JP2568592B2 - 積層磁性薄膜およびこれを用いた磁気ヘツド - Google Patents

積層磁性薄膜およびこれを用いた磁気ヘツド

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高飽和磁束密度,高透磁率を有する積層磁性
薄膜に関し、特に磁気デイスク装置,VTRなどに用いる磁
気ヘツドおよび磁気ヘツドのコア材料に適した積層磁性
薄膜に関する。
〔従来の技術〕 磁気ヘッドの記録時における磁気飽和を防ぐために、
磁気ヘッド材料は高飽和磁束密度を有することが必要で
ある。またヘツドの再生効率の面から低保磁力,高透磁
率の特性を有することも必要である。
高飽和磁束密度を有する磁性材料を得るため、Feを主
成分とする合金の開発が進められている。しかしこれら
の合金の中で飽和磁束密度が1.8T以上の材料の多くは保
磁力が大きく、磁気ヘツド材料としては不十分である。
そこで特開昭52−112797に論じられているように、低保
磁力,高透磁率の特性を得るために、磁性薄膜をSiO2
介して積層構造とすることが行なわれてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、Feを主成分とする合金薄膜をSiO2,Al2O3等の
非磁性酸化物を介して積層構造としても、Fe系合金の組
成によつては、保磁力が十分に小さくならないという問
題があつた。また、SiO2,Al2O3等の酸化物は多孔質であ
り、そのためこれらの酸化物の直上に蒸着したFe系合金
も空孔などの欠陥を多く含み、飽和磁束密度が大幅に低
下するという問題もあつた。
本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消し、低
保磁力,高透磁率ならびに高飽和磁束密度を有する積層
磁性薄膜およびこれを用いた高密度磁気記録用の磁気ヘ
ツドを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、Fe薄膜あるいはFeを主成分とする合金薄膜
に、B,C,N,Siの群より選ばれる少なくとも1種以上の元
素で構成される非磁性物質を介して積層構造とすること
により、低保磁力,高透磁率の特性が得られる。また積
層化の影響により飽和磁束密度は低下するが、SiO2,Al2
O3等を介した積層膜の場合よりも飽和磁束密度を高くす
ることができる。
ここで、積層磁性薄膜の積層構造の1周期の厚さによ
つて磁気特性は変化する、この積層構造の1周期の厚さ
を2500Å以下とした場合、軟磁気特性が特に向上する。
但し、磁性薄膜の製造プロセスの面からは、1周期の厚
さを500Åより大きくすることが好ましい。
また上記非磁性物質の1層当りの厚さを2Å未満ある
いは50Åより大きくすると、2〜50Åとした積層磁性薄
膜と比較して保磁力が大きくなる。従つて上記非磁性物
質の1層当りの厚さは2〜50Åが好ましい。
さらに、上記積層磁性薄膜のFeあるいはFeを主成分と
する合金薄膜にCを1〜20at%添加することにより、さ
らに低保磁力,高透磁率を有する積層磁性薄膜が得られ
る。
本発明の積層磁性薄膜を磁気ヘツドの磁気回路に用い
ることにより、記録特性の優れた磁気ヘツドを得ること
ができる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ、図表を参照しながら
さらに具体的に説明する。
[実施例1] 積層磁性薄膜の作製にはデユアル・イオンビーム・ス
パツタリング装置を用いた。スパツタリングは以下の条
件で行つた。
イオンガス ……Ar 装置内Aガス圧力 ……2.5×10-2Pa 蒸着用イオンガン加速電圧 ……1200V 蒸着用イオンガンイオン電流 ……120mA ターゲツト電流 ……70mA 基板照射用イオンガン加速電圧 ……200V 基板照射用イオンガンイオン電流 ……40mA ターゲツト・基板間距離 ……127mm 本実験に用いたデユアル・イオンビーム・スパツタリ
ング装置は、スパツタリング中にターゲツトホルダーを
反転することにより、積層膜を作製することができる。
