JPH03106003A - 軟磁性非晶質合金薄膜 - 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軟磁
性薄膜に関するものであり、特に高磁束密度及び高電気
抵抗を有する新規な軟磁性非晶質合金薄膜に関する。

〔発明の概要］ 本発明は、軟磁性非晶質合金薄膜の絹戊として遷移金属
と半金属（半導体）元素〔ここではＢ，Ｃ，Ｓｉ）及び
原料から供給される酸化物とを紐み合わせることにより
、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新規な軟磁性非晶質合金
薄膜を提供し、高周波特性や高抗磁力媒体への対応が要
求される短波長記録用ｆＢ気ヘッド技術に応用可能な軟
磁性非晶質合金薄膜を実現しようとするものである。

（従来の技術） 例えばＶＴＲ　（ビデオテーブレコーダ）等の磁気記録
再生装置においては、画質等を向上させるために記録信
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　　ＣｏＮｉ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の開発が進められている。

ところで、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
密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エラ
イト材では、飽和磁束密度が低く、６０００ガウスを越
える軟磁性材料を得ることは困難であり、媒体の高抗磁
力化に充分に対処することは難しい． このような状況から、磁気ヘッドを構威する磁気コアを
フエライトやセラミクス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威し、
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Ｆ　ｅ−Ａｆ−Ｓ　ｉ系合金磁性薄膜（所謂セ
ンダスト薄膜）やパーマロイ薄膜等が知られているが、
これらの金属軟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（１００μΩｃｍ以下）、高周波数帯域
，特にメガヘルツ域では／ｌｌ７１電流損失によりその
磁気特性が劣化するという欠点を有する．この高周波数
帯域での磁気特性の劣化は、高密度記録即ち短波長記録
という必然性に鑑みて極めて不利である。

また、液体急冷法や気相急冷法で作成されるメタルーメ
タロイド系非晶質合金磁性薄膜（Ｆｅ−ＢＦｅ−Ｓｔ　
−Ｂ，　Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ等）も開発されているが
、これらは均質構造とも言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が結晶質軟磁性材料である
センダスト薄膜よりも大きいといっても高々１５０〃Ω
ｃｍ程度に止まり、飽和磁束密度も１１０００ガウス前
後である。

〔発明が解決しようとする課題］ 一般に、従来知られている軟磁性薄膜の飽和磁東密度を
上昇させるためには、Ｆｅ，Ｃｏ等の強磁性金属の量を
増やさなければならず、この結果、電気抵抗値ρが低く
なる。このことは、合金磁性材ネ４からなる軟磁性薄膜
において、飽和磁束密度と電気抵抗は相反する特性であ
るという事実を意味しており、高飽和磁束密度，高電気
抵抗の両特性を同時に達成することは難しかった。

このような状況から、本願出馴人によって、金属磁性体
と！ｌ！！縁体をスバッタ法により混合して戒膜する方
法も提案されている（例えば、特願昭５９−００７３１
９号記載のＦｅＣｏＢＮ系，特廓昭６１−２６４６９８
号記載のＦｅＣｏＢＣ系及びＦｅＣｏＢｚＣｓ系等．）
。

これら軟磁性’ｉｉｔ膜は、先の合金磁性薄膜や単相ア
モルファスに比べて良好な特性を示すものの、未だ改良
の余地があり、例えば、ＦｅＣｏＢＮ系及びＦｅＣｏＢ
ｚＣｘ系材料は軟磁性の点で、また、ＦｅＣｏＢＣ系材
料は電気抵抗の点でより一層の改善が望まれる。

