JPS6265308A - 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〉 本発明は薄膜磁性素子９例えば薄膜磁性ヘッド。

薄膜磁気センサー等に用いられるＦｅ−８ｔ系合金ある
いはＦｅ−８ｔ−Ａｔ系合金からなる軟磁性薄膜、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
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高記録密度
化に伴い、狭トラツク、短波長。

高周波帯域差に使用される磁気材料が要求されている。

例えば固定ヘッド型デノタルオーディオ。

ＰＣＭ　、垂直磁気記録等の分野は狭トラツク、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、未だこれに十分に対
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・母ツタ法、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、　Ｎｉ−Ｆｅ系合金。

Ｆｅ−３ｉ系合金、　Ｆｅ−３ｉ−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、での研究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−３ｉ系合金あるい
はＦｅ−８ｉ−ＡｔなどのＦｅ基基磁磁性合金。

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。

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９種々の部
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１００〜１２０Ｘ１０　　／１１：：であり、最も大
きいものでも１４０〜１４５Ｘ１０　　／℃程度である
。一方。

Ｆｅ−３ｉ−Ａｔ系合金のなかでも最も代表的な合金組
成領域であるＦｅ−９〜１１％５ｉ−５〜７％Ａｔ合金
（％は重量％を表す、以下同じ）の熱膨張係数は約１７
５×１０−７ｌ℃であり、前記基板のそれに比べて３０
〜７５　Ｘ　１０　　／’Ｃ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シ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
除去できない。

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除去と、結晶構造の改善を兼ねて４
００〜６００℃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。ま
た、熱膨張係数の小さなＦｅ　−８ｉ系合金あるいはＦ
ｅ−８ｉ−Ａｔ系合金の磁性薄膜も提案されていない。

上記問題点を解消し得る軟磁性薄膜が実現できれば、薄
膜磁性素子、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。

基板とよく密着し、透磁率に優れ、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Ｆｅ、Ｓｉの２元素あるいはＦｅ、Ｓｉ、Ａ
ｔの３元素よυ構成されて成る軟磁性薄膜の熱膨張係数
を４０〜６００℃の温度範囲で１５０Ｘ１０／℃以下と
することで達成される。

すなわちＦｅ−８ｉ系合金あるいはＦｅ−８ｉ−Ａｔ系
合金の熱膨張係数はＦｅ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ことを見いだ
した。この関係を第１図に示す。図よりＦｅ１ｌが９０
チ以上であれば熱膨張係数は１５０Ｘ１０／℃以下とな
り、従来のＦｅ　−１０％５ｉ−６％Ａｔ合金の１７４
×１０−７ｌ℃よりも小さくなっている。熱膨張係数が
１５０　Ｘ　１０−７ｌ℃を越えると上記１）、２）、
３）に述べたように基板との熱膨張差に起因する透磁率
の低下ならびにクラックの発生が起こる。

さらにＡｔは熱膨張係数にはほとんど関与しないが、磁
歪の調整のために有利な元素である。

基板と薄膜の熱膨張係数差が５０Ｘ１０−７／℃以上あ
ると薄膜にクラックが発生する。基板として熱膨張係数
が１００〜１４５Ｘ１０’／℃の材料が一般によく用い
られており１００×１０−７ｌ℃の基板を使用した場合
でも、薄膜にクラックが発生しないためには薄膜の熱膨
張係数を１５０Ｘ１０　−７／℃以下にする必要がある
。こうすることにより基板と薄膜の密着性もよくなる。

また１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・ぐツタ法、蒸着法、メッキ法等により任意
に選択できる。

〈実施例〉 以下２本発明をス・ンッタ法を用いた実施例により詳し
く説明する。

外径１０ｍ、内径６閣、厚さ０．５■の結晶化ガラス基
板（熱膨張係数１４０Ｘ１０−７／℃）を用いて。

この上にス・母ツタ法により表−１に示した種々の熱膨
張係数を有するＦｅ−８ｉ−Ａｔ系合金を厚さ３μｍ被
着した。これらのス・母ツタ膜を分析した結果、主成分
であるＦ　ａ　、Ｓ　ｉ＋　Ａｔ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、スパッタ膜の
組織観察により第２相の析出は認められなかった。膜形
成後、非酸化性雰囲気中で４００〜６００℃の膜組成に
応じた温度で熱処理を行った後、５ＭＮ（ｚ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３×３×１５（単位
：簡）の試料を切出し、これを用いて窒素雰囲気中で４
０〜６００℃の温度で囲で測定した。

表−１ 畳印　熱処理時クラック発生 本実施例より熱膨張係数が１５０Ｘ１０／℃以下である
Ｆｅ　−３１−Ａｔ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なっ
ていることがわかる。

〈発明の効果〉 以上のように１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の高い薄膜が実現
される。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦｅ量と熱膨張係数との関係を示す図であるＯ 第　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｆｅ、Ｓｉの２元素あるいはＦｅ、Ｓｉ、Ａｌの３元
   素を主成分として構成されて成る軟磁性薄膜においてそ
   の熱膨張係数が１５０×１０＾−＾７／℃以下であるこ
   とを特徴とする軟磁性薄膜。