KR19990029208A - 자성박막 및 이것을 이용한 자기 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연자성 박막의 고포화 자속밀도화에 따른 열안정성, 내환경성의 열화 및 기판깨짐을 억제하고, 자기 헤드등 자기 디바이스에 유용한 신뢰성 높은 연자성 박막을 제공하는 것으로써, 대략 기둥상, 대략 침상 또는 이들 조합으로 이루어지는 다갈래형상의 자성결정입자를 모상(母相)으로 하는 자성막을 포함하는 자성박막을, 스패터링법등에 의해 형성한다. 자성결정입자는 대략 침상체, 대략 기둥상체 또는 이들 조합으로 이루어지는 다갈래 형상체로 이루어지고, 50nm를 넘는 평균최대길이를 가진다. 또한, 자성결정입자에 포함되는 대략 침상체 또는 대략 기둥상체의 짧은쪽 방향의 평균 결정 사이즈는 5nm보다 크고 60nm보다 작다.

Description

자성박막 및 이것을 이용한 자기 디바이스
본 발명은 자성박막 및 이것을 이용한 자기 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기기록헤드, 자기재생헤드, 자기임피던스 센서를 비롯한 자기센서, 자기코일, 인덕터등의 자기회로부품, 또는 IH밥솥, IH핫 플레이트등의 자기유도 가열부재로써 유용한 연자성박막 및 이 연자성막막을 이용한 자기헤드, 자기센서, 자기회로부품, 자기유도가열부재등의 자기 디바이스에 관한 것이다.
자기기록밀도의 향상에 따라 자기기록헤드의 기입 능력의 향상, 혹은 자기 임피던스 센서의 자기 임피던스 변화율의 향상, 또한 자기유도가열재의 전자열교환효율의 향상등, 연자성재료가 이용되는 자기 디바이스 전반에 걸쳐 우수한 자기특성과 고포화 자기밀도를 양립하는 자성재료가 요구된다. 이것을 만족하는 재료로써 천이금속(Fe-Co)-Ⅲa∼Va, Ⅲb∼Vb계의 재료가 연구되어 왔다.(예를들면, 하세가와,일본응용자기학회지,14,319-322(1990),NAGO IEEE, Trans,
magn.,Vol,28,No.5(1992)).
이들 연구에서 상기 조성계중 연자기특성을 나타내는 재료는 성막(成膜)직후가 비정형상 혹은 비정형상에 가까운 미결정상으로써, 그 후에 열처리등에 의한 입자성장을 거쳐 입상 구조를 가지도록 되는 점이 중요하다는 것이 확인되고 있다. 또한, 입상 입자의 결정 사이즈에 대해서는, 자성결정입자의 평균적인 결정 사이즈가 교환 결합 거리보다 충분히 작은 경우, 또는 이보다 충분히 큰 경우에만 우수한 연자기특성을 얻을 수 있는 것도 확인되고 있다(예를들면 Herzer: IEEE, Trans. Magn., MAG-26, 1397(1990), 일본응용자기학회지 vol.20 No.6, (1996)).
이들 보고에서 발현의 매카니즘은 다음과 같은 것으로 생각된다. 즉, 결정 입자 사이즈가 큰 영역에서는 결함이나 입계밀도의 감소에 의한 자벽(磁壁)이동, 자기화회전의 용이함이 연자기특성을 낳았다. 한편, 결정입자 사이즈가 작은 영역에서는 각각의 미결정입자가 인접하는 다른 미결정입자와 3차원적으로 강한 교환상호작용을 행하고, 그 결과 각각의 결정 자기 이방성을 생쇄하고, 외관의 결정자기 이방성을 저하시켜 연자기특성을 실현한다.
이들 미결정재료중, 석출 또는 입자 성장한 미결정입자가 대략 자성금속조성(예를들면 Fe, FeCo)인것에 대해, 특히 1.2T이상의 높은 포화 자속밀도를 가지는 재료에 있어서 내식성이 과제가 된다. 그래서 예를들면 α-Fe에 Al등 부동태를 형성하는 원소를 고용(固溶)시킴으로써 내식성의 개선이 시도되는데, 부동태를 형성하는 Al등의 내식성원소는 기본적으로 산화물, 질화물 생성자유 에너지가 낮기 때문에, 비정형화 또는 기결정화로 하기 위해 이용되는 산소, 질소, 탄소, 붕소등의 경(輕)원소와 우선적으로 반응하고, 내식성원소가 α-Fe미결정으로 고용한 상태로 남기어렵다. 또한 α-Fe에 내식성을 부여하는데 충분한 양을 첨가한 경우, 포화자속밀도가 크게 저하하는 과제가 있었다.
한편, 이들 자성재료는 예를들면 자기헤드에 이용할 경우, 자기헤드 작성에 필요한 유리와의 융착 프로세스에 있어서 열처리가 실시된다. 이 때 유리의 융점, 기판과 유리 및 자성막의 열팽창계수, 그리고 자성재료의 최적 미결정석출온도의 매칭이 자기헤드의 특성을 좌우한다. 헤드화의 열처리온도로써는 유리의 신뢰성의 관점에서 500℃이상이 바람직하고, 자성재료의 최적열처리온도도 그 이상 필요하다.
자기헤드가 예를들면, 페라이트(ferrite)상에 자성박막을 형성한 메탈 인 갭 헤드(MIG헤드)인 경우, 열처리온도가 너무 높으면 페라이트와 자성막의 계면반응이 진행하고, 자성막/페라이트 계면에 발생하는 자기열화층이 두꺼워지며, 유사 갭 노이즈가 커진다. 자기 헤드가 비자성 기판상에 자성박막과 절연막을 적층형성한 LAM 헤드등인 경우는 자성막과 각각의 기판의 열팽창계수가 다르기 때문에, 열처리온도가 높을수록 자성막과 기판간의 열응력이 커지고, 역자(逆磁)변형 효과에 의한 이방성 에너지 증가 때문에 막의 연자기특성이 열화한다. 이 때문에, 자성재료의 최적열처리 온도 범위는 550℃ 이하 정도인 것이 바람직하다.
그러나, 상술한 바와같이 내식성 원소를 금속 미결정내에 충분히 고용한 미결정재료는 결정구조를 안정으로 하고, 자변형 정수를 충분히 작게하기 위해서는 600∼700℃근방 혹은 그 이상의 온도에서 열처리 하지않으면 안되는 과제가 있었다.
또한, 이들 많은 미결정자성 박막은 본질적으로 단위체적당의 자성입자간에 존재하는 계면이 많기 때문에, 열처리시에 계면 에너지를 드라이빙력으로 하는 자성결정입자의 입자성장이 현저하고, 양호한 연자성을 나타내는 최적 열처리 온도범위가 좁고, 특성의 편차나 사용온도범위의 한정이 크다는 과제가 있었다.
한편, 많은 박막재료에 공통의 과제로써 막의 내부응력에 의한 기판에서의 막벗겨짐 이나 혹은 기판의 미세한 깨짐이 있다. 예를들면 일반적으로 스패터링법등으로 기판상에 형성되는 막의 내부응력은 압축응력 또는 인장응력을 가진다. 기판과 막의 부착강도가 약할시나 기판재료의 파괴강도가 약할시에는 기판의 형상, 표면상태에 의존하여 막벗겨짐등의 문제가 발생한다.
본 발명은 연자성 박막재료의 고포화 자속밀도화에 따른 열안정성, 내식성등 상술의 모든 문제에 감안하여 결정입자직경 구조 및 사이즈의 모든 조건, 또한 원소조성을 연구하고, 또한 최적구조를 실현하는 기초층의 조건, 조성을 연구함으로써, 상기 종래의 과제를 해결하고, 신뢰성과 연자기특성이 우수한 자성박막 및 이 박막을 이용한 자기 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 막내부 응력에 의한 기판에서의 벗겨짐이, 기판 파괴의 문제에 감안하여 기판과 자성막간의 기초구조를 연구함으로써, 상기 종래의 과제를 해결하고, 신뢰성과 연자기특성이 우수한 자성박막 및 자기 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명자는 입상 구조로 형성되는 영역과 큰 기둥상 구조가 형성되는 영역과의 중간 영역에 있어서, 자성재료의 검토를 행했다(도3 참조). 그 결과, 상기와 같이 종래는 특성이 나빴던 이 중간영역에서 이하와 같은 자성결정입자를 모상으로 하는 자성막을 형성함으로써, 상기 목적이 달성되는 것을 발견했다.
즉, 이 자성결정입자는 대략 침상체, 대략 기둥상체 또는 이들 조합으로 이루어지는 다갈래형상체로 이루어지고, 50nm을 넘는 평균 최대길이를 가지며, 상기 대략 침상체 또는 상기 대략 기둥상체의 짧은쪽 방향의 평균 결정사이즈가 5nm보다 크고 60nm보다 작은 것을 특징으로 한다.
이와같은 구성으로 함으로써, 높은 포화 자속밀도(예를들면 1.2T이상)를 가지면서 우수한 연자기특성과 연자기특성의 넓은 온도범위에서의 열처리 안정성이 실현되고, 또한 내식성이 향상된다.
넓은 온도범위에서의 열안정성은 자성박막의 자성결정입자가 대략 기둥상체, 대략 침상체 또는 다갈래형상결정을 구성하는 침상부, 대략 기둥상부의 길이방향의 평균 최대길이(평균 결정 사이즈)가 50nm이상과 종래의 미결정재료에 비해 크고, 따라서 단위 체적당 계면 에너지가 작기 때문에 입장 성장하기 어려운 것에 기인한다. 또한, 일반적으로는 기둥상 또는 침상의 결정구조를 가지는 것은 형상 이방성에 의한 자기특성의 열화가 일어나면 인지되는데, 본 발명에 있어서는 결정입자체적당의 표면적이 크기 때문에 결정입자끼리 강한 교환상호작용을 행함으로써 형상 자기 이방성을 억제하고, 연자기 특성을 향상시킨다. 또한 내식성의 향상은 자성결정입자의 사이즈 및 형상이 상기 배향범위이면, 결정입자간의 전기화학적 포텐셜의 편차에 의거하는 각 결정입자간에서의 전위차가 평균화되어 국부전지효과에 의한 부식의 진행이 억제되는데 기인한다. 또한, 짧은길이 방향의 평균 결정사이즈가 60nm이상인 자성박막에서는 1.2T이상의 높은 포화자속밀도의 실현과 연자기특성, 내식성의 양립이 곤란해지고, 동 사이즈가 5nm이하에서는 넓은 온도범위의 양호한 열처리안정성을 얻을 수 없게 된다.
상기 자성결정입자는 대략 구상의 자성결정입자와는 달리, 바람직하게는 평균 체적Va과 평균 표면적Sa이 하기 관계식을 만족한다.
