JPH01283907A - 多層軟磁性膜とこれを用いた磁気ヘッドおよびトランス - 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〕 本発明は磁気記録装置用磁気ヘッド、トランスなどに用
いられる強磁性薄膜に係り、特に高飽和磁束密度、高透
磁率を有する強磁性薄膜に関する。

〔従来の技術〕

高密度、大容量の磁気記録技術を確立するためには高保
磁力の記録媒体の開発とともに、高保磁力媒体に信号を
十分に書込むことのできる。高飽和磁束密度をもつ磁気
ヘッド用の軟磁性膜が必要になる。

高飽和磁束密度を有する磁性材料としては従来Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ等を主成分とする材料が検討されている。例え
ば、Ｆｅ−ＡＱ−３ｉ系合金（センダスト）［特開昭５
０−７４１１０号］　、Ｆａ、Ｓｉ系合金［特開昭５２
−１１２７９７号］のように飽和磁束密度の高いＦｅを
主成分とし、これに添加元素を加えて軟磁気特性を改善
してきた。また、他の方法ではＦｅを主成分とする磁性
層を他の磁性層を介して積層し、軟磁気特性の改善を図
ってきた。

［特開昭５９−９９０５］ 一方、磁気ヘッドとしては高周波領域（１０ＭＨｚ以上
）の比透磁率が高いことが望まれるが。

磁性膜の膜厚が厚（なるにしたがって、渦電流による損
失のため、高周波特性が劣化する。このため、従来より
磁性膜の間に中間層として、渦電流損失防止用の絶縁膜
を挿入する方法で検討されてきた。［特開昭５１−１１
２７９７号］この方法では絶縁膜としてＳ　ｉ　０２．
　Ａｇ２Ｏ３等の材料が用いられており、高周波特性の
改善が図られてきた。

〔発明が解決しようとする１ａＭ） 上記従来技術ではＳ　ｉ　０２．Ａ　Ｑ　ｚｏ＋ｓ等の
中間層を挿入することにより高周波特性の改善が図られ
ているが、軟磁気特性の劣化が生じるといて欠点を残し
ていた。すなわち、従来の絶縁材料を磁性膜中に挿入す
ると、膜の比透磁率は高周波領域で増加するが、低周波
領域で減少した。また、膜の保磁力は増加し・てしまい
、磁気ヘッドとして必要な特性を得ることが困難であっ
た。

本発明の目的は上述した従来技術の欠点を解消し、高飽
和磁束密度、高透磁率、低保磁力の軟磁性膜を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、ＦｅまたはＣｏの
単体金属、もしくは少なくとも１種の元素を主成分とす
る合金からなる磁性膜を主磁性膜とし、Ａｇ，Ａｌ，Ａ
ｕ，Ｃｏ，Ｃｒ、Ｃｕ。

Ｆｓ、Ｇｅ、Ｉ　ｒ’、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ。

Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｎのうちより選ばれる
少なくとも１種の元素を主成分とする合金からなる膜を
第１の中間膜とし、Ｂ、Ｃ，Ｎ。

Ｓｉ、Ｐより選ばれる単体元素もしくは少なくとも１種
の元素を含む化合物を第２の中間膜として。

各々を１層以上積層させて多層軟磁性膜としたものであ
る。

なお、本発明において、Ｂ、Ｃ，Ｎｕ　Ｓｉｔ　Ｐより
選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物とは必ずし
も化学量論組成の物質だけでなく、任意の組成比で混合
された物質やこれらの非晶質物質をも含むものとする。

〔作用〕

本発明者らは飽和磁束密度の高いＦａおよびＣｏを主成
分とする軟磁性膜の探索研究を行なってきた。この中で
、ＦｅやＣｏは単体金属膜のままでは低い比透磁率およ
び大きな保磁力を有する低い軟磁性膜であるが、Ｆｅや
ｃｏに侵入型で固溶するＢ、Ｃ，Ｎ等の元素を添加する
と、その軟磁気特性が向上することが明らかになった。

さらに、この磁性膜（主磁性膜）を他の金属材料でその
金属原子半径がＦｅもしくはＣｏに近い金属膜を中間膜
（第１中間膜）として積層し、多層膜を形成すると５さ
ら軟磁気特性が向上することが明らかになった。

以上の検討で得られた膜を１μｍ以上の厚さに積層する
と、渦電流損失のために、特に高周波領域（１０ＭＨｚ
以上）における比透磁率が大幅に減少した。渦電流損失
による高周波特性の劣化を防止する方法としては従来よ
り絶縁体である５ｉＯｚやＡ（ｌｘｏｓを中間層として
磁性膜間に挿入し、多層膜とする方法で知られていた。

