JPH05263170A - 磁性合金膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 重量比で、Ｎｉが５〜７５％、Ｃｏが１０〜
９０％及びＦｅが１５％以下からなるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ
合金に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ等の添加元素を少なくとも一
種以上０．１〜１０％添加した合金であって、平均結晶
粒径が１０〜１０００Åであり、表面に酸化物層又は水
酸化物層が形成されている磁性合金膜。 【効果】 透磁率を高くでき、その表面は不働態化し易
くなる。これらの膜は一軸異方性をもち，磁性膜表面が
薄い安定な不働態膜で保護されているため磁気特性が種
々の環境によって劣化するのを防止でき、薄膜磁気ヘッ
ドのコア材に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜磁気ヘッドの磁気
コア材料に適した透磁率が高く異方性磁界が小さい磁性
合金膜及びその製造方法、更に薄膜磁気ヘッドに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ３元系合金の耐
食性向上のためＣｒを添加することが有効であることが
特開平２−６８９０６号公報に記載されている。磁気ヘ
ッドのコア材料に使用するためには安定な不働態膜が形
成され、且つその不働態膜の耐摩耗性が重要である。し
かし、特開平２−６８９０６号公報には不働態膜や表面
の酸化皮膜に関して開示されていない。またＮｉ−Ｃｏ
−Ｆｅの三元系合金薄膜およびその製造方法に関する特
開昭６０−８２６３８号公報は、添加元素に関しての記
載はない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気ヘッドのコア材料
に使用するためには安定な不働態膜が形成され、且つそ
の不働態膜の耐摩耗性が重要であるが、そのためには、
上記Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金が安定な不働態膜を形成し、
不働態膜の形成が磁気特性を極端に低下させない添加元
素が必要である。また、その添加元素によって結晶粒を
細かくし、結晶磁気異方性による高保磁力化を抑制する
合金系にすることが望まれる。また、結晶格子内に添加
元素が置換することにより格子が変形し、格子歪が発生
する。この時異方性定数や磁歪定数が変化する可能性が
あるが、磁歪定数は小さくする必要がある。

【０００４】本発明の目的は、前記要請を満たした磁性
合金膜及びその製造方法、更に薄膜磁気ヘッドを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを主成分とし、重量比でＮｉが
５〜７５％、Ｃｏが１０〜９０％およびＦｅが１５％以
下からなるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金に、０．１〜１０％の
量で、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｔ，
Ａｕの中からすくなくとも一種以上を添加させ、これら
の添加元素を主成分とする化合物が析出しないようにす
る必要がある。これらの化合物が粒界などに成長した場
合、軟磁気特性が劣化するからである。析出を防止する
ためには成膜時の基板温度を下げることが一つの方法で
ある。磁気特性は膜面が｛１１１｝面または｛２２０｝
面を優先的に面配向させておき、結晶粒径を１０００Å
以下にすることで上記添加元素が偏積するのを防ぐと同
時に、不働態膜を３００Å以下望ましくは１００Å以下
に薄くできる。結晶粒径が小さいと膜の結晶磁気異方性
エネルギ−が小さくなり透磁率は上昇する。

【０００６】すなわち本発明は、重量比で、Ｎｉが５〜
７５％、Ｃｏが１０〜９０％およびＦｅが１５以下％か
らなるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａ
ｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｕの中から少なくとも一
種以上を０．１〜１０％添加した合金であって、平均結
晶粒径が１０〜１０００Åであり、表面に酸化物層又は
水酸化物層が形成されていることを特徴とする磁性合金
膜である。ここで、Ｆｅは０％すなわちＮｉ−Ｃｏ２元
系合金でもよいし、Ｆｅが１０％以上含まれる３元系合
金にしてもよい。また、表面の酸化物層又は水酸化物層
の厚さは約５〜３００Å以下、特に１００Å以下である
ものがよい。また、磁歪定数が、２．０×１０~⁶より小
さいものがよい。また、膜面として｛１１１｝面または
｛２２０｝面を優先的に面配向させたものがよい。

