JPH01175707A - 積層軟磁性薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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積層
軟磁性薄膜に関するものであり、特に高磁束密度及び高
周波特性に優れた積層軟磁性薄膜に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、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アモルファス軟
磁性薄膜と非磁性薄膜とを積層することにより、高周波
特性に優れ、高抗磁力媒体対応の短波長記録用磁気ヘッ
ド技術に応用可能な積層軟磁性薄膜を実現しようとする
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
末を用いた所謂メタルテープや、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所謂蒸
着テープ等の高抗磁力媒体が実用化されつつある。

とごろで、磁気記録媒体の高抗磁力化が進むにつれ、記
録再生に使用する磁気ヘッドのヘッド材料に高飽和磁束
回度化が要求されることは容易に理解されるところであ
り、例えば従来ヘッド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媒体の高抗磁力化に十
分に対処することは難しい。

このような状況から、磁気ヘッドを構成する磁気コアを
フェライトやセラミック等と高飽和磁束密度を有する軟
磁性薄膜との複合構造とし、軟磁性薄膜同士を突き合わ
せて磁気ギャップを構成するようにした複合型磁気ヘッ
ドや、各磁気コアやコイル等を薄膜技術により形成しこ
れらを絶縁膜を介して多層構造とした薄膜磁気ヘッドが
開発されている。

この場合、軟磁性薄膜としては、例えば高飽和磁束密度
を有するＦｅ−＾１−３ｉ系合金磁性薄膜（いわゆるセ
ンダスト薄膜）等が知られているが、このＦｅ−Ａ　ｊ
！−３ｉ系合金磁性薄膜は合金材料であるが故に電気抵
抗値ρが小さく（８０μΩｌ程度）、高周波数帯域、特
にメガヘルツ域では渦電流損失によりその初透磁率が減
少し、高抗磁力媒体の性能を充分に引き出すことができ
ないのが現状である。

あるいは、液体冷却法や気相象、冷法等で作成されるメ
タル−メタロイド系アモルファス合金（Ｆｅ−Ｒ，Ｆｅ
−５ｉ−Ｂ＋Ｆｅ−Ｃｏ−３ｉ−Ｂ等）やメタル−メタ
ル系アモルファス合金（Ｃｏ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ
等）等も開発されているが、これらは均質構造ともいう
べき単相アモルファス構造になっており、電気抵抗値ρ
が結晶軟質磁性材料であるセンダストよりも大きいとい
っても高々１５０μΩ１程度に止まり、飽和磁束密度の
１００００　（Ｇａｕｓｓ）前後である。

〔発明が解決しようとする問題点］ かかる従来の実情に鑑み、本願出願人は先に特願昭６１
−２６４６９８号明細書において、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２相構造
を有するアモルファス薄膜を提案した。このアモルファ
ス薄膜は、電気抵抗値ρが３００〜４０００μΩｃｍと
非常に大きく、また飽和磁束密度も高抗磁力媒体に充分
対応可能な１５０００（Ｇａｕｓｓ）程度を示し、従来
のアモルファス薄膜とは全く異なる優れた磁気特性を発
揮するものである。

本発明は、前記アモルファス薄膜の磁気特性、特に高周
波特性のより一層の向上を図ろうとするものである。

すなわち、本発明は、より優れた高周波特性を有すると
ともに高飽和磁束密度を有し、高抗磁力磁気記録媒体や
高周波記録等に対応可能な軟磁性薄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〕

本発明者等は、上述の目的を達成せんものと鋭意研究の
結果、主体となる磁性膜に前述の２相構造を有するアモ
ルファス薄膜を用い、これに非磁性薄膜を積層すること
が磁気特性、特に高周波特性の改善等に極めて有効であ
ることを見出し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の積層軟磁性薄膜は、第１図に示すよ
うに、Ｍ、Ｌ、Ｊ、　（但しＨ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≧１Ｏ１Ｘ≠０、ｙ≠０．２≠
０である。）なる組成を有しヘテロアモルファス２相構
造を有する軟磁性′ｇＪ膜（１）と非磁性薄膜（２）と
を積層したことを特徴とするものである。

本発明の積層軟磁性ＦＡ膜において、主体となる軟磁性
薄膜（１）の組成は、Ｍ、Ｌ、Ｊ、なる組成式で表わさ
れるが、ここで式中のＭとしては、強磁性材料である３
ｄ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、半金属元素であるり、Ｊとしては、Ｂ＋　Ｓｉ。

Ｃの中から２種類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。

半金属元素り、Ｊの組み合わせとしては、Ｂ−Ｃ。

５ｉ−Ｃ，５ｉ−Ｂが考えられるが、炭素Ｃを含む組み
合わせ（Ｂ−Ｃ，５ｔ−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、上記軟磁性薄膜（１）において、これら半金属原
子り、　　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。