Sa ＞ 4.84Va2/3(1)
본 발명의 자성박막의 별도 구성은 대략 침상체 또는 기둥상체의 자성결정입자를 모상으로 하고, 이 자성결정입자의 짧은쪽 방향의 평균결정 사이즈dS 및 길이방향의 평균결정사이즈dL가 각각 하기 관계식을 만족하는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
5nm ＜ ds ＜ 60nm (2)
dL＞ 100nm (3)
본 발명의 자성박막의 다른 별도 구성은 대략 침상체 또는 대략 기둥상체의 조합으로 이루어지는 다갈래형상결정을 포함하는 자성결정입자를 모상으로 하고, 상기 대략 침상체 또는 상기 대략 기둥상체의 짧은쪽 방향의 평균결정 사이즈ds 및 상기 다갈래형상결정의 평균 최대길이dl가 각각 하기 관계식을 만족하는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
5nm ＜ ds ＜ 60nm (4)
dl＞ 50nm (5)
이와같은 구성으로 함으로써, 높은 포화자속밀도(예를들면 1.2T이상)를 가지면서 우수한 연자기특성과 연자기특성이 넓은 온도범위에서의 열처리안정성을 실현하고, 또한, 내식성이 향상한다. 넓은 온도범위에서의 열안정성은 자성박막의 자성결정입자가 대략 기둥상, 대략 침상 또는 다갈래형상으로써, 평균입자직경이 종래의 미결정재료에 비해 크고, 따라서 단위체적당의 계면 에너지가 작기 때문에 입자성장이 어렵다. 또한 결정입자끼리 강한 교환상호작용을 행함으로써 형상자기 이방성을 억제하고, 또한 상호 짧은 방향의 결정자기 이방성을 상쇄함으로써 연자기특성을 나타낸다. 또한 내식성의 향상은 자성결정입자의 사이즈 및 형상이 상기 식(2) 및 (3)의 범위이면(또는 상기 식(4) 및 (3)의 범위이면), 결정입자간의 전기화학적 포텐셜의 편차에 의거하는 각 결정입자간에서의 전위차가 평균화되며, 국부전지효과에 의한 부식의 진행이 억제되는데 기인한다. 또한, dS(또는 ds)가 60nm이상에서는 1.2T이상의 높은 포화자속밀도의 실현과 연자기특성, 내식성의 양립이 곤란해지고, dS(또는 ds)가 5nm이하에서는 넓은 온도범위에서의 열처리 안정성이 나빠진다. 마찬가지로 dL이 100nm이하(또는 dl이 50nm이하)가 되면 열안정성이 나빠진다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 상호 인접하는 자성결정입자의 결정방위가 적어도 면내방향에서 다른 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 자기이방성의 상쇄율이 향상하고, 인접하는 침상, 기둥상 또는 다갈래형상의 결정저기 이방성을 외견상 작게함으로써 연자기특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, C, B, O 및 N에서 선택되는 적어도 1종의 경(輕)원소와, Fe보다 산화물 및 또는 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
예를들면 자성막을 스패터링법에 의해 제작할 경우, 주로 C, B, O, N의 원소가 금속자성 원소중에 고용하고, Fe에서 산화물, 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소와 반응함으로써, 기판상에서의 초기성장 과정에서 발생하는 줄무늬상 결정구조의 결합이나 구성 도중의 입자끼리의 결합을 제어하고, 결정입자를 바람직한 침상, 기둥상 혹은 다갈래형상등 결정입자 체적당 표면적이 큰 형상으로 한 막구조를 실현할 수 있다. 특히, 상기 첨가원소는 다수 조합으로 다양한 생성자유 에너지의 반응생성물 및 그 중간 반응물이 생성되므로, 전체로써 약간의 첨가물로 상기 막구조를 실현할 수 있고, 결과로써 자성금속의 고포화 자속밀도가 유지된다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는 자성결정입자내에, Fe보다 산화물 및 또는 질화물 생성 자유 에너지가 낮은 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
종래의 비정질에서 석출시키는 미결정재료로는 열처리과정에 의해 상기 원소의 대부분이 입계에 석출하는데 대해, 이 바람직한 예에 의하면, 상기 원소가 자성금속 결정입자내에 고용한 상태에서 성막되기 때문에, 약간의 첨가량이라도 자성결정입자 표면에 산화보호막을 형성하는데 충분한 고용량을 유지할 수 있다. 또한 상기 원소는 기판상에서의 초기 입자형상을 제어하고, 결과적으로는 본 발명의 바람직한 결정 입자 형상 및 사이즈를 가지는 자성막을 형성하는 작용을 가진다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, Fe보다도 산화물 및 또는 질화물 생성 자유 에너지가 낮은 원소가 IVa족 원소, Va족원소, Al, Ga, Si, Ge 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종류의 원소인 것이 바람직하다.
이들 원소는 소량의 첨가량으로 본 발명의 바람직한 막구조를 실현할 수 있고, 동시에 높은 내식성과 우수한 자기특성을 양립할 수 있다. 이것은 이들 원소의 자성금속결정내에서의 확산속도가 비교적 빠른 것에 관계되는 것으로 생각된다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 상기 자성 결정입자의 입계에 산화물, 붕화물, 산화물, 질화물 및 금속에서 선택되는 적어도 1종류로 이루어지는 미결정 또는 비정형인 입계화합물이 포함되는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성결정입자의 입자형상이 상기 입계화합물에 의해 제어되며, 본 발명의 바람직한 결정입자구조를 실현할 수 있음과 동시에, 자기특성의 열처리 안정성이 향상된다.
또한, 상기 입계화합물의 평균 최단길이를 T로 하면, 이 입계화합물의 적어도 30%의 상기 평균 최단길이T가 하기 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.
0.1nm ≤ T ≤ 3nm (6)
입계화합물의 평균 최단길이T가 0.1nm보다 작으면, 충분한 입자성장 억제효과를 기대할 수 없고, 또한 3nm보다 크면, 자성결정입자끼리의 교환결합을 방해하여 포화자속밀도를 저하시킬 염려가 있다. 특히, 입계화합물의 적어도 30%의 평균최단길이T가 0.1nm ≤ T ≤ 3nm 일 때에 연자기특성과 내열처리 안정성이 양립할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 형성하는 적어도 1층이 Fe보다산화물 및 또는 질화물 생성 자유 에너지가 낮은 원소를 함유하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성막과 기초막의 확산반응이 억제되며, 상술의 바람직한 결정입자 구조의 초기형성막 근방의 열안정성을 실현할 수 있다. 예를들면, 상기 원소가 고용상태이면 자성막 또는 기초막에서 확산하는 산소, 질소, 탄소등의 활성원소와 반응하고, 또한 형성된 반응 생성물층이 확산방지장벽이 된다. 또한 상기 원소가 안정된 화합물로써 존재하는 경우에는, 상기 화합물이 완전한 층을 형성하지 않아도, 확산하는 활성원소는 상기 화합물에 의해 확산 패스를 좁힘과 동시에 확산 패스 근방에서 반응생성물을 형성하고, 결과로써 확산반응을 억제한다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 구성하는 막중 적어도 상기 자성막과 접하는 층이 Fe보다 표면 자유 에너지가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
예를들면 스패터링법으로 본 발명의 자성막을 형성할 경우, 특히 자성막의 초기 형성입자의 입자성장이 억제되며, 상술의 바람직한 결정입자 구조를 기판근방에서 실현할 수 있다. 반대로 표면자유 에너지가 Fe보다 크면, 계면근방의 결정이 지나치게 두꺼워지고, 기판근방에서 자기열화층이 생겨 예를들면 페라이트상에 자성막을 형성하는 MIG 헤드의 경우, 이와같은 자기열화층은 유사 갭 혹은 헤드 재생감도의 열화의 원인이 된다. 또한 예를들면 LAM헤드와 같이 자성막이 수십 nm에서 수μm의 비교적 얇은 간격으로 절연층에서 분단될 경우, 과도하게 성장한 초기형성입자의 결정성의 영향이 막전체에 남게된다. 또한 상기 기초막은 계면에 축적되는 자유에너지를 제어할 수 있기 때문에, 막과 기초, 기판간의 내부응력을 작게 할 수 있고, 역자변형 효과에 의한 자기열화를 억제할 수 있다. 기초층중, 자성막 이하의 표면 자유 에너지를 가지는 물질로 형성된 층의 바람직한 두께는 0.1nm이상이다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 구성하는 층중 적어도 상기 자성막과 접하는 층이 Al, Be, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga 및 Zr에서 선택되는 적어도 1종의 원소의 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성막과 기초막의 반응이 억제되며, 자성막의 초기형성입자의 입자형상을 제어할 수 있기 때문에 초기형성막 근방에서 자성막의 바람직한 결정입자 구조를 실현할 수 있음괴 동시에 내부응력의 제어가 가능해진다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 구성하는 층중 적어도 상기 자성막과 접하는 층이 C, Al, Si, Ag, Cu, Cr, Mg, Au, Ga 및 Zn에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성막의 초기형성입자의 입자형상을 제어할 수 있기 때문에 초기형성막근방에서 본 발명의 자성막의 바람직한 결정입자구조를 실현할 수 있다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(B)이 Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga 및 Zr에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지고, 상기 기초층(A)이 상기 기초층(B)을 구성하는 물질의 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성막과 기초층 또는 기판과의 반응이 억제되고, 또한 자성막의 초기형성입자의 입자형상을 제어할 수 있으므로 초기형성막 근방에서 본 발명의 자성막의 바람직한 결정입자 구조의 실현과 내부응력의 제어가 가능해진다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초층과, 이 기초층상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기본층(B)을 포함하고, 상기 기초층(A)이 Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga 및 Zr에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지고, 상기 기초층(B)이 상기 기초층(A)을 구성하는 물질의 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성막과 기초층 또는 기판과의 반응이 억제되며, 또한 자성막의 초기형성입자의 입자형상을 제어할 수 있으므로 초기형성막 근방에서 본 발명의 자성막의 바람직한 결정입자 구조를 실현할 수 있다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(A)이 상기 자성막에 포함되는 주 구성원소에서 선택되는 적어도 1개의 원소와, 산소 및 질소에서 선택되는 적어도 1개의 원소를 포함하고, 또한 상기 자성막보다 산소 또는 질소를 많이 포함하고, 상기 기초층(B)이 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 자성막과 기초층 또는 기판의 반응이 억제되며, 또한 자성막의 초기형성입자의 입자형상을 제어할 수 있기 때문에, 초기형성막 근방에서 자성막의 바람직한 결정입자구조를 실현할 수 있다.
여기서, 주 구성원소란 자성막을 구성하는 원소로써 분석 가능한 정도로 포함되어 있는 원소를 말하고, 구체적으로는 자성막에 적어도 0.5원자%함유되는 원소를 말한다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과 이 기초막상에 형성된 주자성층으로써의 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(A)이 부(副)자성층과 분단층이 적어도 1층씩 번갈아 적층되어 이루어지고, 상기 기초층(B)이 산화물, 질화물, 탄화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 초기형성막이 분단층에서 미세화되므로 초기형성입자의 성장이 억제되며, 그 상부에 있어서 형성되는 자성막이 본 발명의 바람직한 결정입자구조를 실현하기 쉽다. 또한 기초층(B)이 자성막과 기판 또는 기초막과의 반응을 억제한다. 여기서 분석층이란 자성막이나 부자성층과 조성을 달리하는 금속, 합금, 탄화물, 산화물, 질화물, 붕화물등으로 이루어지는 층이면 된다.
이 경우, 분석층이 자성막과 적어도 1종의 원소를 공유하고 자성막보다 산소 또는 질소를 많이 함유하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 동일 성분을 공유하기 때문에 계면확산이 억제되어 자기특성의 내열처리성이 높아진다.
또한 부자성층과 분단층이란 각각의 두께(부자성층의 두께tM, 분단층의 두께tS)가 하기 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.
0.5nm ≤ tM≤ 100nm (7)
0.05nm ≤ tS≤ 10nm (8)
이 바람직한 예에 의하면 효과적으로 초기 입자성장을 억제할 수 있기 때문에, 그 상부에 형성되는 상술의 바람직한 결정입자구조를 실현하기 쉽다.
또한, 부자성층과 분단층이 적층된 두께의 합계는 300nm이하로 하는 것이 바람직하다. tM의 두께가 0.5nm보다 작던지 100nm보다 크게 하면 적층된 기초의 자기특성이 약해진다. 특히 tM의 두께를 30nm이하로 하면, 초기 형성막 근방의 내부 응력이 감소하고, 기판 자성박막간의 응력완화를 실현할 수 있다. 한편, 분단층은 0.05nm보다 작으면 효과를 얻기 곤란하고, 10nm보다 크게하면 적층 기초상의 주자성막과의 자기결합이 약해져 바람직하지 않다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막중, 적어도 기판과 접하는 층이 비정형 자성체, 또는 평균입자직경d이 하기 관계식을 만족하는 자성결정입자를 모상으로 하는 미세자성층인 것이 바람직하다.
d ≤ 20nm (9)
일반적으로 스패터링법등으로 형성된 박막재료는 성막 직후에 내부응력이 존재하고, 내부응력의 값, 기판과 막과의 부착강도, 막의 두께, 기판의 파괴강도등에 따라 막벗겨짐, 기판의 파괴가 발생한다. 이 최대 원인은 막의 내부응력인데, 실제로 성능이 높은 기능성막의 성막(成膜)조건은 성막 직후의 내부응력이 최저인 경우로 한정되지 않는다. 발명자는 내부응력을 가지면서도 막벗겨짐, 기판의 파괴가 적은 조건을 조사하기 위해 다양한 검토를 행한 결과, 이하와 같은 매카니즘을 상정하고, 그것을 실증하는 것으로 상기 구성에 이르렀다.
