JPS6357758A - 窒化磁性合金膜及びその形成法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は磁気ヘッド等に適した軟磁性窒化合金膜に関す
るものである。

従来の技術 従来よシムｒガス中にＮ２ガスを混合したスパッタ法−
や、窒化物をターゲットに用いたスパッタ法等によυ窒
素を含む磁性合金膜の作成が試みられて来た。これらの
ものにはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉとガラス化元素Ｂ、Ｓｉ、ム
５．Ｐ、Ｃ等より成る合金の窒化膜（特開昭５４−９４
４２８号公報、及び同６０−１５２６１号公報）や、Ｆ
、の窒化物の研究（ジャーナル　オブ　アプライド　フ
ィジックス（Ｊ。

Ａｐｐｌ　、　ｐｈ７ｓ　、　）二旦（１１）ｐ８３３
２（１９Ｂ２））がある。前者において（ｄ、たとえば
Ｆｅ　−Ｂ系を窒化しだＦｅ−Ｂ−Ｈにおいては框直磁
気異方性が増加して、Ｆｅ−Ｂ系合金の有する軟磁性が
そこなわれ、抗磁力Ｈｃの大きな磁性膜になると同時に
飽和磁化４πＭＳが窒化により減少する事が知られてい
る。又、後者のＦｅ−Ｎ合金膜においてば４πＭＳは微
量のＮを含む場合むしろ増加するがやはりＨａは犬きく
軟磁性を示さない事が知られてし・す、むしろその硬質
磁性に着ト１し、記録媒体への［己用研究が進められて
いる。これらに対し、特願昭６１−５４０５４号に示さ
れているように、謂ゆるメタル−メタル系非晶質合金の
窒化膜は比ｌ咬的Ｈａが小さく、４πＭｓの窒化による
減少も少なく、むしろ増加する事が知られている。

しかしながらこの窒化膜ではＨａが十分小さくない為、
上記特許出願に係る発明では、上記のメタルーツタル系
非晶質合金の窒化層と非窒化層を交互に重ねだ多層構造
とする事により極めて小さいＨｃの１次磁性合金膜を得
ている。

ところが（二のような多層膜は室温付近で使用する場合
は問題ないが、ｓｏｏ”ｃ付近で熱処理を施すと層間拡
散によりその１憂れた軟磁性が損われてしまう事がわか
った。

発明が解決しようとする間ｍ点 本発明は上述の問題点を解決し、Ｈｃが小さく軟磁性を
示しかつ特性が熱的に安定で、ｖ　Ｑで窒化物特有の耐
摩耗性と比較的高い電気抵抗を示す窒化磁性合金を可能
とするものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明の窒化磁性合金は次式で表わされるものである。

Ｔｘ　Ｍｙ　Ｎｚ　　　　　　・−・・・・−・・・（
１）ただし、 ＴはＣｏ、　Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｍｎ　　のうち１を干も
しくは２種以上の金属。

ＭはＴｉ、　Ｎｂ、　Ｈｆ、　Ｚｒ、　Ｔａ、　Ｗ、　
Ｍｏ　、　Ｃｒのうち１種もしくは２種以上の金属。

ＮはＮ〔窒素〕 であって、ｘ＋　’ｌ’ｌ　ｚは原子パーセントを表わ
しそれぞれ ６６　＜　Ｘ　＜　９４　　　・・・・・・・・・・・
・・・（２）５　＜ニア　り２５　　　・・・・・・・
・・・・・・（３）ｏ、１くｚ＜２ｏ　　　・・・・・
・・・・・・・・・（４）ｘ　＋　ｙ　＋　ｚ二１００
　　・・・・・・・・・・・・・・・（６）であるが合
金の厚さ方向に対しｘ、ｙ、ｚは一定値をとらずその値
が周期的に変化する構造を有するｆ且成変調窒化合金で
ある事をその特徴とするものである。

作用 、［１成変調構造を有することによシ、拡散による特性
変化が生じ難く、熱的に安定であり、また、Ｈａ　が小
さくなる効果も得られる。史に、Ｎを含むことにより、
耐摩耗性と比較的高い電気抵抗を得ることができる。