そこで、本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、高飽和磁束密度、高電気抵抗の両特性
を併せ持ち、高抗磁力磁気記録媒体や高周波記録等に対
応可能な軟磁性非晶質合金薄膜を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の軟磁性非晶質合金薄膜は上述の目的を達成する
ために提案されたものであり、Ｍ．Ｇ，（ＬＯｖ）ｚ（
但し、ＭはＦｅとＣｏの少なくとも１種を表し、ＧはＢ
，　Ｓｉ，　　Ｐの少なくとも１種を表し、Ｉ、はＳｉ
，ＡＩ！，Ｚｎの少なくとも１種を表す。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＝１００．１５＜ｙ＜２８．２＜ｚ＜１０である。ま
た、０，５〈Ｖ≦２である。）なる組成を有し、ヘテロ
アモルファス２相構造を有することを特徴とする。

上記一般式中、Ｍとしては、強磁性材料である３ｄ遷移
金属元素５すなわちＦｅ，Ｃｏのうちの１種又は２種が
適当である。

一方、半金属元素であるＧとしては、Ｂ，ＳｉＰのうち
の１種又は２種以上が適当である。これら半金属元素Ｇ
は、合金を非晶質化し易くする他ｃ，ｉ！！移金属元素
Ｍとの非晶質を軟磁性にする。

また、本発明の軟磁性非晶質合金薄膜において、これら
半金属元素Ｇが占める割合ｙは、」二述のように１　５
＜ｙ＜２　８であることが必要で、この範囲外では非晶
質状態が実現しない。

また、Ｌとしては、Ｓｔ，Ａｊ２，Ｚｎ，Ｔｉのうち１
種又は２種以上が適当であり、ＬＯｖはＬの酸化物であ
る。この酸化物ＬＯｖは、半金属元素Ｇと同様に合金を
非晶質化し易くする。しかし、ＭＧ系非晶質軟磁性体に
少量の酸化物ＬＯｖを添加することにより、電気抵抗を
著しく向上させることが可能であるが、軟磁性にする作
用はない。

従って、酸化物ＬＯｖの占める割合２は２〈ｚく１０と
することが好ましい．２が２原子％未満であると電気抵
抗を充分に大きくすることができず、逆にｌＯ原子％を
越えると軟磁気特性が劣化する．以上の＆Ｉｌ或範囲を
図示すれば、第１図中斜線で囲まれるような領域となる
。第１図に示すような領域内で組成を決定することによ
り、良好な磁気特性を有する軟磁気非晶質合金Ｆ！膜が
得られる。

本発明の軟磁性非晶質合金薄膜は、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３図の示す
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Ｉ　　（Ｍ−Ｇ）と、これを取り巻き、半金属元素
と酸化物からなる非磁性アモルファス相ＩＩ　（Ｇ−Ｌ
−０）との２相混在構造であると推定される。このこと
は、第２図に示す透過型電子顕微鏡による暗視野像によ
っても裏付けられている。即ち、第２図の電子顕微鏡写
真（倍率：２５Ｘ１０’倍）を観察すると、暗い部分と
明るい部分とが微細に混在しており、超微細なヘテロア
モルファス′２相構造であることが理解できる。なお、
これら暗い部分と明るい部分とはいずれも非晶質相であ
ることが電子線回折法により証明された。

本発明の軟磁性非晶質合金薄膜を作製するには、ＭＧ系
の合金の円盤上に酸化物（Ｌ．Ｏｖ）の角板を並べたタ
ーゲットを用い、スバノタリングによって製造する。こ
こで、酸素雰囲気中でスパッタリングを行い酸化物とす
ることも考えられるが、この場合には酸素はＦｅ等と優
先的に結合してしまい、磁気特性の劣化が大きくなるば
かりか、高電気抵抗を達威することも難しい。スパッタ
リング時のアルゴンガス圧は、２〜１００ｍＴｏｒｒで
あることが好ましい。そして、スパッタリングによって
形威される非晶質膜はその結晶化温度以下の瓜度で熱処
理する。

