JP3233538B2 - Soft magnetic alloys, soft magnetic thin films and multilayer films - Google Patents

Soft magnetic alloys, soft magnetic thin films and multilayer films

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JP3233538B2 JP26321694A JP26321694A JP3233538B2 JP 3233538 B2 JP3233538 B2 JP 3233538B2 JP 26321694 A JP26321694 A JP 26321694A JP 26321694 A JP26321694 A JP 26321694A JP 3233538 B2 JP3233538 B2 JP 3233538B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、軟磁性合金と、軟磁性
薄膜と、多層膜とに関する。
The present invention relates to a soft magnetic alloy, a soft magnetic thin film, and a multilayer film.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記録の分野では高記録密度化に伴な
い高保磁力を有する磁気記録媒体が用いられるようにな
っている。この場合、良好な磁気記録を行なうために
は、磁気ヘッドから密度の高い磁束を発生させる必要が
あるので、飽和磁束密度(Bs )の高い軟磁性薄膜や軟
磁性多層膜を利用したメタル・イン・ギャップ(MI
G)型磁気ヘッド、積層型磁気ヘッド、薄膜磁気ヘッド
などが用いられるようになってきている。これらの磁気
ヘッドに用いられる軟磁性薄膜や軟磁性多層膜には、高
いBs の他、保磁力(Hc )が低く透磁率(μ)が高い
ことも要求される。特に高密度記録媒体用の磁気ヘッド
では、高周波(例えば10MHz 程度)での透磁率が大き
いことが重要である。
2. Description of the Related Art In the field of magnetic recording, a magnetic recording medium having a high coercive force has been used along with an increase in recording density. In this case, in order to perform good magnetic recording, it is necessary to generate a high-density magnetic flux from the magnetic head. Therefore, metal-in using a soft magnetic thin film or a soft magnetic multilayer film having a high saturation magnetic flux density (Bs) is required.・ Gap (MI
G) type magnetic heads, laminated magnetic heads, thin film magnetic heads, and the like have been used. The soft magnetic thin film and the soft magnetic multilayer film used in these magnetic heads are required to have high Bs, low coercive force (Hc) and high magnetic permeability (μ). In particular, in a magnetic head for a high-density recording medium, it is important that the magnetic permeability at a high frequency (for example, about 10 MHz) is large.

【0003】Bs が15kG以上と高い軟磁性材料はいく
つか提案されているが、他の特性が十分とはいえない。
Some soft magnetic materials having a high Bs of 15 kG or more have been proposed, but other characteristics are not sufficient.

【0004】例えば、高いBs を示す系としてはFeま
たはFe−Co合金を基本成分とする系が知られてい
る。しかし、Fe−Co合金系の材料は磁歪が大きい。
このため、スパッタ法により形成する際に基板温度や熱
処理温度を最適化したとしてもHc が高くなり、十分な
軟磁気特性が得られない。
[0004] For example, as a system showing high Bs, a system containing Fe or an Fe-Co alloy as a basic component is known. However, Fe-Co alloy materials have large magnetostriction.
For this reason, even if the substrate temperature and the heat treatment temperature are optimized when forming by the sputtering method, Hc becomes high and sufficient soft magnetic characteristics cannot be obtained.

【0005】Fe系材料の軟磁気特性を改善するための
技術としては、FeにNとOとを数パーセント以下添加
することが提案されている(特開平2−57665号公
報)。このものは、Bs が15kG以上、Hc が1.5 O
e 以下であって良好な軟磁気特性を示すが、耐食性が低
く、常温で通常の湿度の環境で容易に酸化が進み、磁気
特性が大幅に劣化するという問題がある。また、耐熱性
にも問題があり、素子作製の際に必然的に加わる熱によ
り、特性の劣化が生じてしまう。
As a technique for improving the soft magnetic characteristics of Fe-based materials, it has been proposed to add N and O to Fe by several percent or less (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-57665). It has Bs of 15 kG or more and Hc of 1.5 O
e, which shows good soft magnetic properties, but has poor corrosion resistance, and easily oxidizes in an environment of normal temperature and normal humidity, causing a problem that the magnetic properties are significantly deteriorated. In addition, there is a problem in heat resistance, and characteristics are deteriorated due to heat inevitably applied during element fabrication.

【0006】第16回日本応用磁気学会学術講演概要集
の7pF−15には、Co=50〜60wt% 、Fe=2
0〜30wt% 、Ni=20〜30wt% を含有するめっき
膜で、19kG以上の高Bs と良好な耐食性とが得られる
ことが報告されている。しかし、このめっき膜は透磁率
(μ)が600〜700程度であり、パーマロイに比べ
て低い。また、同文献には、透磁率の測定周波数は記載
されていない。
[0006] In the summary of the 16th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics, 7pF-15, Co = 50-60 wt%, Fe = 2
It is reported that a plating film containing 0 to 30 wt% and Ni = 20 to 30 wt% can provide high Bs of 19 kG or more and good corrosion resistance. However, this plating film has a magnetic permeability (μ) of about 600 to 700, which is lower than that of Permalloy. In addition, the reference does not describe the measurement frequency of the magnetic permeability.

