JP3236277B2 - Method for manufacturing soft magnetic alloy film - Google Patents

Method for manufacturing soft magnetic alloy film

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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気ヘッド等に
適した軟磁性合金膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a soft magnetic alloy film suitable for a magnetic head or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記録の分野においては、記録密度を
高めるために磁気テープ等の記録媒体の高保磁力化が推
進されているが、それに対応する磁気ヘッドの材料とし
て飽和磁束密度(Bs)の高いものが要求されている。
従来の高飽和磁束密度の軟磁性材料(膜)として、Fe
−Si−Al合金(センダスト)が代表的なものである
が、近年、強磁性金属元素であるCoを主体とする非晶
質の合金膜が開発されている。また最近の試みとして、
Feを主成分とする微細結晶からなる合金膜(Fe−
C,Fe−Si等)により、Feの結晶磁気異方性の影
響(軟磁性に対する悪影響)を結晶の微細化により軽減
し、高飽和磁束密度でかつ軟磁気特性の優れた膜を得た
例がある。
2. Description of the Related Art In the field of magnetic recording, a recording medium such as a magnetic tape has been developed to have a high coercive force in order to increase the recording density. However, as a material of a magnetic head corresponding thereto, a saturation magnetic flux density (Bs) is required. High things are required.
As a conventional soft magnetic material (film) having a high saturation magnetic flux density, Fe
A typical example is a -Si-Al alloy (Sendust). In recent years, an amorphous alloy film mainly containing Co, which is a ferromagnetic metal element, has been developed. Also, as a recent attempt,
An alloy film (Fe-
(C, Fe—Si, etc.), the effect of the crystal magnetic anisotropy of Fe (the adverse effect on soft magnetism) is reduced by making the crystal finer, and a film having a high saturation magnetic flux density and excellent soft magnetic properties is obtained. There is.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気ヘッド
を組み込んだ装置は小型化、軽量化する傾向にあり、移
動に伴う振動にさらされたり、悪環境のもとで使用され
たりすることが多くなっている。そこで磁気ヘッドには
磁気特性が優秀であって、磁気テープに対する耐摩耗性
が優れていることは勿論、温度や腐食性の雰囲気中での
耐用性、すなわち耐環境性や耐振動性等が高いことが要
求されている。そのためギャップ形成やケースへの組み
込み等をガラス溶着で行うことが必要となり、磁気ヘッ
ドの素材はヘッドの製造工程におけるガラス溶着工程の
高温に耐え得ることが必要である。
By the way, devices incorporating a magnetic head tend to be smaller and lighter, and are often exposed to vibrations associated with movement or used in adverse environments. Has become. Therefore, the magnetic head has excellent magnetic properties and excellent wear resistance to magnetic tapes, as well as high durability in temperature and corrosive atmospheres, that is, high environmental resistance and vibration resistance. Is required. For this reason, it is necessary to form the gap and incorporate the case into the case by glass welding, and the material of the magnetic head needs to be able to withstand the high temperature of the glass welding step in the head manufacturing process.

【0004】しかしながら、上記従来の軟磁性合金膜に
おいてセンダストからなるものは、飽和磁束密度が約1
0000G程度であり、今後一層の高密度化の要求に対
しては不充分である。またCo系のアモルファス合金膜
は13000G以上の高い飽和磁束密度のものも得られ
ているが、従来のアモルファス合金の飽和磁束密度を高
くしようとすると、アモルファス形成元素であるTi,
Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,W等の添加量を少なく
する必要があるが、これらの添加量を少なくすると、ア
モルファス構造の安定性が低下し、ガラス溶着に必要な
温度(約500℃以上)には耐え得ない問題がある。
However, the conventional soft magnetic alloy film made of sendust has a saturation magnetic flux density of about 1
0000G, which is insufficient for a demand for higher density in the future. A Co-based amorphous alloy film having a high saturation magnetic flux density of 13000 G or more has been obtained. However, in order to increase the saturation magnetic flux density of a conventional amorphous alloy, Ti, which is an amorphous forming element, is used.
It is necessary to reduce the addition amount of Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, etc. However, if these addition amounts are reduced, the stability of the amorphous structure decreases, and the temperature required for glass welding (about 500 ° C.) Above) has an unbearable problem.