このようにして作製した積層磁性薄膜の断面図を第1
図に示す。本実施例では主磁性膜11としてFe薄膜,中間
層12としてB,C,BN,SiCならびに従来例のSiO2,Al2O3、基
板13としてコーニング社製7059ガラス基板を用いた。ま
た主磁性膜11の層数を5層、1層当りの膜厚を950Å、
中間層12の膜厚を50Å、積層磁性薄膜の総膜厚を約5000
Å一定とした。
本発明の積層磁性薄膜の中間層材料と磁化困難方向の
保磁力,飽和磁束密度との関係を第1表に示す。また同
表には中間層なし、すなわちFe単層膜の特性も示してあ
る。
第1表に示すごとく、Fe薄膜をB,C,BN,SiCを介して積
層膜とすると、保磁力が減少し、100e以下となる。これ
らの保磁力は中間層としてSiO2,Al2O3を用いた場合より
も小さい。また中間層としてSiO2,Al2O3を用いた積層磁
性薄膜は飽和磁束密度が大幅に低下し、1.95T以下とな
つている。これはこれらの酸化物が多孔質であり、その
ためこれらの直上に蒸着したFe薄膜も空孔などの欠陥を
多く含むためと考えられる。これに対してB,C,BN,SiCを
中間層として用いると飽和磁束密度は比較的高く、2T程
度となる。これはFeとB,C,BN,SiCの界面のエネルギーが
低く、Fe薄膜とこれらの非磁性物質が密着し、欠陥が生
じにくいためと考えられる。
以上述べたように、Fe薄膜をB,C,BN,SiCを介して積層
構造とすることにより、低保磁力の特性が得られる。ま
た上記以外のB,C,N,Siの群より選ばれる少なくとも1種
以上の元素で構成される非磁性物質を用いてもよい。
さらに本発明の積層磁性薄膜に対し、熱処理を行うと
さらに保磁力を低減させることができる。一例を挙げる
と、例えば中間層としてCを用いた積層磁性薄膜に対
し、300℃,1時間の熱処理を行うことにより、保磁力2.1
0e,5MHzでの比透磁率700の特性を得た。
[実施例2] 実施例1と同様の方法でFe−12at%Si,Fe−1.5at%N
i,Fe−2.0at%V,Fe−1.7at%Cr,Fe−1.3at%Pt,合金を
Cを介して5層膜とした。主磁性膜と磁化困難方法の保
磁力との関係を第2表に示す。また同表には中間層なし
の単層膜の保磁力も示してある。
第2表に示すごとく、Fe軽合金をCを介して積層化す
ることにより保磁力が減少する。また、主磁性膜の材料
を第2表以外のFe系合金としても、C中間層を用いた積
層化により保磁力が減少する。さらに中間層材料として
B,C,N,Siの群より選ばれる少なくとも1種以上の元素よ
り構成される非磁性物質を用いても積層化の効果により
保磁力が減少する。
また本発明の積層磁性薄膜を熱処理することにより、
保磁力をさらに低減することが可能である。例えば、F
−12at%Si合金とC中間層を用いた積層磁性薄膜に対
し、300℃,1時間の熱処理を行うと保磁力1.20e,5MHzで
の比透磁率1300の特性が得られた。
[実施例3] 実施例1と同じスパツタリング条件でFe−1.5at%Ni
合金を主磁性膜とし、Cを中間層として用いた積層磁性
薄膜を作製した。C中間層は一層当り25Å、積層磁性薄
膜の総膜厚は5000Å一定とし、積層構造の周期を変化し
た。実験結果を第2図に示す。同図において周期が5000
Åの場合は、中間層を介さない単層膜を示す。
同図の保磁力の周期依存性21に示すように、周期を短
かくするに従い、保磁力が減少する。また、周期2500Å
以下の時、保磁力が比較的小さい。従つて、積層構造の
周期は2500Å以下が好ましい。但し、磁性薄膜を製造す
る容易さの面から、周期は長い方が好ましく、これらの
点を考慮すると積層構造の周期は500Åより長く、2500
Å以下であることが好ましいと考えられる。また積層磁
性薄膜の総膜厚を5000〜20000Åと変化した場合にも、
積層構造の1周期の厚さを500Åより大きく、2500Å以
下とすることにより、優れた軟磁気特性が得られること
がわかつた。
また主磁性膜としてFe−Ni系合金以外の種種のFe系合
金、中間層としてB,C,N,Siより構成される種々の非磁性
物質用いても、保磁力の積層周期依存性は上述の結果と