［作用］ 本発明の軟磁性非晶質合金薄膜は、第３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−Ｇ）と、これを取り巻き、半金属元素Ｇと酸
化物ＬＯ，からなる非磁性アモルファス相ＩＴ　（Ｇ−
Ｌ−０）との２相混在構造であると推定され、これによ
って、従来の単相アモルファス磁性薄膜では実現しえな
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■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高電気抵抗となっている。

一方、強磁性アモルファス相１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磁性薄膜以上の値を
示す。また、一ｉにセンダスト薄膜等の結晶質軟磁性薄
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。これに対して本発明の軟磁性
非晶質合金薄膜は、非晶質であること、更に強磁性アモ
ルファス相■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｛Ｒ気特性は、従来の結晶質磁性薄膜や単
相アモルファス磁性薄膜では理解し難いものである。

（実施例〕 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、遷移金属元素ＭをＣ　ｏ　ｏ１Ｆ　ｅ　ｏ
．ｔとし、半金属元素ＧをＢとし、Ｌの酸化物をＳｉｎ
．として（Ｃｏｏ．ａ　Ｆｅｏ．ｚ　）ｘ　Ｂｙ　　（
Ｓｉｎｇ　）ｘ系非晶質薄膜（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１０
０）が或膜される一例である。

先ず、ＣｏＦｅＢ系合金とＬの酸化物をターゲットとし
て、これらのターゲットを同時にＲＦマグネトロンスバ
ッタ法によりスバッタし、非晶質薄膜を作威した。

なお、スバソタ用のターゲットには、直径３インチ、厚
さ２　ｍｍの円盤状（Ｃ　０６．１１　Ｆ　ｅｏ．ｔ　
）　Ｂを用い、その上にＳｉｎ．（５Ｍ角）を４〜８０
個並べた。基板としては結晶化ガラス（３０ｗｘ３　ｎ
＋ｍｘ　０．　５　ｍｍ）　，石英ガラス（１０ｍｍＸ
１０ｓＸＩｎｎ）ｉｆｆ２いはバイレックスガラス（２
５ａ＋＋Ｘ４０ｍｍ×１ｒＩｍ）等が使用可能である。

また、スバッタ条件は下記の通りである。

入射波電力　　　　　１００〜４００Ｗ反射波電力　　
　　　１〜４Ｗ 到達真空度　　　　　７ＸＩＯ−’Ｔｏｒｒ以下電極間
距離　　　　　５０ｍｍ 予備スバッタ時間　　３０分 本スバッタ時間　　　０．５〜３時間 アルゴンガス圧　　　２〜１　０　０ｍＴｏ　ｒ　ｒ基
板温度　　　　　　（水冷） スバッタにより作成された膜はＸ線回折により結晶，非
晶質の判定を行った。

そして、上述のような非晶質膜を所要の条件により熱処
理した。

第４図は、各組威で作威された膜を上述のようにＸ線回
折により判定した結果を示す図である。

第４図に示すように、Ｓｉｎｇの含有量がＯ〜５０原子
％の範囲では、Ｂの含有量を凍少させてもスバッタによ
り作威された膜は非晶質化する。従って、半金属元素の
他に、酸化物も非晶質形成に有効であることがわかる。

この非晶質合金薄膜は結晶磁気異方性がないので、軟磁
性になりやすい。

また、第５図は、各組威における電気抵抗率ρを示す図
である。第５図より、酸化物の含有量の増加にともない
、電気抵抗率ρが著しく増大される傾向にあることがわ
かる。なお、第１図に示す領域内では、電気抵抗率ρが
１５０〜２０００μΩｃｍ程度とされ、従来の金属軟磁
性体に比べて高電気抵抗であるといえる。

第６図は、各組成比における保磁力を示す図である。第
６図に示すように、半金属元素が含まれない場合（ｙ＝
０）では、酸化物の含有量が比較的多い３５原子％以上
の範囲（超常磁性の付近を除く）で、保磁力が２００ｅ
以上となる。一方、半金属元素を含有する第１図に示す
領域内に、保磁力が１０ｅ以下となる領域が存在するこ
とから、ＣＣＯｏ．ｔｒ　Ｆｅ６４　）Ｘ　Ｂｙ　　（
Ｓｉｆｔ）ｚ系非晶質薄膜には軟磁性が実現される。

