JPH0636928A

JPH0636928A - 軟磁性材料

Info

Publication number: JPH0636928A
Application number: JP4187209A
Authority: JP
Inventors: Takao Sawa; 孝雄沢; Akira Sakai; 亮酒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】飽和磁束密度が高く、軟磁気特性に優れ、かつ
耐熱性の良好な軟磁性材料を提供する。【構成】一般式：（Ｆｅ_1-aＣｏ_a）_100-b-c-dＲ_b
Ｍ_cＸ_d （式中、Ｒは希土類元素から選ばれた少なくとも１種以
上の元素を、ＭはＮ、ＣおよびＯから選ばれた少なくと
も１種以上の元素を、ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎから選ばれた少な
くとも１種以上の元素を、ａ、ｂ、ｃおよびｄは０≦ａ
≦０．５０、１≦ｂ≦８(at%) 、０．１≦ｃ≦１０(at
%) 、０≦ｄ≦１０(at%) をそれぞれ満足する数を示
す）で実質的に組成が表される合金からなる軟磁性材料
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜磁気ヘッドコア、
インダクタ、各種センサ−などに用いられる軟磁性材料
に関し、特にＭＨｚ以上の高周波に用いられる軟磁性材
料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば磁気ディスク装置用やＶＴ
Ｒ用の磁気ヘッドに対しては、記録密度の向上を図るた
めに、狭トラック化することが求められている。このよ
うな要望を満足する磁気ヘッドとして、スパッタ法など
の薄膜形成技術により成膜した磁性薄膜を用いる、いわ
ゆる薄膜磁気ヘッドが使用されている。

【０００３】上記したような薄膜磁気ヘッドに用いられ
る軟磁性材料としては、従来、フェライト、Fe-Al-Siを
基本組成とするセンダスト系合金、Ｃｏ基アモルファス
合金などが一般的に使用されてきた。

【０００４】一方、磁気記録媒体側からも高密度記録化
が進められており、例えば高密度記録を実現するため
に、高保磁力化することが行われている。このような記
録媒体側の高保磁力化に対して、薄膜磁気ヘッドで十分
に対応するためには、高飽和磁束密度を有する軟磁性材
料が必要となる。また、再生効率を考えると低保磁力，
高透磁率であることが必要であり、これらの磁気特性を
兼ね備える軟磁性材料が必要とされている。

【０００５】しかし、前述したように従来の軟磁性材料
では、上記した要求特性を満足することができないとい
う問題があった。すなわち、フェライトは飽和磁束密度
が低く、磁気記録媒体の高保磁力化による高密度記録に
は適さない。また、センダスト合金の飽和磁束密度はフ
ェライトと比較すると高いものの、１０ｋＧ程度である
ことから、高密度記録には十分対応できるとはいえな
い。Ｃｏ基アモルファス合金の場合には、結晶化温度が
比較的低いために、磁気ヘッドの作製工程に置いて耐熱
性（熱的安定性）が問題となり、アモルファス合金特有
の高透磁率が得られず、電磁変換特性に問題が生じてい
る。

【０００６】また、最近、飽和磁束密度の高いＦｅ₇₀Ｃ
ｏ₃₀合金に対して、希土類元素を添加すると磁歪が低減
し、約４Ｏｅまでの低保磁力化が可能である、という報
告がなされているが、上記用途に適用するには未だ不十
分である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従
来、薄膜磁気ヘッドの構成材料として一般的に用いられ
てきたフェライト、センダスト系合金、Ｃｏ基アモルフ
ァス合金などは、飽和磁束密度が低い、耐熱性が低く製
造工程での特性劣化が大きいなどの難点を有しているた
め、磁気記録媒体側の高保磁力化に対して十分な対応を
図ることができないという問題があった。また、従来の
ＦｅＣｏを基とする合金では、例えば磁気ヘッドとして
適用するに十分な低保磁力が得られないという問題があ
った。

【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、飽和磁束密度が高く、かつ軟磁気特
性に優れ、さらに耐熱性の良好な軟磁性材料を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明におけ
る軟磁性材料は一般式：（Ｆｅ_1-aＣｏ_a）_100-b-c-dＲ_bＭ_cＸ_d

【００１０】（式中、Ｒは希土類元素から選ばれた少な
くとも１種以上の元素を、ＭはＮ、ＣおよびＯから選ば
れた少なくとも１種以上の元素を、ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎから選
ばれた少なくとも１種以上の元素を、ａ、ｂ、ｃおよび
ｄは０≦ａ≦０．５０、１≦ｂ≦８(at%) 、０．１≦ｃ
≦１０(at%) 、０≦ｄ≦１０(at%) をそれぞれ満足する
数を示す）で実質的に組成が表される合金からなること
を特徴としている。

