JPH03116910A - 磁性合金膜 - 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、高密度磁気記録用の磁気ヘッドに適する磁性
合金膜に関する。

（従来の技術） 近年、磁気記録の高密度化や広帯域化の必要性が高まり
、磁気記録媒体に高い抗磁力を有する磁性材料を使用し
て記録トラック幅を狭くすることにより、高密度磁気記
録再生を実現している。そして、この高い抗磁力をもつ
磁気記録媒体に記録再生するするための磁気ヘッド材料
として、飽和磁束密度Ｂｓの高い磁性合金が必要とされ
ており、センダスト合金やＣｏ−Ｚｒ系非晶質合金等を
コアの一部または全部に使用した磁気ヘッドが提案され
ている。

然しなから、これらの合金のＢｓは１０ｋＧ程度か或い
はそれ以下であり、磁気記録媒体の抗磁力が２００００
ｅ以上になるとセンダスト合金やＣｏ−Ｚｒ系非晶質合
金を使用した磁気ヘッドでは良好な磁気記録再生が困難
になった。　又、磁気記録媒体の長手方向ではなく、厚
さ方向に磁化して記録する垂直磁化記録方式も提案され
ているがこの垂直磁化記録方式を良好に行うには、磁気
ヘッドの主磁極先端部の厚さを０．５μｍ以下にする必
要があり、比較的抗磁力の低い磁気記録媒体に記録する
にも、高い飽和磁束密度を持つ磁気ヘッド用磁性合金が
必要になる。

そして、センダスト合金やＣｏ−Ｚｒ系非晶質合金より
も飽和磁束密度の高い磁性合金として、窒化鉄やＦｅ−
３ｉ系合金等の鉄を主成分とした磁性合金が知られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来より知られている、これらの高Ｂｓ磁性
合金は保磁力Ｈｃが大きく、そのままでは磁気ヘッドの
材料としては不十分であるのでセンダスト合金やパーマ
ロイ等の保磁力の小さい磁性材料か、或いは５ｉ０２等
の非磁性材料を中間層とした多層構造の磁気ヘッドが提
案されている。

然しなから、このように異なる系の物質を多層化するに
は工数やコストがかかり、信頼性を保つのも難しいとい
う問題点があった。

これらの問題点を解決するために、本発明人等はＦｅ−
Ｎ−０合金やＦｅ−Ｔａ−Ｎ−０合金等によって、多層
構造にしない単層でも高飽和磁束密度を有しさらに低保
磁力である磁性合金を提案した。（特願昭６４−３５０
７１号明細書など）ところで、磁気ヘッド等の磁性合金
に要求される特性として、上記の他に磁歪がある。前記
したＦｅ−Ｔａ−Ｎ−０合金はすでに低磁歪を実現して
いるが、今後更に磁歪の低いものが必要となる可能束が
ある。本発明は飽和磁束密度Ｂｓが高く熱安定性にも優
れていて、磁歪が非常に小さい磁性合金膜を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、Ｆｅ−Ｍ−０−Ｎ合金と、Ｆｅ−Ｍ−０合金との多
層構造よりなる磁性合金膜。

（但し、ＭはＴａ５ＮｂＳＳ　ｉからなる群の少なくと
も１種以上の元素）または Ｆｅｗ　ＭｘＯｙ　Ｎｚなる組成式で表されｗ　ｘ　ｙ
　ｚで示される原子％は ０．５≦ｘ≦６　０．１≦■≦２００ １≦■≦２０ ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝ｌｏ。

なる関係を有する合金と、 Ｆ　ｅｗｌ　ＭＸ　Ｉ　ＯＹ　ｌなる組成式で表され、
ｗ１ｘ１ｙ１で示される原子％は ０゜５≦ｘｉ≦６　０．１≦ｙｔ≦２０ｗ１　＋ｘｌ　
＋ｙｌ　−１００ なる関係式を有する合金とを交互に積層して多層構造と
したことを特徴とする磁性合金膜。（但しＭはＴａ、Ｎ
ｂ、Ｓ　ｉからなる群の少なくとも１種以上の元素）ま
たは Ｆ　ｅｗ　Ｍｘ　Ｏｙ　Ｎｚなる合金と、ＦｅｗｔＭｘ
ｌＯＹＩなる合金とを交互に積層した多層構造からなる
磁性合金膜において、合金の膜厚方向の平均の組成Ｆｅ
；　ＭＸ　ＯＹ　Ｎｐが ０．５　≦Ｘ　≦８　　０．１　≦■≦２０００．５≦
■≦１５ ｗ＋ｘ＋ｙ＋１−１００である磁性合金膜をそれぞれ提
供するものである。

