JPH0526321B2 - - Google Patents

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JPH0526321B2
JPH0526321B2 JP58198719A JP19871983A JPH0526321B2 JP H0526321 B2 JPH0526321 B2 JP H0526321B2 JP 58198719 A JP58198719 A JP 58198719A JP 19871983 A JP19871983 A JP 19871983A JP H0526321 B2 JPH0526321 B2 JP H0526321B2
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JP
Japan
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thin film
smco
magnetic
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magnetic thin
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JP58198719A
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Junya Tada
Shinichi Hayashi
Makoto Akihiro
Takehiko Sato
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、磁気記録に用いられ、或は高保磁
力磁性薄膜を利用した各種の装置に用いられる磁
性薄膜、特に希土類金属と遷移金属からなる合金
で形成され、膜面と垂直な方向に磁化容易軸を有
し、保磁力が大きい垂直磁化磁性薄膜に関するも
のである。
<従来技術> 希土類金属と遷移金属とからなる合金系の中で
SmCo合金、特にSmCo5系あるいはSm2Co17系合
金は非常に大きな磁気異方性を有していることか
ら、高エネルギー積を有する磁石材料として利用
されている。
SmCo系合金をこの大きな異方性を保持させた
状態で薄膜化する研究は従来から幾例かは試みら
れている。例えばH.C.Theuerer等は、SmCo5
SmCo3.65Cu1.15合金を使用して、その基板温度を
500℃にあげることによつて高保磁力の面内磁化
結晶膜を作成している。(H.C.Theuerer、E.A.
Nesbitt、andD.D.Bacon:J.APPL.Phys.、vol40
(7)、2944(1969))、又K.Kumar等は、プラズマス
プレイ(Plasma Spraying)法により作成した
薄膜を700℃で熱処理することによりSmCo5相を
析出させて、高保磁力の面内磁化結晶膜を作成し
ている。(K.Kumar.D.Das.andE.Wettstein:J.
APPL.Phys.、vol49(3)、2052(1978))、しかし、
これらいずれの場合においても得られるのは面内
磁化結晶膜であり、膜面に垂直な方向に磁化容易
軸を有する垂直磁化磁性薄膜は作成されていな
い。
又、スパツタリング法を用いて、非晶室で面内
磁化軟磁性薄膜を作成している研究報告(C.L.
Zhang、R.B.Liu、andG.H.Feng:IEEE Trans.
Magn.MAG−16(5)、1215(1980))もあるが、こ
の研究報告では非結晶においてもSmCo系材に対
しては垂直磁化磁性膜は得られていない。
この他にも薄膜作成時に膜面に垂直方向に磁場
を印加することにより垂直磁化成分を誘起させる
報告(季佐宜、奥野光、沼田卓久、桜井良文、日
本応用磁気学界誌vol.7、No.2、(1983)47)もあ
るが、この報告で得られる薄膜もその主体は面内
磁化膜にあると言つてよく、垂直磁化成分が主体
となる垂直磁化性薄膜と呼ぶに適当な薄膜は未だ
得られていない。
従来技術として、希土類金属−遷移金属の磁性
薄膜としては、磁気モーメントが互いに反対方向
の重希土類−遷移金属は合成磁気モーメントが小
さく、垂直磁化膜とすることができることが知ら
れていたが、磁気モーメントが同一方向の軽希土
類金属−遷移金属は合成磁気モーメントが大き
く、垂直磁化膜とすることはできないとされ、面
