JPH05304026A - 軟磁性薄膜とこれを用いた磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に斜めに金属を入射させて堆積させて
製造した軟磁性薄膜の全磁気異方性を小さくする。 【構成】 軟磁性薄膜の薄膜の面内の任意の一の方向に
ついて磁化するに必要な磁化エネルギーを全磁化エネル
ギーとし、該面内のあらゆる方向に関する全磁化エネル
ギーの最大値と最小値との差を｜Ｋtot ｜とし、結晶磁
気異方性に起因する磁化エネルギーの最大値と最小値と
の差を｜Ｋｃ｜としたときに、次式 ｜Ｋtot ｜＜｜Ｋｃ｜ を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、８ｍｍＶＴＲやハー
ドディスクドライブの磁気記録媒体に記録再生を行うた
めの磁気ヘッド等に使用する軟磁性薄膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の高密度化（トラック密度の向
上、短波長化）の要請に答えるためには、磁気ヘッドの
軟磁性薄膜の材料として、高い飽和磁束密度と高い透磁
率を有する材料を使用する必要がある。

【０００３】このような材料としては、融液の急冷や気
相からの堆積により製造できるアモルファス合金が磁気
特性の点から好ましいが、耐熱性の観点から現行の磁気
ヘッド製造プロセスに適合できないので、従来より結晶
質の合金材料が用いられている。

【０００４】このような磁気ヘッドの再生特性に関係の
深い材料特性は透磁率であるが、これは、強磁性体の自
発磁気モーメントが外部磁場にどれくらい速やかに応
答、追随するかによって決まるもので、記録媒体からの
微小な漏れ磁界に対して速やかな追随が起これば透磁率
は高く磁気ヘッドの再生効率は高まることになる。

【０００５】しかしながら、磁気ヘッドの軟磁性薄膜
が、特定の方向にだけ磁気モーメントを向けやすい性
質、即ち「磁気異方性」を有する場合には、その自発磁
気モーメントが速やかに外部磁場の方向に追随すること
が妨げられ、軟磁性薄膜の透磁率が低下することにな
る。

【０００６】従って、軟磁性薄膜においては、その磁気
異方性を極力小さくすることが求められている。

【０００７】ところで、軟磁性薄膜の面内の自発磁化と
基準方向とのなす角度をθとした場合に、角度θにおけ
る全磁化エネルギー（Ｋtot （θ））は（数１）のよう
に、角度θにおける軟磁性材料の結晶構造に由来する結
晶磁気異方性に起因する磁化エネルギー｛結晶磁気異方
性磁化エネルギー（Ｋｃ（θ）｝と、応力が働くことに
より生ずる応力誘起磁気異方性に起因する磁化エネルギ
ー（Ｋst（θ））と、軟磁性薄膜の結晶の形状に依存す
る形状磁気異方性に起因する磁化エネルギー（Ｋsh
（θ））との和として表される。

【０００８】

【数１】 Ｋtot （θ）＝Ｋｃ（θ）＋Ｋst（θ）＋Ｋsh（θ）

【０００９】θに対して全磁化エネルギー（Ｋtot
（θ））をプロットすると、図１に示すような極大、極
小値を有する曲線が得られる。軟磁性薄膜の場合、この
曲線の最大値と最小値との差（即ち、曲線の振幅の最大
幅）を｜Ｋtot ｜とした場合、この｜Ｋtot ｜が小さい
ほど、透磁率が高く、保磁力も低いので磁気ヘッドとし
て好ましいものとなる（以後、｜Ｋtot ｜を単に全磁気
異方性エネルギー値と称する。また、正負両方の値を取
り得る結晶磁気異方性磁化エネルギー（Ｋｃ（θ）を、
θに対してプロットして得られた曲線（図２）の最大値
と最小値との差を｜Ｋｃ｜と表し、以後、これを単に結
晶磁気異方性エネルギー値と称する）。

【００１０】一般に全磁気異方性エネルギー値｜Ｋtot
｜の小さい軟磁性薄膜を製造する場合には、形状磁気異
方性を直接に測定できないために、形状磁気異方性を考
慮せずに結晶磁気異方性と応力誘起磁気異方性とがなる
べく小さくなるように材料組成を選定することが行われ
ている。

【００１１】即ち、結晶磁気異方性は、軟磁性薄膜が合
金の場合にはその組成によって決まる定数（立方晶の場
合は、Ｋ₁ と呼ばれる（Ｊ／ｍ³ ）の単位を持つ量）
と、試料の結晶粒方向分布（Orientation Distribution
Function ）に依存する因子の積で与えられるので、｜
Ｋ₁ ｜を小さくするように合金の組成比を選択する。ま
た、応力磁気異方性は磁歪をλ、応力をσとした場合に
λ×σの積に比例するが、スパッタ薄膜では応力σは大
きな値をとることが多く、また応力σの押さえる条件を
設定しても微妙なズレにより応力σを再現性よく小さく
抑えることが困難であることから、合金組成に依存する
磁歪｜λ｜を小さくするように組成比を選択する。

【００１２】このように、軟磁性薄膜の全磁気異方性エ
ネルギー値｜Ｋtot ｜を小さくするために、従来は磁歪
λが小さく、しかも結晶磁気異方性定数Ｋ₁ も小さい組
成を選択することが行われていたが、このような条件を
満足する合金材料としては、実質的にＦｅＡｌＳｉ系合
金いわゆるセンダストと、ＦｅＲｕＧａＳｉ（ソフマッ
クス：商品名）とが知られているだけである。

【００１３】しかしながら、結晶磁気異方性定数（Crys
talline anistropy constant) Ｋ₁と磁歪λが同時に０
となるＦｅＡｌＳｉ系合金やＦｅＲｕＧａＳｉ系合金に
よる軟磁性薄膜を形成した場合であっても、全磁化エネ
ルギー値｜Ｋtot ｜が十分に小さくならないという問題
があった。これは、従来において考慮されていなかった
形状磁気異方性、即ち（数１）における第３の因子Ｋsh
（θ）が大きなファクターとなっていたからである。