즉, 막형성에 이용되는 기판의 표면 거침은 수nm에서 수백nm정도(예를들면 3nm∼800nm)인데, 실제로 기판표면에는 원자 오더의 예리한 선단형상을 가지는 연마흔적등이 잔존한다. 일반적으로 스패터링법을 이용하여 기판상에 막을 형성한 경우, 그 초기형성과정에서는 기판상에 줄무늬상 구조가 발생하고, 이 줄무늬상 결정의 극간에 이러한 종류의 홈이 잔존하기 쉽다. 막 벗겨짐의 하나의 원인으로써, 이와같은 홈 부분에 의한 기판표면과 막과의 계면에 발생하는 극간의 잔존을 들 수 있다. 막이 내부응력을 가지는 경우에는 잔존한 홈에 이 내부응력이 집중하게 되고, 예리한 선단형상의 홈에서의 기판깨짐이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 하나의 해결책으로써, 기판표면의 홈을 없애는 것을 생각할 수 있다. 또 하나의 해결책으로써, 예리한 선단홈을 메우는 것을 생각할 수 있다.
이상에서 비정형 자성체를 모상으로 하던지 혹은 평균결정입자를 20nm이하로 미세화한 미세화 기초층을 박막의 기본으로 형성함으로써 막벗겨짐이나 기판깨짐을 억제할 수 있다. 상기 평균 입자직경이 20nm보다 크면 이 효과는 서서히 없어지게 된다.
상술과 같이 박막재료의 공통과제로써 막벗겨짐, 기판파괴가 있는데, 자성재료에 있어서는 성막후에 막을 성막온도보다 수백도 정도 높은 온도에서 열처리하고, 또한 열처리한 상태에서 기판과 막의 열응력을 포함하는 내부응력을 제로에 가깝게 할 필요가 있다. 열처리에 의해 막내부에 응력친화가 일어나기 때문에, 성막직후와 열처리후의 막내부 응력에는 현저한 차가 발생한다. 따라서, 박막재료중에서도 특히 자성박막에 있어서는 불과 수μm의 막두께라도 막벗겨짐이나 기판깨짐이 일어나기 쉽고, 본 발명의 범위의 미세화층을 설치하는 의의, 효과가 크다.
또한, 특히 MIG헤드등에서는 페라이트와 자성막간에 설치되는 미세화층이 비자성이면 유사 갭의 원인이 되기 때문에, 자성재료에 의한 미세자성층인 것이 바람직하다.
상기 자성박막에 있어서는, 미세자성층의 두께tr와 자성막의 두께tf가 하기 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.
10nm ＜ tr＜ tf/3 (10)
미세자성층의 두께가 10nm이하에서는 기판깨짐억제의 효과를 얻기 어려워진다. 이것은 기판표면의 凹凸을 충분히 메울 수 없기 때문으로 생각된다. 또한 미세자성층의 두께가 자성막 두께의 1/3정도 이상이면 주자성막의 특성을 충분히 살리는 것이 곤란해진다. 또한, 미세자성층(tr)의 최대두께는 바람직하게는 300nm정도이고, 이 정도 두께이면 깨짐 억제 효과와 자기특성의 양립을 실현하기 쉽다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 상기 미세자성층과 상기 자성막이 적어도 1종의 공통원소를 가지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 미세자성층과 자성막이 공통원소를 가짐으로써, 상호 층의 전기화학 포텐셜이 가까워지고, 이종층간에서의 국부전지효과에 의한 부식이 억제되며, 또한 미세자성층과 자성막이 연속하여 형성될 경우는 각층의 적당한 상호 확산에 의해 이종층간에서의 떼어짐이 억제된다.
상기 공통원소는 미세자성층 또는 자성막에 포함되는 원소중, 산화물 및 질화물 생성 자유 에너지가 가장 낮은 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 미세자성층, 자성층간에서의 부식의 진행이 더 억제된다. 또한, 미세자성층과 자성막이 연속하여 형성되는 더욱 바람직한 예에 의하면 각층의 과도한 상호확산에 의한 자기적 열화층 형성의 억제가 가능하다.
또한, 상기 공통원소는 산소, 질소, 탄소 및 붕소에서 선택되는 적어도 1종의 원소인 것이 바람직하다. 이들 원소의 첨가에 의해 상술의 바람직한 자성막의 결정입자 및 미세자성층의 구조를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 상기 미세자성층은 Ⅲa족, Ⅳa족, Ⅴa족에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 것이 바람직하다. Ⅲa족, Ⅳa족,Ⅴa족 원소는 산화물, 질화물 생성자유 에너지가 Fe보다 낮고 내식성이 우수하다. 또한 첨가량을 제어함으로써 Co, Fe를 미세화하기 쉽고, 상기 미세자성층을 형성하기 쉽다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 자성막중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C1(원자량%), 상기 기초층(A)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C2(원자량%), 상기 기초층(B)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C3(원자량%)가 하기 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.
0 ≤ C1≤ C3＜ C2(11)
이 바람직한 예에 의하면, 기초층(A) 또는 기초층(B)은 적어도 한쪽이 미세전극층으로써 작용하고 특히 기판측의 기초층(B)이 주로 그 역할을 가진다. 자성막과 접하는 기초층(A)은 산소, 질소, 탄소, 붕소에서 선택된 적어도 1개의 원소 함유량이 많아 보다 미세한 조직을 가지기 때문에, 단순히 미세자성층으로써의 역할뿐만 아니라, 자성막의 초기성형입자의 입자성장 억제효과를 가지고, 자성박막 전체의 자기특성을 향상시킨다.
또한, 상기 자성박막에 있어서는, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 자성막중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C1(원자량%), 상기 기초층(A)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군농도C2(원자량%), 상기 기초층(B)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군농도C3(원자량%)이 하기 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.
0 ≤ C1≤ C2≤ C3(12)
이 바람직한 예에 의하면, 기초층(A) 또는 기초층(B)은 적어도 한쪽이 미세자성층으로써 작용하고, 특히 기판측의 기초층(B)이 주로 그 역할을 가진다. 자성막과 접하는 기초층(A)은 과도하게 입자 성장하기 쉬운 자성막의 초기형성입자를 자성막에서 산소, 질소, 탄소, 붕소에서 선택되는 적어도 1개의 원소의 함유량을 많게함으로써 억제할 수 있고, 자성막박 전체의 자기특성을 향상시킨다.
상기 식(12)에 있어서, 원소군 농도(C1)와 (C3)가 상이할 경우에는, 층 계면의 농도차를 완화하도록 원소군 농도(C2)가 막두께방향에 있어서 대략 연속적으로 변화하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 기초층(A)내에서 산소, 질소, 탄소 및 붕소에서 선택되는 적어도 1개의 원소의 함유량이 연속적으로 변조됨으로써, 상호층의 과도한 상호확산에 의한 자기열화층의 형성을 억제할 수 있다. 또한 결정입자의 형상, 사이즈가 연속적으로 변화하기 때문에 기초층(B)에서 자성막으로의 자기적 연속성이 향상하고, 연자기특성이 향상한다.
또한, 상기 미세자성층을 포함하는 상기 자성박막은 凹凸을 가지는 기판상에 형성한 것이 바람직하다.
예를들면, MIG헤드의 제작 프로세스의 하나로써, 기판평행방향으로 수 내지 수백㎛(예를들면 5㎛∼500㎛)의 간격으로, 또한 기판수직방향으로 수㎛ 내지 수㎜(예를들면 1㎛∼3㎜)의 凹凸형상을 가지는 기판상에 막형성을 하는 경우가 있다. 이 경우, 기판단위 체적당에 대한 막부착 면적이 증가하기 때문에, 기판표면 근방에 걸리는 전막응력이 증가하게 되고, 필연적으로 막벗겨짐이나 기판깨짐의 확율이 증가한다. 따라서, 기판형상이 凹凸을 가질 경우, 미세화 기초층을 형성함으로써, 막벗겨짐, 기판깨짐을 억제할 수 있다.
또한, 상기 자성박막은 고저항 기판 또는 고저항 재료상에, 기초막 또는 자성막이 형성되는 것이 바람직하다.
기판 또는 재료의 저항치가 수십μΩ㎝정도 이하이면 자성막, 기초층, 또는 자성박막간에서 국부전지가 구성되어 부식이 일어나기 쉬워진다. 본 발명의 기초층또는 자성막을 형성하는 바람직한 기판 또는 재료의 저항치는 수백μΩ㎝이상(예를들면 200μΩ㎝이상)이다.
또한, 상기 자성박막이 배리어층을 형성한 기판상에 형성된 자성박막으로써, 상기 배리어층이 Al, Si, Cr 및 Zr에서 선택되는 적어도 1종의 원소의 산화물 또는 질화물로 이루어지고, 하기 관계식을 만족하는 두께(du)를 가지는 것이 바람직하다.
0.5nm ＜ du ＜ 10nm (13)
기판상에 고저항재료인 Al,Si, Cr 및 Zr에서 선택되는 적어도 1종 이상의 산화물 또는 질화물을 형성함으로써, 기판의 저항치가 낮아도, 기판과 기초막 또는 자성막간에서의 국부전지효과에 의한 부식이 억제되고, 또한, 열처리시에는 기판과 기초막 또는 자성막간의 확산반응을 억제할 수 있는 효과가 있다. 배리어막의 두께는 0.5nm보다 두께우면 상기 효과를 얻을 수 있는데, 10nm이상이 되면, 예를들면 MIG헤드를 형성한 경우, 유사 갭의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 자성박막의 별도의 구성은 (MαX1 βZ1 γ)100-δAδ에 의해 나타나는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다만, M은 Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 자성금속원소이고, X1는 Si, Al, Ga 및 Ge에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Z1는 Ⅳa족, Ⅴa족 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, A는 O 및 N의 적어도 1종의 원소이며, α, β, γ 및 δ는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
0.1 ≤ β ≤ 26
0.1 ≤ γ ≤ 5
α＋β＋γ＝ 100
1 ≤ δ ≤ 10
M은 바람직하게는 Fe를 주성분으로 한다. X1는 주로 결정내에 일부 고용하여 내식성을 향상시키고, 또한 결정내에서의 확산과정 나아가서는 A와의 반응과정에서 결정입자의 입자형상을 제어하는 효과가 있다. X1의 첨가량이 26원자량%를 넘으면 포화자속밀도가 지나치게 저하하고, 또한 0.1원자%보다 적은 첨가량에서는 효과가 없다. 또한, Z1는 자변형을 바르게 하는 작용을 가짐과 동시에 첨가원소X1와 마찬가지로, 내식성, 입자형상의 제어에 효과가 있다. Z1의 첨가량은 0.1원자%이상에서 효과가 나타나지만 5원자%를 넘으면, 포화자속밀도의 저하뿐만 아니라, 예를들면 스패터링법으로 막을 형성한 경우, 성막직후에 비정질화가 진행되고, 바람직한 결정입자구조의 형성이 곤란해질 경우가 있다. 원소X1및 원소Z1는 내식성, 입자 형상 제어에 있어서는 기본적으로는 같은 작용을 가지게 되는데, 확산속도, 산화물 또는 질화물 생성 자유 에너지, 반응생성물의 임계핵 사이즈가 각각 다르기 때문에, 예를들면, 본 발명의 자성박막을 스패터링법으로 형성할 경우, 성막직후부터 열처리에 있어서, 다수의 중간반응을 가지는 반응과정이 발생한다. 이 때문에, 단일 반응과정을 가지는 지상박막에 비해 첨가물량 그 자체가 적어도 열처리 안정성이 높아진다. 또한 A는 1원자%이상에서 10원자%의 범위에서는 본 발명의 바람직한 결정입자구조를 형성하지만, 10원자%를 넘으면 성막직후의 비정질화의 촉진, 혹은 결정입자내에 고용하는 바람직한 X1, Z1원소량과의 반응에 의한 내식성, 전기특성의 열화, 나아가서는 결정입자내로의 A원소의 고용량 증대에 의한 연자기특성의 열화를 초래한다.
