JPH0547551A - 軟磁性薄膜 - Google Patents

軟磁性薄膜

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JPH0547551A
JPH0547551A JP20599691A JP20599691A JPH0547551A JP H0547551 A JPH0547551 A JP H0547551A JP 20599691 A JP20599691 A JP 20599691A JP 20599691 A JP20599691 A JP 20599691A JP H0547551 A JPH0547551 A JP H0547551A
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    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アニール処理をしなくとも低い保磁力を示
し、しかも耐熱性に優れ高飽和磁束密度を有する軟磁性
薄膜を提供する。 【構成】 Fe−Al−Si合金膜に、適量の窒素、酸
素、炭素を導入し、結晶粒を微細化する。微細化された
結晶粒径は、600Å以下である。また、窒素、酸素、
炭素の導入量は、20原子%以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッド材料等に利
用される軟磁性薄膜に関するものであり、特にFe,S
i,Alを主成分とする軟磁性薄膜の軟磁気特性の改善
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Fe,Si,Alを主成分とする軟磁性
薄膜は、センダストと称され、高透磁率、低保磁力であ
り、しかもフェライトに比べて飛躍的に高い飽和磁束密
度を有する材料であることから、高画質VTR用の磁気
ヘッド材料としての研究が進められており、既に実用化
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に結晶
質軟磁性材料は非晶質軟磁性材料に比べて熱安定性に優
れると言われており、前述のFe−Si−Al合金も例
外ではない。しかし、この結晶質軟磁性材料の欠点とし
ては、アニール処理を施さないと十分な軟磁気特性が発
現されないことが挙げられ、Fe−Si−Al合金の場
合、数百℃でアニール処理を施さないと保磁力が十分に
小さな値とならない。このことは、例えば薄膜磁気ヘッ
ドのコア材料としての用途を考えた場合、上層コアを成
膜した後にアニール処理が必要になることを意味し、層
間絶縁膜の材質に制約が生ずる等、実用化の妨げとな
る。
【0004】また、例えばバルク型磁気ヘッドの場合、
優れた信頼性を得るためにはその製造に際して550℃
程度のガラス融着工程が必要であり、このような高温で
の熱処理後にも優れた軟磁気特性を発揮することが要求
されるが、かかる観点から見た場合、前記Fe−Si−
Al合金の熱安定性は必ずしも十分なものとは言えな
い。
【0005】そこで本発明は、高飽和磁束密度を有し、
しかもアニール処理を施さなくとも十分な軟磁気特性を
発揮する軟磁性薄膜を提供することを目的とする。さら
に本発明は、熱安定性に優れ、高温でのガラス融着が可
能で、高信頼性の磁気ヘッドを実現することが可能な軟
磁性薄膜を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前述の目
的を達成せんものと鋭意検討を重ねた結果、Fe−Si
−Al合金膜を成膜する際に、窒素、酸素及び炭素のう
ちの少なくとも1種を導入し、成膜されたFe−Si−
Al合金膜の結晶粒を微細化することで、高飽和磁束密
度を示す組成において、アニール処理を施さなくとも
(いわゆるアズ・デポの状態でも)保磁力が小さく、し
かも高温での熱処理後にも十分な軟磁気特性が発現され
るとの知見を得るに至った。
【0007】本発明は、このような知見にもとづいて完
成されたものであって、(Fea Sib Alc x y
z w 〔ただし、a,b,c,x,y,z,wは各元
素の割合(原子%)を表す。〕なる組成式で表され、そ
の組成範囲が 60≦a≦90 0.1≦b≦25 0.1≦c≦25 80≦x≦100 0≦y≦20 0≦z≦20 0≦w≦20 a+b+c=100 x+y+z=100 であるとともに、平均結晶粒径が600Å以下であるこ
とを特徴とするものである。
【0008】ここで、Fe、Si、Alの組成(a,
b,c)の範囲は、磁気特性の観点から設定されたもの
であり、この範囲を外れると飽和磁束密度や透磁率を高
い値とすることが難しい。一方、窒素や酸素、炭素の割
合(y,z,w)は、軟磁気特性の観点から決められた
もので、これらの割合があまり多くなりすぎると(20
原子%を越えると)、低保磁力、高透磁率を維持するこ
とが難しくなる。
【0009】また、本発明の軟磁性薄膜は、スパッタリ
