JPH06283332A - Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it - Google Patents

Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it

Info

Publication number
JPH06283332A
JPH06283332A JP29087093A JP29087093A JPH06283332A JP H06283332 A JPH06283332 A JP H06283332A JP 29087093 A JP29087093 A JP 29087093A JP 29087093 A JP29087093 A JP 29087093A JP H06283332 A JPH06283332 A JP H06283332A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
component
thin film
atom
atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29087093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Ogata
潔 尾形
Kazufumi Suenaga
和史 末永
Asao Nakano
朝雄 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP29087093A priority Critical patent/JPH06283332A/en
Publication of JPH06283332A publication Critical patent/JPH06283332A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/13Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F10/132Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing cobalt

Landscapes

  • Magnetic Heads (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a thin film magnetic material having stable magnetic characteristics and an excellent performance by scattering specific nonmagnetic micro cluster areas in an amorphous magnetic area composed of magnetic atoms. CONSTITUTION:This magnetic material contains a first component composed of at least one kind of magnetic atoms selected from among Co, Fe, and Ni, second component composed of at least one kind of nonmagnetic atoms selected from among Nb, Ta, and V, and third component composed of nonmagnetic Zr atoms. At the time of forming the magnetic material, an amorphous area 2 is formed of the magnetic atoms of the first component and micro cluster areas 1 are formed of the atoms of the second and third components so that the areas 1 can be scattered in the area 2. Therefore, various kinds of micro magnetic devices having high degrees of integration and complicated shapes can be obtained, because the magnetic stability against temperatures of this thin film magnetic material and, accordingly, the machining stresses and degree of freedom in design of magnetic circuit elements can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、新規な薄膜磁性体とそ
の製造方法およびそれを用いたマイクロ磁気デバイスに
係り、特に低磁歪、高透磁率、高飽和磁束密度、熱安定
性、耐食性および耐摩耗性に優れた高性能のマイクロ磁
気デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel thin film magnetic material, a method for producing the same and a micro magnetic device using the same, and particularly to low magnetostriction, high magnetic permeability, high saturation magnetic flux density, thermal stability, corrosion resistance and The present invention relates to a high-performance micro magnetic device having excellent wear resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のマイクロ磁気デバイスに
設けられる薄膜磁性体は、フェライトやセラミック等の
非磁性絶縁基板、またはその上に積層された非磁性絶縁
膜等の上に、スパッタリング等の薄膜製造技術を用いて
形成されている。この種の薄膜磁性体は、例えばVTR
やハードディスクの記録・再生用磁気ヘッドおよび計測
機用センサーヘッドの磁気回路素子等に用いられてい
る。このような用途においては、透磁率が所望の値に設
定できること、透磁率の経時変化が少ないこと、温度に
よる透磁率の変化が小さいことが望まれる。また、高い
温度が繰り返し加わっても磁気特性が変化しない、すな
わち軟磁気特性を維持することが望まれている。従来、
この種の薄膜磁性体はCo−Nb合金、Co−Zr合
金、Co−Nb−Zr合金などで形成されていた。これ
らの材料は、例えば、日本応用磁気学会誌「Co系超構
造窒化合金膜を用いた積層型ビデオヘッド」、特開昭5
8−98824号公報の「磁気ヘッド」、特開昭62−
274043号公報の「熱安定性高磁束密度非晶質合
金」、特開昭63−270440号公報の「磁気ヘッド
用合金」および特開平1−181503号公報の「アモ
ルファス軟磁性体」等において報告されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a thin film magnetic material provided in this type of micro magnetic device has been formed by sputtering, etc. on a non-magnetic insulating substrate such as ferrite or ceramic, or a non-magnetic insulating film laminated thereon. It is formed using a thin film manufacturing technique. This kind of thin film magnetic material is, for example, a VTR.
It is used in magnetic circuit elements of magnetic heads for recording / playback of hard disks and sensor heads of measuring instruments. In such applications, it is desired that the magnetic permeability can be set to a desired value, that the magnetic permeability does not change with time, and that the change in magnetic permeability with temperature is small. Further, it is desired that the magnetic characteristics do not change even if high temperature is repeatedly applied, that is, the soft magnetic characteristics are maintained. Conventionally,
This type of thin film magnetic body was formed of a Co—Nb alloy, a Co—Zr alloy, a Co—Nb—Zr alloy, or the like. These materials are described, for example, in the Journal of Applied Magnetics of Japan, "Multilayer Video Head Using Co-Based Superstructure Nitride Alloy Film", Japanese Patent Laid-Open No.
No. 8-98824, "Magnetic head", Japanese Patent Laid-Open No. 62-
Reported in "Heat-Stable High Magnetic Flux Density Amorphous Alloy" of Japanese Patent No. 274043, "Alloy for Magnetic Head" of Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-270440, and "Amorphous Soft Magnetic Material" of Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-181503. Has been done.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、スパッタ蒸着
法等により成膜されたCo−Nb−Zr およびCo−
Nb−Zr−Ta合金磁性膜等の従来の薄膜磁性体は、
National Technical Report Vol.31, No.6, pp136-142
に示されるように微結晶質を主体とした構造である。ま
た、例えば特開昭58−98824号公報に示される磁
性体は非晶質合金よりなる。しかし、これらの薄膜は、
例えば775Kを越える温度に長時間保持すると、透磁
率が変化する等の欠点があり、マイクロ磁気デバイスと
しての動作が不安定となって、所期の性能が維持できな
いという問題があった。例えば、薄膜積層基板はSiO
2等の非磁性絶縁層を磁性層間に設けて構成される。こ
の製造過程において、スパッタリング時に誘導された磁
気異方性を取り除くために、磁性膜のキュリー温度以
上、再結晶化温度以下の温度で熱処理を行うが、徐冷の
際に磁壁の固着等による初透磁率の劣化という問題が起
きる。また、磁性膜のキュリー温度が結晶化温度よりも
高いときは、熱処理によって蒸着時の誘導磁気異方性を
取り除くことができず、優れた軟磁気特性の磁性体を得
ることができないという問題があった。さらに、この種
の薄膜磁性体を磁気回路素子として用いる磁気ヘッドで
は、その製造過程でのガラス接着や機械加工によって透
磁率が低下し、軟磁気特性が失われるという問題があっ
た。
However, Co-Nb-Zr and Co- films formed by the sputter deposition method or the like are used.
Conventional thin film magnetic materials such as Nb-Zr-Ta alloy magnetic films are
National Technical Report Vol.31, No.6, pp136-142
As shown in, the structure is mainly composed of microcrystalline material. Further, for example, the magnetic body disclosed in JP-A-58-98824 is made of an amorphous alloy. However, these thin films
For example, if the temperature exceeds 775K for a long time, there is a defect that the magnetic permeability changes, and the operation as a micro magnetic device becomes unstable, so that the desired performance cannot be maintained. For example, the thin film laminated substrate is SiO
A non-magnetic insulating layer such as 2 is provided between magnetic layers. In this manufacturing process, in order to remove the magnetic anisotropy induced during sputtering, heat treatment is performed at a temperature not lower than the Curie temperature of the magnetic film and lower than the recrystallization temperature. The problem of deterioration of magnetic permeability arises. Further, when the Curie temperature of the magnetic film is higher than the crystallization temperature, it is impossible to remove the induced magnetic anisotropy at the time of vapor deposition by heat treatment, and it is not possible to obtain a magnetic material having excellent soft magnetic characteristics. there were. Further, in a magnetic head using this kind of thin film magnetic body as a magnetic circuit element, there is a problem that the magnetic permeability is lowered due to glass bonding or machining in the manufacturing process, and the soft magnetic characteristics are lost.