이 자성막은 상술의 기초층, 배리어층 또는 기판과 적당히 조합하여 자성박막으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 자성박막의 별도 구성은 (MαX2 βZ2 γ)100-δAδ에 의해 나타나는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다만, M은 Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 자성금속원소이고, X2는 Si 및 Ge에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Z2는 Ⅳa족, Ⅴa족, Al, Ge 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, A는 O 및 N의 적어도 1종의 원소이며, α, β, γ 및 δ는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
0.1 ≤ β ≤ 23
0.1 ≤ γ ≤ 8
α＋β＋γ＝ 100
1 ≤ δ ≤ 10
M은 바람직하게는 Fe를 주성분으로 한다. X2는 주로 결정내에 일부 고용하여 자변형 정수를 양 또는 음으로 조정하는 작용을 함과 동시에, 자성결정의 결정자기 이방성을 작게 할 뿐만 아니라, 내식성을 향상시키고, 또한 결정내에서의 확산과정 나아가서는 A와의 반응과정에서 결정입자의 형상을 제어하는 효과가 있다. X2의 첨가량이 23원자%를 넘으면 포화자속밀도가 너무 낮아지고, 또한 0.1원자%보다 적은 첨가량에서는 효과가 없다. 또한, Z2는 자변형을 양으로 하는 작용을 가짐과 동시에 첨가원소X2와 마찬가지로, 내식성, 입자형상의 제어에 효과가 있다. Z2의 첨가량은 0.1원자%이상에서 효과가 나타나지만 8원자%를 넘으면, 포화자속밀도의 저하뿐만 아니라, 예를들면 스패터링법으로 막을 형성한 경우, 성막직후에 비정질화가 진행되고, 바람직한 결정입자 구조의 형성이 곤한해지는 경우가 있다. 원소X2및 원소Z2는 내식성, 입자형상 제어에 있어서는 기본적으로 같은 작용을 가지게되는데, 확산속도, 산화물 또는 질화물 생성 자유 에너지, 반응생성물의 임계 핵 사이즈가 각각 다르기 때문에, 예를들면 본 발명의 자성박막을 스패터링법으로 형성할 경우, 성막직후부터 열처리에 있어서 다수의 중간반응을 가지는 과정이 발생한다. 이 때문에 단일 반응과정을 가지는 자성박막에 비해 첨가물량 그 자체가 적어도 열처리 안정성이 높아진다. 또한, A는 1원자%이상에서 10원자%의 범위에서는 바람직한 결정입자 구조를 형성하지만 10원자%를 넘으면 성막직후의 비정질화의 촉진, 혹은 결정입자내에 고용하는 바람직한 X2, Z2원소량과의 반응에 의한 내식성, 자기특성의 열화, 나아가서는 결정입자내로의 A원소의 고용량 증대에 의한 연자기특성의 열화를 초래한다. 이 자성막은 상술의 기초층, 배리어층 또는 기판과 적당히 조합시켜 자성박막으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 자성박막의 별도 구성은 (FeαSiβAlγTδ)100-εNε에 의해 나타나는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다만, T는 Ti 및 Ta에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, α, β, γ, δ 및 ε는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
10 ≤ β ≤ 23
0.1 ≤ δ ≤ 5
0.1 ≤ γ＋δ ≤ 8
α＋β＋γ＋δ＝ 100
1 ≤ ε ≤ 10
여기서, 기둥상, 침상, 다 갈래형상등의 체적당의 표면적이 큰 형상을 가지는 자성결정입자는 주로 FeSi로 형성되며, 또한 입계(粒界)에는 Al-N, Ta(Ti)-N, Si-N등의 질화물 생성 자유에너지가 작은 반응생성물이 형성된다고 생각할 수 있다.
Si는 Fe에 고용하여 규칙화한 경우, b2 또는 Do3 구조를 취함으로써 결정자기 이방성을 저하시키는 효과가 있는 것이 알려져 있는데, 특히 본 발명의 경우, X선에 의한 구조분석의 결과 그 회절선은 확인되지 않는다. 그러나, 다른 원소를 고정하여 Si량을 상기 범위에서 변화시킨 경우, 자변형이 양에서 음으로 변화하는 것이 확인된다. 따라서, 본 발명의 자성결정입자를 주로 형성하는 FeSi합금은 규칙도가 낮은데 결정자기 이방성을 조금 낮춘 것으로 추정된다. 상기 Si함유량의 범위에서는 T(Ta, Ti)는 0.1원자%보다 작으면 내식성, 자기특성 개선의 효과는 있지만, 열안정성 개선 효과가 약하다. 또한, 5원자%보다 많으면 포화자속밀도가 감소한다. 또한, Al, T의 합계가 8원자%를 넘으면 포화자속밀도의 저하와 동시에 자변형 정수가 커지기 때문에 바람직하지 않다. 이 자성막은 상술의 기초층, 배리어층 또는 기판과 적당히 조합시킴으로써, 자성박막으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 자성박막의 다른 구성은 (FeαSiβAlγTiδ)100-ε-ζNεOζ에 의해 나타나는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
10 ≤ β ≤ 23
0.1 ≤ δ ≤ 5
0.1 ≤ γ＋δ ≤ 8
α＋β＋γ＋δ＝ 100
1 ≤ ε＋ζ ≤ 10
0.1 ≤ ζ ≤ 5
여기서, 기둥상, 침상, 다 갈래형상등의 체적당 표면적이 큰 형상을 가지는 자성결정입자는 주로 FeSi로 형성되며, 또한 입계에는 Al-N, Al-O, Ti-N, Ti-O, Si-N, Si-O등의 질화물 생성 자유에너지가 작은 반응생성물이 형성된다고 생각된다. 상기 Si함유량의 범위에서는 Ti는 0.1원자%보다 작으면 내식성, 자기특성 개선의 효과는 있지만 열안정성 개선효과는 약하다. 또한 5원자%보다 많으면 포화자속밀도가 감소한다. 또한, Al, Ti의 함계가 8원자%를 넘으면 포화자속밀도의 저하와 동시에 자변형 정수가 커지기 때문에 바람직하지 않다. N은 단독으로도 효과가 있는 원소이지만, 특히 O와 복합첨가함으로써, 더욱 자기특성이 향상한다. 이것은 반응생성물의 증가에 의한 효과라고 생각된다. 또한, O는 첨가량이 0.1원자%이하에서는 그 효과가 명료하지 않고, 또한 5원자%보다 많이 첨가하면 포화자속밀도의 열화, 자변형 정수의 증가등이 일어난다. 이 자성막은 상기의 기초층, 배리어층 또는 기판과 적당히 조합시켜 자성박막으로 하는 것이 바람직하다.
상기 자성박막은 고포화자속밀도와 높은 투자율을 가지고, 또한, 내열처리 안정성, 내식성이 우수하고, 각종 자기 디바이스에 적용할 수 있다. 특히, 고보자력 매체로의 기록능력과 고재생감도, 또한 내환경성이 요구되는 자기헤드에 이용하는 것이 바람직하다.
도1은 다갈래형상의 결정입자를 가지는 자성막의 막 성장방향에서 본 개략도(다만, 기초막, 기판은 생략되어 있다.)
도2는 기둥상 또는 침상의 결정입자를 가지는 자성막의 막성장방향에서 본 개략도(다만, 기초막, 기판은 생략되어 있다.)
도3은 결정입자 사이즈에 따라 변화하는 자성막 구조의 변화의 개략을 도시하는 단면도이다.
본 발명의 구조, 조성을 가지는 자성박막은 저가스압 분위기에서 형성할 수 있고, 예를들면 고주파 마그네트론 스패터링, 직류 스패터링, 대향 타겟(target) 스패터링, 이온 빔 스패터링, ECR스패터링등으로 대표되는 스패터링법으로 성막할 수 있다. 구체적으로는 본 발명의 자성막의 조성에서의 조성편차를 고려하여 조성 결정한 합금 타겟을 불활성 가스안에서 스패터하여 기판상에 성막하거나, 금속 타겟상에 첨가원소 펠릿(pellet)을 배치하고, 동시에 스패터하여 성막하거나 혹은 첨가물의 일부를 가스상태로 장치내에 도입하여 반응성 스패터를 행하여 성막함으로써, 실시하면 된다. 이 때, 방전가스압, 방전전력, 기판온도, 기판의 바이어스상태, 타겟상 및 기판근방의 자장치, 타겟형상, 기판에의 입자의 입사방향등을 변화시킴으로써, 자성박막의 구조, 열팽창계수, 기판과 타겟위치에 의한 막특성등을 제어할 수 있다.
또한, 열증착, 이온 플레팅(plating), 클러스터(cluster) 이온 빔 증착, 반응성 증착, EB증착, MBE등으로 대표되는 증착법이나 초급냉법에 의해 자성박막을 성막하는 것도 가능하다.
이용하는 기판으로써는 예를들면 본 발명의 자성막을 MIG헤드로 가공하는 경우에는 페라이트(ferrite)기판을 이용하고, LAM헤드로 가공할 경우에는 비자성 절연기판을 이용하는 것이 바람직하다. 각각의 기판은 필요에 따라 미리 기판과 자성막의 반응방지, 결정상태제어등의 목적으로 기초층이나 배리어막을 형성해도 된다.
자성박막을 자기 헤드로써 이용할 경우에는 각각의 형상의 자기해드 프로세스에 필요한 헤드 가공 프로세스를 행하는데, 자성박막의 자기특성은 헤드 가공 프로세스의 열처리조건을 거친 상태에서 측정하게 된다. 성막 프로세스를 제어함으로써 하기 실시예중의 조성의 자성박막은 성막직후라도 모든 연자기특성을 나타냈다. 본 발명의 자성박막은 박막헤드등 저온형성 프로세스에서 이용하는 경우라도 사용할 수 있다.
실시예
이하 실시예중, 막구조는 X선 회절(XRD), 투과형 전자 현미경(TEM), 고분해능 주사형 전자 현미경(HR-SEM)에 의해, 분석했다. 실시예중에서 기술하는 자성결정입자란 주로 TEM의 명시야상과 암시야상의 비교에 의해, 결정학적으로 대략 동일의 결정방위를 가진다고 생각할 수 있는 연속된 결정영역을 가리킨다. 조성분석은 EPMA, RBS(러더퍼드(Rutherford) 후방 산란분석)에 의해 특히 미소영역의 조성은 TEM부수의 EDS에 의해, 또한 투자력은 BH 루프 트레이서(loop tracer), 포화자속밀도는 VSM에 의해, 또한 내식성은 JIS(Japanese Industrial Standard)C0024의 환경시험범 염수분무시험법에 따라 또는 순수물안에 샘플을 침적함으로써 각각 평가했다. 이하에 본 발명의 실시예를 상세하게 기술한다.
(실시예1)
실시예1은 RF마그네트론 스패터링법을 이용하여, 방전가스압이나 기판온도등의 스패터 조건, 첨가원소, 반응가스 유량비를 바꾸고, 조성 및 결정형상등의 막구조를 조사한 결과이다. 결과를 (표1)∼(표3)에 정리하여 표시한다. 막단면은 도2에 도시하는 TEM단면 개략도와 같이, 대략 침상 또는 대략 기둥상으로 볼 수 있는 자성결정입자가 대략 기판면에 대해 수직으로 성장한 구조를 가진다.
