TW503391B - Magnetic thin film, its production method, its evaluation method and magnetic head using it, magnetic recording device and magnetic element - Google Patents

Magnetic thin film, its production method, its evaluation method and magnetic head using it, magnetic recording device and magnetic element Download PDF

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TW503391B
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Migaku Takahashi
David Djayaprawira
Hiroki Shoji
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Migaku Takahashi
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif·doc/006 ____B7____ 五、發明說明（I ) 發明領域 本發明係關於一種磁性薄膜、其製造方法、評價方法 及使用此磁性薄膜的磁頭、磁性記錄裝置及磁性元件，特 別是有關於一種磁性薄膜、其製造方法、評價方法及使用 此磁性薄膜的磁頭、磁性記錄裝置及磁性元件，在成膜後 不經加熱處理而兼具高飽和磁通量密度(Saturation magnetic flux density)及小的保磁力，以求能適用於高記錄密度化或 高周波化。 本發明所述的磁性薄膜適用於磁頭的磁極材料等’以 將磁氣信號記錄在硬碟、軟碟、磁帶等的上面。 發明背景 近年來，在資訊密集化顯著進步的同時，對於存放資 訊的機器，不論是小型或是中型的機器皆對於大容量的記 憶裝置有更迫切的需求。對應於此需求者，例如是硬碟機 (HDD)，各硏究機關無不銳意進行硏究開發，以求硬碟機 所裝載的磁性記錄媒體其單位面積的記錄密度能夠向上提 升。 爲求前述高記錄密度化的目的，對於以在媒體的記錄 層上安定存在的寫入微小磁區，使其能夠具有高保磁力的 媒體、能夠寫入媒體上之微小磁區的記錄磁頭、以及’能 夠高感度的檢測由微小磁區的洩漏磁場的讀取磁頭進行開 發。 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規袼（210 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
503391 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif. doc/006 五、發明說明（厶） 以往的磁頭係由一個同時兼具記錄及讀取機能的元件 所構成，以進行裝置乃至於媒體的小型化，其中使用的磁 阻(MR : magnetoresistive)元件會隨著磁化反轉方向的線速 降低，利用其不依賴線速的洩漏磁場而安定化、能夠高感 度檢測的磁阻效果，而使用上述磁阻元件所形成的讀取磁 頭爲持續使用的標準裝載元件。也就是，現今的磁頭係爲 寫入專用的§Β錄磁頭與g賣取專用的讀取磁頭所複合構成。 如同對於此種技術發展所了解的，依此構成的記錄磁 頭，爲了在保磁力高的媒體上記錄充分磁化的信號，必須 使用能夠發生強磁場、飽和磁通量密度高的磁極材料^ 現今所能適用作爲磁極材料者，爲飽和磁通量密度約 1泰斯拉(Tesla，Τ)左右的坡莫合金(perman〇y，78赠％鎳_鐵 合金）。其後，對於具有1.1〜1.2T左右的飽和磁通量密度 的鐵鋁矽磁性合金(Sendust)、或具有L5T左右的飽和磁通 量密度的鈷系非晶質材料等進行開發，以作爲提升飽和 通量密度的材料。 更進一步的，最近受到注目者爲以下所示的材料。 ⑴特開平11-074212號公報(以下稱文獻1)中，梅露 使用鍍金法製作鈷-鐵-鎳的合金膜。其中記載了具有鈷八 量40〜70wt%(重量％)、鐵含量2〇〜4〇wt%以及鎳含复1〇曰 2〇wt%，而能夠製作出形成體心立方結構的τ相及商心= 方結構的a相結晶構造的鈷-鐵_鎳合金，而且所得到 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
6 503391 6945pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（彡） 金膜’保磁力以及磁致伸縮小，同時具有2T以上的飽和 磁通量密度。更加的，亦在其中說明了使用HKTC的後加 熱處理而改善其耐蝕性。 (2)特開平08-107036號公報(以下稱文獻2)中，揭露了 使用濺鍍法形成以鐵或是鈷爲主體的合金膜的製造方法， 其中記載了以進行熱處理會產生軟磁氣特性者作爲磁性 膜’並以鐵或是鈷爲主體，形成的合金係包含在Ta、Zr、 Hf或是Nb中至少選擇1種類，且濃度範圍爲5〜20at%(原 子％)，以及在Si、B、C、N之中至少選擇1種類，且濃度 範圍爲5〜20at%，更加的，在此磁性膜中，磁性元素之外 的鋁(A1)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、釕(Ru)、铑(Rh)、鉛(Pt)、鈀(Pd)、 鉬(Mo)、鎢（W)中至少選擇一種元素加入，且添加的濃度 範圍爲1〜20at%。所得的合金膜的飽和磁通量密度爲 1·5Τ，保磁力爲 〇.1〇6(1〇6=約 79A/m)，1MHz 的透磁率 3000 以上’同時磁致伸縮常數爲10»1，具備有良好的軟磁氣特 關於使用分子束嘉晶（Molecular beam epitaxy,MBE)法 製作單結晶Fel6N2膜的製造方法，則如下列杉田等人的報 告「Y.Sugita et.al·，〗.Appl.phys.76,6637(1994)，以下稱文獻 3」所述。在文獻記載中，所使用的基體爲特殊基底，其 形成的Fe16N2膜的a軸長度與晶格常數大略一致的 In^Ga❹.gAs(001)。首先，將此基底在真空中加熱處理（675 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I裝 0 mmmmm I κι· 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/ΟΟβ A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（+) °C，5分鐘)後，於溫度200°c的基體上，在氮氣環境中以 電子束將作爲蒸鍍源的鐵擊出，而製作出含有Uat%氮的 氮化鐵膜。此時成膜的速度爲〇·〇〇2〜〇.〇〇3nm/sec ,成膜 中的氣體壓力爲0.1〜0.2mTorr是很重要的。所得到的氮 化鐵膜爲馬式體（α ’)膜，其飽和磁通量密度約爲2.4T。接 著，成膜後在104Torr的真空中進行200°C的熱處理，亦 即是所謂的回火處理90個小時，而得到飽和磁通量密度 約2.9T的單結晶Fe16N2(a ’)膜。 但是，上述的習知技術有下列的問題。 ① 文獻1所示的技術，記錄磁頭的磁極材料是以所謂 濕製程的鍍金法所製作。然而以鍍金法同時製作裝配有以 磁阻元件構成的讀取磁頭是很困難的，必須使用所謂乾製 程的濺鍍法來製作。因此，在迴避二重投資且構成低價的 製造工程上，或是兩個製程的跨界面管理（污染迴避或平 坦性的維持等）的安定化，其觀點係採用以鍍金法製作磁 性材料而控制狀況是有問題的。 ② 文獻1所示的技術，在設置形成磁極的上述材料所 形成的鍍金層時，在絕緣層上必須以濺鍍法形成底鍍金 層。爲了滿足文獻1中的磁性材料所希望的特性，此工程 是不可避免的，而在磁頭構造上增加無用的部份或是界 面，極有可能就是助長膜於界面處產生陡面或是歪斜的原 因0 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· --------
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五、發明說明（D ③ 文獻1的磁極材料在成膜後的耐蝕性不安定，經硏 判必須進行後段加熱處理或是追加保護膜。而且，文獻1 中亦教示其磁極材料的製品，必須要依照適用的場合檢討 相應的對策。 ④ 文獻2的磁極材料，形成讀取磁頭的磁阻元件能夠 與記錄磁頭以相同的濺鍍法製作，能夠推進磁頭的總和乾 製程化。但是，所得的飽和磁通量密度在1.5Τ左右，對於 日後應用於高記錄密度化的需求，要將資料寫入保磁力超 過2500奧斯特(Oersted, Oe)的媒體時，就會產生力有未逮 的情形而無法寫入。 ⑤ 文獻2的磁極材料最少亦需要4元素，而實施例係 以5元素做介紹。依此要形成良好的飽和磁通量密度的話， 各元素的組成比的範圍極爲狹小，需要很嚴密的膜的組成 控制。 ⑧文獻2的磁性材料，爲了得到所希望的磁氣特性， 必須對結晶粒子的大小做控制，成膜後亦必須做熱處理。 文獻中亦有記載例如在成膜後以較結晶低5(TC的49〇t進 行3小時的熱處理，其後以590°C進行30分鐘的熱處理。 在讀取磁頭製作後形成記錄磁頭的場合，此熱處理係構成· 讀取磁頭的極薄層的堆積體所形成的磁阻元件的界面發& 混亂的原因，進一步爲磁阻元件的特性劣化的主要原因， 因而不欲採用的製程。 ⑦文獻3的磁性膜，其特徵係在現今報告中具有最大 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ，•裝--------訂---------線, 9 503391 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（6) 的飽和磁通量密度2·9Τ，同時能_以屬於一種乾製程中的 分子束磊晶法製作。但是，要得到希_特性的磁性膜的0舌’ 必須在特定的基底上形成，而|其成膜速度爲〇·002〜 0.003nm/see而非常的慢，應用在_工程_作上很困難 而在實際的磁頭製造工程並未採用。 由於上述的理由，對於記錄和讀取分離型磁頭的製造 程序，尋求能夠同時滿足以下條件的磁頭用磁極材料以及 其製作方法。 (A)磁極材料具有1.5T以上、期望能超過2T以上的飽 和磁通量密度。 (Β)磁極材料具有20e以上、期望能低於10e以下的 保磁力。 (C) 爲了達到防止混雜不純物或是維持界面平坦性的 目的，磁極材料以及製造方法採用與製造讀取磁頭的磁阻 元件相同的乾製程。 (D) 適用於量產工程的成膜速度’亦即是具備有製造 程序的適應力，且能夠建構低價的生產線的製造方法。 (Ε)爲了不會對先前製造的薄膜堆積體、例如磁阻元件 的界面產生影響，能夠在100°C以下的低溫成膜，更加的 在成膜後不須進行處理的磁極材料及其製法。 滿足上述複數條件的報告，在1972年金和高橋的報 告中有所揭露「T.K.Kim and M.Takahashi，Appl. Phys· Lett.20, 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（21〇 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) > · mmmmm mmmmm t· n n n n · Ml n n n- n I— * 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（q ) 492 (1972)」。 在此報告中必須特別提到的是，使用屬於一種乾製 程，且爲非常簡單的薄膜形成法的蒸鍍法，在近乎室溫的 基板上，以能夠量產的成膜速度，製作低保磁力且同時具 有極高的飽和磁通量密度2.58T的氮化鐵膜。但是，其後 多數的硏究機關進行追加試驗，並不能安定的得到具備上 述特性的磁性膜，而必須在文獻3所述特殊條件下才得以 製備。 因此，現今對於滿足上述(A)〜（E)記載條件之記錄磁 頭用的磁極材料及其製法，具有強烈的需求。 尙且，上述說明係特別提出縱向磁性記錄用磁頭加以 詳述，具備有上述特性「1.5T以上、期望能超過2T以上 的飽和磁通量密度」或「20e以上、期望能低於10e以下 的保磁力」的磁極材料，亦能夠應用於作爲垂直磁性記錄 用磁頭的磁極材料。因此具備有上述飽和磁通量密度或保 磁力的磁極材料，亦能夠採用於垂直磁氣記錄用的磁頭。 所以此種具有優良軟磁氣特性的磁性薄膜並無縱向記錄或 是垂直記錄的區別，能夠在磁氣的領域作廣泛的應用而開 發。 而且，滿足上述（A)〜（E)所記載條件的磁性薄膜及其 製法，在適用於構成磁頭的磁極材料之外’亦能夠應用於 以下所述的各種磁性元件。 π 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規袼（210 X 297公釐） * n n IB· 1 t§ mm§ n n n ϋ · n 1 n n n n n t cl n I n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 爾 503391 6945pif.doc/006 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（g ) (AL1)用於作爲在硬磁性膜之下所設置的磁性薄膜， 其中硬磁性膜的功能係作爲構成縱向磁氣記錄媒體 (Longitudinal recording medium )的記錄層。 (AL2)用於作爲在硬磁性膜之下所設置的磁性薄膜， 其中硬磁性膜的功能係作爲構成垂直磁氣記錄媒體 (Perpendicular magnetic recording medium)的記錄層0 (AL3)用於作爲磁性薄膜而用於軟磁性層的至少一部 份，且軟磁性層係構成交換磁石（Exchange-spring magnet) 或旋轉電晶體磁石（Spin transistor magnet)。 (AL4)用於作爲磁性薄膜而用於傳送線路的至少一部 份，且傳送線路係構成磁場感應器(Magnetic sensor)。 (AL5)用於作爲磁性薄膜而用於傳送線路的至少一部 份，且傳送線路係構成高周波驅動元件（High frequency passive device) ° (AL6)用於作爲磁性薄膜而用於磁性膜的至少一部 份，且磁性膜係構成微變壓器(Micro trans)或是微誘導器 (Micro inductor) 〇 上述(AL1)〜（AL6)所記載的任一個磁性元件中，使用 具備有上述特性「1.5T以上、期望能超過2T以上的飽和‘ 磁通量密度」或「20e以上、期望能低於l〇e以下的保磁 力」的磁極材料，各磁性元件的各種特性能夠更加的向上 提升。 本發明的第一目的在提供一種磁性薄膜，在成膜中以 12 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -MB a·· a···· <!· AM·! am ϋΜΗΐ* 裝 0 1 n ϋ n mmmmm ϋ I 訂·！ ----