【0007】特公昭63−53277号公報の第1図の
3元組成図には、Fe−Co−Niめっき膜におけるλ
s =0線が示されているが、同公報では高周波における
透磁率は測定しない。なお、前述した第16回日本応用
磁気学会学術講演概要集に記載されている高Bs のFe
−Co−Niめっき膜では、λs の絶対値が大きいため
に透磁率が低くなっていると考えられる。
The ternary composition diagram of FIG. 1 of JP-B-63-53277 shows that the λ in the Fe—Co—Ni plating film is
Although the s = 0 line is shown, this publication does not measure magnetic permeability at high frequencies. The high-Bs Fe described in the 16th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics,
It is considered that the magnetic permeability of the -Co-Ni plated film is low because the absolute value of λs is large.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Fe
−Co−Ni系軟磁性合金、特に薄膜について、高Bs
を実現すると共に、高周波における高透磁率を実現する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing Fe
-High Bs for Co-Ni soft magnetic alloys, especially for thin films
And realizing high magnetic permeability at high frequencies.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(3)のいずれかの構成により達成される。 (1) Fe、CoおよびNiに、Tiおよび/または
Hfを添加し、各元素の原子比が、 式 (Fex Coy Niz100-a-b Tia Hfb において 0.10≦x≦0.55、 0.20≦y≦0.85、 0.05≦z≦0.28、 3x−5z≦0.60、 x+y+z=1、 0≦a≦5、 0≦b≦3、 0.1≦a+b≦5 で表わされ、実質的に面心立方晶単相から構成され、飽
和磁歪値をλs とし、面心立方晶の(111)面間隔を
d(111)とし、TiおよびHfのいずれも含まない
ときの面心立方晶の(111)面間隔をd0(111)
とし、 Δd(111)=d(111)−d0 (111) としたとき、 1.0×10-8 ≦λs ・Δd(111)/d0 (111) ≦3.0×10-8 である軟磁性合金。 (2) 上記(1)の軟磁性合金から構成されている軟
磁性薄膜。 (3) 少なくとも1層が上記(2)の軟磁性薄膜であ
る多層膜。
This and other objects are achieved by any one of the following constitutions (1) to (3). (1) Fe, the Co and Ni, Ti is added and / or Hf, the atomic ratio of each element is represented by the formula (Fe x Co y Ni z) 100-ab Ti a Hf b 0.10 ≦ x ≦ 0 in .55, 0.20≤y≤0.85, 0.05≤z≤0.28, 3x-5z≤0.60, x + y + z = 1, 0≤a≤5, 0≤b≤3, 0.1 ≤a + b≤5, consisting essentially of a face-centered cubic single phase, with a saturation magnetostriction value of λs, a face-centered cubic (111) face spacing of d (111), and Ti and Hf When neither is included, the (111) plane interval of the face-centered cubic is d 0 (111)
When Δd (111) = d (111) −d 0 (111), 1.0 × 10 −8 ≦ λs · Δd (111) / d 0 (111) ≦ 3.0 × 10 −8 Some soft magnetic alloys. (2) A soft magnetic thin film composed of the soft magnetic alloy of (1). (3) A multilayer film in which at least one layer is the soft magnetic thin film of (2).

【0010】[0010]

【作用および効果】本発明では、Fe−Co−Ni系軟
磁性合金、特に薄膜において、主組成であるFe、Co
およびNiの組成範囲を限定すると共にTiおよび/ま
たはHfを添加し、λs ・Δd(111)/d0 (11
1)が所定範囲に存在するようにする。TiやHfの添
加により結晶粒は微細になり、また、磁歪および格子面
間隔は変化する。本発明では、TiやHfを所定量添加
すると共に、Fe、CoおよびNiの組成比を所定範囲
とすることにより、結晶粒の微細化と磁気弾性効果とが
相乗的に作用し、優れた軟磁気特性、特に10MHz 程度
の高周波において高透磁率が得られる。なお、磁気弾性
効果は、格子が歪むことによる磁歪と内部応力とに起因
する。また、優れた軟磁気特性に加え、500℃の熱処
理にも耐える耐熱性が得られ、15kG以上の高い飽和磁
化を得ることが可能となる。
According to the present invention, the main composition of Fe-Co-Ni soft magnetic alloy, especially thin film, is Fe, Co
And Ni and the composition range of Ni and Ti and / or Hf are added, and λs · Δd (111) / d 0 (11
1) is set in a predetermined range. By adding Ti or Hf, crystal grains become finer, and magnetostriction and lattice spacing change. In the present invention, by adding a predetermined amount of Ti or Hf and setting the composition ratio of Fe, Co and Ni within a predetermined range, the refinement of crystal grains and the magnetoelastic effect act synergistically to provide excellent softness. High magnetic permeability is obtained at magnetic properties, particularly at high frequencies of about 10 MHz. Note that the magnetoelastic effect is caused by magnetostriction and internal stress caused by distortion of the lattice. Further, in addition to excellent soft magnetic properties, heat resistance to withstand heat treatment at 500 ° C. is obtained, and a high saturation magnetization of 15 kG or more can be obtained.

【0011】従来、Fe−Co−Ni系合金において、
高Bs と高透磁率とを両立させることは難しく、特に高
周波において高透磁率を実現する提案はなされていなか
ったが、本発明により、高いBs が得られる組成範囲に
おいても高周波での高透磁率が得られるようになった。
Conventionally, in a Fe—Co—Ni alloy,
It is difficult to achieve both high Bs and high magnetic permeability, and no proposal has been made to achieve high magnetic permeability particularly at high frequencies. However, according to the present invention, high magnetic permeability at high frequencies can be obtained even in a composition range in which high Bs can be obtained. Can be obtained.