【0004】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであって、(1)マイクロ磁気デバ
イスを製造する過程での温度履歴や機械加工に対しての
安定度を高め、(2)温度特性を大きく変化させること
なく透磁率を所望の値に設定することが可能な磁性体を
作製すると共に、(3)薄膜磁性体の軟磁気特性を維持
し、所期の特性を長期間にわたって維持することが可能
なマイクロ磁気デバイスを提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems in the prior art, and (1) to increase the stability against temperature history and machining in the process of manufacturing a micro magnetic device, 2) Produce a magnetic material whose magnetic permeability can be set to a desired value without significantly changing the temperature characteristics, and (3) maintain the soft magnetic characteristics of the thin-film magnetic material to extend the desired characteristics. It is to provide a micro magnetic device that can be maintained for a period of time.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明の新規な薄膜磁性体は、1種または
2種以上の磁性原子からなる第1成分の非晶質領域と、
1種または2種以上の非磁性原子からなる第2成分と、
これに微量の第3成分を添加することにより、第2成分
原子と第3成分原子が凝集してマイクロクラスタ領域を
形成し、このマイクロクラスタ領域を、上記第1成分原
子からなる非晶質領域中に散在させる形態とするもので
ある。なお、上記第3成分を添加しない場合には、第1
成分および第2成分からなる合金が晶出し、磁気特性に
悪影響を与えることがある。本発明の薄膜磁性体は、非
磁性のマイクロクラスタ領域を上記第1成分の磁性原子
からなる非晶質磁性領域に散在させることにより、第1
成分の非晶質磁性領域の結晶化を防ぎ、磁気特性が安定
して優れた性能を持つ薄膜磁性体を実現できるものであ
る。本発明の薄膜磁性体の上記マイクロクラスタの領域
構造は、スパッタリング法、真空蒸着法等の物理的蒸着
(PVD)法あるいは化学気相成長法等の化学的蒸着
(CVD)法によって成膜時に形成させても良く、また
成膜後の熱処理あるいは熱処理時に回転磁界を与えるこ
とにより形成させることができる。本発明の一つの態様
は、ガラス、フェライト、非磁性のセラミック等よりな
る所定形状のの基板上に直接、もしくはクロム(C
r)、酸化ケイ素(SiO2等)、酸化アルミニウム
(Al23等)などの下地層を介して形成した薄膜磁性
体を有し、該薄膜磁性体は、Co、FeおよびNiのう
ちから選択される少なくとも1種の磁性原子からなる第
1成分と、Nb、TaおよびVのうちから選択される少
なくとも1種の非磁性原子からなる第2成分と、非磁性
のZr原子を第3成分として含み、上記第1成分を構成
する磁性原子は非晶質領域を形成し、上記第2成分と第
3成分を構成する非磁性原子はマイクロクラスタ領域を
形成し、該マイクロクラスタ領域が、上記第1成分原子
からなる非晶質領域中に散在する形態に構成したマイク
ロ磁気デバイス用に好適な薄膜磁性体である。本発明の
一つの好ましい態様は、所定の基板上に、直接もしくは
下地層を介して形成される薄膜磁性体が、Co、Nbお
よびZrを必須成分として含むCo−Nb−Zr合金、
またはCo、TaおよびZrを必須成分として含むCo
−Ta−Zr合金 あるいはFe、TaおよびZrを必
須成分として含むFe−Ta−Zr合金等が挙げられ
る。これらの薄膜磁性体は、CoまたはFeが非晶質の
磁性領域を形成し、NbおよびZr、あるいはTaおよ
びZrが、おおよそ0.8×0.9nmの大きさの非磁
性のマイクロクラスタ領域を形成し、この非磁性のマイ
クロクラスタ領域が、上記のCoまたはFeからなる非
晶質の磁性領域中に散在する形態に構成するものであ
る。この非晶質の磁性領域中に散在したマイクロクラス
タ領域が、強磁性を示す非晶質領域の結晶化を防ぎ、安
定した磁気特性を示す高性能の薄膜磁性体を構成するも
のである。本発明の薄膜磁性体において、磁性原子から
なる非晶質領域中に散在させるマイクロクラスタ領域の
比率は、目標とする薄膜の磁気特性(透磁率、飽和磁束
密度等)の値により設定することが可能であるが、マイ
クロクラスタ領域を形成する原子の比率として、原子%
で、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下
で、おおよそ16.6%以下の範囲が最も好ましい。ま
た、本発明の薄膜磁性体は、通常のPVD法もしくはC
VD法を用いて、所定の基板上に直接、もしくは下地層
を介して、第1成分原子からなる非晶質領域と、第2成
分原子および第3成分原子であるZrにより形成される
非磁性のマイクロクラスタ領域が、非晶質の磁性領域中
に散在するように形成する。この際、第1成分原子から
なる非晶質領域と、第2成分および第3成分原子(Z
r)のマイクロクラスタ領域との体積比を制御すること
により、透磁率や飽和磁束密度等を目的の値に設定して
製造することができる。本発明の薄膜磁性体の好ましい
製造方法は、所定の真空度に保持した真空槽内に、所定
の基板もしくは下地層を形成した基板を配設し、該基板
と対向する位置に、あらかじめ目的とする成分組成に調
整した合金ターゲットを配置するか、もしくは第1成分
原子であるCo、FeまたはNi金属と、第2成分原子
であるNb、TaまたはV金属と、第3成分原子である
Zr金属の表面露出面積比を変えて、目的とする成分組
成の薄膜磁性体のなるように調整した金属ターゲットを
配置し、直流もしくは交流の電力を加えてスパッタリン
グを行い、上記第1成分原子と、第2成分原子およびZ
r原子の含有量を調整して、上記第1成分原子の非晶質
領域中に散在する上記第2成分原子およびZr原子から
なるマイクロクラスタ領域の体積比を制御して、透磁率
および飽和磁束密度を所望の値に設定した薄膜磁性体を
得ることができる。さらに、本発明の薄膜磁性体の製造
方法において、所定の基板上に、目的とする成分組成の
薄膜磁性体を形成した後、結晶化温度以下の所定の温度
で熱処理を施すことにより、より安定性に優れた磁気特
性(透磁率および飽和磁束密度)を有する薄膜磁性体を
得ることができる。また本発明は、所定の基板上に、非
磁性絶縁膜と、上記した本発明の薄膜磁性体を、交互に
2層以上積層して磁性薄膜積層基板を製造することがで
きる。そして、この薄膜積層基板を、磁気回路素子とし
て用い、情報の記録または再生もしくは消去を行う磁気
ヘッドを構成することができ、さらに上記の磁気ヘッド
を用いて、高性能の磁気記録、再生装置を構成すること
ができる。さらに、上記の磁気ヘッドを用いて、磁気の
検出精度の高い磁気センサを構成することができ、ある
いは高周波特性に優れた超小型トランス(マイクロトラ
ンス)を構成することもできる。このように本発明の薄
膜磁性体は、磁気回路素子として用いることができ、本
発明の薄膜磁性体を用いて構成した上記のマイクロ磁気
デバイスは、その製造プロセスにおける熱処理や機械加
工等を施しても、磁気特性が劣化することなく、安定し
た磁気特性を有する薄膜磁性体あるいは薄膜積層基板等
を搭載したマイクロ磁気デバイスを実現することができ
る。なお、本発明の薄膜磁性体は、膜厚が、例えば10
μm以下のものを用いることが望ましいが、本発明はこ
れに限定されるものではない。
In order to achieve the above object of the present invention, a novel thin film magnetic material of the present invention comprises an amorphous region of a first component composed of one kind or two or more kinds of magnetic atoms. ,
A second component composed of one or more non-magnetic atoms,
By adding a slight amount of the third component to this, the second component atom and the third component atom aggregate to form a microcluster region, and the microcluster region is formed into an amorphous region composed of the first component atom. It is in the form of being scattered inside. When the third component is not added, the first
The alloy composed of the first component and the second component may crystallize, which may adversely affect the magnetic properties. The thin-film magnetic material of the present invention has the non-magnetic micro-cluster region dispersed in the amorphous magnetic region composed of the magnetic atoms of the first component, thereby
It is possible to realize a thin film magnetic body having excellent performance with stable magnetic characteristics by preventing crystallization of the amorphous magnetic region of the component. The above-mentioned microcluster region structure of the thin film magnetic material of the present invention is formed at the time of film formation by a physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering method or a vacuum vapor deposition method or a chemical vapor deposition (CVD) method such as a chemical vapor deposition method. Alternatively, it may be formed by heat treatment after film formation or by applying a rotating magnetic field during the heat treatment. One embodiment of the present invention is directly on a substrate of glass, ferrite, non-magnetic ceramic or the like having a predetermined shape, or chromium (C
r), silicon oxide (SiO 2 or the like), aluminum oxide (Al 2 O 3 or the like), or the like. A first component comprising at least one magnetic atom selected, a second component comprising at least one non-magnetic atom selected from Nb, Ta and V, and a third component comprising a non-magnetic Zr atom. And the magnetic atoms forming the first component form an amorphous region, and the non-magnetic atoms forming the second component and the third component form a microcluster region, and the microcluster region is It is a thin film magnetic material suitable for a micro magnetic device configured to be scattered in an amorphous region composed of first component atoms. One preferable embodiment of the present invention is that a thin film magnetic body formed directly or through an underlayer on a predetermined substrate contains Co, Nb and Zr as essential components Co—Nb—Zr alloy,
Alternatively, Co containing Co, Ta and Zr as essential components
-Ta-Zr alloy or Fe-Ta-Zr alloy containing Fe, Ta and Zr as essential components can be mentioned. In these thin film magnetic bodies, Co or Fe forms an amorphous magnetic region, and Nb and Zr or Ta and Zr form a non-magnetic microcluster region having a size of about 0.8 × 0.9 nm. The non-magnetic micro-cluster regions are formed so as to be scattered in the amorphous magnetic regions made of Co or Fe. The microcluster regions scattered in the amorphous magnetic region prevent crystallization of the amorphous region exhibiting ferromagnetism, and constitute a high-performance thin film magnetic body exhibiting stable magnetic characteristics. In the thin-film magnetic material of the present invention, the ratio of the micro-cluster regions scattered in the amorphous region composed of magnetic atoms can be set by the target magnetic properties (permeability, saturation magnetic flux density, etc.) of the thin film. It is possible, but as a ratio of atoms forming the microcluster region, atomic%
It is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and most preferably about 16.6% or less. In addition, the thin film magnetic material of the present invention can be manufactured by the usual PVD method or C
Using the VD method, a non-magnetic region formed by a first component atom, an amorphous region, and a second component atom and a third component atom, Zr, directly on a predetermined substrate or via an underlayer. Microcluster regions are formed so as to be scattered in the amorphous magnetic region. At this time, the amorphous region composed of the first component atoms and the second and third component atoms (Z
By controlling the volume ratio to the microcluster region of r), it is possible to set the magnetic permeability, the saturation magnetic flux density, and the like to desired values for manufacturing. A preferred method for producing a thin film magnetic material of the present invention is to dispose a predetermined substrate or a substrate on which a base layer is formed in a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, and to preliminarily aim at a position facing the substrate. The alloy target adjusted to the component composition is arranged, or Co, Fe or Ni metal as the first component atom, Nb, Ta or V metal as the second component atom, and Zr metal as the third component atom. By changing the surface exposed area ratio of the metal target, arranging a metal target adjusted so as to be a thin film magnetic material having a target component composition, and applying DC or AC power to perform sputtering, Binary atom and Z
The content of r atoms is adjusted to control the volume ratio of the micro-cluster regions made up of the second component atoms and Zr atoms scattered in the amorphous region of the first component atoms to obtain magnetic permeability and saturation magnetic flux. It is possible to obtain a thin film magnetic body having a density set to a desired value. Furthermore, in the method for producing a thin film magnetic material of the present invention, after forming a thin film magnetic material having a target component composition on a predetermined substrate, heat treatment at a predetermined temperature not higher than the crystallization temperature makes it more stable. A thin film magnetic body having excellent magnetic properties (permeability and saturation magnetic flux density) can be obtained. Further, according to the present invention, a magnetic thin film laminated substrate can be manufactured by alternately laminating two or more layers of a non-magnetic insulating film and the above-mentioned thin film magnetic material of the present invention on a predetermined substrate. Then, by using this thin film laminated substrate as a magnetic circuit element, a magnetic head for recording, reproducing or erasing information can be constructed. Furthermore, by using the above magnetic head, a high performance magnetic recording and reproducing apparatus can be provided. Can be configured. Further, by using the above magnetic head, a magnetic sensor having high magnetic detection accuracy can be configured, or a microminiature transformer (microtransformer) having excellent high frequency characteristics can be configured. As described above, the thin film magnetic body of the present invention can be used as a magnetic circuit element, and the above-described micro magnetic device configured by using the thin film magnetic body of the present invention is subjected to heat treatment or machining in its manufacturing process. Also, it is possible to realize a micro magnetic device equipped with a thin film magnetic body or a thin film laminated substrate having stable magnetic characteristics without deteriorating the magnetic characteristics. The thin film magnetic material of the present invention has a film thickness of, for example, 10
It is desirable to use a layer having a thickness of μm or less, but the present invention is not limited to this.