【００１１】上記した式において、Ｆｅ，Ｃｏは磁性の
発源となる元素であるが、Ｆｅの一部をＣｏで置換する
ことにより飽和磁束密度を改善することができる。Ｃｏ
による飽和磁束密度の改善は、その含有比が０．５以下
の範囲で得られる。好ましくは０．１〜０．４の範囲で
あり、さらに好ましくは０．１５〜０．３５の範囲であ
る。

【００１２】Ｒ元素は磁歪の低減に有効であると同時
に、Ｍ元素（Ｎ、Ｃ、Ｏ）と結合して窒化物、炭化物、
酸化物を形成することにより、アモルファス状態から熱
処理により結晶化させる際に、ｂｃｃＦｅ（Ｃｏ）結晶
粒の粗大化を抑制し、微細な結晶を出現させ、磁気特性
ならびに広い温度範囲における熱安定性を向上させる効
果を有している。また、成膜時に結晶化させる際におい
ても、同様の効果を有している。Ｒ元素の含有量が、１
at% 未満であると、上記した低磁歪化および結晶粒の微
細化効果が十分に得られず、また、８at% を超えると飽
和磁束密度が低下する。Ｒ元素のより好ましい含有量は
２at% 〜６at% の範囲である。なお、Ｒ元素は希土類元
素から選ばれる少なくとも１種以上であるが、Ｙ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｓｍを用いることが好ましく、特にＳｍが好
ましい。

【００１３】Ｍ元素はＮ，Ｃ，Ｏから選ばれる少なくと
も１種以上の元素であり、上記したようにＲ元素と結び
付いて窒化物、炭化物、酸化物を形成し、ｂｃｃＦｅ
（Ｃｏ）結晶粒の粗大化を抑制し、微細な結晶粒を出現
させる効果を有している。

【００１４】Ｘ元素は結晶粒の微細化を促進する元素で
あり、その含有量は、１０at% 以下であることが好まし
い。Ｘ元素の含有量が１０at% を超えると飽和磁束密度
が低下する。Ｘ元素のより好ましい含有量は０．１〜８
ａｔ％の範囲である。

【００１５】このようにして、結晶組織を微細化するこ
とにより、１７ｋＧ以上の高飽和磁束密度が実現できる
と共に、優れた軟磁気特性が実現できる。ここで、軟磁
性材料の平均結晶粒径は１００ｎｍ以下とする。平均結
晶粒径が１００ｎｍを超えると、上記したような、高飽
和磁束密度、低保磁力、高透磁率という効果を十分得る
ことはできない。平均結晶粒径のより好ましい値は８０
ｎｍ以下であり、さらに好ましくは６０ｎｍ以下であ
る。なお、本発明でいう平均結晶粒径（Ｄ）はＸ線回折
パターンの結果から下記のScheererの式により得られる
値を指すものとする。Ｄ＝Ｋ・λ／βｃｏｓθ この式で、Ｋは定数、λはＸ線の波長、βは定数、θは
回折角である。

【００１６】本発明の軟磁性材料は、マグネトロンスパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法、直流スパッタ法、真
空蒸着法などの通常の薄膜形成法により得ることができ
る。成膜時の雰囲気ガスは、一般的に使用されているＡ
ｒやＮ₂などでもよいが、合金中に酸素を含有させる場
合には、成膜時の雰囲気を酸素雰囲気としてもよい。こ
の際の酸素量は上記含有量からすると、１０ｖｏｌ％以
下とすることが、好ましい。

【００１７】上述した成膜方法により形成した薄膜は、
微細結晶組織および／またはアモルファス状態になって
いる。薄膜がアモルファス状態の場合は、適正な熱処理
を行うことにより微細な結晶粒（平均結晶粒径５０ｎｍ
以下）を析出させ、軟磁気特性の改善を行う。熱処理温
度は合金組成によって異なるが、３５０℃〜７５０℃程
度が好ましく、また熱処理時間は５分〜２０時間程度が
好ましい。熱処理時の雰囲気は不活性雰囲気中、真空
中、あるいは大気中でもよい。なお、不活性雰囲気は、
Ａｒ，Ｎ₂でもよいが、合金中に酸素を含有させる際
に、予め酸素含有雰囲気中で成膜していない場合には、
熱処理雰囲気の一部として酸素を導入することが望まし
い。

