JP2884599B2 - 軟磁性非晶質膜 - Google Patents

軟磁性非晶質膜

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    • H01F10/131Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing iron or nickel

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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、磁気ヘッドのコア材等として使用される軟
磁性非晶質膜に関するものであり、特に高磁束密度,高
電気抵抗及び高耐蝕性を有する軟磁性非晶質膜に関す
る。
〔発明の概要〕
本発明は、遷移金属と2種類の異なる半金属元素〔こ
こではB,C,Si〕よりなる強磁性アモルファス相と非磁性
アモルファス相の2相が微細に分散した構造を有する軟
磁性非晶質膜に、Cr,Mo,W,Ta,Nb,V,Snの少なくとも1種
を添加することによって、耐蝕性の改善を図ろうとする
ものである。
〔従来の技術〕
例えば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、画質等を向上するために記録信号の
高密度化や高周波数化等が進められており、これに対応
して磁性粉にFe,Co,Ni等の強磁性金属の粉末を用いた,
いわゆるメタルテープや、強磁性金属材料を蒸着等の手
法により直接ベースフィルム上に被着した,いわゆる蒸
着テープ等の高抗磁力媒体を実用化されつつある。
一方、磁気ヘッドにおいては、このような磁気記録媒
体の高抗磁力化に対応するべく、飽和磁束密度がフェラ
イトよりも高いFe−Al−Si系合金(いわゆるセンダス
ト)スパッタ膜やメタル−メタル系アモルファススパッ
タ膜,メタル−メタロイド系液体超急冷アモルファスリ
ボン等の合金系軟磁性材料を単独若しくはフェライトと
組み合わせて用いた磁気ヘッドが開発されている。
しかしながら、これまで用いられている合金系軟磁性
材料は、その比抵抗が小さいために高周波帯域での特性
が十分でなく、特にメガヘルツ領域では渦電流損失によ
って初透磁率が減少し、高抗磁力媒体の性能を十分に引
き出すことができないのが実情である。
いわゆるハイビジョンに代表されるような高画質画像
システムの実用化が進められており、このようなシステ
ムで扱われる高周波信号を記録するための磁気ヘッドの
開発に迫られている状況では、前記高周波帯域での特性
の劣化は大きな障害となる。
また、従来の合金系軟磁性材料は、飽和磁束密度が高
いといってもせいぜい10000ガウス(Gauss)程度に止ま
り、磁気記録媒体における一層の高抗磁力化を考えた場
合、十分なものとは言えない。
そこで本願出願人は、先に特開昭63−119209号公報に
おいて、遷移金属と半金属とを主成分とし強磁性アモル
ファス相と非磁性アモルファス相の二つのアモルファス
相が微細に分散したヘテロアモルファス2相構造を有す
る軟磁性薄膜を提案した。この軟磁性薄膜は、電気抵抗
値が300〜4000μΩcmと非常に大きく、また飽和磁束密
度も15000ガウス程度を示し、従来のアモルファス薄膜
とは全く異なり高周波帯域で優れた磁気特性を発揮する
ものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述のヘテロアモルファス2相構造を
有する軟磁性薄膜は、このように優れた磁気特性を発揮
するものの、耐蝕性が低いという不満を残している。特
に、高磁気特性を狙って遷移金属の割合を増やそうとす
るとこの傾向が著しい。
そこで本発明は、ヘテロアモルファス2相構造を有す
る軟磁性薄膜の耐蝕性を改善することを目的とするもの
で、高飽和磁束密度,高電気抵抗,さらには高耐蝕性の
諸特性を併せ持ち、高周波記録等に対応可能な軟磁性非
晶質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〕
本発明者は、前述の目的を達成せんものと長期に亘り
鋭意研究を重ねた結果、Cr,Mo,W,Ta,Nb,V,Snの何れかの
添加が耐蝕性の改善に有効であることを見出した。
本発明は、このような知見に基づいて完成されたもの
であって、 (M1-mAmxLyJz ……(i) (但し、MはFe,Co,Niの少なくとも1種を表し、L,Jは
それぞれB,C,Siから選ばれた互いに異なる元素を表す。
また、x,y,zはそれぞれ各元素の割合を原子%で表し、
x+y+z=100,y+z≧10,x≠0,y≠0,z≠0である。
AはCr,Mo,W,Ta,Nb,V,Snの少なくとも1種を表し、0.05