実施例 軟磁性を得るには Ｘぐ９４，６＜ｙ、Ｚ＜２０　　・・・・（６）である
事が必要であり、十分な４πＭｓを得るには６５＜ｘ、
　　ｙｐ２５　　　　・・・・・・・・・・・・・・ヴ
）であり、ｉ耐ｆｆ：、１毛性の向上、比抵抗の増大、
熱的安定性の向上には少くとも ０．１≦２　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・
（８）である事が必要な事が実験結果よりわかった。

（６）〜（８）より（２）〜（４）が又当然の事ながら
（５，）式となる事が必要である。

本発明の特徴は単なる窒化合金でもなく、父中なる多層
溝端合金でもなく、熱的に安定で拡散が生じにくいよう
な構造に組成変調された窒化磁性合金でちり、又組成変
調する￥１１により１１１−なる窒化膜では得難い軟磁
性を得ようとするものである。

従って以下（１）式で本発明組成変調窒化合金を示す場
合には、それは諧均徂成を意味し、ｘ＋Ｙｓ　　ｚは厚
さ方向に周期的に変動しているものでちる。

この組成変動の周期を組成変調波長λとすれば、λが小
さい程Ｈｃの小さな軟磁性膜がｊｌ）られる事がわかっ
た。特にλ＜１０００人でこの効果は犬であった。この
ような組成変調合金膜を形成するには従来はＡｒガス中
にＮ２ガノを周］υｊ的に混合してスパッタを行なう事
によう、おもにＮ（窒素）元素のみを膜厚方向に組成変
調したものであったが、このような膜は熱処理によりＮ
が拡散してその周期性が不明確になってしまい熱的に不
安定であった。しかるに本発明においては、（１）式に
示した構成元素のうちＭ　（−Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｈｆ、
　Ｚｒ、　Ｔａ。

Ｗ・・・）が構成元素Ｔ（＝Ｃｏ、Ｎｉ、・・・）よシ
もＮ（窒素）と結合し易い点に着目し、上記のおもにＮ
元素のみを組成変調した合金膜を適当な温度で熱処理す
る事により膜厚方向にＭ元素とＮ元素の極大とＴ元素の
極小がほぼ一致するような熱的に安定な組成変調構造を
有する合金とする事によシ、拡散による特性変化が生じ
にくく熱的に安定で、かつ膜厚方向に組成変調構造を有
する為、単なる窒化膜では得られなかった極めてＨａの
小さい軟磁性合金膜を得るものである。更にＮを含んだ
このような組成変調合金膜は、Ｎを含まない非晶質合金
膜に比べて、高温での特性劣化が小さい事がわかった。

即ちＮを含まない非晶質合金は結晶化温度Ｔｘ以上で結
晶化してその１欺磁性を失ないＨＣ＞１００６となる。

非晶質合金の’ｒｘは高々５６０〜５７０℃で４％ＭＳ
　　の高いものほどこの値は低くなる為、通常このよう
な非晶質合金を用いた磁気ヘッドを作製する場合、熱処
理温度は６００℃以上とするのは困難である。−力木発
明の組成変調された窒化合金膜は６００℃での熱処理後
もＨａ　＜　５０ｓであり極めて特性の熱安定性の良い
事がわかった。組成変調されていない単なる窒化膜も安
定ではあるがＨｃが熱処理前後どちらの場合も比較的大
きく、磁気特性に関しては本発明の組成変調窒化膜の方
が優れている。なお本発明窒化磁性合金膜は窒化物特有
の耐摩耗性と、合金としては比較的高い電気抵抗を有し
ており、上述の熱的に安定な軟磁気特性を有する事によ
り磁気へソドコア等の応用に適するものである。

〔実施例１〕 ＧｏあＮｂ、、　　（原子％）の組成のターゲットを用
い、Ａｒガス中に一定分圧比となるようにＮ２ガスを周
期的に混合してスパッタする事によりフェライト基板上
に窒化層と非窒化層が周期的に積層された構造の多層膜
を形成した。なおＮ２ガス分圧比は０．２％、５％、１
０％、２０％、４０％と変化させた。又窒化層と非窒化
層の層ｆ８？：はほぼ等しくして、１層の層厚が１００
ｏ人、２６０人。