【0006】[0006]

【作用】本発明の薄膜磁性体の磁気特性は、主として第
1成分である磁性原子の非晶質構造の領域に依存してい
る。第2成分および第3成分の非磁性原子からなるマイ
クロクラスタ領域は磁気特性にほとんど寄与せず、C
o、FeまたはNiの磁性原子による非晶質領域の実効
的な体積を減少させ、磁性体薄膜全体としての磁気異方
性を低下させ、軟磁気特性を改善すると共に、薄膜磁性
体の成膜直後に発生する誘導磁気異方性や磁壁の固着を
緩和する役割をもつものである。また、Nb、Taまた
はV、およびZrの非磁性原子により構成したマイクロ
クラスタ領域で、磁性原子からなる非晶質領域の結晶成
長を抑止する構造となるため、675〜775K程度の
温度においても原子レベルの構造的な変化を起こさず、
また誘導磁気異方性を生じることがないので、安定した
磁気特性の薄膜磁性体が得られる。このような原子レベ
ルの構造を持った磁性体を薄膜プロセスにより形成する
ことにより、低磁歪、かつ高密度記録に対応した高飽和
磁束密度、高透磁率の磁気回路素子からなる高性能のマ
イクロ磁気デバイスを実現することができる。
The magnetic characteristics of the thin film magnetic material of the present invention mainly depend on the region of the first component, which is an amorphous structure of the magnetic atom. The micro-cluster region composed of the non-magnetic atoms of the second component and the third component makes almost no contribution to the magnetic properties, and C
The effective volume of the amorphous region due to the magnetic atoms of o, Fe or Ni is reduced, the magnetic anisotropy of the entire magnetic thin film is reduced, the soft magnetic characteristics are improved, and the thin film magnetic film is formed. It also plays a role in alleviating induced magnetic anisotropy and sticking of domain walls that occur immediately after. In addition, the microcluster region composed of non-magnetic atoms of Nb, Ta or V, and Zr has a structure that suppresses crystal growth of an amorphous region composed of magnetic atoms, so that even at a temperature of about 675 to 775 K Without causing structural changes in level,
Further, since induced magnetic anisotropy does not occur, a thin film magnetic body having stable magnetic characteristics can be obtained. By forming a magnetic material with such an atomic level structure by a thin film process, a high-performance micro magnetic composed of a magnetic circuit element with high saturation magnetic flux density and high permeability corresponding to low magnetostriction and high density recording. The device can be realized.

【0007】[0007]