ほぼ同様であつた。
[実施例4] 実施例1と同じスパツタリング条件で、Fe−1.5at%N
i合金を主磁性膜とし、Cを中間層として用いた積層磁
性薄膜を作製した。積層磁性薄膜の総膜厚を5000Å、主
磁性膜の層数を5層(周期1000Å)一定とし、C中間層
の1層当りの膜厚を変化した。第3図にC中間層膜厚と
磁化困難方向の保磁力との関係を示す。同図において、
C中間層膜厚が0Åの場合は、中間層を介さない単層膜
を示す。同図の保磁力の中間層膜厚依存性31のように、
C中間層の膜厚が2〜50Åの範囲で比較的保磁力が小さ
い。C中間層膜厚が70Å以上になると保磁力が大きくな
る。これは中間層をはさんだ2層のFe膜の磁気的相互作
用が断ち切られているためと思われる。またC中間層膜
厚を必要以上に厚くすると、積層磁性薄膜全体の飽和磁
束密度が低下する。このため、C中間層膜厚は50Å以下
とすることが好ましい。
また主磁性膜としてFe−Ni系合金以外の種種のFe系合
金、中間層としてB,C,N,Siより構成される種々の非磁性
物質を用いても、保磁力の中間層膜厚依存性は上述の結
果とほぼ同様であつた。
[実施例5] 実施例1と同様のスパツタリング条件で、Fe−V−C
系合金薄膜を主磁性膜とし、Cを中間層として用いた積
層磁性薄膜を作製した。総膜厚は5000Å、主磁性膜の層
数は5層(周期1000Å)、中間層膜厚は50Åとした。ま
たFe系合金のV濃度を2at%一定とし、C濃度を0〜30a
t%の範囲で変化した。
磁化困難方向の保磁力とC濃度との関係を第4図に示
す。同図に示すようにCを1at%未満添加しても保磁力
はほとんど変化しない。これに対し、Cを1at%以上添
加すると保磁力は大幅に減少する。しかしCを20at%よ
り多く添加すると膜が基板よりはく離した。これはCが
Feに侵入型で固溶するため、Cの量が多いと膜中の内部
応力が大きくなり、はく離すると考えられる。
上述の結果より、Fe−V系合金薄膜をC薄膜を介して
積層化した磁性膜において、Fe−V系合金にCを1〜20
at%添加するとさらに小さい保磁力が得られることがわ
かつた。またC添加により比透磁率も高くなつた。
また主磁性膜がFe、あるいはFe−V系以外のFe系合金
でもC添加により軟磁気特性が向上する。またこの場
合、中間層はB,C,N,Siより構成される種々の非磁性物質
でもよい。
[実施例6] 本発明のFe−1.5at%Ni−5.5at%C合金薄膜をCを介
して3層積層した磁性薄膜(膜厚0.18μm)ないし従来
の実用材料であるパーマロイ(Ni−19.8at%Fe)合金薄
膜(薄膜0.18μm)を用いて第5図に示す構造の垂直磁
気記録用単磁極型磁気ヘツド71を作製した。この磁気ヘ
ツド71の作製工程を以下に述べる。
第5図(a)に示すMn−Znフエライト61および高融点
ガラス62からなる基板63を用い、その表面に第5図
(b)に示すように上記磁性薄膜64をイオンビームスパ
ツタリング法で作製した。さらにこの上に接着用Pb系ガ
ラス膜をイオンビームスパツタリング法により形成し、
第5図(a)に示す基板63を重ね合わせて450℃で30分
間加熱し、上記Pb系ガラス膜を溶融固着させ、第5図
(c)に示す主磁極ブロツク65を作製した。そして第5
図(d)に示すMn−Znフエライト66および高融点ガラス
67からなる補助コアブロツク68を用意し、接合面70に上
記と同様の接着用Pb系ガラス膜を形成した後、主磁極ブ
ロツク65を補助コアブロツク58の接合面によつて挟み、
450℃で30分間加熱することにより、上記Pb系ガラス膜
を溶融固着させて接合ブロツク69を作製した。次に第5
図(d)に示す2点鎖線部を切断し、第5図(e)に示
す垂直磁気記録用単磁極型ヘツド71を得た。
上述の工程によつて作製した本発明の積層磁性薄膜を
用いたヘツドおよびパーマロイ薄膜を用いたヘツドの記
録特性をCo−Cr垂直磁気記録媒体を用いて測定した。再
生ヘツドにはパーマロイ薄膜を有するヘツドを用いた。
その結果、本発明の積層磁性薄膜を用いたヘッドは、従
来の実用材料であるパーマロイ合金薄膜を用いたヘツド