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（q ) 及成膜後不經熱處裡，且具有飽和磁述密度2T以上，保 磁力20e以下的軟磁氣特性。 本發明的第二目的在提供一種具備有優良軟磁氣特性 的磁性薄膜的製造方法，作爲記錄磁頭的磁極材料，採用 與形成讀取磁頭的MR元件相同的乾製程。 本發明的第三目的在提供一種特定的評價方法，評定 成膜中以及成膜後，結晶構造是以α ’相爲主相，且至少 是由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵膜。 本發明的第四以及第五目的在提供一種磁頭以及裝載 此磁頭的磁性記錄裝置，在保磁力高的媒體亦能夠以充足 經磁化的信號記錄於其上。 本發明的第六目的在提供一種能夠對應高記錄密度化 的磁性記錄媒體。 本發明的第七目的在提供較以往具有更優良的諸特性 的各種元件，例如能量積、周波數或電流密度等，具有更 加優良的特性。 發明槪述 本發明的磁性薄膜的特徵係以α ’相作爲主相，且至 少是由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵膜。 本發明的磁性薄膜的製造方法，其特徵係在配置於減 壓空間的基板上，以濺鍍法、真空蒸鍍法、化學氣相沈積 法、離子束蒸鍍法、雷射蒸鍍法的其中一種成膜法，至少 以碳及鐵爲構成元素，由α ’相的單相形成碳化鐵膜。 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閲 讀 背 項 i 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 B7 五、發明說明（（〇) 本發明的第一種對磁性薄膜的評價方法，其特徵係使 用X射線繞射法的特定方法，評定磁性薄膜是以α 5相作 爲主相，且至少由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵 本發明的第二種對磁性薄膜的評價方法，其特徵係使 用電子線繞射法。 本發明的磁頭，其特徵係使用上述構成的碳化鐵膜作 爲記錄磁頭的磁極材料。 本發明的磁性記錄裝置，其特徵係使用上述的磁頭， 在移動的磁性記錄媒體上磁性的記錄資訊。 本發明的第1磁性元件，其特徵係使用上述構成的碳 化鐵膜形成磁性薄膜並設置在硬磁性膜之上，其中硬磁性 膜的功能係作爲構成縱向磁氣記錄媒體的記錄層。 本發明的第2磁性元件，其特徵係使用上述構成的碳 化鐵膜形成磁性薄膜並設置在硬磁性膜之下，其中硬磁性 膜的功能係作爲構成垂直磁氣記錄媒體的記錄層。 本發明的第3磁性元件，其特徵係使用上述構成的碳 化鐵膜形成磁性薄膜，而用於構成交換磁石或旋轉電晶體 磁石的軟磁性層的至少一部份。 本發明的第4磁性元件，其特徵係使用上述構成的碳 化鐵膜形成磁性薄膜，而用於構成磁場感應器的傳送線路 的至少一部份。 本發明的第5磁性元件，其特徵係使用上述構成的碳 化鐵膜形成磁性薄膜，而用於構成高周波驅動元件的傳送 14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格（210><297公釐) 1>1% (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---I---•線 «· 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif. doc/ 006 … _B7 _ 五、發明說明（（I) 線路的至少一部份。 本發明的第6磁性元件，其特徵係使用上述構成的碳 化鐵膜形成磁性薄膜，而用於構成微變壓器或是微誘導器 的磁性膜的至少一部份。 圖式之簡單說明 第1圖所示爲本發明磁性薄膜的一個例子的剖面圖， (a)爲在基體上直接設置磁性層的場合、（b)爲在基體與磁性 層之間設置緩衝層的場合； 第2圖所示爲本發明磁性薄膜的X光繞射的結果示意 圖，（a)爲由碳化鐵膜的(002)面的繞射線而沒有主波峰，在 其高角側觀測到寬廣的肩部的場合、（b)爲由碳化鐵膜的 (002)面只有觀測到繞射線的場合。 第3圖所示爲實施例1所製作的試料S1以X射線繞 射法調查結果示意圖； 第4圖所示爲於實施例1中，成膜所使用的Fe-C合 金耙的含碳量（橫軸）和製作的碳化鐵膜的含碳量（縱軸）的 關係示意圖； 第5圖所示爲以舒爾茲反射法測定碳化鐵膜的晶格常· 數a、c以及由這些數値所求的軸比c/a，對膜中的含碳量 所繪示的示意圖； 第6圖所示爲實施例1所製作的試料S1中，其膜中 含碳量爲4at%的碳化鐵膜的磁滯曲線，（a)爲bet構造的 <00!>方向、（b)爲bet構造的<100>方向、（c)爲bet構造的 15 本^張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210><297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
教 503391 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（丨之） <110>方向； 第7圓所不爲外加磁場於bet構造的〈οοι〉*向或是 <100>方向的場合的結果示意圖； 第8圖所示爲外加磁場於bet構造的<；[〇〇〉*向或是 <110>方向的場合的結果示意圖； 第9圖所示爲實施例1製造的試料S1的含碳量和飽 和磁通量密度Bs的關係示意圖； 第10圖所示爲實施例1所製作的試料S1的含碳量和 保磁力He的關係示意圖； 第11圖所示爲製作碳化鐵膜時的基體溫度，和所得 的碳化鐵膜其(002)面的X射線強度的關係示意圖； 第12圖所示爲本實施例的碳化鐵膜製作時，所使用 的直流磁控濺鍍裝置的剖面圖； 第13圖所示爲本發明的一種主要的縱向磁性記錄用 磁頭其部份構造的斜視圖，； 第14圖所示爲本發明的一種磁性記錄裝置的剖面圖； 第15圖所示爲第14圖所示磁性記錄裝置的上視圖； 第16圖所示爲碳化鐵膜含氮量的變更對含碳量及磁 性晶粒各向異性常數Ku的關係的調查結果示意圖； 第17圖所示爲本發明的碳化鐵膜作爲磁極的垂直磁 性記錄用媒體的記錄磁頭以及垂直磁性記錄媒體的剖面 圖， 第18圖所示爲本發明的碳化鐵膜設置在其功能係作 爲構成縱向磁氣記錄媒體的記錄層的硬磁性膜之上所形成 16 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · K— n IBs IB n I n 如· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 … _B7 _ 五、發明說明（β ) 的磁性元件的剖面圖； 第19圖所示爲本發明的碳化鐵膜設置在其功能係作 爲構成垂直磁氣記錄媒體的記錄層的硬磁性膜之下所形成 的磁性元件的剖面圖； 第20圖所示爲本發明的碳化鐵膜用於作爲構成交換 磁石或旋轉電晶體磁石的軟磁性層所形成的磁性元件的剖 面圖； 第21圖所示爲本發明的碳化鐵膜用於構成磁場感應 器的傳送線路的至少一部份所形成的磁性元件的示意圖（a) 爲平面圖、（b)爲A-A’部份剖面圖； 第22圖所示爲本發明的碳化鐵膜用於構成高周波驅 動元件的傳送線路的至少一部份所形成的磁性元件的斜視 圖；以及 第23圖所示爲本發明的碳化鐵膜用於構成微變壓器 或是微誘導器的傳送線路的至少一部份所形成的磁性元件 的斜視圓。 圖式之標示說明 10、403、501 :基體 11 :磁性層 12 :緩衝層 21 :成膜室 22 :緩衝層形成用陰極 23 :磁性膜形成用陰極 17 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐)~" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I訂.！ ί線| 503391 6945pif.doc/006 … _B7_ 五、發明說明（丨Lp 24 :第一靶 25 :第二靶 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 26、27 :絕緣零件 28、29 :直流電源 30、31 :接地保護 32 :瞬間開閉器 33 : 32的回轉方法 34 : 32的開口部 35 :基體架支撐零件 36 :基體架支撐零件的回轉方法 37 :基體的溫度控制方法 38 :基體架 39 :基體 40 :磁場外加方法 41 :排氣口 42 :氣體導入口 43 :排氣方法 44 :氣體供應源 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 50 :磁頭 51 :磁阻元件 52 :下部保護層 53 :上部保護層兼下部磁極 5 4、8 3 :線圈 55 :上部磁極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 _B7_ 五、發明說明（iS) 56、8卜 88、92、102、401 :基板 57 :電極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 58 :讀取磁頭 59、80 :記錄磁頭 7 0 :硬碟裝置 71 :外殼 72 :磁性記錄媒體 73 :襯墊 74 :主軸 75 :馬達 76 :軸承 77 :回轉軸 78 :擺臂 79 :懸掛架 82、502 :絕緣體 84、97、106 :中間層 86、 96、105 :保護層 87、 100、101 :垂直磁性記錄媒體 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 89、 94、104 :記錄層 90、 91 :縱向磁性記錄媒體 93 :金屬底層 95、103 :磁性薄膜 200 :交換磁石 201、204 :硬磁性層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（/6) 202、206 :軟磁性層 203 :旋轉電晶體磁石 205 :非磁性層 300 :磁場感應器 301 :磁性膜 302、303、402、404 :絕緣層 304、305 :導線 400 :高周波驅動元件 405、405 :線路 500 :微變壓器(微誘導器) 齩佳窗施例之詳細說明 本發明的發明者們有鑑於至此爲止的背景，對有關磁 性材料進行反覆硏究的結果，而下列所記述者能夠達成本 發明的目的。 以下爲對本發明的實施形態參照相關的圖式作說明。 本發明的磁性薄膜，以使用CoKa射線的X射線繞射 法，確認其爲結晶構造包含馬式體(Mattensite, α’)相單相 的碳化鐵膜，如同圖1(a)所示，此碳化鐵膜在成膜時不進‘ 行超過100°C的加熱處理，而安定的形成於基底1〇的上面。 而且，此碳化鐡層11即使在成膜後不進行加熱處理，亦 能夠同時具備2T以上的飽和磁通量密度（Saturation magnetic flux density)Bs 及 20e 以下的保磁力（Coercive force)Hc，而具有良好的軟磁氣特性。 20 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本I) % i — ΙΙ! 訂·！ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐》 503391 6945pif.doc/006 A7 ___B7 _ 五、發明說明（β) 具備有上述特徵的碳化鐵膜11，如第2圖所示，以χ 射線繞射法，以由α ’相（002)面的繞射線亦即是主要包含 α ’(002)的觀測作爲識別。在第2圖中，第2(a)圖爲由碳化 鐵膜的(002)面的繞射線而沒有主波峰，在其高角側觀測到 寬廣的肩部的場合，第2(b)圖爲由碳化鐵膜的(〇〇2)面只有 觀測到繞射線的場合。 同時具備2T以上的飽和磁通量密度Bs及20e以下的 保磁力He的良好軟磁性特性，與第2(a)圖所示的碳化鐵 膜相比，很容易得到如第2(b)圖，由碳化鐵膜的(002)面只 有觀測到繞射線的碳化鐵膜，而能夠實現具備有例如Bs 超過2·2Τ、或是He低於l〇e以下的特性的膜。相對於此， 第2(a)的碳化鐵膜其軟磁氣特性較爲降低，稍微具有上述 寬廣的肩部’亦可能得到2T以上的飽和磁通量密度及20e 以下的保磁力。 而且上述構成的記述僅使用碳和鐵形成碳化鐵膜，在 碳元素及鐵元素之外，爲了達到改善例如磁致伸縮、磁各 向異性能量、磁透率、比抵抗、耐蝕性以及機械加工性等 各種特性的目的，亦能夠在碳化鐵膜中適當的含有其他元 素，例如鈷(Co)、鎳(Ni)、碳（C)、氧(〇)、氮(N)、硼（B)、 钽(Ta)、銨(Nd)、金(Au)、銀(Ag)、銷（Pd)等。 亦即是，本發明的以α，相作爲主相的碳化鐵膜11， 如第2(a)圖所明示的’由α，的（〇〇2)面的繞射線，以及其 21 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁} ϋ ϋ ft—