【0012】特開平2−68906号公報の表1には、
スパッタ蒸着法により形成されたFe42Co18Ni35
4 およびFe43Co19Ni35Hf3 が記載されてい
る。これらの組成は、Fe−Co−Ni合金にTiまた
はHfを添加する点では本発明と類似するが、Fe、C
o、Niの比率が本発明で限定する範囲から大きく外れ
ているため、λs ・Δd(111)/d0 (111)が
本発明で限定する範囲内とはならず、当然、本発明と同
等の効果は実現しない。同公報には初透磁率の記載があ
るだけで、10MHz 程度の高周波での透磁率については
全く注目していない。
Table 1 of JP-A-2-68906 discloses that
Fe 42 Co 18 Ni 35 T formed by sputter deposition
i 4 and Fe 43 Co 19 Ni 35 Hf 3 is described. These compositions are similar to the present invention in that Ti or Hf is added to the Fe—Co—Ni alloy, but Fe, C
Since the ratio of o and Ni is largely out of the range limited by the present invention, λs · Δd (111) / d 0 (111) does not fall within the range limited by the present invention, and is naturally equivalent to the present invention. The effect of is not realized. The publication only describes the initial permeability, but does not pay any attention to the permeability at a high frequency of about 10 MHz.

【0013】また、特開昭64−8605号公報には、
Fe29Co40Ni29Ti2 薄膜とFe86Si14薄膜とを
交互に積層した軟磁性薄膜が記載されている。Fe29
40Ni29Ti2 薄膜は、Fe−Co−Ni合金にTi
を添加する点では本発明と類似するが、Fe、Co、N
iの比率が本発明で限定する範囲から外れているため、
本発明と同等の効果は実現しない。同公報では、10MH
z 程度の高周波での透磁率については全く注目していな
い。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-8605 discloses that
A soft magnetic thin film in which Fe 29 Co 40 Ni 29 Ti 2 thin films and Fe 86 Si 14 thin films are alternately laminated is described. Fe 29 C
o 40 Ni 29 Ti 2 thin film, Fe-Co-Ni alloy Ti
Is similar to the present invention in that Fe, Co, N
Since the ratio of i is out of the range limited by the present invention,
An effect equivalent to that of the present invention is not realized. In this publication, 10MH
No attention is paid to magnetic permeability at high frequencies of the order of z.

【0014】[0014]

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
[Specific Configuration] Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described in detail.

【0015】本発明の軟磁性合金は、Fe、Coおよび
Niを主成分とし、添加物としてTiおよび/またはH
fを含む。これらの各元素の原子比は、 式 (Fex Coy Niz100-a-b Tia Hfb において 0.10≦x≦0.55、 0.20≦y≦0.85、 0.05≦z≦0.28、 3x−5z≦0.60、 x+y+z=1、 0≦a≦5、 0≦b≦3、 0.1≦a+b≦5 で表わされ、好ましくは 0.10≦x≦0.45、 0.40≦y≦0.85、 0.05≦z≦0.15、 3x−5z≦0.60、 x+y+z=1、 0.5≦a≦2、 0.5≦b≦1、 0.5≦a+b≦3 である。Fe、CoおよびNiそれぞれの原子比を表わ
すx、yおよびzの限定範囲を、図1に示す。具体的に
は、3x−5z>0.60となると、体心立方晶が析出
しやすくなる。また、zが小さすぎると、体心立方晶が
析出しやすくなる。また、zが大きすぎると、高いBs
が得られなくなる。xが小さすぎると、六方最密晶が析
出し、面心立方構造が得られなくなる。また、a+bが
小さすぎると、TiやHfの添加による効果が不十分と
なり、高周波において高透磁率が得られない。a、bお
よびa+bの少なくとも一つが大きすぎると、体心立方
晶の析出やHf−Co等の化合物相の析出などにより、
高周波において高透磁率が得られなくなる。
The soft magnetic alloy of the present invention contains Fe, Co and Ni as main components, and Ti and / or H as an additive.
f. Atomic ratio of each of these elements has the formula (Fe x Co y Ni z) 100-ab Ti a Hf b 0.10 ≦ x ≦ 0.55 in, 0.20 ≦ y ≦ 0.85, 0.05 ≦ z ≦ 0.28, 3x−5z ≦ 0.60, x + y + z = 1, 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 3, 0.1 ≦ a + b ≦ 5, preferably 0.10 ≦ x ≦ 0.45, 0.40≤y≤0.85, 0.05≤z≤0.15, 3x-5z≤0.60, x + y + z = 1, 0.5≤a≤2, 0.5≤b≤ 1, 0.5 ≦ a + b ≦ 3. FIG. 1 shows the limited ranges of x, y and z representing the atomic ratios of Fe, Co and Ni. Specifically, when 3x-5z> 0.60, body-centered cubic crystals are likely to precipitate. If z is too small, a body-centered cubic crystal is likely to precipitate. If z is too large, high Bs
Can not be obtained. If x is too small, hexagonal close-packed crystals will precipitate and a face-centered cubic structure cannot be obtained. On the other hand, if a + b is too small, the effect of the addition of Ti or Hf becomes insufficient, and high magnetic permeability cannot be obtained at high frequencies. If at least one of a, b, and a + b is too large, precipitation of a body-centered cubic crystal or precipitation of a compound phase such as Hf-Co may occur.
High permeability cannot be obtained at high frequencies.