（実施例） 本発明の磁性合金膜の製造装置の一実施例を第１図に示
す。

一対のターゲット５．５は鉄（Ｆｅ）とタンタル（Ｔａ
）、ニオブ（Ｎｂ）、けい素（Ｓｉ）等の添加元素の合
金ターゲットか、或いは適当な四部を設けた純鉄のター
ゲットの凹部にチップ状のＴ　ａ　ｓ　Ｎ　ｂまたはＳ
ｉをはめ込んだ複合ターゲットである。このターゲット
５．５はターゲットホルダ９によって支えられており、
このターゲット５とターゲットホルダ９には、直流電源
１３よりマイナス電位が印加され、更にこのターゲット
ホルダ９の周囲にはシールド４が取り付けである。

又、このターゲットホルダ９の内部には、両ターゲット
５．５間にプラズマ１４を収束するための磁石６．６が
挿入され、かつターゲット５の表面の加熱を防ぐために
冷却水８が流入している。

そして、接地された真空槽１５の左右に、２個のターゲ
ットホルダ９が絶縁体７によって絶縁されて設けられて
いる。

又、この真空槽１５の上部より、酸素（０２）窒素（Ｎ
２）アルゴン（Ａｒ）がそれぞれ流量計１〜３により、
所定の流量に調節されて導入されている。ここで、本発
明の磁性合金膜を得るには窒素を真空槽内に導入するこ
とと、真空槽内への導入を止めることを交互に切り換え
なければならない。この切り換えの際の真空槽内の圧力
変動および流量計２によって規制されている窒素流量の
変動を少なくするために２個の空気圧作動式バルブａ、
ｂが設けられており、更にバルブｂはロータリポンプ１
６に続いている。

真空槽内に窒素を導入する時はａが開、ｂが閉になって
おり窒素は真空〜槽内に導入される。

窒素を真空槽内に導入しない時はａが閉、ｂが開にって
おり窒素はロータリポンプ１６によって排気される。こ
の時、真空槽内の圧力とロータリポンプ１６の圧力を略
同じにすることによって、窒素の切り換え時の流量及び
真空槽内の圧力変動を最小限に押さえることができる。

なお、アルゴンはターゲット５をスパッタすると同時に
成膜する磁性合金膜中の酸素と窒素の量を調節するため
のものである。

そして、真空槽１５の下部には基板ホルダ１２上に基板
１１が置かれ、不純物を防ぐためのシャッタ１０が基板
１１を覆っている。

このようなスパッタ装置において、直流電源１３により
、左右のターゲットホルダ９に支えられたターゲット５
．５の間にプラズマ１４を発生させると、ターゲット５
はマイナス電位であるので、プラズマ１４中のアルゴン
イオン（Ａｒ　　）がターゲッット５に衝突し、ターゲ
ット５の鉄原子及びＴａ５ＮｂまたはＳｔ等の原子が飛
び出す。

そして、ターゲット５から飛び出したこれらの原子とプ
ラズマ中の酸素および窒素の原子または分子が基板１１
の上に成長していく。　なお、スパッタ開始後の数分間
は、シャッタ１０を閉じて基板１１を覆うことにより、
ターゲット５の表面の不純物が基板１１の上に付かない
ようにし、その後でシャッタ１０を開けるようにする。

そして、流量計１〜３にて酸素、窒素、アルゴンの導入
量を調整すると共に、バルブａＳｂの開閉のタイミング
を決めることにより、所望の元素組成比及び所望の膜厚
のＦｅｗＭｘＯＹＮ２とＦｅｗｌＭｘｌｏｙｌとの多層
膜を得ることができる。（但し、ＭはＴａ５Ｎｂ、Ｓ　
ｉの内の少なくとも１種以上の元素） このようにして得たＦ　ｅｗＭＸ　ＯＹ　ＮＺとＦｅｗ
　ｌ　Ｍｘ　ｌ　ＯＹ　１との多層膜の飽和磁束密度Ｂ
ｓ。

保磁力Ｈａ、磁歪λ５を第２図に示す。又、比較のため
にＦ　ｅｗ　ＭＸ　ＯＹ　ＮＺ単層およびＦｅｗｌＭＸ
　Ｉ　ＯＹ　ｌ単層の場合の数値も記す。各数値は３０
０°Ｃ以上の熱処理を行った後の値である。

