JPS6039157A - 非晶質磁性合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は非晶質磁性合金の製造方法に係り、特に磁気ヘ
ッド等の軟磁性材料として好適な高飽和磁束密度ならび
に高透磁率を持つ非晶質磁性合金の製造方法に関する。

〔発明の背景〕

非晶質合金はある種の合金融液を、例えば１０４〜１ｏ
ａＣ，／ｓｅａという大きな速度で冷却凝固させた場合
、固体状態でも溶融状態に類似した厚子配列をもつ非晶
質の合金が得られる。これらを製造するには、従来、超
急冷法（遠心急冷法９片ロール法、双ロール法等）が採
用され、１０〜５０μｍ厚みの薄帯が得られる。この非
晶質合金は、Ｘ祿回折や電子線回折によっても、結晶構
造を示すような回折像は得られず、結晶質とは構造的に
異なる長範囲の規則性を持たない厚子配列を有するもの
である。このような非晶質合金からなる磁性材料は、通
常の結晶質とは異なり結晶磁気異方性をもたず、保磁力
が小さく、高透磁率を示し機械的強度も強いことから磁
気へラドコア材として注目を集め、活発な研究が行なわ
れている。

従来、このような非晶質磁性合金としては遷移金属成分
としてＦｅ、Ｃｏ、　Ｎｉを含み、これにｓｉ、Ｂ、Ｃ
，Ｐ等の半金属成分を含むものが知られている。これら
はその組成に応じた特性を有するが、磁気へラドコア材
としては、磁歪零近傍組成で、飽和磁束密度が篩く、低
保磁力で高透磁率の材料が選ばれる。

ところが、上記超急冷法で作製したままの状態では透磁
率の高い磁性薄帯が得られず、作製後に無磁界中熱焼鈍
、磁界中熱焼鈍を行なうことによって透磁率を向上させ
る処理が行なわれることは良く知られている。例えば、
特願昭５３−１５５２４１等によって、磁気キュリ一温
度Ｔｃより高く結晶化温度Ｔｘより低い温度Ｔ（０，９
５ＸＴｃ≦Ｔ≦Ｔｘ）に保持した後、急冷することで、
透磁率を大幅に改善する方法が提案されている。ところ
が、近年、特に高保磁力の金属磁性媒体等の実用化に伴
い、これらの非晶質磁性合金に透磁率のみならずその飽
和磁束密度Ｂ８の高いこと（Ｂｓ≧ｓｏｏ。

ガウス）が要求されるようになってきた。非晶質磁性合
金において、その飽和磁束密度を高めるためには、含有
するＣｏ、ｐｅ、　Ｎｉ等の遷移金属元素の割合を大き
くしなければならないが、このように遷移金属元素の割
合を大きくすると、一般に、その合金の磁気キュリ一温
度Ｔｃが上がりかつ結晶化温度Ｔｘが下がる傾向にある
。例えば、ｃｏ−Ｆｅ−８ｉ　−３３系の非晶質磁性合
金では、ＣＯとｐｅの総合有量が７６原子％以上になる
と、結晶化温度Ｔｘが磁気キュリ一温度Ｔｃよりも低く
なってしまう。従って、このような非晶質磁性合金の飽
和磁束密度を筒めようとして％Ｃｏ１ｐｅ等の割合を増
していくと、上述したような磁気キュリ一温度以上から
の急冷による透磁率の改善方法を適用することができな
くなる。しかも、ＣＯの量が多くＳ５と、誘導磁気異方
性が大きく、飽和磁束密度の高い合金が得られたとして
も、作製したままの状態では透磁率が低いためにこれを
実用に供することは困難である。