訂-I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（θ) 他的繞射線，亦即是在高角側觀測到寬廣的肩部（斜線部） 所構成。 然後，上述的其他的繞射線消失而形成單結晶的場 合，碳化鐵膜11僅由α ’相單相所構成，如第2(b)圖所示 的只有觀測到由α 5相(002)面的繞射線，而持有特定相的 情形。 此由α 5相的(002)面的繞射線，其2Θ的範圍爲70° 〜77° ，而2沒的範圍爲2CT〜115°的話比α’(〇〇2)強的 繞射線則無法觀測。因此能夠容易的識別本發明的碳化鐵 膜在製造時是否具有所希望的結晶形態，成膜後或是成膜 中亦能夠邊掌握正確的膜質邊進行製作。 而且，能夠以舒爾茲反射法確認本發明的碳化鐵膜是 否具有體心立方結構（BCT結構：Body-centered tetragonal structure)。此舒爾茲反射法亦能夠在碳化鐵膜的製作中或 是製作後進行檢查，而能夠建構更加安定的製造工程。 更加的，由於使用震動試料型磁力計(VSM : vibrating sample magnetometer)測定磁化曲線，確認上述的碳化鐵膜· 由於在<001>方向磁化困難，而在<1〇〇>方向以及<110>方 向磁化容易5因此構成的c軸爲磁化困難軸(Axis of hard magnetization)、c 面則爲磁化容易面（Plane of easy magnetization)。依此在碳化鐵膜的c面內外加具有適當強 度的正負外加磁場，亦即表示對c面內發生的磁化方向的 22 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· IK n n n n n n · tmmm n Is 1 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSJA4規格<210 X 297公釐） 503391 A7 B7 6945pif. doc/006 五、發明說明（β) 反轉能夠容易的控制。因此，本發明的碳化鐵膜適合用於 記錄磁頭的磁極材料。 特別是上述的碳化鐵膜’和自發磁化（Spontaneous magnetization)於c面內由磁化容易軸方向脫離時需要的磁 各向異性能量（magnetic anisotropy energy)相比，由c面偏 向c軸方向時需要的磁各向異性能量者大了兩位數以上。 因此，上述的碳化鐵膜中，幾乎沒有自發磁化由c面偏向 c軸方向的情形，僅於c面之中即能夠安定的控制磁化方 向。 更加的，由於上述的磁化困難軸形成相對於膜面的略 垂直方向、磁化容易面形成相對於膜面的略水平方向，此 即表示上述外部磁場的外加方向是於碳化鐵膜的膜面上， 以平行方向亦即是基體表面相對的平行方向施加。也就是 說在設有碳化鐵膜的同一基體上配置外部磁場的外加方法 的話，由於在基體的表面上能夠沿著平行的方向控制磁化 的方向，本發明的碳化鐵其特徵爲十分的容易使用。 本發明的碳化鐵膜，其係由〇.5at%以上15at%以下的· 碳和其餘部份爲鐵所組成，能夠在具有2T以上的飽和磁 通量密度的同時具有20e以下。然後’膜組成爲lat%以上 12at%以下的碳和其餘部份爲鐵形成的場合’進而能將保 磁力抑制在更小的l〇e以下。 本發明的碳化鐡膜中，使之含有適當量的詁以作爲第 23 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---lull 1« — ft··· »_ IK Is I 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 B7 _ 五、發明說明（iO) 三元素，能夠使保磁力繼續維持在低數値而飽和磁通量密 度更加的增加，而得到超過2.2T的數値。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 而且，本發明的碳化鐵膜持有HT6的磁致伸縮，在膜 中加入氮或第三元素使磁致伸縮降低，而能夠得到具有1〇·7 之極小磁致伸縮的薄膜。更加的，在碳化鐵膜中含有適量 氮的同時，控制適當膜中的碳含有量以得到l〇5[erg/em3j 的磁性晶粒各向異性常數Ku。 在前述的碳化鐵膜上，設置其原子距離與碳化鐵膜的 原子距離約略相同的薄膜，前述的各種磁氣特性能夠得到 更加一層的安定數値。此種薄膜所舉的例子例如是以(2〇〇) 爲表面的鐵膜。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 而且，爲了能到前述的各種磁氣特性的更加一層的安 定性質，構成前述薄膜的主要元素，其晶格常數最好與碳 化鐵膜約略相等。由於本發明的碳化鐵膜的下層薄膜，所 使用者爲晶格常數與碳化鐵膜約略相等的元素所構成，在 其上堆積的碳化鐵膜十分安定的進行初期成長，即使膜厚 增加亦能夠抑制膜中發生歪斜等，以於成膜時達成更加高 的結晶性，進而得到具備安定的各種磁氣特性的碳化鐵 膜。 與前述的碳化鐵膜的晶格常數約略相等的元素，例如 由所舉出的銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鈾(Pt)、铑(Rh)、鋁(A1)、 銥(Ir)、釕(Ru)中選擇1種以上的元素。各元素的晶格常數， 24 本紙張尺&適用中國0家標準（CNS)A4規袼（21G X 297公釐) ' --- 503391 A7 B7 6945pif.doc/ΟΟβ 五、發明說明（工u
Ag= 4.09A(a 軸）、Au= 4.08A(a 軸）、Pd= 3·89人(a 軸）、pt =3.92A(a 軸）、Rh= 3.8〇A(a 軸）、A1= 4.05A(a 軸）、Ir= 3.84A(a 軸）、Rn= 4.28A(c軸）。此處所指與碳化鐵的晶格常數約略 相等者爲4 Ait 10%的範圍。但是1 A= O.lnm。 更加的，本發明的碳化鐵膜其特徵係其磁性晶粒各_ 異性常數（Magnetocrystalline anisotropy constants)Ku 場食 値，由於此表示自發磁化安定的在c面內，因此由調查_ 製作的碳化鐵膜其磁性晶粒各向異性常數，亦能夠很容胃 的判斷是否具備所希望的膜質。 而且，如同前述的，本發明的碳化鐵膜，其特徵在方令 c面爲磁化容易面、c軸爲磁化困難膜，和自發磁化於 內由磁化容易軸方向脫離時需要的磁各向異性能量相比， 由c面偏向c軸方向時需要的磁各向異性能量者大了兩位 數以上。此和眾所周知，作爲高周波核心(core)材料的六 角晶格鐵淦氧材（Ferroxplana)和被稱爲磁給石 (magnetostriction)型的氧化物具有同樣的特徵，因此本發明 的碳化鐵膜所形成的磁性薄膜，亦有希望能夠應用於作爲 高周波核心的材料。 本發明的磁性薄膜製造方法，其特徵係在配置於減壓 空間的基板上，以濺鍍法、真空蒸鍍法、化學氣相沈積 (Chemical Vapor Deposition，CVD)法、離子束蒸鍍法、雷射 蒸鍍法的其中一種成膜法，至少以碳及鐵爲構成元素，由 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐了 ^ - -----II--*--_1*!訂！ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •!線0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/〇〇6 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（A) α ’相的單相形成碳化鐵膜。爲了對基體容易得到具有高 密著性的磁性薄膜之故使用濺鍍法比較適合。但是，至少 以碳及鐵爲構成元素而可能製作薄膜，同時以α 5相爲主 相形成碳化鐵膜的步驟並不限定於濺鍍法，亦可以使用真 空蒸鍍法、化學氣相沈積法、離子束蒸鍍法、雷射蒸鍍法。 而且，上述步驟所製作以α ’相爲主相的碳化鐵膜， 在成膜後不須進行加熱處理，成膜後會安定的形成稱爲等 同沈積(As-depo)的狀態，此碳化鐵膜在成膜之前，即使在 基體上設置其他的磁性膜構成的元件，例如是磁阻效果元 件，此元件亦具有不會受到熱影響的有利點。 更加的，上述步驟所製作以α 5相爲主相的碳化鐵膜， 即使利用真空度到達l(T7Torr的成膜空間、使用通常的成 膜製程，亦能夠具有2T以上的磁束飽和密度及20e以下 的保磁力的優良軟磁氣特性。 上述構成的碳化鐵膜，以表面溫度5°C以上100°C以 下形成，由α ’相的(002)面的繞射線，亦即是α ’(〇〇2)的強 度得到最大値的80%以上，而可能安定的形成薄膜。而且， 基體表面的溫度10°C以上70°C以下的場合，α’(002)的強 度達到最大値的90%以上，而能夠更加安定的製作具備所 希望特性的碳化鐵膜。 更加的，能夠提供使前述各種磁氣特性更安定的磁性 薄膜的製造方法，其具備有在前述的碳化鐵膜形成步驟 前，將前述基體放在減壓空間內進行熱處理，然後在減壓 26 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4--------τ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 __ B7___ 五、發明說明（>>) 空間內經由熱處理的基體上，以濺鍍法，亦可以使用真空 蒸鍍法、化學氣相沈積法、離子束蒸鍍法、雷射蒸鍍法其 中認一種成膜法，用以形成與前述碳化鐡膜的原子間距離 具有約略相等原子距離的薄膜’以及設置有前述薄膜的基 底冷卻到100°C以下的步驟。例如以經過加熱的鐵膜，作 爲與前述碳化鐵膜的原子間距離具有約略相等原子距離的 薄膜，而堆積在基體上，進而得到以(200)面爲表面的α相 的Fe膜亦即是《_?6膜。其次，設有此Fe膜的基體冷卻 到100°C以下後，在此鐵膜上製作碳化鐵膜，則上述由α， 相的（002)面的繞射線，亦即是僅觀測到α’(002)的本發明 的碳化鐵膜，能夠很容易的形成。此處製作上述鐵膜時的 基體溫度最好是150°C以上，200°C以上更佳。 此時，構成上述薄膜的主要元素，最好與前述的碳化 鐵膜的晶格常數約略相同，具體而言，耩成此薄膜的主要 元素係由所舉出的Ag、Au、Pd、Pt、Rh、Al、Ir、Ru中 選擇1種以上的元素。 上述碳化鐵膜的形成方法，在形成碳化鐵膜的靶材源 中，最好使用至少由碳和鐵形成合金的鍛燒耙材、或是由. 碳形成粑材和鐵形成靶材所組合的複合靶材，並使用惰性 氣體所形成的製程氣體，而將碳化鐵堆積在基體上。 或是，代之上述碳化鐵膜的形成方法，在形成碳化鐵 膜的靶材源中，亦能夠使用至少由鐵形成的靶材、以及至 少含有作爲構成元素的碳之反應氣體，以其所形成製程氣 27 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} k— n · n n n n n ft— ϋ I . 503391 6945pif.doc/〇〇6 ____B7___ 五、發明說明（1+) 體，而將碳化鐵堆積在基體上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述靶材中，在使用濺鍍法的場合’提供一塊稱爲靶 的略平板狀零件，而在使用各種蒸鍍法的場合，提供塊狀 的蒸鍍源。反應性蒸鍍法或CVD法的場合’上述含碳的 反應性氣體作爲製程氣體的一部份或是全部皆可。 此時，爲了形成具有2T以上的磁束飽和密度、20e 以下的保磁力之優良軟磁氣特性的碳化鐵膜’前述合金的 鍛燒靶材其組成材料最好是〇.5at%以上15at%以下的碳’ 其餘組成則爲鐵，其組成材料更佳者是lat%以上12at%以 下的碳，其餘組成則爲鐵。 本發明的第一種對磁性薄膜的評價方法，其特徵係使 用X射線繞射法的特定方法’評定磁性薄膜是以α ’相作 爲主相，且至少由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵 膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的第二種對磁性薄膜的評價方法，其特徵係使 用電子線繞射法的特定方法，評定磁性薄膜是以α 5相作 爲主相，且至少由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵 膜。 由於以α ’相作爲主相，且至少由碳以及鐵爲構成元 素所形成的碳化鐵膜，不論在成膜中或成膜後皆不依存大 氣氣體環境或減壓氣體環境，因此以X射線繞射法或電子 線繞射法解析其結晶構造時，很明顯的，其結晶形態能夠 很容易的位於特定形態。 28 I紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 Άί “. _B7__ 五、發明說明（>5) 使用上述具有2T以上的磁束飽和密度以及比20e低 保磁力的碳化鐵膜，用以作爲記錄磁頭的的磁極材料，能 得到比以以往的磁頭具有更_寫入能力的磁頭。亦即是， 使用飽和磁通量密度高的材料作爲上部磁極以及/或是下部 磁極的全部或是一部份，依此形成的磁極其磁氣不會過度 飽和，因此能夠做出強的磁場以及高的磁場坡度，使其線 記錄密度向上提升。