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例1〉 (1)概要 本発明による薄膜磁性体の1例として、Co0.835
0.124Zr0.041の成分組成を持つ薄膜磁性体について
説明する。この組成の薄膜磁性体は、物理的蒸着法であ
る、例えばスパッタリング法を用いて成膜することがで
きる。Co−Nb−Zrの3成分系では、NbおよびZ
r原子が集合して非磁性のマイクロクラスタ領域を構成
し、磁性原子であるCoは非晶質となることが重要であ
る。 図1(a)、(b)は、本発明の領域構造の一例を
示す模式図である。図1(a)において、黒く示した6角
形の部分は非磁性原子のマイクロクラスタ1の領域を示
すものであって、Nbおよび微量のZr原子により構成
されているマイクロクラスタ領域である。その他の領域
は、Co原子からなる磁性原子の非晶質領域2により構
成されている。磁性体薄膜全体の磁気特性に直接寄与す
るのは、結晶構造を持たない非晶質のCo領域であり、
Co、Nb、Zrの組成比を変化させることにより、磁
気特性の最も優れた薄膜磁性体を得ることが可能であ
る。図1(b)は、ガラス製の非磁性基板9に、Crの
下地層16を形成し、その上にCo−Nb−Zrの3成
分系の磁性薄膜11を設けた場合の断面構造を示す模式
図である。 (2)成膜方法 上記マイクロクラスタの原子レベル構造をもつ本発明の
薄膜磁性体は、例えば次に述べるようなPVD法の中の
スパッタリング法を用いて成膜することができる。すな
わち、図5に示す真空槽3内で、ターゲット4を薄膜磁
性体を形成する基板5と対向させ、直流あるいは交流の
電力、特に高周波電力を加えてスパッタリングを行う。
これにより、ターゲットの材料がクラスタあるいは原子
レベルに分解されて飛び出し、基板5の上に堆積され
る。また、その際にガスフロー管6からArガスを1〜
0.1Paの圧力で流し、冷却用配水管7により冷却水
を流し基板5を冷却しながら成膜を行う。なお、本実施
例において用いた基板はガラス性の基板上に、下地層と
してCr層を形成したものを用いた。なお、基板として
は、上記の他に、フェライトや非磁性のセラミック等を
用いることができ、下地層としては、SiO2等の酸化
ケイ素や、Al23等の酸化アルミニウムの薄膜を用い
ることができる。なお、本実施例の薄膜磁性体は、好ま
しくは成膜後に、結晶化温度以下の所定の温度で熱処理
を行う。本実施例の薄膜磁性体を形成するには、ターゲ
ット4としてCo、NbおよびZr金属を用いて行うこ
とができる。この場合、Co、NbおよびZr金属のタ
ーゲット4の表面に、それぞれの金属が露出する面積比
を変えることにより組成を制御することができる。上記
露出面積の制御は、ターゲット4にCoを配置し、その
表面上にNb片やZr片を置いて各元素の露出面積比を
調整する方法と、あらかじめ目的とする組成となるよう
に作製したCo−Nb−Zr合金をターゲット4として
用いる方法がある。そして、薄膜磁性体の原子レベルの
構造は、次に述べる方法で確認することができる。 (3)構造解析 本実施例で形成される薄膜磁性体は、非晶質であるため
X線回折等の結晶構造解析手法による構造の同定は困難
である。図9(a)に、本実施例において形成したCo
−Nb−Zr薄膜のX線回折パターンを示す。なお、図
9(b)は、図9(a)に示す薄膜を875Kで30分
間熱処理して結晶化させたものである。図9(a)はブ
ロードなパターンを持ち、非晶質状態になっていること
が分かるが、詳細な構造は不明である。そこで、非晶質
構造の解析が可能なEXAFS(拡張X線吸収微細構
造)測定法を用い、成膜時におけるスパッタ電力や成膜
後の熱処理温度およびArガスの圧力を変えて形成した
薄膜磁性体について、構造解析を行った。これにより、
優れた磁気特性(高透磁率、高飽和磁束密度)を有する
薄膜磁性体の構造を同定することができ、最良の製造プ
ロセスの条件を設定することが可能である。EXAFS
測定による解析を行うと、選択した特定原子種の周囲の
局所構造(原子の配置の情報)を求めることができる。
このEXAFS測定については、例えば、“日本物理学
会第34巻、第7号(1979),pp589−59
8”およびフィジカル・レビュー誌(Physical Review
B) Vol.1,No.8(1975), pp2795-2811”等に記載
されている。図2は、Nb原子の周囲の局所構造を解析
するために、NbのK−X線吸収端で測定したEXAF
Sの一例である。測定にはシンクロトロン放射光のX線
を用い、Co、Nb、Zr−K各吸収端のEXAFS測
定を行った。EXAFSの測定法には、透過法、蛍光法
および反射率法等がある。Co−Nb−Zr磁性薄膜の
EXAFS測定には、基板上に成膜された薄膜試料であ
っても最適なX線スペクトルを測定することができる蛍
光法を採用した。図3は、Nb−KのEXAFS測定を
フーリエ変換することにより求めたNb原子を中心とし
た動径分布である。横軸は、中心のNb原子から周囲に
配位する原子までの距離を示し、縦軸は原子の分布密度
を示す。この動径分布は、Nb原子の周囲の構造を定性
的に示すものである。X線吸収原子の周囲の構造を定量
的に解析する方法としては、カーブフィット法が挙げら
れる。例えば、次の(数1)に示す理論式にしたがい、
非線形最小二乗法を用いて、原子間距離rj、配位数N
j、Debye-Waller因子σjを最適化する。
Embodiments of the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings. <Example 1> (1) Outline As one example of the thin film magnetic material according to the present invention, Co 0 .835 N
b 0. 124 Zr 0. 041 for the thin film magnetic material having a component composition will be described. The thin film magnetic material having this composition can be formed by a physical vapor deposition method, for example, a sputtering method. In the Co-Nb-Zr ternary system, Nb and Z
It is important that r atoms are aggregated to form a non-magnetic microcluster region, and that Co, which is a magnetic atom, becomes amorphous. 1A and 1B are schematic diagrams showing an example of the region structure of the present invention. In FIG. 1A, the hexagonal portion shown in black indicates the region of the microcluster 1 of nonmagnetic atoms, which is a microcluster region composed of Nb and a trace amount of Zr atoms. The other regions are composed of amorphous regions 2 of magnetic atoms composed of Co atoms. It is the amorphous Co region having no crystal structure that directly contributes to the magnetic properties of the entire magnetic thin film.
By changing the composition ratio of Co, Nb, and Zr, it is possible to obtain a thin film magnetic body having the best magnetic characteristics. FIG. 1B shows a sectional structure in the case where a Cr underlayer 16 is formed on a glass nonmagnetic substrate 9 and a Co—Nb—Zr ternary magnetic thin film 11 is provided thereon. It is a schematic diagram. (2) Film Forming Method The thin film magnetic body of the present invention having the atomic level structure of the microclusters can be formed by using, for example, the sputtering method in the PVD method as described below. That is, in the vacuum chamber 3 shown in FIG. 5, the target 4 is opposed to the substrate 5 on which the thin film magnetic body is formed, and DC or AC power, especially high frequency power is applied to perform sputtering.
As a result, the material of the target is decomposed into clusters or atomic levels and jumps out, and is deposited on the substrate 5. At that time, 1 to 1 Ar gas is supplied from the gas flow pipe 6.
Film formation is carried out while flowing the substrate 5 with a pressure of 0.1 Pa and cooling water flowing through the cooling water pipe 7. The substrate used in this example was a glass substrate on which a Cr layer was formed as an underlayer. In addition to the above, ferrite or non-magnetic ceramics can be used as the substrate, and a thin film of silicon oxide such as SiO 2 or aluminum oxide such as Al 2 O 3 can be used as the underlayer. You can The thin film magnetic body of this embodiment is preferably heat-treated at a predetermined temperature equal to or lower than the crystallization temperature after the film formation. The thin film magnetic body of this embodiment can be formed by using Co, Nb, and Zr metals as the target 4. In this case, the composition can be controlled by changing the area ratio of each metal exposed on the surface of the Co, Nb and Zr metal target 4. The exposed area was controlled by arranging Co on the target 4 and placing Nb pieces or Zr pieces on the surface of the target 4 to adjust the exposed area ratio of each element, and prepared in advance so as to have a desired composition. There is a method of using a Co—Nb—Zr alloy as the target 4. The atomic level structure of the thin film magnetic material can be confirmed by the method described below. (3) Structural Analysis Since the thin film magnetic body formed in this example is amorphous, it is difficult to identify the structure by a crystal structure analysis method such as X-ray diffraction. In FIG. 9A, the Co formed in this example is shown.
3 shows an X-ray diffraction pattern of a -Nb-Zr thin film. Note that FIG. 9 (b) is obtained by crystallizing the thin film shown in FIG. 9 (a) by heat treatment at 875K for 30 minutes. FIG. 9A shows that it has a broad pattern and is in an amorphous state, but its detailed structure is unknown. Therefore, the EXAFS (extended X-ray absorption fine structure) measurement method capable of analyzing the amorphous structure was used to change the sputtering power during film formation, the heat treatment temperature after film formation, and the pressure of Ar gas to form a thin film magnetic film. Structural analysis was performed on the body. This allows
It is possible to identify the structure of a thin film magnetic body having excellent magnetic properties (high magnetic permeability and high saturation magnetic flux density), and it is possible to set the conditions for the best manufacturing process. EXAFS
When the analysis by measurement is performed, the local structure (information on the arrangement of atoms) around the selected specific atomic species can be obtained.
Regarding this EXAFS measurement, for example, “Physical Society of Japan, Vol. 34, No. 7 (1979), pp. 589-59.
8 ”and Physical Review magazine
B) Vol.1, No.8 (1975), pp2795-2811 ", etc. FIG. 2 shows the K-X-ray absorption edge of Nb in order to analyze the local structure around the Nb atom. EXAF measured
It is an example of S. EXAFS measurement of each absorption edge of Co, Nb, and Zr-K was performed using X-rays of synchrotron radiation for the measurement. The EXAFS measurement method includes a transmission method, a fluorescence method, and a reflectance method. For the EXAFS measurement of the Co-Nb-Zr magnetic thin film, a fluorescence method that can measure an optimum X-ray spectrum even with a thin film sample formed on a substrate was adopted. FIG. 3 is a radial distribution centered on Nb atoms obtained by Fourier transforming the EXAFS measurement of Nb-K. The horizontal axis represents the distance from the central Nb atom to the atoms coordinated to the surroundings, and the vertical axis represents the atom distribution density. This radial distribution qualitatively shows the structure around the Nb atom. As a method for quantitatively analyzing the structure around the X-ray absorbing atom, there is a curve fit method. For example, according to the following theoretical formula (Equation 1),
Using the nonlinear least squares method, the interatomic distance rj and the coordination number N
Optimize j, Debye-Waller factor σ j.