【０００７】また本発明は、重量比で、Ｎｉが５〜７５
％、Ｃｏが１０〜９０％およびＦｅが１５％以下からな
るＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｕの中から少なくとも一種以上
を０．１〜１０％添加し、平均結晶粒径が１０〜１００
０Åである磁性合金膜をｐＨ４以上の溶液に浸漬し、前
記磁性合金膜に電位を付加し該合金膜と溶液間に流れる
電流が電位値に依存せず一定となる条件で電位付加を停
止して表面に酸化物又は水酸化物の層を形成することを
特徴とする磁性合金膜の製造方法である。

【０００８】また本発明は、基板上に設けられた下部磁
性層と、前記下部磁性層の上に積層された絶縁層と、前
記絶縁層の上に積層された上部磁性層と、前記上部磁性
層と下部磁性層の一端に形成された磁気ギャップと、前
記上部磁性層と下部磁性層の他端の接合部分を複数回巻
回する導体層と、を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、前
記磁性層は前記のいずれかの磁性合金膜で形成され、そ
の厚さが０．０５〜３．０μｍであることを特徴とする
ものである。

【０００９】

【作用】先ず成分その他の限定理由を説明する。Ｎｉは
５〜７５％、Ｃｏは１０〜９０％、及びＦｅは１５％以
下である。この組成範囲では膜の結晶構造がｆｃｃとな
るが、この組成範囲から外れた場合にはｂｃｃやｈｃｐ
が成長しやすくなり、その上に形成される酸化物もｂｃ
ｃやｈｃｐ上では多孔質になる傾向があり、好ましくな
いからである。Ｆｅが含まれないＮｉ−Ｃｏ２元系合金
でもよいがＦｅが１０％以上含まれる３元系合金がよ
い。Ｆｅが１０％以上だと飽和磁束密度か高めることが
できるからである。

【００１０】添加元素は０．１〜１０％である。前記添
加元素のすくなくとも一種以上を添加させ、成膜条件を
適正にすることにより薄膜の結晶粒径は細かくなり、結
晶磁気異方性が小さくなることにより透磁率が高くな
る。また、上記組成範囲のＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ膜をスパッ
タリング法、イオンプレ−ティング法あるいはメッキ法
のいずれかの方法で作製するときに上記添加元素を添加
することにより、膜成長あるいは熱処理時の結晶粒の成
長を抑制することができる。これらの元素は磁性元素の
格子位置を一部置換し、格子をひずませる。また薄膜表
面に酸化物や水酸化物からなる被膜が形成し易くなり、
ＰＨが４以上の溶液中で不働態化し、耐酸性が向上す
る。また上記添加元素の添加量では膜のＸ線回折パタ−
ンには添加元素と磁性元素の化合物は認められず、磁歪
定数は１．０×１０~⁵より小さい。

【００１１】平均結晶粒径は、１０〜１０００Åであ
る。１０Å以下では上記添加元素が偏析してしまうため
均一な酸化層は成長しにくい。粒径が１０００Åを超え
ると膜の磁気特性である保磁力が大きくなってしまう。

【００１２】不働態膜である酸化物又は水酸化物の膜厚
は格子定数である約５〜３００Åである。３００Åより
も厚くなるとヘッド特性（ノイズ）が悪くなる。特に１
００Å以下がよい。不働態膜はできるだけ薄く緻密でな
ければならない。緻密でない場合には不働態膜が保護膜
とならず、磁性膜の酸化は容易に進行するからである。
緻密な不働態膜を成長させるには磁性膜を配向膜にした
ほうが良い。磁性膜が完全な多結晶膜の場合には不働態
膜も方向性がなく、粒界の面積が多くなり保護膜として
の効果は低減する。また、不働態膜が厚いと膜全体の飽
和磁束密度は減少し、透磁率も減少する。不働態膜の膜
厚を薄くするためには、磁性膜の結晶粒径を小さくすれ
ば良い。Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏの｛１１１｝や｛２２０｝面
を配向させた膜では、膜厚方向の結晶粒の方位はそれぞ
れ〈１１１〉や〈２２０〉であるが、膜面方向で種々の
方向に回転している。膜厚方向の結晶粒を小さくするこ
とにより粒界で不働態膜が成長するのを防ぐことができ
る。

