JPH03161909A - 軟磁性薄膜及び磁気ヘッド - 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−ヒの利用分野 本発明は、高飽和磁束密度を有する軟磁性薄膜及びその
軟磁性薄膜を用いた磁気ヘッドに関するものである。

従来の技術 近年、磁気記録装置の小型化，大容量化にともない磁気
記録媒体においては高保磁力化や高飽和磁束密度化が進
められている。それに伴って従来酸化物の微粒子を基板
に塗布したものが磁性膜として用いられていたが、近年
においては基板上にＣｏ−Ｎｉ系合金等の金属磁性物を
スパッタリングしたものを磁性膜として用いでいる。こ
の様な高保磁力媒体を十分に記録する能力を持つ磁気ヘ
ットは、磁気的に飽和する事なく大きな記録磁界を出す
必要がある。このために、磁気ヘッドのコア材として高
い飽和磁束密度をもつ磁性材料を用いなければならない
。例えば、従来磁気ヘッド用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５ＫＧ程度であるため
、９００エルステッドの保磁力を有する磁気記録媒体に
記録するのが限界であった。

従来飽和磁束密度の高い材料として非品質合金膜やＦｅ
−Ｎｉ系合金膜及びＦＬ４−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜があっ
た。非品質合金はある一定の温度以上になると結晶化し
てしまい磁気特性が劣化してしまうので、使用温度に大
きな制限が加わる。又ｐｅ−Ｎｉ系合金膜は飽和磁束密
度が８　Ｋ　Ｇと比較的低く、又耐摩耗性も低い。一方
Ｆｅ−ＡｌＳｉ系合金膜は使用温度によって磁気特性の
劣化も少なく、又飽和磁束密度が比較的高＜、シかも耐
摩耗性の良いという利点がある。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜は、５５０℃
程度の熱処理によって高い初透磁率が得られるものの、
熱処理無しでは保磁力が数十エルステッドと高く、又初
透磁率も５００以下と低くく、磁気特性が非常に悪くな
る。従ってＦｅ−Ａ１−Ｓｉ系合金膜を薄膜磁気ヘッド
に用い、良好な特性を得ようとすると熱処理は必要とな
り、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金の磁気特性を高めるために
熱処理する段階で、コイル層を絶縁している層間絶縁層
が熱によって絶縁不良を起こすという問題点があった。

また、複合磁気ヘッドにＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜を用
いる場合では記録密度の向上にともなってより一層飽和
磁束密度が高く、高周波での初透磁率の高い磁性膜が求
められている。Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜は結晶磁気異
方性及び磁歪が共に小さくなる組成９．６Ａｌ−５．４
Ｓｉ−ｂａｌＦｅにおいて、高い初透磁率を示すが、飽
和磁束密度はせいぜい１０ＫＧ程度であった。この合金
系において、飽和磁束密度を高めるためには、Ｆｅ元素
の割合を増やしＡｌ，Ｓｉ元素の割合を少なくすれば可
能であるが、その場合、結晶磁気異方性や磁歪が大きく
なってしまうために初透磁率は低下してしまう。また、
窒素雰囲気中でスパッタリングすることにより飽和磁束
密度の増加は望めるが、その値には限界があった。その
ため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜では飽和磁束密度が１
２ＫＧ以上でしかも高い初透磁率の両特性を満足するも
のを得ることは困難であった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、高飽和
磁束密度を有し、かつ熱処理がなくても高い周波数で高
い初透磁率を示す軟磁性薄膜を提供するものであり、さ
らには高保磁力媒体に対して、優れた記録再生特性を示
す軟磁性薄膜及びそれを用いた磁気ヘッドを提供するこ
とを目的としている。

課題を解決するための手段 この目的を達威するために、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金か
ら威る第一の磁性膜とＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金以外から
なる第二の磁性膜とを交互に積層５ させた。

作　　　用 この構造により、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜の結晶性を
良くする事ができ、粒径を小さくする事ができる。

実施例 以下に本発明の一実施例を挙げ、さらに具体的に説明す
る。

３個のターゲットを有するＲＦスパッタ装置を用い、非
磁性基板上にＦｅ膜と８５Ｆｅ−９．６３ｉ　　５．４
Ａｌ膜を交互に積層することにより、第１図に示す多層
構造の軟磁性薄膜を形成させた。第１図において１は基
板、２はＦｅ系の磁性膜、３はＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系の磁
性膜で、基板１の上に磁性膜２と磁性膜３が交互に積層
されている。すなわち磁性膜２と磁性膜３を一組にした
磁性層対４が積層・している事になる。なお、スパッタ
リングは以下の条件で行った。