この第２図から理解で、きるように、ＦｅｗＩＭｘｌＯ
Ｙｌ単層では磁歪は負であり保磁力は略ｌ。

００ｅである。又、Ｆ　ｅｗＭＸ　ＯＹ　ＮＺ単層では
磁歪は正であり保磁力は０．１　＝０．３０　ｅでＦｅ
ｗＭ、ｏｙ単層よりも小さい。　更に、ＦｅｗＭ、（Ｏ
ＹＮ２の方がＦｅｗ　Ｉ　ＭＸ　Ｉ　ＯＹ　ｌよりも熱
安定性に優れていることを本発明人は実験で確認してい
る。単層では以上のような特性を示すＦｅｗＭｘ　ｏＹ
ＮｚとＦｅｗｌＭｘｌＯｙｌとを交互に積層して多層化
すると、保磁力と熱安定性はＦｅＷＭ工Ｏｖ　Ｎ　ｚ単
層の時と同等の優れた特性を持ち、磁歪に関しては、Ｆ
　ｅｗ　ＭＸＯＹ　ＮＺとＦ　ｅｗ　ｌ　Ｍｘ　ｌ　Ｏ
ｙ　１の略平均に近い値になり、ｔｘｔｏ−以下の低磁
歪を実現できる。

すなわち、Ｆｅ−Ｍ−Ｎ−０合金と、Ｆｅ−Ｍ−０合金
との多層構造よりなる磁性合金膜、及び、ＦｅｗＭｘＯ
ＹＮｚなる組成式で表されｗｘｙｚで示される原子２６
は ０．５　≦Ｘ　≦６　　　０．１　≦ｙ　≦２０■　≦
２　≦２０ ｗ＋ｘ　　十ｙ　　＋ｚ＝１００ なる関係式を有する合金と、 Ｆ　ｅｗ　Ｉ　Ｍｘｌ　Ｏｙ　ｌなる組成式で表され、
ｖ　ＬＸ　ｌｙ　１で示される原子％は０．５≦ｘ１≦
ｅ　　　　ｏ、ｔ≦ｙｌ≦２０ｖｌ＋　ｘ１＋ｙ１　−
１００ なる関係式有する合金とを交互に積層して多層構造とし
た磁性合金膜、さらには、Ｆ　ｅｗ　ＭＸ　０ＹＮ２な
る合金と、ＦｅｗＬＭ）（１０，１なる合金とを交互に
積層した多層構造からなる磁性合金膜において、合金の
膜厚方向の平均の組成Ｆｅ；ＭｉＯマＮ）が ０．５≦■≦８　　０．１≦■≦２０００．５≦■≦１
５ ｙ　＋Ｘ　＋ｙ　＋ｚ細１００　　　である磁性合金膜
によれば飽和磁束密度、保磁力、熱安定性に優れたもの
が得られると共に、磁歪に関しても所望の値のものが得
られるものである。

ここで、第３図としてＦｅｗＭｘＯｙＮ２なる組成式の
合金の窒素およびＴａ、Ｎｂ５Ｓ　ｉなどの添加元素の
含有量と回転翼基中で３００°Ｃの熱処理を行なった後
の飽和磁束密度（Ｂｓ）と保磁力（Ｈｅ）との関係を示
す。

なお、この図において含有量はＥＳＣＡ　（Ｘ線光電子
分光分析法）ＥＰＭＡ　（Ｘ線マイクロアナライザ法）
等による定量分析で行い原子％で表している。保磁力は
真空中での熱処理を行った時の値であり熱処理温度は３
００°Ｃである。

この図より明らかなように、酸素の含有量が０．１原子
％未満であると十分な低Ｈｅが得られず、２０原子％を
超えると軟磁気特性が大幅に劣化し、Ｂｓの低下とＨｅ
の増大が起こる。従って、酸素の含有量が０．１〜２０
原子％、更に好ましくは０．１〜ＩＯ原子％である時、
ＢＳが高くかつＨｅの小さい磁性合金が得られる。窒素
の含有量は、１原子％未満であると十分な低Ｈｅが得ら
れず、とくに良好な熱安定性が得られない。又、窒素の
含有量が２０原子％を超えるとＢｓの低下とＨｅの増大
が起こり、特に本発明の目的の一つである高Ｂｓを達成
できなくなる。　従って、窒素の含有量が１〜２０原子
％、更に好ましくは、１〜ＩＯ原子％である時、高Ｂｓ
・低Ｈｃで熱安定性にも優れた磁性合金を得ることがで
きる。実験によればＴａＸＮｂまたはＳｔの内の一種以
上の元素の含有量が０．５原子％以下であると、添加に
よる効果がほとんど見られず、十分な熱安定性が得られ
ないことが解った。又、これらの含有量が６原子％を超
えるとＨｃの増大が起こる。従って、Ｔａ、Ｎｂまたは
Ｓｔの内の一種以上の元素の合計含有量０．５〜Ｂ原子
％であるとき良好な磁気特性と熱安定性を持つ磁性合金
を得ることができる。