【0016】なお、耐食性向上や耐摩耗性向上のため
に、Feの一部をCr、Cu、Sn、Rh、Pd、M
n、P、B、Zn、Sn、Pt等から選択される少なく
とも1種の元素で置換してもよい。Bs の低下を抑える
ためには、これらの元素の含有率を3重量%以下とする
ことが好ましい。
In order to improve corrosion resistance and wear resistance, part of Fe is replaced with Cr, Cu, Sn, Rh, Pd, M
It may be replaced with at least one element selected from n, P, B, Zn, Sn, Pt and the like. In order to suppress a decrease in Bs, the content of these elements is preferably set to 3% by weight or less.

【0017】本発明の軟磁性合金は、実質的に面心立方
晶単相から構成される。体心立方晶単相となったり、面
心立方晶と体心立方晶相との混晶となったりすると、本
発明の効果が得られなくなる。ただし、本発明における
主成分の組成範囲は、体心立方晶相が共析する組成範囲
と隣接しているので、極めて微量の体心立方晶が局部的
に偏析して特殊構造が形成され、これにより高特性が得
られている可能性も考えられる。従って、本発明におけ
る「実質的に面心立方晶単相」とは、汎用のX線回折装
置を用いた場合の評価結果とし、上記したような特殊構
造を含む概念とする。なお、結晶構造はX線回折により
確認することができる。
The soft magnetic alloy of the present invention is substantially composed of a face-centered cubic single phase. When the body-centered cubic single phase or the mixed crystal of the face-centered cubic phase and the body-centered cubic phase is used, the effect of the present invention cannot be obtained. However, since the composition range of the main component in the present invention is adjacent to the composition range in which the body-centered cubic phase is eutectoid, a very small amount of body-centered cubic crystal is locally segregated to form a special structure, It is conceivable that high characteristics are obtained by this. Therefore, “substantially face-centered cubic single phase” in the present invention is an evaluation result when a general-purpose X-ray diffractometer is used, and is a concept including the special structure as described above. Note that the crystal structure can be confirmed by X-ray diffraction.

【0018】本発明の軟磁性合金の平均結晶粒径は、2
0〜350A であることが好ましい。TiやHfの添加
によりこのように結晶粒が微細化されるので、良好な軟
磁気特性が得られる。
The average crystal grain size of the soft magnetic alloy of the present invention is 2
It is preferably from 0 to 350A. Since the crystal grains are refined in this way by the addition of Ti or Hf, good soft magnetic characteristics can be obtained.

【0019】本発明の軟磁性合金では、飽和磁歪値をλ
s とし、面心立方晶の(111)面間隔をd(111)
とし、 Δd(111)=d(111)−d0 (111) としたとき、 1.0×10-8≦λs ・Δd(111)/d0 (11
1)≦3.0×10-8 であり、好ましくは 1.0×10-8≦λs ・Δd(111)/d0 (11
1)≦2.0×10-8 である。ただし、d0 (111)は、Fe、Coおよび
Niの比率が同じでTiおよびHfのいずれも含まない
ときの面心立方晶の(111)面間隔である。本発明の
軟磁性合金は実質的に面心立方晶から構成され、(11
1)面が優先配向している。軟磁気特性には磁気弾性効
果が寄与するので、本発明では、磁気弾性効果による寄
与を見積もる指標としてλs ・Δd(111)/d0
(111)を規定し、軟磁気特性、特に高周波での透磁
率との相関を調べた。そして、上記範囲において高周波
で高透磁率、例えば10MHz で500以上の透磁率が得
られることを見いだした。なお、d(111)は、Cu
Kα1 線を用いたX線回折において、面心立方晶の(1
11)面の回折角2θから算出することができる。
In the soft magnetic alloy of the present invention, the saturation magnetostriction value is λ
s and the distance between the (111) planes of the face-centered cubic crystal is d (111)
When Δd (111) = d (111) −d 0 (111), 1.0 × 10 −8 ≦ λs · Δd (111) / d 0 (11
1) ≦ 3.0 × 10 −8 , preferably 1.0 × 10 −8 ≦ λs · Δd (111) / d 0 (11
1) ≦ 2.0 × 10 −8 . However, d 0 (111) is the (111) plane interval of the face-centered cubic crystal when the ratio of Fe, Co and Ni is the same and neither Ti nor Hf is included. The soft magnetic alloy of the present invention is substantially composed of face-centered cubic, and (11)
1) The plane is preferentially oriented. Since the magnetoelastic effect contributes to the soft magnetic characteristics, in the present invention, λs · Δd (111) / d 0 is used as an index for estimating the contribution by the magnetoelastic effect.
(111) was defined, and the correlation with soft magnetic properties, particularly magnetic permeability at high frequencies, was examined. It has been found that high magnetic permeability can be obtained at a high frequency in the above range, for example, 500 or more at 10 MHz. Note that d (111) is Cu
In X-ray diffraction using Kα 1 ray, the face-centered cubic (1
11) It can be calculated from the diffraction angle 2θ of the plane.