第７図は、各組戒における飽和磁束密度を示す図である
。第７図より、飽和磁束密度は遷移金属元素の含有量に
ほぼ比例することがわかる。そして、第１図に示す領域
内では、飽和磁束密度が６０００ガウス以上の高い値と
なる。

また、第８図及び第９図は、ＣＯｅ．ｓ　Ｆｅｏ．ｚ　
　’Ｂａｓｉｃ．＝７６：１８：６とされる組成の非晶
質薄膜における、Ｘ線回折の結果を示す図及びヒステリ
シス曲線を示す特性図である。第８図に示すように、非
晶質に特有なハロー状の曲線が描かれていることから、
上述の組成にて形成される膜が非晶質であることが明ら
かにされる。また、第９図に示すように、飽和磁束密度
は１１０００ガウス．保磁力は０．　２０ｅであり、軟
磁性に優れている。

第１０図は、周波数（横軸）と実効透磁率（縦軸〉の関
係図である。第ＩＯ図に示すように、実効透磁率はほぼ
５０ＭＨｚの高周波数領域まで延びており、その値は８
００程度である。従って、高周波数領域において高い実
効透るｎ率を有する磁性薄膜が得られる。

ここで、第９図に示すように、ＣｏＦｅ：Ｂ：Ｓ　ｉ　
Ｏｚ　＝７４．５　：　１　９　：　６．５として、Ｃ
ｏとＦｅの組成比を変化させた場合について検討する。

第ＩＩ図は、ＣｏとＦｅの組成比（横軸）に対する飽和
磁束密度及び磁歪（共に縦軸）の関係図である。第１１
図より、ｉ！移元素中のＦｅの含有量が０〜５０原子％
の範囲では、Ｆｅの含有量の増加に比例して飽和磁束密
度及び磁歪はそれぞれ増加する傾向にあることがわかる
。従って、ＣｏとＦｅの混合比を変化させることによっ
て、磁歪を調節することが可能である。

また、第１２図は、（：　０６．１１　Ｆ　ｅｏ．ｚの
金属磁性体を用い、Ｃｏｏ１Ｆｅｌ１．２　　：　Ｂ　
：　Ｓ　ｉｏｚ　＝７６：１８：６とされる組或の非晶
質薄膜の熱処理時について、熱処理温度（”Ｃ）（横軸
）に対する電気抵抗率及び保磁力（縦軸）の関係図であ
る。

（但し、熱処理時間は、１時間とする。）第１２図に示
すように、電気抵抗率は処理温度が２５０゜Ｃ以下であ
る場合には５００μΩｃ＋ａ程度で一定となるが、２５
０゜Ｃ以上では急激に低下してしまう。

一方、保磁力は約２２０“Ｃにおいて、最小となる。

従って、上述の組威に関しては、熱処理温度は２２０゜
Ｃが最適であることがわかる。但し、熱処理温度は非晶
質膜の組威比によって最適温度が異なる． 以」二のように、本実施例の軟磁性非晶質合金薄膜は第
１図に示すように、１５＜ｙ＜２８．２＜ｚ〈１０のＭ
ｉｙｌ１２領域において高電気抵抗，高飽和磁束密度を
有する軟磁性体であり、高周波数領域において低ｔ員失
とされる優れた非晶質合金薄膜をえることができる。

