JP2519554B2 - Ｍｉｇ型磁気ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、磁気ギャップ内に高飽和磁束密度の金属
膜を有するMIG（Metal In Gap）型磁気ヘッドの改良に
係り、フェライトコア上に界面反応防止膜を設けてから
FeまたはFe合金とFe-Al-Si合金膜を積層成膜し、金属磁
性膜の初期劣化層をなくして疑似ギャップの発生を抑制
し、電磁変換特性の改善及び再生出力の向上を図り、か
つ通常のFe-Al-Si合金薄膜より高い飽和磁束密度を有す
る軟磁性膜を有したMIG型磁気ヘッドに関する。

背景技術 近年、磁気記録における技術的発展は目覚ましく、特
に記録密度の向上は著しいものがある。

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F
e、Co、Ni等の金属あるいは合金からなる粉末を用い
た、所謂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、所謂蒸着
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
の特性を発揮させるためには、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。

そこで上述の諸要求を満たすコア材料として、Fe-Al-
Si系合金からなる所謂センダスト合金が好適であると考
えられ、すでに実用に供されている。

しかしながら、このセンダスト合金のように軟磁気特
性に優れた材料においては、磁歪λｓと結晶磁気異方性
Ｋが共に零付近であることが望ましく、磁気ヘッドに使
用可能な材料組成はこれら両者の値を考慮して決められ
る。

また、上記センダスト合金に代る材料として、高周波
数領域での透磁率の低下が少なく高い飽和磁束密度を有
する非晶質、所謂アモルファス磁性合金材料が開発され
ている。

しかし、この非晶質磁性合金材料でも飽和磁束密度は
12kG程度であり、また、熱的に不安定で結晶化の可能性
が大きいため、500℃以上の温度を長時間加えることは
できず、例えば、ガラス融着のように各種熱処理が必要
な磁気ヘッドに使用するには、製造工程上、種々の制限
が生じていた。

これらの問題に対して、Fe−Ｃ膜やFe-Si膜とパーマ
ロイ膜との積層膜が提案（インターマグカンファレンス
1987ダイジェストDD-08）されているが、軟磁気特性が
不十分である等の問題が残されている。

一方、MIG型磁気ヘッドにおいて、実際の磁性酸化物
コア上での金属磁性膜の特性はほとんど測定が困難であ
るため、金属磁性膜の特性は、非磁性基板上において評
価されていた。

しかし、本発明者の研究によれば、フェライト等磁性
酸化物基板上では、センダスト等金属磁性膜の特性は必
ずしも非磁性基板上での特性と一致するものではないこ
とが判った。

特に、磁気異方性が著しく異なり、フェライト基板上
においては上述の膜は異方性の分散した膜となり、これ
を磁気ヘッドに適応した場合、数〜数百μｍのトラック
幅状態では必ずしもマクロに測定された軟磁性状態は実
現され得ない。

すなわち、トラックを切り出す位置により、分散した
単磁区粒の困難軸方向が異なるため、ヘッドの電磁変換
により磁化さる方向の透磁率が異なり、磁気ヘッドの電
磁変換特性を劣化させる要因と見なすことができる。

また、MIG型磁気ヘッドにおいては、上述したよう
に、金属膜、初期層軟磁性の劣化並び磁性酸化物との熱
処理に伴う拡散による非磁性反応層の生成等に起因する
疑似ギャップも同時に抑制しなくてはならない。

発明の目的 この発明は、金属磁性膜の初期劣化層をなくして疑似
ギャップの発生を抑制し、電磁変換特性の改善及び再生
出力の向上を図り、かつ通常のFe-Al-Si合金薄膜より高
い飽和磁束密度を有する軟磁性金属膜を有したMIG型磁
気ヘッドの提供を目的としている。

