JPH0252415A - 一軸異方性を有する磁性薄膜の形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、磁気ヘッドのコア材等に使用される磁性薄膜
の形成方法に関する。

［従来の技術］ 磁気ヘッドのコア材に用いられる軟磁性薄膜においては
、透磁率の高周波特性を改善するために薄膜に適当の大
きさの一軸磁気異方性を付与する場合が多い。−軸異方
性を有する軟磁性薄膜では、消磁状態での磁化が一軸異
方性の容易軸方向に向いており、互いに隣合う磁区毎に
その向きが反転している。かかる−軸異方性磁性薄膜の
困難軸方向に励磁磁界を印加すると、磁化の反転は磁壁
の移動によらず磁化の回転のみによって起こる。磁化の
回転は、高周波まで励磁磁場に追従することができるの
で高周波帯域まで使用可能となる。

ところで、従来、−軸異方性が付与された磁性薄膜を形
成するには磁場中で薄膜を成膜する方法又は成膜後に磁
場中で熱処理する方法が知られている。こうして磁界に
より薄膜に誘導される磁気異方性は、誘導磁気異方性と
して知られており、その原因は単原子モデルや原子対の
方向性規則配列の機構により説明されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の磁場中での成膜又は磁場中での熱処理方
法では、磁性薄膜に付与された一軸磁気異方性が熱的に
不安定であるため、磁性薄膜の形成後の熱処理によって
透磁率等の磁気特性が変化する問題があった。また、Ｆ
ｅｊｌなどの単一元素からなる磁性薄膜の場合には充分
な大きさの−軸磁気異方性を付与することが困難な場合
もあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、膜の微細構造の形状そのものに異方性を付与する
ことによって膜面内に熱的に安定な一軸磁気異方性を有
する磁性薄膜を簡単に形成し得る方法を提供しようとす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、基板表面を最終磁性材料がもつ絶対温度で表
わされる融点の１／４以下の温度に設定した状態で該基
板表面に磁性材料を真空蒸着法又はスパッタリング法で
成膜し、同時にイオンビームを該基板表面に対して斜め
方向から照射することを特徴とする一軸異方性を有する
磁性薄膜の形成方法である。

上記基板表面を最終磁性材料がもつ絶対温度で表わされ
る融点の１／４以下の温度に設定した理由は、その温度
が最終磁性材料がもつ絶対温度で表わされる融点の１／
４を越えると一軸磁気異方性を有する磁性薄膜を再現性
よく形成することが困難となるからである。

上記磁性材料としては、例えばＦｅ、パーマロイ（Ｎｉ
−Ｆｅ合金）、センダスト（Ｆｅ　−８ｔ−Ａ）合金）
　、Ｆｃ−Ｃｏ合金、Ｃｏ合金等を挙げることができる
。

上記イオンビームとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ。

Ｈ２、Ｎ　２等を挙げることができる。但し、前記イオ
ンビームとしてＮ２を用いた場合には、成膜された最終
磁性材料はＦｅ　−Ｎ等の窒化物となる。

上記イオンビームの照射にあたっては、該イオンビーム
の成膜中の薄膜への衝突エネルギーによって基板表面温
度が上昇するため、基板そのものの温度との差異を考慮
して該基板表面が前記温度範囲（最終磁性材料がもつ絶
対温度で表わされる融点の１／４以下の温度）となるよ
うにイオンビームの照射条件（例えば加速電圧、ビーム
電流等）を制御することが望ましい。

［作用］ 本発明によれば、基板表面を最終磁性材料がもつ絶対温
度で表わされる融点の１／４以下の温度に設定した状態
で該基板表面に磁性材料を真空蒸着法又はスパッタリン
グ法で成膜し、同時にイオンビームを該基板表面に対し
て斜め方向から照射することによって、膜面内に熱的に
安定な一軸磁気異方性を有する磁性薄膜を簡単に形成で
きる。

これについて、第１図（ａ）〜（Ｃ）の工程を示す模式
図を参照して以下に説明する。

まず、基板１表面に真空蒸着法又はスパッタリング法に
°二より磁性材料の蒸発粒子２を蒸着する。

この時、基板表面を最終磁性材料がもつ絶対温度で表わ
される融点の１／４以下の低い温度に設定すると基板１
表面に付着された蒸着原子の易動度が低いため、基板１
上に発生した核（微細な結晶粒）３の合体化が抑制され
る（第１図（ａ）図示）。このような条件下において、
成膜と同時にイオンビーム４を基板１表面に対して斜め
の入射角（ｅ）で照射すると、基板１表面に付着した蒸
着原子はイオンビーム４による衝突エネルギーが付与さ
れると共にイオンはイオンビーム４方向に揃った運動量
を持っているため、表面に付着した蒸着原子の易動度が
イオンビーム入射面と平行な方向に増大し、結果的には
核３の合体化が促進される（同図（ｂ）図示）。この時
、イオンビーム４の入射面に直交する方向では付着した
蒸着原子の易動度は殆ど増加しない。このような操作を
所定時間待なうと、基板１表面に付着した蒸着原子の易
動度の異方性により同図（ｃ）に示すように基板１表面
にイオンビーム４の入射面に平行な方向に沿って連続的
な結晶組織５を有する、つまり形状効果による一軸磁気
異方性を有する磁性薄膜６が形成される。なお、この磁
性薄膜Ｂはイオンビームの入射面と直交する方向に沿っ
て結晶粒間の隙間等の欠陥が生じた構造になる。