この方法により、高周波特性の改善がなされることは明
らかであるが、低周波領域の特性が劣化するという問題
があった。また、このとき保磁力の増大が生じることも
問題であった。

この問題を解決するために、本発明者らは軟磁気特性の
劣化を生じない絶縁材料、半導体材料等からなる中間膜
の検討を行なってきた。この結果。

第２の中間膜として、従来の酸化物絶縁材料とは全く異
なるＢ　＋　Ｃｙ　Ｎ　＋　Ｓ　１　＊　Ｐより選ば九
る単体元素もしくはこれらの元素より選ばれる少なくと
も１種の元種を含む化合物を用いて上述した高軟磁性膜
を積層し、多層膜とすれば、軟磁気特性の劣化なしに渦
電流損失を押さえることができ。

高周波特性が改善できることを見出した。

主磁性膜を第１中間膜を介して積層することによる軟磁
性が向上する理由は明確になっているわけではないが、
その理由の１つは多層化によって主磁性膜を構成する結
晶粒の大きさが単層の膜の場合に比べて微細化し、微細
な結晶粒からなる磁性膜では磁気異方性の分散が小さく
なるために、軟磁気特性が向上するものと考えられる。

また、Ｆ　ｅ　’ｅ’　Ｇ　ｏと金属原子半径の近い金
属原子から構成された第１中間膜を用いた場合に、特に
高い軟磁気特性を示すが、これは主磁性膜と第１中間膜
の界面で結晶格子がスムーズに成長しやすいからであり
、このような場合、中間膜を介しても主磁性膜の膜質の
完全性はそこなわれることなく、むしろ主磁性膜の結品
配向特が高まる効果をも有し、磁気異方性の分散が小さ
くなるために、軟磁気特性の改善が図れるものと推察さ
れる。

一方１以上のようにして形成した高い軟磁気特性を示す
多層膜の高周波特性を改善するために用いたＢｙ　Ｃ，
Ｎ、ｓｉ、ｐから構成される第２の中間膜は従来の酸化
物絶縁膜と異なり、形成される多層磁性膜の軟磁気特性
を劣化させないことが明らかになったが、この理由は現
在のところ全く明らかではない。但し、得られた主磁性
膜の結晶配向性をＸ線回折法によって測定してみると、
酸化物絶縁膜を用いて場合低下した配向性が１本発明の
第２中間膜を用いた場合には高まるが明らかになった。

これらの第２中間膜を用いた場合に配向性が高まる理由
は高らかではないが、配向性が高まったことが磁気異方
性の分散を減少させ、酸化物絶縁膜を用いた場合よりは
軟磁気特性を高めたものと推察される。

第１の中間膜の膜厚は主磁性膜が分離するに必要な膜厚
であれば良く、さらに低飽和磁束密度の磁性膜もしくは
非磁性膜が厚くなる程、多層膜全体の飽和磁束密度は減
少することになるから、５〜１０００人が望ましい。

第２の中間膜の膜厚は主磁性膜が電気的に絶縁されるに
必要な膜厚であれば良く、さらに非磁性膜が厚くなる程
、多層膜全体の飽和磁束密度は減少することになるから
、５〜１０００人が望ましい。なお、第２中間膜の挿入
は高周波特性の改善の他、ストライプ状に多層膜を加工
した時の磁区構造に良い影響を与えることも確認された
。すなわち、主磁性膜は第１中間膜から構成された多層
膜ではストライプ状磁性膜の磁区が三角形の構造を示す
のに対し、第２の中間膜を挿入した多層膜では三角形構
造の磁区は消え、磁区構造はｌｉｌ！察されなくなった
。このストライプ加工した多層膜の比透磁率は、第２中
間膜がない多層膜に比べて大幅に改善されており、三角
形状磁区の消失が比透磁率を向上させていることは明ら
かである。

〔実施例〕

以下１本発明を実施例により詳しく説明する。

（実施例１） ＦｅおよびＣＯを主成分とする磁性膜の形成はイオンビ
ームスパッタリング法によって行なった。

本実施例で使用したイオンビームスパッタリング装置は
デュアルイオンビーム型であり、イオンガンを２台有し
、片方でターゲットのスパッタリングを行ない、スパッ
タ粒子を基板に被着させる。

また、他方のイオンガンは基板を直接イオン照射するこ
とができ、通常低加速エネルギー（５００Ｖ以下）のイ
オンを基板に当てて、被着膜の膜構造を制御することが
できる。