【００１４】即ち、従来において全磁化エネルギー値｜
Ｋtot ｜を小さくするために単に結晶磁気異方性磁化エ
ネルギー値｜Ｋｃ｜の値を小さくすることだけを行なっ
ても、軟磁性薄膜の柱状結晶構造に基づいて発生する大
きな形状磁気異方性等の影響のために、必ずしも全磁気
異方性エネルギー値｜Ｋtot ｜が小さくならないという
問題があった。

【００１５】この種の軟磁性薄膜は、その合金をターゲ
ットとし、スパッタ法や真空蒸着法等により基体上に堆
積させて磁気ヘッド用の軟磁性薄膜が形成されている。

【００１６】この場合、金属粒子の主たる飛翔方向をを
基体面に垂直に入射させて堆積させることも行われてい
るが、最近その利用が高まっている磁気ギャップ形成面
に軟磁性薄膜が被着される磁気ヘッドの製造において
は、金属粒子をその薄膜形成面に対する法線方向から傾
けて入射させて堆積させること（以下、「斜め堆積」な
いしは基体面の「傾斜配置」と称する）が行われる。

【００１７】ところが、このようにスパッタリングや真
空蒸着により斜め堆積された結晶質合金からなる軟磁性
薄膜の場合上述した形状異方性による全磁気異方性エネ
ルギー値｜Ｋtot ｜の増大化が顕著となる。

【００１８】この原因は、斜め堆積により形成された軟
磁性薄膜の材料組成は均一に充填された一様な構造では
なく、結晶の粒界に空隙が存在したり、霜柱のように柱
が集合した組成となったりしており、このような空隙や
酸化被膜などの非磁性領域で分離された柱状の軟磁性体
を磁化するとその長手方向に磁化されやすいために、そ
の柱状結晶の形状（丸棒や板状など）や柱状結晶の傾斜
角度により大きな形状磁気異方性が生ずるためと考えら
れる。

【００１９】また、このような斜め堆積により軟磁性薄
膜を形成すると、薄膜に生ずる応力σが極めて大きなも
のとなる場合があり、従ってそのような場合にはわずか
な磁歪λとの結合によっても大きな応力誘起磁気異方性
｜Ｋst｜が生じ、結果として全磁化エネルギー値｜Ｋto
t ｜が小さくならない。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した軟
磁性薄膜の全磁気異方性に関する課題を解決しようとす
るものであり、特に従来と異なる観点からこの課題の解
決をはかる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、斜
め堆積により形成される軟磁性薄膜において、その結晶
磁気異方性の符号と大きさとを、傾斜した柱状結晶構造
に由来する形状磁気異方性や応力誘起磁気異方性を打ち
消すように設定することにより上記目的を達成できるこ
とを見出し、この発明を完成するに至った。

【００２２】本発明は、例えば図３にその一形成態様の
略線的断面図を示すように、基体１上に、軟磁性薄膜２
を形成する。

【００２３】第１の本発明は、軟磁性薄膜２として、そ
の薄膜の面内の任意の一の方向について磁化するに必要
な磁化エネルギーを全磁化エネルギーとし、この面内の
あらゆる方向に関する全磁化エネルギーの最大値と最小
値との差（以下全磁気異方性エネルギー値という）を｜
Ｋtot ｜とし、結晶磁気異方性に起因する磁化エネルギ
ーの同様の最大値と最小値との差（以下結晶磁気異方性
エネルギー値という）を｜Ｋｃ｜としたときに、下記
（数２）を満足させる構成とする。

【００２４】

【数２】｜Ｋtot ｜＜｜Ｋｃ｜

【００２５】第２の本発明は、上記構成において、その
全磁気異方性エネルギー値｜Ｋtot｜及び結晶磁気異方
性エネルギー値｜Ｋｃ｜を、下記（数３）の関係に設定
する。

【００２６】

【数３】｜Ｋtot ｜＜５０＜｜Ｋｃ｜（Ｊ／ｍ³ ）

【００２７】第３の本発明は、上記第１の本発明におい
て、その軟磁性薄膜２を、ＦｅＲｕＧａＳｉ系合金より
構成する。

【００２８】第４の本発明は、このＦｅＲｕＧａＳｉ系
合金のＦｅとＲｕの和の組成を、７５原子％以上とす
る。

【００２９】第５の本発明は、上記第１の本発明におい
て、その軟磁性薄膜２を、ＦｅＡｌＳｉ系合金より構成
する。

【００３０】第６の本発明は、上記各本発明の軟磁性薄
膜２を、立方晶でその結晶磁気異方性定数Ｋ₁ の値が、
下記（数４）となるようにする。

【００３１】

【数４】３＜Ｋ₁ ＜１０（１０³ Ｊ／ｍ³ ）

【００３２】第７の本発明は、上記各本発明の軟磁性薄
膜２を、基体１上にＡｕよりなる下地層３を介して被着
する。

【００３３】第８の本発明は、上記各本発明の軟磁性薄
膜２を、基体１上にＰｔよりなる下地層３を介して被着
する。

【００３４】第９の本発明は、上記各軟磁性薄膜を用い
て磁気ヘッドを構成する。

【００３５】第１０の本発明は、上記各軟磁性薄膜２を
薄膜コアとした磁気ヘッド、すなわち薄膜磁気ヘッドを
構成する。

【００３６】第１１の本発明は、磁気ギャップ形成面に
臨んで軟磁性薄膜が形成されて成る磁気ヘッドにおい
て、この軟磁性薄膜を上記各軟磁性薄膜２によって構成
する。

【００３７】なお、本発明の軟磁性薄膜２において式
（数２），（数３），（数４）を満足させるための方法
は合金組成、金属粒子の基体１への堆積傾斜角度、基板
回転速度、堆積速度等の堆積条件の選定によって得る。