発明の概要 この発明は、すぐれた特性を有する軟磁性膜を目的に
種々検討した結果、フェライト等の磁性酸化物基板にAl
₂O₃等の熱的に安定な層を形成した後bcc構造を有する強
磁性のFeまたはFe合金とFe-Al-Si合金膜とを積層成膜
し、適切な熱処理を施すことにより、センダスト合金の
みで成膜した単層膜と同等以上の軟磁気特性が得られ
る、特に、一軸磁気異方性を有することを知見し、前記
Al₂O₃などの層によって金属磁性膜と酸化物基板界面の
反応が抑制できることから、結果として疑似ギャップを
抑制できることを知見し、この発明を完成したものであ
る。

この発明は、 少なくとも一方の磁気コア半体がフェライトからなり、
磁気ギャップ内に高飽和磁束密度の金属膜を有するMIG
型磁気ヘッドにおいて、 フェライトコアの磁気ギャップ突合わせ面に、 Al₂O₃、CrN、SiO₂、Si−Al−Ｏ−Ｎの１種または２種以
上を50〜300Å厚みで被着し、 前記薄膜上にbcc構造を有する強磁性のFeまたはFe合金
膜を、50〜1000Å厚みで積層成膜し、 さらに、Fe-Al-Si合金膜を成膜した構成からなり、 該Fe-Al-Si合金膜が一軸磁気異方性を有することを特徴
とするMIG型磁気ヘッドである。

発明の構成 詳述すれば、この発明は、公知の薄膜形成法を用い
て、各種フェライトコア上に、Al₂O₃、CrN、SiO₂、Si−
Al−Ｏ−Ｎ（サイアロン、窒化物と酸化物の中間的な組
成で、Si,Al,O,Nを所定配合した酸窒化物系セラミック
ス）のいずれかを成膜したのち、bcc構造を有する強磁
性のFeまたはFe合金とFe-Al-Si合金膜を順次に成膜積層
し、所要の厚みの複合金属磁性膜となした後、ガラス溶
着の工程での高温雰囲気、あるいは用途、膜厚み、積層
構造及び厚み比率等に応じて適宜選定した 400℃〜800℃、１分〜100時間の熱処理を行なうことに
より、第１層の拡散防止膜により、金属磁性膜と磁性酸
化物との界面における原子の拡散が防止され、第２層の
Fe等により、第３層の金属磁性層の結晶性が制御され、
優れた一軸磁気異方性をもつ軟磁性膜が、酸化物基板上
に形成可能となる。

すなわち、第１層の拡散防止膜により、金属磁性膜と
フェライトとの界面における原子の拡散が防止され、Fe
-Al-Si合金膜をbcc構造を有するFeまたはFe合金膜の上
に成膜した場合、Fe-Al-Si合金膜が下地となるFeまたは
Fe合金膜の結晶配向に沿って成膜され、結晶配向の乱れ
が少なくなり、所要の熱処理によって容易に軟磁気特性
が向上すると考えられる。

また、得られた軟磁性膜は、bcc構造を有する強磁性
のFeまたはFe合金膜とFe-Al-Si合金膜とからなる二層及
び成膜時または成膜後の熱処理により生成される各膜間
の拡散層を有する膜構造を特徴とするもので、センダス
ト合金と同程度以上の軟磁気特性（高い透磁率や低い抗
磁力等）を有することを特徴とする。

この発明において、フェライトコアには、用途に応じ
て、Ni-ZnフェライトやMn-Znフェライトなどの単結晶フ
ェライト、HIP処理された焼結フェライトの他、公知の
あらゆるフェライトが利用できる。

この発明において、第１層の拡散防止膜には、Al
₂O₃、CrN、SiO₂、Si−Al−Ｏ−Ｎの１種または２種以上
を成膜するが、膜厚みが50Å未満では拡散防止効果がな
く、また、300Åを越えると、拡散防止膜自体が疑似ギ
ャップとして作用し好ましくないため、50〜300Å厚み
とする。さらに、好ましくは100〜200Å厚みである。

この発明において、FeまたはFe合金膜は、Fe-Al-Si系
合金膜の成膜初期層の結晶配向を促す目的のために、bc
c構造であること、FeまたはFe合金膜自体が強磁性であ
ることが必要である。