高飽和磁束密度、高透磁率、低磁歪定数、高耐食性、高
耐熱性をもつ磁性膜を形成するためのスパッタリング条
件は検討の結果、以下の条件が好適であった。

第１イオンガン加速電圧１０００〜１４００Ｖ第２イオ
ンガン加速電圧２００〜５００ｖＡｒ圧力　２〜３　Ｘ
　１０−”Ｐ　ａ基板表面温度　５０〜１００℃ 基板回転数　２０〜６０ＲＰＭ 回転式ターゲットボルダ−には３種類のターゲツト材を
固定した。第１のターゲットは主磁性膜用であり、Ｆｅ
またはＣＯ抜板上Ｂ、Ｃ，ＢＮ等のチップを固定したも
の、第２のターゲットは第１中間膜用であり、Ａｇ、Ａ
ｆｌ、Ａｕ、Ｃｏ。

Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｉ　ｒ、Ｍｎ、Ｍｏ。

Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｎ等を主
成分とした金属板、第３のターゲットは第２中間膜用で
あり、Ｂ、Ｃ，Ｓ　ｉ、ＢＮ、ＢａＣ。

Ｓ　ｉＣ，５ｉｓＮａ等の材料である。ターゲットホル
ダーは自動的に回転して所定の順序で、所定の時間スパ
ッタし、これを繰り返すことにより、多層膜が得ら九る
。

得られた磁性体膜の組成は溶液発光分光法、オージェ電
子分公法によって測定した。また、得られた磁性体膜の
磁気特性は３００〜４００℃が熱処理を行なった後、振
動試料型磁束計で飽和磁束密度を、ベクトルインピーダ
ンスメータで透磁率を、Ｂ−Ｈカーブトレーサを用いて
保磁力をそれぞれ測定した。

第１表には作製した代表的な多層磁性膜の磁気特性を示
す、ここで多層膜の構造は主磁性膜の膜厚を９５０人、
第１中間膜の膜厚を５０人、第２中間膜の膜厚を２００
人とし、第１図に示すように、主磁性膜２と第１中間膜
３を交互に積層した膜をさらに第２中間膜４を介して８
ｉ層した。全体の膜厚は約２μｍである。

第　　１　　表 第１表つづき 第１表つづき 第１表に示したように、得られた多層膜は従来例に比較
して、Ｉ　Ｍ　Ｈｚ、　２０　Ｍ　Ｈｚ両周波数におい
て良好な比透磁率を示した。また、保磁力は従来例の酸
化物中間層を用いた場合に比較して減少しており、軟磁
気特性が向上した。

得られて多層膜をＸ線回折法によって調べてみると、従
来の酸化物中間層を用いた場合に比較して、本発明の多
層膜の回折強度は増加していた。

この原因は本発明の第２中間膜がＦｅあるいはｃｏ結晶
粒と相性が良く、欠陥の少ないＦｅあるいはＣＯ結晶粒
が成長しやすいこと、さらに、本発明の第１中間膜およ
び第２中間膜上には最稠密面で接するようにＦｅまたは
ＣＯ結晶粒が成長しやすく、磁気異方性分散の小さい軟
磁性多層膜が得られるものとみられる。

なお、第１表から第１中間膜を挿入しない場合に比較し
て１本発明の第１中間膜を挿入した場合は、高・低周波
数の比透磁率が増加しており、しかもまた保磁力も減少
し、第１中間膜が多層膜の軟磁性を向上させていること
は明らかである。

この理由は必ずしも明らかになっていないが、第１中間
層が主磁性膜の結晶粒を微細化すること、および主磁性
膜の結晶配向性を高めることに関係するものと推察され
る。

（実施例２） 実施例１において、主磁性膜、第１中間膜、第２中間膜
、主磁性膜暦数を変えて多層膜を形成し、その軟磁気特
性を評価した。第２図にはＦｅ９ｓＧ３主磁性膜膜厚５
００人、ＢＮ第２中間膜膜厚２００人、主磁性膜層数２
０層、第２中間膜は主磁性膜５層毎に挿入し、Ｎｉ第１
中間膜の膜厚を変えて形成した多層膜の５　Ｍ　Ｈｚの
比透磁率と保磁力を示す。また、第３図にはＦｅｅ３Ｃ
ｓ主磁性膜膜厚５００人、Ｎｉ第１中間膜膜厚５０人、
主磁性膜層数２０層、ＢＮ第２中間膜は主磁性［５層毎
に挿入し、第２中間膜の膜厚を変えて形成した多層膜の
２０ＭＨｚの比透磁率と保磁力を示す。

