KR0164459B1 - 코발트 페라이트 자성 박막 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코발트 페라이트 자성 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 산화물계 자성박막이 갖고 있는 우수한 내식성 및 내마모성과 제조비용의 저렴함을 살리면서도 아울러 자기적 특성, 특히 포화자화값을 획기적으로 향상시키도록 한 것이다.

이에 조성식 Co_XFe_YO_Z. 이때, X,Y,Z는 원자비로 0.5 X 2.9, 0.1 Y 2.5, 1 Z 4, X +Y = 3 인 것을 특징으로 하는 코발트 페라이트 자성 박막과, 금속계 타겟트를 사용하여 스파터 가스중 산소분율이 0.5∼20%이고, 기판온도가 100∼500℃인 스파터링 조건에서 피착시켜 코발트 및 철산화물과 코발트 및 철 금속을 박막형태로 형성하는 것임을 특징으로 하는 코발트 페라이트 자성 박막의 제조방법이 제공된다.

Description

코발트 페라이트 자성 박막 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 의한 제조방법에 의해 제조한 자성박막의 구조를 보인 X선회절 시험의 다이아그램.

제2도는 통상의 방법에 의해 제조한 자성박막의 구조를 보인 X선회절 시험의 다이아그램.

본 발명은 컴퓨터 하드디스크나 브이씨알(Video Cassete Record)등의 기록 및 재생에 사용되는 자기기록매체나 박막형 인덕터 등과 같은 자기소자에 사용될 수 있는 산화물계 자성박막 재료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 직류 마그네트론 스파터링기를 사용하고, 타겟트로 순철과 코발트의 복합 타켓트를, 스파터 가스로 산소와 알곤을 사용한 반응성 스파터법으로 코발트 페라이트 자성 박막을 성막시키는 데 있어서 스파터 조건, 스파터 가스 중 산소분압, 기판온도, 코발트 함량을 조절하여 페라이트와 금속이 혼재하여 포화자화값이 높은 자성박막을 성막할 수 있도록 한 코발트 페라이트 자성 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자산업의 급격한 발달에 따라 컴퓨터, 브이씨알 등과 같은 전자기기의 보급이 일반화되어 가고 있는 추세이며, 자기기록 및 재생 장치 분야에서도 기록 신호의 고밀도화가 요구되고 있으며, 또한 신호대 잡음비를 높이는 방안도 추진되고 있다.

지금까지 개발된 자기기록 매체로는 미국특허 2,694,656호에 명기된 침상형 철산화물 분말과, 미국특허 3,573,980호와, 미국특허 3,645,163호에 명기된 코발트 함유 침상형 철산화물 분말을 사용한 도포형 자기기록 재료를 들 수 있다. 그러나 이들 도포형 자기기록 매체는 도포과정에서 고분자 결합재를 사용하고 있으며, 비자성체인 이들의 부피비가 최종 제품에서도 60%를 넘기 때문에 자기기록밀도를 높이는 데 한계를 보이고 있다.

이러한 결점을 보완하기 위하여 개발된 재료가 박막형 자기기록 매체인데, 특히 고밀도의 요구가 강한 컴퓨터용 하드 디스크 분야에서 이의 사용이 급격히 증가하고 있다.

고밀도 자기기록용 박막재료로는 코발트 금속계 자성박막과, 산화물계 자성박막으로 크게 나눌 수 있으며, 다음과 같은 재료가 사용되고 있다.

1) Co-Cr-Pt-Ta계 자성박막 (미국특허 5,004,652호)

2) 철산화물계 자성박막 (미국특허 3,860,450호)

3) 코발트 함유 철산화물 박막.

상기의 방법 중 1)의 방법은 포화자화값이 600 emu/cc이상, 보자력이 2 kOe내외로 자기적 특성이 우수한 반면, 결정제어를 위하여 하지층을 증착하고 내마모성의 보완을 위하여 표면코팅을 하여야 하기 때문에 제조공정이 복잡하고, Pt, Ta과 같은 고가의 원소를 포함하고 있어서 가격이 비싸며, 내식특성이 우수하지 못하다는 단점이 있다.