【0008】[0008]

【数1】 [Equation 1]

【0009】ただし j : X線吸収原子の周囲の原子を表わす添字 Nj: j種原子の個数(配位数) rj: X線吸収原子とj種原子との距離 fj: j種原子の後方散乱振幅 φj: X線光電子の散乱による位相シフト σj: Debye-Waller因子 k : X線光電子の波数(2π/λ) λ : 光電子の平均自由行程 S0: 光電子の非弾性損失を表わすパラメータ ここで、位相シフトφjと、後方散乱振幅fjの値には計
算値を用いることができる。またS0 2・exp(-2rj/λ)は
kに依存しないスケール因子と近似し、構造が既知であ
る標準試料の配位数の解析結果から求めることができ
る。以上の方法を用いて、本実施例の薄膜磁性体を解析
した例を以下に示す。ここでは比較のため、熱処理を行
っていない薄膜(as depo.)、735Kで熱処
理した薄膜および875Kで熱処理した薄膜について説
明する。図10には、配位数の解析結果の例を示す。こ
こで、例えば“Zr−Co”は、Zr−K吸収端EXA
FS測定によって解析したZr周囲のCo配位数を表わ
すことにする。図11には、原子間距離の解析結果の例
を示す。ただし、“Nb−M”(Mは金属を示す)は、
as depo.と、735Kの熱処理ではNb−Co
間の原子間距離を、875Kの熱処理試料ではNb−N
b原子間距離を表わしている。 (1)as depo.の場合 Nb周囲のCo配位数は約6、Nb周囲のNb配位数は
約4であり、Nbが組成にしたがってランダムに分布し
ている場合よりもNb配位数は大きくなっている。Co
−K吸収端EXAFS測定の解析から求めたCo−Co
間の原子間距離は0.2447nmであり、α−Co結
晶のCo−Co間の原子間距離の文献値(0.2502
nm)よりも極めて小さい。この測定では、入射X線の
偏光方向は薄膜試料面に対して垂直であり、この方向に
結合する原子間距離が解析されている。したって、試料
面に垂直な方向にα−Co相(hcp)の格子が縮んだ
非晶質構造になっているものと考えられる。また、Nb
−K吸収端EXAFS測定から求めたNb−Co間の原
子間距離は0.2749nmであり、金属半径から求め
たNb−Co間の原子間距離の理論値(0.268n
m)(図11中に破線で示す)よりも大きい。これはN
bが、Co格子中に存在するのではなく原子が凝集して
クラスタを形成していることを示している。 (2)735K熱処理の場合 as depo.に比べ、NbとZrの周りのCoの配
位数は減少し、NbとZrの配位数が増加する。これ
は、NbとZrがさらに凝集していることを示してい
る。Co−Co間の原子間距離は0.2454nmであ
り、Nb−Co間の原子間距離は0.2769nmであ
る。それぞれの原子間距離は、as depo.よりも
大きくなっている。ここで、簡単なクラスタのモデルを
導入して、クラスタサイズ(直径)とNb周囲のNb、
Co配位数比の関係を考察する。Nbクラスタおよび周
囲の構造が体心立方構造(bcc)であると仮定し、格
子の数をNとする。なお、クラスタの形を単純化し立方
体とする。Nbクラスタの周囲がCo格子(bcc)で
占められているとし、Nbに配位するNbおよびCo原
子の数を数えて配位数の比を求めた。図12は、Nb周
囲のNbとCoの配位数の比をクラスタ中のNb原子数
の関数で表わしている。EXAFS測定の解析結果から
得られた、as depo.試料のNb周囲のNbの配
位数とCoの配位数の比を、図12のグラフに対応させ
ると、クラスタ中のNb原子数は約25個となる。一
方、735K熱処理の場合にはas depo.に比べ
てクラスタサイズが約15%大きくなっていることが分
かる。現実のマイクロクラスタの構造は、上記のモデル
よりも複雑であり、種々の形態を取るものと考えられる
が、配位数比とクラスタサイズの関係は、いずれのモデ
ルを用いても同様の傾向を示す。図4には、上記薄膜磁
性体のマイクロクラスタ構造モデルの一例として、その
マイクロクラスタの平面図〔図4(a)〕および側面図
〔図4(b)〕を示す。中心をNb原子とした最密構造
をとり、周囲に12個のNb原子が結合している。そし
て、0.8×0.9nmの大きさのマイクロクラスタを
形成している。Zrは微量成分であるため、マイクロク
ラスタのモデル図には表示していない。 〈実施例2〉本実施例では本発明の薄膜積層基板の一実
施例について説明する。図6は、本実施例の磁性薄膜積
層基板の構成を示す斜視図である。図において、薄膜積
層基板8は、フェライトあるいは非磁性セラミック等の
基板9上に、1〜10nmの厚さのSiO2等で形成さ
れた非磁性絶縁膜10、および1〜10μmの厚さの磁
性薄膜11で、交互にスパッタ法により成膜して磁性薄
膜積層基板を構成する。渦電流の抑止と漏れ磁束量の大
幅低減のために、約1〜3nm程度の膜厚のSiO2
磁性絶縁膜10を使用する。薄膜磁性体が相転移等の原
子レベルの構造変化を起こすと、その磁性薄膜の磁気的
特性も変化し、初透磁率の低下や磁気異方性の誘発等が
起こり、所望の特性を満足しないため、製造歩留や磁気
デバイスとしての安定性に著しい障害が発生する。本実
施例で挙げた非磁性のマイクロクラスタが、磁性原子で
構成されている非晶質領域中に散在する薄膜磁性体で
は、Nb、ZrのマイクロクラスタがCo非晶質領域中
に散在し、Co原子領域のサイズを抑制して結晶化を妨
ぐため、675K〜775K程度の加熱では軟磁気特性
が安定に存在する。この薄膜磁性体を用いた薄膜積層基
板については、薄膜磁性体の各単層を数nm程度に成膜
することにより、スパッタ時に形成される磁性原子単体
領域を小さくして、膜面に対して垂直方向の磁気異方性
が低減できる。さらに、積層数を増やすことにより、渦
電流損失を低減して、軟磁気特性の優れた広い周波数帯
域に対応したマイクロ磁気デバイスに有効な磁性薄膜積
層基板を実現することができる。
However, j: a subscript representing the atoms around the X-ray absorbing atom Nj: the number of j-type atoms (coordination number) rj: the distance between the X-ray absorbing atom and the j-type atom fj: backscattering of the j-type atom Amplitude φj: Phase shift due to scattering of X-ray photoelectrons σj: Debye-Waller factor k: Wavenumber of X-ray photoelectrons (2π / λ) λ: Mean free path of photoelectrons S 0 : Parameter representing inelastic loss of photoelectrons where: Calculated values can be used for the values of the phase shift φj and the backscattering amplitude fj. Further, S 0 2 · exp (−2rj / λ) is approximated to a scale factor that does not depend on k, and can be obtained from the analysis result of the coordination number of a standard sample whose structure is known. An example of analyzing the thin film magnetic body of the present embodiment using the above method is shown below. Here, for comparison, a thin film that has not been heat-treated (as depo.), A thin film that has been heat-treated at 735 K, and a thin film that has been heat-treated at 875 K will be described. FIG. 10 shows an example of the analysis result of the coordination number. Here, for example, "Zr-Co" means Zr-K absorption edge EXA.
The Co coordination number around Zr analyzed by FS measurement will be expressed. FIG. 11 shows an example of the analysis result of the interatomic distance. However, "Nb-M" (M represents a metal) is
as depo. And the heat treatment at 735K results in Nb-Co
The interatomic distance between the two is Nb-N for the heat-treated sample of 875K.
b represents the interatomic distance. (1) as depo. In the case of, the Co coordination number around Nb is about 6, the Nb coordination number around Nb is about 4, and the Nb coordination number is larger than that when Nb is randomly distributed according to the composition. Co
Co-Co obtained from analysis of -K absorption edge EXAFS measurement
The inter-atomic distance between the two is 0.2447 nm, and the inter-atomic distance between Co and Co of the α-Co crystal is the literature value (0.2502
nm), which is extremely smaller than In this measurement, the polarization direction of the incident X-ray is perpendicular to the thin film sample surface, and the interatomic distance bonded in this direction is analyzed. Therefore, it is considered to have an amorphous structure in which the lattice of the α-Co phase (hcp) is shrunk in the direction perpendicular to the sample surface. Also, Nb
The inter-atomic distance between Nb and Co determined by -K absorption edge EXAFS measurement is 0.2749 nm, and the theoretical value of inter-atomic distance between Nb and Co determined from metal radius (0.268n
m) (indicated by a broken line in FIG. 11). This is N
b indicates that the atoms do not exist in the Co lattice but aggregate to form clusters. (2) In the case of heat treatment at 735K as depo. Compared with, the coordination number of Co around Nb and Zr decreases and the coordination number of Nb and Zr increases. This indicates that Nb and Zr are further aggregated. The interatomic distance between Co and Co is 0.2454 nm, and the interatomic distance between Nb and Co is 0.2769 nm. The interatomic distance of each is as depo. Is bigger than Here, by introducing a simple cluster model, cluster size (diameter) and Nb around Nb,
Consider the relationship of the Co coordination number ratio. It is assumed that the Nb cluster and the surrounding structure are body-centered cubic structure (bcc), and the number of lattices is N. The shape of the cluster is simplified to a cube. Assuming that the periphery of the Nb cluster was occupied by the Co lattice (bcc), the number of Nb and Co atoms coordinated to Nb was counted to obtain the ratio of coordination numbers. FIG. 12 shows the ratio of the coordination numbers of Nb and Co around Nb as a function of the number of Nb atoms in the cluster. As depo. Obtained from the analysis result of the EXAFS measurement. When the ratio of the coordination number of Nb and the coordination number of Co around Nb of the sample is made to correspond to the graph of FIG. 12, the number of Nb atoms in the cluster is about 25. On the other hand, in the case of heat treatment at 735 K, as depo. It can be seen that the cluster size is about 15% larger than that of. The structure of an actual microcluster is more complicated than the above model and is considered to take various forms, but the relationship between the coordination number ratio and the cluster size shows the same tendency regardless of which model is used. Show. FIG. 4 shows a plan view [FIG. 4 (a)] and a side view [FIG. 4 (b)] of the microcluster as an example of the microcluster structure model of the thin film magnetic body. It has a close-packed structure with the center being Nb atoms, and 12 Nb atoms are bonded to the periphery. Then, a micro cluster having a size of 0.8 × 0.9 nm is formed. Since Zr is a trace component, it is not shown in the model diagram of the microcluster. Example 2 In this example, an example of the thin film laminated substrate of the present invention will be described. FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the magnetic thin film laminated substrate of this embodiment. In the figure, a thin film laminated substrate 8 is a non-magnetic insulating film 10 made of SiO 2 or the like having a thickness of 1 to 10 nm and a magnetic material having a thickness of 1 to 10 μm on a substrate 9 such as ferrite or non-magnetic ceramic. The thin films 11 are alternately formed by sputtering to form a magnetic thin film laminated substrate. In order to suppress the eddy current and greatly reduce the amount of leakage magnetic flux, the SiO 2 nonmagnetic insulating film 10 having a film thickness of about 1 to 3 nm is used. When the thin-film magnetic material undergoes an atomic-level structural change such as a phase transition, the magnetic properties of the magnetic thin film also change, causing a decrease in initial permeability and induction of magnetic anisotropy, which does not satisfy the desired properties. Therefore, a significant obstacle occurs in manufacturing yield and stability as a magnetic device. In the thin film magnetic material in which the non-magnetic microclusters mentioned in this example are scattered in the amorphous region composed of magnetic atoms, the Nb and Zr microclusters are scattered in the Co amorphous region, Since the size of the Co atomic region is suppressed to prevent crystallization, the soft magnetic characteristics are stable under heating at about 675K to 775K. For a thin film laminated substrate using this thin film magnetic material, each single layer of the thin film magnetic material is formed to a thickness of several nm to reduce the magnetic atom simple substance region formed at the time of sputtering and The magnetic anisotropy in the perpendicular direction can be reduced. Further, by increasing the number of laminated layers, it is possible to reduce the eddy current loss and realize a magnetic thin film laminated substrate which is excellent in soft magnetic characteristics and which is effective for a micromagnetic device compatible with a wide frequency band.