≦m≦0.10である。)なる組成を有し、強磁性アモルフ
ァス相と非磁性アモルファス相とが単一層内で混在する
2相構造を有することを特徴とするものである。
上記組成式(i)中、Mとしては、強磁性材料である
3d遷移金属元素,すなわちFe,Co,Niのうちの1種または
2種以上が適当である。
一方、半金属元素であるL,Jとしては、B,Si,Cの中か
ら2種を選択して使用する。これら半金属元素(半導体
元素)は、合金を非晶質化するものであり、特に炭素C
は合金の耐蝕性,硬度,機械的性質等を改善し、また電
気抵抗を高める要素となる元素である。
半金属元素L,Jの組み合わせとしては、B−C,Si−C,S
i−Bが考えられるが、炭素Cを含む組み合わせ(B−
C,Si−C)が好ましく、特にB−Cの組み合わせは好適
な結果を示した。
また、本発明の軟磁性非晶質膜において、これら半金
属元素L,Jの占める割合y+zは、10原子%以上である
ことが必要で、10原子%未満では非晶質状態が実現しな
い。
かかる軟磁性非晶質膜は、従来広く知られている単相
アモルファス磁性薄膜とは異なり、遷移金属元素Mを主
体とする強磁性アモルファス相I(M−L−J)と、こ
れをとりまき半金属元素のみからなる非磁性アモルファ
ス相II(L−J)との2相混在構造であると推定され
る。このことは、透過型電子顕微鏡による暗視野像によ
っても裏付けられている。すなわち、本発明の軟磁性非
晶質膜の電子顕微鏡写真を観察すると、暗い部分と明る
い部分とが微細に混在しており、50Å程度の超微細2相
構造のヘテロアモルファスであることが理解できる。な
お、これら暗い部分と明るい部分とはいずれも非晶質相
であることが電子線回折法により証明された。
本発明においては、前述の軟磁性非晶質膜を構成する
元素のうち、遷移金属の一部をCr,Mo,W,Ta,Nb,V,Snで置
換することによりその耐蝕性を改善することとする。こ
れら元素の添加は、耐蝕性改善に非常に有効で、わずか
な添加でも耐蝕性が大きく改善される。ただし、あまり
添加量が多すぎると磁気特性,特に飽和磁束密度の低下
を招くことから、遷移金属に対する置換量は、10原子%
までとすることが好ましい。したがって、先の組成式
(i)におけるmは0.05≦m≦0.10とすることが好まし
い。遷移金属に対する置換量が10原子%を越えると、飽
和磁束密度が8000ガウスを下回り実用的でない。
本発明の軟磁性非晶質膜を作製するには、遷移金属M
の円盤の上にB,Si等の炭素化合物やSiB化合物、さらに
はCr等の耐蝕性改善のための金属Aの角板を並べたター
ゲットを用い、スパッタリングによって製造する。ここ
で、角板の数を増減することにより得られる軟磁性非晶
質膜の組成y,zや置換量mをコントロールすることがで
き、目的に応じて磁気特性や電気抵抗等をコントロール
することができる。また、遷移金属Mの円盤の代わりに
遷移金属と前記耐蝕性改善のための金属Aとの合金の円
盤をターゲットとして用い、この合金ターゲットの組成
によって置換量mをコントロールするようにしてもよ
い。スパッタリング時のアルゴンガス圧は、電気抵抗や
飽和磁束密度等にはほとんど影響を及ぼさないが、軟磁
性非晶質膜の重要な特性の一つである保磁力Hcを考慮す
ると、5×10-2Torr以上であることが好ましい。
〔作用〕
強磁性アモルファス相と非磁性アモルファス相とが単
一層内で混在する2相構造を有する軟磁性非晶質膜(以
下、2相アモルファス膜と言う。)は、比抵抗が高く高
周波帯域において従来の単相アモルファスでは実現し得
ない優れた特性が発揮される。
かかる2相アモルファス膜を構成する元素のうち、遷
移金属の一部をCr,Mo,W,Ta,Nb,V,Snの少なくとも1種で
置換すると、耐蝕性が大幅に改善される。
〔実施例〕
以下、本発明を具体的な実験例により説明するが、本
発明がこれら実験例に限定解釈されるものでないことは
言うまでもない。
本実験では、FeCo−B4C系2相アモルファス膜にCrを
添加し、耐蝕性改善の効果を調べた。
2相アモルファス膜のスパッタ用ターゲットとして
は、直径100mm,厚さ2mmの円盤状のFe−Co合金ターゲッ
トを用い、その上にB4C化合物板(5mm×5mm×2mmに切断
したもの。)を必要数だけならべた。Fe−Co合金ターゲ
ットにおけるFeとCoの比率は1:1とし、Crを添加しない
もの、Crを5原子%〔合金ターゲット中のCrの原子濃
度。したがって(i)式中m=0.05〕添加したもの、10
原子%添加したもの〔m=0.10)、20原子%添加したも
の(m=0.20)をそれぞれ準備した。
スパッタに際しては、基板にフォトセラム基板を使用
した。また、この2相アモルファス膜のスパッタ条件は
下記の通りである。