【００１３】薄膜磁気ヘッドにおける磁性層の厚さは
０．０５〜３．０μｍである。０．０５μｍよりも薄い
場合にはヘッドからの漏れ磁界が弱く、３．０μｍを超
えると記録密度が減少してしまう。薄膜の厚さが０．０
５ミクロン以上であり、膜面が｛１１１｝面あるいは
｛２２０｝面を優先的に面配向させた膜では無配向膜に
比べ保磁力は小さく、耐食性も良い。

【００１４】すなわち、本発明の３元系又は２元系合金
に上記添加元素を加えると磁性膜表面に酸化物や水酸化
物が形成しやすくなる。この酸化物や水酸化物は５〜３
００Åであり、磁性膜の保護膜となって不働態膜で覆わ
れた磁性膜の構造を安定にする。スパッタリング法、イ
オンプレ−ティング法あるいはメッキ法のいずれかの方
法で良好な軟磁気特性（低保磁力、高透磁率、低磁歪）
を持ったヘッド材料で膜表面に安定な不働態膜ができる
ことが実用上重要である。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金で添加
元素なしでもある条件では不働態膜ができる。しかしＰ
Ｈ４の酸性雰囲気中では不働態膜は形成しにくいため、
このような酸性雰囲気にさらされた場合には磁性膜の磁
気特性が劣化する。磁性膜の表面に成長する不働態膜は
酸化物や水酸化物などから構成された複合膜であり、こ
れら複合膜の構造は磁性膜の結晶構造や雰囲気に依存す
る。

【００１５】磁性膜を平坦部に形成する場合と段差部に
形成する場合とで膜全体の平均の透磁率は異なる。特に
磁歪定数の大きさにより高周波１ＭＨｚの透磁率が大き
く変化することが知られている。磁歪定数が２．０×１
０~⁶〜−２．０×１０~⁶であれば、段差部と平坦部の透
磁率はほとんど変化しないことが知られている。前記組
成の磁性合金膜は磁歪定数の絶対値がは２．０×１０~⁶
よりも小さいことから磁気ヘッドのコア材に敵してい
る。

【００１６】

【実施例】５７％Ｎｉ−３３％Ｃｏ−１０％Ｆｅ（飽和
磁束密度１．２Ｔ， 透磁率１４００）に、Ａｌ，Ｓ
ｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，
Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，，Ｐｔ，Ａｕを０．１〜
１０％の範囲で添加し、透磁率が最高となる粒径をＳＥ
Ｍ観察から求め、透磁率と結晶粒径の関係をまとめると
図１のようになる。これらの磁性膜は以下のスパッタリ
ング条件で作成した。装置は直交スイッチング磁界が印
加できるスパッタリング装置であり、到達真空度は６×
１０~⁷Ｔorrである。基板温度は３５０℃以下とし、成
長速度を約２０Å／ｓとして１．０μｍの薄膜を作成し
た。透磁率は１００ＭＨｚの値である。異方性磁界は５
Ｏｅと小さい。３元合金の結晶粒径は１０００Å以上
のものがある。３元合金に上記添加元素を加えると透磁
率は上昇し、粒径が小さくなるほど透磁率が上昇する。
その最高の透磁率は添加元素により異なるが、最高の透
磁率を示した添加元素の濃度はいずれも１０％以下であ
った。添加元素の濃度が１０％を超えると透磁率は減少
する傾向にあり、Ｘ線回折パタ−ンには磁性元素との化
合物のピ−クが確認される。

