JPS62104108A - 結晶質軟磁性薄膜 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は軟磁性薄膜に関するものであり、詳細にはＦｅ
−Ｇａ−Ｓｉ系合金薄膜の耐蝕性の改良に関するもので
ある。

〔発明の概要〕

一本発明は、Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｔ系合金薄膜において、ｐ
ｅ、Ｑａ及びＳｔの組成範囲をそれぞれ６８〜８４原子
％、１〜２３原子％、９〜３１原子％とし、さらにこれ
らの少なくとも１種を０．１〜１０原子％のＲｕで置換
することによって、軟磁気特性を劣化することなく耐蝕
性、耐摩耗性の改善を図ろうとするものである。

〔従来の技術〕

磁気記録における記録の高密度化、高品質化を図る目的
で、高保磁力を有する磁気記録媒体９例えば磁性粉にＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属あるいは合金からなる金属磁性
粉末を用いた、いわゆる合金塗布型のメタルテープ等が
開発され、オーディオテープレコーダをはじめ、いわゆ
る８ミリＶＴＲ（８ミリビデオテープレコーダ）等、民
生用の磁気記録の分野で実用化が進んでいる。

したがって、このような磁気記録媒体を充分に磁化する
ためには、磁気ヘッドのコア材料に対して、この媒体の
保磁力に見合った充分高い飽和磁束密度を有することが
要求される。また、特に記録・再生を同一の磁気ヘッド
で行う場合においては、上述の飽和磁束密度のみならず
、適用する周波数帯域で充分に高い透磁率を有する材料
であることが必要である。

従来、このような基本的な磁気特性を満たすコア材料と
して、Ｆｅ−Ａｆｆｉ−３ｉ系合金（センダスト合金）
が知られており、実用に供されていることは周知の通り
である。

しかしながら、このセンダスト合金のように軟磁気特性
に優れた材料においては、磁歪λＳと結晶磁気異方性Ｋ
が共に零付近であることが望ましく、磁気ヘッドに使用
可能な材料組成はこれら両者の値を考慮して決められる
。したがって、飽和磁束密度もこの組成に対応して一義
的に決まり、センダスト合金の場合、１０〜ｌｌｋガウ
スが限界である。

あるいは、上記センダスト合金にかわり、高周波数領域
での透磁率の低下が少なく高い飽和磁束密度を有する非
晶質磁性合金材料（いわゆるアモルファス磁性合金材料
）も開発されているが、この非晶質ｆｎ性合金材料でも
飽和磁束密度は１２にガウス程度であり、また、熱的に
不安定で結晶化の可能性が大きいので５００℃以上の温
度を長時間加えることはできず、例えばガラス融着のよ
うに各種熱処理が必要な磁気へ・７ドに使用するには工
程上制約が生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような状況から、さらに良好な軟磁気特性を示す軟
磁性材料の研究が進められ、例えば本願出願人は先に特
願昭６０−７７３３８号明細書において、Ｆｅ、Ｇａ、
　　Ｓｉを主成分とし高飽和磁束密度を有するＦｅ−Ｑ
ａ−３ｉ系軟磁性’ｉｉｌ膜を、さらには特願昭６０−
２１８７３７号明細書においてＣｏを添加したＦｅ−Ｃ
ｏ　　Ｇａ−３ｔ系軟磁性薄膜を提案した。

本発明は、このＦｅ−Ｇａ−３ｔ系軟６ｎ性薄膜の耐蝕
性の一部の改善を図るものである。

すなわち、本発明は、センダスト合金を凌ぐ高い飽和磁
束密度を有するとともに、優れた耐蝕性を有する軟磁性
薄膜を提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明者等は、前述の問題点を解消せんものと鋭意研究
の結果、所定量のＲｕの添加が耐蝕性。

耐摩耗性の向上に有効で、また軟磁気特性を損なうこと
もないとの知見を得るに至った。

本発明の軟磁性薄膜は、このような知見に基づいて完成
されたものであって、Ｆｅ、Ｇａｂ　Ｓ　ｉｃ（但し、
ａ、ｂ、ｃはそれぞれ組成比を原子％として表す。）な
る組成式で示され、その組成範囲が６８≦ａ≦８４，１
≦ｂ≦２３．９≦ｃ≦３１゜ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である
軟磁性Ｗｉ膜において、Ｆ　ｅ　、Ｇ　ａ　＋　Ｓ　ｉ
の少なくとも１種を０．１−１０原子％のＲｕで置換し
たことを特徴としている。

