JPS62120459A - 軟磁性薄膜用材料 - 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〕 本発明は薄膜磁性素子２例えば薄膜磁気ヘッド。

薄膜磁気センサー等に用いられるＦｅ−８ｔ−Ａｔ系合
金からなる軟磁性薄膜用材料の改良に係り、特に熱膨張
係数が小さくしかも磁気特性に優れた軟磁性薄膜用材料
に関するものである。

〔従来技術〕

近年、磁気応用分野では磁心が小型化、高周波化、高密
度化する傾向にあり、特に磁気記録分野では２例えば、
固定ヘッド型デジタルオーディオ。

ＰＣＭ　、垂直磁気記録分野等に見られるように、高記
録密度化に伴い、狭トランク、短波長、高周波帯域の方
向に進んでいる。

磁性素子の小型化、高周波化に対しては、軟磁性材料の
薄板、薄帯が利用されつつあるが、十分に対応できる材
料であるとはいえない。そこで注目されているのが、ス
パッタ法。蒸着法、メッキ法等により製造される軟磁性
薄膜である。この薄膜は保磁力、透磁率の点で低周波領
域では劣るが。

その形状の有利さから高周波領域で７は格段に優れてい
る。すなわち薄膜、は、電気抵抗の低い金属材料に特有
のうず電流損失を著しく低減することが可能であるため
に、高周波帯域における透磁率の低下をおさえることが
できる。

一般に、薄膜は薄膜磁性素子の主要構成要素であり、そ
の中でも軟磁性薄膜は磁性素子の性能を決定するもので
ある。これにはＮｔ　−Ｆｅ系合金。

Ｆｅ−８ｔ−Ａｔ系合金、さらにはＣｏ　−Ｚｒ系合金
に代表されるようなアモルファス系磁性薄膜が試作。

検討されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記軟磁性薄膜にはそれぞれ一長一短があり
、これまでの報告では必ずしも満足のできる結果が得ら
れていない。なかでも、Ｆｅ−８ｉ−Ａｔ系合金は、媒
体の高抗磁力化に対応できる飽和磁束密度の高い材料と
して期待されているにもかかわらず、薄膜にすると透磁
率が低くなるという問題がある。これは後述するように
薄膜と基板との熱膨張係数差に起因するものである。ま
た、この合金は機械的強度は高いが、薄膜素子、特に薄
膜ヘッドとして用いる場合には膜形成後に微細加工を施
す必要があり、取り扱いの容易さ、加工の容易さの面で
よシ一層機械的強度を高くする必要がある。

さらに、この磁性薄膜はそのもの単体で用いられること
はほとんどなく、磁性材料あるいは非磁性材料からなる
基板上に前記の各種の方法で合金膜を形成し、多方面に
わたる部品として利用されている。この基板材料として
はＭｎ　−Ｚｎ系フェライト、結晶質ガラス等が用いら
れている。この基板材料の熱膨張係数は１００〜１２０
Ｘ１０７℃であり。最も大きいものでも１４０〜１４５
Ｘ１０　　／℃程度である。一方＊　Ｆｅ　−Ｓｌ　−
Ａｔ系合金のなかでも最も代表的な合金組成領域である
ＦＣ−９〜１ｌＬｙ６Ｓｔ　−５〜７チＡｔ合金（％は
重量比を表す、以下同じ）の熱膨張係数は約１７５Ｘ１
０−７／℃であり、基板のそれに比べて３０〜７５Ｘ１
０＝／℃だけ大きくなっている。（ここでの熱膨張係数
は４０〜６００℃の温度範囲における値である。以下特
に断らない限り同じ温度範囲とする。）磁歪を介した熱
応力の磁気特性への寄与を最小にするために基板と磁性
薄膜の熱膨張係数を一致させるか、もしくは近づけた方
がよい。ここで、基板と磁性薄膜の熱膨張係数が異なっ
ていると次のような問題が生じる。