高周波電力密度　　　　　４．４Ｗ／ｃｍ”アルゴンガ
ス圧　　　　　ＩＸＩＯ　　Ｔｏｒｒ６ 基板温度　　　　　　　　２５０゜Ｃ 電極間距離　　　　　　　４　０　ｍ　ｍ上記条件によ
り得られた積層膜の５ＭＨｚにおける初透磁率をベクト
ルインピーダンスメータにより測定し、一層当り膜厚に
対する初透磁率の変化を第２図に示す。なお、膜厚の割
合は１：１とした。第２図において縦軸には５ＭＨｚの
周波数における透磁率をとり、縦軸には磁性膜１層当た
りの膜厚をとった。第２図により明かな様に、初等磁率
は１層当たりの膜厚が薄いほど増加する傾向にあること
がわかる。

第３図にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ単層膜及びＦｅ膜とＦｅ−Ａ
ｌ−Ｓｉ膜との積層膜のＸ線（Ｃｕｋα〉回折パターン
の比較を示す。第３図（ａ）（ｂ）はそれぞれＦｅ−Ａ
ｌ−Ｓｉ．ｌ層膜及びＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ膜とＦｅｌｌｉ
を交合に積層した積層膜のＸ線回折角とＸ線ピーク強度
を示すグラフである。第３図（ａ）（ｂ）の縦軸にはＸ
線ピーク強度、横軸にはＸ線回折角をとっている。第３
図（ａ）に示す様にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ単層膜では（　１
　１．　０　）面及び（２１１）面が混在した配向を有
しているのに対し、第３図（ｂ）に示すＦｅ膜とＦｅ−
Ａｌ−Ｓｉ膜との積層膜は、（１１０）面が優先的に配
向している。このことは、積層膜は単層膜と比べて、均
一な結晶構造となっていることを示している。

以上の結果において、Ｆｅ膜とＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ膜との
積層膜が高い初透磁率を有する膜となる原因は、積層に
よって生しる結晶粒径の微細化及び均一な結晶構造が起
きることによって、実質的に結晶磁気異方性を減少させ
たために、単層膜では、結晶磁気異方性及び磁歪の大き
なＦｅ膜であっても、結晶磁気異方性及び磁歪の小さい
Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ膜とを積層することによって、初透磁
率の高い膜が得られるものと推察される。

第４図に厚さ２μｍのＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ単層膜及びＦｅ
膜とＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ膜を交互に積層して厚さ２μｍに
なるように形成された積層膜の周波数に対する初透磁率
の変化を示す。第４図において縦軸には初透磁率、横軸
には周波数をとった。第４図に示す様に７ＭＨｚまでは
単層膜も積層膜も初透磁率はほぼ２０００で一定である
が、７ＭＨｚを過ぎると単層膜の方は初透磁率は急減し
、周波数が２０ＭＨｚで初透磁率が１　０００を切る。

一方積層膜の方は６０ＭＨｚまで１０００以上の初透磁
率を維持している。Ｆｅ膜とＦｅ−Ａ１−Ｓｉ膜との積
層膜は、高周波数における初透磁率の低下が少なくなる
傾向にあることが認められる。

第５図に熱処理温度に対する初透磁率の変化を示す。な
お、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ膜及びＦｅ膜のそれぞれの膜厚は
２００人である。第５図において縦軸には５ＭＨｚにお
ける初透磁率をとり、横軸には熱処理温度をとる。第５
図より明らかなように、Ａｓ−ｄｅｐｏ状態であっても
、初透磁率は１０００以」二有し、熱処理温度の増加と
共に初透磁率は増加し４　５　０　０Ｃの熱処理にて最
大３２００　（保磁力０．６エルステッド）となり、そ
の後減少する。しかし、５５０℃以下であれば、初透磁
率は１　０００以上の値を維持していることが認めら一
　９ れ、この温度以下であれば層間拡散による軟磁気特性が
損なわれる心配のないことがわかる。したがって、磁気
ヘッドの製造工程に不可欠な５００℃程度の熱処理に対
しても十分に耐えることが可能であることを示しており
、更に薄膜磁気ヘッドのように高い熱処理が不可能な場
合であっても、磁気ヘッド用コア材として利用できる。