一方面，此飽和磁通量密度高的材料 亦具有提高軌密度的效果。亦即是，雖然記錄磁頭的軌幅 變窄會使記錄磁頭所漏出磁場的強度亦變小，然而由於飽 和磁通量密度高而使得洩漏磁場的強度亦能維持在較高 値，而能夠達成較以往窄軌化的目的。因此，本發明的磁 性薄膜作爲記錄磁頭的磁性材料所形成的磁頭，較以往保 磁力高的磁性記錄媒體噪音較低的同時，能夠以高分解能 寫入磁氣信號，而實現更高一層的面記錄密度。 以往例如飽和磁通量密度在1.5T〜1·8Τ左右的磁性材 料形成的記錄磁頭，能夠寫入保磁力達25000e左右的媒 體’本發明的碳化鐵膜作爲磁極材料形成的記錄磁頭，對· 於保磁力超過25000e的高保磁力媒體，亦具有充分的寫 入能力。 因此，本發明的碳化鐵膜作爲磁極材料形成的記錄磁 頭’和具有25000e以上高保磁力的磁氣記錄媒體組合， 而得到較以往記錄密度高，可能在移動的磁性媒體上磁性 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） (請先閱讀背爾之注意亊項再填寫本 _ m I* ft— ml mmmmm n I ϋ t n n 1 n tt— 1 n I * 503391 6945pif.doc/006 A7 B7 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（4) 的記錄情報的磁性記錄裝置。此時，磁氣記錄裝置的讀取 磁頭，則適於使用於例如具備抵抗外加磁場產生變化而顯 示出其磁阻效果的膜，並以此具磁阻效果的膜作爲讀取元 件(磁阻元件）的磁阻磁頭(Magnetoresistive head)、巨磁阻磁 頭（Giant magnetoresistive head, GMR)或是隧穿磁阻磁頭等 (Tunnel magnetoresistive head, TMR) ° 而且，上述移動的磁性記錄媒體，適用於基板和平行 方向上具有磁化容易軸的縱向磁性記錄媒體，亦能夠適用 於基板和垂直方向上具有磁化容易軸的垂直磁性記錄媒 mm 體0 更加的，本發明的碳化鐵膜作爲磁極材料形成的記錄 磁頭，並不限於第13圖所示的縱向磁性記錄用的磁頭， 亦能應用於如第17圖所示的垂直磁性記錄媒體。在第17 圖中，本發明的碳化鐵膜至少適用於磁極85。尙且，在第 17圖中所表示者，80爲垂直用的記錄磁頭、81例如由磁 性材形成的基板、82爲絕緣體、83爲導體形成的線圈、84 爲非磁性材形成的中間層、86爲絕緣層形成的保護層^而 旦，87爲磁性記錄媒體、88爲磁性記錄媒體的基板、的 爲磁性記錄媒體的記錄層。 使用具有2T以上的磁束飽和密度、20e以下的保磁 力而具備優良軟磁氣特性之本發明的碳化鐵膜，用以構_ 垂直用記錄頭80的磁極材料，由垂直磁性記錄媒體们側 所見記錄磁頭的磁極部85的面積小、且厚度亦薄，對構 30 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} • 0 n IB n mmmt n n n 如i n n n IK If ϋ mmmmm i
503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（W]) 成垂直磁性媒體87的記錄層89能給予強烈的洩漏磁束。 因此，本發明的碳化鐵膜作爲磁極材料形成的磁頭 80，並不限定於縱向磁性記錄，在垂直磁性記錄中亦能夠 給予高記錄密度化。 尙且，上述說明係對於本發明的碳化鐵膜作爲記錄磁 頭的磁極材料應用的場合加以詳述，此外本發明的碳化鐵 膜，亦能夠利用於在記錄磁頭80上，將例如具備MR元 件的讀取磁頭組合進去以形成的磁頭，也就是具備記錄/讀 取兩機能的磁頭。 本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，能夠利用於設置 在硬磁性膜上方的磁性元件，且硬磁性膜的功能係作爲構 成縱向記錄媒體的記錄層。如第18圖所示，其構成則如(a) 所示由碳化鐵膜形成的磁性薄膜95直接設置在硬磁性膜 形成的記錄層94上的縱向磁性記錄媒體90和，如(b)所示， 在碳化鐵膜形成的磁性薄膜95與硬磁性膜形成的記錄層94 之間，設置由非磁性膜形成的中間層97的縱向磁性記憶 體等兩種。尙且，92爲基板、93爲金屬底層，96爲保護 層。不論是何種場合，在硬磁性膜上設置本發明的碳化鐵· 膜，由記錄層磁化的磁束，經由軟磁性特性優良的碳化鐵 膜所形成的磁性薄膜的內部回流，以減少反磁場，而能夠 確保磁化的安定。因此，上述構成的磁性元件，伴隨著縱 向磁性記錄的高記錄密度化，在記錄層寫入磁化的小型 化、以及保持磁化安定的性能優異。 31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） H- I ϋ i— ϋ n ϋ n n I * IB 1- n ·1 n IB tmm^K >1 n n Iff ϋ n IB I 線·· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 A7 五、發明說明（J) 本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，能夠利用於設置 在硬磁㈣下方關性元件性關雜係作爲構 成垂直記錄媒體的記錄層。如第19圖所示，其構成則如(a) 所示由碳化鐵膜形成的磁性薄騰1〇3直接設置在硬磁性膜 形成的記錄層104上的垂直磁性記錄媒體丨⑻和，如⑹所 示’在磁性薄膜1〇3與S己錄騰1〇4之間，設置由非磁性膜 形成的中間層削严直磁㈣意體等兩種。尙且，廳 爲基板、105麟麵。不|自__合，在硬磁性膜下 設置本發_難_，量密度低於2T的 軟磁性關場合雛，自@_細_麵_磁場可能 變得更加的大之故’ 5己錄磁頭的垂直磁化更加容易形成。 依此的iS ’即使記錄磁頭的磁極由媒體側所見變的小 型化，能夠絲的雜_鴻_麵產㈣_之故， 本發明的碳化鐵膜設置在其功能係作爲記錄層的硬磁性膜 下方所形成的磁性元件，能夠達成對垂直磁性記錄的高記 錄密度化。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 1^aJ* I n n n -
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的碳化鐵膜所形成的磁性薄膜，亦能夠用以作. 爲構成交換磁石或是旋轉電晶磁石的軟磁性層所形成的磁 性元件。第20(a)圖爲厚度數nm的硬磁性層201和軟磁性 層202所構成的交換磁石200的剖面圖，第20(b)圖爲厚度 數nm的硬磁性層204、非磁性層205以及軟磁性層206所 構成的旋轉電晶體磁石203的剖面圖。 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） JUJjy丄 JUJjy丄 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif t d〇c/〇〇6
PlI ---------- B7 _____ 五、發明說明（> 般而s ’原子在任十個的中間程度(meso)的大小或 是厚度中’能夠發揮其特殊的素子機能者稱爲中觀 (meS〇SC〇pic)材料，交換磁石200具有由硬磁性層201和軟 磁性層202構成兩層膜構造，此中觀層(mes〇sc〇piclevd)由 兩層間的交換結合力產生，由於退磁曲線顯示爲氣環狀的 舉動’也稱爲彈簧磁石。因此能突破習知磁石的能量積的 界限，進而能夠得到超過100M〇e而令人驚異的磁石。同 時得到在層間亦發生旋轉閥的功能且兼備GMR機能的複 合元件材料。 一方面’旋轉電晶體磁石203的硬磁性層204爲源極， 非磁性層205爲基底，軟磁性廢206爲汲極的功能。亦即 是，硬磁性層204和非磁性層205間流入偏壓電流，硬磁 性層204的旋轉電子記號)成爲注入非磁性層的少數載 子(minority carrier)，非磁性層205的厚度爲中觀層，旋轉 電子(―記號）在週期間到達軟磁性層。此時依照軟磁性層 206的磁化方向，旋轉電子邊流入軟磁性層206，邊被排 斥。依此汲極回路電流呈「+、0、-」的變化，而期待其 產生電晶體的功能。 然而，上述交換磁石200或旋轉電晶體磁石203爲了 安定的功能，依此構成的軟磁性膜202、206，在其厚度爲 極薄的數nm時在膜內持有膜化容易面’同時能夠維持優 良的軟磁氣特性。此要求，也就是說即使是極薄膜「中觀 層（數十原子層領域)領域」，本發明的的碳化鐵膜在成膜 33 {讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 503391 A7 6 9 4 5pi f. doc/0 06 五、發明說明（知） 後(as-depo時)的階段，也就是即使無後段加熱(anneal)，薄 膜的面內持有磁化容易軸，由於不須後段加熱，其有利點 爲不會發生因後段加熱而起的界面擴散。 也就是，由於本發明的碳化鐵膜在真疋的成膜後能夠 滿足上述的特點，作爲構成交換磁石2〇〇或是旋轉電晶磁 石203的軟磁性層202、206爲相當合適的材料。 相對於此’以在的軟磁性膜爲了滿足上述的特性，在 成膜後需要加熱處理，與厚度爲數nm的軟磁性膜界面接 觸的薄膜，在交換磁石200的場合爲硬磁性膜2〇1，在旋 轉電晶磁石203的場合爲非磁性膜205，在其之間容易產 生擴散現象之故，形成nm等級的堆積體實際上有困難， 所以製作交換磁石或旋轉電晶體磁石的成形構造體是很困 難的。 本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，能夠用以作爲構 成磁場感應器的傳送線路其中至少一部份所形成的磁性元 件。構成磁場感應器300的傳送線路的一個例子，如第21 圖所示，本發明的碳化鐵膜作爲接地的磁性層301，磁性 膜301介於其上下的絕緣層302、304形成螺旋狀構造，而· 導線分別設置於絕緣層上所構成。配置在絕緣層302上面 的上部導線304，端子a與配置在絕緣層303下面的下部 導線305接續。亦即是，其構成係端子a介於上部導線304 的端子b和下部導線306的端子c之間，而於直列接續。 上述構成的送電線路，以外部磁場使磁性層301的磁 34 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) 丨！ 1!^^ I i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) LIST· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（$|) 化率產生變化，伴隨著傳送特性亦產生變化之故，而能夠 利用磁場感應器。但是，此時傳送線路的延伸方向（箭頭 α的方向）必須與磁性層301的磁化容易軸方向一致。對 此’本發明的碳化鐵膜具備有成膜後，由於以基板面作爲 磁化容易面而成長，因此能夠得到功能安定的上述磁性膜 301 °所以，本發明的碳化鐵膜作爲磁性膜301，很容易的 形成上述的磁場感應器。 本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，能夠用以作爲構 成高周波驅動元件的傳送線路其中至少一部份所形成的磁 性元件。構成高周波驅動元件400的傳送線路的一個例子， 如第22圖所示，在由絕緣體形成的基板401上，本發明 的碳化鐵膜係作爲設置於絕緣層402、404之間的磁性層 403，更加的，在磁性層403上以及絕緣層404之上設置導 體405形成的線路。 上述構成的高周波驅動元件，加上了磁性層403而使 得線路本身的阻抗變大，線路405所傳送信號的波長能夠 縮短。爲了更安定的得到此傾向，磁性層403的飽和磁數 密度較高者爲佳，以本發明磁數飽和密度超過2Τ的碳化· 鐵層作爲磁性層403，能得到具有優良安定性的高周波驅 動元件。 本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，能夠用以作爲構 成微變壓器或是微誘導器的傳送線路其中至少一部份所形 35 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） n n n n n ϋ n n n n · n n n n «* n n · n n n n n n n I * {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 503391 6945pif.doc/006