【0010】〈実施例3〉本実施例では、薄膜積層基板
を用いて形成した磁気回路素子を使用したマイクロ磁気
デバイスである磁気ヘッドを例に挙げて説明する。図7
は、本実施例で例示する磁気ヘッドの構成を示す斜視図
である。図において、磁気ヘッドはフェライトまたは非
磁性セラミック基板12上に、本発明の薄膜磁性体から
なる薄膜積層基板13、接着ガラス14、磁気ギャップ
15等により構成されている。このように構成した、厚
さが20μm以下の薄膜積層基板13で構成した磁気ヘ
ッドを用いれば、磁気テープ上に、音や映像等の磁気情
報の読み書きが可能となる。本実施例の磁気ヘッドを用
いると、従来のものに比べて高い飽和磁束密度や透磁率
を示す磁気特性を持っているので、高保持力媒体に適応
した、高密度の記録、再生、読み出しを効率良く行うこ
とができる。図8に、本実施例で作製した、他の構造の
磁気ヘッドの全体の構成を示す。
<Embodiment 3> In this embodiment, a magnetic head which is a micro magnetic device using a magnetic circuit element formed by using a thin film laminated substrate will be described as an example. Figure 7
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a magnetic head exemplified in this embodiment. In the figure, the magnetic head comprises a thin film laminated substrate 13 made of the thin film magnetic material of the present invention, an adhesive glass 14, a magnetic gap 15 and the like on a ferrite or non-magnetic ceramic substrate 12. By using the magnetic head composed of the thin film laminated substrate 13 having a thickness of 20 μm or less configured as described above, it is possible to read and write magnetic information such as sound and video on the magnetic tape. Since the magnetic head of this embodiment has magnetic characteristics exhibiting higher saturation magnetic flux density and magnetic permeability than conventional ones, it is possible to perform high-density recording, reproduction and reading adapted to a high coercive force medium. It can be done efficiently. FIG. 8 shows the overall structure of a magnetic head having another structure manufactured in this example.