以」二の様に本実施例ではＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系単層膜は
熱処理なしでは、保磁力が数十エルステッド程度までし
か低下せず初透磁率は５００以下てあり、５５０゜Ｃ程
度の熱処理にて、保磁力１．０エルステッド以下、初透
磁率１．　Ｏ　Ｏ　Ｏ以上となる磁性膜であるにもかか
わらず、Ｆｅ膜とＦｅ−Ａ１−Ｓｉ系合金膜を積層する
事により、熱処理無しで初透磁率１０００以上、保磁力
１．０エルステット以下の磁性膜が得られる。これは公
知の技術及び知見の組合せからは全く予想の出来ないこ
とである。この軟磁性薄膜の結晶粒径をＸ線回折装置及
び電子顕微鏡を用いて観察すると、単層のＦｅ−Ａｌ−
Ｓｉ系合金膜と比べて微細な結晶粒１０ 径になっていることが確認された。さらに、Ｘ線回折装
置による結晶構造の解析から、均一な結晶構造を有して
いることがわかった。したがって、これら軟磁性薄膜の
磁気特１１′か優れたものとなる理由は、結晶粒径の微
細化及び結晶構造に基づくものと推察される。

次にこの様に形成された軟磁性膜を磁性膜の材料と膜厚
と戒膜時の導入カスを第１表に示すように変えて検討し
、得られた積層膜の飽和磁束密度，５ＭＨｚにおける初
透磁率を第１表に示す。

（以　　下　　余　　白） １ｌ 第１表 （以下余白） １２ 第１表から明かなように、Ｆ’　ｅ−　Ｎ　ｉ合金以外
との積層膜がＦ（・−Ａ　Ｉ　−　Ｓ　ｉ　ｌ’−層膜
より高い飽和磁束密度１２ＫＧ以−１有しかつ初透磁率
１０００以上小している。さらに、Ｆｅ膜の膜厚がＦｅ
−Ａ１−Ｓ１膜の膜厚の４０％以Ｌであれば、飽和磁束
密度は１　５ＫＧ以上となっている。また、Ｆｅ−Ａｌ
−Ｓｉ合金膜とＦｅ−Ｎｉ合金膜との積層膜は、飽和磁
束密度の増加は望めないが、熱処理がなくても高い初透
磁率を有している。さらに、成膜時の導入ガスが窒素を
含む不活性ガス中で行うことにより、軟磁気特１１の改
善を図ることができる。

この結果より、磁性膜がＦｅ単体以外にＦｅを主戊分と
ずる拐料でも良いことを、また、耐食性及び耐摩耗性向
上のために添加元素を加えても良く、さらに成膜時の導
入ガスが窒素をＪむ不活性カスでも良いことが明かであ
る。

以上の実施例においては磁性膜としてＦｅあるいはＦｅ
系合金膜を用いたが、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜，より
高い飽和磁束密度を有し７たＣｏを主１３ 成分とする合金の場合においても本実施例と同様な効果
が得られることを確認した。

以下この軟磁性薄膜を用いた牌膜磁気ヘッ１・について
説明する。

第６図は本発明の一実施例における薄膜磁気ヘッドを示
す断而図である。第６図において５は非磁性材料によっ
て構成された基板、６は黒板の上に形成された絶縁膜、
７は絶縁膜６の上に形成された下部磁性層で、下部磁性
層７はＦｅ膜とＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜を交互に積層
して描成されている。８は下部磁性層７の上に形成され
たギャップ層、９はギャップ層の上に形成された層間絶
縁層、１０は層間絶縁層９の上に形成されたコイル層、
１１はコイル層１０を覆うように層間絶縁層９の上に形
成された層間絶縁層、１２は下部磁性層７と同様にＦｅ
膜及びＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜を交互に積層して構成
された−ヒ部磁１１層、１３は上部磁性層１２の上に形
成された保護層である。以」二の様に本実施例によれば
上部磁性層１２及び下部磁性層７をＦｅ膜とＦｅ−Ａｌ
ｌ４ Ｓｉ系合金膜を交ｈ：に積層する事によって、熱処理す
る事なしに高飽和磁束密度を得る事ができるので、層間
絶縁層が熱によって絶縁不良を起こす事はない。

第７図は同様にこの実施例の軟磁性薄膜を用いた複合型
磁気ヘッドを示す斜視図である。第７図図において、１
４はＩ型のニコア、１５は巻線溝を有したコ字型のコア
で、コア１４のギャップ対向面には、Ｆｅ膜とＦｅ−Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金膜を交互に積層した磁性膜１６が設けら
れている。コア１５は磁性膜１６と対向するようにギャ
ップとなる非磁性物１７を介してコア１４に突き合わさ
れ、接合ガラス１８によってお互い接合されている。以
上の様に本実施例によれば磁１１゛膜１６をＦｅ膜とＦ
ｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜を交互に積層する事によって非
常に強い磁束を出力する事ができる。