なお、上記組成式中、Ｆｅの一部を０〜１５原子％のＣ
Ｏで置換してもよい。

Ｒｕの添加は、耐蝕性、耐摩耗性の改善に極めて有効で
、例えば、軟磁性薄膜の組成をＦｅ６ｓｃＯ＋ｏｓ　１
ｚＧａ＋ａ−＋＋Ｒｕｘ（ただし、数値はそれぞれ原子
％を示す。）とし、Ｒｕの添加量Ｘを変えて摩耗量を調
べたところ、第１図に示すように摩耗量低減に顕著な効
果を示した。すなわち、一般に軟磁性薄膜を磁気ヘッド
に加工し磁気テープを走行させると、走行時間の増加に
伴って摩耗量も増加するが、Ｒｕの添加量の増加に伴い
、例えば３０時間走行後であっても摩耗量は極めて少な
いものとなり、Ｒｕ４原子％の時、センダストよりかな
り優れた耐摩耗性を示すことがわかった。　　　・ また、Ｆｅの一部をＲｕで置換し、飽和磁束密度の変化
を調べたところ、第２図に示すように、Ｒｕの置換量の
増加に伴って飽和磁束密度は若干残少するものの、Ｃｒ
で置換した場合に比べると、減少の割合は極めて小さく
、Ｑａや３ｉで置換した場合に比べても小さいことがわ
かった。

本発明において、Ｒｕの添加量を０．１〜ｌＯ原子％と
したのは、添加量が０．１原子％未満では耐摩耗性の改
善に充分な効果が期待できず、一方、添加量がＩＯ原子
％を越えると軟磁気特性の劣化や飽和磁束密度の減少を
もたらし、本来の意味を失うからである。

一方、本発明の軟磁性薄膜において、所定の磁気特性を
確保するために、基本成分であるＦｅ。

Ｇａ、Ｓｉについては、Ｇａｌ〜２３原子％、Ｓ原子−
３１原子％、残部Ｆｅとする。ただし、Ｆｅの含有量は
６８〜８４原子％の範囲である。これら基本成分が前記
組成範囲を外れると、飽和磁束密度、ｉ３磁率、保磁力
等の磁気特性をも′α保することが難しくなる。

また、ＣＯを添加する場合には、飽和磁束密度や耐蝕性
、耐摩耗性の改善、軟磁気特性の確保等の点から、Ｆｅ
に対する置換量は０〜１５原子％に抑えるのが好ましい
。すなわち、その組成をＦｅ、Ｃｏｂ　ＧａｃＳｉｌｌ （ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ組成比を原子％と
して表す。） とした場合に、その組成範囲は ６５　≦ａ　＋ｂ≦８５ ０≦ｂ≦　１５ １Ｓｃ　≦３５ １　≦ｄ≦３５ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００ なる関係を満足するものとする。なお、いずれの場合に
も、Ｇａの一部をＡｆで置換してもよく、また、Ｓｉの
一部をＧｅで置換してもよい。

本発明の軟磁性薄膜は、上述の基本成分の少なくとも何
れか１種を前述の範囲内でＲｕにより置換したものであ
る。

上述の軟磁性薄膜の製造方法としては種々の方法が考え
られるが、なかでも真空薄膜形成技術によるのが良い。

この真空薄膜形成技術の手法としては、スパッタリング
やイオンブレーティング、真空蒸着法。

クラスター・イオンビーム法等が挙げられる。

また、上記各成分元素の組成を調節する方法としては、 １）Ｆｅ、Ｒｕ、Ｇａ、Ｓｉ、さらには必要に応じてＣ
ｏを所定の割合となるように秤量し、これらをあらかじ
め例えば高周波溶解炉等で溶解して合金インゴットを形
成しておき、この合金インゴットを蒸発源として使用す
る方法、ｉｉ　）各成分の単独元素の蒸発源を用意し、
これら蒸発源の数で組成を制御する方法、 １１１）各成分の単独元素の蒸発源を用意し、これら茎
発源に加える出力（印加電圧）を制御して蒸発スピード
をコントロールし組成を制御する方法、 ■）合金を１発源として蒸着しながら他の元素を打ち込
む方法、 等が挙げられる。

なお、上述の真空薄膜形成技術等により膜付けされた軟
磁性薄膜は、そのままの状態では保磁力は若干高い値を
示し良好な軟磁気特性が得られないので、熱処理を施し
て膜の歪を除去し、軟磁気特性を改善することが好まし
い。

本発明者等は、熱処理による軟磁気特性の改善について
検討を加えるため、Ｆｅ７１Ｒｕ４　Ｇａ５５ｊ１．薄
膜（数値は組成比を原子％で表す、）を作１し、抗磁力
及びｉ３磁率の熱処理温度依存性について調べた。第３
図は上記薄膜の抗磁力Ｈｅの熱処理温度依存性を示すグ
ラフであり、第４図は透磁率の熱処理温度依存性を示す
グラフである。