【００３８】また、本発明において、軟磁性薄膜の全磁
気異方性や結晶磁気異方性は常法により評価することが
できる。例えば、軟磁性薄膜の全磁気異方性に関して
は、通常のトルク法（飯田編、磁気工学講座５「磁性薄
膜工学」丸善、１９７７）により好適に測定することが
できる。

【００３９】また、結晶磁気異方性については、傾きを
変化させた薄膜試料のＸ線回折データから所謂極点図を
描き、それに基づき結晶粒方向分布関数又はＯＤＦ（Or
ientation Distribution Function)を決定し、更にＯＤ
Ｆに基づき結晶磁気異方性エネルギーを計算することに
より評価することができる（長島晋一編、「集合組織」
丸善、１９８４／近角聡信編、「強磁性体の物理」裳華
房／W.B.Hutechinsonet al.,Texture,1,117(1972)。

【００４０】

【作用】本発明においては、（数２）のように結晶磁気
異方性エネルギー値｜Ｋｃ｜を全磁気異方性エネルギー
値｜Ｋtot ｜よりも大きくなるようにすることを特徴と
する。

【００４１】言い換えれば、磁気異方性の一成分である
結晶磁気異方性エネルギー値｜Ｋｃ｜が全磁気異方性エ
ネルギー値｜Ｋtot ｜よりも大きければ、この場合は必
ず結晶磁気異方性と、形状磁気異方性および応力誘起磁
気異方性とが相互に打ち消し合うように働き、結果とし
て全磁気エネルギー値｜Ｋtot ｜が小さくなっているこ
とが保証されるのである。即ち、（数２）を満たすよう
にして小さな｜Ｋtot｜が得られれば、好ましい軟磁性
薄膜が得られることになる。

【００４２】因みに、従来から好ましい組成とされてい
たＦｅＲｕＧａＳｉ系合金、ＦｅＡｌＳｉ系合金のよう
な軟磁性合金においても斜め堆積させた場合には全磁気
異方性エネルギー値｜Ｋtot ｜が２００（Ｊ／ｍ³ ）に
も達する場合がある。

【００４３】ところが、本発明によれば、結晶磁気異方
性エネルギー値｜Ｋｃ｜を適切に大きくして、斜め堆積
により形成された柱状結晶構造に基づく形状磁気異方性
や、応力誘起磁気異方性と打ち消し合うように作用させ
るので、形状磁気異方性がある程度大きくても全磁気異
方性を小さくすることができる。

【００４４】

【実施例】本発明では、図３に示すように、目的とする
軟磁性薄膜２例えば立方晶のｂｃｃ構造のＦｅＲｕＧａ
Ｓｉ系合金、ＦｅＡｌＳｉ系合金、ｆｃｃ構造のＦｅ−
Ｎｉ系合金（例えばＦｅ８０原子％残部Ｎｉ：パーマロ
イ）を、その構成材料源（ターゲット）からスパッタ、
蒸着等の金属粒子飛翔による物理的被着法をもって基体
１上に形成する。

【００４５】即ち、図４に示すように、軟磁性薄膜の原
料ターゲット４からＸ−Ｙ面に存在する基体１の磁性薄
膜の形成面（以下基体面という）に向かって、この面の
法線Ｚに対し所要の入射角をもって金属粒子をスパッタ
する。

【００４６】まず、以下に示す条件によりＦｅＲｕＧａ
Ｓｉ系合金（ソフマックス）軟磁性薄膜を、熱膨張係数
が１．３×１０^-5Ｋ^-1のガラスセラミック基板（ＰＥＧ
−３１３０、株式会社ＨＯＹＡ製）上に形成した。

【００４７】 試料作成条件 初期真空度 ９．９×１０^-5Ｐａ Ａｒガス圧 ４．５×１０^-1Ｐａ 投入電力 ＲＦ３００Ｗ 膜厚 ２．３６μｍ 堆積速度 １．７ｎｍ／ｓｅｃ 基体面傾斜角度（斜め堆積：ターゲッ ト面と平行な面に対する基体面のなす 角）３０° 堆積後の熱処理条件 真空中、５５０℃、１時間保持。

【００４８】この試料に対して、トルク測定から求めた
全磁気異方性に基づく磁化エネルギー、即ち全磁化エネ
ルギーＫｕ（θ）と面内方向角度θとの関係を図１に示
し、またＯＤＦ解析に基づき計算した結晶磁気異方性に
基づく磁化エネルギー、即ち結晶磁気異方性磁化エネル
ギーＫｃ（θ）と面内方向角度θとの関係を図２に示
す。なお、結晶磁気異方性の評価において用いたソフマ
ックス固有の結晶磁気異方性定数Ｋ₁ の値は＋１．４×
１０³ （Ｊ／ｍ³ ）である。

【００４９】図１と図２との比較からわかることは、全
磁気異方性の方が結晶磁気異方性よりも数倍大きいこと
と、結晶磁気異方性から予想される磁化容易方向（即
ち、図２の曲線と極小となる角度）と実際に観測される
磁化容易方向（図１の曲線の極小となる角度）がほぼ９
０°ずれていることである。

【００５０】この事実は、軟磁性薄膜の熱処理温度が十
分に高くないために柱状構造が残存し、それらにより形
状磁気異方性が生じ、更に、その柱状構造の粒界も残留
応力をたくわえ、それが応力誘起磁気異方性を生じさせ
ていることを示している。これにより結晶磁気異方性よ
りも大きな全磁気異方性が観測されることになる。

【００５１】実施例１ 図４で示した態様をとって、基体１の軟磁性薄膜の形成
面（基体面）をターゲット４に対し、３０°傾けて、Ｆ
ｅＲｕＧａＳｉによる磁性薄膜をスパッタした。このス
パッタは、前述と同様の条件下で行った。