【００１８】本発明の軟磁性材料は、薄膜磁気ヘッドや
インダクタ、各種センサ−などの構成材料として好適で
ある。また、軟磁性薄膜の膜厚は、使用用途によっても
異なるが、１ｎｍ〜１０μｍの範囲とすることが好まし
く、さらに好ましくは１０ｎｍ〜５μｍの範囲である。
本発明の軟磁性材料は、単層膜として使用してもよい
し、多層膜として使用することも可能である。多層膜の
場合は、絶縁層としてＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ，
Ａｌ₂Ｏ₃，Ａｌ₃Ｎ₄などの酸化物、窒化物、炭化物
を介在させることにより、高周波域での軟磁気特性を改
善することができる。さらに、飽和磁束密度ならびに軟
磁気特性のより一層の向上を図るために他の磁性材料、
例えばＦｅ，Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ，窒化鉄等の
本発明の軟磁性薄膜より高い飽和磁束密度を有する合金
との積層体として使用することも可能である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳細に説明す
る。実施例１

【００２０】所定の組成を有するＦｅ−Ｃｏ複合タ−ゲ
ット上に、必要に応じてＲ元素チップ，Ｍ元素チップ，
Ｘ元素チップあるいは、これらの元素の複合体からなる
チップを載置し、（Ａｒ＋Ｎ₂）雰囲気中あるいは（Ａ
ｒ＋Ｏ₂）雰囲気中での高周波スパッタ法により、表１
および表２に示す各組成の薄膜をそれぞれ成膜した。こ
れらの薄膜に、表１および表２に示す条件で熱処理を施
して結晶粒を析出させた。なお、膜の厚さおよび膜構成
は表１および表２に示す通りである。

【００２１】熱処理後の薄膜の平均結晶粒径をＸ線回折
パターンから評価した。また、磁気特性として、１ＭＨ
ｚでの初透磁率と飽和磁化について、ＬＣＲメ−タと試
料振動型磁力計を用いて測定した。これらの結果を表３
にまとめるが、この表から明らかなように、本発明によ
る軟磁性材料は、高飽和磁化と高透磁率とをあわせもつ
ことが判る。このことは、本発明の軟磁性材料を用いて
構成した薄膜磁気ヘッドは、記録媒体側の高保磁力化に
十分対応可能であり、また、ＭＨｚレベルの高周波領域
においても高透磁率を持つため、高周波用インダクタと
しても有効な材料である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】比較例１

【００２５】上記実施例と同様な高周波スパッタ法に
て、Ａｒ中でセンダスト組成（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）の薄
膜、およびCo₇₉Mo₉Zr₁₀Cr₂組成のアモルファス薄膜，
さらには(Fe0.7Co0.3)98Sm2 合金を作製した。膜厚はい
ずれも１μｍである。これらの薄膜に対して表４に示す
条件で熱処理を行い、結晶粒径，１ＭＨｚでの初透磁率
と飽和磁化をＬＣＲメータと試料振動型磁力計を用いて
測定した。その結果、表４に示すように、センダストお
よびＣｏ基アモルファス合金はいずれも、初透磁率はほ
ぼ同等の値になっているが、飽和磁化は実施例に比べて
大幅に低下している。また、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｍ合金では
飽和磁化は高くなっているが初透磁率が低すぎる。

【００２６】

【表４】実施例２

【００２７】実施例１で用いたＮｏ３と比較例１で用い
たＮｏ２について、磁気ヘッド作製工程の熱処理条件
（５５０℃、２０分→４６０℃、２０分）を適用して、
熱処理後の磁気特性を測定した。なお、この熱処理条件
は磁気ヘッドの高信頼性を実現するために、作業温度の
比較的高い接着用ガラスの条件を選んでいる。

【００２８】表５から明らかなように、本発明の軟磁性
薄膜では高透磁率が得られているが、比較例ではその値
はきわめて小さい。このように、本発明の軟磁性薄膜は
熱安定性にも優れ、高信頼性を要求される磁気ヘッドに
極めて有効である。

【００２９】

【表５】

【００３０】

【発明の効果】以上の説明したように本発明によれば、
飽和磁束密度が高く、かつ軟磁気特性に優れ、さらに熱
安定性の良い軟磁性材料が得られる。よって、薄膜磁気
ヘッド，高周波対応のインダクタ，各種センサ−等の構
成材料として好適な軟磁性材料を提供することが可能と
なる。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｆ 41/18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式：（Ｆｅ_1-aＣｏ_a）_100-b-c-d
Ｒ_bＭ_cＸ_d （式中、Ｒは希土類元素から選ばれた少なくとも１種以
上の元素を、ＭはＮ、ＣおよびＯから選ばれた少なくと
も１種以上の元素を、ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎから選ばれた少な
くとも１種以上の元素を、ａ、ｂ、ｃおよびｄは０≦ａ
≦０．５０、１≦ｂ≦８(at%) 、０．１≦ｃ≦１０(at
%) 、０≦ｄ≦１０(at%) をそれぞれ満足する数を示
す）で実質的に組成が表される合金からなることを特徴
とする軟磁性材料。
【請求項２】該軟磁性材料は、その平均結晶粒径が１
００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の軟
磁性材料。