【0005】さらにFeを主成分とする微細結晶からな
る上記合金膜(Fe−C,Fe−Si等)は、高温で結
晶成長を起こし、軟磁気特性が劣化する(Fe−Cの場
合、400℃が最大)ために、やはりガラス溶着に適し
たものとは言い難い。この発明は上記課題を解決し、保
磁力が小さく透磁率が高く、その特性が熱的に安定であ
るとともに、高い飽和磁束密度を有する軟磁性合金膜を
製造する方法の提供を目的としている。
Further, the above-mentioned alloy film (Fe—C, Fe—Si, etc.) composed of fine crystals containing Fe as a main component causes crystal growth at a high temperature and deteriorates soft magnetic characteristics (in the case of Fe—C, 400%). (° C. is the maximum), so it is hard to say that it is suitable for glass welding. An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method for producing a soft magnetic alloy film having a small coercive force, a high magnetic permeability, thermally stable characteristics, and a high saturation magnetic flux density.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の軟磁性合金膜の製造方法は、主成分のFe
と、Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,Wのうち1
種または2種以上の金属元素Mと、Cとを含み、少なく
とも一部をアモルファス相とした薄膜を形成し、この薄
膜に熱処理を施してbccのFeの結晶粒を析出させる
とともに前記アモルファス相から元素MとCとの炭化物
の微細結晶を析出させることを特徴とするものである。
本発明は、前記薄膜として、Feを50原子%以上、9
6原子%以下の範囲、元素Mを2原子%以上、30原子
%以下の範囲、Cを0.5原子%以上、25原子%以下
の範囲でそれぞれ含有するものを用いることができる。
本発明は、前記薄膜として、前記Feと元素MとCに加
えて、元素T(ただしTはCo,Niのうちの1種また
は2種を示す)を含み、Feを50原子%以上、96原
子%以下の範囲、元素Tを10原子%以下、元素Mを2
原子%以上、30原子%以下の範囲、Cを0.5原子%
以上、25原子%以下の範囲でそれぞれ含有するものを
用いることができる。更に本発明は、前記熱処理を40
0〜700℃の範囲で行うことにより、基本的に平均粒
径0.08μm以下のbccのFeの結晶粒と非晶質組
織からなり、その一部に元素Mの炭化物の結晶相を含む
金属組織とすることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a soft magnetic alloy film according to the present invention comprises the steps of:
And one of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, and W
A thin film containing one or more metal elements M and C and at least a part of which is an amorphous phase is formed, and the thin film is subjected to a heat treatment to precipitate bcc Fe crystal grains and to remove the amorphous phase from the amorphous phase. It is characterized in that fine crystals of carbides of elements M and C are precipitated.
According to the present invention, as the thin film, Fe is contained in an amount of 50 atomic% or more,
A material containing 6 atomic% or less, an element M of 2 atomic% or more and 30 atomic% or less, and a C of 0.5 atomic% or more and 25 atomic% or less can be used.
According to the present invention, as the thin film, in addition to the Fe, the elements M and C, an element T (where T is one of Co and Ni or
Represents two types ), Fe in a range of 50 atomic% or more and 96 atomic% or less, element T of 10 atomic% or less, and element M of 2 atomic% or less.
Range of at least 30 atomic% and at least 0.5 atomic% of C
As described above, those containing each in the range of 25 atomic% or less can be used. Further, the present invention provides that
By performing the heating at a temperature in the range of 0 to 700 ° C., a metal consisting essentially of bcc Fe crystal grains having an average particle diameter of 0.08 μm or less and an amorphous structure, and partially including a crystal phase of a carbide of element M It is characterized as an organization.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下にこの発明をさらに詳細に説
明する。上記合金膜の生成方法としては、合金膜をスパ
ッタ、蒸着等の薄膜形成装置により作製する。スパッタ
装置としては、RF2極スパッタ、DCスパッタ、マグ
ネトロンスパッタ、3極スパッタ、イオンビームスパッ
タ、対向ターゲット式スパッタ等の既存のものを使用す
ることができる。またCを膜中に添加する方法として
は、ターゲット板上にグラファイトのペレットを配置し
て複合ターゲットとし、これをスパッタする方法、ある
いはCを含まないターゲット(Fe−T−M系)を用
い、Ar等の不活性ガス中にメタン(CH4)等の炭化
水素ガスを混合したガス雰囲気でスパッタする反応性ス
パッタ法等を用いることができ、特に反応性スパッタ法
では膜中のC濃度の制御が容易であるので、所望のC濃
度の優れた膜を得ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail. As a method for producing the alloy film, the alloy film is produced by a thin film forming apparatus such as sputtering or vapor deposition. As the sputtering apparatus, an existing apparatus such as RF two-pole sputtering, DC sputtering, magnetron sputtering, three-pole sputtering, ion beam sputtering, facing target type sputtering, or the like can be used. As a method of adding C into the film, a method of arranging graphite pellets on a target plate to form a composite target and sputtering the composite target, or using a target containing no C (Fe-TM-based), A reactive sputtering method or the like in which sputtering is performed in a gas atmosphere in which a hydrocarbon gas such as methane (CH 4 ) is mixed in an inert gas such as Ar can be used. Particularly, in the reactive sputtering method, the C concentration in the film is controlled. Therefore, a film having an excellent C concentration can be obtained.

【0008】このようにして作製したままの膜はアモル
ファス相をかなりの割合で含んだものであり、不安定で
あるので400〜700℃程度に加熱する熱処理を施す
ことによって微細結晶を析出させる。なおこの熱処理を
静磁界中あるいは回転磁界中で行うことにより、より優
れた軟磁気特性を得ることができる。またこの熱処理は
磁気ヘッドの製造工程におけるガラス溶着工程と兼ねて
行うことができる。なお、上記微細結晶の析出工程は完
全に行われる必要はなく、微細結晶が相当数(好ましく
は50%以上)析出していれば良いので、アモルファス
成分が特性向上の障害となることは少ない。
[0008] The film as-produced in this way contains a considerable proportion of an amorphous phase and is unstable, so that a fine crystal is deposited by performing a heat treatment of heating to about 400 to 700 ° C. By performing this heat treatment in a static magnetic field or a rotating magnetic field, more excellent soft magnetic characteristics can be obtained. This heat treatment can be performed also as a glass welding step in the magnetic head manufacturing process. Note that the step of depositing the fine crystals does not need to be performed completely, and it is sufficient that a considerable number (preferably 50% or more) of the fine crystals are deposited. Therefore, the amorphous component rarely hinders the improvement of the characteristics.

【0009】以下、本発明に用いる軟磁性合金膜の好ま
しい組成について述べる。本発明に用いる軟磁性合金膜
は、組成式FexzwまたはFexyzwで表わす
ことができる。Feは主成分であり、磁性を担う元素で
あって、少なくともフェライト(Bs≒5000G)以
上の飽和磁束密度を得るためには、x≧50at%が必
要である。また良好な軟磁気特性を得るためにはx≦9
6at%でなければならない。元素Tは、磁歪の調整の
目的で添加する元素である。Fe−M−C膜の場合、熱
処理温度が低いと磁歪が正になり、熱処理温度が高いと
磁歪が負になる。高い熱処理温度(ガラス溶着温度)を
必要とする場合、磁歪を正にする効果のあるNi,Co
のうちの1種または2種を適量添加することにより、磁
歪をほぼ0にすることができる。なお、熱処理温度が適
当な場合、元素Tの添加は特に必要ないが、Tの添加は
正の磁歪が+10-5台以上まで大きくならないように、
y≦10at%としなくてはならない。
The preferred composition of the soft magnetic alloy film used in the present invention will be described below. Soft magnetic alloy film used in the present invention can be represented by the composition formula Fe x M z C w or Fe x T y M z C w . Fe is a main component and is an element responsible for magnetism. In order to obtain a saturation magnetic flux density of at least ferrite (Bs ≒ 5000G) or more, x ≧ 50 at% is required. In order to obtain good soft magnetic characteristics, x ≦ 9
It must be 6 at%. Element T is an element added for the purpose of adjusting magnetostriction. In the case of the Fe-MC film, when the heat treatment temperature is low, the magnetostriction becomes positive, and when the heat treatment temperature is high, the magnetostriction becomes negative. When a high heat treatment temperature (glass welding temperature) is required, Ni, Co, which has the effect of making magnetostriction positive,
By adding one or two of them in an appropriate amount, the magnetostriction can be reduced to almost zero. In addition, when the heat treatment temperature is appropriate, addition of the element T is not particularly necessary, but addition of T is performed so that the positive magnetostriction does not increase to the order of +10 -5 or more.
y ≦ 10 at% must be satisfied.