ＦｅｗＭｘＯｙＮ、ｚとＦｅｗｌＭｘｌＯｙｌとの多層
膜の膜厚方向の平均の窒素含有量２は、ＦｅｗＭｚＯｖ
Ｎｚ中の窒素含有量２と、ＦｅｗＭｘｏｙＮｚの膜厚ｔ
とＦ　ｅｗ　ｌ　Ｍｘ　Ｌ　Ｏｖ　ｌの膜厚ｔｌの比ｔ
／ｌｌによって決まるが、この膜厚方向の平均の窒素含
有量２が０．５原子％未満であると、十分な低Ｈｃが得
られず、とくに良好な熱安定性が得られない。又、２が
１５％を超えると多層化したことによる磁歪の低下が顕
著に現れなくなる。従って、Ｆｅｗ　Ｍｚ　Ｏｖ　Ｎｚ
とＦｅｗｌＭｘｌ　ｏｙ　１との多層膜の膜厚方向の平
均の窒素含有量が０．５〜１５原子％である時、高Ｂｓ
・低Ｈｅ・低磁歪で熱安定性に優れた磁性合金を得るこ
とができる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明になる磁性合金膜は、高Ｂ
ｓ・低Ｈｃで熱安定性に優れ磁歪が正であるＦ　ｅｗＭ
Ｘ　Ｏｙ　Ｎｚ合金と、Ｈｅと熱安定性はＦ　ｅｗ　Ｍ
ｘＯ，Ｎｚ合金に劣るが磁歪が負であるＦ　ｅｗ　ｌ　
Ｍｘ　１０ｖ　１合金とを交互に積層して多層構造とす
ることにより、ＢＳ−Ｈｃ・熱安定性はＦｅｗＭＸＯＹ
Ｎ２合金単層と同等の優れた特性を示し、磁歪はＦ　ｅ
ｗＭＸ　ＯＹ　Ｎ２合金とＦ　ｅｗ　Ｉ　ＭＸ　Ｉ　Ｏ
Ｙ　１合金のそれぞれの磁歪の略平均に近い値となる結
果、非常に低磁歪の磁性合金が得られるものである。従
って、本発明の磁性合金膜を用いれば、高保磁力媒体へ
の良好な磁気記録再生が行える他、高性能の薄膜磁気ヘ
ッド等を作成することも可能となり、高密度磁気記録再
生が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明になる磁性合金膜を製造する装置の一
実施例であるスパッタ装置の概略図、第２図は、本発明
になる多層構造からなる磁性合金膜と単層構造の磁性合
金膜との飽和磁束密度、保磁力、磁歪、熱安定性のそれ
ぞれの比較を示す図、第３図は、Ｆ　ｅｗ　ＭＸ　ＯＹ
　ＮＺなる組成式の合金膜の窒素、酸素及びＴａ、Ｎｂ
、Ｓ　ｉなどの添加元素の含有量と飽和磁束密度、保磁
力の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）Ｆｅ−Ｍ−Ｏ−Ｎ合金と、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ合金との
   多層構造よりなる磁性合金膜。（但し、ＭはＴａ、Ｎｂ
   、Ｓｉからなる群の少なくとも１種以上の元素） （２）Ｆｅ＿ＷＭ＿ＸＯ＿ＹＮ＿Ｚなる組成式で表され
   ｗｘｙｚで示される原子％は ０．５≦ｘ≦６ ０．１≦ｙ≦２０ １≦ｚ≦２０ ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ なる関係を有する合金と、 Ｆｅ＿Ｗ＿１Ｍ＿Ｘ＿１Ｏ＿Ｙ＿１なる組成式で表され
   、ｗ１ｘ１ｙ１で示される原子％は ０．５≦ｘ１≦６ ０．１≦ｙ１≦２０ ｗ１＋ｘ１＋ｙ１＝１００ なる関係式を有する合金とを交互に積層して多層構造と
   したことを特徴とする磁性合金膜。（但しＭはＴａ、Ｎ
   ｂ、Ｓｉからなる群の少なくとも１種以上の元素） （３）Ｆｅ＿ＷＭ＿ＸＯ＿ＹＮ＿Ｚなる合金と、Ｆｅ＿
   Ｗ＿１Ｍ＿Ｘ＿１Ｏ＿Ｙ＿１なる合金とを交互に積層し
   た多層構造からなる磁性合金膜において、合金の膜厚方
   向の平均の組成Ｆｅ＿■Ｍ＿■Ｏ＿■Ｎ＿■が０．５≦
   ■≦６　０．１≦■≦２０ ０．５≦■≦１５ ■＋■＋■＋■＝１００である磁性合金膜。