【００５２】この場合、図３で示すように、基体１上
に、下地層３を磁性薄膜の配向を制御する目的で形成
し、これの上に軟磁性薄膜２の形成を行った。下地層３
は、密着性を助成するために、先ず厚さ９ｎｍでＣｒ層
をスパッタし、これの上に１８０ｎｍの厚さをもってＡ
ｕ層をスパッタした２層構造を採り、これの上に軟磁性
薄膜２を１．６μｍの厚さに形成した。

【００５３】このようにして形成した軟磁性薄膜２の組
成と、結晶磁気異方性定数Ｋ₁ と、飽和磁束密度Ｂｓ
と、膜構造及び厚さと、基体面の傾きと、Ｘ方向及びＹ
方向の保磁力Ｈｃ（Ｘ）及びＨｃ（Ｙ）と、Ｘ方向及び
Ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（Ｘ）及びＨｋ（Ｙ）の差ΔＨ
ｋとを表１に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】この表１に、比較例１〜４を比較例示す
る。

【００５６】この場合、各異なるＫ₁ の試料について用
いたターゲット組成を表２に示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】実施例１による軟磁性薄膜２では、Ｋ₁ ＝
６×１０³ （Ｊ／ｍ³ ）という、従来のこの系では軟磁
性組成域を外れたものであるにもかかわらず、Ｈｃ＝６
４〜８０（Ａ／ｍ）と小さな保磁力と小さな磁気異方
性、すなわちΔＨｋ＝−１６（Ａ／ｍ）を示し、軟磁性
としての良好な特性が実現されている。

【００５９】また、Ｆｅがリッチの組成のため、飽和磁
束密度Ｂｓ＝１．２（Ｔ）という従来のこの系のベスト
組成よりも２割も高い値を示した。

【００６０】そして、実施例１では、ＦｅＲｕＧａＳｉ
系合金においてＦｅとＲｕの和の組成が７８．５原子％
の場合であるが７５原子％以上とすれば、Ｂｓの高い軟
磁性膜とすることかできる。また、このＦｅＲｕＧａＳ
ｉ合金において５原子％以下でＣｕ，Ｃｒ等の添加を行
ってもＢｓ及び軟磁性特性を害うことはない。

【００６１】図５Ａ₁ 〜Ａ₃ ，Ｂ₁ 〜Ｂ₃ は、それぞれ
Ｋ₁ ＝６×１０³ （Ｊ／ｍ³ ）で、λ〜０の組成による
実施例１、比較例１及び比較例２の各試料における各Ｘ
方向及びＹ方向の磁化曲線を示す。

【００６２】図５Ａ₁ ，Ｂ₁ とＡ₂ ，Ｂ₂ とを比較して
明らかなように、Ａｕ下地層３を設けずに基体１を３０
°傾けた斜め堆積による比較例１の試料では、Ｘ方向の
異方性磁界が大きくなり、面内に磁気異方性が生じ軟磁
性特性に劣ることがわかる。

【００６３】図５Ａ₃ ，Ｂ₃ で示される斜め堆積によら
ない即ち基体１を傾けない垂直堆積の比較例２と、図５
Ａ₂ ，Ｂ₂ の斜め堆積の比較例１とを比較すると、すで
に良く知られているように、垂直堆積の場合はΔＨｋが
小さく面内の磁気異方性が小さい。しかしながらその保
磁力Ｈｃ（Ｘ），Ｈｃ（Ｙ）は、表１でわかるように、
実施例１の場合の１．５〜２倍に大きくなり、軟磁性特
性として劣っている。

【００６４】つまり、この組成では斜め堆積とＡｕ下地
層の組合せの方が従前の常識では良好な軟磁性特性が得
られると思われる垂直堆積よりもすぐれていることがわ
かる。

【００６５】また、図６は、それぞれ表１で示した３０
°に基体面を傾け、Ａｕ下地層３を設けた場合のそれぞ
れ組成を変えることによってＫ₁ を変えた場合の磁化曲
線で、同図Ａ₁ とＢ₁ ，Ａ₂ とＢ₂ ，Ａ₃ とＢ₃ はそれ
ぞれＫ₁ ＝１０（１０³ ／ｍ ³ ），Ｋ₁ ＝６（１０³ ／
ｍ³ ），Ｋ₁ ＝２（１０³ ／ｍ³ ）とした比較例３、実
施例１及び比較例４の各試料の磁化曲線で、各Ａ及びＢ
図はそれぞれＸ方向及びＹ方向の磁化曲線を示す。

【００６６】因みに、通常、結晶磁気異方性定数Ｋ
₁ は、その絶対値が小さい方がそれに比例する試料の結
晶磁気異方性も小さいので、Ｋ₁ が小さい方が良好な軟
磁気特性が得られると考えられている。

【００６７】ところが図６によればＸ，Ｙ両方向の磁化
曲線において、保磁力Ｈｃが小さく異方性磁界Ｈｋも小
さいものは、Ｋ₁ ＝２×１０³ （Ｊ／ｍ³ ）よりもむし
ろこれより大きいＫ₁ ＝６×１０³ （Ｊ／ｍ³ ）のもの
である。つまり、これは従来の常識を破った結果となっ
ている。

【００６８】また図７は、Ｋ₁ を、Ｋ₁ ＝１０，Ｋ₁ ＝
６，Ｋ₁ ＝２（１０³ Ｊ／ｍ³ ）としたときの基体面を
水平配置した各試料の磁化曲線を同図Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃
に示し、これと図６の各Ａ₁ 〜Ａ₃ ，Ｂ₁ 〜Ｂ₃ と対比
させて示したもので、水平配置では確かにＫ₁ が小さい
方がはるかに軟磁気特性が良いことがわかる。

【００６９】しかし基体面を水平配置にした場合と斜め
配置した場合についてＫ₁ に対する保磁力Ｈｃの変化を
比較すると、図８で示すようにＨｃの極小、すなわち最
良の軟磁気特性が得られるＫ₁ の値は両者間で明らかに
ずれている。

【００７０】図８において、△印は基体面を３０°傾け
た場合、○印基体面を水平として場合である。ここの測
定値を得た試料はどれもＡｕ下地層を設けて形成された
ものである。