【0010】元素Mは軟磁気特性を良好にするために必
要であり、またCと結合して炭化物の微細結晶を形成す
る。良好な軟磁気特性を維持するためにはz≧2at%
とする必要があるが、多すぎると飽和磁束密度が低下し
てしまうのでz≦30at%とする必要がある。Cは軟
磁気特性を良好にするため、および耐熱性を向上させる
ために必要であり、Cは元素Mと結合して炭化物の微細
結晶を形成する。良好な軟磁気特性、および熱的安定性
を維持するためには、w≧0.5at%とする必要があ
るが、多すぎると飽和磁束密度が低下してしまうのでw
≦25at%とする必要がある。
The element M is necessary for improving the soft magnetic properties, and combines with C to form fine crystals of carbide. To maintain good soft magnetic properties, z ≧ 2 at%
However, if it is too large, the saturation magnetic flux density decreases, so it is necessary to set z ≦ 30 at%. C is necessary for improving soft magnetic properties and improving heat resistance, and C combines with the element M to form carbide fine crystals. In order to maintain good soft magnetic properties and thermal stability, it is necessary to satisfy w ≧ 0.5 at%. However, if it is too large, the saturation magnetic flux density decreases.
≦ 25 at%.

【0011】また、特にFe−M−C膜において65≦
x≦85、4≦z≦20、6≦w≦18、x+z+w=
100に組成比を限定することにより磁歪定数λsを0
±3×10-6の範囲内に抑え、かつ更に良好な軟磁気特
性を得ることができる。熱処理時の結晶核の均一な生成
による、より良好な微細結晶組織を得るためには、成膜
時にアモルファス相を主体とした膜にするためにx≦8
5at%とする必要がある。またxの量が少なすぎると
飽和磁束密度が低下してしまうばかりでなく、Mおよび
Cの濃度が多くなりすぎる。MおよびCの濃度が多くな
りすぎるとMの炭化物(非磁性相)が膜中で占める体積
比が高くなりすぎ、Feの結晶粒間での交換結合を切断
し、軟磁気特性が低下してしまうので、より良い特性を
得るためにx≧65at%とする必要がある。
In particular, in the case of the Fe-MC film, 65 ≦
x ≦ 85, 4 ≦ z ≦ 20, 6 ≦ w ≦ 18, x + z + w =
By limiting the composition ratio to 100, the magnetostriction constant
Within the range of ± 3 × 10 −6 , and further excellent soft magnetic characteristics can be obtained. In order to obtain a better fine crystal structure due to uniform generation of crystal nuclei during heat treatment, x ≦ 8 in order to form a film mainly composed of an amorphous phase during film formation.
It must be 5 at%. If the amount of x is too small, not only does the saturation magnetic flux density decrease, but also the concentrations of M and C become too high. If the concentrations of M and C are too high, the volume ratio of the carbide (nonmagnetic phase) of M in the film becomes too high, breaking the exchange coupling between the Fe crystal grains and deteriorating the soft magnetic properties. Therefore, it is necessary to satisfy x ≧ 65 at% in order to obtain better characteristics.

【0012】元素Mの炭化物の微細結晶は磁壁のピンニ
ングサイトとして働き、透磁率の高周波特性を向上させ
る働きがあるとともに、膜中に均一に分散させることで
Feの微細結晶が熱処理により成長して軟磁性を損なう
ことを防止する働きがある。つまりFeの結晶粒が成長
して大きくなると結晶磁気異方性の悪影響が大きくな
り、軟磁気特性が悪化するが、元素Mの炭化物の微細結
晶がFeの粒成長の障壁として働くことにより軟磁気特
性の悪化が防止される。そして金属組織が基本的に粒径
0.08μm以下の微細結晶からなっているので、非晶
質に比べて熱的安定性に優れており、添加元素を少なく
することができ、また非晶質に比べてFe原子1個あた
りの磁気モーメントが大きくなり、その結果、飽和磁束
密度を高くすることができる。尚、用途によっては、上
記数値限定の範囲外としてもよい。
The fine crystals of the carbide of the element M function as pinning sites for the magnetic domain walls, have the function of improving the high-frequency characteristics of magnetic permeability, and disperse uniformly in the film to allow the fine crystals of Fe to grow by heat treatment. It works to prevent soft magnetism from being impaired. In other words, when the crystal grains of Fe grow and grow, the adverse effect of the magnetocrystalline anisotropy increases and the soft magnetic properties deteriorate, but the fine crystals of the carbide of the element M act as barriers for the growth of the Fe grains. Deterioration of characteristics is prevented. Since the metal structure is basically composed of fine crystals having a particle size of 0.08 μm or less, it has excellent thermal stability as compared with amorphous, and can reduce the number of added elements. , The magnetic moment per Fe atom becomes larger, and as a result, the saturation magnetic flux density can be increased. Note that, depending on the application, the value may be out of the range of the numerical limitation.