【００１７】上記第３元素の添加により結晶粒径が小さ
くなるのはＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅと原子半径の異なる原子が
磁性原子の格子位置に置換することによって結晶が成長
すると歪エネルギ−が増加する傾向があるため、粒成長
が抑制されるためと考えられる。図１に示した磁性膜を
Ｘ線回折によって結晶配向性を調べると｛１１１｝ある
いは｛２２０｝ピ−ク強度が強い膜であった。｛１１
１｝配向か｛２２０｝配向かは基板温度や蒸着中のガス
圧によって変化し、｛１１１｝と｛２２０｝のどちらの
回折ピ−クも高い強度を持つ場合は保磁力（Ｈｃ）は大
きくなる。また回折パタ−ンには第３元素の添加による
化合物の成長は確認されなかった。

【００１８】結晶粒径がほぼ同じ膜に関してＸ線回折パ
タ−ンからすべての回折ピ−クに占める｛１１１｝及び
｛２２０｝回折ピ−クの割合を求め、Ｈｃとの関係を整
理すると図２のようになる。この図から磁性膜の配向性
が良いほどＨｃが小さくなることがわかる。また｛１１
１｝や｛２２０｝のロッキング曲線の半値幅が小さくな
るほど保磁力は小さくなる傾向にあった。

【００１９】５６％Ｎｉ−３３％Ｃｏ−１０％Ｆｅ−１
％Ｔａ膜の分極特性を図３に示す。Ｔａを添加しないＮ
ｉ−ＣｏＦｅ膜ではＰＨ４では不働態化しない。これに
対しＴａを１％添加することによってＰＨ４でも磁性膜
は不働態化する。不働態膜の厚さは１００Å以下であ
り、（Ｆe,Ｃo,Ｎi)₃Ｏ₄ ， （Ｆe,Ｃo,Ｎi)₂Ｏ₃ ，
（Ｆe,Ｃo,Ｎi)(ＯＨ)₃ ，（Ｆe,Ｃo,Ｎi)Ｏ， （Ｆe,
Ｃo,Ｎi)(ＯＨ)₂を主成分としている。また添加元素の
Ｔａは磁性元素の原子位置に置換しているものと考えら
れる。添加元素は上記酸化物や水酸化物において磁性元
素の位置に置換して安定にすると考えられる。図１に示
した添加元素はいずれもｐＨ４で不働態化し、磁性膜表
面には上記酸化物や水酸化物が認められた。

【００２０】ｐＨ４のＨＣｌ溶液に浸漬した合金膜の磁
化を浸漬前後で測定し、磁化変化量を求め、添加元素濃
度で整理した。その結果を図４に示す。いずれの元素で
も無添加のＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ膜に比べて磁化変化量は小
さい。特にＰｄ，Ｔａ，Ｐｔは１％の添加で磁化変化量
は０〜−３％であり、効果が顕著である。磁化変化量が
０〜−１０％の場合には膜の分極特性は不働態膜の形成
可能な図３のような特性になり、磁性膜表面には上記酸
化物や水酸化物が形成される。従って、膜表面の酸化物
や水酸化物が磁性膜を保護している。

【００２１】図５は薄膜技術によって磁性膜、絶縁層、
導体および保護膜を堆積した薄膜磁気ヘッド素子の断面
図であり、図６は薄膜磁気ヘッドの斜視図である。１は
スライダとなる基板であり、Ｎi−Ｃo−Ｆe系磁性膜２
の表面は不動態化してある。４は導体、５は上部磁性
層、６は保護膜である。またｇはギャップである。前記
膜２の表面が不働態化し、酸化物が成長した場合と、酸
化物を成長させない場合とでヘッド特性に変化はなかっ
た。