【００７１】つまり、これによってもわかるように、基
体面を傾けるときは、最良値、すなわちＨｃが小さくな
る領域がＫ₁ が大きくなる方に移動する。

【００７２】ところで、ＦｅＡｌＳｉ系合金やＦｅＲｕ
ＧａＳｉ系合金などＦｅを主成分とする合金では、Ｆｅ
リッチ組成で磁気異方性定数Ｋ₁ が大きくなり、同時に
飽和磁束密度Ｂｓが大きくなる傾向がある(Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 96(1991)230-236参
照）。したがってＫ₁ を大きくする方向で磁気異方性の
減少を意図する場合には、結果としてその組成を選定す
るときは飽和磁束密度Ｂｓも高めていることになる。

【００７３】そして、このようにある組成系の“最良組
成”というものは膜作製方法にかかわらず絶対普遍では
ないことがわかる。

【００７４】したがって、磁気ヘッドの量産プロセスの
ように製造技術上の要請で特殊な堆積法（たとえば斜め
スパッタ）が採用された場合には、それに合った組成選
択によって製造上の要請を満たし、かつすぐれた特性を
示す磁気ヘッドの製造が可能となる。

【００７５】図９は上述の各例の磁化曲線から読み取っ
た異方性磁界のＨｋのＸ方向とＹ方向における差ΔＨｋ
＝Ｈｋ（Ｘ）−Ｈｋ（Ｙ）を試料の面内磁気異方性の尺
度としＫ₁ に対する依存をみたものである。

【００７６】△印はセラミック基体上に直接堆積した場
合のプロット点で、この場合は、破線図示のように、Ｋ
₁ によらず１００（Ａ／ｍ）前後の正の値をとる。これ
は基体への入射原子束の入射面，Ｘ−Ｚ面に垂直なＹ方
向に磁化容易であることを示している。

【００７７】●印はＡｕ下地層上に堆積した場合をプロ
ットしたもので、この場合は、実線９１で示すようにＫ
₁ 増大に伴って単調なΔＨｋの減少を示し、磁化容易方
向はＹ方向からＸ方向に変化している。つまり、その途
中で｜ΔＨｋ｜＝０を横切り、このときの、つまり面内
の磁気異方性が最小になるのはＫ₁ ＝６×１０³ （Ｊ／
ｍ³ ）の試料である。

【００７８】この異方性変化の原因を調べる目的で、図
１０〜１３の極点図によって試料の結晶配向を調べた。
各極点図において、破線は、最大Ｘ線回折強度５０％，
実線は６７％，斜線領域は８０％の各強度を表示してい
る。また、各Ａ図及びＢ図はそれぞれ（１１０）結晶
面，（２００）結晶面に関するもので、図１０及び図１
１は、水平及び３０°傾斜の各多結晶セラミック基体上
にＦｅＲｕＧａＳｉを直接堆積した場合、図１２及び図
１３は、同様に水平及び３０°傾斜のセラミック基体に
Ａｕ下地層を介してＦｅＲｕＧａＳｉを被着した場合で
ある。

【００７９】図１０及び図１１を比較して明らかなよう
にＡｕ下地層が存在しない場合は、基体の傾きによって
（２００）極はＸ−Ｚ面内で仰角α〜２０°に集中す
る。

【００８０】これに比し、Ａｕ下地層がある場合は、基
体配置が水平である場合、すなわち金属粒子の主たる入
射方向が垂直であるときは、図１２Ａで示されるよう
に、図１０Ａに比し、（１００）極の集中が強くなり、
また図１２Ｂで示されるように、（２００）極のリング
状分布も明瞭で、リング状分布の対称性も良い。

【００８１】そして、この場合、基体面を３０°傾斜さ
せても図１３Ａに示すように、（１１０）極の集中は基
体面の法線近くに存在する。

【００８２】そして、（２００）極は、図１２Ｂに比し
てリング状分布は崩れるものの、明瞭な集中がＹ−Ｚ面
内で仰角α〜４５°で対称的に２部分で生じる。

【００８３】このように、Ａｕ下地層を用いて３０°傾
斜基体面上に堆積した試料では（１１０），（２００）
とも極分布が狭い領域に集中していることが著しい特徴
である。

【００８４】そして、このような極分布を示す結晶方位
を示すと、図１４に示すようになり、（１１０）面と膜
面が平行で〈００１〉がＸ軸と平行であることがわか
る。

【００８５】尚、この極点図測定では装置の制約（仰角
α≧１５°しか測定できない）から図１３には認められ
ないが、図１４の方位では膜面内のＸと−Ｘ方向に〈０
０１〉軸と〈００−１〉軸が来ることがわかる。

【００８６】さて、材料の「結晶異方性定数Ｋ₁ が正の
値を持つ」とは「〈１００〉およびそれに等価な方向が
磁化容易軸である」ことの数学的な表現であるから、も
し図１４の（１１０）〈００１〉方位をとる材料のＫ₁
が正ならばこの材料について結晶磁気異方性のみから期
待される磁化容易軸はＸおよび−Ｘ方向になる。

【００８７】そして、実際、膜面内の或る方向（β）へ
磁化を向ける際のエネルギーを計算すると図１５のよう
になる。

【００８８】図１４の（１１０）〈００１〉方位の単結
晶では図１５の±０°と付した曲線のようになり、Ｘ，
−Ｘ方向のエネルギーの極小がその方向に磁化が向きや
すいことを示している。

【００８９】実際のスパッタ膜試料は単結晶ではなく、
多数個の結晶粒を含む多結晶薄膜であって、その方位も
完全な（１１０）〈００１〉方位のまわりに分布を持っ
ている。図１３の（２００）極点図にリング状の分布の
裾が見えていることから、実際のＡｕ下地層上の磁性膜
試料には（１１０）〈００１〉方位の結晶を、基板法線
Ｚ軸（この場合は結晶の〈１１０〉軸がたまたま一致し
ているが）のまわりに回転させた配置のものが含まれる
ことがわかる。