内磁化膜のものしか知られていなかつた。
<発明の概要> この発明は、前述のように、従来得ることがで
きなかつたSmCo系合金を使用して高保磁力を有
する垂直磁化磁性薄膜を提供するものである。
この発明の垂直磁化磁性薄膜は希土類−遷移金
属系合金薄膜で、その膜面と垂直な方向に磁化容
易軸を有するものであり、全組成中Smの原子比
が20〜40原子%を占め、残部がCoよりなる組成
を有し、この組成が結晶SmCo3相と非晶質部と
から構成されている。
一般に5000エルステツド以上の安定した保磁力
を有する垂直磁化磁性薄膜を得るためには、
SmCo系合金の組成をSmxCo1-xとした場合、Sm
の原子比xの最適な条件に選定して適当な飽和磁
化力を有するものとし、垂直磁化条件を満足して
所望の保磁力を有する磁性薄膜とすることが必要
である。この場合膜面と垂直な方向に磁化を有す
るに十分な磁気異方性を持たせる薄膜を作成する
には、スパツタリング法、真空蒸着法などの手段
で、膜厚が数100Å以上の薄膜を作成することが
必要である。
さらに組成中において、所定の結晶粒径を有す
る微結晶SmCo3相を所定の割合含有しているこ
とが、垂直磁化条件を満足させるためには必要で
ある。このために、薄膜作成時における雰囲気条
件の設定もこの発明では重要な意味を持つてい
る。
<実施例> 以下、この発明の垂直磁化磁性薄膜を、その実
施例に基づき図面を使用して詳細に説明する。
この発明においては薄膜の作成に使用する基板
としては例えば石英基板を使用し、RFスパツタ
リング法により、不活性気体としてアルゴンを用
い、その圧力3〜8Paの雰囲気下で、供給電力
100〜200Wとし、基板温度を150゜〜180℃に保持
した状態で、薄膜1〜2μm程度の垂直磁化磁性
薄膜を作成する。
この場合、発明者等の実測の結果によると、
Sm−Co系合金組成をSmxCo1-xとして、0.20x
0.40の範囲にSmの原子比xを選定することが
必要であることが確認された。
これは得られる磁性薄膜が、微結晶SmCo3
と非晶質部とから構成されることが、垂直磁化条
件を満足し、所定の保磁力を有するために必要な
ためである。この微結晶SmCo3相を得るために、
SmxCo1-xの組成において0.20x0.40の条件が
要求されるからである。
Sm−Co系合金組成をSmxCo1-xとした場合に
Smの原子比xをx<0.20とすると、得られる薄
膜組成は、Sm2Co17相、SmCo5相、Sm2C相が主
体のものとなつてしまう。この組成の磁性薄膜で
は、飽和磁化が大きくなり過ぎるために、磁気異
方性定数をKu、飽和磁化をMsとして与えられる
垂直磁化するための条件、Ku>2πM2 Sが満足され
なくなる。このようにx<0.20の組成条件では垂
直磁化するための条件が満足されず、これに伴つ
て保磁力として5000エルステツド以上のものを得
ることは困難である。
一方、SmxCo1-xの組成において、Smの原子比
xをx>0.40に設定すると、得られる薄膜は
SmCo2相が主体となつたものとなり、この
SmCo2相を主体にする磁性薄膜は面内磁化膜で
あつて、面内磁化膜としては高保磁力化したもの
が得られるが、飽和磁化は小さくなり過ぎてしま
う。
このように組成SmxCo1-xにおけるSmの原子比
xの条件を0.20x0.40に保持した状態で、所
定の基板温度範囲即ち150゜〜180℃の基板温度下
で、SmCo3相に近い組成のターゲツトを使用し、
RFスパツタリング法によつて石英基板上に磁性
薄膜を作成する。この場合膜面と垂直な方向に磁
化を有するに十分な磁気異方性を持たせる薄膜を
作成するためには、作成される薄膜の膜厚を数
100Å以上にする必要がある。
例えば組成SmxCo1-xにおけるSmの原子比をx
=0.28とし厚みが0.3mmの石英基板上に、RFスパ
ツタリングの手段により、膜厚を1.7μmに作成し
た実施例において、得られた薄膜の断面構造を第
1図に示す。この場合、基板温度は150〜180℃、
アルゴン圧力は3〜8Paの条件に設定されてい
る。
第1図では石英基板11上に、1.7μmの厚みで
磁性薄膜12が形成されている。磁性薄膜12に
おいて、膜面にほぼ垂直方向に髭状に現われてい
るのは破断面あり、これらの破断面に沿つて基板
11上から磁性薄膜12に垂直な方向に、微結晶
SmCo3相が柱状に成長していることが、発明者
