで置換したものを
含む)とTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少
なくとも1種を組合わせた新規な組成を有する軟磁性薄
膜を提供し、特に耐摩耗性に優れた軟磁性薄膜を提供す
るものである。
〔従来の技術〕
例えばオーディオテープレコーダやVTR(ビデオテー
プレコーダ)等の磁気記録再生装置においては、記録信
号の高密度化や高品質化等が進められており、この高記
録密度化に対応して、磁気記録媒体として磁性粉にFe,C
o,Ni等の金属あるいは合金からなる粉末を用いた、いわ
ゆるメタルテープや、強磁性金属材料を真空薄膜形成技
術によりベースフィルム上に直接被着した、いわゆる蒸
着テープ等が開発され、各分野で実用化されている。
ところで、このような高抗磁力を有する磁気記録媒体
の特性を発揮せしめるためには、磁気ヘッドのコア材料
の特性として、高い飽和磁束密度を有するとともに、同
一の磁気ヘッドで再生を行なおうとする場合において
は、高透磁率を併せて有することが要求される。例え
ば、従来磁気ヘッドのコア材料として多用されているフ
ェライト材では飽和磁束密度が低く、また、パーマロイ
では耐摩耗性に問題がある。
従来、かかる諸要求を満たすコア材料の一つとして、
本願出願人は先に特許願昭60−77338号においてFe−Ga
−Si系合金からなる軟磁性薄膜を、また特許願昭60−21
8737号においてFe−Ga−Si−Co系合金からなる軟磁性薄
膜を提案した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで現在、磁気ヘッド材に対し高密度記録が要求
されているために、テープと磁気ヘッド間の相対速度が
上昇しつつあるのが現状である。従って、初期の磁気ヘ
ッドの電磁変換特性を長時間に亘って維持するためにコ
ア材に耐摩耗性についての要求が厳しくなっている。
このような状況から、高品質化,高記録密度化を図る
ための磁気記録媒体の高抗磁力化の試みも、従来のコア
材料を用いる限りにおいて、摩耗性の限界から自ずと制
約を受けている。
そこで本発明は、上述の従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、Fe−Ga−Si(Feの一部をCoで置換した
ものを含む)系合金のより一層の改善を目的とするもの
であり、良好な軟磁気特性(透磁率や抗磁力等)、高飽
和磁束密度を有し、しかも耐摩耗性に優れ、記録,再生
特性の良好な軟磁性薄膜を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は、上述の目的を達成せんものと長期に亘
り鋭意研究の結果、特に耐摩耗性の改善と言う観点か
ら、Ti,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少なく
とも1種以上の元素をFe−Ga−Si(Feの一部をCoで置換
したものを含む)系合金に添加することが有効であるこ
とを見出した。
そこで、まず、第1の発明の軟磁性薄膜は、FeaGacSi
cMd(ただし、a,b,c,dはそれぞれ組成比を原子%として
表し、MはTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの
少なくとも一種を表す。)なる組成式で示され、その組
成範囲が 68 ≦a+b≦84 1 ≦b≦23 6 ≦c≦31 0.5 ≦d≦6 a+b+c+d=100 なる関係を満足することを特徴とした。
次に、第2の発明の軟磁性薄膜は、FeaCobGacSidM
e(ただし、a,b,c,d,eはそれぞれ組成比を原子%として
表し、MはTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの
少なくとも一種を表す。)なる組成式で示され、その組
成範囲が 68 ≦a+b≦84 0 <b≦15 1 ≦c≦23 6 ≦d≦31 0.5 ≦e≦6 a+b+c+d+e=100 なる関係を満足することを特徴とした。
すなわち、本発明の軟磁性薄膜は、Fe,Ga,Si(Feの一
部をCoで置換したものを含む)を基本組成とする合金に
Ti,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少なくとも
1種を添加してなるものであって、耐摩耗性や軟磁気特
性に優れ、高飽和磁束密度Bsを有するものである。な
お、上記組成式中、Gaの一部がAlで置換されていてもよ
く、またSiの一部がGeで置換されていてもよい。
本発明の軟磁性薄膜においては、各成分元素の組成比
を所定の範囲内に設定することが好ましく、この範囲を
外れると磁歪が大きくなり、磁気特性が劣化する。特
に、基本合金に添加するTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,O
s,Ni,Pt,Hfの少なくとも一種類の添加量については、0.