なお、本発明を磁気ヘッド等へ応用させる際には、耐腐
食性，硬度及び耐磨耗性等を考慮する必要があり、この
ため、遷移金属元素Ｍに対して、ＣｒＭｎ，Ｔｉ等の３
ｄ遷移金属やＭｏ，ＲｕＰｄ，ｉ｛ｒ、Ｔａ，Ｗｉｉ！
ｌ２いはＰＬ等を添加してもよい。また、非晶質形成元
素は上述に限られるものではなく、他にも、Ｃ，Ｇｅ，
Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ等の半金属やＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ
，Ｙ．ＨｆＰｄ等の金属も使用可能である。また、酸化
物としては、Ｔｉ　　Ｓｎ，Ｃｒ　　Ｗ　　Ｔａ　　Ｍ
ｏ，Ｖ等の酸化物も使用可能である。

〔発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、遷移金属と半金属元
素及び酸化物からなり、強磁性アモルファス相と非磁性
アモルファス相のへテロアモルファス２相構造を有する
本発明の軟磁性非晶質合金７Ｒ膜においては、高電気抵
抗と高飽和磁束密度という相反する特性を同時に達成す
ることできる。

したがって、渦電流Ｆ員失が少なく高周波数特性に優れ
、磁歪の制御が可能な短波長記録用へ・７ド技術等に応
用可能な軟磁性非晶質合金薄膜を提供することが可能で
ある。

また、本発明の軟磁性非晶質合金薄膜は、センダスト薄
膜や単相アモルファス磁性薄膜等に比べて大きな飽和磁
束密度が達威され、保磁力も小さいことから、高抗磁力
を有するメタルテープ卑にも充分対応可能である。

さらに、本発明の軟磁性非晶質合金薄膜は、結晶構造を
持たず結晶磁気異方性等による一軸異方性を持たないこ
とから、等方性軟磁性材ｔ４と言うことができ、磁気ヘ
ノド等への加工を考えた時に方向を考える必要がない点
においても非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

第■図は本発明の軟磁性非晶質合金薄膜にかかる組成領
域を示す三元組威図、第２図はへテロアモルファス軟磁
性薄膜の透過型電子顆微鏡写真、第３図はへテロアモル
ファス２相構造を説明するための模式図である。 第４図は（ＣＯｏ．ｓ　Ｆ　ｅｏ．ｚ　）　Ｉｔ　Ｂｙ
　　（Ｓ　ｉ　Ｏ）　ｚ系薄膜において非晶質となる組
成領域を示す三元組成図、第５図は各組戒における電気
抵抗率ρを示す三元組成図、第６図は各組威比における
保磁力を示す三元組或図、第７図は各絹威における飽和
磁束密度を示す三元組成図である。 第８図はＣＯｏ．ｓ　Ｆｅｏ．ｚ　　：Ｂ：ＳｉＯｚ　
＝７６：１８：６なる組成の軟磁性非晶質合金薄膜にお
けるＸ線回折スペクトルを示す特性図、第９図はヒステ
リシス曲線を示す特性図、第ｌＯ図は周波数と実効透磁
率の関係を示す特性図である。 第１１図は本発明の軟磁性非晶質合金簿膜の他の例にお
けるＣｏとＦｅの組成比に対する飽和ルｊ主束密度及び
磁歪の関係を示す特性図である。 第１２図はＣＯｏ１Ｆｅｏ．ｚ　：Ｂ：ＳｉＯｚ　＝７
６：１８：６なる組成の軟磁性非晶質合金薄膜の熱処理
温度に対する電気抵抗率及び保磁力の変化を示す特性図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｍ＿ｘＧ＿ｙ（ＬＯ＿ｖ）＿ｚ（但し、ＭはＦｅとＣｏ
   の少なくとも１種を表し、ＧはＢ，Ｓｉ，Ｐの少なくと
   も１種を表し、ＬはＳｉ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｔｉの少なくと
   も１種を表す。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＝１００．１５＜ｙ＜２
   ８．２＜ｚ＜１０である。 また、０．５＜ｖ≦２である。）なる組成を有し、ヘテ
   ロアモルファス２相構造を有することを特徴とする軟磁
   性非晶質金薄膜。