결정형상은 결정입자 긴 방향의 평균 사이즈(dL), 짧은 방향의 평균 사이즈(dS)에 의해 평가했다. 또한, 긴 방향의 사이즈는 막의 입자성장 방향에 평행한 파단면의 SEM관찰, 혹은 연마면을 이온 밀링한 후, TEM관찰을 행함으로써 평가했다. 다만, 입자성장방향에 완전하게 평행인 막단면을 관찰하는 것이 곤란하기 때문에, 실제 dL은 엄밀하게는 표중의 값보다 길 가능성이 있는데, 여기서는 대략 평행인 막단면의 관찰에 의해 얻어진 값을 평균 사이즈(dL)로 한다. 또한, 짧은 방향의 사이즈(dS)는 상술과 마찬가지로, 완전히 평행인 막단면을 관찰하는 것이 곤란하고, 결정입자의 형상을 고려하여 단면관찰되는 에리어에 있어서, 가장 두꺼운 폭을 가지는 결정입자군에 대한 평균치를 채용했다. 또한, 이하의 샘플의 막두께는 3㎛이고, 자기특성은 520℃진공중에서의 열처리후의 값이다.
실시예1의 성막조건을 이하에 표시한다.
·실시예aa∼az, ba∼bz조건
기판: 비자성 세라믹스 기판
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 또는 화합물 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전 가스압: 1∼4mTorr
스패터 주가스: Ar
질소유량비: 2∼4%
산소유량비: 0.5∼2%
방전전력: 400W
또한 상기 실시예 조건에서 하기 조건을 변경함으로써 비교예 실험을 행했다.
·비교예 ca∼cc조건
기판온도: 실온→300℃로 변경
·비교예cd∼bf조건
방전가스압: 1∼4mTorr→ 8∼12mTorr로 변경
·비교예cg∼ch조건
질소유량비: 2∼4%→5∼7%로 변경
산소유량비: 0.5∼2%→2∼7%로 변경
표1
표2
표3
이상 실시예의 O, N을 B, C로 일부 치환 또는 전부 치환한 경우도 거의 같은 자기특성과 결정구조의 상관을 얻었다.
또한, 실시예중의 샘플은 모두 인접하는 자성결정입자의 결정방위가 면내방향으로 램덤으로 되어있다.
또한, 상기 실시예의 자성막을 DC 마그네트론 스패터로 제작한 바, 방전가스압을 0.5∼2mTorr, 투입 전력을 100W로 변경함으로써 대강 같은 조성과 결정구조를 얻을 수 있고, 또한 성막직후부터 우수한 연자기특성을 나타내는 것이 확인되었다.
상기 실시예중 어떠한 샘플도 기판면에 대해 평행인 면에서 막구조를 관찰하면 변형된 원형, 변형된 타원형, 또는 이들 형상이 조합된 구조를 가지고 있고, 자성결정입자의 평균체적Va에 대한 평균 표면적Sa은 충분히 Sa ＞4.84Va2/3의 관계를 만족하는 것이 확인되었다.
상기 실시예 및 비교예의 샘플을 순수물안에 6시간 침전한 바, 비교예ca∼cf의 샘플은 기판표면이 보이는데 까지 부식한데 대해, 실시예중의 샘플은 부식을 볼 수는 있었지만, 완전 부식에는 이르지않았다. 또한 비교예cg, ch의 샘플은 내식성이 가장 양호했는데, 전 샘플중에서 포화자속밀도의 저하가 눈에 띄게 컸다.
(실시예2)
실시예2는 RF마그네트론 스패터법을 이용하여, 방전가스압, 기판온도, 타겟형상, 입사입자의 방향등의 스패터 조건이나 결정형상등의 막구조와 자기특성의 관계를 조사한 결과이다. 결과를 (표4) 및 (표5)에 정리하여 표시한다.
결정형상의 평가로써는 자성결정입자가 대략 기둥상, 침상의 형상인것에 대해 결정입자 긴 방향의 평균 사이즈를 dL, 짧은방향의 평균사이즈를 dS로 표기한다. 또한, 기둥상부, 침상부가 합성된 다 갈래형상을 가지는 자성결정입자에 관해서는 각각의 부위의 짧은 방향을 ds, 다갈래형상의 자성결정입자의 최대길이를 dl로 한다. dL, dS, ds 및 dl의 측정방법은 실시예1과 같다.
또한, 이하 샘플의 막두께는 3㎛이고 자기특성은 520℃진공중에서의 열처리후의 값이다.
실시예2의 성막조건을 이하에 표시한다.
·실시예aa∼ag조건
기판:비자성 세라믹스 기판
기판온도: 수냉(물로 식힘)∼250℃
자성막 타겟: FeAlSiTi 합금 타겟
타겟 사이즈:3인치
방전가스압:1∼4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 2∼4%
산소유량비: 0.5∼2%
방전전력: 400W
또한 상기 실시예aa∼ag조건에서 하기 조건을 변경함으로써 비교예 실험을 행했다.
·비교예ca∼ce조건
상기 기판온도: 300℃ 또는 액체질소 냉각으로 변경
·실시예ba∼bg조건
기판: 비자성 세라믹스 기판
기판온도: 수냉∼250℃
자성막 타겟: FeAlSiTi합금 타겟
타겟 사이즈: 5인치×15인치
방전가스압: 1∼4mTorr
스패터 주 가스:Ar
질소유량비: 2∼4%
산소유량비: 0.5∼2%
방전전력: 2kW
또한 상기의 실시예ba∼bz조건에서 하기 조건을 변경함으로써 비교예 실험을 행했다.
·비교예da∼de조건
상기 기판온도: 300℃ 또는 액체질소 냉각으로 변경
표4
표5
이상 실시예aa∼ag에 있어서는, 도2에 도시하는 TEM단면 개략도와 같이 자성 결정입자가 대략 기둥상 대략 침상의 결정입자를 모상으로 하고, 기판에 대해 대강 수직방향으로 성장한 구조를 가진다. 한편, 실시예ba∼bg에 있어서는, 도1에 도시하는 TEM 단면 개략도와 같이, 자성결정입자가 대략 기둥상 또는 대략 침상의 결정입자 및 대략 기둥상부 또는 대략 침상부가 2개 이상 접합한 다 갈래형상의 결정입자를 모상으로 하는 구조를 가진다. 이것은 실시예aa∼ag와 비교하여 타겟 사이즈가 크기 때문에 기판에 입사하는 경사입자가 많고, 결정입자의 성장조건이 변화했기 때문이라고 생각된다. 또한, 상기 다갈래 형상은 기판에 입사하는 입자의 입사각이 주기적으로 변화하는, 예를들면 기판 타겟간의 위치관계를 변화시키면서 성막하는 수단을 이용해도 실현할 수 있는 것이 확인되었다.
실시예1과 같이 실시예2의 어떠한 샘플도 기판면에 대해 평행인 면에서 막구조를 관찰하면 변형된 원형, 변형된 타원형, 또는 이들 형상이 조합된 구조를 가지고, 자성결정입자의 평균체적Va에 대한 평균표면적Sa는 충분히 Sa ＞ 4.84Va2/3의 관계를 만족하는 것이 확인되었다.
또한, 비교예 샘플은 (1)dl ＞50nm, (2)5nm ＜ dS ＜60nm (3)dL ＞100nm중 어느 한 조건을 만족하지 않는 것에 관해서는 자기특성이 나쁘다.
또한, 이상의 실시예 및 비교예의 샘플 조성은 (FeαSiβAlγTiδ)100-ε-ζNεOζ의 조성식으로 표시하면 α가 75∼77, β가 18∼21, γ가 1∼4, δ가 1∼4, ε가 1∼2, ζ가 4∼9의 범위였다. 동일 성막조건에서 대강 동일한 막구조를 형성한 경우에, 이 정도의 범위의 조성변화에서는 상기 실시예와 비교예간에 볼 수 있는 자기특성의 변화는 관찰되지 않았다.
또한, 실시예2의 O, N을 B, C로 일부 치환 또는 전부 치환한 경우, 또는 실시예1에서 제작한 조성과 같은 조성으로 타겟 사이즈등을 바꿈으로써 막구조를 다 갈래형상으로 한 경우에 있어서도, 상술의 바람직한 결정입자 사이즈의 범위내에 있어서 우수한 자기특성을 얻을 수 있었다.
또한, 실시예중의 샘플은 모두 인접하는 자성결정입자의 결정방위가 면내방향에서 랜덤으로 되어 있었다.
또한, 상기 실시예의 자성막을 DC마그네트론 스패터로 제작한 바, 방전 가스압을 0.5∼2mTorr, 투입전력을 100W로 변경함으로써 대략 같은 조성과 결정구조를 얻을 수 있고, 또한 성막직후부터 우수한 연자기특성을 나타내는 것이 확인되었다.
상기 실시예 및 비교예의 샘플을 0.5규정의 염수안에 50시간 침전한 바, 비교예 샘플이 막표면 또는 막 기판계면에서 조금 변색한데 대해, 실시예중의 샘플은 변화가 없었다.
(실시예3)
실시예3은 RF마그네트론 스패터법을 이용하여, 방전가스압, 기판온도등의 스패터 조건, 첨가원소, 반응가스 유량비를 바꾸고, 조성 및 결정형상등의 막구조를 조사한 결과이다. 결과를 (표6)에 정리하여 표시한다.
결정입자 형상, 입계상태는 상술과 같이, 막단면, 막평행면의 TEM관찰을 행함으로써 평가했다. 결정입계화합물의 평균 최단두께T도 TEM관찰로 평가된 값이다. 또한, 이하의 샘플의 막두께는 3㎛이다.
실시예3의 성막조건을 이하에 표시한다.
·샘플a∼i조건
기판: 비자성 세라믹스 기판
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 또는 화합물 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 2∼4mTorr
스패토 주 가스: Ar
질소유량비: 2∼4%
산소유량비: 0.5∼2%
방전전력: 400W
진공중 열처리 온도:500℃
또한, 상기 조건에서 하기 조건을 변경하여 다시 실험을 행했다.
·샘플 j∼r 조건
상기 진공중 열처리 온도: 500℃→600℃로 변경
표6
상기 실시예에서 결정입자 사이즈는 모두 상술의 바람직한 결정입자 사이즈의 범위에 들어가 있고, 자기특성의 차는 입계화합물의 두께에 기인한다고 생각된다. 또한, 실시예의 O, N을 B, C로 일부 또는 전부 치환한 경우도 같은 자기특성과 입계구조와의 상관이 얻어졌다.
실시예3의 실시예a∼i의 샘플은 순수물에 24시간 침전한 후도, 부식은 볼 수 없었다. 순수물중에서 부식이 확인된(실시예1)중의 실시예aa∼az샘플과, 실시예3중의 실시예a∼i샘플은 결정입자의 구조, 입계화합물의 사이즈등의 기본적 상이는 알 수 없지만, TEM부수의 EDS로 조사한 바, 실시예aa∼az결정입자 내에는 Fe보다 산화물 또는 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소를 거의 알 수 없었던데 대해, 실시예a∼i에 있어서는 10수원자%이상 존재하는 것이 확인되었다.
또한, 본 실시예의 자성막을, 경사 입사성분이 많은 스패터링법으로 형성함으로써, 결정입자형상을 상기의 바람직한 사이즈를 가지는 다 갈래형상으로 한 경우라도 같은 효과가 있는 것이 확인되었다.
또한, 상기 실시예의 자성막을 DC마그네트론 스패터로 제작한 바, 방전가스압을 0.5∼2mTorr, 투입전력을 100W로 변경함으로써 대략 같은 조성과 결정구조를 얻을 수 있고, 또한 성막직후부터 우수한 연자기특성을 나타내는 것이 확인되었다.
(실시예4)
실시예4는 RF마그네트론 스패터법을 이용하여, 기판상에 다양한 기초막을 형성하고, 그 위에 동일조건의 자성막을 형성하며, 막구조와 자기특성을 조사한 결과이다. 결과를 (표7)에 정리하여 표시한다. 실시예, 비교예 모두 자성막으로써는 동일 조건으로 형성한(Fe80Si17Al1Nb2)94O1N5을 이용했다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 2%
산소유량비: 0.5%
방전전력: 400W
자성막의 결정상태는 XRD를 이용하여 조사했다. 또한, 이하의 샘플의 막두께는 1㎛이고, 표중의 자기특성은 진공중 500℃30분의 열처리후의 값이다.