１２５人の３種類のものを作成した。得られた膜の代表
的なものとしてＮ２ガス分圧比５％、１層の層厚約２５
０人の窒化層と非窒化層よりなる多層・構造膜のオージ
ェ分光（ＡＥＳ）による膜の深さ方向の組成プロファイ
ルを第２図ａに示した。

図よシ明らかなように明確な窒化層と非窒化層より成る
多層重１１造膜が得られている事がわかる。次にこれら
の膜を４８０’Ｃ貞空中で熱処理して、本発明の１組成
変調窒化膜とした。代表例として上記第２国電の多層構
造膜のこの熱処理後の膜の深さ方向のＡＥＳによる組成
プロファイルを第１図ａに示した。同図で注目すべき点
は、第２図亀においては窒化層ではＮｂが少なくＣＯが
和動的に多く、逆に非窒化層ではＷｂが多く　ａＯの少
ない組成プロファイルであったものが、この熱処理によ
υＮが拡散して窒化層と非窒化層の明確な区別がなくな
ったものの組成変調されたプロファイルを残し、ＮとＮ
ｂ　／７）極大が一致し逆にＣＯは両名の極大で極小を
示し、第２図ａとは逆の傾向のプロファイルとなってい
る事がわかる。これは多層膜作成時に、Ｎ２混合ガス中
スパッタではＡｒガス中のみのスパッタにくらべ膜がＮ
ｂの減少した組成になり易いが、ＮｂとＮはＣＯとＮよ
りも結合し易いので適当な温度で熱処理する事によシ上
述のような組成変調が生じたものと思われる。これらの
合金膜との比較の為、Ｎ２分圧比６９’、１０％。

２０％の単なる窒化膜もＮ２混合ガス中でスパッタ法に
よシ作成した。以上作成した多層構造膜、本発明組成変
調窒化合金膜、単なる窒化合金膜を３４０℃回転磁界中
で熱処理して、この熱処理前後の特性の変化を調べた結
果をまとめて下表に示した。

（以下　余　白） ４表−１） 表に示した結果より本発明合金膜の磁気特性が、従来例
の多層構造膜に比べて３４０’Ｃでの熱処理に対し特性
が安定である事がわかる。

これは３４０°Ｃでの熱処理によシ本発明組成変調合金
は組成プロファイルが変化しないのに対し、従来例の多
層構造膜はＮが拡散してプロファイルが変化する為で、
参考の為３４０℃熱処理後のそれぞれの膜の組成プロフ
ァイルを第１図す、第２図すに示した。又単なる窒化膜
の特性は熱的に安定であるがＨａが犬なのが難点である
。なおＮ２分圧比と膜中のＮ元素含有量は必ずしも直線
的比例関係にはないが、Ｎ２分圧比２０％でほぼ膜中の
Ｎ元素含有量も約２０％である事が人ＥＳ分析よりわか
った。ちなみに上表に示した本発明組成変調合金は窒化
層厚と非窒化層厚比が１＝１の多層構造膜を高温熱処理
により得たもので上表中に′。

ｌ′の７均Ｎ元素含有量は約２０％である。又これ以上
Ｎ元素含有量の多い膜は基板より剥離し易くかつ４πＭ
ｓが減少する為あまり応用上の長所がない。父上表に示
した結果よりわかるように組成変調波長λが小さい程Ｈ
ｃは小さくなる傾向を示し、λ＜１０００人となる事が
望ましい。

〔実施例２〕 実施例１と同じターゲットを用いＮ２ガスを混合しない
で単にＡｒガス中のみでスパッタして通常のＧｏ　−Ｎ
ｂ　非晶質合金を作成した。この合金膜と実施例１で作
成した本発明合金膜ｂ′、ｄ′。

ｇ’、　ｊ　’、　１２’の硬度及び電気抵抗の測定を
行なった結果をまとめて下表に示した。

（表−２） なお上表中に示した耐摩耗性の評価としては、合金膜を
ヘッド形状をした基板のテープ摺動面に形成し、市販の
ＶＴＲデツキに取付け、テープを６００時間走行させた
後の摩耗量を上記試料ｐの値で規格化したものである。