等により確認された。これらの微結晶SmCo3
その結晶粒径が数10Å〜100Åであり、その成長
方向の長さは1000Åのオーダーを有している。
例えば他の条件を同一に保持し基板を水冷した
状態で薄膜を作成すると、得られる薄膜はアモル
フアス化していて保磁力の小さい面内磁化膜が得
られる。一方基板を所定の温度に加熱した状態で
薄膜を作成すると結晶化が進んで来る。従つて、
組成SmxCo1-xにおけるSmの原子比を所定の条件
0.20x0,40に設定し、温度を所定の条件に
設定して薄膜を作成すると、その組成中に微結晶
SmCo3相を含むものを得ることが出来る。
この場合の基板の加熱には、加熱電力を直接基
板に供給して行なう直接加熱の方法が基本的には
採用される。微妙な温度調整を行なうために、こ
の発明においては、基板の直接加熱法にイオン化
原子照射法を併用した。
即ちスパツタリング法で薄膜を作成する場合に
は、例えばアルゴンなどの導入不活性ガスの圧力
を上げることにより、基板面がアルゴンガス中の
イオン化された原子でたたかれ易くすると、イオ
ン化された原子の衝突により基板温度を上昇させ
ることが出来る。同様にスパツタリング法におい
て、基板に負の直流バイアスを印加することによ
りイオン化された原子で基板をたたき易くして、
イオン化された原子の衝突により基板温度を上昇
させることが出来る。
この導入ガス圧力を上昇させる方法や基板に負
のバイアスを印加する方法は、基板を直接加熱す
る方法と併用して基板温度の微調整を行なわせる
場合に有効である。
このようにして得られた磁性薄膜についてこの
発明における垂直磁化するための条件を規定する
磁気異方性定数KuとSmの原子比xとの関係につ
いて発明者等の行なつた実測結果を第2図に示
す。第2図で明らかなように組成SmxCo1-xにお
けるSmの原子比xの0.20≦x≦0.40の範囲にお
いては磁気異方性定数は正となつており、この範
囲で垂直磁化膜が形成され得ることが確認され
る。
この発明により得られた垂直磁化磁性薄膜の結
晶構造はx線回析法により解析することが出来
る。組成SmxCo1-xにおけるSmの原子比がx=
0.15の条件下で作成された薄膜について、得られ
たx線回析図形は第3図に示すようになる。この
原子比条件はこの発明の条件を満足していない
が、第3図から明らかなように、この場合の薄膜
の結晶組成はSmCo5が主体となつていて、前述
のように飽和磁化が大き過ぎて、垂直磁化するた
めの条件が得られない。従つて、この場合には充
分な保磁力も得ることは出来ない。
組成SmxCo1-xにおけるSmの原子比がx=0.25
の条件下で作成された磁性薄膜のx線回析図形は
第4図Aのようになる。この場合には、薄膜組成
中にSmCo3結晶相が現われており、垂直磁化条
件を満足することが可能となり、所定の保磁力を
具備した磁性薄膜が得られる。
又組成SmxCo1-xにおけるSmの原子比x=0.33
として同一条件下で作成した磁性薄膜のx線回析
図形は、第4図Bに示すようになり、この場合に
もSmCo3結晶相が薄膜組成中に現われていて、
垂直磁化条件を満足することが可能で、所定の保
磁力を具備したものが得られる。
以上、第3図及び第4図A,Bにx線回析図形
を示した、この発明の垂直磁化磁性薄膜の実施例
は、いずれも石英基板を使用し、基板温度を150
℃に保持し、アルゴンガス圧力3〜8Paの条件下
でRFスパツタリング法により、400Å/分の速度
で作成したものである。
基板温度が150℃以下では前述のようにアモル
フアス化した薄膜が得られ、基板温度を180℃を
越えて上昇させると微結晶SmCo3相が安定して
得られず、他の相が混在するおそれがある。又温
度が高すぎると、薄膜中の酸素により酸化現象が
生じて、所定の組成が得られなくなる。又、アル
ゴンガスの圧力を増加し過ぎると、イオン化され
た原子が基板と激しく衝突するために、薄膜表面
に剥離現象が生じて望ましくない。
この発明の実施例として組成SmxCo1-xにおけ
るSmの原子比x=0.23のものについて、膜面に
垂直方向に磁場を印加した場合に得られる磁化曲
線は第5図に示すようになる。第5図から明らか
なように、この実施例においては約8KOe(エル
ステツド)の保磁力Hcが得られ、且つ磁化曲線
の角型特性が良好であり、優れた垂直磁化磁性薄
膜が得られたことが確認出来る。