１）薄膜を形成する際に透磁率を改善する目的で基板を
２００〜４００℃に加熱することがある。

この場合、成膜後に薄膜を基板ごと冷却するが。

このときに熱収縮による歪が薄膜に導入され、このため
に透磁率が低下する。この導入された歪はいかなる処理
を行っても容易には解放されない。

２）基板を加熱しない場合でも、成膜時に機械的な歪が
導入されるのでこの解放と結晶構造の改善を兼ねて４０
０℃以上の温度で熱処理が行われる。このとき基板と薄
膜の熱膨張係数が異なっていると、加熱あるいは冷却時
に薄膜に熱応力が導入されてしまい透磁率の低下をまね
く。

３）上記の熱収縮あるいは熱応力により薄膜にクラック
が発生し軟磁性薄膜としての機能を失う。

以上のような問題点があるにもかかわらず、熱膨張係数
の大きな基板材料が工業的にはまだ得られていない。

ここで、先に特願昭６０−１７９３１８で熱膨張係数の
低いＦｅ−８ｔ−Ａｔ合金軟磁性薄膜を得るためには、
そのＳｉとＡｔの合量を３〜１０％に限定すれば良いこ
とを開示した。この時に熱膨張係数として１５０〜１４
１Ｘ１０　７℃が得られた。しかし。

さらに熱膨張係数の低い軟磁性薄膜材料が実現できれば
、基板材料に制約されることも少なくなシ。

磁性薄膜素子、特に薄膜磁気ヘッドの実用化に大きく貢
献できるものである。

従って本発明はこのような実状に鑑みなされたもので、
その主たる目的は熱膨張係数が小さく。

しかも透磁率、耐蝕性０機械的強度に優れ、基板とよく
密着し、しかも薄膜の緒特性を向上させた軟磁性薄膜を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は軟磁性薄膜用材料の合金組成を。

Ｓｔ　２〜８％、　Ａｔ０．５〜２．５％、白金族元素
０゜３〜５％、希土類元素０．０．１〜２チおよび残部
Ｆｅとすることにより達成される。

すなわちＦｅ−８ｔ−Ａ６３元系合金の熱膨張係数はＦ
ｅ含有量に大きく依存しＦｅ量が多くなるにつれて熱膨
張係数は小さくなる。換言すれば（Ｓｉ十Ａｔ）量が少
なくなれば熱膨張係数は小さくなる（特願昭６０−１７
９３１８　）。これに白金族元素を添加するとさらに熱
膨張係数が小さくなることを見いだした。この−例とし
てＦｅ、、ｘＳ　１７Ａｔ１．５ＣｅＯ，２合金にｐｔ
とＲｕをＸ％添加した場合の熱膨張係数の変化を図−１
に示す。（ここでは希土類元素としてＣｅを選んだ。）
図−１よりＰｔ　、　Ｒｕとも添加量が増えるに従い熱
膨張係数が小さくなっており９例えばＲｕ　１　％添加
で２．６Ｘ１０　　／℃だけ小さくなっていることがわ
かる。また、５％を越えて添加しても熱膨張係数はほと
んど変化していない。一方。

０．３チ未満の場合は熱膨張係数の変化はわずかであり
、その添加効果は明らかでない。ここに示さなかった他
の白金族元素についても同様の結果が得られている。な
お、白金族元素を添加する主たる目的は熱膨張係数を小
さくすることであるが。

他の効果として耐蝕性９機械的強度、透磁率の向上があ
る。

希土類元素は主として機械的強度の向上のために添加す
るものであるが、他に耐蝕性、透磁率を改善する効果が
ある。この添加量が０．０１チ未満ではその効果が明確
でなく、２チを越えて添加しても機械的強度の飛躍的な
向上は認められない。

耐蝕性、透磁率についても同様である。また、この希土
類元素の添加は熱膨張係数の変化にはほとんど寄与しな
い。

Ｓｉ　２〜８％、　Ａ７０．５〜２．５俤の範囲では熱
膨張係数はＳｉ量に大きく依存し。ＡＡ量にはほとんど
関係しない。しかしＡｔの添加により磁気異方性を小さ
くシ、透磁率の改善が可能である。すなわち、Ｓｉ量と
白金族元素量で熱膨張係数を設定し。