また、その飽和磁束密度Bsは、少なくとも8kG以上必
要であり、望ましくは10kG以上、さらに望ましくは14kG
以上が良い。保磁力は、数10Oe以下であれば使用可能で
あるが、望ましくは10Oe以下、さらに好ましくは数Oe以
下が良い。

このFeまたはFe系合金膜の組成としては、Feと不可避
な不純物からなるいわゆる純Feでも良く、また、主成分
をFeとし、副成分として前記のbcc構造と強磁性の条件
を満足する範囲のCo、Ni、Cu、Mn、Cr、Ｖ、Mo、Nb、Z
r、Ｗ、Ta、Hf、Ｙ、Ｂ、Ｃ、Al、Si、Ru、Rh、Ph、P
d、Pt、希土類元素の少なくとも１種以上と、不可避な
不純物を含有するFe合金膜でも良い。

積層しかつ最外層に設けるFe-Al-Si系合金薄膜は、所
謂センダスト合金であり、従来より複合型及び薄膜磁気
ヘッドに多用されており、磁気ヘッドの用途等に応じ
て、公知の組成が適宜選定し得るが、３〜10wt％Al、６
〜15wt％Si、80〜90wt％Feの範囲の合金を用いることが
でき、また、必要に応じて、Cr、Ti、Ta、Ni、Co、Mo、
Zr、希土類元素や白金属元素などを添加するのも良い。

製造条件 フェライトコアの磁気ギャップ突合わせ面に、拡散防
止膜、FeまたはFe系合金薄膜とさらにその上にFe-Al-Si
系合金薄膜を成膜するが、その被着方法としては、各種
スパッタリング法、CVD法、蒸着法、イオンプレーティ
ング等の公知の気相成膜方法が利用できる。

好ましい被着条件としては、いずれの方法において
も、到達真空度は高い程好ましく、少なくとも10^-6Torr
台以下の高真空にする必要があり、望ましくは２×10^-6
Torr以下、さらに望ましくは１×10^-6Torr以下が良い。

スパッタリング法を用いる場合には、アルゴンガス等
の不活性ガスをスパッタリングガスとして用いるが、こ
の圧力はスパッタ装置の構造によって適宜選定すれば良
い。

さらに、被着形成するbcc構造を有する強磁性のFeま
たはFe系合金薄膜の膜厚は数Å〜数千Åと薄いために、
基板の表面状態、例えば、残留歪応力や粗度等に強く影
響され、磁気特性が悪化する可能性があるため、bcc構
造を有する強磁性のFeまたはFe系合金薄膜を被着する拡
散防止膜、ひいてはフェライトコア表面粗度を40Å以下
にする必要があり、MCP（メカノケミカルポリッシン
グ）加工が有効である。

さらに、この発明の特徴であるbcc構造を有するFeま
たはFe系合金膜の１層当りの被着厚みは、Fe-Al-Si合金
膜の結晶配向を促す目的のためには50Å以上必要で、好
ましくは100Å以上が好ましい。しかし、1000Åを越え
る厚さになると金属磁性膜全体の磁気特性が劣化するた
め、 50〜1000Å厚みとする。

また、Fe-Al-Si系合金膜の厚みは、高透磁率、低保磁
力を得るためには前記bcc構造を有するFeまたはFe系合
金膜の１倍以上の厚さが必要であり、望ましくは1.5倍
以上、さらに望ましくは２倍以上が良い。

しかし、Fe-Al-Si合金膜が厚すぎる場合には、磁気ヘ
ッドの周波数特性が悪くなり、逆に薄い場合には、オー
バーライト特性が悪くなるなるので、厚さは通常、Feま
たはFe系合金膜の数十倍の厚さとする必要があり、この
発明において、bcc構造を有する強磁性のFeまたはFe合
金膜とFe-Al-Si合金膜とからなる金属磁性体厚みは、１
〜数μｍである。