第1図に断面構造を示すように、この発明の垂
直磁化磁性薄膜は膜面に垂直な方向に対して
SmCo3結晶相が柱状に成長しており、この微結
晶粒径は数10Åから数100Åであり、その長さは
1000Åのオーダを有している。この微結晶
SmCo3相と非晶質部との割合は、発明者等の実
測の結果では微結晶SmCo3相がほぼ50体積%以
上占めていることが、この発明が目的とする充分
な特性を持つために必要であることが確認され
た。
微結晶SmCo3相が50体積%以下になると、垂
直磁化膜が得られる組成において、非晶質部の磁
化が大きくなり、保磁力が小さくなつて垂直磁化
条件を満足しないことが確認された。
このように、この発明のSmCo系磁性薄膜は、
膜面と垂直な方向に磁化容易軸を有し、その保磁
力が5000エルステツド以上と大きいので、高密度
化が可能であつて、例えば垂直磁気記録のマスタ
ー用記録媒体として極めて優れた特性を有してい
る。また、薄膜を数ミクロンメートルから数ミリ
メートル程度の厚膜に形成することにより、膜面
に垂直な方向に磁化を有する薄膜磁石を得ること
ができる。
従つて第6図に示すように、このようにして作
成した2個の薄膜磁石を組み合わせ対向配設さ
せ、これらの薄膜磁石間の空間に対して一定の磁
気バイアスを与えることができて、間隙内に安定
した一様な磁場を形成し各種の目滴い使用可能で
ある。又第7図に示すように上下方向に磁極を有
する扇形の薄膜磁石として隣接するものの磁性を
逆に配設して組合わせ、多極着磁させた磁石を形
成すれば、極偏平のブラシレスDCモーターのロ
ーター磁石となり、回転検出センサーとしても有
用である。
このようにこの発明の垂直磁化磁性薄膜は各種
の高保磁力磁性薄膜を応用した装置に適用されて
その効果を発揮することが出来る。
以上詳細に説明したように、この発明による
と、SmCo系合金を使用し、結晶SmCo3相を含ん
だ組成を有し、5000エルステツド以上の高保磁力
を有する垂直磁化磁性薄膜を提供することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の垂直磁化磁性薄膜の実施
例の断面構成図を示す断面図、第2図はこの発明
の垂直磁化磁性薄膜の実施例のSm原子比と磁気
異方性定数との関係を示す図、第3図はSm−Co
系合金の薄膜の結晶構造を示すX線回析図形、第
4図A,Bはそれぞれこの発明の垂直磁化磁性薄
膜の実施例の結晶構造を示すX線回析図形、第5
図はこの発明の垂直磁化磁性薄膜の実施例の磁化
曲線を示す図、第6図はこの発明の垂直磁化磁性
薄膜で作成した薄膜磁石の構成を示す図、第7図
はこの発明の垂直磁化磁性薄膜で作成した多極着
磁型磁石の構成を示す図である。 11:基板、12:磁性薄膜、x:Smの原子
比、Ku:磁気異方性定数、Ms:飽和磁化、
Hc:保磁力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 膜面と垂直な方向に磁化容易軸を有する希土
    類−遷移金属系合金薄膜で、全組成中Smの原子
    比が20〜40原子%を占め残部がCoよりなる組成
    を有し、結晶SmCo3相と非晶質部とから構成さ
    れていることを特徴とする垂直磁化磁性薄膜。
JP19871983A 1983-10-24 1983-10-24 垂直磁化磁性薄膜 Granted JPS6089906A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102140598B (zh) * 2011-03-07 2012-07-04 北京工业大学 一种超高矫顽力低Co型Sm-Co纳米晶合金的制备方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55125533A (en) * 1979-03-14 1980-09-27 Basf Ag Magnetic recording carrier and method of fabricating same
JPS56146208A (en) * 1980-04-16 1981-11-13 Fuji Photo Film Co Ltd Magnetic thin-film recording medium

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