【００２２】図７は、Ｎi−Ｃo−Ｆe合金にＣrを添加し
た場合の膜の平均結晶粒径と酸化物膜厚との関係であ
る。酸化物の作製は、ｐＨ４以上の溶液に上記合金を浸
漬し、熊に電位を付加し、膜と溶液間に流れる電流が電
位値に依存せず一定になる条件で電位付加を停止する。
溶液の温度は２０〜８０℃である。電位を更に付加する
と表面酸化物の厚さが増加したり、酸化物の密度が低下
する傾向があり、この場合Ｎi−Ｃo−Ｆe合金の磁気特
性が低下する。酸化物膜厚は磁性膜の結晶粒径に依存
し、結晶粒径が増加すると膜厚が厚くなる。粒径が１０
００Å以下の場合、酸化物膜厚は１００Å以下であり、
酸化物は膜厚方向に成長しにくくなる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第３元素を少なくとも一種以上、Ｎｉ−Ｃｏ
−Ｆｅ３元又は２元合金膜に添加させることにより、透
磁率を高くでき、その表面は不働態化し易くなる。これ
らの膜は一軸異方性をもち，磁性膜表面が薄い安定な不
働態膜で保護されているため磁気特性が種々の環境によ
って劣化するのを防止でき、薄膜磁気ヘッドのコア材に
適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る透磁率と結晶粒径の関係を示す図
である。

【図２】本発明に係るＸ線回折ピ−ク強度と保磁力の関
係を示す図である。

【図３】５６％Ｎｉ−３３％Ｃｏ−１０％Ｆｅ−１％Ｔ
ａ磁性膜の分極特性を示す図である。

【図４】ＰＨ４溶液におけるＮｉＣｏＦｅ−添加元素磁
性膜の磁化変化量を示す図である。

【図５】本発明に係る薄膜磁気ヘッド素子の断面図であ
る。

【図６】本発明に係る薄膜磁気ヘッド素子の斜視図であ
る。

【図７】本発明に係る結晶粒径と酸化物膜厚との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 下部磁性層 ４ 導体 ５ 上部磁性層 ６ 保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光岡 勝也 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 成重 真治 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所小田原工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比で、Ｎｉが５〜７５％、Ｃｏが１
   ０〜９０％及びＦｅが１５％以下からなるＮｉ−Ｃｏ−
   Ｆｅ合金に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇ
   ａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
   Ｐｔ，Ａｕの中から少なくとも一種以上を０．１〜１０
   ％添加した合金であって、平均結晶粒径が１０〜１００
   ０Åであり、表面に酸化物層又は水酸化物層が形成され
   ていることを特徴とする磁性合金膜。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁性合金膜において、
   Ｆｅが１０％以上含まれていることを特徴とする磁性合
   金膜。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の磁性合金膜にお
   いて、表面の酸化物層又は水酸化物層の厚さは約５〜３
   ００Åであることを特徴とする磁性合金膜。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の磁性合
   金膜において、磁歪定数が、２．０×１０~⁶より小さい
   ことを特徴とする磁性合金膜。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の磁性合
   金膜において、膜面として｛１１１｝面または｛２２
   ０｝面を優先的に面配向させたことを特徴とする磁性合
   金膜。
6. 【請求項６】 重量比で、Ｎｉが５〜７５％、Ｃｏが１
   ０〜９０％及びＦｅが１５％以下からなるＮｉ−Ｃｏ−
   Ｆｅ合金に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇ
   ａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
   Ｐｔ，Ａｕの中から少なくとも一種以上を０．１〜１０
   ％添加し、平均結晶粒径が１０〜１０００Åである磁性
   合金膜をｐＨ４以上の溶液に浸漬し、前記磁性合金膜に
   電位を付加し該合金膜と溶液間に流れる電流が電位値に
   依存せず一定となる条件で電位付加を停止して表面に酸
   化物又は水酸化物の層を形成することを特徴とする磁性
   合金膜の製造方法。
7. 【請求項７】 基板上に設けられた下部磁性層と、前記
   下部磁性層の上に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上
   に積層された上部磁性層と、前記上部磁性層と下部磁性
   層の一端に形成された磁気ギャップと、前記上部磁性層
   と下部磁性層の他端の接合部分を複数回巻回する導体層
   と、を備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、前記磁性層は請
   求項１〜５のいずれかに記載の磁性合金膜で形成され、
   その厚さが０．０５μｍ〜３．０であることを特徴とす
   る薄膜磁気ヘッド。