【0013】上記軟磁性合金膜においては、その組成が
Feを主体として、飽和磁束密度を低下させる成分の添
加が制限され、また非晶質に比べFe原子1個あたりの
磁気モーメントが大きくなっているので、最高約180
00Gという高い飽和磁束密度が得られる。また元素M
およびCが含まれているとともに、金属組織が微細な結
晶粒からなっており、結晶磁気異方性による軟磁性への
悪影響が軽減されるので、良好な軟磁気特性が得られ
る。さらに元素Mの炭化物が析出してFeを主成分とす
る結晶粒の成長を抑えるので、ガラス溶着工程において
600℃以上に加熱されても、結晶粒が粗大化すること
がない。さらに、元素MとCの比率、M:Cを1:2〜
5:6とすることにより、1MHzでの透磁率を200
0以上とすることができる。
In the above soft magnetic alloy film, the composition is mainly composed of Fe, and the addition of a component that lowers the saturation magnetic flux density is restricted. Further, the magnetic moment per Fe atom becomes larger than that of an amorphous film. Up to about 180
A high saturation magnetic flux density of 00G can be obtained. Element M
And C are contained, and the metal structure is composed of fine crystal grains, and the adverse effect on the soft magnetism due to the magnetocrystalline anisotropy is reduced, so that good soft magnetic properties can be obtained. Further, since the carbide of the element M precipitates to suppress the growth of crystal grains containing Fe as a main component, the crystal grains do not become coarse even when heated to 600 ° C. or more in the glass welding step. Further, the ratio of elements M and C, M: C is 1: 2
By setting the ratio to 5: 6, the magnetic permeability at 1 MHz becomes 200.
It can be 0 or more.

【0014】[0014]

【実施例】(実施例1)RF2極スパッタ装置を用い
て、以下の2通りの方法によって各種組成のFe−Zr
−C膜およびFe−Hf−C膜をそれぞれ5〜6μmの
膜厚で形成した。第1の方法はFeターゲット上にZr
またはHfのペレットを適宜配置して構成した複合ター
ゲットを用い、ArガスとCH4ガスの混合ガス雰囲気
中で反応性スパッタする方法とした。第2の方法はFe
ターゲット上にZrまたはHfのペレットとグラファイ
トのペレットとを適宜配置して構成した複合ターゲット
をAr中でスパッタする方法とした。膜中のZrおよび
Hf濃度の調整は、いずれの方法においてもZrおよび
Hfのペレットの枚数を変えることにより変化させた。
C濃度の調整は第1の方法ではCH4ガスの濃度を変化
させることにより、また第2の方法ではグラファイトペ
レットの枚数を変えることにより行った。このようにし
て得られた各合金膜に種々の熱処理を施して、合金膜の
組成が軟磁性合金膜の磁歪定数λs、飽和磁束密度B
s、磁化困難軸方向の透磁率μ(1MHz)に及ぼす影
響を調べた。この結果を図1ないし図4に示した。
EXAMPLES (Example 1) Fe-Zr of various compositions was obtained by the following two methods using an RF bipolar sputtering apparatus.
The -C film and the Fe-Hf-C film were each formed to a thickness of 5 to 6 m. The first method uses Zr on an Fe target.
Alternatively, reactive sputtering is performed in a mixed gas atmosphere of Ar gas and CH 4 gas using a composite target formed by appropriately arranging Hf pellets. The second method is Fe
A method of sputtering a composite target in Ar by appropriately arranging Zr or Hf pellets and graphite pellets on the target was adopted. The Zr and Hf concentrations in the film were adjusted by changing the number of Zr and Hf pellets in any method.
The C concentration was adjusted by changing the concentration of CH 4 gas in the first method, and by changing the number of graphite pellets in the second method. Each of the alloy films thus obtained is subjected to various heat treatments, so that the composition of the alloy film becomes the magnetostriction constant λs and the saturation magnetic flux density B of the soft magnetic alloy film.
s, the influence on the magnetic permeability μ (1 MHz) in the hard axis direction was examined. The results are shown in FIGS.

【0015】図1ないし図3はいずれもFe−Zr−C
膜の測定結果である。図1は550℃で20分の熱処理
を施した後の合金膜の磁歪定数と飽和磁束密度との等値
線を併せて示したグラフである。図1中、実線は磁歪定
数(λs)の等値線を示し、破線は飽和磁束密度(B
s)の等値線を示すものである。図2は静磁場中、55
0℃で20分の熱処理を施した後の合金膜の1MHzで
の磁化困難軸方向の透磁率の等値線を示したグラフであ
る。図3は650℃で20分の熱処理を施した後の合金
膜の磁歪定数と飽和磁束密度との等値線を併せて示した
グラフである。第3図中、実線は磁歪定数の等値線を示
し、破線は飽和磁束密度の等値線を示すものである。
FIGS. 1 to 3 show Fe—Zr—C
It is a measurement result of a film. FIG. 1 is a graph showing the isothermal lines of the magnetostriction constant and the saturation magnetic flux density of the alloy film after the heat treatment at 550 ° C. for 20 minutes. In FIG. 1, the solid line indicates an isoline of the magnetostriction constant (λs), and the broken line indicates the saturation magnetic flux density (B
FIG. 9 shows contour lines of s). FIG. 2 shows that in a static magnetic field, 55
5 is a graph showing isolines of magnetic permeability in the direction of hard axis at 1 MHz after the heat treatment at 0 ° C. for 20 minutes. FIG. 3 is a graph showing the isothermal lines of the magnetostriction constant and the saturation magnetic flux density of the alloy film after the heat treatment at 650 ° C. for 20 minutes. In FIG. 3, the solid line shows the isoline of the magnetostriction constant, and the broken line shows the isoline of the saturation magnetic flux density.

【0016】また図4はFe−Hf−C膜の測定結果で
あって、静磁場中、550℃で20分の熱処理を施した
後の合金膜の1MHzでの磁化困難軸方向の透磁率の等
値線を示したグラフである。なお図1ないし図4中、○
印はいずれも成膜状態(as deposited)で
アモルファス化したもの、●印はアモルファス化しなか
ったものを示すものである。なお磁歪定数の測定には光
テコ法、透磁率の測定には8の字コイル型パーミアンス
計、飽和磁束密度の測定には振動試料型磁力計を用い
た。図1ないし図4からFe−M−C(M=Zr,H
f)膜の合金組成が軟磁気特性に及ぼす影響を調べた。
FIG. 4 shows the measurement results of the Fe—Hf—C film, which shows the permeability of the alloy film in the hard axis direction at 1 MHz after a heat treatment at 550 ° C. for 20 minutes in a static magnetic field. It is the graph which showed the contour line. In FIGS. 1 to 4,
The marks indicate those which were made amorphous in the as-deposited state, and the marks ● indicate those which were not made amorphous. An optical lever method was used to measure the magnetostriction constant, a figure-eight coil type permeance meter was used to measure the magnetic permeability, and a vibrating sample type magnetometer was used to measure the saturation magnetic flux density. From FIG. 1 to FIG. 4, Fe-MC (M = Zr, H
f) The effect of the alloy composition of the film on the soft magnetic properties was examined.