또한, 기초막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·기초막 성막조건
기판: 비자성 세라믹 기판
기판온도: 실온
기초막 타겟: Fe타겟상에 원소 또는 화합물 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0∼20%
산소유량비: 0∼20%
방전전력: 100W
또한, 기초막의 막두께는 2nm이다.
표7
표면 자유에너지값은 측정법에 따라 값이 변화하기 대문에, 표에는 Fe의 표면 자유 에너지값과의 대소관계만을 표시한다. XRD 및 TEM분석결과에서, 샘플r∼v에서는 입자성장이 현저하고, 자기특성열화의 원인이 된다고 생각된다. 또한, 상기 기초막은 비정질의 비율이 높고, 편의상 분자식으로 표기하는데, 실제로는 정확한 화학량논비조성에서 벗어나 있다. 또한 본 실시예의 효과를 조사하기 위해 샘플a과 샘플i에 대해, 각각 단결정기판의 MgO와 알루미나 기판을 이용하여 자기특성을 조사한바, 모두 자기특성이 더욱 향상되는 것이 확인되었다. 또한, 본 실시예의 기초막은 상술의 바람직한 결정입자 구조를 가지는 다른 자성박막이라도 같은 효과가 있는 것도 확인되었다.
(실시예5)
실시예5는 RF마그네트론 스패터법을 이용하여, 기판상에 다양한 기초막을 형성하고, 그 위에 동일조건의 자성막을 형성하고, 기판과 막의 반응을 조사한 결과이다. 결과를 (표8)에 정리하여 표시한다. 실시예, 비교예 모두 자성막으로써 실시예4와 동일 조건으로 형성한 (Fe80Si17Al1Nb2)94O1N5을 이용했다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 2%
산소유량비: 0.5%
방전전력: 400W
기초막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·기초막 성막조건
기판: 페라이트 기판
기판온도: 실온
기초막 타겟: 원소 또는 화합물 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0∼20%
산소유량비: 0∼20%
방전전력: 100W
샘플a∼k의 기초막은 우선 페라이트 기판상에 표에 표시한 단일 원소의 막을 두께1nm로 형성하고, 이어서 동 원소의 산화물, 탄화물, 질화물을 두께1nm으로 형성한 것이다. 샘플l∼v의 기초막은 동 원소의 산화물, 질화물, 탄화물만을 두께2nm으로 형성한 것이다.
기초막 형성후, 자성막을 15nm, 이어서 산화방지막으로써 두께 5nm의 알루미나를 형성하고, 다시 700℃로 열처리하여 그 후의 막표면의 변색상태에 따라, 페라이트 기판과 막의 반응 유무를 조사했다.
표8
표에서 알 수 있는 바와같이, 샘플a∼k의 기초구조를 채용함으로써, 페라이트와 같은 반응하기 쉬운 기판을 이용해도, 막과의 상호확산을 억제할 수 있다. 또한, 샘플a∼k의 구조의 기초막상에, 자성막을 3㎛형성한 바, 실시예4와 대략 같은 자기특성을 얻을 수 있었다.
또한, 본 실시예의 자성막을, 경사 입사성분이 많은 스패터링법으로 형성함으로써, 상술의 바람직한 결정입자의 다 갈래형상으로 한 경우라도 같은 효과가 있는 것이 확인되었다.
(실시예6)
실시예6은 RF마그네트론 스패터법을 이용하여, 기판상에 다양한 기초막을 형성하고, 그 위에 동일조건의 자성막을 형성하여, 막구조와 자기특성을 조사한 결과이다. 결과를 (표9)에 정리하여 표시한다. 실시예, 비교예 모두 자성막으로써 동일 조건으로 형성한 (Fe79Si17Al1Ta3)92N8을 이용했다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 4%
방전전력: 400W
자성막의 결정상태는 XRD를 이용하여 조사했다. 또한, 이하의 샘플의 막두께는 1㎛이고, 표중의 자기특성은 진공중 500℃30분 열처리후의 값이다.
기초막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·기초막 성막조건
기판: 비자성 세라믹 기판
기판온도: 실온
기초막 타겟: 각 원소 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 가스 : Ar
방전전력: 100W
또한, 기초막의 막두께는 2nm이다.
표9
XRD 및 TEM분석결과에서 샘플r∼u에서는 입자성장이 현저하고, 자기특성의 열화원인이 된다고 생각된다. 샘플a∼j의 기초막은 상술의 바람직한 결정입자 구조를 가지는 다른 자성막에서도 효과를 발휘할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 상기 실시예의 기초는 기판상에 직접 성막했는데, 기판과 기초막간에 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물등의 화합물로 이루어지는 박막을 끼움으로써 기판과 막의 계면반응을 억제할 수 있는 것도 확인되었다.
(실시예7)
실시예7은 RF마그네트론 스패터법을 이용하여 기판상에 다양한 기초막을 형성하고, 그 위에 자성막을 형성하여, 믹구조와 자기특성을 조사한 결과이다. 결과를 (표10)에 정리하여 표시한다. 실시예, 비교예에는 (Fe75Si20Al3Ti2)94O1N5을 이용했다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판온도: 실온
자성막 타겟: FeSiAlTi합금 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 2%
산소유량비: 0.5%
방전전력: 300W
이하 샘플의 막두께 합계는 3㎛이고, 표중의 자기특성은 진공중500℃ 30분의 열처리후의 값이다. 이하, 샘플a∼o의 기초막을 기초막a∼o(다층막의 경우는 기판측에서 a1, a2…)라고 표기한다.
기초막a∼c은 기판상에 배리어층a1∼c1으로써 알루미나를 두께4nm으로 형성하고, 이어서 기초층a2∼c2로써 자성막과 같은 타겟을 이용하고, Ar＋질소가스중 또는 Ar＋ 산소 가스중에서 두께 0.5nm∼10nm의 질화층 또는 산화층을 형성했다.
기초막a∼c의 성막조건을 이하에 표시한다.
·기초막a∼c 성막조건
기판: 페라이트 기판
기판온도: 실온
기초막 및 배리어막 타겟: 알루미나 타겟
FeSiAlTi 합금 타겟
타겟 사이즈 : 3인치
방전 가스압: 4mTorr
스패터 가스: (알루미나 형성시) Ar
(질화층 형성시) Ar＋N2; N2유량비15%
(산화층 형성시) Ar＋O2; O2유량비10%
방전전력 : 100W
기초막d∼l은 기판상에 배리어층d1∼l1으로써 알루미나를 두께 4nm으로 형성하고, 이어서 부자성층d2∼l2으로써 자성막과 동 조건하에서 두께가 0.3nm∼200nm이 되도록 형성하고, 이어서 분단층d3∼l3으로써 자성막과 같은 타겟을 이용하여 Ar＋O2가스 분위기에서 두께0.03∼15nm의 산화물층을 형성했다.
기초막d∼l의 성막조건을 이하에 표시한다.
·기초막d∼l 성막조건
기판: 페라이트 기판
기판온도: 실온
기초막 및 배리어막 타겟: 알루미나 타겟
FeSiAlTi 합금 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 가스: (알루미나 형성시) Ar
(부자성층 형성시) Ar＋O2＋N2; O2유량비0.5%
N2유량비2%
(분단층 형성시) Ar＋O2; O2유량비5%
방전전력 : (알루미나, 분단층 형성시) 100W
(부자성층 형성시) 300W
또한, 기초막m, n은 기판상에 배리어층m1, n1으로써 알루미나를 두께4nm으로 형성하고, 이어서 부자성층m2, n2으로써 주자성막과 같은(Fe75Si20Al3Ti2)94O1N5을 두께10nm 또는 100nm으로 형성하고, 이어서 분단층m3, n3으로써 질화 실리콘 타겟을 이용하여 Ar＋O2가스 분위기에서 질화 실리콘층을 두께 2nm으로 형성했다.
기초막m, n의 성막조건을 이하에 표기한다.
·기초막m, n성막조건
기판: 페라이트 기판
기판온도: 실온
기초막 및 배리어막 타겟: 알루미나 타겟
FeSiAlTi 합금 타겟
Si3N4타겟
타겟 사이즈 : 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 가스: (알루미나 형성시) Ar
(부자성층 형성시) Ar＋O2＋N2; O2유량비0.5%
N2유량비2%
(분단층 형성시) Ar＋N2; N2유량비10%
방전전력 : (알루미나, 분단층 형성시) 100W
(부자성층 형성시) 300W
기초막o은 기판상에 배리어막으로써 막두께 4nm의 알루미나만을 형성했다.
기초막o의 성막조건은 이하와 같다.
·기초막o 성막조건
기판: 페라이트 기판
기판온도: 실온
배리어막 타겟: 알루미나 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 4mTorr
스패터 가스 :Ar
방전전력: 100W
표10
본 실시예는 막 그자체가 상술의 바람직한 결정입자 구조와 조성을 가지고 있기 때문에, 우수한 자기특성을 가지고 있는데, 샘플a∼c, e, g∼n은 더욱 자기특성이 향상되어 있다. 또한, ＊표시의 샘플j는 분단층의 막두께가 15nm으로 두껍고, 예를들면 MIG 헤드의 메탈 재료로써 이용한 경우, 이 분단층이 유사 갭을 발생시킬 염려가 있다. 그러나, LAM타입의 헤드에 이용하는 경우에는 전혀 문제가 없다. 또한, ＊＊표시의 샘플1은 항자력은 낮지만, 히스테리시스 커브(hysteresis curve)가 계단상으로 되어 있고, MIG 헤드에 이용하는 경우에는, 이 부자성층의 자기특성이 헤드 출력을 결정하기 때문에 바람직하지 않다. 그러나, 역시 LAM헤드로써 이용할 경우에는 전혀 문제는 없다.
본 실시예의 기초구조는 본 발명의 바람직한 구조 또는 바람직한 조성의 자성막이면 본 실시예와 마찬가지로 자기특성을 개선하는 효과가 있다. 또한, 이 기초막에 이용할 수 있는 조성에는 특별히 한정은 없고, 예를들면 알루미나대신에 다른 산화물, 또는 질화물, 탄화물, 붕화물중 어느 하나를 이용해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 샘플a∼c의 경우는 자성막 타겟의 산화물, 질화물을 이용했는데, 붕화물, 탄화물이어도 된다. 또한, 샘플e∼n에서는 부자성층으로써 주자성층과 같은 자성막을 형성했는데, 메탈 자성층이면 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 분단막으로써 주자성층의 산화물 또는 질화 실리콘을 이용했는데, 주자성층과 결정구조가 다른 비정형, 금속원소, 비금속원소이면 같은 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예8)
실시예8은 RF마그네트론 스패터법을 이용하여 첨가원소, 반응가스 유량비를 바꾸어 자기특성을 조사한 결과이다. 결과를 (표11)에 정리하여 표시한다. 또한 이하 샘플의 막두께는 3㎛이고 자기특성은 520℃ 진공중에서 열처리후의 값이다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판: 비자성 세라믹스 기판
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 또는 화합물 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 1∼4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0∼8%
방전전력: 400W
표11
상기 샘플 전체에 대해 JIS규격에 준한 염수분무시험을 행한바, 실시예로써 표시한 샘플은 모두 양호한 내식성을 나타냈다.
비교예ag는 실시예ah와 질소 이외는 같은 조성이고, 질소가 없기 때문에 자성결정입자내에 존재하는 내식성원소가 많음에도 불구하고, ah보다 낮은 내식성을 나타냈다. 이와같이, 내식성향상에는 미량의 질소첨가가 효과적이다. 또한, 비교예ac는 400℃정도의 열처리온도에서는 양호한 자기특성을 나타냈는데, 520℃에서는 약해졌다. 한편, 실시예ae는 미량첨가의 Ta효과에 의해 자기특성의 열처리 안정성이 향상되는 것이 확인되었다.