【0011】〈実施例4〉以上説明した実施例1〜3に
おいては、第1成分の磁性原子としてCoを用い、第2
成分の非磁性原子としてNbと第3成分のZrを用いて
いるが、本発明はこれに限定されるものではなく、Co
−Ta−ZrまたはFe−Ta−Zrを形成した場合に
おいても、上記実施例で例示したCo−Nb−Zr薄膜
とほぼ同様の安定した磁気特性を有する薄膜磁性体が得
られることを確認している。第1成分原子としては、非
晶質構造の領域を構成して、磁性を示すものであれば良
く、例えばCoの他に、Fe、Ni等を用いることがで
きる。また、第2成分の非磁性原子および微量添加する
第3成分のZr原子とがマイクロクラスタを構成し、こ
れらの原子により構成されるマイクロクラスタが、上記
非晶質中に散在させることができ、かつ非磁性を示すも
のであれば良く、特に成分原子を特定するものではな
い。例えば、NbやZrのほかTa、V等をZrと共に
用いることができる。あるいは、これらの3種以上の原
子を用いても良い。また、上述した実施例では、スパッ
タリング法により成膜する例を示したが、本発明は、結
果として、上述したマイクロクラスタの分散構造が得ら
れれば良く、成膜方法や、その後の熱処理のいかん等に
ついては、特に制限するものではない。例えば、スパッ
タリング法以外のPVD法や、CVD法によって成膜し
ても良い。さらに、上記本実施例では、薄膜積層基板の
非磁性絶縁膜としてSiO2を用いた例を示したが、本
発明は、これに限定されるものではなく、例えば、ポリ
イミド箔などの高分子材料からなる非磁性絶縁膜上に磁
性薄膜を形成させても良い。
<Embodiment 4> In Embodiments 1 to 3 described above, Co is used as the magnetic atom of the first component and the second component is used.
Nb and Zr as the third component are used as the non-magnetic atom of the component, but the present invention is not limited to this, and Co
Even when -Ta-Zr or Fe-Ta-Zr was formed, it was confirmed that a thin film magnetic material having stable magnetic characteristics similar to that of the Co-Nb-Zr thin film exemplified in the above example was obtained. There is. As the first component atom, any atom that constitutes a region having an amorphous structure and exhibits magnetism may be used, and, for example, Fe, Ni, or the like can be used in addition to Co. Further, the non-magnetic atom of the second component and the Zr atom of the third component to be added in a trace amount form a micro cluster, and the micro cluster composed of these atoms can be scattered in the amorphous material. In addition, any non-magnetic material may be used, and the constituent atoms are not particularly specified. For example, in addition to Nb and Zr, Ta, V and the like can be used together with Zr. Alternatively, three or more kinds of these atoms may be used. In addition, although the example of forming a film by the sputtering method has been shown in the above-described embodiment, the present invention only needs to obtain the above-mentioned microcluster dispersion structure, and the present invention is not limited to the film forming method and the subsequent heat treatment. There is no particular limitation on the above. For example, the film may be formed by a PVD method other than the sputtering method or a CVD method. Further, in the above-mentioned present embodiment, an example in which SiO 2 is used as the non-magnetic insulating film of the thin film laminated substrate has been shown, but the present invention is not limited to this, and for example, a polymer material such as polyimide foil is used. You may form a magnetic thin film on the nonmagnetic insulating film which consists of.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の薄膜
磁性体は、非晶質の磁性領域に、特定の原子からなる非
磁性のマイクロクラスタ領域を散在させることにより、
温度および機械加工の応力に対して磁気的安定性の高い
薄膜磁性体を形成することができるので、本発明の薄膜
磁性体および薄膜積層基板を用いることにより、磁気回
路素子の設計の自由度が向上し、従来よりも集積度の高
い、複雑な形状の各種マイクロ磁気デバイスを実現する
ことができる。
As described in detail above, the thin-film magnetic material of the present invention has a non-magnetic micro-cluster region consisting of specific atoms scattered in the amorphous magnetic region,
Since a thin film magnetic material having high magnetic stability against temperature and mechanical stress can be formed, the use of the thin film magnetic material and the thin film laminated substrate of the present invention provides a degree of freedom in designing magnetic circuit elements. It is possible to realize various micro magnetic devices having a complicated shape which are improved and have a higher degree of integration than ever before.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1で例示したマイクロ磁気デバ
イスを構成する薄膜磁性体のマイクロクラスタ領域の構
造を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a microcluster region of a thin film magnetic body that constitutes the micromagnetic device illustrated in Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のNb
のK−X線吸収端で測定したEXAFSを示すグラフ。
FIG. 2 is the Nb of the thin film magnetic material exemplified in Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing EXAFS measured at the K-X-ray absorption edge of the above.

【図3】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のEX
AFS測定から解析した動径分布の一例を示すグラフ。
FIG. 3 is an EX of the thin film magnetic material exemplified in Example 1 of the present invention.
The graph which shows an example of a radial distribution analyzed from AFS measurement.

【図4】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のマイ
クロクラスタ構造モデルを示す模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a microcluster structure model of the thin film magnetic material exemplified in Example 1 of the present invention.

【図5】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体を作製
する成膜装置の構成を示す模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a film forming apparatus for producing the thin film magnetic body illustrated in Example 1 of the present invention.

【図6】本発明の実施例2で例示した磁性薄膜積層基板
の構成を示す斜視図。
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a magnetic thin film laminated substrate illustrated in Example 2 of the present invention.

【図7】本発明の実施例3で例示した磁気ヘッドの構成
を示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a magnetic head exemplified in a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例3で例示した磁気ヘッドの他の
構成を示す斜視図。
FIG. 8 is a perspective view showing another configuration of the magnetic head exemplified in the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のX線
回折測定例を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing an example of X-ray diffraction measurement of the thin film magnetic body illustrated in Example 1 of the present invention.

【図10】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のE
XAFS測定から解析した配位数の一例を示すグラフ。
FIG. 10 is an E of the thin film magnetic material exemplified in Example 1 of the present invention.
The graph which shows an example of the coordination number analyzed from XAFS measurement.

【図11】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のE
XAFS測定から解析した原子間距離の一例を示すグラ
フ。
FIG. 11 is an E of the thin film magnetic material exemplified in Example 1 of the present invention.
The graph which shows an example of the interatomic distance analyzed from XAFS measurement.

【図12】本発明の実施例1で例示した薄膜磁性体のク
ラスタのモデル計算による配位数比とクラスタ中の原子
個数を示すグラフ。
FIG. 12 is a graph showing the coordination number ratio and the number of atoms in the cluster by model calculation of the cluster of the thin film magnetic body illustrated in Example 1 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…非磁性原子のマイクロクラスタ 2…磁性原子の非晶質領域 3…真空槽 4…ターゲット 5…基板 6…ガスフロー管 7…冷却用配水管 8…薄膜積層基板 9…非磁性基板 10…非磁性絶縁膜 11…磁性薄膜 12…フェライトまたは非磁性セラミック基板 13…薄膜積層基板 14…接着ガラス 15…磁気ギャップ 16…下地層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micro cluster of non-magnetic atoms 2 ... Amorphous region of magnetic atoms 3 ... Vacuum tank 4 ... Target 5 ... Substrate 6 ... Gas flow pipe 7 ... Cooling water pipe 8 ... Thin film laminated substrate 9 ... Non-magnetic substrate 10 ... Non-magnetic insulating film 11 ... Magnetic thin film 12 ... Ferrite or non-magnetic ceramic substrate 13 ... Thin film laminated substrate 14 ... Adhesive glass 15 ... Magnetic gap 16 ... Underlayer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11B 5/31 C 8947−5D H01F 41/18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location G11B 5/31 C 8947-5D H01F 41/18