또한, 2)의 방법은 철산화물을 사용하기 때문에 내마모성과 내식성이 우수하여 표면 코팅할 필요가 없는 반면에 포화자화값이 낮고, 특히 보자력이 400 Oe 정도로 낮다는 단점이 있다. 이러한 철산화물의 경우에 포화자화값이 금속계 자성박막에 비하여 낮은 것은 자기적 모멘트를 갖는 금속이온 외에 자기적으로 전혀 기여하지 않는 산소이온이 함께 존재하기 때문이며, 산화물계 자성재료의 가장 큰 약점이라 하겠다.

마지막으로 3)번 방법은 2)번 방법의 단점인 보자력을 자기이방성이 큰 코발트 이온을 첨가하여 개선한 방법으로서, 저렴하고, 내마모성과 내식성이 우수하며, 자기적 특성 중 보자력도 1 kOe 이상으로 우수한 반면에, 포화자화값이 2)번 방법에 의한 철산화물의 포화자화값보다 작아서 300 emu/cc 내외 밖에는 안된다는 단점이 있다. 이는 코발트 이온의 자기모멘텀이 철이온의 자기모멘텀에 비하여 낮기 때문으로 포화자화값이 2)번 방법의 철산화물 자성박막의 포화자화값보다 낮아 기록재생시 신호대 잡은 지수가 높아지는 치명적인 약점이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 종래 기술의 고밀도 자기기록박막용 재료의 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 종래의 산화물계 자성박막이 갖고 있는 우수한 내식성 및 내마모성과 제조비용의 저렴함을 살리면서도 아울러 자기적 특성 특히 포화자화값을 획기적으로 향상시키려는 데 있는 것이다.

이러한 본 발명에 의한 자성박막은 코발트를 함유한 철산화물과, 코발트와, 철 금속을 박막형태로 함께 구성하도록 하여 상기의 문제점을 해소하도록 한 것으로, 그 구체적인 조성식은 Co_XFe_YO_Z이고, 이때 X,Y,Z는 원자비로 0.5 X 2.9, 0.1 Y 2.5, 1 Z 4, X +Y = 3을 만족해야 한다.

이와 같이 본 발명에서 자성박막의 조성을 한정한 이유는 X가 0.5보다 작거나, Y가 2.5보다 커지면 박막 중 금속이 석출되기 어렵기 때문이며, 또한 X가 2.9보다 커지거나, Y가 0.1보다 작아지면 비자성체인 CoO가 생성되어 포화자화값이 오히려 떨어지기 때문이다. 한편, Z가 1보다 작아지면 자성박막의 대부분이 금속으로 이루어지게 되어 보자력이 떨어지며, 4이상이 되면 박막이 모두 산화물로 이루어져 포화자화값이 낮아지게 된다.

또한, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 자성박막의 제조조건은 스파터링 조건을 조절하여 성막시킬 수 있는데 그 주요한 성막조건은 스파터 가스 중 산소 분율이 0.5∼20%이고, 기판온도가 100∼500℃의 범위이다.

이와 같이 본 발명에서 자성박막의 성막조건을 한정하는 이유는 산소 분율이 0.5%보다 낮아지면 피착된 박막이 주로 금속으로만 이루어져서 보자력이 떨어졌으며, 20%보다 높아지게 되면 박막이 주로 산화물로만 이루어져 포화자화값이 낮아졌기 때문이다. 한편 기판온도가 100℃보다 낮은 온도에서 성막하면 비정질 피착되어 포화자화값이 떨어졌으며, 500℃ 이상에서 성막하는 것은 제조비용이 상승되는 결함이 있고 금속이 너무 많아 피착되어 보자력이 떨어지게 된다.