本発明の組成変調窒化合金が従来の非晶質合金より、硬
度、耐摩耗性において優れ、又電気抵抗も高くなってい
る事がわかる。窒化層と非窒化層より成る積層構造合金
も全体としての耐摩耗性は従来の非晶質合金よシ優れて
いるが、窒化層と非窒化層とで耐摩耗性に差がある為、
偏摩耗を生ずる問題点があった。これに対し本発明組成
変調窒化合金ではこれがほとんど生じないという長所が
ある事も実験の結果わかった。

〔実施例３〕 神々のターゲットを用い実施例１と同様の方法で、各種
の、組成変調窒化合金膜を作成し、その諸行性を調べた
結果をまとめて下表に示した。

０表−３） 表に示した結果よりわかるように本発明組成変調窒化合
金は４πＭｓが高く、かつその軟磁気特性の熱的安定性
が良い事がわかる。

〔実施例４〕 ターゲットにＣ０８２Ｎｂ、２Ｔａ２ｚｒ４　　を用い
て、実施例１と同様の方法で、Ｎ元素平均含有量６％変
調波長５００への組成変調窒化合金膜を作成した。

比較の為、同じターゲットを用いてＡｒガス中のみでス
パッタする事により非晶質合金膜を作成し、続いて同じ
ターゲットを用いてＮ２ガス６％混合のＡｒガス中でス
パッタする事により窒化合金膜　・を作成した。これら
の試料を真空中で６２０℃３０分熱処理し、磁気特性の
安定性の比較を行なった。第３図にこれら試料の熱処理
前後におけるｓｏ！ｌｚのＢ−Ｈ曲線を示した。実験結
果より明らかなように図中ａの窒化されていない非晶質
合金膜はこの熱処理により完全に結晶化して熱処理前の
軟磁性を失っており、又図中Ｃの単なる窒化膜は熱処理
による特性劣化は少いがＨｃの大きいのが難点である。

これに対し図中すの本発明組成変調窒化合金膜は熱処理
後も軟磁性を維持しており極めて安定性の良い事がわか
る。

発明の効果 以上実施例によシ説明した通り、本発明の組成変調窒化
磁性合金は、従来の非晶質合金、多層構造合金と比べて
磁気特性の熱的安定性に優れ、又単なる窒化膜では得難
い優れた軟磁性を示し、更に窒化合金特有の耐摩耗性と
高い比抵抗をあわせ持つ新規な磁性合金であり、磁気ヘ
ッド等の応用に適したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の組成変調窒化合金膜の人ＥＳによる
膜の深さ方向の７組成プロファイルを示すグラフ、第２
図は多層構造膜の作成時と３４０°Ｃ熱処理後の膜の深
さ方向のＡＥＳによる組成プロファイルを示すグラフ、
第３図は本発明組成変調窒化合金膜、非晶質合金膜、窒
化合金膜の作成時の６０！１２におけるＢ−Ｈ曲線と６
２０’Ｃの熱処理後のＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 ０　　　　　２０　　　　　＃）　　　　　　６０スパ
ツｙ吟閲（分） Ｏπ　　　　　ａ６θ スパ・ング府間（傾 第２図 ０　　　　　　　　　π　　　　　　　　　匈スバッグ
玲′！Ｊ１（＃） Ｏ２Ｏ３−０ スパック時７’４　（分ｐ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｔ＿ｘＭ＿ｙＮ＿ｚなる組成より成り、かつＴ、
   Ｍ、Ｎのそれぞれの組成が膜厚方向に変調されている事
   を特徴とする窒化磁性合金膜。 ただしＴはＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎより成る群から選ば
   れた少くとも１種以上の金属、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、
   Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒより成る群から選ばれた少
   くとも１種以上の金属、ＮはＮ（窒素）であって、ｘ、
   ｙ、ｚは原子パーセントを表わし、それぞれ ６５＜ｘ＜９４ ５＜ｙ＜２５ ０．１＜ｚ＜２０ ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ である。
2. （２）特に膜厚方向の構成元素ＭとＮの組成変調の極大
   が構成元素Ｔの組成変調の極小となるように組成変調が
   されている事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   窒化磁性合金膜。
3. （３）特に膜厚方向の組成変調波長（もしくは周期）が
   １０００Å以下である事を特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の窒化磁性合金膜。