かかる軟磁性薄膜（１）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、第２図に示すように
、遷移金属元素Ｍを主体とする強磁性アモルファス相ｒ
　　（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Ｕ　（Ｌ−Ｊ）との２相
混在構造であると推定され、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。

すなわち、低電気抵抗の強磁性アモルファス相ｒは、高
電気抵抗を有する非磁性アモルファス相■によって分断
され、膜全体として見ると西電気抵抗となっている０本
発明の軟磁性薄膜（１）の電気抵抗は、３００〜４００
０μΩ１にも達する。

一方、強磁性アモルファス相■は、電気的に分断されて
いるといっても互いの距離は極めて小さく、磁気的に見
た場合には相互に結合しており、膜全体の磁気特性、特
に飽和磁束密度は単相アモルファス薄膜以上の値を示す
。また、−ｍにセンダスト等の結晶軟磁性薄膜は、その
結晶磁気異方性のため磁気特性に一軸異方性を有し方向
性を有する。これに対して上記軟磁性薄膜（１）は、非
晶質であることと、さらに各強磁性アモルファス相Ｉが
微細に分散されていることから、膜面内で角度に関係な
く磁気的に等方性な軟磁気特性を示す。

この等方性軟磁気特性は、従来の結晶質磁性薄膜や単相
アモルファス薄膜では理解し沫いものである。

一方、非磁性薄膜（２）の材料としては、Ａ２□０．。

Ｔａｇ’ｓ、　ＭｇＯ，Ｓｉｎ、　５ｉＯｚ＋　Ｔｉ０
ｚ、　ＦｅｚＯ５＋　Ｚｒ０ｚ＋ＢｉｚＯ２１等の酸化
物系誘電体、あるいはＺｒＮ、　ＴｉＮ。

５ｉｓＮａ、　Ａｊ！Ｎ、　ＡＮＳｉＮ、　ＢＮ、　Ｔ
ａＮ、　ＮｂＮ、　ＧａＮ、　ＭｇＮ。

ＭｏＮ、　ＶＮ等の窒化物系誘電体、あるいはこれらの
複合体等が使用できる。

前述の軟磁性薄膜（１）や非磁性薄膜（２）を成膜する
には、最も一般的にはスパッタリングが行われる。この
スパッタリングは、マグネトロン・スパッタリング、Ｒ
Ｆスパッタリング、直流スパッタリング、対向ターゲッ
ト・スパッタリング、イオンビーム・スパッタリング等
の種々の方式により行うことができる。

特に軟磁性薄膜（１）を成膜するには、遷移金属Ｍの円
盤の上にＢ、　Ｓｉ等の炭素化合物やＳｉＢ化合物の角
板を並べたターゲットを用い、スパッタリングを行なう
ことが好ましい。ここで、角板の数を増減することによ
り、得られる軟磁性ｍ　ＩＩ！　（１）の組成ｙ、ｚ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。

積層する軟磁性薄膜（１）の膜厚は０．１〜１ＯＩＪｌ
ｌであることが望ましい。また非磁性ＦｊｌＪＩＱ（２
）の膜厚は１００〜５０００人である。非磁性薄膜（２
）の膜厚が上記範囲よりも小さいと眉間の絶縁が不充分
なものとなり、また上記範囲よりも大きいと実質的に磁
性材料が占める割合が減ってしまって磁気特性が劣化す
る。

なお、上記軟磁性薄膜（１）および非磁性薄膜（２）の
積層数は適宜選択すれば良い。

〔作用］ 本発明の積層軟磁性薄膜においては、それ自体が高抵抗
で高周波特性の良好なヘテロアモルファス２相構造と、
高周波特性に対して有利な構造である積層構造の両者を
利用しているので、渦電流損失や磁壁移動による損失が
低減され、高周波特性の大幅な向上が達成される。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的な実施例により説明する。

なお、本発明がこれら実施例に限定解釈されるものでな
いことは言うまでもない。

本例は、Ｆｅ−Ｃｏ−ＢＣ系２相アモルファス膜とＳｉ
Ｏ□膜を積層した積層軟磁性薄膜の例である。

フォトセラム基板上にスパック法によりＦｅ−Ｃｏ−Ｂ
Ｃ系２相アモルファス膜とＳｉ０ｇ膜を交互に堆積し、
積層構造とした。

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１００ｍ、厚さ２閣の円板状のＦｅ−Ｃｏ合金ター
ゲットを用い、その上にＢ、Ｃ化合物板（５ｔｔｍ　Ｘ
　５　ｍ　Ｘ　２閤に切断したもの、）を必要数だけな
らべた。

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　　　　　　　　　　　　　４０鴎Ａｒｉ量
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１　０
　０　　ｍ５ｃｃｓ＋到達真空度　　　　　　　　　　
Ｉ　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ陽極電圧　　　　　　　　　　
　　　２．２ｋＶ陽極電流　　　　　　　　　　　　　
１６０ｍＡ一方、ＳｉＯ□膜は、Ｓｉ０ｇターゲットを
用いてやはりスパッタ法により成膜した。