ングや真空蒸着、イオンプレーティング等の手法により
成膜されるが、窒素や酸素、炭素の少なくとも1種を導
入するとともに、成膜条件を適正なものとし、得られる
軟磁性薄膜の平均結晶粒径を600Å以下とする必要が
ある。この平均結晶粒径は、得られる軟磁性薄膜の軟磁
気特性に大きく影響し、平均結晶粒径が600Åを越え
ると、低保磁力化を図ることが難しい。
【0010】成膜時に窒素や酸素、炭素の少なくとも1
種を導入する手法としては、例えば窒素や酸素の場合に
は、それぞれ窒素ガス、酸素ガスを成膜雰囲気中に導入
すればよく、あるいはターゲットに窒化物や酸化物を用
いればよい。同様に、炭素を導入するには、炭化水素や
一酸化炭素、二酸化炭素等のように炭素を構成元素とす
るガスを成膜雰囲気中に導入すればよく、さらにはカー
ボンペレットや炭化物をターゲットに用いてもよい。
【0011】
【作用】Fe−Si−Al合金膜を成膜する際に、窒
素、酸素、炭素の少なくとも1種を導入して結晶粒を微
細化し、平均結晶粒径を600Å以下とすることによ
り、軟磁気特性が大幅に改善され、アズ・デポの状態で
も保磁力が十分に小さなものとなる。しかも高飽和磁束
密度が維持され、耐熱性も向上する。
【0012】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、実験結果にもとづいて詳細に説明する。
【0013】実験例1 本実験例は、Fe−Si−Al合金膜に酸素を導入し、
平均結晶粒径や軟磁気特性への影響を調べたものであ
る。先ず、軟磁性薄膜の成膜はFe−Si−Al合金タ
ーゲット(直径100mm)を用いたDCスパッタによ
り行った。酸素の導入は、スパッタ雰囲気中にArと酸
素(O2 )の混合ガスを導入することにより行った。成
膜時のスパッタ条件は下記の通りである。 導入ガス : Ar+O2 スパッタガス圧 : 0.51Pa 投入電力 : 300W 膜厚 : 3μm
【0014】以上のスパッタ条件に従い、酸素の導入量
を変えて各種軟磁性薄膜を成膜し、その平均結晶粒径並
びに保磁力Hc(アズ・デポ)を測定した。なお、前記
平均結晶粒径は、X線回折パターンを基に、主ピークの
半値幅からScherrerの式により求めた。この値
は、透過型電子顕微鏡による膜の観察から求められた値
とほぼ一致した。また、保磁力Hcは、B−Hループト
レーサーによって測定した。なお、飽和磁束密度Bsに
ついても振動試料型磁力計(VSM)により測定した
が、いずれもほぼ12kGであった。
【0015】図1は、(Fe74.5Si17.4Al8.1
100-z z (0≦z≦20)なる組成を有する軟磁性薄
膜において、酸素量を変化させることによって平均結晶
粒径が変化し、これに伴って保磁力Hcが変化する様子
を図示したものである。保磁力Hcは、平均結晶粒径が
小さくなるにつれ急激に小さな値を示すようになってい
る。
【0016】そこで次に、代表的なサンプルについて、
平均結晶粒径と保磁力Hc(アズ・デポ)の測定値を表
1に掲載する。これらサンプルは、いずれも先のスパッ
タ条件に従い酸素の導入量を変えることによって作製し
たものであるが、サンプル7については、スパッタガス
圧を高くして成膜した。(スパッタガス圧3Pa)
【0017】
【表1】
【0018】この表からも明らかなように、適量の酸素
を導入して平均結晶粒径を小さなものとしたサンプル1
〜4(実施例に相当)は、アズ・デポの状態での保磁力
Hcが2以下であり、アニール処理を行わなくとも良好
な軟磁気特性を発揮した。これに対して、酸素を導入せ
ず平均結晶粒径が大きな値となっているサンプル5は、
アズ・デポでの保磁力Hcが12と大きな値を示した。
同様に、酸素を導入しても条件が不適切なために平均結
晶粒径が大きな値となっているサンプル7についても、
保磁力Hcは高い値となっており、軟磁気特性の劣化が
見られる。また、酸素の導入量が多すぎるサンプル6
は、平均結晶粒径は小さな値となっているが、酸素過剰
により軟磁気特性が劣化しており、保磁力Hcはやはり
高い値となっている。
【0019】実験例2 本実験例は、Fe−Si−Al合金膜に窒素を導入し、
平均結晶粒径や軟磁気特性への影響を調べたものであ
る。軟磁性薄膜の成膜条件は先の実験例1と同様である
が、スパッタ時の導入ガスをAr+N2 とした。窒素を
導入した場合にも、酸素の場合と同様に平均結晶粒径が
変化し、これに伴って保磁力Hcが変化した。表2に、
代表的なサンプルの平均結晶粒径と保磁力Hc(アズ・
デポ)の測定値を示す。なお、サンプル13について
は、先のサンプル7と同様、スパッタガス圧を3Paと
して成膜した。
【0020】
【表2】
【0021】窒素を導入した場合にも酸素の場合と全く
同様な傾向が見られ、適量の窒素を導入して平均結晶粒
径を小さなものとしたサンプル8〜11は、アズ・デポ
の状態でも良好な軟磁気特性を発揮した。これに対し
て、窒素の導入量が多すぎるサンプル12や窒素を導入