＊표시의 실시예aa는 연자기특성, 내식성 모두 양호했는데 포화자속밀도가 1T이하로 낮다. 그러나, 포화자속밀도는 페라이트 이상이고, 가장 우수한 내식성을 가지기 때문에 자기 코일등의 용도에 충분한 특성을 가진다. 또한, ＊＊표시의 실시예bd는 연자기특성은 좋지만 염수분무시험에서 조금 부식을 볼 수 있었다. 그러나, 내환경성이 비교적 요구되지 않는 실내 거치형의 VTR이나 하드 디스크에는 충분히 사용할 수 있는 특성을 가진다. 또한, 본 실시예에 기술한 FeSiAiTaN 재료는, 본 발명의 바람직한 기초상에 형성하는 것으로 더욱 자기특성이 개선된다.
또한, 본 실시예의 자성막을 경사 입사성분이 많은 스패터링법으로 형성함으로써 결정입자형상을 상술의 바람직한 사이즈의 다 갈래형상으로 한 경우라도, 같은 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예9)
실시예9는 RF마그네트론 스패터법을 이용하여 첨가원소, 반응가스 유량비를 바꾸어 자기특성을 조사한 결과이다. 결과를 (표12)에 정리하여 표시한다. 또한 이하 샘플의 막두께는 3㎛이고 자기특성은 520℃ 진공중에서의 열처리후의 값이다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판: 비자성 세라믹스 기판
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 또는 화합물 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 1∼4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0∼8%
방전전력: 400W
표12
상기 샘플 전체에 대해 JIS규격에 준한 염수분무시험을 행한바, 실시예에 든 샘플은 모두 양호한 내식성을 나타냈다. 실시예8과 마찬가지로, 비교예ag와 실시예ah와의 비교에서, 내식성 향상에 미량의 질소첨가가 효과적인 것을 알았다. 또한, 비교예ac와 실시예ae와의 비교에서 미량 첨가의 Ti효과에 의해 자기특성의 열처리 안정성이 향상하는 것을 알 수 있다.
상기 ＊표시의 실시예aa는 연자기특성, 내식성 모두 양호했지만, 포화자속밀도가 1T이하로 낮다. 그러나, 포화자속밀도는 페라이트 이상이고, 가장 우수한 내식성을 가지기 때문에 자기 코일등의 용도에는 충분한 특성을 가진다. 또한, ＊＊표시가 붙은 실시예bd는 연자기특성은 좋지만, 염수분무시험에서 조금 부식을 볼 수 있었다. 그러나, 내환경성이 비교적 요구되지 않는 실내 거치형의 VTR이나 하드 디스크에는 충분히 사용할 수 있는 성능을 가진다. 또한 본 실시예에서 기술한 FeSiAiTiN재료는 상기의 바람직한 기초상에 형성하는 것으로 더욱 자기특성이 개선된다.
또한 먼저의(실시예8)에서는 Ta를 본 실시예에서는 Ti를 사용했는데, Ta 또는 Ti를 Zr, Hf, V, Nb, Cr중에서 선택되는 적어도 1종과, 일부 또는 전부 치환 혹은 Si를 Ge에, Al을 Ga 또는 Cr에 일부 또는 전부 치환해도 마찬가지로 우수한 내식성과 자기특성을 가지는 것이 확인되었다.
또한, 본 실시예의 자성막을 경사 입사성분이 많은 스패터링법으로 형성함으로써 결정입자형상을 상술의 바람직한 사이즈의 다 갈래형상으로 한 경우라도, 같은 효과가 있는 것이 확인되었다.
(실시예10)
실시예10은 RF마그네트론 스패터법을 이용하여 첨가원소, 반응가스 유량비를 바꾸어 자기특성을 조사한 결과이다. 결과를 (표13)∼(표15)에 정리하여 표시한다. 또는 이하 샘플의 막두께는 3㎛이고 자기특성은 520℃ 진공중에서 열처리후의 값이다.
자성막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·자성막 성막조건
기판: 비자성 세라믹스 기판
기판온도: 실온
자성막 타겟: Fe타겟상에 원소 또는 화합물 칩을 배치한 복합 타겟
타겟 사이즈: 3인치
방전가스압: 1∼4mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0∼8%
산소유량비: 0.5∼2%
방전전력: 400W
표13
표14
표15
상기 샘플 전체에 대해 JIS규격에 준한 염수분무시험을 행한바, 실시예에 든 샘플은 모두 양호한 내식성을 나타냈다. 실시예9와 실시예10은 첨가 경원소를 각각 질소 또는 질소＋산소로 한 경우의 자기특성을 조사한 것인데, 양 실시예를 비교하면, 전체적으로 질소단독 첨가보다 질소＋산소를 첨가한 쪽이 자기특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
상기 ＊표시의 실시예aa,ab는 연자기특성, 내식성 모두 양호했지만, 포화자속밀도가 1T이하로 낮다. 그러나, 포화자속밀도는 페라이트 이상이고, 가장 우수한 내식성을 가지기 때문에 자기 코일등의 용도에는 충분한 특성을 가진다. 또한, ＊＊표시의 실시예bd는 연자기특성은 좋지만, 염수분무시험에서 조금 부식을 볼 수 있었다. 그러나, 내환경성이 비교적 요구되지 않는 실내 거치형의 VTR이나 하드 디스크에는 충분히 사용할 수 있는 성능을 가진다. 또한 본 실시예에서 기술한 FeSiAiTiON재료는 상기의 바람직한 기초상에 형성하는 것으로 더욱 자기특성이 개선된다.
본 실시예의 Ti를 Ta, Zr, Hf, V, Nb, Cr중에서 선택되는 적어도 1종과, 일부 또는 전부 치환 혹은 Si를 Ge로, Al을 Ga 또는 Cr로 일부 또는 전부 치환해도 마찬가지로 우수한 내식성과 자기특성을 가지는 것이 확인되었다.
또한, 본 실시예의 자성막을 경사 입사성분이 많은 스패터링법으로 형성함으로써 결정입자형상을 상술의 바람직한 사이즈의 다 갈래형상으로 한 경우라도, 같은 효과가 있는 것이 확인되었다.
(실시예11)
일반적으로 페라이트상에 형성된 메탈 자성막은 페라이트와의 국부전지 효과 혹은 막계면의 극간효과등으로 부식이 진행하고, 자기 헤드로써의 경시변화를 일으킨다. 실시예11에서는 자기 헤드로써의 신뢰성을 확인하기 위해, MIG헤드를 시작(試作)하고, 우선 시작후의 MIG헤드의 자기록 재특성을 측정하고, 이어서 같은 MIG헤드에 염수분무시험을 행하여 시험후의 자기특성의 변화를 보았다.
비교로써 메탈 코어에 센더스트(FeAlSi 기초층Bi)를 사용한 MIG헤드의 특성변화를 나타낸다.
헤드형상을 이하에 표시한다.
·헤드 형상
트랙폭: 17㎛
갭 폭: 12.5㎛
갭 길이 : 0.2㎛
턴(turn) 수N: 16
페라이트상의 배리어막: 알루미나4nm
자성박막: 4.5㎛
C/N특성:
상대속도＝ 10.2m/s
기록재주파수＝ 20.9MHz
테잎: MP 테잎
표16
이상과 같이 본 발명의 자성막을 자기 헤드에 사용하면, 헤드특성을 높히고, 또한 높은 신뢰성을 갖는 자기헤드로 할 수 있다.
(실시예12)
실시예12는 RF마그네트론 스패터법을 이용하여, 凹凸이 있는 기판상에, 다양한 기초막을 형성함으로써, 기판깨짐 억제 및 자기특성이 우수한 기초막을 조사한 것이다.
2mm × 28mm × 1mmt의 페라이트 기판상에 15㎛ × 2mm × 15㎛t의 凹凸형상을 100개 가공한 깨짐시험기판을 준비했다. 이 시험기판상에 알루미나 배리어막을 3nm제작하고, 이어서 질소, 산소, Nb, Y 또는 Hf의 첨가량을 다양하게 바꾸어 결정입자직경을 제어하여 제작한 다양한 기초막을 100nm형성하고, 최상부에 FeSiAlTiON막을 10㎛형성했다. 이 자성박막을 520℃에서 열처리한 후, 막만을 화학 에칭으로 제거하고, 凹凸기판부의 깨짐율을 조사했다. 한편, 평판의 유리 기판상에 각각의 기초막 단층을 3㎛형성하고, 열처리후의 평균 결정입자직경을 XRD로 조사했다. 깨짐율과, 평균 결정입자직경을 (표17)에 표시한다.
기초막의 성막조건을 이하에 표시한다.
·질소첨가 기초막 성막조건
기판온도: 수냉
타겟: FeSiAlTi
타겟 사이즈: 5×15인치
방전가스압: 8mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 2∼20%
산소유량비: 0%
방전전력: 2kW
·산소첨가 기초막 성막조건
기판온도: 수냉
타겟: FeSiAlTi
타겟 사이즈: 5×15인치
방전가스압: 8mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0%
산소유량비: 2∼10%
방전전력: 2kW
Nb, Y 또는 Hf첨가 기초막 성막조건
기판온도 : 수냉
타겟: FeSiAl 타겟상에 10mm각의 Nb, Y 또는 Hf 칩을 다수매 얹은 타겟
타겟 사이즈: 5×15인치
방전가스압: 8mTorr
스패터 주 가스: Ar
질소유량비: 0%
산소유량비: 0%
방전전력: 2kW
표17
이상의 실시예에서 기초막이 재료에 상관없이, 평균결정입자직경이 20nm이하일 때에, 기판깨짐을 억제할 수 있는 것을 알았다.
이상의 결과를 통해, 상술의 평균결정입자 직경이 30nm 또는 20nm인 질소첨가의 기초100nm을 이용하여 하기와 같은 MIG헤드를 시작(試作)했다. 결과를 (표18)에 정리하여 표시한다.
헤드형상을 이하에 표시한다.
·헤드형상
트랙폭: 17㎛
갭 폭 : 12.5㎛
갭 길이: 0.2㎛
턴 수N: 16
페라이트상의 배리어막: 알루미나3nm
자성박막: 9㎛
C/N특성:
상대속도＝ 10.2m/s
록재주파수＝ 20.9MHz
테잎: MP 테잎
표18
이상과 같이 기초막이 본 발명의 바람직한 범위에 있는 것으로 자기 헤드의 특성이 향상하는 것을 알 수 있다.
다음에 (표18)에서 효과가 있는 질소첨가에 의해 20nm으로 미세화한 기초층(기초층B)100nm상에, 다시 입경2nm까지 미세화하도록 질소첨가량을 늘린 기초층(기초층A)을 2nm형성하고, 상기와 같은 조건으로 헤드화했다. 또한, 마찬가지로 질소첨가에 의해 20nm까지 미세화한 기초층(기초층B)100nm상에 형성하는 자성박막의 질소첨가량까지 조금씩 질소첨가량을 감소시킨 기초층(기초층A)을 30nm형성하고, 상기와 같은 조건으로 헤드화했다. 이 결과를 (표19)에 표시한다.
표19
이와같이 기초막이 상기의 바람직한 범위에 있는 것으로 자기헤드의 특성이 더욱 향상하는 것을 알 수 있다.
다음에, (표17)의 실시예에 표시하는 미세화 기초층(미세자성층)을 0.5규정의 염수에 100시간 침전시험을 행한 바, 결정입자직경이 5nm정도까지 미세화된 질소첨가막 및 산소첨가막에 있어서, 약간의 계면부식이 관찰되었는데, Ⅲa족(Y), Ⅳa족(Hf), Ⅴa족(Nb)의 원소첨가에 의한 미세화기초층의 샘플에서는 전혀 부식을 볼 수 없었다.
다음에, 기초층의 최적의 두께를 구하기 위해, 질소첨가재료의 기초층 막두께를 1∼500nm까지 변화시켜 깨짐율을 조사한 결과를 (표20)에 정리하여 표시한다. 또한, 질소첨가기초층의 제작조건은 평균결정입자직경20nm의 조건을 선택했다.