ここで磁性膜である２相アモルファス膜の膜厚は各４．
２μｍとし、６層重ねた。眉間のＳｉ０ｇ膜の膜厚は、
３０００人である。

積層された２相アモルファス膜の膜組成を正確に測定す
ることは難しいが、（Ｆｅ、。Ｃｏｓ。）、。

（Ｂ　Ｃ）ｔｏ　〜（Ｆ　ｅ　ｓａｃ　ｏ　５ｏ）ｓｏ
（Ｂ　Ｃ）ｚｏ程度である。

得られた積層軟磁性薄膜を走査電子顕微鏡により観察す
ると、きれいな積層構造が確認された。

そこで、この積層軟磁性薄膜の磁気特性、特に磁化曲線
（Ｂ−Ｈループ）を振動試料型（イ１力計（ＶＳＭ）を
用いて測定した。結果を第３図に示す、得られた積層軟
磁性ｇｔｖの飽和磁束密度Ｂｓは１５０００　（Ｇａｕ
ｓｓ）、保磁力Ｈｃは０．１　（Ｏｅ）であった。

これら値は２相アモルファスの単層膜のそれと何ら変わ
らず、積ＮＷＪとしても生栗な軟磁気特性が悪化するこ
とはないことがわかった。

次に、得られた積層軟磁性薄膜の熱特性を調べた。すな
わち、積層軟磁性薄膜を加熱しその時の磁化Ｍｓの変化
を調べた。結果を第４図に示す。

温度を次第に高くしていくと、磁化Ｍｓは次第に減少し
ていき、４８０°Ｃ付近でＭｓ＝Ｏになる。

この点がキュリー点Ｔｃであり、また本例では結晶化温
度Ｔｘでもあった。

同様に、同じ組成を有する２相アモルファス単層膜の熱
特性を調べた結果が第４図である。単層膜においても同
様の変化が観察される。

これらＢ−Ｈループ及び熱特性を考え合わせると、磁性
膜である２相アモルファス膜は、単層膜でも積層膜でも
同じものであると推定される。

そこでさらに、実効初透磁率の周波数特性を測定した。

第６図がその結果を示すもので、図中曲線Ａが本実施例
の積層軟磁性薄膜の周波数特性を、曲線Ｂが２相アモル
ファス単層膜の周波数特性を示す。

その結果、ビデオヘッドのトラック幅程度になると、単
層膜の実効初ｉ！ｉｆｆ率は周波数が高くなるのに伴っ
て次第に低下するのに対して、積Ｎ膜のそれはほとんど
劣化せず、高周波特性に大きな改善が見られることがわ
かった。

積層膜における実効初透磁率の優位性をさらに裏付ける
ために、膜厚８μｍの２相アモルファス単層膜、各層４
μｍの２層膜及び各層２μｍの４層膜を成膜し、これら
の実効初透磁率の周波数特性を調べた。なお、２石膜及
び４層膜における中間膜は、やはり５ｉｆｔ膜とし、そ
の膜厚も３０００人とした。

これら各層の実効初透磁率を比較すると、積層数が多く
なるにしたがって特に５ＭＨｚ以上での実効初透磁率の
劣化が少なくなることが判明した。

［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、
それ自体高抵抗を有し非常に大きな飽和磁束密度を有す
るヘテロアモルファス２相構造膜を主磁性膜とし、これ
を非磁性薄膜を介して積層構造としているので、高周波
特性が大幅に改善される。また、これによってヘテロア
モルファス２相構造膜の有する良好な軟磁気特性、特に
高飽和磁束密度が損なわれることもない。

したがって、高周波特性と高飽和磁束密度を兼ね備えた
積層軟磁性薄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の磁性膜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図は本発明を適用した積層軟磁性薄膜の概略構造を
示す要部拡大断面図であり、第２図はへテロアモルファ
ス２相構造を有する軟磁性薄膜の膜構造を示す模式図で
ある。 第３図は本発明を適用した積層軟磁性薄膜のＢ−［【ル
ープを示す特性図、第４図はその熱特性を示す特性図、
第５図は２相アモルファス単層膜の熱特性を示す特性図
、第６図は積層軟磁性薄膜の実効初透磁率の周波数特性
を２相アモルファス単層膜のそれと比較して示す特性図
である。 １・・・軟磁性薄膜（２相アモルファス膜）２・・・非
磁性薄膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｍ＿ｘＬ＿ｙＪ＿ｚ（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＝１０
   ０、ｙ＋ｚ≧１０、ｘ≠０、ｙ≠０、ｚ≠０である。）
   なる組成を有しヘテロアモルファス２相構造を有する軟
   磁性薄膜と非磁性薄膜とを積層したことを特徴とする積
   層軟磁性薄膜。