JPS6278805A - 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、良好な軟磁気特性を示し磁気ヘッド材料等に
好適な軟磁性ＴｉＪ膜に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、Ｆｅ、Ｃｏ。Ｇａ、Ｓｉを主成分とする新規
な組成を有する軟磁性ｙｌ膜を提供し、特に飽和磁束密
度Ｂｓが極めて大きな軟磁性薄膜を提供するものである
。

（従来の技術〕 例えばオーディオテープレコーダやＶＴＲ（ビデオテー
プレコーダ）等の磁気記録再生装置においては、記録信
号の高密度化や高品質化等が進められており、この高記
録密度化に対応して、磁気記録媒体として磁性粉にＦｅ
、Ｇｏ、Ｎｉ等の金属あるいは合金からなる粉末を用い
た、いわゆるメタルテープや、強磁性金属材料を真空薄
膜形成技術によりベースフィルム上に直接被着した、い
わゆる蒸着テープ等が開発され、各分野で実用化されて
いる。

ところで、このような高抗磁力を有する磁気記録媒体の
特性を発揮せしめるためには、磁気ヘッドのコア材料の
特性として、高い飽和磁束密度を存するとともに、同一
の磁気ヘッドで再生を行なおうとする場合においては、
高透磁率を併せて有することが要求される。例えば、従
来磁気へ、ドのコア材料として多用されているフェライ
ト材では飽和磁束密度が低く、また、パーマロイでは耐
摩耗性に問題がある。

従来、かかる諸要求を満たすコア材料として、Ｆａ−Ａ
ｊ！−３ｉ系合金からなるセンダスト合金が好適である
と考えられ、すでに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（（ｉ気嚢方
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、この非晶質磁性合金材料でも飽
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°Ｃ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ヘッドに使用するには工程
上制限が生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような状況から、高品質化、高記録密度化を図るた
めの磁気記録媒体の高抗磁力化の試みも、従来のコア材
料を用いる限りにおいて、飽和磁束密度の限界から自ず
と制約を受けているのが現状である。

そこで本発明は、上述の従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、センダスト合金と同程度の軟磁気特性（
透磁率や抗磁力等）を存し、高い飽和磁束密度を有する
軟磁性薄膜を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、上述の目的を達成せんものと長期に亘り
鋭意研究の結果、次のような知見を得るに至った。

すなわち、 （１）センダスト合金以上の飽和磁束密度Ｂｓを有する
軟磁性材料を得るためには、磁歪λ、＝０の線と結晶磁
気異方性に＝Ｏの線との交点がよりＦｅ高濃度側になけ
ればならないこと。しかも、磁化の減少の割合が３４や
Ａβよりも穏やかな元素が望ましいこと。

（２）また、磁気モーメントの減少という観点から見る
と、絶対零度における磁気モーメントの減少の割合は、
ｌ原子％あたりＡ１で−２，６６μｍ、Ｓｉで−２，２
９μｍ　、　Ｇａで−１，４３μｌ　、　Ｇｅで−１，
３６μ８であることから、これらの元素を適当に組み合
わせることにより、Ｆｅ−３ｉ−Ａ６の組み合わせより
も高飽和磁束密度が得ら−れる可能性があること。

ｆ３１　Ｃｏの添加は飽和磁束密度のみならず耐蝕性や
耐摩耗性の向上に効果があること。

である。

そこで、本発明においては、その組成をＦｅ−Ｃｏ−Ｇ
ａ−３ｉ系合金とし、さらに検討を加えた。

先ず、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−３ｉ系合金を各々３成分系に
分割し、それぞれ結晶６ｄ気異方性に＝０と磁歪λ１＝
０の線を調べると、第１図（Ａ）ないし第１図（Ｃ）に
示すようなものであった。即ち、Ｆｅ−Ｇａ−５ｉの３
元系においては、第１図（Ｂ）に示すようにに＝Ｏとλ
８＝０の交点が存在し、その領域で軟磁気特性が得られ
る。Ｆｃ−Ｃｏ−３ｉ３元系においても、第１図（Ｃ）
に示すように、同様にに＝Ｏとλ、＝０の交点が存在す
る。一方、Ｆｅ−Ｇｏ−Ｇａ３元系においては、第１図
（Δ）に示すようにに＝Ｏの線は存在するが、λ、−０
の線は不明確で、しかもＦｅ高濃度側では存在しない。