본 발명의 실시예에 의한 상기 자성박막의 제조방법은 스파터링법중에서도 금속계 타겟트를 사용하고, 스파터 가스로 산소와 알곤의 혼합가스를 사용한 반응성 스파터링법이었으나, 산화물계 타겟트를 이용한 스파터링법이나 진공증착법, 화학기상성장법으로 제조한 박막에서도 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명에 의한 자성박막은 다음의 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

[실시예 1]

통상의 직류 마그네트론 스파터링 장치를 사용하여 자성박막의 금속성분인 코발트와, 철의 성분비가 원자비로 0.5 : 2.5가 되도록 타겟트의 성분을 조정한 다음, 스파터가스로 90%알곤-10%산소의 혼합가스를 사용하여, 200℃로 가열된 유리기판 상에 코발트함유 산화물과 금속으로 이루어진 자성박막을 제조하였다. 이 방법으로 제조된 자성박막의 자기적 특성을 진동시료자력계를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 표1에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 코발트와 철의 성분비가 원자비로 1.1 : 1.9가 되도록 타겟트의 성분을 조정한 다음, 스파터가스로 80%알곤-20%산소의 혼합가스를 사용하여 150℃로 가열된 유리기판 상에 자성박막을 제조하였으며, 역시 자성박막의 자기적 특성을 측정하여 표1에 나타내었다. 또한, 이 박막의 X선회절 시험결과를 제1도에 보였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 코발트와 철의 성분비를 2.9 : 0.1이 되도록 하고, 스파터가스는 실시예 2와 동일하게 80%알곤-20%산소의 혼합가스를 사용하였으며, 300℃의 유리기판 상에 자성박막을 제조하였다.

[실시예4]

실시예 1과 동일한 장치로 코발트와 철의 성분비는 실시예 2와 동일하게 1.2 : 1.9로 하고, 스파터 가스는 실시예 2와 동일하게 80%알곤-20%산소의 혼합가스를 사용하였으며, 500℃의 유리기판 상에서 자성박막을 제조하였다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 코발트와 철의 성분비는 1.5 : 1.5이고, 스파터가스는 99.5%알곤-0.5%산소의 혼합가스를 사용하여 100℃로 가열된 유리기판 상에서 자성박막을 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 코발트와 철의 성분비를 1 : 2로하고, 스파터가스로 50%알곤-50%산소의 혼합가스를 사용하여 200℃유리기판 상에서 제조하였다.

[비교예 2]

비교예 1과 동일한 조건 즉, 스파터가스로 50%알곤-50%산소의 혼합가스를 사용하여 200℃의 유리기판 상에서 제조하였으며, 타겟트로 순철을 사용하였다. 자기적 특성은 표1에 나타내었으며, 이 박막의 X선회절 시험결과는 제2도에 도시하였다.

표 1의 결과에서와 같이, 본 발명에 의한 코발트 페라이트 자성 박막은 포화자화값이 비교예의 포화자화값에 비하여 월등히 우수함을 알 수 있고, 이는 제2도의 비교예의 경우에는 자성박막이 산화물으로만 이루어졌으나, 본 발명에 의한 자성박막은 제1도에서처럼, 산화물과 금속이 섞여 있기 때문인 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 코발트 페라이트 자성 박막 및 그 제조방법에 의하면 직류 마그네트론 스파터링기를 사용하고, 타겟트로 순철과 코발트의 복합 타겟트를, 스파터 가스로 산소와 알곤을 사용한 반응성 스파터법으로 코발트 페라이트 자성 박막을 성막시키는데 있어서 스파터 조건, 스파터 가스 중 산소분압, 기판온도, 코발트 함량을 조절하여 페라이트와 금속이 혼재하여 포화자화값이 높은 자성박막을 성막할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 코발트를 함유한 철산화물과, 코발트와, 철 금속으로 이루어지고, 그 조성식이 다음과 같은 것을 특징으로 코발트 페라이트 자성 박막:

   Co_XFe_YO_z

   이때, X,Y,Z는 원자비로 0.5 X 2.9, 0.1 Y 2.5, 1 Z 4, X +Y = 3.