これらより、特に抗磁力Ｈｃについては、熱処理温度を
３５０℃以上とすることにより１　（Ｏｅ）以下を達成
することができ、４５０℃付近に極小値を示すことがわ
かった。ｉ３！ｎ率については、抗磁力Ｈｅはどの改善
効果は見られないものの、前述の範囲であれば若干の増
加が見られた。

また、上述の薄膜を５００℃で熱処理し、透磁率の周波
数特性を調べたところ、第５図に示すように、広い周波
数帯域に亘って高い透磁率を示した。また、その磁化曲
線（Ｍ−８曲線）を測定したところ、第６図に示すよう
に、良好な特性を示すことがわかった。

上述の熱処理による軟磁気特性の向上は、Ｆｅ−Ｇａ−
３ｉ軟磁性薄膜ばかりでなく、Ｆｅ−Ｃ。

−Ｇａ−３ｉ軟磁性薄膜においても、同様であった、第
７図は、Ｆ６ＨＣＯ＋＋Ｒｕｓ　Ｇａ＋ａＳ　ｉｔｓ薄
膜（数値は組成比を原子％で表す、）の抗磁力Ｈｅの熱
処理温度依存性を示す特性図であり、膜厚が０．５μｍ
の場合（図中曲線！で表す、）でも、膜厚が２〜５μｍ
の場合（図中曲線■で表す、）でも、熱処理温度４５０
〜５００℃付近で抗磁力ＨＣが極小値を示すことがわか
った。

一方、本発明の軟磁性薄膜の膜厚は、１μｍ以上である
ことが好ましいと言える０例えば、Ｆｅ＝３ＲＪ　Ｇａ
＋ａＳ　ｔ＋ｚｆｌｌｌｌ　（数値は組成比を原子％で
表す、）の抗磁力Ｈｃ及び透磁率の膜厚依存性（４５０
℃熱処理後）を調べたところ、それぞれ第８図及び第９
図に示すようなものであった。したがって、膜厚１１１
ｍ以上であれば良好な軟磁気特性が発揮される。

〔作用〕

このように、Ｆａ、Ｇａ、Ｓｉを基本成分とするＦｅ−
Ｇａ−３ｉ系合金へのＲｕの添加は、耐摩耗性向上や耐
蝕性の改善の点で顕著、に作用する。

また、Ｒｕの添加による軟磁気特性の劣化はほとんどな
く、飽和磁束密度の減少も著しく少ない。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本
発明がこの実施例に限定されるものではない。

先ず、Ｆｅ、Ｒｕ、、Ｇａ、Ｓｉ及びｃｏをそれぞれ所
定の組成比となるように秤量し、アルゴン雰囲気中で高
周波誘導加熱炉を用いて溶解・鋳造後、さらに平面研削
盤により機械加工を行って直径４インチ、厚み４■ｌの
スパッタリング用合金ターゲットを得た。

次に、この合金ターゲットを用いて、高周波マグネトロ
ンスパッタ装置により、アルゴン分圧５×１０弓Ｔｏｒ
ｒ、投入電力３００Ｗの条件でスパッタリングを行い、
水冷した結晶化ガラス基板（保谷ガラス社製、商品名Ｈ
ＯＹＡ　　ＰＥＧ３１３０Ｃ）上に膜厚約１μｍの薄膜
を得た。

さらに、この薄膜を、ｌＸｌ０−″Ｔｏｒｒ以下の真空
下でＴａなる温度で１時間焼鈍し、徐冷して軟磁性薄膜
を得た。

上述の方法に従い、合金ターゲットの組成比を次表中に
示すような値に設定し、サンプル１ないしサンプル７を
作製した。

得られた各サンプルについて、軟磁性薄膜の膜組成を分
析し、飽和磁束密度ＢＳ、抗磁力Ｈｃ。

透磁率μ（Ｉ　Ｍ　ｌｔｚにおける値）、磁歪、摩耗量
および耐蝕性について調べた。

ここで、飽和磁束密度Ｂｓは試料振動磁束針（ＶＳＭ）
、抗磁力Ｈｃは交流１０ＨｚのＢ−Ｈループトレーサ、
ｉ３磁率μは８０字コイル型透磁率計で測定した。また
、各サンプルの膜厚は、試料表面にアルミニウムを薄く
蒸着し、多重干渉膜厚計によって膜と基板との段差を測
定することにより求めた。さらに、各サンプルの組成分
析は、ＥＰ　Ｍ　Ａ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ
　Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ）法によった。