五、發明說明（ 成的磁性元件。此處微變壓器爲使用於數十MHz以下、 較低周波數帶域的元件，而微誘導器爲使用於數十MHz 以上、較高周波數帶域的元件。 依此構成微變壓器或是微誘導器500的傳送線路的一 個例子，如第23圖所示，本發明的碳化鐵膜501的周圍 設置絕緣層502，此絕緣層502上面捲覆不互相重疊、由 導體形成的線路503。 上述構成的微變壓器或是微誘導器，磁性層501採用 高飽和磁通量密度的材料，流過線路503的容許電流會因 而增加。亦即是，以本發明磁數飽和密度超過2T的碳化 鐵層作爲磁性層501，而得到大電流且安定流動的微變壓 器或是微誘導器。而且，磁性層501的飽和磁通量密度Bs 越大，磁透率的共鳴點就越大，而傾向於轉移到高周波側， 以本發明磁數飽和密度超過2T的碳化鐵層作爲磁性層501 而用於微變壓器或是微誘導器，能夠得到優良的高周波特 性。 以下舉出實施例以對本發明做更詳細的說明，然而本 發明並不限定於下列的實施例。 (實施例1) 本實施例使用第12圖所示的濺鍍裝置，膜中含有碳 (C)0〜20原子％(at%)，其餘部份由鐵(Fe)形成膜的磁性層 11，係以濺鍍法在基體10上直接堆積。 36 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐ΐ " "~ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝 訂. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif.doc/006 __— B7 五、發明說明（乃） ^ 第1(a)圖所示爲本實施例磁性薄膜試料的層構成的剖 面圖10爲基體、11爲磁性層。 作爲基體10的係使用玻璃基板(寇尼公司製，#7059)， 所製作磁性膜Π的組成，可由成膜用碳化鐵(Fe-C)合金形 成的第二靶25的組成，以濺鍍法加以適當的變更。第π 圖的裝置中，形成碳化鐵膜（a ’-Fe-C膜)所構成的磁性層11 所使用的真空室21，其到達真空度固定在1〇·7，成膜時使 用外加磁場方法，於基體39的成膜面，平行的於一方向 外加磁場[強度：30〜35高斯(gauss, G)]。而且，在成膜前， 基體39於真空中進行20CTC、兩小時的加熱處理，將基體 39降至20°C並保持此溫度，在基體39上堆積所希望組成 的碳化鐵膜。 尙且，本實施例係使用真空熔解法製作，由鐵和碳形 成的合金靶以形成碳化鐵膜，然而亦可以使用鍛燒法所製 作，由鐵和碳形成的合金靶、在鐵靶上設置碳晶片的複合 靶、鐵靶以及碳靶個別使用的濺鍍法，或是可以使用雷射 蒸鍍法、離子束法等其他的成膜法。更加的亦能夠使用含 有碳元素的製程氣體及鐵耙的方法製作碳化鐵膜。 第12圖所示爲本實施例的碳化鐵膜製作時，所使用 的直流磁控濺鍍裝置的剖面圖。 在桌12圖所7JK的裝置中，21爲成膜室、22爲設置於 成模室21底部的一側的緩衝層形成用陰極、23爲設置於 37 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i — 丨！！·裝 _ smmmmm 1« n ϋ Mmmmmw ϋ IB · n n IBB n n n κι I 線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503391 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif.doc/006 五、發明說明（对） 成模室21底部的另一側的磁性膜形成用陰極、24舄設置 在陰極22上，用以形成緩衝層由鐵所形成的第一靶、25 爲設置在陰極23上，用以形成緩衝層由鐵-碳所形成的第 二靶、26、27爲各陰極用的絕緣零件、28、29供給各陰極 用的直流電源、30、31爲各陰極用的接地保護、32爲瞬 間開閉器、33 :瞬間開閉器的回轉方法、34爲瞬間閱閉器 的開口部、35爲基體架支撐零件、36爲基體架支撐零件 的回轉方法、37爲基體的溫度控制方法、38爲基體架、39 爲基體、40爲於基體的成膜面平行的一方向外加磁場的磁 場外加方法、41爲排氣口、42爲氣體導入口、43爲排氣 方法、44爲氣體供應源。成膜室21經由排氣口 41連接真 空幫浦等的排氣手段43,使成膜室21的內部空間能減壓 達到所希望的真空度。而且，成膜室21具備有氣體導入 口 42，能夠由氣體供給源44經由氣體導入口 42，供給成 膜室21的內部空間成膜步驟等所使用的製程氣體，例如 氬氣或氮氣等。 更加的，第12圖所示的裝置，設置於成膜室21的內 部空間上部的基體架38，以及設置於下方的各陰極22、23 之間，爲了使兩者間的空間能隔開而設置了瞬間開閉器 32 ’瞬間開閉器32的中央設置有貫通成膜室21底部中央 的回轉軸而形成回轉方法33，用以支撐瞬間開閉器32並 目匕夠回轉。瞬間開閉器32由基體39側視之，於相對於陰 極的位置設置有開口部34。以回轉方法33回轉瞬間開閉 38 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規袼I2IO X 297公楚)-------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（劣） 器32，開口部34能移動至陰極22或是陰極23的上方。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一方面，在構成中，基體架38的功能係保持基體39 的成膜面朝向陰極側的狀態，溫度控制方法37的功能係 對基體進行加熱處理、冷卻處理以及定溫保持，而溫度控 制方法37的一端固定於基體架支持元件35。然後，基體 架支持元件35的另一端設置有貫通成膜室21頂部中央的 回轉軸而形成回轉方法36，用以支撐並能夠回轉。 因此，例如在基體39上形成緩衝層的場合，控制瞬 間開閉器32的位置，使基體39和陰極22間呈無瞬間開 閉器開口部34的狀態，經由氣體導入口 42，將製程氣體 導入成膜室21的內部空間，由直流電源28外加所需要的 電力給陰極22，而在預定的氣體壓力產生放電現象後，以 回轉方法36移動基體39至陰極22的上空位置，接著以 回轉方法33移動瞬間開閉器32，以使瞬間開閉器開口部 34的位置在基體39與陰極22之間。此時形成薄膜的厚度’ 可以由瞬間開閉器開口部34在基體39與陰極22之間滯 留時間以及堆積速度等方法控制，以得所希望的數値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下的表1爲本實施例的碳化鐵膜，在玻璃基板上製 作時主要條件。 39 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 503391 A7 B7 6945pif.doc/006 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 以下對本實施例的碳化鐵膜的製作方法依順序作說 五、發明說明（％) 「表1」 項目 •成膜方法 •基體材質 •基體形狀 •基體表面形狀 •成膜室的真空度 •製程氣體 •氬氣中不純物成份 •氬氣壓 •基體表面的保持溫度 •靶材料 •靶直徑 •靶純度 •靶與基體的間隔 •投入靶的能量 •對基體外加的磁場 製作的膜厚 成膜速度 設定値 直流磁控濺鍍法 玻璃(#7059) 8mm四角形 鏡面加工處理，Raclnm 10·7Τοιτ 氬氣 llOppb以下 lOmTorr(約 1.33Pa) 200°C(前處理） 20°C(a 5-Fe-C 膜製作時） Fe-C(C=0〜20at%，其餘爲鐵） 4inch 3N(Fe^C) 50mm 直流 200W(Fe-C) 外加方向：於基體成膜面平 行的一方向 磁場強度：30〜50G 300nm(a ’-Fe-C) 〇.4nm/sec(a ^-Fe-C) 40 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503391 A7 6945pif.doc/006 五、發明說明) 明。 以下的括號內所附的號碼表示其順序。 (al)將以預定的洗淨方法處理過，由玻璃形成的基板 39放置於基體架38後。再使用排氣方法43，由排氣口 41 將成膜室21的內部空間減壓至10-7T〇rr(但是，ιΤ〇ιτ=約 1.33Pa)。此時基體架38配置在靶24的上空。尙且，成膜 室21位於接地電壓。而且，在基體架38的外側，設置於 基體39的成膜面平行的一方向外加磁場方法4〇。 (a2)以溫度控制方法37透過基體架38對基體39進行 加熱處理，加熱並保持基體39的表面溫度於2〇〇。(：左右。 (a3)其後，以溫度控制方法37透過基體架38對基體39 進行降溫至20°C的冷卻處理。 (a4)以回轉方法將基體架38移動至靶25的上空。 (a5)使用流量控制器（未圖示）控制氣體壓力爲 lOmTorr，由氣體導入口 42將氬氣導入成膜室21的內部空 間。 (a6)以直流電源29外加預定的直流電力於陰極23 ,耙 25進行數分鐘的預鍍。由瞬間開閉器32的配置，使得由 基體39這一側見不到第二靶25。 (a7)接著，使用回轉方法33(未圖示)將瞬間開閉器32 的開口部34移動到第二靶25的正上方，以瞬間開閉器32 的開閉，在基體10上形成由厚度300nm的a，-Fe-C膜所 構成的磁性層11。此時a ’-Fe-C膜的組成，由所希望的組 41 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規袼（210 X 297公釐） !1·裝 •^^ 镰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 503391 6945pi^.doc/006 五、發明說明（祕） 成所構成的合金加以控制。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 尙且，本實施例的α’-Fe-C的成膜速度（〇.4nm/sec)和 習知技術所述文獻3的成膜速度（0.002〜〇.〇〇3nm/sec)相 比，快了將近130〜200倍而能夠充分的對應量產所需的 速度。 (a8)形成磁性層11後，再將外加於陰極23的直流電 力歸零而停止放電。 (a9)停止向成膜室21導入氬氣，再將氮氣導入成膜室 置到達大氣壓，由成膜室21將製作完成的試料取出。 以上述的步驟(al)〜（a9)製作的基體l〇/a’-Fe-C膜的 磁性層11形成的試料[第1(a)圖]稱作試料S1。 (實施例2) 本實施例與實施例1的相異之處’係將第1(a)圖的結 構取代爲第1(b)圖的結構，亦即是在基體10上以濺鍍的
方法，將鐵膜形成的緩衝層12設置於基體1〇與α ’_Fe_C 膜的磁性層11間而形成試料(稱爲試料2)。本實施例的製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 作和第12圖使用同樣的濺鍍裝# °
Fe膜12的製作使用高純度仙1的鐵靶。形成’-Fe_C 膜11和Fe膜12的成膜室固定其真空到達10·?Τ〇ΓΓ，成膜 時於基體10的成膜面平行的於一方向外加5兹場度·· 30 〜50G)。而且，成膜前基體1〇在真空中進行200°C，2小 時的加熱處理，其次在溫度200°C的基體10上形成Fe — 12 後，將基體1〇冷卻到2(TC。將基體10維持溫度於20°C， _ 42 Λ張尺度財目目家標準(CNS)A4 MM (210χ 297公釐厂"一 " 503391 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 6945pif.doc/006 … _B7 _ 五、發明說明（多f) 在基體10的Fe膜形成的緩衝層12上堆積所希望組成所 構成的a ’-Fe-C膜所形成的磁性層11。 其他的地方與實施例1相同。 以下的表2爲本實施例於玻璃所形成的基體10與α’- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂！
Fe-C膜所形成的磁性層11 層12於製作時的主要條件 「表2」 項目 •成膜方法 •基體材質 •基體形狀 •基體表面形狀 •成膜室的真空度 •製程氣體 •氬氣中不純物成份 •氬氣壓 •基體表面的保持溫度 •靶材料 •靶直徑 •靶純度 •靶與基體的間隔 •投入靶的能量 •對基體外加的磁場 •製作的膜厚 •成膜速度 間，設置由Fe膜形成的緩衝 职:疋値 直流磁控濺鍍法 玻璃(#7059) 8mm四角形 鏡面加工處理，Ra<lnm l(T7Torr llOppb以下 lOmTorr 20(TC (前處理） 2卯°(：(?6膜製作時） 20°C(a ’-Fe-C 膜製作時） Fe-C(C=0~20at%，其餘爲鐵） 4inch 4N(Fe)、3N(Fe-C) 50mm 直流 200W(Fe、Fe-C) 外加方向：於基體成膜面平 行的一方向 磁場強度：30〜50G 5nm(Fe)、300nm(a、Fe-C) 0.05nm/sec(Fe) 0.4nm/sec(a ’-Fe-C) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（Ψ〇) 以下對本實施例的碳化鐵膜的製作方法依照順序說 明。 以下的括號內所付的號碼表示其順序。 (bl)將以預定的洗淨方法處理過，由玻璃形成的基板 39放置於基體架38後。再使用排氣方法43，由排氣口 41 將成膜室21的內部空間減壓至1(Τ7Τοιτ。此時基體架38 配置在靶24的上空。尙且，成膜室21位於接地電壓。而 且，在基體架38的外側，設置於基體39的成膜面平行的 一方向外加磁場方法40。 (b2)以溫度控制方法37透過基體架38對基體39進行 加熱處理，加熱並保持基體39的表面溫度於200°C左右。 (b3)使用流量控制器（未圖示）控制氣體壓力爲 lOmTorr，由氣體導入口 42將氬氣導入成膜室21的內部空 (b4)以直流電源28外加預定的直流電力於陰極22， 使第一靶24進行數分鐘的預鍍。此時由於瞬間開閉器32 的配置(未圖示），使得由基體39這一側見不到第一靶24。 (b5)其後，使用回轉方法33將瞬間開閉器32的開口 部34移動到第一靶24的正上方(第12圖），接著，以瞬間 開閉器32的開閉，在基體1〇上形成由厚度5nm的Fe膜 所構成的緩衝層12。 (b6)形成緩衝層12後，再將外加於陰極22的直流電 力歸零並停止放電。之後，停止向成膜室21導入氬氣， 將成膜室的內部空間減壓到lOmTorr後，於此狀態以溫度 44 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公楚） 先 閱 讀 背 事 項 再 填 寫 本 頁 •裝