熱処理は、成膜後所要の加工前に行なっても良く、例
えば、磁気ヘッド等の部品の形状に加工してから行なっ
ても良い。さらにまた、磁気ヘッドコアの半体対のボン
ディング加工を行なう際にガラス溶着のための加熱を熱
処理と併用しても良い。

熱処理の温度と時間は、複合金属磁性膜の磁気特性を
向上させるのに十分な温度と時間を適宜設定すると同時
に、コアとの熱膨張係数差、基板耐熱性、各膜の厚さ、
コア、拡散防止膜、FeまたはFe系合金膜と、Fe-Al-Si系
合金膜との３者間の相互拡散を同時に考慮して組成等に
よって適宜選定する必要がある。

熱処理温度は、400℃未満では、応力の緩和が不十分
で十分に高い透磁率が得られないため好ましくなく、ま
た800℃を越えると、膜及び膜間の相互拡散等により返
って磁気特性が劣化したり、膜の剥離が生じ安いため、
400℃〜800℃が好ましく、さらに好ましくは500℃〜700
℃である。

処理時間は、１分未満では、十分に高い透磁率が得ら
れないため好ましくなく、また100時間を越えると、返
って磁気特性が劣化するため、１分〜100時間が好まし
く、さらには５分以上、10時間以下がより好ましい。

冷却速度は、熱処理温度、時間と同様に使用した基板
及び複合金属磁性膜の組成や構成によって適宜選定する
必要があるが、通常、１℃/hr以上、10000℃/hr以下が
好ましく、特に、50℃/hr〜600℃/hrの範囲が好まし
い。

雰囲気は、金属磁性膜及び強磁性酸化物の磁気特性を
著しく劣化させるものでなければどのような雰囲気でも
良いが、真空または不活性ガスまたは窒素ガス中が好ま
しく、特に10^-4Torr以下の真空が好ましい。

発明の効果 この発明によるMIG型磁気ヘッドは、磁気ギャップ内
に、疑似ギャップを発生させる金属磁性膜の初期劣化層
をなくし、Fe-Al-Si合金膜と同等またはそれ以上の軟磁
気特性（透磁率、保磁力）を有し、かつFe-Al-Si合金膜
以上の飽和磁束密度を有する軟磁性膜が得られることに
より、高保磁力の媒体に適用でき、高記録密度が得られ
る。

また、この発明によるMIG型磁気ヘッドは、Fe-Al-Si
合金膜が一軸磁気異方性を有し、かつ一軸磁気異方性を
Fe-Al-Si合金膜の成膜時に容易に制御でき、例えば、第
１図でコアブロック半体の垂直下向きに困難軸が向くよ
うに誘導することができ、極めて好ましい特性を得るこ
とができる。

実施例 実施例１ Mn-Zn単結晶フェライトからなる第１図に示す如きＣ
型コア（１）となるべきブロック半体とＩ型コア（３）
となるべきブロック半体を製造し、Ｃ型コア（１）の磁
気ギャップ突合わせ面（２）となるべきブロック半体の
所要面を、ダイヤモンドパウダーを用いて、鏡面したの
ち、MCP加工を施し、前記面を高精度な無歪面に仕上げ
た。

この際、タリステップ表面段差測定器による測定で
は、粗度30Å以下であった。また、表面歪層の除去状態
は、エリプソメトリーによって確認した。

上記の無歪加工された磁性基板の主面上に、RF2極マ
グネトロンスパッタリング装置によって、Al₂O₃膜を100
Å厚みで被着形成した後、MCP加工により高精度な平坦
無歪面に仕上げた。

この際、タリステップ表面段差測定器による測定で
は、粗度20Å以下であった。また、表面歪層の除去状態
は、エリプソメトリーによって確認した。

さらに、RF2極マグネトロンスパッタリング装置によ
って、99.3％Fe膜を400Å厚みで被着形成し、さらにFe-
6Al-10Si膜を1.5μｍ厚みに被着形成し、1.54μｍ厚み
の複合金属磁性膜を積層成膜した。