従って、本発明によれば微細構造そのものに異方性を付
与することによって膜面内に熱的に安定な一軸磁気異方
性を有し、透磁率の周波数特性が改善された磁性薄膜を
簡単に形成できる。また、Ｆｅ膜などの単一元素からな
る磁性薄膜の場合にも充分な大きさの一軸磁気異方性を
付与することが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ まず、ガラス基板（コーニング社製商品名；＃　７０５
９）をイオン源を備えた真空蒸着装置の真空チャンバ内
の基板ホルダに保持し、該チャンバ内を真空排気して真
空度をｌ　Ｘ　ｌＯ＝　ｔｏｒｒとした後、基板ホルタ
により基板を水冷により２５℃に維持しながら該ホルダ
直下のチャンバ内に配置したルツボからＦｅ原子を蒸発
させて前記ガラス基板表面に２０人／ｓｅｅの蒸着速度
で成膜した。同時に、イオン源からアルゴンイオンを前
記基板の法線に対し−ζ４５°の入射角度で加速電圧［
１００ｅＶ、ビーム電流０．４　ｍ　Ａ　／　ｃｒｊの
条件で照射して厚さ１０００人のＦｅ薄膜をガラス基板
上に形成した。

しかして、本実施例１のガラス基板上に形成されたＦｅ
薄膜について、その破断面を走査型電子顕微鏡により観
察したところ、アルゴンイオンビームの入射面に平行な
方向に連続的な結晶組織を持つ層状構造を有することが
確認された。また、前記Ｆｅ薄膜の磁気特性を振動試料
型磁力計（ＶＳＭ）により測定したところ、第２図（Ａ
）、（Ｂ）に示す特性図を得た。なお、第２図（Ａ）は
Ｆｅ薄膜を膜面内のイオンビームの入射面に平行な方向
で測定した特性図、同図（Ｂ）はＦｅ薄膜を膜面内のイ
オンビームの入射面に直交する方向で測定した特性図で
ある。この第２図から明らかなように本実施例１のＦｃ
薄膜はイオンビームの入射面と平行な方向に磁化容易軸
が誘導されていることがわかる。

また、本実施例１で形成されたＦｅ薄膜を真空中で６５
０℃、２１１ｒの熱処理を施した後のＦｅ薄膜の磁気特
性（ヒステリシス）を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によ
り測定したところ、第３図（Ａ）、（Ｂ）に示す特性図
を得た。なお、第３図（Ａ）は熱処理を施したＦｅ薄膜
を膜面内のイオンビームの入射面に平行な方向で測定し
た特性図、同図（Ｂ）は同Ｆｅ薄膜を膜面内のイオンビ
ームの入射面に直交する方向で測定した特性図である。

この第３図から明らかなように熱処理後のＦｅ薄膜は保
磁力が幾分低下した以外には目立った変化は見られず、
本実施例１で形成されたＦｅ薄膜に誘導された一軸磁気
異方性の熱的な安定性が確認された。

実施例２ ガラス基板の表面温度を３０〜３００℃に変化させた以
外、実施例１と同様な方法によりＦｃ薄膜を形成した。

しかして、基板の表面温度に対するＦｅ薄膜の困難軸方
向に磁化を飽和させるために必要な磁場の大きさ（ＨＫ
　）を測定したところ、第４図に示す特性図を得た。な
お、困難軸方向に磁化を飽和させるに必要な磁場の大き
さ（ＨＫ　）は第５図に示す困難軸方向の磁場（Ｈ）と
磁化（４πＭ）の関係を示すヒステリシス特性図から評
価することが可能で、（異方性エネルギー）”ＨＫＸ飽
和磁化（４πＭｓ）の関係がある。この第４図より基板
表面温度を最終磁性材料であるＦＢの融点の１／４以下
に設定することによって、良好な一輪磁気異方性を有す
るＦｃ薄膜を形成できることがわかる。

また、ガラス基板に照射させるアルゴンイオンビームの
加速電圧を８００ｅＶと一定とし、ビーム電流を０．１
−１．０　ｍ　Ａ　／　ｃｉに変化させた以外、実施例
１と同様な方法によりＦｅ薄膜を形成した。