【0017】図1より550℃での熱処理を行った場
合、Zr:Cがほぼ1:1の組成で磁歪定数がほぼ0と
なることがわかる。また、図3より650℃での熱処理
を行った場合、図1よりわずかにC濃度の高い組成で磁
歪定数がほぼ0となり、550℃もしくは650℃の熱
処理によってもλs=0となる組成が存在することが確
認できた。さらに図2および図4より、高い透磁率が得
られた合金膜は、Mの種類に係わりなく、いずれも成膜
状態でアモルファスであったことがわかる。すなわちア
モルファスからの結晶化でないと、均一な結晶核の生成
が起こらず、均一かつ良好な微細結晶組織を有するもの
となりにくいことが確認できた。特に1MHzでの透磁
率が2000以上の値が得られる組成はM(M=Zr,
HF):Cが1:2〜5:6程度の組成領域に分布して
いることが判明した。さらに図1および図3に示した飽
和磁束密度Bsの等値線からわかるように、このような
膜のBsの上限は約17〜18kGであることが確認で
きた。よって図1ないし図4から磁歪定数が低く、かつ
透磁率が高い磁気特性を示す組成が存在することが確認
できた。
FIG. 1 shows that when the heat treatment is performed at 550.degree. C., the magnetostriction constant becomes almost 0 when the composition is approximately 1: 1 with Zr: C. Further, when heat treatment at 650 ° C. is performed as shown in FIG. 3, there is a composition in which the magnetostriction constant becomes almost 0 at a composition slightly higher in C concentration than in FIG. 1, and λs = 0 even at 550 ° C. or 650 ° C. I was able to confirm. Further, from FIGS. 2 and 4, it can be seen that all of the alloy films having high magnetic permeability were amorphous in the film-forming state regardless of the type of M. That is, it was confirmed that unless the crystallization was performed from an amorphous state, uniform crystal nuclei would not be generated, and it would be difficult to obtain a uniform and favorable fine crystal structure. In particular, the composition at which the magnetic permeability at 1 MHz is 2000 or more is M (M = Zr,
HF): C was found to be distributed in a composition region of about 1: 2 to 5: 6. Further, as can be seen from the saturation magnetic flux density Bs contour lines shown in FIGS. 1 and 3, it was confirmed that the upper limit of Bs of such a film was about 17 to 18 kG. Therefore, it can be confirmed from FIGS. 1 to 4 that a composition having low magnetostriction constant and high magnetic permeability and exhibiting magnetic characteristics is present.

【0018】次に反応性スパッタにより、製造したFe
78.7Zr5.316.0膜およびFe81. 8Hf5.413.5膜を
各温度で20分ずつの熱処理を施し、熱処理温度の変化
による磁歪定数の変化を調べた。この結果を図5に示し
た。図5中、●はFe78.7Zr5.316.0膜、また○は
Fe81.8Hf5.413.5膜の測定結果を示したものであ
り、括弧を付してあるデータは100Oeの印加磁場で
飽和しなかったものである。図5より、磁歪定数は熱処
理温度の上昇と共に正から負に変化し、いずれも580
〜630℃の熱処理で0となることが確認できた。よっ
て、上記図1ないし図5のデータに基づき、微結晶が析
出するための最低限の温度(約400〜500℃)以上
の任意の熱処理条件において、合金膜の磁歪定数λsが
0±3×10-6の範囲内となるようにするには、合金組
成をFexzw (65≦x≦85、4≦z≦20、
6≦w≦18(at%))とすれば良いことが認められ
た。なお、磁歪定数λsを特に0±3×10-6に限定し
ない場合には、合金組成をFexzw (50≦x≦
96、2≦z≦30、0.5≦w≦25(at%))とす
れば良い。
Next, by the reactive sputtering, the Fe
The 78.7 Zr 5.3 C 16.0 film and Fe 81. 8 Hf 5.4 C 13.5 film heat-treated at each 20 minutes at each temperature to examine the change in the magnetostriction constant by a change in annealing temperature. The result is shown in FIG. In FIG. 5, ● shows the measurement results of the Fe 78.7 Zr 5.3 C 16.0 film, and ○ shows the measurement results of the Fe 81.8 Hf 5.4 C 13.5 film. The data in parentheses does not saturate at the applied magnetic field of 100 Oe. It is a thing. As shown in FIG. 5, the magnetostriction constant changes from positive to negative as the heat treatment temperature increases.
It was confirmed that the heat treatment at で 630 ° C. resulted in 0. Therefore, based on the data shown in FIGS. 1 to 5, the magnetostriction constant .lambda.s of the alloy film is 0. +-. 3.times. Under any heat treatment conditions at or above the minimum temperature (about 400 to 500.degree. In order to fall within the range of 10 -6 , the alloy composition is adjusted to Fe x M z C w (65 ≦ x ≦ 85, 4 ≦ z ≦ 20,
6 ≦ w ≦ 18 (at%)). When not limit the magnetostriction constant λs especially 0 ± 3 × 10 -6, the alloy composition Fe x M z C w (50 ≦ x ≦
96, 2 ≦ z ≦ 30, 0.5 ≦ w ≦ 25 (at%)).