5原子%より少ない場合には目的とする耐摩耗性の改善
効果が得られず、6原子%より多い場合には磁気特性の
劣化を招いてしまう。但し、添加元素を2種以上使用す
る場合には、各添加元素の添加量はそれぞれ0〜5原子
%の範囲内とするのが好ましい。
上記軟磁性薄膜の製造方法としては種々の方法が考え
られるが、なかでも真空薄膜形成技術によるのが良い。
この真空薄膜形成技術の手法としては、スパッタリン
グやイオンプレーティング,真空蒸着法,クラスター・
イオンビーム法等が挙げられる。
また、上記各成分元素の組成を調節する方法として
は、 i)各成分元素を所定の割合となるように秤量し、これ
らをあらかじめ例えば高周波溶解炉等で溶解して合金イ
ンゴットを形成しておき、この合金インゴットを蒸発源
として使用する方法、 ii)各成分の単独元素の蒸発源を用意し、これら蒸発源
の数で組成を制御する方法、 iii)各成分の単独元素の蒸発源を用意し、これら蒸発
源に加える出力(印加電圧)を制御して蒸発スピードを
コントロールし組成を制御する方法、 iV)合金を蒸発源として蒸着しながら他の元素を打ち込
む方法、 等が挙げられる。
なお、上述の真空薄膜形成技術等により膜付けされた
軟磁性薄膜は、そのままの状態では保磁力は若干高い値
を示し良好な軟磁気特性が得られないので、熱処理を施
して膜の歪を除去し、軟磁気特性を改善することが好ま
しい。
〔作用〕
このように、軟磁性薄膜の構成元素としてFe,Ga,Si
(Feの一部をCoで置換したものを含む)を基本組成とす
る合金にTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少
なくとも1種を選び添加し、これらの組成比を所定の範
囲内に設定することにより、耐摩耗性に非常に優れた軟
磁性薄膜となる。
〔実施例〕
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、
本発明がこの実施例に限定されるものではないことは言
うまでもない。
先ず、99.9%以上の純度を有する純鉄,電解コバル
ト,ガリウム,クロム、99.999%の純度を有するシリコ
ン及び94.0〜99.9%の純度を有するTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,
Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少なくとも1種の添加元素をそ
れぞれ所定の組成比となるように秤量し、アルゴン雰囲
気中で高周波誘導加熱炉を用いて溶解・鋳造後、さらに
機械加工を行って直径105mm,厚み4mmのスパッタリング
用合金ターゲットを作製した。
次に、この合金ターゲットを用いて、プレーナー・マ
グネトロン型RFスパッタリング装置により、到達ガス圧
8.0×10-6Torr,アルゴンガス分圧4.0×10-3Torr,予備
スパッタ1時間,スパッタ時間45分,投入電力300Wの条
件でスパッタリングを行い、水冷した結晶化ガラス基板
(商品名PEG3130C HOYA社製)上に膜厚約2μmの薄膜
を得た。
さらに、この薄膜を、1×10-6Torr以下の真空下でt
なる温度で1時間焼鈍し、徐冷して軟磁性薄膜を得た。
上述の方法に従い、軟磁性薄膜が形成された基板を50
0℃で1時間真空アニールを行い、室温にて作製した軟
磁性薄膜のかくサンプルについて、軟磁性薄膜の膜組成
を分析し、飽和磁束密度Bs,抗磁力Hc,透磁率μeff(1MH
zにおける値),耐摩耗性について調べた。
ここで、飽和磁束密度Bsは試料振動磁束計(VSM)、
抗磁力HcはB−Hループトレーサ、透磁率μは8の字コ
イル型透磁率計で測定した。
また、耐摩耗性は次のようにして測定した。つまり、
第1図に示すようにダミーヘッド(1)のテープ摺動面
上に先ず、Cr下地層として0.1μmのCr薄膜層(2)を
基板加熱温度200〜300℃、到達ガス圧6.0×10-6Torr,
アルゴンガス分圧4.0×10-3Torr,予備スパッタ1時
間,スパッタ時間10分間,投入電力200Wの条件で付着さ
せた。その際ダミーヘッドを200〜300℃に加熱し10分間
逆スパッタを行った。その後、所定の組成を持つ軟磁性
薄膜(3)(各サンプル)を膜厚約10μmとなるように
基板加熱温度200〜300℃、到達ガス圧6.0×10-6Torr,
アルゴンガス分圧4.0×10-3Torr,予備スパッタ1時
間,スパッタ時間3時間,投入電力300Wの条件で付着さ
せたその際にもダミーヘッドを200〜300℃に加熱し10分
間逆スパッタを行った。
ダミーヘッド摺動面上に軟磁性薄膜(3)を上述のよ
うにしてスパッタリングにて形成させた後、第2図に示