【００９０】この極点図の詳細・定量的な解析から、Ａ
ｕ下地層上の磁性膜において結晶磁気異方性を作る成分
は、全結晶中の堆積割合で１／９のものが（１１０）
〈００１〉から±４５°の範囲に分布していることがわ
かる。

【００９１】この±４５°の分布は図１５に見られるよ
うに、０．１６×Ｋ₁ の結晶磁気異方性を生じＫ₁ ＝６
×１０³ （Ｊ／ｍ³ ）で形状異方性と相殺する大きさに
なることがわかる。

【００９２】そして、｜Ｋtot ｜と、｜Ｋｃ｜とは、
（数３）で示す｜Ｋtot ｜＜５０＜｜Ｋｃ｜（Ｊ／
ｍ³ ）に選ぶことが望まれるが、これの妥当性について
説明する。

【００９３】つまり、図８において、保磁力Ｈｃが２０
０Ａ／ｍ以上となるような軟磁気特性が劣る試料の磁気
異方性は、図９から ｜ΔＨｋ｜＞１００（Ａ／ｍ） の範囲にある。この異方性を磁気異方性エネルギー（Ｊ
／ｍ³ ）に換算すると となる。

【００９４】磁気異方性が大きければ軟磁気特性が得ら
れないのは一般的な事実であるが、ここに見るように、 ｜Ｋtot ｜＜５０（Ｊ／ｍ³ ） が良特性実現に望まれる。

【００９５】尚、結晶粒方向分布に基づく計算から評価
される結晶磁気異方性エネルギーの絶対値は測定由来の
誤差を含むものであるが、｜Ｋｃ｜＞５０（Ｊ／ｍ³ ）
ならばかなりの確度で定められる。したがって｜Ｋtot
｜＜５０＜｜Ｋｃ｜の場合には、形状磁気異方性、応力
誘起磁気異方性の相殺を間違いなく行うことができる。

【００９６】また、Ｋ₁ については、これが３（１０³
Ｊ／ｍ³ ）以下では、結晶異方性を相殺しにくく１０
（１０³ Ｊ／ｍ³ ）以上では、保磁力の増加に問題が生
じて来ることから前記（数４）の３＜Ｋ₁ ＜１０に選定
する。

【００９７】尚、上述した例では、基体１がセラミック
である場合であったが、基体１がフェライトにおいても
同様の結果を示す。また上述の例では下地層３がＡｕの
場合であるが、Ｐｔ下地層によっても同様の効果が得ら
れることが確かめられた。また、下地層３は、Ｃｒを下
層として、これの上にＡｕ，Ｐｔ層を形成した多層構造
とすることもできるし、これらのいずれかの単層構造と
することもできる。

【００９８】上述したように本発明によれば、傾いた基
体面に対する斜め方向からの金属粒子の入射によって
も、すぐれた軟磁性薄膜２を形成でき、しかも、従来、
等方的に製造したセンダスト（ＦｅＡｌＳｉ等合金）や
ソフマックス（ＦｅＲｕＧａＳｉ系合金）においてはあ
る組成範囲においてのみ軟磁性が実現することから、こ
れを越えてＦｅリッチにすることはできないとされてい
たものが、斜め堆積でより大きな形状磁気異方性等が薄
膜材料にもたらされている場合には、本発明を適用する
ことにより、従来と異なる組成、例えばＦｅリッチ側の
より高飽和磁束密度Ｂｓを示す組成で軟磁性薄膜が実現
可能となることから本発明軟磁性薄膜によって各種磁気
ヘッドを構成して記録再生特性にすぐれ、高飽和磁気特
性を有する磁気ヘッドを構成することができる。

【００９９】尚、磁気ヘッドの特性向上のため、磁区構
造を制御することが行われる。よく知られた例はパーマ
ロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）の薄膜ヘッドに見られる。この
ような磁区制御は若干量の磁気異方性を適切に与えるこ
とによって達成される。本発明の結晶磁気異方性とその
他の異方性成分の組合せの概念は単に全磁気異方性を最
小化するのみならず、このような異方性調節にも利用で
きるのである。

【０１００】このように、本発明による軟磁性薄膜を例
えば積層コアの薄膜磁性層とする磁気ヘッド、或いは薄
膜ヘッドにおける薄膜コアとして用いる。

【０１０１】また、或いは、磁気ギャップ形成面に高飽
和磁束密度の軟磁性薄膜が形成されて成る各種磁気ヘッ
ドにその軟磁性薄膜として本発明による軟磁性薄膜を適
用する。

【０１０２】この磁気ヘッドの一例を説明すると、例え
ば、図１６にその略線的斜視図を示すように、それぞれ
互いに対向してその前方端面間に動作磁気ギャップｇが
形成されるコア半体１１及び１２を有してなる。これら
コア半体１１及び１２は、磁性フェライトあるいは非磁
性フェライト、セラミックス等よりなるコア部１Ａ及び
２Ａを有し、その少なくとも作動磁気ギャップｇの形成
面に高透磁率及び高飽和磁束密度の金属軟磁性薄膜１５
が被着されてなる。

【０１０３】このような構成による磁気ヘッドにおい
て、その金属軟磁性薄膜１５は動作磁気ギャップｇの形
成部のみならず、コア部１１Ａ及び１２Ａが非磁性体で
ある場合はもとより磁性体である場合においても、金属
軟磁性薄膜１５がコア部１１Ａ及び１２Ａに比して高飽
和磁束密度を有することから、この金属軟磁性薄膜１５
はヘッド巻線を巻装する巻線溝となり、かつギャップデ
プスの規制をなすギャップデプス規制溝１３内を含んで
コア半体１及び２の後方部に延在して連続的に形成し、
この金属軟磁性薄膜１５によってヘッド巻線１４内を横
切るようにしてこの金属軟磁性薄膜１５が動作磁気ギャ
ップｇを含む閉磁路の少なくとも一部の磁路を構成して
いる。