【0019】(実施例2)RF2極スパッタ装置を用い
て表1に示した組成の合金膜を膜厚5〜6μmで形成し
た。これにはFeターゲット上にZr,Ta,Hf,C
oのペレットを適宜配置して構成した複合ターゲットを
用い、ArガスとCH4ガスの混合ガス雰囲気中でスパ
ッタする方法を用いた。成膜後、静磁場中において55
0℃に20分間保持、あるいは無磁場中において550
℃に20分間保持、あるいは無磁場中において650℃
に20分間保持した。上記のようにして製造された合金
膜とスパッタにより成膜したセンダスト合金膜(比較
例)について、熱処理後における飽和磁束密度(Bs)
と透磁率(μ)および保磁力(Hc)と磁歪(λs)の
測定を行った。以上の結果を表1に併せて示した。
Example 2 An alloy film having the composition shown in Table 1 was formed to a thickness of 5 to 6 μm using an RF bipolar sputtering apparatus. This includes Zr, Ta, Hf, C on a Fe target.
A method was employed in which sputtering was performed in a mixed gas atmosphere of Ar gas and CH 4 gas using a composite target constituted by appropriately arranging pellets of o. After film formation, 55
Hold at 0 ° C for 20 minutes or 550 in the absence of magnetic field
Hold at ℃ for 20 minutes or 650 ℃ in the absence of magnetic field
For 20 minutes. The saturation magnetic flux density (Bs) of the alloy film manufactured as described above and the sendust alloy film formed by sputtering (comparative example) after the heat treatment.
And the magnetic permeability (μ) and the coercive force (Hc) and the magnetostriction (λs) were measured. The above results are also shown in Table 1.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】表1のサンプルAは、センダスト膜より極
めて高い飽和磁束密度(17300G)を示した。ここ
で一般に13000G以上の飽和磁束密度を示す従来の
アモルファス合金において、飽和磁束密度がこのように
高い値を示すものは同等の条件の熱処理(550℃、2
時間加熱)において結晶化し、透磁率が100以下まで
低下してしまう。すなわちアモルファス合金膜ではガラ
ス溶着後の磁気特性が劣化し、磁気ヘッドとしての満足
な特性が得られないことになる。したがってこの発明の
サンプルAが高温の熱処理を受けても高い透磁率を示す
優秀な合金膜であることが明らかである。
Sample A in Table 1 showed a much higher saturation magnetic flux density (17300 G) than the Sendust film. Here, in a conventional amorphous alloy generally showing a saturation magnetic flux density of 13000 G or more, those having a high saturation magnetic flux density are treated under the same conditions (550 ° C., 2 ° C.).
(Time heating), and the magnetic permeability decreases to 100 or less. That is, in the amorphous alloy film, the magnetic characteristics after glass deposition are deteriorated, and satisfactory characteristics as a magnetic head cannot be obtained. Therefore, it is clear that Sample A of the present invention is an excellent alloy film showing high magnetic permeability even when subjected to a high-temperature heat treatment.

【0022】さらにサンプルAの膜は550℃における
静磁場中熱処理により磁化困難軸方向の透磁率(5MH
z)が3620、保磁力が0.35Oeと極めて優れた
軟磁気特性を示した。またサンプルB、Cはそれぞれ飽
和磁束密度が15600G、14900Gと高く、セン
ダスト膜のサンプルEよりも高い透磁率を示している。
これらの膜は無磁場中の熱処理であっても、高い磁透率
を得ることができ、従来の高飽和磁束密度のアモルファ
ス膜では実現することのできない特徴を有している。す
なわちアモルファス膜は磁性原子の方向性規則配列等に
より誘導磁気異方性がつき易いがために、キュリー点以
下での無磁場中熱処理では磁区の固着化により、軟磁性
が大きく劣化する欠点がある。したがってこの発明の合
金を用いることで磁気ヘッドの製造工程におけるガラス
溶着等を無磁場中で行うことができ、工程を簡略化でき
るという特徴を有するようになる。
Further, the film of sample A was subjected to heat treatment in a static magnetic field at 550.degree.
z) was 3620, and the coercive force was 0.35 Oe, showing extremely excellent soft magnetic properties. Samples B and C have high saturation magnetic flux densities of 15600 G and 14900 G, respectively, indicating higher magnetic permeability than Sample E of the sendust film.
These films can obtain high magnetic permeability even in a heat treatment in the absence of a magnetic field, and have characteristics that cannot be realized by a conventional amorphous film having a high saturation magnetic flux density. That is, since the amorphous film tends to have induced magnetic anisotropy due to the directional regular arrangement of magnetic atoms and the like, there is a disadvantage that the soft magnetic property is greatly deteriorated due to the fixation of the magnetic domain in the heat treatment in a magnetic field below the Curie point. . Therefore, by using the alloy of the present invention, glass welding and the like can be performed in a magnetic head manufacturing process without a magnetic field, and the process can be simplified.

【0023】またサンプルBとサンプルCの膜は550
℃の熱処理後ではそれぞれ+2.8×10-6、+2.1
×10-6と正の磁歪定数であるが、熱処理温度を650
℃まで高くすることにより、それぞれ−0.3×1
-7、+0.4×10-7となり、ほぼ0に近い磁歪を得
ることができるようになる。すなわち磁気ヘッドの製造
工程では加工歪、ガラス溶着工程でかかる熱歪により逆
磁歪効果が作用するが、上記のように磁歪が小さいと上
記逆磁歪効果により膜が軟磁気特性を損なうことがな
い。さらに従来のFe基のアモルファス合金(液体急冷
法で作製されたもの)の磁歪定数が約+2×10-5と大
きいのに対し、上記サンプルA,B,C,Dの膜では低
磁歪を実現できる。
The films of Sample B and Sample C are 550
+ 2.8 × 10 -6 and +2.1 after heat treatment at
It is a positive magnetostriction constant of × 10 -6 , but the heat treatment temperature is 650.
° C to -0.3 × 1 each
0 −7 and + 0.4 × 10 −7 , and a magnetostriction close to 0 can be obtained. In other words, in the manufacturing process of the magnetic head, the reverse magnetostriction effect acts due to the processing strain and the thermal strain applied in the glass welding process. However, when the magnetostriction is small as described above, the film does not impair the soft magnetic characteristics due to the reverse magnetostriction effect. Furthermore, while the magnetostriction constant of a conventional Fe-based amorphous alloy (made by a liquid quenching method) is as large as about + 2 × 10 −5 , the films of Samples A, B, C, and D achieve low magnetostriction. it can.