【0020】本発明の軟磁性合金は、X線回折における
(200)面のピーク強度および(111)面のピーク
強度をそれぞれI(200)およびI(111)とした
とき、通常、 I(200)/I(111)≦0.4 である。面心立方晶の場合、(111)面が優先配向す
る。磁歪は結晶配向に依存するため、例えば特願平5−
166406号では、I(200)/I(111)が所
定範囲となるように組成および作製条件を最適化してい
る。これに対し本発明では、λs ・Δd(111)/d
0 (111)を制御することにより高透磁率を得るの
で、単にλs のみを低減する必要はない。したがって、
λs の低減を目的としてI(200)/I(111)を
厳密に制御する必要がなく、生産性が良好となる。
In the soft magnetic alloy of the present invention, when the peak intensity on the (200) plane and the peak intensity on the (111) plane in X-ray diffraction are I (200) and I (111), respectively, I (200) ) / I (111) ≦ 0.4. In the case of face-centered cubic, the (111) plane is preferentially oriented. Magnetostriction depends on the crystal orientation.
In 166406, the composition and manufacturing conditions are optimized so that I (200) / I (111) falls within a predetermined range. On the other hand, in the present invention, λs · Δd (111) / d
Since high magnetic permeability is obtained by controlling 0 (111), it is not necessary to simply reduce only λs. Therefore,
There is no need to strictly control I (200) / I (111) for the purpose of reducing λs, and the productivity is improved.

【0021】次に、本発明の軟磁性合金の製造方法につ
いて説明する。
Next, a method for producing the soft magnetic alloy of the present invention will be described.

【0022】本発明の軟磁性合金は、用途に応じて薄膜
状、薄帯状、板状等の各種形状に形成される。
The soft magnetic alloy of the present invention is formed into various shapes such as a thin film, a ribbon, and a plate depending on the application.

【0023】薄膜状の軟磁性合金の製造には、スパッタ
法、蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法などの
ように気相中で薄膜を形成する方法や、電気めっき法な
どのように液相中で薄膜を形成する方法を用いることが
できるが、一般には気相中で薄膜を形成する方法を用い
ることが好ましい。
For the production of a soft magnetic alloy in the form of a thin film, a method of forming a thin film in a gas phase such as a sputtering method, a vapor deposition method, an ion plating method or a CVD method, or a liquid method such as an electroplating method. Although a method of forming a thin film in a phase can be used, it is generally preferable to use a method of forming a thin film in a gas phase.

【0024】スパッタ法を用いる場合、ターゲットには
合金の鋳造体や焼結体を用いればよく、複合ターゲット
を用いてもよい。また、結晶配向制御のためにバイアス
スパッタ法を用いてもよい。バイアス電圧は−30〜−
200V とすることが好ましい。
When the sputtering method is used, a cast or sintered body of an alloy may be used as a target, and a composite target may be used. Further, a bias sputtering method may be used for controlling the crystal orientation. The bias voltage is -30 to-
Preferably, it is 200V.

【0025】蒸着法を用いる場合には、基板温度を40
0℃以下とすることが好ましい。
When the evaporation method is used, the substrate temperature is set to 40
The temperature is preferably set to 0 ° C. or lower.

【0026】スパッタ法や蒸着法により形成された薄膜
には内部応力が存在し、このために良好な軟磁気特性が
得られにくいので、膜形成後に応力緩和のための熱処理
を施すことが好ましい。この熱処理は、真空中または不
活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましく、保持温度は
300〜700℃とすることが好ましく、処理時間は1
〜2時間とすることが好ましい。
Since a thin film formed by a sputtering method or a vapor deposition method has an internal stress, which makes it difficult to obtain good soft magnetic characteristics, it is preferable to perform a heat treatment for relaxing the stress after forming the film. This heat treatment is preferably performed in a vacuum or an inert gas atmosphere, the holding temperature is preferably 300 to 700 ° C., and the processing time is 1 hour.
22 hours are preferable.

【0027】電気めっき法を用いる場合には、スパッタ
法や蒸着法などにより導電性膜を形成して下地膜とし、
この上に軟磁性合金の薄膜を形成する。下地膜には、パ
ーマロイやFeを用いることが好ましい。これにより、
目的とする結晶配向が得やすくなる。
When an electroplating method is used, a conductive film is formed as a base film by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
A thin film of a soft magnetic alloy is formed thereon. It is preferable to use permalloy or Fe for the base film. This allows
The desired crystal orientation is easily obtained.

【0028】軟磁性合金の薄膜には、目的とする方向に
一軸異方性を付与することが好ましい。一軸異方性付与
の方法としては、磁界中成膜や成膜後の磁界中アニール
を用いることができる。
The soft magnetic alloy thin film is preferably provided with uniaxial anisotropy in a desired direction. As a method for imparting uniaxial anisotropy, film formation in a magnetic field or annealing in a magnetic field after the film formation can be used.

【0029】なお、磁界中成膜や磁界中アニールは、前
述した各方法のいずれを用いる場合にも適用できる。そ
して、スパッタ法または蒸着法を用いた場合には、磁界
中アニールを前述した応力緩和のための熱処理に代える
ことができる。
The film formation in a magnetic field and the annealing in a magnetic field can be applied to any of the above-described methods. When a sputtering method or a vapor deposition method is used, annealing in a magnetic field can be replaced with the above-described heat treatment for stress relaxation.