このような問題点に鑑みて、既に特願昭５４−６０３５
９　、特願昭５４−６７９０６　、特願昭５４−６７９
０７　、特願ＦＩＢ５４−８０３７７　、特願昭５４−
８０９５５および特願昭５５−１５３９８５　により相
対的に回転磁界中で、その結晶化温度よシ低い温度範囲
で熱処理する方法が提案された。これによって、非晶質
磁性合金の磁気キュリー温１Ｔｃと結晶化温度Ｔｘとの
関係に束縛されないので、広範囲の非晶質磁性合金に対
して適用できる。例えば、ｒｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金
属にＺｒ、Ｎｂ。

Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａ４．Ｙ等を含む、金属−金属系の非
晶質磁性合金にも適用できる。

一方、最近では前記超急冷法に対して、スパッタリング
等の薄膜形成技術によって非晶質磁性合金膜を得る研究
が盛んに行なわれるようになり、高周波特性の浸れた多
層膜が容易に得られるようになった。例えばＩ　Ｘ　１
０−”　〜Ｉ　Ｘ　１０−”ｌ”ｏｒｒ程度のアルゴン
ガスを、高周波交番電界で電離させ、アルゴンイオンを
陰極側に配置されている合金ターゲットにＩＫｅＶ程度
のエネルギーで衝突させて、ターゲット材料をスパッタ
させ、陽極側に配置された基板上に合金ターゲット材料
とほぼ同じ組成の薄膜を形成するものである。この方法
においてもスパッタままの膜では十分な磁気特性が得ら
れず、スパッタ後に、一方向磁界もしくは回転磁界中で
結晶化温度Ｔｘ以下で熱処理する方法がとられる。

以上に述べたごとく、非晶質磁性合金は作製後に磁界中
で熱焼鈍することによって異方性磁界を制御し、安定化
することによって磁気特性の改善を行なう方法がとられ
ている。特に高飽和磁束密度の非晶質磁性合金に対して
効果があることは前述のごとくである。

しかし、高飽和磁束密度（Ｂｇ≧８０００ガウス］の非
晶質磁性合金は回転磁界中で熱焼鈍し、十分に透磁率を
高めるためには強い磁界が必要となる。

一般に非晶質磁性合金は、その結晶化温度Ｔｘが３００
〜５５０Ｃ程度と比較的低いため、結晶化温度以下の温
匿で異方性磁界を等方向となすには飽和磁束密度Ｂ８が
１００００ガウスの場合、１００００　Ｑｅ以上の磁界
が必要となる。一般に、このような磁界を発生する磁石
は磁極間距離が６０〜１００■と狭く、加熱部を内部に
配置するとさらに狭くなり、一度に大量の試料を処理す
ることが困難となるため量産性が悪い欠点がある。

また、磁界の変化速度を金属原子の熱による平均移動速
度より大きくした状態で熱処理する必要がおり、このた
め比較的速い回転速度が必要であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来からの方法で形成された非晶
質磁性合金の製造方法の欠点を、形成方法を改善するこ
とにより解決したものである。これによって高飽和磁束
密度で、高透磁率の非晶質磁性合金を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の目的を達成するために、非晶質磁性合金はスパ
ッタリング等の薄膜形成技術によって堆積する。しかも
、非晶質磁性合金を堆積時に面内方向での回転磁界中で
行なう。このようにして、非晶質磁性合金膜の磁気異方
性を低減し高透磁率を達成する。回転磁界中でスパッタ
リング法で非晶質磁性合金を堆積すれば、従来のような
大きな磁界中、および高速回転中で熱処理することなく
容易にスパッタリング中に異方性磁界を制御することが
できる。例えば、従来異方性磁界を消失させるのに１０
００００６磁界中で行なっていたものが５０　ｏｏｅ程
度で十分であり、回転速度も４００ｒｐｍに対して３０
ｒｐ＊程度で済むという利点がある。