すようにヘッド台板(4)に接着剤(5)を用いて接着
した。接着剤(5)が充分硬化した後、1インチVTR
(ソニー社製,商品名BVH−1000)用ヘッドドラムに台
板(4)ごと装着した。その際、ダミーヘッド(1)の
突出量が80±5μmとなるように調整した。
上記ダミーヘッド(1)を装着した1インチVTR(ソ
ニー社製,商品名 BVH−1000)にセットし、γ−Fe2O3
系テープ(ソニー社製,商品名 V−16−64A)を用い
て摩耗性のテストを行った。その時のテープとダミーヘ
ッドの相対スピードは25.59m/secである。ダミーヘッド
はテープ走行時間5時間毎にドラムより取り外し、顕微
鏡(倍率×400)を用いてテープ摺動面からマーカー
(6)までの距離を測定した。一つの試料につき6個の
ダミーヘッドを作り、それらの測定値の平均値をもって
摩耗度とした。テープ走行時間は、合計15時間である。
耐摩耗値は、テープ走行時間と摩耗量の関係を最小自乗
法により算出したときの直線の傾きである。
各サンプルの組成と各々についての測定結果を第1表
〜第7表に示す。
上記第1表〜第7表より、Fe,Ga,Si(Feの一部をCoで
置換したものを含む)を基本組成とする合金にTi,Cr,M
n,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少なくとも1種の添
加元素を添加することによって耐摩耗性について非常に
優れた軟磁性薄膜となることがわかった。
〔発明の効果〕
上述の説明からも明らかなように、軟磁性薄膜の成分
元素としてFe,Ga,Si(Feの一部をCoで置換したものを含
む)からなる合金中にTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,N
i,Pt,Hfの少なくとも1種の添加元素を添加し、これら
の組成比を所定の値に設定することにより、従来の軟磁
性薄膜より優れた耐摩耗性を確保することが可能になっ
た。
また、センダスト合金を凌ぐ飽和磁束密度Bsも達成す
ることができ、軟磁気特性にも優れている軟磁性薄膜と
することが可能となった。
したがって、この軟磁性薄膜を例えば磁気ヘッドのコ
ア材料として用いることにより、磁気記録媒体の高抗磁
力化に充分対処することができ、高品質化や高記録密度
化等記録,再生特性の良好な磁気ヘッドとすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】 第1図は耐摩耗性を測定するためのダミーヘッドの構成
を示す斜視図であり、第2図は軟磁性薄膜を付着したダ
ミーヘッドのヘッド台板への取り付け状態を示す模式的
な平面図である。 1……ダミーヘッド 2……軟磁性薄膜 4……ヘッド台板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 祥隆 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 松田 秀樹 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 岩崎 洋 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 阿蘇 興一 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】FeaGabSicMd(ただし、a,b,c,dはそれぞれ
    組成比を原子%として表し、MはTi,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,T
    a,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少なくとも一種を表す。)なる組
    成式で示され、その組成範囲が 68 ≦a+b≦84 1 ≦b≦23 6 ≦c≦31 0.5 ≦d≦6 a+b+c+d=100 なる関係を満足することを特徴とする軟磁性薄膜。
  2. 【請求項2】FeaCobGacSidMe(ただし、a,b,c,d,eはそ
    れぞれ組成比を原子%として表し、MはTi,Cr,Mn,Zr,N
    b,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ni,Pt,Hfの少なくとも一種を表す。)
    なる組成式で示され、その組成範囲が 68 ≦a+b≦84 0 <b≦15 1 ≦c≦23 6 ≦d≦31 0.5 ≦e≦6 a+b+c+d+e=100 なる関係を満足することを特徴とする軟磁性薄膜。
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