【0030】上述した各方法により形成される軟磁性薄
膜の厚さは、目的に応じて適宜決定すればよく、特に限
定されないが、低い保磁力を得るためには、通常、0.
5〜10μm 程度とすることが好ましく、また、薄膜磁
気ヘッドに適用する場合は0.5〜4.5μm 程度、薄
膜トランスに適用する場合は3〜10μm 程度とするこ
とが好ましい。
The thickness of the soft magnetic thin film formed by each of the above-mentioned methods may be appropriately determined according to the purpose, and is not particularly limited.
The thickness is preferably about 5 to 10 μm, more preferably about 0.5 to 4.5 μm when applied to a thin film magnetic head, and about 3 to 10 μm when applied to a thin film transformer.

【0031】本発明の軟磁性薄膜は、多層膜に適用する
こともできる。多層膜の他の層には、SiO2 、Si3
4 等の非磁性絶縁薄膜や、他の軟磁性薄膜を用いれば
よい。多層膜とすることにより良好な軟磁気特性が得ら
れ、損失の少ない磁気ヘッドが実現する。
The soft magnetic thin film of the present invention can be applied to a multilayer film. Other layers of the multilayer film include SiO 2 , Si 3
A non-magnetic insulating thin film such as N 4 or another soft magnetic thin film may be used. By using a multilayer film, good soft magnetic characteristics can be obtained, and a magnetic head with low loss can be realized.

【0032】薄帯状の軟磁性合金の製造には、液体急冷
法を用いることが好ましい。液体急冷法では、溶融合金
を射出して冷却ロール等の冷却基体表面に接触させて急
速に冷却し、薄帯状の軟磁性合金を製造する。液体急冷
法には、溶融合金を一方向から冷却する単ロール法や、
対向する二方向から冷却する双ロール法などがあるが、
本発明では単ロール法を用いることが好ましい。前述し
た結晶配向の軟磁性合金を製造するためには、溶融合金
の冷却速度や薄帯の厚さなどの各種条件を適宜選択すれ
ばよい。これら各条件の好ましい範囲は合金組成によっ
ても異なるが、例えば、冷却速度は一般に1×103
1×106 K/s 、特に1×104 〜1×106 K/s とす
ることが好ましく、薄帯の厚さは一般に3〜100μm
、特に10〜70μm とすることが好ましい。
For the production of a ribbon-shaped soft magnetic alloy, it is preferable to use a liquid quenching method. In the liquid quenching method, a molten alloy is injected, brought into contact with a surface of a cooling base such as a cooling roll, and rapidly cooled to produce a ribbon-shaped soft magnetic alloy. The liquid quenching method includes a single roll method that cools the molten alloy from one direction,
There is a twin roll method to cool from two opposite directions,
In the present invention, it is preferable to use a single roll method. In order to produce a soft magnetic alloy having the above-described crystal orientation, various conditions such as the cooling rate of the molten alloy and the thickness of the ribbon may be appropriately selected. The preferred ranges of these conditions vary depending on the alloy composition. For example, the cooling rate is generally 1 × 10 3 to
It is preferably 1 × 10 6 K / s, particularly preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 6 K / s, and the thickness of the ribbon is generally 3 to 100 μm.
It is particularly preferable that the thickness be 10 to 70 μm.

【0033】これらの方法の他、鋳造法などで所定形状
の軟磁性合金を製造してもよい。
In addition to these methods, a soft magnetic alloy having a predetermined shape may be manufactured by a casting method or the like.

【0034】薄膜状の軟磁性合金は、例えば、MIG
型、積層型、薄膜型の誘導型磁気ヘッド、磁気抵抗効果
型磁気ヘッドの磁気シールド膜や磁気抵抗効果膜、薄膜
トランスなどに適用され、薄帯状の軟磁性合金は、例え
ば、チョークコイル、トランスなどに適用され、鋳造法
により板状などに形成された軟磁性合金は、例えば、磁
気シールド板などに適用されるが、本発明の軟磁性合金
は、これら以外の各種磁気デバイスへの適用も可能であ
る。
The soft magnetic alloy in the form of a thin film is, for example, MIG
Applied to magnetic shield films, magnetoresistive films, thin film transformers, etc., for inductive magnetic heads of type, stacked type, thin film type, and magnetoresistive effect type magnetic heads. The soft magnetic alloy formed into a plate shape or the like by a casting method is applied to, for example, a magnetic shield plate or the like, but the soft magnetic alloy of the present invention is also applicable to various magnetic devices other than these. It is possible.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing specific examples of the present invention.

【0036】スライドガラス(MATSUNAMI社
製)基板上にRFマグネトロンスパッタ法により軟磁性
薄膜を形成し、測定用サンプルとした。
A soft magnetic thin film was formed on a slide glass (manufactured by MATSUNAMI) substrate by RF magnetron sputtering to obtain a sample for measurement.

【0037】ターゲットには、直径90mmのFe−Co
合金ターゲット上にNiのチップを円環状に配置した複
合ターゲットを用い、TiやHfを添加する場合には、
同様にTiチップやHfチップを円環状に配置した。ス
パッタはArガス中で行なった。到達圧力は5×10-7
Torr以下、成膜中の圧力は10×10-3Torr、RFパワ
ーは200〜400W、膜形成速度は40〜150A/s
、膜厚は約5000 Aとした。スパッタ時の基板の冷
却は特に行なわなかった。
The target was Fe-Co with a diameter of 90 mm.
When using a composite target in which Ni chips are arranged in an annular shape on an alloy target and adding Ti or Hf,
Similarly, Ti chips and Hf chips were arranged in an annular shape. Sputtering was performed in Ar gas. Ultimate pressure is 5 × 10 -7
Torr or less, pressure during film formation is 10 × 10 −3 Torr, RF power is 200 to 400 W, and film formation speed is 40 to 150 A / s.
And the film thickness was about 5000 A. The cooling of the substrate during sputtering was not particularly performed.