さらにスパッタリング中の基板温度は１００Ｃ前後と低
いものである。回転磁界は靜磁界において、基板電極を
回転する方法もしくは磁界を回転してもよい。磁界は真
空槽内もしくは真空槽外からかけられる。スパッタ法に
おいて磁界の強さは基板表面において１０〜１００００
ｅ範囲で行なわれるが、好ましくは５０〜５ｏｏｏｅで
十分であり、装置の規模も小さくてすむ。また内部に永
久磁石を配置して、基板電極を回転すれば比較的強い回
転磁界を得ることができる。回転速度は堆積した非晶質
磁性合金が特定の異方性磁界時たない範囲の速度で回転
する必要があるが、３０〜ｓｏｒｍで十分であり、５Ｍ
Ｈ２の透磁率で１００００以上になることを確認した。

しかし、磁気ヘッドのコア材とする場合にはめる程度の
磁気異方性を一定の方向に残し、これを利用して磁気ヘ
ッドの磁気回路を構成した方が好ましい場合がある。こ
の場合回転速度は１０〜３０ｒＩｍでも十分である。こ
のように、回転磁界中でスパッタリングして堆積した非
晶質磁性合金は比較的弱い磁界と遅い回転速度の条件下
において任意に磁気異方性を制御できる利点があり、七
の処理はきわめて効率良く、かつ−挙に大意に施すこと
ができる。また、スパッタリングで堆積した、非晶質磁
性合金膜をさらに回転磁界中で、結晶化温以下の温度で
熱処理すれば、熱安定性に優れた合金が得られる。この
熱処理は上記のようにあらかじめ回転磁界中でスパッタ
した非晶質磁性合金であるので、従来に比較して、弱い
磁界と、遅い回転速度で十分安定化処理でき（９） る利点がある。例えば、その処理はスパッタリング後に
真空槽の中でそのまま行なうことができる。

また、周知のように、超急冷法では非晶質化し難い合金
もスパッタリング法によれば非晶質化できる利点もある
。また、薄膜であるがゆえに任意の膜厚のものが容易に
得られ、絶縁膜を介して多層化することによって、渦電
流損失を低減でき高周波特性の浸れた非晶質磁性合金を
形成することが可能である。

本発明はおよそ全ての実質的に非晶質の磁性合金材料は
適用可能である。ただ、スパッタリング等の薄膜形成技
術によって形成されるため、本発明を適用して、徨々の
実用材料として好ましい特性を得るためには、合金の組
み合せとして極端にスパッタリング速度の異なる元素の
組み合せよシできるだけ近い元素の組み合せの方が組成
変動の心配が少ない。また、多元素の場合には組成制御
が困難となるため、３元素程度にするのが好ましい。例
えば、Ｆｅｓ　Ｃｏ、Ｎ’の遷移金属の１種または２種
に対してＮｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ。

（１０） Ａｔ等が選ばれる。他に、耐食性の向上、磁歪の制御と
しては少量の添加元系を含む場合がある。

さらに、本発明の製造方法はスパッタリング以外の方法
では、蒸着、メッキ等によっても可能である。

本発明は磁気ヘッドのコア材料として浸れているが、他
に垂直記録方式で用いる記録媒体の下地膜の高透磁率材
料として用いると有効である。例えば、Ｃｏ−Ｃｒの垂
直記録媒体の下記膜として用いているパーマロイ膜を本
発明の非晶質磁性合金膜を用いることによって高密度の
２層記録媒体を形成することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。

第１図、第２図は本発明に用いた高周波スパッタ装置の
概略図である。第１図において１０は真空槽で、排気口
１１から拡散ポンプに接続し１×１０−”Ｉ’ｏｒｒ　
に真空排気できるようになっている。