I I I I I 訂 I i I I I 503391 A7 B7 6945pif.d〇c/〇〇6 五、發明說明（斗\) 控制方法37經由基體架38進行冷卻處理將基體冷卻到2〇 。。。 (b7)以回轉方法將基體架38移動至靶25的上空。 (b8)使用流量控制器（未圖示）控制氣體壓力爲 lOmTorr，由氣體導入口 42將氬氣導入成膜室21的內部空 間。 (b9)以直流電源29外加預定的直流電力於陰極23, 靶25進行數分鐘的預鍍。由瞬間開閉器32的配置，使得 由基體39這一側見不到第二靶25。 (blO)接著，使用回轉方法33(未圖示)將瞬間開閉器32 的開口部34移動到第二靶25的正上方，以瞬間開閉器32 的開閉，在Fe膜上形成由厚度300nm的a，-Fe-C膜所構 成的磁性層Π。此時a ’-Fe-C膜的組成由所希望的組成所 構成的合金加以控制。 (bll)形成磁性層11後，再將外加於陰極23的直流電 力歸零而停止放電。 (bl2)停止向成膜室21導入氬氣，再將氮氣導入成膜 室置到達大氣壓，由成膜室21將製作完成的試料取出^ 以上述的步驟(bl)〜（M2)製作的基體ΙΟ/Fe緩衝層l2/. a ’-Fe-C膜的磁性層11形成的試料S2[第1(b)圖]。 第2圖所示爲以使用Co-Ko:線的X射線繞射法，n 查實施例1所製作的a 5-Fe-C膜的磁性層11形成的試料Sl 其結晶構造之結果示意圖。 如第2圖所示，上述構成中係以α 1目爲主相的碳化 45 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -n I ϋ n n Bi mm§ tmmm n n m n 1 n >1 n n n 如· an mmmmm 1 n mmmmm n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 ^ _B7_ 五、發明說明（权） 鐵膜11，可以使用X射線繞射法，觀測由α ’相的(002)面 的繞射線亦即是主要包含α ’(002)以做識別。在第2圖中， <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2(a)圖爲由碳化鐵膜的(002)面的繞射線而沒有主波峰， 在其高角側觀測到寬廣的肩部的場合，第2(b)圖爲由碳化 鐵膜的(002)面只有觀測到繞射線的場合。 亦即是，本發明的以α’相作爲主相的碳化鐵膜11， 如第2(a)圖所明示的，由α ’的（002)面的繞射線，以及其 他的繞射線，亦即是在高角側觀測到寬廣的肩部(斜線部） 所構成。 然後，上述的其他的繞射線消失而形成單結晶的場 合，碳化鐵膜11僅由α ’相單相所構成，如第2(b)圖所示， 只有觀測到由α 5相的(002)面繞射線，而持有特定相的情 形。 第3圖所示爲以使用Co-Κα線的X射線繞射法，調 查不同組成的a ’-Fe-C膜所形成的試料S1之結果示意圖。 但是，第3圖所示者係取用如第2(b)圖所示的由α ’相的(002) 面只有觀測到繞射線的試料。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 第4圖爲成膜所使用的Fe-C合金靶的含碳量(表示爲 X)和製作的碳化鐵膜的含碳量的關係示意圖。因此，第3· 圖中所示的含碳量，亦即是x=0.79、2、3、4、6(at%)爲所 使用靶含碳量的數値。 由第3圖製作的碳化鐵膜試料，判斷係僅由α ’相的 (002)面的繞射線亦即是α ’(002)所觀測。此繞射線所得2 46 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 503391 6945pif. doc/ΟΟβ Ά/ ___B7___ 五、發明說明（4) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 0爲70°〜77°的範圍，20爲20°〜115°的範圍則會觀 測到其他的繞射線。然後，此由α ’相的(002)面的繞射線， 確認其膜中的含碳量增加的話，有向20的低角側移動的 傾向，此移動暗示了（002)晶格空間的增加。此即第4圖所 示，以X射線光電子分光分析法中的一種電子光譜化學分 析法（Electron Spectroscopy for chemical analysis，ESCA)的解 析結果，亦即是反應碳的增加。尙且，第4圖的圖表所示 爲靶的含碳量（橫軸）對製作的碳化鐵膜中的含碳量(縱軸） 呈變大傾向的示意圖。此組成的話係依成膜條件改變，對 於上述a ’-Fe-C膜的結晶構造並無影響。 尙且，第3圖以及第4圖雖然用以說明實施例1的試 料S1，實施例2的試料S2,亦即是在基體10上，介於a，-Fe-C 膜所形成的磁性膜11之間，設置由Fe膜形成的緩衝層12 所構成的試料亦確認有同樣的結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
第5圖係以舒爾茲反射法測定α’-Fe_C膜的晶格常數 a、c以及由這些數値所求的c/a比，對膜中的含碳量所繪 示的示意圖。由第5圖，晶格常數c有隨著含碳量的增加 而增加的傾向。相對於此，晶格常數a則顯示伴隨著含碳· 量的增加做略微的減少，a大略爲2.83左右的一定値。而 且，c/a的値大略爲1.06左右，因而得以判明所得的α，-Fe_C 膜具有體心 1L 方構造（bet 構造·· body-centered tetragonal structure) 〇 尙且，第5圖雖然用以說明實施例1的試料S1，實施 47 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規袼（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006
五、發明說明（牛p 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例2的試料S2，亦即是在基體10上，介於α，_Fe_c膜所 形成的磁性膜11之間，設置由Fe膜形成的緩衝層12所 構成的試料亦確認有同樣的結果。 而且，上述α’-Fe-C膜的含碳量對晶格常數的變化， 亦判明和習知的α’相的Fe-N膜的含氮量對晶格常數的變 化具有相同的傾向。 第6圖爲實施例1所製作的試料S1中，其膜中含碳 量爲4at%的a、Fe-C膜的磁滯曲線。⑷爲bct構造的<〇〇1> 方向、（b)爲bet構造的<100>方向、（C)爲bct構造的<11〇> 方向。本測定使用振動試料型磁力計（VSM)。此α，-Fe_c 膜’桌6(a)圖以c軸爲磁化困難軸、第6(b)、6(C)圖則是 以c面爲磁化容易面。 而且，對一方向磁化時所必要的能量，爲以下的（1)式 戶斤示的磁滯(hysteresis)曲線的積分値。 E=\ HdM … b (1) 也就是，能夠以磁滯曲線與y軸所圍的面積來表示^ 以下第7圖以及第8圖係基於實施例1所製作的α，-Fe-C膜的磁滯(hysteresis)曲線做具體的說明。第7圖爲外^ 加磁場於bet構造的<〇〇1>方向或是cWO〉方向的場合、第 8画爲外加磁場於bet構造的<100>方向或是<110>方向的 場合的示意圖。此處的橫軸爲外加磁場Η，縱軸爲外加磁 場所造成的磁化Μ(Η)和飽和磁化Ms之比値的規格化數 値。 48 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 __B7__ 五、發明說明（斗9 <請先閱讀背面之注帝？事項再填寫本頁) 因此，本發明的α’-Fe-C膜的場合，爲了使c面朝向 c軸磁化所需要的能量，可由外加磁場Η於<001>方向或是 <100>方向，以其磁化曲線間的面積SA求得(第7圖）。但 是，第7圖未進行消磁場(demagnetization field)的補正。尙 且，圖中記載的Hsat(=23kOe)係飽和磁場（saturation field) 的値，用以單純的推定至15k0e的外加磁場所得的磁化曲 線。 同樣的，爲了使c面內做磁化回轉所必要的能量，能 夠簡易的由外加磁場Η於<100>方向或是<110>方向，以其 磁化曲線間的面積SB求得(第8圖）。 於第7圖如對上述推定的飽和磁場進行反磁場補正(約 21k0e)，貝[|<001>方向的磁化區線所求得的飽和磁場在2k〇e 左右。其次，a ’-Fe-C膜的飽和磁化假定和Fe的値大約 相寺爲1700emu/cm3做計算。爲了使c面朝向c軸磁化所 需要的能量，亦即是面積SA成爲「1/2*1700*2000」。此 處表示乘號。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 一方面，由第8圖<110>方向的磁化曲線，在到達. M(H)/Ms=0.75附近磁化爲急遽的增加，其後則呈穩定的增 加’而在400〇e左右達到飽和。因此，爲了使c面內做磁 化回轉所必要的能量，亦即是面積SB成爲「1/2*1700*(1-0.75)*400」。 49 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/ΟΟβ ⑴ _B7 _ 五、發明說明 因此，上述兩者的面積 SA : SB=(1/2*1700*2000) : (1/2*1700*(卜0.75)*400) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) =100 : 5 (2) 由兩者的比，SA比SB大了約兩位數。 換言之，基於上述第7圖的結果，能夠了解於此α Fe-C膜，與自發磁化於c面內由磁化容易軸方向脫離時 需要的磁各向異性能量相比，由c面偏向c軸方向時需要 的磁各向異性能量者大了兩位數以上。更加的，亦確認此 α’-Fe-C膜的磁化困難軸爲相對於膜面的略垂直方向，而 磁化容易面爲相對於膜面的略平行方向。 此傾向在含碳量0〜20at%的α’-Fe-C膜示不會改變 的。而且，實施例2的試料S2，亦即是在基體10上，介 於a 5-Fe-C膜所形成的磁性膜11之間，設置由Fe膜形成 的緩衝層12所構成的試料，亦確認和上述實施例1的試 料S1有同樣的結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第9圖所示爲實施例1製造的試料S1的含碳量和飽‘ 和磁通量密度Bs的關係示意圚。由此圖中，含碳量15at% 以下的a ’-Fe-C膜，能夠實現較現在採用的磁頭磁極材料 的飽和磁通量密度1.5T更高的飽和磁通量密度。更加的， α’-Fe-C膜在12at%以下的場合，判明其能安定的得到超 過2T的飽和磁通量密度。 50 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 B7_---- 五、發明說明（φρ 第10圖所示爲實施例1所製作的試料S1的含碳量和 保磁力He的關係示意圖。在第10圖中，〇表示爲<1⑽〉 方向、⑩爲<11〇>方向。相對於不含碳的鐵膜(橫軸〇)具有 50e以上的高保磁力，在鐵中加入〇.5at%的微量碳而能使 得保磁力顯著的下降到20e以下。更加的將含碳量增加到 lat%以上則能夠得到l〇e左右、具有優良低保磁力的膜。 此傾向持續至含碳量12at%。但是，在到達I5at%附近的 話，保磁力尙能抑制在20e以下。 由以上的結果，本發明的碳化鐵膜由0.5at%以上15at% 以下的碳和其餘爲鐵所組成時，具有超過1.5T的磁束飽和 密度及20e以下保磁力的軟磁性特性，更加的膜中含碳量 爲lat%以上12at%以下的場合，能夠實現超過2T的磁束 飽和密度及10e以下保磁力而更佳。 此處係對實施例1的試料S1亦即是在基體上直接設 置碳化鐵膜作詳述，然而上述的傾向，於實施例2的試料 S2，亦即是在基體1〇上，介於α，_Fe_C膜所形成的磁性膜 11之間，設置由Fe膜形成的緩衝層π所構成的試料亦相‘ 同。但是，在試料S2中的基體上設置（200)面的鐵膜，以 此薄膜作爲表面，在鐵膜上堆積碳化鐵膜的話則能更安定 的得到上述各種磁氣特性，因此較之試料S1，試料S2的 構成方法較佳。 而且，本發明的碳化鐵膜含有適當的鈷以作爲第三元 51 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） * · ϋ n ϋ »1 *1 I I» * ϋ ϋ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 503391 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif.doc/006 五、發明說明（^) 素的話，能夠較不含鈷的碳化鐵膜增加10%的飽和磁通量 密度，例如組成由Fe-30at%Co-4at%C形成的磁性膜與Fe-4at%C形成的磁性膜相比，具有1.12倍的飽和磁通量密度。 依此本發明添加適量的鈷，則能夠得到更高的飽和磁通量 密度。 (實施例3)本實施例以濺鍍法形成由Fe-4at%C所形成 的磁性膜時，其於實施例1相異處係使用（氬+氮)的混合氣 體取代氬氣體以作爲製程氣體。以氬氣體對氮氣體的比率 變化，形成含氮量不同的碳化鐵膜(稱爲試料S3)。 表3爲本實施例所製作磁性膜的含氮量和磁致伸縮。 磁致伸縮係使用懸臂梁法所測定的數値，λ 〃所示爲於膜 面平行方向的値，而λ丄爲於膜面垂直方向的値。表3所 不爲由λ 〃 λ丄的數値。 「表3」 含氮量 λ // — λ [at%] [χ ΙΟ*6] 0 -4.1 2 -4.5 4 -L3 6 -0·6 7 +0.4 8 + L4 10 +2.3 52 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 2於公釐） 丨！！·裝 *!訂！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明U°|) 由表3能明瞭下列幾點。 Φ不含氮的碳化鐵膜具有HT6的負磁致伸縮。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ② 隨著膜中含氮量的增加，磁致伸縮由負變化爲正。 ③ Fe-4at%C形成的磁性膜添加碳的場合，在含氮量6 〜7at%的附近的磁致伸縮，能夠得到磁致伸縮小一位數而 到達HT7的磁性膜。 由以上的結果，本發明的碳化鐵膜在膜中含有適量的 氮，確認能夠形成具有10〃的磁致伸縮非常小的薄膜。但 是，此磁致伸縮很小的膜中的含氮量，係依據碳化鐵中的 含碳量變化的値，並非限定一定要在6〜7at%附近。 (實施例4) ·-線· 本實施例使用第12圖所示的濺鍍裝置，將膜中含碳(C) 量爲0〜20原子％(at%)及其餘爲鐵索形成的磁性層11，以 灑鍍法直接堆積在基體10之上時，於實施例1相異處係 使用（氬+氮)的混合氣體取代氬氣體。 此使以變更氬氣體對氮氣體的比率，形成含氮量相異 的碳化鐵膜(稱爲試料S4)。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 第16圖所示爲α’-Fe-C膜含氮量的變更對含碳量及· 磁氣異方性常數Ku的關係的調查結果示意圖。在第16圖 中，⑩所示爲含N量爲零的場合(表示爲a ’-Fe-C)、〇所 示爲含N量爲2at%的場合、△所示含N量爲3at%的場合、 ▲所示含N量爲6at%的場合、所示含N量爲9at%的場 合。 53 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503391 69 4 5pif. doc/006 A7 B7 五、發明說明（扣） 由第16圖可以明瞭以下數點。 (1) 以含氮量相同（例如4at%)的α’-Fe-C膜作比較，隨 著膜中含氮量的增加，磁性晶粒各向異性常數Ku由負轉 移到正的方向。 (2) 於cT-Fe-C膜(含C量0〜8at%)中包含適量的氮， 能夠得到小一位數的Ku値。具體而言，以含氮量在2〜 3at%，而得到將Ku抑制在105[erg/cm3]的氮化Fe-C膜(表 示爲 a’-Fe-C_N)。 也就是，由上述實施例3以及實施例4的結果，以在 本發明的a ’-Fe-C膜中含有適量的氮，明瞭能夠控制其磁 致伸縮或磁性晶粒各向異性常數。然後，依此實驗結果將 含C量和含N量做最適化，則能夠得到10·7的磁致伸縮和 105[erg/cm3]的磁性晶粒各向異性常數兼具的磁性薄膜。 先 閱 讀 背 % 本 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (實施例5) 本實施例在以濺鍍法形成由Fe-4at%C所形成的磁性 膜時，與實施例2的相異處係在於已設置有鐵緩衝層的基 體，其溫度的變化範圍在0°C〜200°C。但是，在製作鐵緩 衝層時的基體溫度則固定在200°C。其他則與實施例2相 同而製作如第1(a)圖所示的構成的試料5。 實施例1的結果亦有述及，本發明碳化鐵膜特定僅由 (002)面的繞射線觀測。 54 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（f/) 第11圖所示爲製作碳化鐵膜時的基體溫度，和所得 的碳化鐵膜其(002)面的X射線強度的關係示意圖。縱軸的 X射線強度，所表示者係由各基體溫度所製作的碳化鐵膜 的(002)面的繞射線強度I，和由基體溫度25°C的(002)面的 最大繞射強度Imax的比値。 由第11圖基體溫度在以上10(TC以下的場合，觀 測到X射線強度在Imax的8成以上，因而了解能夠相當 安定得到所希望的α’-Fe-C膜。相對於此，基體溫度在125 艺至20CTC的時候，隨著溫度的增加，由（002)面的繞射線 強度急遽的變小之故，所製作的碳化鐵膜有偏離所希望的 結晶構造的傾向。而且，基體溫度在10°C以上70°C以下 的場合，X射線強度爲Imax的9成以上，由於更加安定 的得到所希望的a ’-Fe-C膜而較佳。 (實施例6) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本實施例係實施例1所示的碳化鐵膜形成的磁性薄 膜，用於記錄磁頭的上部磁極或是下部磁極，以製作HDD 用的記錄讀取分離型磁頭。第13圖中，51爲磁姐元件、52 爲下部保護層、53爲上部保護層兼下部磁極、54爲線圈、 55爲上部磁極、56爲基板、57爲電極、58爲讀取磁頭、59 爲記錄磁頭。 第13圖的磁頭50，由將磁阻元件51挾於下部保護層 52以及上部保護層53間的部份構成讀取磁頭58。上部保 護層53兼爲記錄磁頭的下部磁極53。由將線圈54挾於下 55 本張尺度綱巾關家鮮（CNS)A4規袼（21G % 297公釐) " 一 "" 503391 6945pif.doc/006 ___ B7 __ 五、發明說明（fZ) 部磁極53以及上部磁極55間的部份構成記錄磁頭59。 構成記錄磁頭59的上部電極55以及下部電極53係 使用本發明的濺鍍法所製作的碳化鐵膜，例如配置膜組成 爲Fe-4at%C所形成的a ’-Fe-C膜。但是，爲了得到使碳化 鐵膜的軟磁氣特性安定的目的’亦可以在碳化鐵膜之下設 置鐵緩衝層（未圖示）。而旦，在膜中亦能夠含有適量的鈷 以增加飽和磁化，以及氮以能夠抑制磁致伸縮於1〇-7。 基板56由鋁鈦碳化鈣所形成，其功能係用於磁頭50 滑動的元件。下部保護層52爲鋁形成的被覆層(未屬示)塗 佈於表面，於其上以濺鍍法製作的坡莫合金(permalloy，Fe-80wt%Ni合金)膜形成。 磁阻元件的話，係使用坡莫合金膜形成的自由層/銅 膜形成的導電層/坡莫合金膜形成的栓(pin)層/銥錳膜形成 的反強磁性層順次沈積的構造體(未圖示）。 構成讀取磁頭58的磁阻元件51的電極57或構成記 錄磁頭59的線圈54係使用銅膜。 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 未圖示的，各層之間的間隔材質係配置以濺鍍法製 作、以鋁形成的絕緣膜，上部磁極55之上同樣設置以濺‘ 鍍法製作、以鋁形成的被覆層。 依此形成的磁頭50，以超越2T的高飽和磁通量密度 的碳化鐵膜，用於記錄磁頭59的上部磁極55或下部磁極 53的全部或一部份，因爲此些磁性膜沒有磁氣過度飽和的 56 503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（$?>) 情形，而能夠產生強的磁場強度以及高磁場坡度，進而使 得線記錄密度向上提升。而且，飽和磁化超過2T的碳化 鐵膜形成的磁極材料，亦能夠向上提升軌密度。也就是， 第13圖所示的記錄磁頭59的軌幅W，即使記錄磁頭的軌 幅變窄有使得記錄磁頭所漏出磁場的強度變小的傾向，然 而由於飽和磁通量密度較高而使得漏出磁場的能維持在高 強度。因此，本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，用以作 爲記錄磁頭的磁極材料，能夠達成較習知窄軌化的目的。 更加的，爲了達到高線記錄密度，第13圖所示的間 隔層g必須變窄，爲此在下部磁極53之上設置薄膜化的 絕緣層(未圖示），在絕緣層之上強固的形成上部電極55是 非常重要的。本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，能夠以 所製作的膜其密著性或緻密性卓越的濺鍍法安定的形成， 即使上述的窄間隙化，亦能夠充分的對應薄膜的製作而爲 適當的磁極材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此’使用本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜作爲記 錄磁頭的磁極材料的磁頭50，較習知保磁力高的磁性記錄 媒體低噪音’且同時能夠以高分解能寫入磁氣信號之故， 能夠實現更高的面記錄密度。 以往’飽和磁通量密度L5〜L8T左右的磁極材料形 成記錄磁頭，其寫入媒體的能力能夠到達保磁力25000e 左右’保磁力在此之上的媒體其寫入是十分困難的。相對 57 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS〉A4規格（2切X 297公爱） 503391 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif.d〇c/〇〇6 五、發明說明（料） 於此，使用本發明的飽和磁通量密度超過2T的碳化鐵膜 作爲記錄磁頭59的磁極材料’而設置有此記錄磁頭59的 磁頭50對具有25000e以上的高保磁力媒體，亦確認具有 充足的寫入能力。 (實施例7) 本實施例係實施例6所述本發明的碳化鐵膜用於磁極 的磁頭，裝載此磁頭的磁性記錄裝置的一範例。而對第14 圖以及第15圖所示的硬碟裝置(HDD, hard disk drive)70加 以說明。 第14圖所示爲磁性記錄裝置的平剖面示意圖。在第14 圖以及第15圖中，50爲磁頭、70爲硬碟裝置、71爲外殼、 72爲磁性記錄媒體、73爲襯墊、74爲主軸、75爲馬達、76 爲軸承、77爲回轉軸、78爲擺臂、79爲懸架。 本實施例的HDD70裝載有記錄讀取分離型磁頭50, 而此磁頭50其記錄磁頭59的上部磁極55以及下部磁極 52，係使用實施例5所示的碳化鐵膜。 本實施例的HDD70,係將圓盤狀的磁性記錄媒體(HD，. hard disk)72或磁頭50等，收納在長方形外殼71的內部空 間，在外殻71的內部設置複數片的磁性記錄媒體72與襯 墊73並交互插通於主軸74。而且，在外殼71上設置主軸 74的軸承(未圖示），在外殻71的外部設置使主軸74回轉 用的馬達75。依此構成的話，則全部的磁氣記錄媒體72 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規袼（210 X 297 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
58 503391 A7 B7 6945pif.doc/006 五、發明說明（％) 以襯墊73空出磁頭50的進入間隔而互相重疊，並以主軸 74的旋轉而能自在的回轉。 外殼71內部的磁性記錄媒體72的側邊位置，在軸承 76上配置有主軸74以及平行支持且稱作旋轉作動器的回 轉軸77。在回轉軸77上裝設有複數個擺臂78，並伸延至 各磁性媒體72間的空間。各擺臂78的前端裝設有磁頭50、 以及介於擺臂78與磁頭50的細長三角板狀懸掛架79，並 加以固定而朝向其上下位置的各磁性記錄媒體72傾斜的 方向。 磁頭50係由寫入專用的、本發明的碳化鐵作爲磁極 材料、具備有感應元件的記錄磁頭59，以及具備讀取專用 的磁阻元件51的讀取磁頭58,由兩者一體化組成記錄再 生分離型磁頭，而裝載於磁性記錄媒體72的表面及相對 滑動部份的另一面。磁頭50所具備的滑動部份，於磁性 記錄媒體72的表面以及相對向的另一側表面，以懸架79 前端設置的接頭零件予以彈性支持。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依上述構成的話，回轉磁性記錄媒體72，而以擺臂78 的移動能夠使磁頭50在磁性記錄媒體72的半徑方向移· 動，因此磁頭50能夠移動到磁性記錄媒體72上的任何位 置。 上述構成的硬碟裝置70，在回轉磁性記錄媒體72的 同時，移動擺臂78使磁頭50移動至磁性記錄媒體72上 的任意位置，構成磁頭50的記錄磁頭59於構成磁性記錄 59 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規袼（21〇 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 A7 ____B7__ 五、發明說明（β) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 媒體72的磁性記錄層(未圖示）上產生磁場，依此作用而能 夠於磁性記錄媒體72寫入所希望的磁性資訊。而且，移 動擺臂78使磁頭50移動至磁性記錄媒體72上的任意位 置，由構成磁性記錄媒體72的磁性記錄層(未圖示)的洩漏 磁場，能夠由構成磁頭50的讀取磁頭58檢測而讀出磁性 資訊。 進行此磁性資訊的讀出或寫入的場合，構成磁頭50 的記錄磁頭59的上部磁極55和下部磁極53，如以先前說 明具有優良的軟磁氣特性的a ’-Fe-C膜構成的話，即便使 用會使得習知磁頭在寫入時形成未飽和的高保磁力記錄媒 體，亦能夠十分安定的進行寫入工作。 而且，能夠利用高保磁力的磁性記錄媒體的話，亦即 表示當磁頭在上浮移動時，讀取磁頭58的讀出元件亦即 是磁阻元件51接受的洩漏磁場能夠變得較強。也就是， 構成本發明磁頭的讀取磁頭58,能夠由磁氣記錄媒體72 接受較以往更強的信號，本例的硬碟裝置70能夠實現信 號/雜訊(S/N)比的良好記錄讀取特性。 經濟部智慧財產局i工消費合作社印製 更加的如上所述，以本發明的碳化鐵膜的磁束飽和密 度超過2T而達到較習知窄軌化的同時，能夠以濺鍍法製 作而亦能夠對應窄軌化。因此，採用本發明的碳化鐵膜作 爲記錄磁頭59的磁極，而能夠將磁性資訊寫入磁氣記錄 媒體72的磁氣記錄裝置，較習知的裝置比起來能夠達成 高記錄密度化的目的。 60 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規袼（21〇 X 297公爱） 503391 e945pif.doc/〇〇5 五、發明說明（巧） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 尙且’上述實施例係以移動磁性記錄媒體作爲基板和 平行方向具有磁化容易軸的縱向磁性記錄媒體的使用場合 作詳細的說明。本發明的碳化鐵膜作爲記錄磁頭的磁極材 料，即使是基板和垂直方向具有磁化容易軸的垂直磁性記 錄媒體’亦大略的得到同樣的作用、效果。