【0038】膜形成後、膜中の応力を緩和するために、
1×10-5Torr以下の圧力下で500℃に1時間保持し
た。
After the film is formed, in order to reduce the stress in the film,
It was kept at 500 ° C. for 1 hour under a pressure of 1 × 10 −5 Torr or less.

【0039】各サンプルについて、以下に示す測定を行
なった。結果を各表に示す。
The following measurements were performed for each sample. The results are shown in each table.

【0040】膜組成 蛍光X線分析により測定した。The film composition was measured by X-ray fluorescence analysis.

【0041】飽和磁束密度(Bs )、保磁力(Hc ) VSM(試料振動式磁力計)を用い、最大印加磁界10
kOe で測定した。
Saturation magnetic flux density (Bs), coercive force (Hc) Using a VSM (sample vibrating magnetometer), a maximum applied magnetic field of 10
It was measured in kOe.

【0042】飽和磁歪値(λs ) サンプルをその膜面内で回転する100 Oe の磁界中に
配置し、レーザー光線を使用してサンプルの磁歪による
伸縮を反りとして同期整流方式で検出し、λsを算出し
た。なお、飽和磁歪値測定用のサンプルには、厚さ0.
15mmのガラス板を基板として使用した。
A sample having a saturation magnetostriction value (λs) is placed in a magnetic field of 100 Oe rotating in the film plane, and the expansion and contraction due to the magnetostriction of the sample is detected by a synchronous rectification method using a laser beam to calculate λs. did. The sample for measuring the saturated magnetostriction value has a thickness of 0.1 mm.
A 15 mm glass plate was used as a substrate.

【0043】Δd(111)/d0 (111) 面心立方構造の(111)面間隔d(111)は、Cu
Kα1 線を用いたX線回折により、面心立方構造の(1
11)面の回折角2θを求め、これから算出した。そし
て、主成分の組成比が同じでTiおよびHfのいずれも
含まないサンプルの(111)面間隔d0 (111)を
用いて、 Δd(111)=d(111)−d0 (111) によりΔd(111)を求め、算出した。
Δd (111) / d 0 The (111) face interval d (111) of the (111) face-centered cubic structure is Cu
By X-ray diffraction using Kα 1 ray, (1
11) The diffraction angle 2θ of the plane was determined and calculated from this. Then, using the (111) plane spacing d 0 (111) of the sample having the same composition ratio of the main component and containing neither Ti nor Hf, Δd (111) = d (111) −d 0 (111) Δd (111) was obtained and calculated.

【0044】平均結晶粒径 CuKα1 線を用いたX線回折により、面心立方構造の
(111)面のピークの半値幅から求めた。
The average crystal grain size was determined from the half width of the peak of the (111) plane of the face-centered cubic structure by X-ray diffraction using CuKα 1 ray.

【0045】結晶配向 CuKα1 線を用いたX線回折により、面心立方構造の
ピーク強度比I(200)/I(111)を求めた。
The peak intensity ratio I (200) / I (111) of the face-centered cubic structure was determined by X-ray diffraction using a crystal orientation CuKα 1 ray.

【0046】交流透磁率(μ) ネットワークアナライザーを用い、Sパラメーター法に
より磁化困難軸方向で測定した。測定周波数は10MHz
とした。
An AC magnetic permeability (μ) was measured in the direction of the hard axis by the S-parameter method using a network analyzer. Measurement frequency is 10MHz
And

【0047】なお、各表において、fccは面心立方
晶、bccは体心立方晶、Hf−CoはCo23Hf6
ある。
In each table, fcc is face-centered cubic, bcc is body-centered cubic, and Hf-Co is Co 23 Hf 6 .

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】各表に示されるように、所定の組成を有
し、かつλs ・Δd(111)/d0(111)が所定
の範囲内に存在する本発明の軟磁性合金では、高Bs が
得られると共に高周波において高透磁率が得られること
がわかり、λs の低さが高周波での透磁率の高さに直結
しないこともわかる。
[0051] As shown in the table, the soft magnetic alloy of the present invention has a predetermined composition, and the λs · Δd (111) / d 0 (111) is within the predetermined range, the high Bs It can be seen that a high permeability can be obtained at a high frequency at the same time, and that a low value of λs does not directly lead to a high permeability at a high frequency.

【0052】これに対し、表1および表2に示されるよ
うに、Ti、HfまたはTi+Hfの添加量が限定範囲
を超えるサンプルでは、高周波での透磁率が低く、Bs
も低くなっている。
On the other hand, as shown in Tables 1 and 2, in the samples in which the added amount of Ti, Hf or Ti + Hf exceeds the limited range, the magnetic permeability at high frequency is low, and Bs
Is also low.

【0053】表3の比較サンプルNo. 301〜305
は、前述した特開昭64−8605号公報記載のFe29
Co40Ni29Ti2 薄膜と主成分(Fe、Co、Ni)
中の元素比率がほぼ同じサンプルである。これらの比較
サンプルでは、主成分組成が本発明における限定範囲か
ら外れているため、TiやHfの添加によりかえって透
磁率が低くなってしまっている。
Comparative Sample Nos. 301 to 305 in Table 3
Are Fe 29 described in JP-A-64-8605 described above.
Co 40 Ni 29 Ti 2 thin film and main components (Fe, Co, Ni)
The samples have almost the same element ratio. In these comparative samples, since the main component composition is out of the limited range in the present invention, the magnetic permeability is rather lowered by the addition of Ti or Hf.