真空槽内にはターゲット電極（陰極）１，２と基板電極
（陽極）１３が配置されており、両電極は水（１１） 冷されている。ターゲット電極には非晶質磁性合金膜を
得るための合金もしくは母合金に種々の金属を貼り付け
た複合ターゲット１４が配置され、基板電極には非晶質
磁性合金膜を堆積するための基板１５が置かれる。ター
ゲット１４と基板１５のと間にシャッタ１６が設けられ
堆積に先立ってターゲット１４のプレスパツタリングを
可能にする。基板電極は矢印１７のように０〜１００ｒ
−の任意の速度で回転できるようになっていて、真空槽
外に配置されている電磁石１８．１８’によって基板１
５の面に相対的に回転磁界が印加されるようになってい
る。磁界の強さは基板１５の表面において０〜５００ｅ
印加できるようになっている。１９はアルゴンガス等の
スパッタガスの導入口を示す。主なスパッタ条件を第１
衆に示す。なお、ターゲット径は１５０φである。

（１２） 第１表 第２図は第１図と同様のスパッタ装置において磁石を真
空槽内に配置したものである。この場合永久磁石２０．
２０’　（Ｎ極、Ｓ極）を基板の側部に配置し、基板電
極１３を回転することによって相対的に基板表面に回転
磁界が印加できるようにした。このようにすることによ
って真空槽外から磁界を印加するより、小型で強い磁界
を印加することができる。永久磁石は取はずし可能にな
っており、０〜１ｏｏｏｏｅｔで可変できるようにした
。また、スパッタリング後に安定化処理できるように基
板電極１３は加熱できるようにしである加熱は、一方向
磁界および回転磁界中でできる。

次に、スパッタリングによって得られた種々の非晶質磁
性合金膜の特性を第２表に示す。基板は（１３） 直径１０φ、厚み０．８ｍｍのセラミックおよびガラス
の円板を用い、その上に約１μｍの膜を堆積して測定し
た。第２表には回転磁界中でスパッタリングしたものと
回転磁界を印加したい場合（安定した特性を得るために
数十エルステッドの一方向磁界を印加した）を比較のた
めに併記した。第２表において、Ｂｓは飽和磁束密度、
λ８は磁歪、Ｈｅは容易軸ヒステリシス・ループから得
られた保磁力、ＨＫは小さな駆動磁界における困難軸ル
ープを飽和磁化値まで外挿して得られた異方性磁界、μ
は困難軸方向での比透磁率、Ｈは回転磁界の基板表面で
の強さ、■は回転速度である。非晶質磁性合金は特にＣ
ｏ量が多く、飽和磁束密度Ｂ８の高いものを選んだ。し
たがって、磁気キュリ一温度Ｔｃは結晶化温度ＴＸより
高い合金である。

第２表から明らかのようにスパッタリング中に回転磁界
を用いないで得られた非晶質磁性合金は異方性磁界Ｈｘ
が大きく、透磁率が低いものしか得られないのに対して
、回転磁界中でスパツタリ（１４） ングした非晶質磁性合金はいずれも異方性磁界ＨＥが小
さくなり、透磁率も著しく高いものが得られる。なお、
回転数を速くした方が高透磁率の合金を得ることができ
る。異方性磁界の大きさは、スパッタリングによって堆
積された合金が異方性を形成する速度と回転磁界によっ
て異方性を消失させる速贋によって決まる。したがって
、磁界の強さと回転速度を適当に選定することによって
任慧の異方性磁界と比透磁率を持つ非晶質磁性合金が容
易に得られる。これは、従来スパッタリングした後に回
転磁界中熱処理によって異方性磁界を制御する方法より
もはるかに小さい磁界と遅い回転速度で実現できる。な
お、あまり比透磁率を高くすると磁気ヘッドを加工する
工程において加工歪や熱処理によって経時変化するため
、あまシ異方性を消失させない方が好ましい場合がある
。例えば、ある異方性磁界を残して、その比透磁率の値
を適当に制御し、磁気ヘッドの磁気回路を構成する上で
、最適に配置することができる。この場合数エルステッ
ドの異方性磁界を残す条件で回転（１６） 速度を選ぶとよい。′−ｉ′だ、スパッタリングｉ了後
に一方向磁界中もしくは回転磁界中で結晶化温度以下の
温度で熱処理すれば比較的弱い磁界と遅い回転速度で熱
安定性を確保することができる。