これに熱膨張係数にはほとんど寄与しないＡｔおよび希
土類元素で透磁率の改善を図ることができる。

Ｓｉ２〜８チとしたのは２チ゛未満では透磁率が低く８
チを越えるとＡｔ、白金族元素、希土類元素の添加によ
っても熱膨張係数が小さくしかも透磁率の高い材料が得
られないためである。一方、Ａｔ０．５〜２．５チとし
たのは０．５チ未満では磁気異方性を小さくさせる効果
が小さく、２．５％を越えるとＳｔ　２〜８チの範囲で
は透磁率を低下させる。

また０本発明の軟磁性薄膜を製造する方法は特に規定し
ないが、ス・ゼッタ法、蒸着法、メッキ法等により任意
に選択できる。ここで規定している各元素の添加量は薄
膜の合金組成であって、この薄膜を製造するためのス・
ｇツタ用ターク９ット、蒸着用母合金等の組成は製造装
置および製造条件によって決定すればよい。

以下１本発明をス・ぞツタ法を用いた実施例により詳し
く説明する。

〔実施例〕

外径１０　ｍｍ　、内径６諒、厚さ０．５　ｍｓの結晶
化ガラス基板（熱膨張係数１３０Ｘ１０−７／Ｃ’）を
用いて。

この上にス・ぐツタ法により表−１に示した組成の合金
を厚さ３μｍ被着した。なお、白金族元素および希土類
元素の添加効果を明確にするために、大部分はＳｌ量７
％、　　ｌａ量１．５％の一定とした。

これらのス・母ツタ膜を分析した結果２表−１に示した
元素の他に３　ｐｐｍ以下のＳ　、　５　ｐｐｍ以下の
Ｃが検出された。また、ス・母ツタ膜の組織観察および
Ｘ線回折結果により第２相の析出は認められなかった。

膜形成の後、非酸化性雰囲気中で４００〜８００℃の膜
組成に応じた温度で熱処理を行い。

５　ＭＨｚにおける実効透磁率を測定した。なお必要に
応じて磁界中熱処理あるいは磁界中冷却を行った。この
結果を表−１に示す。

表−１に示した熱膨張係数は薄膜を直接測定したのでは
なく、同一組成を有する材料から３Ｘ３ＸＬ５（単位：
謔）の試料を切出し、これを測定した。

また９機械的強度の測定および耐蝕性試験には。

５ｃｒｒＬ四方のポリイミドフィルム基板に上記と同時
に作成された厚さ３μｍの薄膜を試料として用いた。

耐蝕性試験としては塩水噴霧試験法（ＪＩＳ　Ｚ　２３
７１　）を用いた。評価方法は試料番号Ａ２の腐食面積
を１００として相対腐食面積を算出した。機械的強度は
得られた膜について引張試験を行ない、膜にクランクが
発生するときの強度とした。評価方法は試料番号＆２の
強度を１００とする相対評価とした。この結果を表−１
に示す。

本実施例よりＳｉ　２〜８係□、　Ａｔ　０．５〜２，
５チ。

白金族元素０．３〜５％、希土類元素０．０１〜２チお
よび残部Ｆｅからなる軟磁性合金薄膜は熱膨張係数が小
さく、このため基板との密着性に優れ、しかも透磁率が
高く、耐蝕性に優れ２機械的強度が高くなっていること
がわかる。

μ下余日 〔発明の効果〕 以上のように２本発明による軟磁性薄膜用材料によれば
、基板との密着性に優れしかも透磁率。

耐蝕性１機械的強度の高い薄膜が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は白金族元素（ｐｔ　、　Ｒｕ　）の添加横と熱
膨張係数との関係を示す図である。 代理人（７７８３＞弁理士池田５玉で保　　　１＼、−
＼（，１（−１１′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）重量比でＳｉ２〜８％、Ａｌ０．５〜２．５％、白
   金族元素０．３〜５％、希土類元素０．０１〜２％およ
   び残部Ｆｅからなることを特徴とする軟磁性薄膜用材料
   。