【０１０４】この磁気ヘッドにおいて、その金属磁性膜
１５として前述の本発明による軟磁性薄膜２を用いる。

【０１０５】この種の磁気ヘッドを作製する方法として
は、図１７にその製造工程図を示すように、先ず図１７
Ａで示すように、図１５で示す最終的にコア半体１１及
び１２のコア部１１Ａ及び１２Ａを構成する磁性体ある
いは非磁性体のコアブロック２１を用意し、その一側面
２１ａにその長手方向に沿って最終的にギャップデプス
規制溝１３を構成する長溝２３を切り込み形成し、側面
２１ａを鏡面に研磨して、この側面２１ａに溝２３内を
含んで高透磁率、高飽和磁束密度の金属軟磁性薄膜５を
被着する。

【０１０６】その後、図１７Ｂに示すように、対のコア
ブロック２１を、その金属軟磁性薄膜５が形成された側
面２１ａ側を図示しないが所要の非磁性層すなわちギャ
ップスペーサを介して対向して互いの突き合わせ面間に
作動磁気ギャップｇを形成した合体ブロック２２を構成
する。

【０１０７】そして、この合体ブロック２２を図１７Ｂ
中鎖線ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ ……に示すように、所要の間隔
すなわち厚さをもって作動磁気ギャップｇのギャップ形
成面と例えば直行する面に沿って切断してその前方面を
研磨することによって図１６で示すように磁気記録媒体
との対向ないしは対接面（以下対接面という）１６を形
成し、ヘッド巻線１４を巻装して目的とする磁気ヘッド
を得る。

【０１０８】そして、この場合金属軟磁性薄膜１５とし
て、前述した本発明による飽和磁束密度の高い軟磁性薄
膜２によって構成する。

【０１０９】この場合、図１７Ａをみて明らかなよう
に、コアブロック２１が軟磁性薄膜２を形成する基体１
に相当するが、この場合、側面２１ａと溝２３の壁面２
３ａのいずれかが、或いは更に実際上、量産性の上で同
時に多数のコアブロック２１に対して軟磁性薄膜２の形
成面がターゲット面に対して斜めになる部分が生じる。

【０１１０】ところが、上述した本発明による軟磁性薄
膜２をもって金属軟磁性薄膜１５を形成することによっ
てこれを軟磁性特性にすぐれた膜として形成することが
できることから、例えば強い記録磁界が発生でき、高保
磁力の高記録密度化用の磁気記録媒体に対する記録ヘッ
ドを構成する上で有益なものとなる。

【０１１１】図１８は、本発明磁気ヘッドの他の例の斜
視図で、この場合は、例えば高透磁率のＭｎ−Ｚｎフェ
ライト等より成る磁気コア半体５１，５２の突き合わせ
面を斜めに切り欠き、この斜面３３上にセンダスト等の
飽和磁束密度の高い軟磁性薄膜３５を被着形成し、これ
ら軟磁性薄膜３５を当接させることにより両者間に磁気
ギャップｇが形成された構成を有する。そして、この磁
気ギャップｇの例えば両端にトラック幅規制溝３２及び
３７が切り込まれ、これら溝３２及び３７内にテープ摺
接面を確保し軟磁性薄膜３５の摩耗を防止するため等の
非磁性材３６及び４３が充填されて構成されるものであ
って、この場合信頼性や磁気特性、耐摩耗性等の点で優
れた特性を有するものである。

【０１１２】この種の磁気ヘッドの製造方法としては、
たとば同様に本出願人によって提案した特開昭６１−１
０５７１０号公報に開示されている方法がある。

【０１１３】この方法を図１９及び図２０を参照して説
明すると、この場合、例えばＭｎ−Ｚｎフェライトより
基体３１を用意する。

【０１１４】そして図１９Ａに示すように、この基体３
１の磁気ギャップ形成面に対応する主面３１ａに、第１
のトラック幅規制溝３２を直線的に回転砥石加工により
全域に亘って同一幅及び同一深さに複数平行に形成す
る。

【０１１５】次いで、図１９Ｂに示すように、基体３１
に対して軟磁性金属薄膜３５を形成する。

【０１１６】そして、図１９Ｃに示すように、基体３１
の軟磁性金属薄膜３５によって覆われた第１の溝３２内
に、ガラス等の非磁性材３６を充填し、基体３１の主面
１ａ上の軟磁性金属薄膜３５を平面研削して除去する。

【０１１７】さらに、図２０Ａに示すように、軟磁性金
属薄膜３５を被着した斜面３３と隣接し、上記第１の溝
３２と平行に、同様に全域に亘って同一幅及び深さとさ
れた複数の第２のトラック幅規制溝３７を形成する。こ
のとき第２の溝３７の切削位置は、この溝３７が斜面３
３上に形成される強磁性金属薄膜３５の、基板１の主面
３１ａと同一面とされた端面３５ａとほぼ一致するよう
に設定されている。次いで主面３１ａを平面研磨し、さ
らに鏡面仕上げを行い、トラック幅Ｔｗの矯正を行うと
ともに、主面３１ａすなわち磁気ギャップ形成面に、第
１の及び第２のトラック幅規制溝３２及び３７によりト
ラック幅が規制され、主面３１ａに斜面３３上の軟磁性
金属薄膜３５の端面が臨む対のコアブロック４５及び４
６（図においては一方のブロック１５のみを示してい
る）を作成する。

【０１１８】そして、一方のブロック１６に対し、図２
０Ｂに示すように、トラック幅規制溝２及び７に直交し
て巻線溝１１を形成する。

【０１１９】次に、図２０Ｃに示すように、コアブロッ
ク４５及び４６を、互いに第１のトラック幅規制溝３２
が他のコアブロック４６及び４５の第２のトラック幅規
制溝３７と対向し、例えばコアブロック４５及び４６
を、これらの主面３１ａのいずれか一方に膜付けされた
ギャップスペーサを介して、それぞれの軟磁性金属薄膜
３５が一致するように重ね合わせ、両者間に磁気ギャッ
プｇを形成して合体させる。この場合、例えば巻線溝４
１内にガラス等の非磁性材４３を溶融してこれら一対の
コアブロック１５，１６を融着するとともにこの非磁性
材１３を各第２の溝７内に充填し、両コアブロック１５
及び１６を合体する。