スパッタ条件 RFマグネトロンスパッタ 極板間距離 40mm 予備スパッタ時間 1時間 本スパッタ時間 4時間 Ar流量 100msccm 到達真空度 1×10-6Torr 陽極電圧 2.2kV 陽極電流 160mA 得られたスパッタ膜はX線回折によって結晶,アモル
ファスの判定を行い、また膜組成の分析にはESCA(Elec
tron Spectroscopy Chemical Aalysis)及びXMA(X−r
ay microprobe Analizer)を使用した。
作成した各サンプルについて、腐食電流,飽和磁束密
度,電気抵抗率を測定した結果が第1図ないし第3図で
ある。ここで、第1図はCrの添加量による腐食電流の変
化を表し、第2図はCrの添加量による飽和磁束密度の変
化を、また第3図はCrの添加量による電気抵抗率の変化
をそれぞれ表す。
第1図を見ると、Crを添加することによって腐食電流
が減少しており、例えばCrを添加していないサンプルと
Crを10原子%添加したサンプルを比較すると、後者にお
いて耐蝕性が10倍以上向上していることがわかる。実
際、これらのサンプルを純水に浸して観察すると、Crを
添加していないサンプルでは錆の発明が見られたのに対
して、Crを添加したサンプルでは錆はほとんど発生しな
かった。
一方、第2図から明らかなように、前記Crの添加する
と、飽和磁束密度は低下する傾向にある。ただし、添加
量を10原子%程度までに抑えれば、飽和磁束密度8000ガ
ウス以上を確保することができることがわかる。
電気抵抗率は、第3図に示すようにCr添加によってほ
とんど変わらず、高電気抵抗が維持されている。
そこで次に、Crを10原子%添加したサンプルについ
て、磁気特性,特に磁化曲線(B−Hループ)を振動試
料型磁力計(VSM)を用いて測定した。結果を第4図に
示す。
このサンプルの飽和磁束密度Bsは13000ガウス,保磁
力Hcは0.2エルステッドであった。これらの値はCrを添
加していない2相アモルファス膜のそれと変わらず、Cr
を添加しても主要な軟磁気特性が劣化することはないこ
とがわかった。
また、実効初透磁率を測定したところ、第5図に示す
ようにおよそ1200と高い値を示し、これは10MHzでもほ
とんど劣化せず優れた周波数特性を示すことがわかっ
た。
なお、以上はCrについての実験結果であるが、Mo,W,T
a,Nb,V,Snについても同様の実験を行ったところ耐蝕性
改善の効果が見られ、軟磁気特性が劣化することもなか
った。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかなように、本発明において
は、2相アモルファス膜にCr,Mo,W,Ta,Nb,V,Snの少なく
とも一種を添加しているので、耐蝕性を大幅に向上する
ことができ、例えば磁気ヘッドに応用した場合に加工時
の歩留まりや加工後の信頼性を向上することができる。
また、これら元素を添加しても2相アモルファス膜の軟
磁気特性を損なうことはなく、良好な高周波特性や高飽
和磁束密度を維持することができる。
したがって、高飽和磁束密度,高電気抵抗,高耐蝕性
の諸特性を併せ持ち、高周波記録等に対応し得る軟磁性
非晶質膜を提供することが可能となり、ビデオテープレ
コーダ用磁気ヘッド等においてその利用価値は極めて大
きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はCrの添加による腐食電流の変化を示す特性図で
あり、第2図はCrの添加による飽和磁束密度の変化を示
す特性図で、第3図はCrの添加による電気抵抗率の変化
を示す特性図である。 第4図はCrを添加したFe−Co−B4C系2相アモルファス
膜の磁化曲線(B−Hループ)を示す特性図であり、第
5図は実効初透磁率の周波数特性を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 10/16 C22C 45/02 - 45/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(M1-mAmxLyJz(但し、MはFe,Co,Niの
    少なくとも1種を表し、L,JはそれぞれB,C,Siから選ば
    れた互いに異なる元素を表す。また、x,y,zはそれぞれ
    各元素の割合を原子%で表し、x+y+z=100,y+z
    ≧10,x≠0,y≠0,z≠0である。AはCr,Mo,W,Ta,Nb,V,Sn
    の少なくとも1種を表し、0.05≦m≦0.10である。)な
    る組成を有し、強磁性アモルファス相と非磁性アモルフ
    ァス相とが単一層内で混在する2相構造を有することを
    特徴とする軟磁性非晶質膜。
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