次に、第２表に示す屋９の組成の非晶質磁性合金膜の回
転磁界中スパッタリング条件による比透磁率μの周波数
特性ｆを示す。２１はＨ＝４０００ｅ、■＝３０ｒ−の
回転磁界中で堆積したＣ０８４Ｚｒ！Ｎｂ１３膜のｐ−
１％性を示す。また、２２はＨ＝４０００ｅ、ｖ＝１Ｏ
ｒ１ＭＢ、２３はＨ−４０００ｅ、ｖ＝０の場合である
。図中、μＨは膜面内での困難軸方向の比透磁率、μＥ
は容易軸方向の比透磁率を示す。このように、回転磁界
中スパッタリングによって、困難軸方向および容易軸方
向ともに高周波領域にわたって高い透磁率を示す。

次に、磁気ヘッドのコア材以外の非晶質磁性合金膜の応
用例について述べる。近年磁気ディスク。

磁気テープ等の記録媒体の磁性層に垂直磁化記録するこ
とが提案されている。これに用いる記録媒（１７） 体は第４図に示すように記録媒体の構造として基板２５
の表面に磁気還流の目的でパーマロイ等の面内異方性を
有する高透磁率磁性層２６が形成され、その上にＣｏ−
Ｃｒ合金膜等の垂直異方性を有する磁性層２７を形成し
た磁気媒体が提案されている。この磁気還流層２６は記
録密度特性を損なわずに記録感度を改善するために高透
磁率の膜が適している。本発明法によって形成された非
晶質磁性合金膜を従来のパーマロイ膜とおきかえること
によって、さらに記録感度を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明によれば、非晶質磁性合金膜
の堆積と同時に異方性磁界を回転磁界によって、比較的
弱い磁界と遅い回転速度で容易に透磁率を高めることが
でき、種々の用途に適した磁性薄膜を得ることができる
。さらに、量産性に適した方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いるスパッタリング装置の（１８） １例を示す概略図、第２図は本発明に用いる他のスパッ
タリング装置の概略図、第３図は本発明の方法における
回転磁界中で堆積しｆｃｃＯｓ４ＮｂｓＺ　ｒｒｓなる
組成の非晶質磁性合金膜の比透磁率の周波数特性を示す
図、第４図は本発明の方法を応用できる垂直磁気記録媒
体を示す断面図である。 １４・・・複合ターゲット、１５・・・基板、１８，１
８′（１９） ｆ本Ｖ１四１ 笥貼 ｒ−−（’ｃ＋（ｋ＋ 第１頁の続き ０発　明　者　山　下　武　夫　国分寺市東恋ケ窪１央
研究所内 ０発　明　者　高　山　新　司　国分寺市東恋ケ窪１央
研究所内 ３４３− 丁目２８幡地　株式会社日立製作所中 丁目２８幡地　株式会社日立製作所中

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結晶化温度が磁気キュリ一温度より低い非晶質磁性
   合金をスパッタリング法によって基板面に堆積する工程
   において、該基板直円に回転磁界を印加した条件下で堆
   積することを特徴とする非晶質磁性合金の製造方法。 ２、前記非晶質磁性合金をさらに結晶化温度以下の温度
   で回転磁界中で熱処理することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の非晶質磁性合金の製造方法。 ３、印加する回転磁界が、磁界の強さ５０〜５００Ｑｅ
   、回転速度１０〜５００ｒｐｍであることを特徴とする
   特Ｆｆ請求の範囲第１項もしくは第２項記載の非晶質磁
   性合金の製造方法。 ４、前記合金がＦｅ、ｃｏ、Ｎｉの遷移金属の１種また
   は２種に対して、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒｌ　ＷＩＣｒ＋　Ａ
   ｔ、Ｂから選ばれる少なくとも１元素を添加した組成を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
   もしくは第３項記載の非晶質磁性合金の製造方法。