なお本実施例の軟磁性薄膜はＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜
とＦｅの単体金属またはＦｅを主成分とてあっても良い
。また、これら磁性膜に耐食１１及び耐摩耗性向上のた
めにＣ　ｒ　，Ｔ　１＋　Ｒ　ｕ等の元素を添加しても
磁気特性を殆ど劣化させることがない。そして、形成さ
れた軟磁性薄膜のそれぞれの磁性膜の１層あたりの膜厚
は１０〜５００八の範囲が好ましい。また、膜厚の割合
は特に限定するものではないが、飽和磁束密度が１５Ｋ
Ｇ以上必要な場合には、Ｆｅ単体合金またはＦｅを主成
分とする磁性膜の膜厚はＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜の膜
厚に対して約４０％以上とすることが望ましい。そして
、本実施例の軟磁性薄膜において、Ｆ　ｅ　−　Ａ　Ｉ
　−Ｓ　ｉ系合金膜とＦｅの単体金属を交合に積層する
か、もくしは、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜をＦｅを主或
分としＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｎｉ等の元素を含む磁性層を交
互に積層された軟磁性膜膜の合計膜厚は磁気ヘッドの種
類によって異なるが、本発明の軟磁性薄膜は合計膜厚に
対する磁気特性の変化はなく、特に合計膜厚を限定する
ものではない。さらに、磁気ヘッドの製造工程に不可欠
な熱処理についても、５５０℃以下てあれば、磁気特性
の劣化はなく、初透磁率は１　０００以」二、保磁力は
１．０エノ１ステッ１・以下が可能であるので、冫専膜
磁気ヘットの様に尚温での熱処理が不可能な場合につい
ても問題なく、記録・再牛特性の優れた磁気ヘツ１・を
｛ｊメることかできる。

発明の効果 以」二に説明した，ように、Ｆ　ｅの単体金属もしくは
Ｆ　ｅ．を−ｒ成分とずる合金とＦ｛・−Ａｌ−Ｓｉ系
合金膜とを交互に積層させることによって形或した軟磁
性薄膜は熱処理の有無に関わらず、例えば１５ＫＧ以−
Ｅの高い飽和磁束密度で、１０００以七の初透磁率を有
する軟磁性薄膜である。したがって、高い想処理温度を
必要とする磁気ヘッド及び高い温度ての熟処理が困難な
薄膜磁気ヘッ１・用の磁気」ノ′材として用いることか
可能であり、この場合優れた記録再生特性を有する磁気
ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において形成した積層膜の断面
構造を示す模式図、第２図は一層当りの１７ 膜厚に対する初透磁率の変化を示ず特イ１図、第３図は
単層膜と積層膜のＸ線回折図、第４図は周波数に対する
初透磁率の変化を示す特性図、第５図は熱処理温度に対
する初透磁率の変化を示す特１１図である。第６図は本
発明の一実施例におけろ軸ヘットを示す断面図、第７図
は他の実施例を示す斜視図である。 ｌ・・・・・・基板 ３・・・・・・磁性膜 ５・・・・・・基板 ７・・・・・・下部磁性層 ９・・・・・・層間絶縁層 ］１・・・・・・層間絶縁層 １３・・・・・・保護贋 １５・・・・・・コア １７・・・・・・非磁性物 ２・・・・・・磁１生膜 ４・・・・・・周期 ６・・・・・・絶縁膜 ８・・・・・・ギャップ層 】Ｏ・・・・・・コイル層 １２・・・・・・Ｊ一部磁性層 １４・・・・・・二ノノ′ １　６・・　・・・磁ｉ生ＩＩ莫

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金より成る磁性膜と前記Ｆ
   ｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金以外の磁性材料でできた磁性膜と
   を交互に積層したことを特徴とする軟磁性薄膜。
2. （２）上記Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金膜以外の磁性材料で
   できた磁性膜がＦｅ単体かもしくはＦｅを主成分とする
   合金でできている事を特徴とする請求項第１項記載の軟
   磁性薄膜。
3. （３）基板の上に磁気回路を構成する様に設けられたコ
   アと、前記コアの間に設けられ、磁気ギャップとなる非
   磁性物をそれぞれ薄膜で構成した磁気ヘッドであって、
   コアをＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金より成る磁性膜と前記Ｆ
   ｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金以外の磁性材料でできた磁性膜と
   を交互に積層して構成した事を特徴とする磁気ヘッド。
4. （４）酸化物磁性材料によって構成されたコアに磁性膜
   を形成し、他のコアを磁気ギャップとなる非磁性物を介
   して、前記磁性膜に対向するように前記コアに突き合わ
   せ接合した磁気ヘッドであって、前記磁性膜をＦｅ−Ａ
   ｌ−Ｓｉ系合金より成る磁性膜と前記Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ
   系合金以外の磁性材料でできた磁性膜とを交互に積層し
   て構成した事を特徴とする磁気ヘッド。