【0024】また表1においてサンプルDはサンプルA
の合金にCoを添加することにより磁歪の調整を行い、
650℃の熱処理後で低磁歪にした膜である。Coは磁
歪を調整する作用以外に飽和磁束密度を高める働きがあ
り、サンプルDの膜は飽和磁束密度が17600Gと高
くなっている。図6と図7は、それぞれ表1のサンプル
AとサンプルCの膜の透磁率の周波数特性を示したグラ
フである。いずれのサンプルも極めて高い透磁率を示
し、10MHz付近の高周波領域においても1100〜
2300程度の透磁率が得られる。なお図6に示したよ
うに静磁場中で熱処理を行った場合でも、図7に示した
ように高い透磁率を維持しつつ600℃という高い温度
の熱処理が可能であることが判明した。
In Table 1, Sample D is Sample A.
The magnetostriction is adjusted by adding Co to the alloy of
This film has a low magnetostriction after the heat treatment at 650 ° C. Co has a function of increasing the saturation magnetic flux density in addition to the action of adjusting the magnetostriction, and the film of sample D has a high saturation magnetic flux density of 17,600 G. 6 and 7 are graphs showing the frequency characteristics of the magnetic permeability of the films of Sample A and Sample C in Table 1, respectively. All the samples showed extremely high magnetic permeability, and even in a high frequency region around 10 MHz
A magnetic permeability of about 2300 is obtained. It has been found that even when heat treatment is performed in a static magnetic field as shown in FIG. 6, heat treatment at a high temperature of 600 ° C. is possible while maintaining high magnetic permeability as shown in FIG.

【0025】次に上記合金膜の金属組織を同定するため
に、X線回析の測定を行った。サンプルCの膜におい
て、成膜したままの状態の膜のX線回析パターンと5
50℃で20分間熱処理後の膜の回析パターンと65
0℃で20分間熱処理後の膜の回析パターンを図8に
示した。図8ののパターンでは、ほぼアモルファスに
近いハローパターンを示している。この状態では充分な
飽和磁束密度が得られず、軟磁性も不充分である。図8
ののパターンではアモルファスのハローパターンも若
干残存しているがbcc(体心立方構造)のFeの(1
10)回析ピークと、微弱ながらTaCの回析ピークが
現れており、アモルファス相と結晶相とが混在した組織
となっていることを示している。のパターンの結晶相
の回析ピークはいずれもブロードしており、結晶粒が微
細であることを示している。回析ピークの半値幅から計
算したbcc−Feの結晶粒径は約60〜70Åであ
る。この膜は更に高い温度で熱処理することによりの
回析パターンに示されるような膜全体が微結晶から構成
された組織を示すようになる。とのいずれの場合も
高い飽和磁束密度と優れた軟磁気特性を示すことが確認
された。
Next, X-ray diffraction measurement was performed to identify the metal structure of the alloy film. In the film of sample C, the X-ray diffraction pattern of the film as-formed and 5
Diffraction pattern of film after heat treatment at 50 ° C for 20 minutes and 65
FIG. 8 shows the diffraction pattern of the film after heat treatment at 0 ° C. for 20 minutes. The halo pattern shown in FIG. 8 is almost amorphous. In this state, a sufficient saturation magnetic flux density cannot be obtained, and the soft magnetism is also insufficient. FIG.
In this pattern, an amorphous halo pattern also slightly remains, but bcc (body-centered cubic structure) Fe (1
10) A diffraction peak and a slightly weaker TaC diffraction peak appear, indicating that the structure is a mixture of an amorphous phase and a crystalline phase. Each of the diffraction peaks of the crystal phase in the pattern (b) is broad, indicating that the crystal grains are fine. The crystal grain size of bcc-Fe calculated from the half width of the diffraction peak is about 60 to 70 °. When this film is heat-treated at a higher temperature, the whole film has a structure composed of microcrystals as shown in a diffraction pattern. In each case, it was confirmed that a high saturation magnetic flux density and excellent soft magnetic characteristics were exhibited.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、主成分の
Feと、Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,Wのう
ち1種または2種以上の金属元素Mと、Cとを含み、少
なくとも一部をアモルファス相とした薄膜を形成し、こ
の薄膜に熱処理を施してbccのFeの結晶粒を析出さ
せるとともに前記アモルファス相から元素Mの炭化物の
微細結晶を析出させるものである。このように得られた
軟磁性合金膜は、金属組織が基本的にbccのFeの微
細結晶からなっているので、非晶質合金に比べて熱的安
定性に優れており、添加元素を少なくすることができ、
また非晶質合金に比べてFe原子1個あたりの磁気モー
メントが大きくなっているので、その結果センダスト合
金膜よりも高い飽和磁束密度であって、最高約1800
0Gという高い飽和磁束密度が得られる。さらに従来の
アモルファス合金膜とは異なり、無磁場中で熱処理を施
しても高い飽和磁束密度と透磁率を発揮する膜を得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, Fe as the main component, one or more metal elements M of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo and W, and C are used. A thin film containing at least a part thereof in an amorphous phase is formed, and this thin film is subjected to a heat treatment to precipitate bcc Fe crystal grains and to precipitate fine crystals of a carbide of the element M from the amorphous phase. Since the soft magnetic alloy film thus obtained has a metal structure basically composed of fine crystals of bcc Fe, it has excellent thermal stability as compared with an amorphous alloy, and has a small number of additional elements. Can be
Further, since the magnetic moment per Fe atom is larger than that of the amorphous alloy, the saturation magnetic flux density is higher than that of the sendust alloy film, and the maximum is about 1800.
A high saturation magnetic flux density of 0 G can be obtained. Further, unlike a conventional amorphous alloy film, a film exhibiting a high saturation magnetic flux density and a high magnetic permeability can be obtained even when heat treatment is performed in the absence of a magnetic field.