【０１２０】このようにしてコアブロック４５及び４６
が合体された合体ブロックを図２０Ｃ中ａ−ａ線、ａ′
−ａ′線の位置でスライシング加工し、複数個のヘッド
チップを切り出した後、磁気記録媒体との対接面を円筒
研磨して形成し、図１８に示すような軟磁性金属薄膜３
５が所要角度で傾斜し、かつ磁気ギャップｇが軟磁性金
属薄膜３５のみで構成され、さらに例えばフェライトに
より構成される磁気コア半体５１，５２が磁気ギャップ
近傍部において精度良く加工された磁気ヘッドを得る。

【０１２１】このような構成による磁気ヘッドにおいて
は特に磁性膜の基体の斜面３３上に形成された部分が磁
気ヘッドの磁路の大半を占めるので、その軟磁性金属薄
膜３５として、本発明による軟磁性薄膜２を用いること
によってよりすぐれた磁気ヘッドを構成することができ
る。

【０１２２】尚、本発明による磁気ヘッドの構造は上述
の各例に限られるものではなく種々の変型変更を採り得
る。

【０１２３】

【発明の効果】上述したところから明らかなように、本
発明によれば、特に斜め堆積により製造される軟磁性薄
膜の全磁気異方性を、従来と異なる観点から小さくする
ことができる。しかも、軟磁性薄膜として従来採用でき
なかった組成も新たに採用できるようになる。

【０１２４】また磁気ヘッドに適用して特性を劣化させ
ることなく、その軟磁性薄膜の形成時の金属被着粒子の
入射角を斜めにすることができる量産性等に適した製造
態様を採り得るなど工業的に大きな利益をもたらすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トルク測定から求めた全磁気異方性に基づく磁
化エネルギー｛全磁化エネルギーＫｕ（θ）｝と面内方
向角度θとの関係図である。

【図２】ＯＤＦ解析に基づき計算した結晶磁気異方性に
起因する磁化エネルギー｛結晶磁気異方性磁化エネルギ
ーＫｃ（θ）｝と面内方向角度θとの関係図である。

【図３】本発明軟磁性薄膜の一形成態様の断面図であ
る。

【図４】スパッタ法で金属粒子を基板上に堆積させて柱
状構造の薄膜を形成する場合に、金属粒子の基体への入
射方向を示す図である。

【図５】磁化曲線図である。

【図６】磁化曲線図である。

【図７】磁化曲線図である。

【図８】保持力Ｈｃ−結晶磁気異方性定数Ｋ₁ の測定結
果を示す図である。

【図９】異方性磁界Ｈｋ−結晶磁気異方性定数Ｋ₁ の測
定結果を示す図である。

【図１０】結晶配向を示す極点図である。

【図１１】結晶配向を示す極点図である。

【図１２】結晶配向を示す極点図である。

【図１３】結晶配向を示す極点図である。

【図１４】結晶方位図である。

【図１５】磁化エネルギー図である。

【図１６】本発明磁気ヘッドの一例の斜視図である。

【図１７】磁気ヘッドの製造工程図である。

【図１８】磁気ヘッドの他の例の斜視図である。

【図１９】磁気ヘッドの製造工程図（その１）である。

【図２０】磁気ヘッドの製造工程図（その２）である。

【符号の説明】

１ 基体 ２ 下地層 ３ 軟磁性薄膜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜の面内の任意の一の方向について磁
   化するに必要な磁化エネルギーを全磁化エネルギーと
   し、 該面内のあらゆる方向に関する全磁化エネルギーの最大
   値と最小値との差を｜Ｋtot ｜とし、 結晶磁気異方性に起因する磁化エネルギーの同様の最大
   値と最小値との差を｜Ｋｃ｜としたときに、 ｜Ｋtot ｜＜｜Ｋｃ｜ を満足させることを特徴とする軟磁性薄膜。
2. 【請求項２】 ｜Ｋtot ｜＜５０＜｜Ｋｃ｜（Ｊ／
   ｍ³ ）としたことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性
   薄膜。
3. 【請求項３】 ＦｅＲｕＧａＳｉ系合金よりなることを
   特徴とする請求項１に記載の軟磁性薄膜。
4. 【請求項４】 ＦｅとＲｕの組成が、７５原子％以上に
   選定されたことを特徴とする請求項３に記載の軟磁性薄
   膜。
5. 【請求項５】 ＦｅＡｌＳｉ系合金よりなることを特徴
   とする請求項１に記載の軟磁性薄膜。
6. 【請求項６】 立方晶でその結晶磁気異方性定数Ｋ₁ の
   値が、 ３＜Ｋ₁ ＜１０（１０³ Ｊ／ｍ³ ） とされたことを特徴とする請求項１、２、３、４または
   ５に記載の軟磁性薄膜。
7. 【請求項７】 基体上にＡｕ下地層を介して被着された
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６に
   記載の軟磁性薄膜。
8. 【請求項８】 基体上にＰｔ下地層を介して被着された
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６に
   記載の軟磁性薄膜。
9. 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５、６、７また
   は８に記載の軟磁性薄膜を用いてなることを特徴とする
   磁気ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、５、６、７ま
    たは８に記載の軟磁性薄膜を用いた薄膜コアを有してな
    ることを特徴とする磁気ヘッド。
11. 【請求項１１】 磁気ギャップ形成面に臨んで軟磁性薄
    膜が形成されて成る磁気ヘッドにおいて、上記軟磁性薄
    膜が、請求項１、２、３、４、５、６、７、または８に
    記載の軟磁性薄膜によって構成されたことを特徴とする
    磁気ヘッド。