と比較して約4dB高い出力を示した。このように本発明
の積層磁性薄膜を用いた磁気ヘツドは優れた記録特性を
有することが明らかとなつた。
また中間層のCを電気抵抗率の高い非晶質、あるいは
ダイヤモンドライクとすることにより、うず電流を防止
し、高周波特性の優れた磁気ヘツドを得ることもでき
る。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく、Fe薄膜あるいはFeを主成
分とする合金薄膜を、B,C,N,Siの群より選ばれる少なく
とも1種以上の元素で構成される非磁性物質を介して積
層することにより、低保磁力,高透磁率,高飽和磁束密
度を有する積層磁性薄膜が得られる。また積層構造の1
周期の厚さを500Åより長く、2500Å以下とすることに
より、作製が容易な軟磁気特性の優れた積層磁性薄膜が
得られる。また上記層間に介在せしめる非磁性物質の厚
さを2〜50Åの範囲とすると、さらに軟磁気特性が向上
する。またさらにFe薄膜あるいはFe主成分とする合金薄
膜にCを1〜20at%添加することにより、さらに軟磁気
特性が向上する。また上記積層磁性薄膜を磁気ヘツドの
磁気回路に用いた本発明の磁気ヘツドは優れた記録特性
を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の積層磁性薄膜の断面図、第2図は本発
明の実施例3におけるFe−Ni系合金にCを介して積層化
した磁性膜の保磁力と周期との関係を示すグラフ、第3
図は本発明の実施例4におけるFe−Ni系合金にCを介し
て積層化した磁性膜の保磁力とC膜厚との関係を示すグ
ラフ、第4図は本発明の実施例5におけるFe−V−C系
合金にCを介して積層化を行つた磁性膜の保磁力とC濃
度との関係を示すグラフ、第5図は本発明の実施例6に
おける垂直磁気記録用単磁極型磁気ヘツドの作製工程を
示す斜視図である。 11……主磁性膜、12……中間層、13……基板、21……保
磁力の周期依存性、31……保磁力の中間層膜厚依存性、
41……保磁力のC濃度依存性、61,66……Mn−Znフエラ
イト、62,67……高融点ガラス、63……基板、64……磁
性薄膜、65……主磁極ブロツク、68……補助コアブロツ
ク、69……接合ブロツク、70……接合面、71……垂直磁
気記録用単磁極型磁気ヘツド。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Fe薄膜あるいはFeを主成分とする合金薄膜
    を、B,C,N,Siの群より選ばれる少なくとも1種以上の元
    素で構成される非磁性物質を介して積層構造としたこと
    を特徴とする積層磁性薄膜。
  2. 【請求項2】積層構造の1周期の厚さが500Åより大き
    く、2500Å以下であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載の積層磁性薄膜。
  3. 【請求項3】Fe薄膜あるいはFeを主成分とする合金薄膜
    を、B,C,N,Siの群より選ばれる少なくとも1種以上の元
    素で構成される非磁性物質を介して積層構造とした磁性
    薄膜において、上記非磁性物質の1層当りの厚さが2〜
    50Åであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第2項に記載の積層磁性薄膜。
  4. 【請求項4】Feを主成分とする合金薄膜がCを1〜20原
    子%含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第3項に記載の積層磁性薄膜。
  5. 【請求項5】磁性薄膜を磁気回路の少なくとも一部に用
    いる磁気ヘツドにおいて、上記磁性薄膜はFe薄膜あるい
    はFeを主成分とする合金薄膜に、B,C,N,Siの群より選ば
    れる少なくとも1種以上の元素で構成される非磁性物質
    を介した積層磁性薄膜であることを特徴とする磁気ヘツ
    ド。
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