표20
이상의 실시예에서 미세자성층의 바람직한 두께는 10nm이상이고, 더욱 바람직한 두께는 300nm이상인 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 기판으로써 페라이트, 막으로써 자성체를 이용했는데, 본 발명의 미세화기초층은 기본적으로 내부응력이 존재하는 박막전체에 대해 유효하다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명의 자성박막에 의하면, 종래의 평균결정 입경이 작은 미결정재료에 비해, 단위 체적중의 계면 에너지의 총량이 작기 때문에, 열처리에 의한 입자성장이 억제되며, 연자기특성을 넓은 온도범위에서 안정화할 수 있다. 또한, 자성막은 성막직후부터 결정질이므로, 비정질화를 위해 다량의 첨가물을 필요로 하지않고, 따라서, 포화자속밀도를 높게할 수 있고, 또한, 성막직후부터 고포화자속밀도 헤드용 재료로써 사용할 수 있다. 또한 결정입자의 사이즈에 의해 국부전지에 의한 부식이 작아 내식성이 우수한 자성막을 얻을 수 있다.
또한, 기판과 자성막간의 기초막에 미세화량을 포함시키는 본 발명의 바람직한 양태에 의하면, 기판표면상태나 형상에 의하지 않고, 막벗겨짐이나 기판파괴가 억제된 막형성을 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (36)

  1. 자성 결정입자를 모상(母相)으로 하는 자성막을 포함하는 자성박막으로써, 상기 자성결정입자가 대략 침상체, 대략 기둥상체 또는 이들 조합으로 이루어지는 다갈래형상체로 이루어지고, 50nm을 넘는 평균 최대길이를 가지며, 상기 대략 침상체 또는 상기 대략 기둥상체의 짧은쪽 방향의 평균 결정 사이즈가 5nm보다 크고 60nm보다 작은 것을 특징으로 하는 자성박막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자성결정입자가 대략 침상체 또는 대략 기둥상체이고, 이 자성 결정입자의 짧은쪽 방향의 평균 결정 사이즈(dS) 및 긴쪽방향의 평균 결정 사이즈(dL)가 각각 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    5nm ＜ dS＜ 60nm
    dL ＞ 100nm
  3. 제1항에 있어서, 자성결정입자가 대략 침상체, 또는 대략 기둥상체의 조합으로 이루어지는 다갈래형상 결정을 포함하고, 상기 대략 침상체 또는 상기 대략 기둥상체의 짧은쪽 방향의 평균결정 사이즈(ds) 및 상기 다갈래형상 결정의 평균 최대길이(dl)가 각각 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    5nm ＜ ds＜ 60nm
    dL ＞ 50nm
  4. 제1항에 있어서, 상호 인접하는 자성결정입자의 결정방위가, 적어도 면내방향에서 다른 것을 특징으로 하는 자성박막.
  5. 제1항에 있어서, C, B, O 및 N에서 선택되는 적어도 1종의 경원소와, Fe보다 산화물 및 또는 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  6. 제1항에 있어서, 자성결정입자내에, Fe보다 산화물 및 또는 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  7. 제5항에 있어서, Fe보다도 산화물 및 또는 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소가 IVa족 원소, Va 족원소, Al, Ga, Si, Ge 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소인 것을 특징으로 하는 자성박막.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자성 결정입자의 입계(粒界)에 산화물, 붕화물, 산화물, 질화물 및 금속에서 선택되는 적어도 1종류로 이루어지는 미결정 또는 비정형인 입계화합물이 포함되는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  9. 제8항에 있어서, 상기 입계화합물의 평균 최단길이를 T로 하면, 이 입계화합물의 적어도 30%의 상기 평균 최단길이T가 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    0.1nm ≤ T ≤ 3nm
  10. 제1항에 있어서, 적어도 1종으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 형성하는 적어도 1층이 Fe보다 산화물 및 또는 질화물 생성 자유에너지가 낮은 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 구성하는 층중 적어도 상기 자성막과 접하는 층이 Fe보다 표면자유 에너지가 낮은 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  12. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 구성하는 층중 적어도 상기 자성막과 접하는 층이 Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga 및 Zr에서 선택되는 적어도 1종의 원소의 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 자성박막.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막을 구성하는 층중 적어도 상기 자성막과 접하는 층이 C, Al, Si, Ag, Cu, Cr, Mg, Au, Ga 및 Zn에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  14. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(B)이 Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga 및 Zr에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지고, 상기 기초층(A)이 상기 기초층(B)을 구성하는 물질의 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  15. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(A)이 Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga 및 Zr에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지고, 상기 기초층(B)이 상기 기초층(A)을 구성하는 물질의 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  16. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(A)이 상기 자성막에 포함되는 주구성원소에서 선택되는 적어도 1개의 원소와, 산소 및 질소에서 선택되는 적어도 1개의 원소를 포함하고, 또한 상기 자성막보다 산소 또는 질소를 많이 포함하고, 상기 기초층(B)이 탄화물, 산화물, 질화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  17. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 주자성층으로써의 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 기초층(A)이 부자성층과 분단층이 적어도 1층씩 번갈아 적층되어 이루어지고, 상기 기초층(B)이 산화물, 질화물, 탄화물 및 붕화물에서 선택되는 어느 하나의 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  18. 제17항에 있어서, 분단층이 자성막과 적어도 1종의 원소를 공유하고, 자성막보다 산소 또는 질소를 많이 함유하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  19. 제17항에 있어서, 부자성층의 두께tM와, 분단층의 두께tS가 각각 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    0.5nm ≤ tM≤ 100nm
    0.05nm ≤ tS≤ 10nm
  20. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막중, 적어도 기판과 접하는 층이 비정형 자성체, 또는 평균입자지름(d)이 하기 관계식을 만족하는 자성결정입자를 모상으로 하는 미세자성층인 것을 특징으로 하는 자성박막.
    d ≤ 20nm
  21. 제20항에 있어서, 미세자성층의 두께tr와, 자성막의 두께tf가 각각 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    10nm ＜ tr＜ tf/3
  22. 제20항에 있어서, 상기 미세자성층과 자성막이 적어도 1종의 공통원소를 가지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  23. 제22항에 있어서, 공통원소가 미세자성층 또는 자성막에 포함되는 원소중, 산화물 및 또는 질화물 생성 자유에너지가 가장 낮은 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  24. 제22항에 있어서, 공통원소가 산소, 질소, 탄소 및 붕소에서 선택되는 적어도 1종의 원소인 것을 특징으로 하는 자성박막.
  25. 제20항에 있어서, 미세자성층은 Ⅲa족, Ⅳa족, Ⅴa족에서 선택되는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  26. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 자성막중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C1(원자량%), 상기 기초층(A)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C2(원자량%), 상기 기초층(B)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C3(원자량%)가 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    0 ≤ C1≤ C3＜ C2
  27. 제1항에 있어서, 적어도 1층으로 이루어지는 기초막과, 이 기초막상에 형성된 자성막을 포함하고, 상기 기초막이 상기 자성막과 접하는 기초층(A) 및 이 기초층(A)과 접하는 기초층(B)을 포함하고, 상기 자성막중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군 농도C1(원자량%), 상기 기초층(A)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군농도C2(원자량%), 상기 기초층(B)중의 산소, 질소, 탄소 및 붕소로 이루어지는 원소군농도C3(원자량%)가 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    0 ≤ C1≤ C2≤ C3
  28. 제27항에 있어서, 원소군 농도C1와 C3가 상이하고, 층계면의 농도차를 완화하도록 원소군 농도C2가 막두께방향에 있어서 대략 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
  29. 제20항 내지 제28항중 어느 한항에 있어서, 凹凸을 가지는 기판상에 형성된 것을 특징으로 하는 자성박막.
  30. 제1항 내지 제28항중 어느 한항에 있어서, 고저항 기판 또는 고저항 재료상에 형성된 것을 특징으로 하는 자성박막.
  31. 제1항 내지 제28항중 어느 한항에 있어서, 배리어층을 형성한 기판상에 형성된 자성박막으로써, 상기 배리어층이 Al, Si, Cr 및 Zr에서 선택되는 적어도 1종의 원소의 산화물 또는 질화물로 이루어지고, 하기 관계식을 만족하는 두께(du)를 가지는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    0.5nm ＜ du ＜ 10nm
  32. (MαX1 βZ1 γ)100-δAδ에 의해 표시되는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    다만, M은 Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 자성금속원소이고, X1는 Si, Al, Ge 및 Ge에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Z1는 Ⅳa족, Ⅴa족 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, A는 O 및 N의 적어도 1종의 원소이며, α, β, γ 및 δ는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
    0.1 ≤ β ≤ 26
    0.1 ≤ γ ≤ 5
    α＋β＋γ＝ 100
    1 ≤ δ ≤ 10
  33. (MαX2 βZ2 γ)100-δAδ에 의해 표시되는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    다만, M은 Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 자성금속원소이고, X2는 Si 및 Ge에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, Z2는 Ⅳa족, Ⅴa족, Al, Ga 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, A는 O 및 N의 적어도 1종의 원소이며, α, β, γ 및 δ는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
    0.1 ≤ β ≤ 23
    0.1 ≤ γ ≤ 8
    α＋β＋γ＝ 100
    1 ≤ δ ≤ 10
  34. (FeαSiβAlγTδ)100-εNε에 의해 표시되는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    다만, T는 Ti 및 Ta에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, α, β, γ, δ 및 ε는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
    10 ≤ β ≤ 23
    0.1 ≤ δ ≤ 5
    0.1 ≤ γ＋δ ≤ 8
    α＋β＋γ＋δ＝ 100
    1 ≤ ε ≤ 10
  35. (FeαSiβAlγTiδ)100-ε-ζNεOζ에 의해 표시되는 조성을 가지는 자성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
    다만, α, β, γ, δ, ε 및 ζ는 이하 관계식을 만족하는 수치이다.
    10 ≤ β ≤ 23
    0.1 ≤ δ ≤ 5
    0.1 ≤ γ＋δ ≤ 8
    α＋β＋γ＋δ＝ 100
    1 ≤ ε＋ζ ≤ 10
    0.1 ≤ ζ ≤ 5
  36. 제1항 및 제32항 내지 제35항에서 선택되는 어느 한항에 있어서, 자성박막을 구성요소로 하는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000200410A (ja) * 1999-01-07 2000-07-18 Hitachi Ltd 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法及び磁気記録装置
JP2002541671A (ja) * 1999-03-30 2002-12-03 ドイッチェ テレコム アーゲー 制御キャビネット
WO2000068941A1 (fr) * 1999-05-11 2000-11-16 Hitachi Maxell, Ltd. Support d'enregistrement magnetique et son procede de fabrication; enregistreur magnetique
US6433958B1 (en) 1999-07-27 2002-08-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic head, method for producing the same, video recording and reproduction apparatus including the magnetic head, and video camera including the magnetic head
US6815096B2 (en) * 2001-05-16 2004-11-09 Tdk Corporation Soft magnetic thin film and thin film magnetic head using the same
JP2003294548A (ja) * 2002-03-29 2003-10-15 Japan Science & Technology Corp 応力インピーダンス効果素子の製造方法及びその素子

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1235808A (en) * 1984-03-22 1988-04-26 Tetsuo Oka Vertical magnetic recording medium and process for preparation thereof
US4969962A (en) * 1988-08-20 1990-11-13 Victor Company Of Japan, Ltd. Magnetic alloys for magnetic head
JP2821627B2 (ja) 1989-09-20 1998-11-05 ソニー株式会社 軟磁性非晶質合金薄膜
US5154983A (en) * 1989-10-18 1992-10-13 Victor Company Of Japan, Ltd. Magnetic alloy
DE69101726T2 (de) 1990-02-16 1994-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Weichmagnetische Dünnschichten aus Legierung und Magnetköpfe daraus.
JPH07111221A (ja) 1993-10-12 1995-04-25 Toshiba Corp 磁性スパッタターゲットとそれを用いて形成した磁性薄膜、および薄膜磁気ヘッド
JPH0935935A (ja) 1995-07-13 1997-02-07 Japan Energy Corp 軟磁性膜の製造方法

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