なお、前記のスパッタリング条件は、各々投入電力RF
1kW、Arガス圧力４×10^-3Torrであった。

次に、前記基板上に磁気ギャップを形成するためのガ
ラス膜をRF2極マグネトロンスパッタリング装置にて、
各コアにつき0.3μｍ厚みに被着形成した。

さらに、Ｃ型半体とＩ型巻線溝を有しない半体を、N₂
ガス雰囲気中（680℃×10分）によってガラスボンディ
ングし、同時に、金属磁性膜の磁気特性を向上させた
後、さらに、トラックを形成するためのトラック溝巻線
溝を多数形成し、スライシングし、所定寸法、形状とな
るように外形加工を施し、MIG型磁気ヘッドチップ化し
た。

従って、Ｃ型コア（１）の磁気ギャップ突合わせ面
（２）は、Al₂O₃拡散防止膜（10）、Fe膜（11）、Fe-Al
-Si膜（12）が積層成膜され、さらに磁気ギャップ用の
ガラス膜（13）が成膜されている。

次に、コンポジットヘッド化し、電磁変換特性を測定
した。また、比較のために、従来法のFe-Al-Si膜のみに
よるコンポジットヘッドも作製し、電磁変換特性を測定
した。

再生出力波形観察によるメインピークａと疑似ギャッ
プ出力ｂの出力比b/aの測定の結果、本発明のb/aは0.0
2、従来法のb/aは0.1であり、この発明によるヘッドの
場合の方は、疑似ギャップの効果は実質的に問題となら
ない程度に著しく減少し、良好な記録再生特性を有する
ことが確認できた。

また、この発明によるコンポジットヘッドの再生周波
数特性のうねりは大幅に改善され、1dB以下であった。

実施例２ 多結晶Mn-Znフェライトからなる第１図に示すＣ型コ
ア（１）の磁気ギャップ突合わせ面（２）に、無歪み加
工を施し、その上に拡散防止膜としてCrNを成膜し、次
いで、第２層にFe合金膜を0.05μｍ厚み、第３層として
Fe-6Al-10Si膜を1.5μｍ厚みに被着形成し、磁性膜を1.
55μｍ厚みとした。

Ｃ型コア（１）とＩ型コア（３）ギャップ膜として、
ガラス膜を各々0.3μｍ厚みに被着形成し、ギャップ形
成面どうしを付き合わせ、N₂ガス雰囲気中（720℃×10
分）によってガラスボンティングした。

このボンディングしたブロックを加工してMIGモノリ
シックスライダーを作製し、電磁変換特性を測定した。

その結果、実施例１と同様に、疑似ギャップの効果は
実質的に問題とならない程度に著しく減少し、良好な記
録再生特性を有することが確認できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はMIG型磁気ヘッドの分解斜視説明図である。 第２図は磁気ギャップ突合わせ面上の成膜を示す断面説
明図である。 １……Ｃ型コア、２……磁気ギャップ突合わせ面、３…
…Ｉ型コア、10……Al₂O₃拡散防止膜、11……Fe膜、12
……Fe-Al-Si膜、13……ガラス膜。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方の磁気コア半体がフェライ
   トからなり、磁気ギャップ内に高飽和磁束密度の金属膜
   を有するMIG型磁気ヘッドにおいて、フェライトコアの
   磁気ギャップ突合わせ面に、Al₂O₃、CrN、SiO₂、Si−Al
   −Ｏ−Ｎの１種または２種以上を50〜300Å厚みで被着
   し、前記薄膜上にbcc構造を有する強磁性のFeまたはFe
   合金膜を、50〜1000Å厚みで積層成膜し、さらに、Fe-A
   l-Si合金膜を成膜した構成からなり、該Fe-Al-Si合金膜
   が一軸磁気異方性を有することを特徴とするMIG型磁気
   ヘッド。