【0054】表3の比較サンプルNo. 306〜310
は、前述した特開平2−68906号公報記載のFe42
Co18Ni35Ti4 およびFe43Co19Ni35Hf3
主成分の元素比率がほぼ同じサンプルである。これらの
比較サンプルでは、主成分組成が本発明における限定範
囲から外れているため、TiやHfの添加によりかえっ
て透磁率が低くなってしまっている。
Comparative sample Nos. 306 to 310 in Table 3
Are Fe 42 described in the above-mentioned JP-A-2-68906.
The sample has almost the same element ratio as Co 18 Ni 35 Ti 4 and Fe 43 Co 19 Ni 35 Hf 3 . In these comparative samples, since the main component composition is out of the limited range in the present invention, the magnetic permeability is rather lowered by the addition of Ti or Hf.

【0055】表3の比較サンプルNo. 311〜314
も、主組成が本発明における限定範囲を外れているた
め、TiやHfの添加によりかえって透磁率が低くなっ
てしまっている。
Comparative sample Nos. 311 to 314 in Table 3
Also, since the main composition is out of the limited range in the present invention, the magnetic permeability is rather lowered by the addition of Ti or Hf.

【0056】表3のサンプルNo. 316および318
は、Ni量を表わすzが好ましい範囲を外れているが、
サンプルNo. 315および317とそれぞれ比較する
と、Ti添加による特性改善は認められる。
Sample Nos. 316 and 318 in Table 3
Is that z representing the amount of Ni is out of the preferred range,
Compared with Sample Nos. 315 and 317, respectively, the improvement in characteristics due to the addition of Ti is observed.

【0057】なお、厚さ500 Aの軟磁性薄膜と厚さ5
0 Aの非磁性絶縁薄膜(Si34)とを交互に20層
づつ積層した多層膜において、軟磁性薄膜を上記各サン
プルと同様にして形成したところ、上記各サンプルと同
様にTiおよび/またはHf添加の効果が明らかであっ
た。
A soft magnetic thin film having a thickness of 500 A and a thickness of 5
When a soft magnetic thin film was formed in the same manner as in each of the above samples in a multilayer film in which 20 non-magnetic insulating thin films (Si 3 N 4 ) of 0 A were alternately laminated, Ti and / or Alternatively, the effect of adding Hf was apparent.

【0058】以上の実施例の結果から、本発明の効果が
明らかである。
The effects of the present invention are apparent from the results of the above examples.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の軟磁性合金の主成分の比率を示す3成
分組成図である。
FIG. 1 is a three-component composition diagram showing a ratio of a main component of a soft magnetic alloy of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 潔 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 大池 太郎 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 篠浦 治 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−68906(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 303 C22C 19/07 C22C 38/14 H01F 1/14 H01F 10/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kiyoshi Noguchi 1-1-13 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Taro Oike 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK (72) Inventor Osamu Shinoura 1-1-13 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (56) References JP-A-2-68906 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) C22C 38/00 303 C22C 19/07 C22C 38/14 H01F 1/14 H01F 10/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Fe、CoおよびNiに、Tiおよび/
またはHfを添加し、各元素の原子比が、 式 (Fex Coy Niz100-a-b Tia Hfb において 0.10≦x≦0.55、 0.20≦y≦0.85、 0.05≦z≦0.28、 3x−5z≦0.60、 x+y+z=1、 0≦a≦5、 0≦b≦3、 0.1≦a+b≦5 で表わされ、 実質的に面心立方晶単相から構成され、 飽和磁歪値をλs とし、面心立方晶の(111)面間隔
をd(111)とし、TiおよびHfのいずれも含まな
いときの面心立方晶の(111)面間隔をd0(11
1)とし、 Δd(111)=d(111)−d0 (111) としたとき、 1.0×10-8 ≦λs ・Δd(111)/d0 (111) ≦3.0×10-8 である軟磁性合金。
1. The method according to claim 1, wherein Ti, and / or Ni are added to Fe, Co and Ni.
Or added Hf, atomic ratio of each element is represented by the formula (Fe x Co y Ni z) 100-ab Ti a Hf b 0.10 ≦ x ≦ 0.55 in, 0.20 ≦ y ≦ 0.85, 0.05 ≦ z ≦ 0.28, 3x−5z ≦ 0.60, x + y + z = 1, 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 3, 0.1 ≦ a + b ≦ 5 Saturation magnetostriction value is λs, the (111) face interval of face-centered cubic is d (111), and (111) of face-centered cubic when neither Ti nor Hf is included. ) The surface spacing is d 0 (11
1), and when Δd (111) = d (111) −d 0 (111), 1.0 × 10 −8 ≦ λs · Δd (111) / d 0 (111) ≦ 3.0 × 10 − 8 is a soft magnetic alloy.
【請求項2】 請求項1の軟磁性合金から構成されてい
る軟磁性薄膜。
2. A soft magnetic thin film comprising the soft magnetic alloy according to claim 1.
【請求項3】 少なくとも1層が請求項2の軟磁性薄膜
である多層膜。
3. A multilayer film wherein at least one layer is the soft magnetic thin film according to claim 2.
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