したがって、Ｆｅ−Ｃ０−Ｇａ−３ｉの状態図を立体的
に考えると、Ｋ＝０の面とλ３−０の面が少なくともＦ
ｅＡ１？ｆｆｉ度側の領域で存在し、その交線で軟磁気
特性が得られるものと推定される。

また、Ｆｅ−Ｇａ−３ｉ系合金にＣＯを添加するという
観点から見ると、ＣＯの添加量の増加とともに飽和磁束
密度のみならず耐蝕性、耐摩耗性は明らかに向上するが
、ＣＯ添加量が多過ぎると飽和磁束密度の劣化が顕著に
なるばかりか、軟磁気特性も悪化する。

例えば、Ｆｅｔｔ、４−＋＋Ｃ０ｘＧａｔ、＋Ｓ　ｉｌ
ｓ、ｓとし、Ｇｏ添加量と熱処理（５００℃および５５
０℃）後の抗磁力Ｈｃとの関係を調べたところ、第３図
に示すように、ＣＯ添加量１０原子％付近で抗磁力Ｈｃ
は穫小値を示し、２０原子％を越えると軟仔（気持性が
著しく悪化することがわかった。したがって、ＣＯ添加
量には最適値が存在する。

以上の点を併せ考え、さらに実験を重ねた結果、本発明
の軟磁性薄膜は、ＦｅＸＣｏ、ＧａａＳ　’ｒｂ（ただ
しｘ、ｙ、ａ、ｂ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 ６５≦ｚ＋ｙ≦８５ Ｑ＜ｙ≦２０ １≦ａ≦３５ ■≦ｂ≦３５ ｚ＋ｙ＋ａ＋ｂ＝１００ なる関係を満足することを特徴とした。

すなわち、本発明の軟磁性薄膜は、Ｆｅ、Ｃｏ。

Ｇａ、Ｓｉを主成分とするものであって、センダスト合
金よりも飽和磁束密度ＢＳははるかに高く、また、Ｆｅ
−３ｉ系合金である電磁鋼板よりも軟磁気特性や耐蝕性
に優れるものである。なお、上記組成式において、Ｇａ
の一部をＡＪで置換してもよく、また、Ｓｉの一部をＧ
ｅｍ：置換してもよい。

本発明の軟磁性薄膜においては、各成分元素の組成比を
所定の範囲内に設定することが好ましく、この範囲を外
れると磁歪が大きくなり、磁気特性が劣化する。

上記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、にｏ、Ｇａ、Ｓｉを所定の割合となるように
秤量し、これらをあらかし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、 １１）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、これら蒸
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、 ｉｖ）合金を蒸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。

〔作用〕

このように、軟磁性薄膜の構成元素としてＦｅ。

Ｃｏ、Ｇａ、Ｓｉを選び、これらの組成比を所定の範囲
内に設定することにより、飽和磁束密度ＢＳはセンダス
ト合金等に比べて大幅に大きなものとなり、抗磁力、透
磁率等の軟磁気特性や耐蝕性。

耐摩耗性も確保される。

〔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、Ｃｏ、Ｇａ、Ｓｉをそれぞれ所定の組成比
となるように秤遺し、アルゴン雰囲気中で高面′＄Ｌ誘
導力Ｕ熱炉を用いて・）８解・鋳造後、さらに機械加工
を行って直径４インチ、厚み４■曽のスパックリング用
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５Ｘ　１０−３Ｔ
ｏｒｒ、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ＨＯＹＡ　　ＰＥＧ３Ｌ３０Ｃ）上に膜厚約１μｍの
薄膜を得た。

さらに、このｖＲ膜を、ｌ　Ｘ　ｌ　Ｏ−’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１１
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。

ｉ３　Ｋ’を率＃（ＩＭＩＩｚおよび１００Ｍ１ｌｚに
おける値）。

磁歪および耐蝕性について調べた。

ここで、飽和磁束密度Ｂｓは試料振動磁束計（ＶＳＭ）
、抗６１力ＨｅはＢ−Ｈループトレーサ、透磁率μは８
の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、Ｅ　Ｐ　Ｍ　Ａ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒ
ｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ）法によった。

各サンプルの耐蝕性は、室温で水道水に約−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。

Ｂ：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錆が発生した状態。

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Ｆｅ−３ｉ合金（電磁鋼板）およびＦｅ
−３ｉ−ＡＪ金合金センダスト）についても、それぞれ
比較サンプルｌおよび比較サンプル２として、各値を測
定した。