【0027】先の製造方法で用いる薄膜として、Feを
50原子%以上、96原子%以下の範囲、元素Mを2原
子%以上、30原子%以下の範囲、Cを0.5原子%以
上、25原子%以下の範囲でそれぞれ含有するものを用
いることが好ましい。更に前記薄膜として、Feと元素
MとCに加えて元素T(ただしTはCo,Niのうちの
1種または2種を示す)を含み、Feを50原子%以
上、96原子%以下の範囲、元素Tを10原子%以下、
元素Mを2原子%以上、30原子%以下の範囲、Cを
0.5原子%以上、25原子%以下の範囲でそれぞれ含
有するものを用いることが好ましい。更に、前記熱処理
を400〜700℃の範囲で行うことにより、基本的に
平均粒径0.08μm以下のbccのFeの結晶粒と非
晶質組織からなり、その一部に元素Mの炭化物の結晶相
を含む金属組織の軟磁性合金膜を得ることができる。
As the thin film used in the above-mentioned manufacturing method, Fe is in the range of 50 at% to 96 at%, element M is in the range of 2 to 30 at%, C is 0.5 at% or more, It is preferable to use ones each containing 25 atomic% or less. Further, as the thin film element T (where T in addition to Fe and element M and C Co, of Ni
One or two types ), Fe in a range of 50 atomic% or more and 96 atomic% or less, element T of 10 atomic% or less,
It is preferable to use one containing the element M in the range of 2 to 30 atomic% and C in the range of 0.5 to 25 atomic%. Further, by performing the heat treatment at a temperature in the range of 400 to 700 ° C., the heat treatment is basically made of bcc Fe crystal grains having an average grain size of 0.08 μm or less and an amorphous structure. A soft magnetic alloy film having a metal structure containing a crystal phase can be obtained.

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

【図1】 550℃で熱処理を施した場合のこの発明の
Fe−Zr−C合金膜の磁歪定数と飽和磁束密度の組成
依存性を示したグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the composition dependence of the magnetostriction constant and the saturation magnetic flux density of an Fe—Zr—C alloy film of the present invention when subjected to a heat treatment at 550 ° C.

【図2】 550℃で熱処理を施した場合のこの発明の
Fe−Zr−C合金膜の透磁率の組成依存性を示したグ
ラフである。
FIG. 2 is a graph showing the composition dependency of the magnetic permeability of the Fe—Zr—C alloy film of the present invention when subjected to a heat treatment at 550 ° C.

【図3】 650℃で熱処理を施した場合のFe−Zr
−C合金膜の磁歪定数と飽和磁束密度の組成依存性を示
したグラフである。
FIG. 3 shows Fe—Zr when heat-treated at 650 ° C.
4 is a graph showing the composition dependence of the magnetostriction constant and the saturation magnetic flux density of a -C alloy film.

【図4】 550℃で熱処理を施した場合のFe−Hf
−C合金膜の透磁率の組成依存性を示したグラフであ
る。
FIG. 4 shows Fe—Hf when heat-treated at 550 ° C.
5 is a graph showing the composition dependency of the magnetic permeability of a -C alloy film.

【図5】 熱処理温度を変化させた場合のFe−Zr−
C合金膜とFe−Hf−C合金膜の磁歪定数の変化を示
したグラフである。
FIG. 5 shows that Fe—Zr— when the heat treatment temperature is changed.
5 is a graph showing changes in magnetostriction constants of a C alloy film and an Fe—Hf—C alloy film.

【図6】 この発明の一実施例の透磁率に対する周波数
特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing frequency characteristics with respect to magnetic permeability in one embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の他の実施例の磁透率に対する周波
数特性を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing frequency characteristics with respect to magnetic permeability of another embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施例の膜の金属組織を同定する
ために行ったX線回析パターンを示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing an X-ray diffraction pattern performed for identifying a metal structure of a film according to an example of the present invention.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 主成分のFeと、Ti,Zr,Hf,N
b,Ta,Mo,Wのうち1種または2種以上の金属元
素Mと、Cとを含み、少なくとも一部を非晶質相とした
薄膜を形成し、この薄膜に熱処理を施してbccのFe
の結晶粒を析出させるとともに前記非晶質相から元素M
の炭化物の微細結晶を析出させることを特徴とする軟磁
性合金膜の製造方法。
1. A main component of Fe, Ti, Zr, Hf, and N
b, Ta, Mo, W, a thin film containing one or more metal elements M and C and having at least a part thereof in an amorphous phase is formed, and the thin film is subjected to a heat treatment to obtain a bcc film. Fe
Of the element M from the amorphous phase.
A method for producing a soft magnetic alloy film, comprising: depositing a fine crystal of carbide.
【請求項2】 前記薄膜として、Feを50原子%以
上、96原子%以下の範囲、元素Mを2原子%以上、3
0原子%以下の範囲、Cを0.5原子%以上、25原子
%以下の範囲でそれぞれ含有するものを用いることを特
徴とする請求項1記載の軟磁性合金膜の製造方法。
2. The thin film according to claim 1, wherein Fe is in a range of 50 atomic% to 96 atomic%, and element M is 2 atomic% to 3 atomic%.
2. The method for producing a soft magnetic alloy film according to claim 1, wherein a material containing C in a range of 0 at% or less and C in a range of 0.5 at% or more and 25 at% or less is used.
【請求項3】 前記薄膜として、Feと元素MとCに加
えて元素T(Co,Niのうちの1種または2種)を含
み、Feを50原子%以上、96原子%以下の範囲、元
素Tを10原子%以下、元素Mを2原子%以上、30原
子%以下の範囲、Cを0.5原子%以上、25原子%以
下の範囲でそれぞれ含有するものを用いることを特徴と
する請求項1記載の軟磁性合金膜の製造方法。
3. The thin film contains an element T ( one or two of Co and Ni) in addition to Fe, elements M and C, and contains Fe in a range of 50 atomic% or more and 96 atomic% or less; It is characterized by using an element containing 10% by atom or less of element T, 2% by atom or more and 30% by atom or less of element M, and C containing 0.5% by atom or more and 25% by atom or less. A method for producing a soft magnetic alloy film according to claim 1.
【請求項4】 前記熱処理を400〜700℃の範囲で
行うことにより、基本的に平均粒径0.08μm以下の
bccのFeの結晶粒と非晶質組織からなり、その一部
に元素Mの炭化物の結晶相を含む金属組織とすることを
特徴とする軟磁性合金膜の製造方法。
4. By performing the heat treatment at a temperature in the range of 400 to 700 ° C., the heat treatment is basically composed of bcc Fe crystal grains having an average grain size of 0.08 μm or less and an amorphous structure, and a part of the A soft magnetic alloy film having a metal structure containing a carbide crystal phase.
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