第２図から明らかなように、多層膜の比透磁率は第１中
間膜の膜厚が５〜１０００人の間で高い値を示し、保磁
力は小さい値を示した。この結果は第１中間膜の望まし
い膜厚が５〜１０００人であることを示す、なお、この
時多層磁性膜の飽和磁束密度は第１中間膜の膜厚増加す
るに従って単調に減少し、第１中間膜の膜厚が１０００
人の時は、１．２Ｔの値を示した。

一方、第３図の比透磁率からは望ましい第２中間膜の膜
厚が５〜１０００人であることがわかる。

このとき、保磁力は第２中間膜の膜厚とは顕著な相関を
示さなかった。

（実施例３） 実施例１で示した方法によって形成した主磁性膜Ｆｅｅ
ｓ（、ｙｐ第１中間膜ＮｉｇｏＦａ２ｏ、第２中間膜Ｃ
からなる軟磁性多層膜を用いて垂直磁気記録用の単磁極
型磁気ヘッドおよび面内記録用の薄膜磁気ヘッドを作製
し、保磁力１２０００　ｅの高保磁力媒体を用いて記録
再生特性を評価した結果、良好な特性を得ることができ
た。この結果、従来の磁気記録密度の８０ＫＢＰＩ　　
（キロビット／インチ）を大幅に上回る１５０ＫＢＰＩ
の記録密度を得ることができた。

（実施例４） 実施例１の方法で形成したＦｅ５ｅＮａ主磁性膜。

Ｃｒ　−Ｍ　ｏ第１中間膜、ＢＮ第２中間膜からなる軟
磁性膜多層膜を用いて、高周波用（Ｉ　Ｍ　Ｈｚ）の超
小型トランスを作製し、その変換効率を計測した。この
結果、変換効率は１００ＭＨ２Ｃまで９８％の値を示し
、高効率のトランスが得られることが確認できた。

以上の実施例ではイオンビームスパッタリング法によっ
て磁性膜の形成を行なった結果だけを示したが、本発明
者らはマグネトロンスパッタリング法によっても同様の
検討を行なっており、基板温度を調節することによって
同様の磁気特性が得られることを確認した。したがって
、本発明のスパッタリングの方法によって制限を受ける
ものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明による軟磁性多層膜は高飽
和磁束密度、高低画周波数領域において高比透磁率、低
保磁力を示す、したがって、この軟磁性多層膜を磁気記
録用の磁気ヘッド材料あるいはトランスとして用いるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多層膜の断面図、第２図は
多層膜の５　Ｍ　Ｈ２Ｃの比透率および保磁力と第１中
間膜の膜厚とのを関係を示す図、第３図は多層膜の２０
ＭＩ（ｃの比透磁率および保磁力と第２中間膜の膜厚と
の関係を示す図である。 １・・・基板、２・・・主磁性膜、３・・・第１中間膜
、４・・・第２中間膜。 芽　２　図 ６＋／　　　　　　／　　　　　　ｉｏ　　　　　　／
ａａ　　　　　ｙａり　　　７１１１０竿）　ｇ　Ｐ、
Ｆ頑榎厚（わ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．ＦｅまたはＣｏの、単体金属もしくは１種の元素を
   主成分とする合金からなる磁性膜を主磁性膜とし、Ａｇ
   ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｉｒ，
   Ｍｎ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｗ
   ，Ｚｎのうちより選ばれる少なくとも１種の元素を主成
   分とする合金からなる膜を第１の中間膜としＢ，Ｃ，Ｎ
   ，Ｓｉ，Ｐより選ばれる単体元素もしくは少なくとも１
   種の元種を含む化合物を第２の中間膜として、各々を１
   層以上積層させたことを特徴とする多層軟磁性膜。
2. ２．上記主磁性膜が、Ｂ，Ｃ，Ｎのうちより選ばれる少
   なくとも１種の元素を１〜１０ａｔ％含有し、飽和磁束
   密度が１．０Ｔ以上で、保磁力が２Ｏｅ以下であること
   を特徴とする多層軟磁性膜。
3. ３．第１の中間膜の膜厚が５〜１０００Åであることを
   特徴とする請求項第１及至第２項記載の多層軟磁性膜。
4. ４．第２の中間膜の膜厚が５〜１０００Åであることを
   特徴とする請求項第１及至第３項記載の多層軟磁性膜。
5. ５．特許請求の範囲第１項記載の多層軟磁性膜を用いた
   磁気ヘッド。
6. ６．特許請求の範囲第１項記載の多層軟磁性膜を用いた
   トランス。