（以下余白） この表より、本発明に係る各サンプルにあっては、セン
ダスト合金よりも若干軟磁気特性に劣るものの、飽和磁
束密度Ｂｓははるかに高いことがわかる。また、これら
各サンプルの軟し’ｔｌ気特性や耐蝕性はＦｅ−Ｓｉ合
金よりも優れていることがわかる。

ところで、本実施例においては、軟磁性薄膜をスパッタ
リングにより被着した後、温度４５０〜６５０℃の条件
で熱処理を施しているが、これは次のような理由による
。

例えば、Ｆｅ６ｘ、ｅＣＯ＋ｏ、ｏＧａｚ、３Ｓ　’＋
ｘ、ｑなる組成を有する軟磁性薄膜（膜厚２μｍ）につ
いて、スパッタリングにより被着したままの状態で抗磁
力Ｈｃを測定したところ、約２０エルステツドとかなり
高い値を示した。

そこで、本発明者等はさらに実験を重ね、スパッタリン
グにより被着した薄膜に対して熱処理を加え、この熱処
理温度と得られる軟磁性薄膜の抗磁力ｔ（ｃ及びＩ　Ｍ
　ｌｌｚにおけるｉ３佑率μの関係について調べた。結
果を第３図及び第４図に示す。

この第３図より、スパッタリングにより被着した薄膜に
対して熱処理を施すことにより得られる軟磁性薄膜の抗
磁力Ｈｃが大幅に低減し、特にりへ処Ｉｌ’ｔＦｊｚ度
が４５０℃の時に極小値を示すことがわかった。同様に
、第４図より、熱処理により透磁率μが向上し、熱処理
温度が４５（１℃の時に極大（直を示すことがわ力・っ
た。

実際、この軟磁性薄膜について、熱処理前と温度４５０
°Ｃ，１時間の条件での焼鈍・徐冷後の磁化曲線を求め
たところ、第５図および第６図に示すように、温度４５
０℃での熱処理により得られる軟磁性薄膜の磁気特性（
特に抗磁力）が著しく改善されたことがわかった。

上記熱処理温度の最適値は組成比によって若干界なり、
したがって、熱処理温度Ｔａはサンプル毎に決めた。

〔発明の効果〕

上述の説明からも明らかなように、軟磁性薄膜の成分元
素としてＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｓｉを選び、これらの組成
比を所定の値に設定することにより、センダスト合金を
凌ぐ飽和磁束密度Ｂｓを達成することができるとともに
、軟磁気特性や耐蝕性。

耐摩耗性を確保することが可能となった。

したがって、この軟磁性薄膜を例えば（イｌ気へノドの
コア材料として用いることにより、磁気記録媒体の高抗
磁力化に充分対処することができ、高品質化や高記録密
度化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はＦｅ−Ｃｏ−１ｃａ３元系における結晶
磁気異方性に＝Ｏの線を表す特性図、第１図（Ｂ）はＦ
ｅ−Ｇａ−３ｔ３元系における結晶６ｆｆ気異方性に＝
０の線とけ歪λ、−〇の線を表す特性図、第１図（Ｃ）
はＦ’ｅ−Ｃｏ−３ｔ３元系における結晶磁気異方性に
＝０の線と磁歪λ１−〇の線を表す特性図である。 第２図はＦｅ７ｔ１−ｘｃｏｌＧａ７．＋ｓ　ｉｌｓ、
ｓにおけるＣｏ添加量Ｘと抗磁力Ｈｃの関係を熱処理温
度５００℃及び５５０℃の場合について求めた特性図で
ある。 第３図はスパッタリングにより被着した軟磁性薄膜（Ｆ
　ｅ　ｂｓ、ａｃ　Ｏ＋ｏ、ａＧ　ａ　１ｍ、３Ｓ　ｉ
　１１．１１）の抗磁力ＩＩ　ｃと熱処理温度の関係を
示す特性図であり、第４図は透！ｎ率と熱処理温度の関
係を示す特性図である。第５図はこの軟磁性薄膜の熱処
理前の磁化曲線を示す特性図、第６図は４５０°Ｃ，１
時間の熱処理後の磁化曲線を示す特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｆｅ＿ｘＣｏ＿ｙＧａ＿ａＳｉ＿ｂ（ただしｘ、ｙ、
   ａ、ｂ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 ６５≦ｘ＋ｙ≦８５ ０＜ｙ≦２０ １≦ａ≦３５ １≦ｂ≦３５ ｘ＋ｙ＋ａ＋ｂ＝１００ なる関係を満足することを特徴とする軟磁性薄膜。