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の基板上に薄膜磁性体を有し、該薄膜
磁性体は、Co、FeおよびNiのうちから選択される
少なくとも1種の磁性原子からなる第1成分と、Nb、
TaおよびVのうちから選択される少なくとも1種の非
磁性原子からなる第2成分および非磁性のZr原子を第
3成分として含有し、上記第1成分の磁性原子は、主と
して非晶質領域を形成し、上記第2成分および第3成分
のZr原子は、主としてマイクロクラスタ領域を形成
し、該マイクロクラスタ領域が上記非晶質領域中に散在
する形態に構成してなることを特徴とする薄膜磁性体。
1. A thin-film magnetic material on a predetermined substrate, the thin-film magnetic material comprising a first component composed of at least one kind of magnetic atom selected from Co, Fe and Ni, and Nb,
It contains a second component composed of at least one non-magnetic atom selected from Ta and V and a non-magnetic Zr atom as a third component, and the magnetic atom of the first component mainly comprises an amorphous region. The Zr atoms of the second component and the third component, which are formed, mainly form micro-cluster regions, and the micro-cluster regions are scattered in the amorphous region. Magnetic material.
【請求項2】所定の基板上に、下地層を介して薄膜磁性
体を有し、該薄膜磁性体は、Co、FeおよびNiのう
ちから選択される少なくとも1種の磁性原子からなる第
1成分と、Nb、TaおよびVのうちから選択される少
なくとも1種の非磁性原子からなる第2成分および非磁
性のZr原子を第3成分として含有し、上記第1成分の
磁性原子は、主として非晶質領域を形成し、 上記第2
成分および第3成分のZr原子は、主としてマイクロク
ラスタ領域を形成し、該マイクロクラスタ領域が上記非
晶質領域中に散在する形態に構成してなることを特徴と
する薄膜磁性体。
2. A thin film magnetic body is provided on a predetermined substrate via an underlayer, and the thin film magnetic body is composed of at least one magnetic atom selected from Co, Fe and Ni. Component, and a second component consisting of at least one non-magnetic atom selected from Nb, Ta and V and a non-magnetic Zr atom as a third component, the magnetic atom of the first component is mainly Forming an amorphous region,
A Zr atom of the component and the third component mainly forms a microcluster region, and the microcluster region is scattered in the amorphous region.
【請求項3】所定の基板上に、直接もしくは下地層を介
して、Co、NbおよびZrを必須成分として含有する
薄膜磁性体を設け、該薄膜磁性体中のCoは、主として
非晶質領域を形成し、NbおよびZrは、0.8nm以
上の大きさのマイクロクラスタ領域を形成し、該マイク
ロクラスタ領域が上記非晶質領域中に散在する形態に構
成してなることを特徴とする薄膜磁性体。
3. A thin film magnetic body containing Co, Nb and Zr as essential components is provided on a predetermined substrate directly or via an underlayer, and Co in the thin film magnetic body is mainly an amorphous region. And Nb and Zr form microcluster regions having a size of 0.8 nm or more, and the microcluster regions are scattered in the amorphous region. Magnetic material.
【請求項4】所定の基板上に、直接もしくは下地層を介
して形成される薄膜磁性体の製造方法であって、物理的
蒸着(PVD)法もしくは化学的蒸着(CVD)法を用
いて、Co、FeおよびNiのうちから選択される少な
くとも1種の磁性原子からなる第1成分と、Nb、Ta
およびVのうちから選択される少なくとも1種の非磁性
原子からなる第2成分および非磁性のZr原子を第3成
分として含み、上記第1成分原子が非晶質領域を形成
し、上記第2成分原子と第3成分原子がマイクロクラス
タ領域を形成し、該マイクロクラスタ領域が非晶質領域
中に散在する形態に構成して、上記非晶質領域中のマイ
クロクラスタ領域の体積比を調整することにより、透磁
率および飽和磁束密度を所望の値に設定する工程を少な
くとも含むことを特徴とする薄膜磁性体の製造方法。
4. A method of manufacturing a thin film magnetic body formed directly or through an underlayer on a predetermined substrate, which method uses a physical vapor deposition (PVD) method or a chemical vapor deposition (CVD) method. A first component composed of at least one kind of magnetic atom selected from Co, Fe and Ni, and Nb and Ta
And a non-magnetic Zr atom, which is composed of at least one non-magnetic atom selected from V and V, as the third component, the first component atom forming an amorphous region, and the second component The constituent atoms and the third constituent atoms form microcluster regions, and the microcluster regions are scattered in the amorphous region to adjust the volume ratio of the microcluster regions in the amorphous region. Accordingly, the method for producing a thin film magnetic body, comprising at least the step of setting the magnetic permeability and the saturation magnetic flux density to desired values.
【請求項5】所定の真空度に保持した真空槽内に、所定
の基板もしくは下地層を形成した基板を配設し、該基板
と対向する位置に、あらかじめ目的とする成分組成に調
整した合金ターゲットを配置するか、もしくは第1成分
原子であるCo、FeまたはNi金属と、第2成分原子
であるNb、TaまたはV金属と、第3成分原子である
Zr金属の表面露出面積比を変えて、目的とする成分組
成の薄膜磁性体のなるように調整した金属ターゲットを
配置し、直流もしくは交流の電力を加えてスパッタリン
グを行い、上記第1成分原子と、第2成分原子およびZ
r原子の含有量を調整して、上記第1成分原子の非晶質
領域中に散在する上記第2成分原子およびZr原子から
なるマイクロクラスタ領域の体積比を制御して、透磁率
および飽和磁束密度を所望の値に設定する工程を少なく
とも含むことを特徴とする薄膜磁性体の製造方法。
5. An alloy in which a predetermined substrate or a substrate on which an underlayer is formed is arranged in a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, and an alloy having a desired composition is prepared in advance at a position facing the substrate. Arrange a target or change the surface exposure area ratio of Co, Fe or Ni metal which is the first component atom, Nb, Ta or V metal which is the second component atom and Zr metal which is the third component atom. Then, a metal target adjusted so as to be a thin film magnetic body having a desired component composition is placed, and DC or AC power is applied to perform sputtering, so that the first component atom, the second component atom and Z
The content of r atoms is adjusted to control the volume ratio of the micro-cluster regions made up of the second component atoms and Zr atoms scattered in the amorphous region of the first component atoms to obtain magnetic permeability and saturation magnetic flux. A method of manufacturing a thin film magnetic body, comprising at least a step of setting a density to a desired value.
【請求項6】請求項4または請求項5記載の薄膜磁性体
の製造方法において、所定の基板上に、目的とする成分
組成の薄膜磁性体を形成した後、結晶化温度以下の温度
で熱処理を行う工程を含むことを特徴とする薄膜磁性体
の製造方法。
6. The method for producing a thin film magnetic body according to claim 4 or 5, wherein after the thin film magnetic body having a desired component composition is formed on a predetermined substrate, heat treatment is performed at a temperature not higher than the crystallization temperature. A method of manufacturing a thin film magnetic body, which comprises the step of:
【請求項7】所定の基板上に、非磁性絶縁膜と、請求項
1ないし請求項3のいずれか1項記載の薄膜磁性体を、
交互に2層以上積層して構成したことを特徴とする薄膜
積層基板。
7. A non-magnetic insulating film and a thin-film magnetic material according to claim 1 on a predetermined substrate.
A thin film laminated substrate, characterized in that two or more layers are alternately laminated.
【請求項8】請求項7記載の薄膜積層基板を、磁気回路
素子として用いて構成したことを特徴とする磁気ヘッ
ド。
8. A magnetic head comprising the thin film laminated substrate according to claim 7 as a magnetic circuit element.
【請求項9】請求項8記載の磁気ヘッドを用いて、情報
の記録または再生を行う磁気記録再生装置を構成したこ
とを特徴とする磁気記録再生装置。
9. A magnetic recording / reproducing apparatus comprising a magnetic recording / reproducing apparatus for recording or reproducing information using the magnetic head according to claim 8.
【請求項10】請求項8記載の磁気ヘッドを用いて、磁
気を検出する磁気センサを構成したことを特徴とする近
接センサ。
10. A proximity sensor comprising a magnetic sensor for detecting magnetism using the magnetic head according to claim 8.
【請求項11】請求項7記載の薄膜積層基板を磁気回路
素子として用い、高周波特性に優れた超小型トランスを
構成したことを特徴とするマイクロトランス。
11. A micro-transformer characterized by using the thin film laminated substrate according to claim 7 as a magnetic circuit element to constitute a microminiature transformer excellent in high frequency characteristics.
JP29087093A 1993-01-26 1993-11-19 Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it Pending JPH06283332A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29087093A JPH06283332A (en) 1993-01-26 1993-11-19 Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1053493 1993-01-26
JP5-10534 1993-01-26
JP29087093A JPH06283332A (en) 1993-01-26 1993-11-19 Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06283332A true JPH06283332A (en) 1994-10-07

Family

ID=26345817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29087093A Pending JPH06283332A (en) 1993-01-26 1993-11-19 Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06283332A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055474A1 (en) * 2000-01-28 2001-08-02 Council For The Central Laboratory Of The Research Councils Nano-material
CN103194727A (en) * 2013-03-14 2013-07-10 北京科技大学 Method for preparing magneto-resistor film and improving planar Hall-effect

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055474A1 (en) * 2000-01-28 2001-08-02 Council For The Central Laboratory Of The Research Councils Nano-material
CN103194727A (en) * 2013-03-14 2013-07-10 北京科技大学 Method for preparing magneto-resistor film and improving planar Hall-effect

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5759681A (en) Magnetic recording medium and magnetic recording system using the same
JP2003162806A (en) Perpendicular magnetic recording medium and magnetic storage device
JPH1092637A (en) Magnetic recording medium and device
CN104240728B (en) Magnetic recording media
JP2008084413A (en) Magnetic recording medium, manufacturing method of magnetic recording medium and magnetic recording device
JPH09293227A (en) Magnetic recording medium and magnetic disk device
JP2004272997A (en) Magnetic recording medium and its manufacturing method
JP3018551B2 (en) In-plane magnetic recording media
JPH06283332A (en) Thin film magnetic material, its manufacture, and micro magnetic device using it
JP2003203330A (en) Magnetic recording medium
US7144641B2 (en) Magnetic backlayer
JP2001134918A (en) Magnetic recording medium and magnetic recording device
JP3663289B2 (en) Magnetic recording medium and magnetic storage device
JP3222141B2 (en) Magnetic recording medium and magnetic storage device
JP4667720B2 (en) Magnetic recording medium and method for manufacturing the same
JPH08180360A (en) Perpendicular magnetic recording medium and magnetic recorder
JP3340420B2 (en) Perpendicular magnetic recording medium and magnetic storage device
JP3869550B2 (en) Magnetic recording medium and magnetic storage device
JP4417996B2 (en) Method for manufacturing magnetic recording medium
JPH10261520A (en) Magnetic recording medium and its manufacture
JPH0916939A (en) Multiple magnetic layer magnetic recording medium and magnetic storage device using the same
JP3670798B2 (en) Perpendicular magnetic recording medium
JP3567157B2 (en) Magnetic recording medium, method of manufacturing the same, and magnetic storage device
JP3629505B2 (en) Method for manufacturing double-layered perpendicular magnetic recording medium
JPH0387005A (en) Magnetic film