しても平均結晶粒径が大きなものとなっているサンプル
13では、保磁力Hcは高い値であった。
【0022】実験例3 本実験例は、Fe−Si−Al合金膜に炭素を導入し、
平均結晶粒径や軟磁気特性への影響を調べたものであ
る。軟磁性薄膜の成膜条件は先の実験例1と同様である
が、スパッタ時の導入ガスをArとし、Fe−Si−A
l合金ターゲット上にカーボンペレットを並べてスパッ
タを行った。炭素を導入した場合にも、酸素の場合と同
様に平均結晶粒径が変化し、これに伴って保磁力Hcが
変化した。表3に、代表的なサンプルの平均結晶粒径と
保磁力Hc(アズ・デポ)の測定値を示す。なお、サン
プル19については、先のサンプル7と同様、スパッタ
ガス圧を3Paとして成膜した。
【0023】
【表3】
【0024】炭素を導入して平均結晶粒径を小さなもの
とした場合にも酸素の場合と全く同様の効果が得られ、
平均結晶粒径が小さなものとされたサンプル14〜17
は、アズ・デポでの保磁力Hcが小さく、軟磁気特性に
優れたものであった。また、炭素の導入量が多すぎるサ
ンプル18や炭素を導入しても平均結晶粒径が大きいサ
ンプル19は、アズ・デポでは保磁力Hcが高く、軟磁
性薄膜としての性能に劣ることが確認された。
【0025】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、Fe−Si−Al系合金膜に窒素、酸
素、炭素のいずれかを導入して結晶粒を微細化している
ので、保磁力を著しく改善することができ、アズ・デポ
の状態での保磁力が小さく、しかも高飽和磁束密度を有
する軟磁性薄膜を提供することが可能である。また、結
晶粒の微細化により熱安定性を高めることができるの
で、信頼性の高いガラス融着工程が可能となり、高保磁
力磁気記録媒体に対応可能で、しかも高信頼性を有する
磁気ヘッドを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】平均結晶粒径と保磁力Hc(アズ・デポ)の関
係を示す特性図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年1月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】本発明は、このような知見にもとづいて完
成されたものであって、(FeSiA1
〔ただし、a,b,c,x,y,z,wは各元
素の割合(原子%)を表す。〕なる組成式で表され、そ
の組成範囲が 60≦a≦90 0.1≦b≦25 0.1≦c≦25 80≦x≦100 0≦y≦20 0≦z≦20 0≦w≦20 a+b+c=100 X+y+z+w=100 であるとともに、平均結晶粒径が600Å以下であるこ
とを特徴とするものである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】
【表1】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】
【表2】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 和彦 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 阿蘇 興一 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (Fea Sib Alc xy z w
    〔ただし、a,b,c,x,y,z,wは各元素の割合
    (原子%)を表す。〕なる組成式で表され、その組成範
    囲が 60≦a≦90 0.1≦b≦25 0.1≦c≦25 80≦x≦100 0≦y≦20 0≦z≦20 0≦w≦20 a+b+c=100 x+y+z=100 であるとともに、平均結晶粒径が600Å以下であるこ
    とを特徴とする軟磁性薄膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08241813A (ja) * 1995-01-16 1996-09-17 Lg Electron Inc 磁気ヘッド用軟磁性薄膜材料
US5698725A (en) * 1995-09-14 1997-12-16 Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd. Surface treating agent for glass fiber substrates
WO2009145130A1 (ja) * 2008-05-28 2009-12-03 アルプス電気株式会社 磁性シート及びその製造方法
WO2010113791A1 (ja) * 2009-03-31 2010-10-07 アルプス電気株式会社 磁性シート

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