因此，本發明 的磁性記錄裝置其一範例的硬碟裝置70，其磁性記錄媒體 72可以作爲縱向記錄媒體所裝載的縱向媒體，亦可以作爲 垂直記錄媒體所裝載的垂直媒體。 更加的，基於第14圖以及第15圖加以說明的硬碟裝 置70爲磁性記錄裝置其中一例的示範，磁性記錄裝置所 裝載的磁性記錄媒體的枚數可爲一枚以上的任意數目。而 且’擺臂78的形狀或驅動方式亦不限定圖面所示方式， 例如使用線性驅動方式等其他的方式亦可以。 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以上對於本發明的說明，使用前述特定結晶形態，以 ’相單相形成的碳化鐵膜，而能夠得到可能對應高記錄 密度化的磁氣特性，亦即是具備2Τ以上的飽和磁通量密 度和20e以下的保磁力兼備的良好軟磁氣特性的磁性薄 膜。 使用前述特定結晶形態，以α ’相單相形成的碳化鐵 膜’成膜中以及成膜後不進行加熱處理，而能夠提供安定 的得到上述優良軟磁氣特性的磁性薄膜之製造方法。 如果於磁頭中，作爲記錄磁頭的上部磁極或下部磁極 61 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 503391 6945pif.doc/006 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___ B7 _ 五、發明說明（¾ ) 採用前述具有優良軟磁氣特性的碳化鐵膜的話，由於能夠 產生較以往爲強的磁場強度以及高磁場坡度，線記錄密度 得以向上提升。而且’由於形成磁極的碳化鐵膜的飽和磁 通量密度高使得洩漏磁場能夠維持在高強度，使用本發明 的碳化鐵膜之磁頭亦能夠應用於磁頭的窄軌化。 而且，如果於磁性記錄裝置中，所裝載的磁頭具備有 前述優良軟磁氣特性的碳化鐵膜的話，和以往磁氣信號不 能充分寫入的高保磁力的磁性記錄媒體姐合使用，能使得 線密度及軌密度增大，更加的，由於能夠構築S/N比亦高 的記憶讀取系統，而可能提供記憶容量大、記錄讀取特性 亦優良的磁性記錄裝置。 尙且，本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜作爲磁極材 料的磁頭，並不限定於構成縱向磁性記錄方式，亦可以構 成垂直磁氣記錄方式。 而且，本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，可用於構 成縱向磁氣記錄媒體的硬磁性膜所形成的記錄層之上，或 是構成垂直磁氣記錄媒體的硬磁性膜所形成的記錄層之· 下，而可能提供各種應用於高記錄密度化的媒體。 更加的，本發明的碳化鐵膜形成的磁性薄膜，用於作 爲元件構成的至少一部份，能夠得到較以往優良的諸特 性，例如能量積或周波數、電流密度等，具有更加優良特 性的各種磁氣元件，具體而言，能夠提供交換磁石或是旋 62 I 閲 讀 背 意 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSXA4規袼（210 X 297公釐） 503391 五、發明說明) 轉電晶體磁石、磁場感應器、高周波驅動元件、微變壓器 或是微誘導器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 503391 A8 B8 C8 D8 6945pif.doc/006 六、申請專利範圍 1·一種磁性薄膜，其中該磁性薄膜係以馬式體（α’)相 作爲主相，且至少是由碳以及鐵爲構成元素所形成的一碳 化鐵膜。 2·如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜係以馬式體（α ’)相單向所形成。 3. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜係以X射線繞射法以及電子線繞射法其中之一，觀 測到由馬式體（α ’)相(002)面的繞射波峰做爲主波峰。 4. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜具備體心立方構造、一 c軸成爲一磁化困難軸以及 一 c面成爲一磁化困難面。 5. 如申請專利範圍第4項所述之磁性薄膜，其中自發 磁化於該c面內由該磁化容易軸方向脫離時需要的磁各向 異性能量，比由該c面偏向該c軸方向時需要的磁各向異 性能量大了兩位數以上。 6. 如申請專利範圍第4項所述之磁性薄膜，其中該磁 化困難軸形成相對於一膜面的略垂直方向、該磁化容易面 形成相對於該膜面的略水平方向。 7. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜係由0.5原子百分比以上15原子百分比以下的碳， 其餘爲鐵所構成。 8. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜係由1原子百分比以上12原子百分比以下的碳’ 其餘爲鐵所構成。 64 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------MW (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ttn eb h b—^-.eJβ ·* mmmmmm mmmmmm mmmmm mmmmmm t mmmmm I 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503391 6945pif.doc/006 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜中包含鈷以作爲第三元素。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1(λ如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜中包含氮以作爲第三元素。 11. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜，其中該碳 化鐵膜設置於一薄膜上，且該薄膜具備有與該碳化鐵膜的 原子間距離略相同的原子間距離。 12. 如申請專利範圍第11項所述之磁性薄膜，其中構 成該薄膜的主元素的晶格常數與該碳化鐵膜的晶格常數略 相同。 13. 如申請專利範圍第11項所述之磁性薄膜，其中該 薄膜爲以(200)面作爲表面的鐵膜。 14. 如申請專利範圍第11項所述之磁性薄膜，其中該 薄膜的主構成元素係由銀、金、鈀、鉛、鍺、鋁、銥、釕 中選擇1種以上的元素。 15. 如申請專利範圍第11項所述的磁性薄膜，其中該 碳化鐵膜的磁性晶粒各向異性常數Ku爲負値。 16. —種磁性薄膜的製造方法，該方法係包含下列步 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 驟·· 在配置於減壓空間的一基體上，以濺鍍法、真空蒸鍍 法、化學氣相沈積法、離子束蒸鍍法、雷射蒸鍍法的其中 一種成膜法，至少以碳及鐵爲構成元素，由馬式體（α’)相 爲主相形成一碳化鐵膜。 Π.如申請專利範圍第16項所述之磁性薄膜的製造方 65 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐i 503391 6945pif.doc/006 六、申請專利範圍 法，其中於形成該碳化鐵膜時，該基體的表面溫度爲 以上100°C以下。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 18. 如申請專利範圍第16項所述之磁性薄膜的製造方 法，其中於形成該碳化鐵膜時，該基體的表面溫度爲10°C 以上70°C以下。 19. 如申請專利範圍第16項所述之磁性薄膜的製造方 法，其中於該碳化鐵膜形成步驟前包括該基體於減壓空間 內的一熱處理步驟，該熱處理步驟如下所述： 在減壓空間內經由熱處理的基體上，以濺鍍法、真空 蒸鍍法、化學氣相沈積法、離子束蒸鍍法、雷射蒸鍍法其 中任一種成膜法，用以形成與前述碳化鐵膜的原子間距離 具有略相等原子間距離的薄膜；以及 將設置有前述薄膜的基底冷卻到100°C以下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20. 如申請專利範圍第16項所述之磁性薄膜的製造方 法，其中該碳化鐵膜的形成步驟包括在形成該碳化鐵膜的 靶材源中，使用至少由碳和鐵形成一合金或一鍛燒靶材、 或是由碳形成靶材和鐵形成靶材所組合的一複合靶材，並 使用惰性氣體所形成的製程氣體，而將該碳化鐵堆積在該 基體上。 21. 如申請專利範圍第16項所述之磁性薄膜的製造方 法，其中該碳化鐵膜的形成步驟包括在形成碳化鐵膜的耙 材源中，使用至少由鐵形成的靶材、以及至少含有作爲構 成元素的碳之反應氣體所形成之製程氣體，而將碳化鐵堆 積在基體上。 66 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503391 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6945pif.doc/006 g| 六、申請專利範圍 22. 如申請專利範圍第20項所述之磁性薄膜的製造方 法，其中該合金或該鍛燒靶材的組成材料爲〇.5at%以上 15at%以下的碳，其餘組成爲鐵。 23. —種磁性薄膜的評價方法，該評價方法係使用X 射線繞射法的特定方法，評定該磁性薄膜是以α ’相作爲 主相，且至少由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵膜。 24. —種磁性薄膜的評價方法，該評價方法係使用電子 線繞射法的特定方法，評定磁性薄膜是以α 5相作爲主相， 且至少由碳以及鐵爲構成元素所形成的碳化鐵膜。 25. —種磁頭，其中第1項、第2項、第3項、第4項、 第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10項、 第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所述的 碳化鐵膜形成的磁性薄膜，用以作爲該磁頭的記錄磁頭的 磁極材料的至少一部份。 26. 如申請專利範圍第25項所述之磁頭，其中該磁頭 爲縱向磁氣記錄用磁頭。 27. 如申請專利範圍第25項所述之磁頭，其中該磁頭 ，爲垂直磁氣記錄用磁頭。 28. —種磁性記錄裝置，其中該磁性記錄裝置使用請求 項第25項所述的該磁頭，在移動的一磁性記錄媒體上磁 性的記錄資訊。 29. 如申請專利範圍第28項所述之磁性記錄裝置，其 中該磁性記錄媒體於基體與平行方向或是垂直方向具有磁 化容易軸。 67 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) € 訂· ·-線. 經濟部智慧財產局員H消費合作社印製 503391 B8 6945pif.doc/006 I/O 六、申請專利範圍 30. —種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜設置 在其功能係作爲構成縱向磁氣記錄媒體的記錄層的一硬磁 性膜之上。 31. 如申請專利範圍第30項所述之磁性元件，其中該 磁性薄膜與該硬磁性膜間設置非磁性膜形成的一中間層。 32. —種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜設置 在其功能係作爲構成垂直磁氣記錄媒體的記錄層的一硬磁 性膜之下。 33. 如申請專利範圍第32項所述之磁性元件，其中該 磁性薄膜與該硬磁性膜間設置非磁性膜形成的一中間層。 34. —種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜用於 作爲構成交換磁石的軟磁性層。 35. —種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 68 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------1—.— ^---i!丨丨ί 訂-— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -mmmmm ϋ n ί n I n ι 503391 i 6945pif.doc/006 六、申請專利範圍 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜用於 作爲構成旋轉電晶體磁石的軟磁性層。 36.—種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜用於 構成磁場感應器的傳送線路的至少一部份。 37·—種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜用於 構成高周波驅動元件的傳送線路的至少一部份。 38.—種磁性元件，其中第1項、第2項、第3項、第 4項、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、第10 項、第11項、第12項、第13項、第14項或是第15項所 述的該碳化鐵膜形成的一磁性薄膜，其中該磁性薄膜用於 構成微變壓器或是微誘導器的磁性膜的至少一部份。 <請先闕讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.· •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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