摩耗量は次のようにして求めた。すなわち、先ず基板と
してフェライトよりなる擬似ヘッドを作製し、先に述べ
たスパッタ条件と同一の条件で膜厚１８μｍの軟磁性薄
膜をヘノドチンプの先端に成膜した。この擬似ヘッドを
テープ幅１インチのビデオテープレコーダ（相対速度２
５．６　ｍ　／　５ｅｃ）にトランク幅０．５ｍｍ、突
き出し１８０μｍとなるように取り付け、ｒ−Ｆｅ、Ｏ
，を磁性粉末とする磁気テープを３０時間走行させて膜
の減少量を顕微鏡で写真観察して求めた。

各サンプルの耐蝕性は、ｌ規定の食塩水に室温で一週間
浸した後の膜面の表面の観察に依った。

この耐蝕性の評価は、下記のような表面状態から判定し
た。

Ａ：膜面に変化がなく、鏡面を保ったままの状態。

Ｂ８膜面に薄く錆が発生した状態。

Ｃ：膜面に濃く錆が発生した状態。

Ｄ：膜自体が消失する程度に請が発生した状態。

結果を次表に示す、なお、比較のために、上述の方法と
同様に成膜したＦ　ｅ−Ｑａ−３ｉ合金（Ｒｕを含まず
。）についても、比較サンプル１〜４として各値を測定
した。

（以下余白） この表より、本発明を適用した各サンプルにあっては、
特に耐蝕性や摩耗量において顕著な改善効果が見られ、
また飽和磁束密度、透磁率、保磁力についてもＦｅ−Ｇ
ａ−Ｓｉ系合金と遜色のないことがわかった。

〔発明の効果〕

上述の説明からも明らかなように、Ｆｅ、Ｇａ。

Ｓｉを基本成分とするＦｅ−Ｇａ−Ｓｉ系合金あるいは
ＣＯを添加したＦｅ−Ｇｏ−Ｇａ−Ｓｉ系合金に、Ｒｕ
を添加することにより、耐蝕性や耐摩耗性の大幅な改善
が図られる。また、このＲｕの添加によって軟磁気特性
の劣化や飽和磁束密度の減少がもたらされることもない
。

したがって、耐蝕性、耐摩耗性等の実用特性に優れると
ともに磁気特性にも優れた軟磁性薄膜の提供が可能とな
り、磁気ヘッドのコア材等として極めて実用価値が高い
と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦ１３ｉｓＣＯ＋ｏＳ　１ｚＧａ＋ｓ−＋＋Ｒ
ｕ＋＋としたときのＲｕ添添加量色摩耗量の関係を示す
特性図であり、第２図はＲｕ置換に伴う飽和磁束密度の
変化の様子をＣｒ［換あるいはＧａ置換、Ｓｉ置換の場
合と比較して示す特性図である。 第３図はＦｅｔ＋Ｒｕ４Ｇａｓ　Ｓ　ｉ＋を薄膜におけ
る抗磁力Ｈｃの熱処理温度依存性を示す特性図であり、
第４図はｉ３磁率の熱処理温度依存性を示す特性図、第
５図は５００℃で熱処理後の透磁率の周波数特性を示す
特性図、第６図は５００℃で熱処理後の磁化曲線（Ｍ−
Ｈ曲線）を示す特性図である。 第７図はＦｅ＆ｏＣＯ＋＋Ｒｕｓ　Ｇａ＋ａＳ　ｉ＋ａ
ｆｌ膜における抗磁力Ｈｃの熱処理温度依存性を示す特
性図である。 第８図はＦｅｔｓＲｕａ　Ｇａ＋ｏＳ　Ｌｆｆ薄＃（４
５０℃熱処理後）における抗磁力Ｈｅの膜厚依存性を示
す特性図であり、第９図はｉ３磁率の膜厚依存性を示す
特性図である。 第１図 第２図 第３図 第４図 ｌ！ｉ１５皮数（ＭＨｚ）− 第５図 督輔遇准Ｔａ（”Ｃ）− 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｆｅ＿ａＧａ＿ｂＳｉ＿ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃはそれ
   ぞれ組成比を原子％として表す。）なる組成式で示され
   、その組成範囲が６８≦ａ≦８４、１≦ｂ≦２３、９≦
   ｃ≦３１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である軟磁性薄膜におい
   て、 Ｆｅ、Ｇａ、Ｓｉの少なくとも１種を０．１〜１０原子
   ％のＲｕで置換したことを特徴とする軟磁性薄膜。