しかして、アルゴンイオンビームのビームｔａに対する
Ｆ（３薄膜の困難軸方向に磁化を飽和させるために必要
な磁場の大きさ（Ｈｘ）を測定したところ、第６図に示
す特性図を得た。この第６図よりイオンビームのビーム
電流を０．２〜０．９ｍＡ／　ｃｉの範囲とすることに
よって、良好な一軸磁気異方性を有するＦｅ薄膜を形成
できることがわかる。

実施例３ まず、ガラス基板（コーニング社製商品名；＃　７０５
９）をイオン源を備えた真空蒸着装置の真空チャンバ内
の基板ホルダに保持し、該チャンバ内を真空排気して真
空度をｌ　Ｘ　１Ｏ−６ｔｏｒｒとした後、基板ホルダ
により基板を水冷により２５℃に維持しながら該ホルダ
直下のチャンバ内に配置したルッボからＦｅ原子を蒸発
させて前記ガラス基板表面に２３人／ｓｅｅの蒸着速度
で成膜した。同時に、イオン源から窒素イオンを前記基
板の法線に対して４５″の入射角度で加速電圧８００ｅ
Ｖ、ビーム電流０．７ｍＡ／ｍの条件で照射して厚さ９
０００人のＦｅ　−Ｎ薄膜をガラス基板上に形成した。

しかして、本実施例３のガラス基板上に形成されたＦｅ
−Ｎ薄膜について、その破断面を走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、窒素イオンビムの入射面に平行な方
向に連続的な結晶組織を持つ層状構造を有することが確
認された。また、前記Ｆｅ−Ｎ薄膜の磁気特性（ヒステ
リシス）を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）により測定した
ところ、第７図（Ａ）、（Ｂ）に示す特性図を得た。

なお、第７図（Ａ）はＦｅ　−Ｎ薄膜を膜面内のイオン
ビームの入射面に平行な方向で測定した特性図、同図（
Ｂ）は同Ｆｅ　−Ｎ薄膜を膜面内のイオンビームの入射
面に直交する方向で測定した特性図である。この第７図
から明らかなように本実施例３のＦｅ　−Ｎ薄膜はイオ
ンビームの入射面と平行な方向に磁化容易軸が誘導され
ていることがわかる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば微細構造そのものに
異方性を付与することによって膜面内に熱的に安定な一
軸磁気異方性を有し、透磁率の周波数特性が改善された
磁性薄膜を簡単に形成でき、更にＦｅ膜などの単一元素
からなる磁性薄膜にも充分な大きさの一軸磁気異方性を
付与できる等顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（、Ｃ）は本発明の一軸磁気異方性を有
する磁性薄膜を基板上に形成する工程を模式的に示す説
明図、第２図（Ａ）は本発明の実施例１におけるガラス
基板上に形成されたＦｅ薄膜の膜面内のイオンビームの
入射面に平行な方向で測定した磁気特性（ヒステリシス
）を示す特性図、同図（Ｂ）は同Ｆｅ薄膜の膜面内のイ
オンビームの入射面に直交する方向で測定したヒステリ
シスを示す特性図、第３図（Ａ）は実施例１のＦｅ薄膜
を熱処理した後での膜面内のイオンビームの入射面に平
行な方向で測定したヒステリシスを示す特性図、同図（
Ｂ）は同熱処理後のＦｅ薄膜の膜面内のイオンビームの
入射面に直交する方向で測定したヒステリシスを示す特
性図、第４図は本実施例２における基板の表面温度に対
するＦｅ薄膜の困難軸方向に磁化を飽和させるために必
要な磁場の大きさ（ＨＫ　）との関係を示す特性図、第
５図は磁場と磁化との関係を示す特性図、第６図は本実
施例２におけるイオンビームのビーム電流に対するＦｃ
薄膜の困難軸方向に磁化を飽和させるために必要な磁場
の大きさ（Ｈに）との関係を示す特性図、第７図（Ａ）
は本発明の実施例３におけるガラス基板上に形成された
Ｆｅ　−Ｎ薄膜の膜面内のイオンビームの入射面に平行
な方向でＤＩ定したヒステリシスを示す特性図、同図（
Ｂ）は同Ｆｅ　−Ｎ薄膜の膜面内のイオンビームの入射
面に直交する方向で測定したヒステリシスを示す特性図
である。 ■・・・基板、２・・・蒸着原子、３・・・核、４・・
・イオンビーム、５・・・結晶組織、６・・・−輔磁気
異方性を有する磁性薄膜。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 第４窩 第 ５図 弔 図 ４７７Ｍ（にＧ） ４πＭ（ＫＧ） （Ａ） （Ｂ） 第２図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 （Ａ） （Ｂ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板表面を最終磁性材料がもつ絶対温度で表わされる
   融点の１／４以下の温度に設定した状態で該基板表面に
   磁性材料を真空蒸着法又はスパッタリング法で成膜し、
   同時にイオンビームを該基板表面に対して斜め方向から
   照射することを特徴とする一軸異方性を有する磁性薄膜
   の形成方法。